110kV变电站电气设计

1、山东电力咼等专科学校题目 110kV变电站设计专业： 发电厂及电力系统学生姓名：指导教师：摘要变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经 济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气 主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所） 电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电 气部分投资大小的决定性因素。本次设计建设一座110KV降压变电站，首先，根据主接线的经济可靠、运行灵 活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较，选取灵活的最优接线方式。根据各电压等级的额定电压和最大持续工作

2、电流进行设备选择，然后进行校验。关键词: 变电站电气主接线主变压器电气设备选择目录第一章分析原始资料3第二章 主变压器容量、型号和台数的选择 42.1 主变压器台数选择 42.2 主变压器的选择 42.3 主变型号选择5第三章电气主接线设计 53.1 110KV侧主接线的设计 63.2 35KV侧主接线的设计63.3 10KV侧主接线的设计63.4 主接线方案的比较选择 7第四章电气设备的选择 74.1.按正常工作条件选择电气设备 74.2按短路状态校验84.3 断路器的选择及校验 94.4 隔离开关的选择及校验124.5电压互感器的选择及校验144.6电流互感器的选择及校验144.7接地开关

3、的选择及校验15154.8 载流导线的选择204.9 避雷器选择及校验总结 21参考文献 21附录1:变电站主接线图 22第一章 分析原始资料原始资料:1、变电站类型：110kV地方降压变电站2、电压等级: 110kV/35kV/10kV3、负荷情况35kV:最大 25MW 最小 18MW Tma尸 6000h cos = 0.810kV:最大 15MW 最小 12MW Tma=6000h cos = 0.84、出线回路:110kV 侧2回35kV 侧6回10kV 侧12回5、系统情况:系统110kV母线短路容量Sd=2500MV,110kV架空线两回为 LGJ-300/35km。系统为无限大

4、电流源，Xs = 0变电站是电力系统的需要环节，它在整个电网中起着输配电的重要作用。本期设计的110kV降压变为110kV地方变电站，其主要任务是向地区用户供 电，为保证可靠的供电及电网发展的要求， 在选取设备时，应尽量选择动作可靠 性高，维护周期长的设备。根据设计任务书的要求，设计规模为110kV出线2回，35kV出线6回，10kV 出线12回；负荷状况为35kV最大25MW，10kV最大15MW本期设计要严格按电力工程手册、发电厂电气部分等参考资料进行 主接线的选择，要与所选设备的性能结合起来考虑， 最后确定一个技术合理，经 济可靠的最佳方案。第二章主变压器容量、型号和台数的选择2. 1主

5、变压器台数选择在电力工程电气设计手册 中可知：“对大城市郊区的一次变电站， 在中、 低压已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜”。在运行或检修时， 可以一台工作，一台备用或检修，并不影响供电，也可以两台并列运行。根据设 计任务书中所示本变电所为地方变电所， 且出线回路数较多，为保证供电的可靠 性，参照规程要求，宜选用两台主变压器。2.2主变压器的选择主变压器容量应根据负荷情况进行选择。在电力工程电气设计手册中规 定对于装设两台及以上主变压器的变电所，应满足当一台主变停运时，其余变压 器容量应能保证全部负荷的70沧80%为保证可靠供电，避免一台主变故障或 检修时影响对用户的供电，主变容

6、量就为总负荷的 70%-80%容量计算如下：已知 35kVPmax仁25M|W cos = 0.8得 Qmax仁Pmax1*ta =18.75MVA已知 10kVPmax2=15MW cos = 0.8得 Qmax2=Pmax2*ta =11.25MVA有上述计算得每台主变压器的容量:S=70x 一(Pmaxl Pmax2)2 (Qmaxl Qmax2)2=70%X 1600 900 =35000KVA40000KVA2.3主变型号选择本变电所有110kV、35kV、10kV三个电压等级，根据设计规程规定，“具有 三个电压等级的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器各容 量的15

