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文档简介

110KV降压变电所设计原始资料建设性质及规模为满意某铁矿生产生活的供电要求,打算新建一个110KV降压变电所电压等级:110/10KV线路回数:110KV:2回;10KV出线:24回,所址.负荷及电力系统资料等,详见下文。附注:(1)图中系统容量,系统阻抗均相当于最大运行方式。(2)最小运行方式时:S=2000MVA.Xs=1.10;(3)系统可保证本站110KV母线电压波动在±5%以内。

1.表中空缺负荷数据可自行分析

2.10kV负荷受电端的力率均就地补偿至0.9以上,表中给出为原始自然力率。

4.所址条件:地形,地质,水文,气象等条件所址位于某山区一个南北狭长山谷中,地形平缓,土质贫瘠,平均海拔400米,邻近负荷中心,水源充分,交通便利。土质为含砂黏土,土壤热阻系数度ρT=120℃?CM/W,土温20℃,地震烈度8度。年最高气温+40℃,所最低气温-22℃,最热月平均最高温度+32℃。风速32m/s,主导风向西北,覆冰厚度15mm。微风风速3.5m/s,属于我国Ⅷ类标准气象区。

三、设计任务(一)电气一次部分1、变电站总体分析该变电所是为满意铁矿生产生活用电,有原始材料可知有两个110kv和10kv等级。变电站主要是供应铁矿供电,110kv配电装置出线2回,一回备用,可采纳单母线分段接线形式,对重要用户可以从不同段引出回馈线路,有两路电源供电;10kv配电装置出线13回,备用两回,且负荷以Ⅰ、Ⅱ类负荷为主,对供电牢靠性要求较高,拟采纳单母线分段或双母线接线;负荷会增加,所以对主变压器要求较大容量,满意将来几年的进展需要;为保障Ⅰ、Ⅱ类负荷的需要,以及将来扩建的需要,至少需要安装两台主变压器以提高对负荷供电的牢靠性。

2、负荷分析计算与主变压器选择(1)变压器容量的选择。计算10kv侧的计算负荷,

由公式%)1(cos1α?

+=∑=n

it

cP

KS,其中CS—某电压等级的计算负荷tK—同时系数(10kv取0.85)α%—该电压等级电网线损,一般取5%P、cos?—各用户的负荷和功率因数

10S=0.85*(2/0.72+3/0.78+3/0.78+4/0.75+2/0.72+0.15/0.75+1.5/0.8+2/0.78+1/0.78+1/0.78)*(1+5

%)=19.6MVA变电站主变压器容量一般应按5~10年规划负荷来选择。对于重要变电站,需

要考虑当一台主变压器停运时,其余变压器容量在计及负荷力量允许时间内,应满意Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电;对一般性变电站,当一台主变压器停运时,其余变压器应能满意全部负荷的70%~80%。所以一台变压器各自担当9.8MVA,当一台停运时,另一台则担当70%为13.72MVA的负荷,又Ⅰ、Ⅱ类负荷为15.9MVA,此时不能保障对Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电,故变压器的容量应满意:

MVAS

9.15n

≥,故选用两台20MVA的变压器。

(2)变压器型式的选择相数的选择:电力系统中大多数为三相变压器,三相变压器较之于同容量的单相变压

器组,其金属材料少20%~25%,运行电能损耗少12%~15%,并且占地面积少,因此考虑优先采纳。本变电站所处地理位置交通便利,不受运输条件限制,所以采纳三相变压器。

绕组数与结构的选择:本变电站共两个电压等级,110kv和10kv,采纳双绕组变压器即可,保障了供电的经济性,如采纳三绕组变压器,不仅不经济,而且供电牢靠性能降低。我国110kv及以上高压电力系统皆采纳中性点直接接地系统,绕组高压110kv侧采纳星形接法,低压10kv侧采纳三角形接法,以抑制线路产生的3次谐波。依据110KV变电所设计指导,以上选择符合系统对变电所的技术要求,两台相同的变压器同时投入时,可选择型号为

3、电气主接线设计;变电站主接线应满意下列要求:断路器检

修时是否影响供电;设备和线路故障检修时,需要停电的用户数目的多少和停电时间的长短,以及能否保证对重要用户的供电。主接线正常运行时可以依据调度的要求敏捷的转变运行方式,达到调度的目的,而且在各种事故或设备检修时,能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小,并且再检修在检修时可以保证检修人员的平安。(3)操作应尽可能简洁、便利主接线应简洁清楚、操作便利,尽可能使操作步骤简洁,便于运行人员把握。简单的接线不仅不便于操作,还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简洁,可能又不能满意运行方式的需要,而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。(4)经济上合理主接线在保证平安牢靠、操作敏捷便利的基础上,还应使投资和年运行费用小,占地面积最少,使其尽地发挥经济效益。(5)应具有扩建的可能性