7、%以上，主变压器一般采用三绕组变压器”。根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值:高压侧：K仁(25000+15000)*0.8/40000=0.80.15中压侧：K2=25000*0.8/40000=0.50.15低压侧：K3=15000*0.8/40000=0.30.15由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组故选择三相三绕组有载调压降压变压器，其型号及参数如下:型号 SFSZ9- 40000/110额定额定电连接空载负载空载阻抗电压绕组阻电抗标幺容量压（kv）组别损耗损耗电流(%)抗百分值(KV(kw(kw)(%数A)4000110/38y/y/d36.6189.00.36Uk1

8、-2=10X1=10.X*1= 0.2680.5/10.11.57585Uk1-3=17X2=-0.X*2=-0.00.52563Uk2-3=6.X3=6.7X*3=0.168557第三章电力主接线设计根据毕业设计任务书的要求和设计规模。在分析原始资料的基础上，参照电 气主接线设计参考资料。依据对主接线的基本要求和适用范围， 首先淘汰一些明 显不合格的接线型式，保留2-3个技术上相当，又都满足设计要求的方案。对 较好的2-3个方案，进行详细的技术经济比较，最后确定一个技术合理，经济可 靠的主接线最佳方案。3.1110KV侧主接线的设计110KV出线回路数为2,由电力工程电气设计手册中的规定可知

9、：当110220KV配电装置出线回路数不超过 2回，采用单母线接线故110K V侧采用单母分段的连接方式。3.235KV侧主接线的设计35KV侧出线回路数为6回由电力工程电气设计手册中的规定可知：当35 63KV配电装置出线回路数为48回，采用单母分段连接，当连接 的电源较多，负荷较大时也可采用双母线接线。故35KV可采用单母分段连接也可采用双母线连接3.310KV 侧主接线的设计10KV侧出线回路数为12回由电力工程电气设计手册中的规定可知：当6 10KV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母分段连接故10KV采用单母分段连接3.4 、主接线方案的比较选择由以上可知，此变电站的主接线有两种

10、方案方案一 ：110K V侧采用单母线的连接方式，35K V侧采用单母分段连接，10KV 侧采用单母分段连接。方案二：110K V侧采用单母线的连接方式，35KV侧采用双母线连接，10KV 侧采用单母分段连接。此两种方案的比较方案一 110K V侧采用单母线的连接方式，接线简单，操作方便、设备少、 经济性好，并且，母线便于向两端延伸，扩建方便，35KV、10KV 采用单母分段连线，对重要用户可从不同段引出两个回路， 当一段母线发生故障， 分段断路器 自动将故障切除， 保证正常母线供电不间断， 所以此方案同时兼顾了可靠性， 灵 活性，经济性的要求。方案二虽供电更可靠，调度更灵活，但与方案一相比较

11、，设备增多，配电 装置布置复杂，投资和占地面增大，而且，当母线故障或检修时，隔离开关作为 操作电器使用，容易误操作。由以上可知，在本设计中采用第一种接线，即 110K V侧采用单母线的连接 方式，35KV侧采用单母分段连线，10KV侧采用单母分段连接。第四章电气设备的选择电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态 来校验热稳定和动稳定。4.1 按正常工作条件选择电气设备4.1.1 额定电压电气设备的额定电压是标示在其铭牌上的线电压。另外，电气设备还有一 个最高工作电压， 即：允许长期运行的最高工作电压， 一般不得超过其额定电压 的 10%至 15%。在选择时，电气设备的额

12、定电压不应低于安装地点的电网额定电 压。即：UNO UNS式中：UNe电气设备铭牌上所标示的额定电压（kV）；UNS电网额定工作电压（kV）04.1.2 额定电流在额定周围环境条件下，导体和电器的额定电流不应小于所在回路的最大 工作电流0即： IN O IWmax式中：IN 电气设备铭牌上所标示的额定电流（A）;IWmax回路中最大长期工作电流（A）o在决定IWmax时，应以发电机、变压器、电动机的额定容量和线路的负荷 作为出发点，同时考虑这些设备的长期工作状态0例如：因为发电机、调相机在 电压降低5%寸，出力保持不变，故其相应回路的IWmax为1.05倍的IN , IN为 电机的额定电流；

13、在确定变压器回路的最大长期工作电流时， 应考虑到变压器过 负荷运行的可能性； 母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的 最大长期工作电流； 母线分段电抗器的最大长期工作电流应为母线上最大一台发 电机跳闸时， 保证该母线负荷所需的电流； 出线回路的最大长期工作电流， 除考 虑线路正常过负荷电流 （包括线路损耗） 外，还应考虑事故时由其他回路转移过 来的负荷04.1.3 环境条件对设备选择的影响当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地 震烈度和覆冰厚度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施0一般非高原的电器设备使用环境的海拔高度不超过1000m当地区海拔高度超

14、过规定值时，因为大气压，空气密度，湿度的减小，使空气间隙和外绝缘的放 电特性下降，一般海拔比规定值每升高100m电气设备而允许之高工作电压下 降 1%。当最高工作电压不满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘 提高一级的产品。此外，还应按电器的装置地点，使用条件，检修和运行等要求，对电器进 行种类和形式地选择4.2 按短路状态校验4.2.1 热稳定校验 ： 当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值，QcK Qy, QcK I2rt , t=tb+tdf校验电气设备及电缆（36KV厂用馈线电缆除外）热稳定时，短路持续时间一 般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间

15、。4.2.2 动稳定校验：ich w idw, Ich w Idw,用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不校验动稳定；4.2.3 短路校验时短路电流的计算条件 所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算, 并应考虑电力系统的远 景发展规划； 计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式, 而不应按仅 在切换过程中可能并列的接线方式； 短路的种类一般按三相短路校验； 对于发电 机出口的两相短路或中性点直接接地系统、 自耦变压器等回路中的单相、 两相接 地短路较三相短路更严重时,应按严重情况校验。4.3 断路器的选择及校验4.3.1110 千伏侧选用六氟化硫断路器：型号；

16、 GL312-145该断路器的具体技术参数如下：额定电压 110KV 最高工作电压 145KV额定电流 3150A额定短路开断电流 40KA关合电流 100kA固有分闸时间 0.035s(1) 按额定电压选择，选择的断路器的最高工作电压为145KV,大于系统额定电压为 110KV。( 2 按额定电流选择。变电所按2台变压器同时运行时，则110kV侧额定负荷为420A该断路器的额定电流为3150A满足要求。( 3)校验断路器的断流能力此断路器额定开断电流 40kA 大于 110 侧三相短路电流周期分量的有效值 13.12KA( 4)动稳定校验动稳定电流100KA大于系统三相短路冲击电流 33.4

17、6KA( 5)热稳定效应：取继电保护装置后备保护动作时间 tr=0.6s ，断路器分闸时间 to=0.035s 则Te=tr+to=0.6+0.035=0.635s计算 110kv 侧短路热稳定电流，即选择断路器短时 3S热稳定电流大于110KV侧三相短路电流周期分量稳态值13.12KA，故满足要求4.3.235 千伏侧选用六氟化硫断路器： DW8 35I该断路器参数额定工作电压： 35KV最高工作电压： 40.5kv额定工作电流： 1000A额定开断电流有效值： 16.5KA2秒热稳定电流： 31.5KA；动稳定电流： 41kA；按电压选择：符合电网电压要求。按电流选择： IN=1000A，

18、 IWmax=40000/1.732/35=660A,所以：IN IWmax满足电网电流要求。按开断能力选择：断路器额定短路开断电流为：Ibr=15.8kA,线路最大短路电流为：Isct=11.8875kA，所以：Ibr-Isct，满足开断能力要求。热稳定校验：固有分闸时间：tfd=0.03S110千伏侧电源后备保护动作时间：tb=0.6S所以：td=tb+tfd=0.63I %2tj=11.8875 X 0.63=7.4 (kA)所以：Ith2t=31.5 I s2tj，满足热稳定要求。动稳定校验：lmax=41kA, Ib=30.3kA所以：Imax Ib，满足动稳定要求千伏侧选用六氟化硫

19、断路器：SN3-10/2000该断路器的具体技术参数如下：额定电压10KV额定电流2000A额定短路开断电流29KA关合电流75kA10.5KV,大于系统额定固有分闸时间0.14s(1)按额定电压选择，选择的断路器的最高工作电压为电压为10KV(2按额定电流选择。变电所按2台变压器同时运行时，则110kV侧额定负荷为420A 该断路器的额定电流为2000A满足要求。（3）校验断路器的断流能力此断路器额定开断电流 29kA 大于 10KV 侧三相短路电流周期分量的有效值 9.47KA（4）动稳定校验动稳定电流75KA大于系统三相短路冲击电流24.15KA（ 5）热稳定效应：取继电保护装置后备保护

20、动作时间 tr=0.6s ，断路器分闸时间 to=014s 则Te=tr+to=0.6+0.14=0.74s计算 110kv 侧短路热稳定电流，即选择断路器短时 3S热稳定电流大于 110KV侧三相短路电流周期分量稳态值13.12KA，故满足要求4.4 隔离开关的选择及校验4.4.1110 千伏侧选用GW4-110/2500型隔离开关。参数：额定工作电压： 110kV；额定工作电流： 2500A；5 秒热稳定电流： 40kA；额定动稳定电流： 100kA；按电压选择：符合电网额定电压要求。按电流选择： IN=2500A， IWmax=420A,所以：IN IWmax满足电网电流要求。热稳定性校

21、验：Ith2t=40 （kA）I %2tj=7.9(kA2S ) 所以：Ith2t I s2tj，满足热稳定要求。动稳定校验：tdf=100kA ， ich=31.9kA所以：tdf ich，满足动稳定要求4.4.235 千伏侧选用GW4-35/2000型隔离开关。参数：额定工作电压： 35kV；额定工作电流： 2000A；5 秒热稳定电流： 31.5kA ； 额定动稳定电流： 80kA；按电压选择：符合电网额定电压要求。按电流选择： IN=2000A， IWmax=660A,所以：IN IWmax满足电网电流要求。热稳定性校验：Ith2t=31.5 (kA)I s2tj=7.4(kA2S )

22、所以：Ith2t I s2tj，满足热稳定要求。动稳定校验：tdf=50kA ， ich=30.3kA所以： tdf ich ，满足动稳定要求4.4.310 千伏侧选用GN2-10/3000型隔离开关参数：额定工作电压： 10kV；额定工作电流：3000A5秒热稳定电流：50kA;额定动稳定电流：100kA;按电压选择：符合电网额定电压要求。按电流选择：IN=3000A, IWmax=2309A,所以：IN IWmax满足电网电流要求。热稳定性校验：Ith2t=50 (kA)I %2tj=15.8(kA )所以：Ith2t I s2tj，满足热稳定要求。动稳定校验：tdf=100kA , ic

23、h=64.2kA所以：tdf ich，满足动稳定要求4.5电压互感器的选择及校验(1) 110KV电压互感器，查表选用 WVB110-20( H型电容式电压互感器，额定绝fff缘水平 200、480KV 额定一次、二次电压比 110/ 3/0.1/3/0.1/3/0.1KV,额定负载 150VA/150VA/100VA准确级 0.2/0.5/3P。(2) 35KV电压互感器，查 表选用JDZXF9-35型电压互感器，额定 电压35/3/0.1/3/0.1/3/0.1/3 ,额定负载 100VA/150VA/300VA，准确级0.2/0.5/6P 。C10KV电压互感器，查表选用 JDZ11-1

24、2型电压比10/0.1KV，0.5级；JDZ11-12 型， 电压比 10/0.1KV,0.2/0.2;JDZX11-12 型， 电压比10/ 3/0.1/3/0.1/3 ,0.5/6P。4.6电流互感器的选择及校验(1) 110KV电流互感器选择110KV进线选用LB7-110(GYW2型电流互感器，主要技术参数为：额定电流 2X 300/5A,级次组合为10P15/10P15/0.5/0.2,短时(3s)耐受电流45KA额定动稳 定电流115KA满足短路计值。35KV电流互感器选择35KV进线选用 LCZ-35(Q)型户内电流互感器，额定电流为1200A，准确级10P20/10P20,额定

25、短时热电流为48KA额定动稳定电流为120KA满足短路计 算。(3) 10KV电流互感器选择10KV进线选用LMZB6-10型电流互感器，额定电流2000/5A,级次组合0.5/10P10, 动稳定电流峰值90KA短时热稳定电流100KA满足短路计算值。10KV出线选用LQZBJ8-10型电流互感器，额定电流选择600A,200A等,级次组合 0.2/0.5/10P10/10P10,动稳定电流峰值90KA短时热稳定电流100KA满足短路 计算值。10KV母线选用LA-12(Q)型电流互感器，额定电流1000/5A,级次组合0.5/10P10, 动稳定电流峰值90KA短时热稳定电流50KA满足短

26、路计算值4.7接地开关的选择及校验选用EK6型接地开关。参数：额定工作电压：10kV;最高工作电压：12kV;额定频率：50Hz;额定短路关合电流：50kA；2秒热稳定电流：20kA；额定动稳定电流：50kA;雷电冲击耐受电压(峰值)对地及相间：75kV。校验：可见所选的EK6型接地刀闸能够满足要求4.8载流导线的选择按持续工作电流选择，其他导体长度超过20米时应按经济电流密度选择现选LGJ-240/30型钢芯铝绞线，其屋外载流量为 380安。修正系数：K=0.88所以,K=380X 0.88=334.4A母线最大长期工作电流为262A;334.4A262A所以满足电流要求。4.9 避雷器选择

27、及校验侧避雷器的选择(1) 按额定电压选择110kV系统最高电压为126kV,相对地最高电压为126kV八3=73kV,根据手册选择氧化锌避雷器的额定电压为0.75Um=0.75*126kV=94.5kV，取氧化锌避雷器的额定电压为100kV(2) 按持续运行电压选择110kV系统相对地最高电压为126kV/ 3 =73kV,故选择氧化锌避雷器持续运行电压为73kV(3) 标称放电电流的选择110kV氧化锌避雷器标称放电电流选10kAo(4) 雷电冲击残压的选择查手册得110kV变压器额定雷电冲击外绝缘耐受峰值电压为450kV,内绝缘耐受峰值电压为480kV,按下式计算避雷器标称放电引起的雷电

28、冲击残压为Ue BILKe 1.4选择氧化锌避雷器雷电冲击电流下残压(峰值)不大于260kV。(5) 校核陡波冲击电流下的残压查表手册知变压器110kV侧内绝缘截断雷电冲击耐受电压为 530kV,按下式计算 陡波冲击电流下的残压为Ubie = BIL = 530 kV = 378kVKe 1.4选择氧化锌避雷器陡波冲击电流下残压(峰值)不大于291kV。(6) 操作冲击电流下残压的选择查手册得110kV级变压器线端操作波试验电压值为 SIL=375kV,按下式计算操作 冲击电流下残压为SIL 375 .、Us=kV = 326 kVKe 1.15取氧化锌避雷器操作冲击电流下残压(峰值)不大于2

29、21kV0(7) 根据上述选择校验，查手册选择 Y10W5-100/260型氧化锌避雷器满足变压 器110k V侧过电压保护的要求。变压器110kV侧中性点避雷器的选择(1) 按额定电压选择主变压器110kV侧中性点为不固定接地，查手册得变压器中性点额定电压为 0.57Um=0.57*126kV=71.82kV，取避雷器额定电压为 72kV。(2) 按持续运行电压选择 变压器110kV对地相电压为UmA 3=126kV/ 3=72.8kV,故选择氧化锌避雷器额定电压72kV能满足持续运行电压的要求。(3) 标称放电电流的选择变压器110k V侧中性点氧化锌避雷器标称放电电流选择1.5kA o(

30、4) 雷电冲击残压的选择查表手册得电力变压器110kV中性点雷电冲击全波和截波耐受峰值电压为 250kV,选择110kV氧化锌避雷器雷电冲击下残压 186kV,满足雷电冲击的要求（5）操作冲击电流下残压的选择查手册得电力变压器线端操作波试验电压为375kV,按下式计算中性点受到的操作电流下的残压为SIL 375 .、Us=kV = 326kVKe 1.15选择110kV氧化锌避雷器操作冲击电流下峰值残压为165kV,满足要求。（6） 根据上述避雷器的选择计算与校验，查手册知，选择丫15W5-72186型氧化 锌避雷器能满足变压器110k V侧中性点过电压保护。侧避雷器的选择（1）按额定电压选择

31、35kV系统最高电压为40.5kV，相对地电压为UmA 3 =40.5/3 =23.4kV。根据手册计算避雷器相对地电压为1.25Um=1.25*40.5kV=50.6kV，取避雷器额定电压为 53kV。（2）按持续运行电压计算35kV系统相对电压为 40.5/ 3 =23.4kV，选择氧化锌避雷器持续运行电压40.5kV，此值大于 23.4kV。（3）标称放电电流的选择35kV氧化锌避雷器标称放电电流选择 5kA0（4）雷电冲击残压的选择查手册得变压器35kV额定雷电冲击外绝缘峰值耐受电压为185kV,内绝缘耐受电压为200kV,按下式计算避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为5=业=185

32、kV =132kVKe 1.4选择氧化锌避雷器雷电冲击电流下残压（峰值）为 134kVo（5）校核陡波冲击电流下的残压查手册得35kV变压器类设备的内绝缘截断雷电冲击耐受电压（峰值）为220kV,按下式计算陡波冲击电流下的残压为Uble二 BLKe220 kV =157kV1.4选择陡波冲击电流下残压(峰值)为 154kV0(6) 操作冲击电流下残压的选择查手册得35kV变压器线端操作波试验电压为170kV,按下式计算变压器35kV侧操作冲击电流下残压为Us=SILKe= 2ZkV =147kV1.15选择35kV氧化锌避雷器操作冲击电流下峰值残压为114kV0(7) 根据上述计算与校核，查手

33、册知选择 丫5WZ-53/134型氧化锌避雷器能满足 变压器35kV侧的电压保护要求。变压器35kV侧中性点避雷器的选择(1) 按额定电压选择变电所选用三绕组变压器，35kV侧中性点安装消弧线圈接地，查手册得变压器 中性点额定电压为 0.72Um=0.72*40.5kV=29.16kV，选择氧化锌避雷器额定电压 为 53kVo(2) 按持续运行电压选择35kV相电压为 40.5kV/3 =23kV,中性点额定电压 0.72Um=0.72*40.5kV=29.16kV,故选择氧化锌避雷器持续运行电压为 40.5kV o(3) 标称放电电流的选择变压器35kV侧中性点氧化锌避雷器标称放电电流选择5kAo(4) 雷电冲击残压的选择查手册得变压器35kV侧中性点额定雷电冲击耐受峰值电压为 185kV,选择35kV 氧化锌避雷器雷电冲击电流下峰值残压为134kV,