由于我国工农业的高速进展,电力负荷增加很快。因此,在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择,主要打算于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等110kv侧电气主接线。由于该变电站Ⅰ、Ⅱ类负荷所占比重较大,对供电牢靠性要求较高。110kv出线2回,一回备用,可采纳单母线分段接线或双母线接线两种方案,当不允许停电检修断路器时,可设置旁路设施,但装设SF6断路器时,检修周期可长达5~10年甚至20年,可以不设旁路设施。10kv侧电气主接线。10kv出线13回,两回备用,可采纳单母线分段或双母线接线两种方案高压110kv侧,采纳单母线分段接线,优点是经济敏捷,接线简洁,操作便利,缺点是牢靠性一般;采纳双母线接线,优点是供电牢靠,扩建便利,缺点是投资有所增加,且占地面积大,由于负荷距离比较近,经过综合比较采纳单母线分段接线。10kv侧,单母线分段接线经济敏捷,操作便利,但是牢靠性一般;双线接线优点是供电牢靠,调度敏捷,扩建便利,有较高的牢靠性,缺点是投资有所增加。鉴于用电负荷多为Ⅰ、Ⅱ类负荷,对牢靠性要求较高,故采纳双母线接线。

4、短路电流算及电气设备选择;

4.1短路电流计算条件⑴由于系统电压等级较高,输电导线的截面较大、电阻较小、电抗较大,因此在短路电流的计算过程中忽视R、只计及X。

⑵计算短路电流时所用的接线方式,应是可能发生最大短路电流的正常接线方式(即最大运行方式),而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。⑶计算容量按无穷大系统容量进行计算。⑷短路种类一般按三相短路进行计算。⑸短路计算点如下a.d-1—110kV母线短路时的短路计算点;c.d-2—10KV母线短路时的计算点。

4.2短路电流计算方法与步骤4.2.1方法在工程设计中,短路电流的计算通常采纳有用运算曲线法。

4.2.2短路电流计算的步骤选择计算短路点;画出等值网络(次暂态网络)图首先去掉系统中的全部负荷分支、线路电容、各元件的电阻,发电机用次暂态电抗Xd”;选取基准容量Sj和基准电压Uj(kV)(一般取各级的平均电压),计算基准电流Ij=Sj/√3Uj(kA);

a.计算各元件换算为同一基准值的标么电抗;绘制等值网络图,并将各元

件统一编号,分子标各元件编号,分母标各元件电抗标么值;化简等值网络图为

计算不同短路点的短路电流值,需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射

形的等值网络;求出各电源与短路点之间的电抗,即转移电抗Xnd;求计算电抗Xjs,

即将各转移电抗换算为各电源容量(等值发电机容量)为基准的计算电抗Xjs1,Xjs2……;

⑴由Xjs1,Xjs2……值从适当的运算曲线中查出各电源供应的短路电流周期重量标么值(运算曲线只作到Xjs=3);计算无限大容量(Xjs≥3)的电源供应的短路电流周期重量;计算短路电流周期重量出名值和短路容量;计算短路电流冲击值;绘制短路电流计算结果表。4.2.3三相短路电流计算过程

查资料可知,架空线电抗X一般取为0.4Ω/km.选基准:

S

B

=100MVA

UB

=U

av

110kv侧:)3/(BBBUSI==0.502KA10kv侧:)3/(BBBUSI==5.499KA

等值电路图

110kv侧即当f1点断路时,等值电路及其简化电路如图1-1附图1—1

Ω=?=8.64.0172LXΩ=?=6.74.0193LXΩ

=?=44.0104LX0423.02360100

998.01=?

=x

x=?=2

21151008.60.0514x0575.01151006.723=?=x0302.0115100424=?=x13.0115100

2.172

5

=?=x7=x42.025

100105.06=?

=x12=x8=0.04230271.0115100

8.6//6.729=?=x

0245.01151004//2.17

210=?

=x216.2100

2360

)(13

121=?+=xxxjsKAVSIavNf85.113

11523603max1≈?==

经查表得:KA

IiNf57.585.11470.0470.0101.0=?=?=

由KAIB502.03

115100=?=

短路电流出名值:

KAII

Nf62.585.11474.0474.01'

'=?=?=

冲击电流

KA

ish33.1462.555.21=?=2.0s时短路电流:KA

INfI76.585.11486.0486.0t

12

k

=?=?=4.0s

KAINfI76.585.11486.0486.0t

1k

=?=?=

短路容量:

MVA

4.1119KV115KA62.53S'=??=

在10KV侧母线发生短路即f2短路时,等值电路及其简化电路如图1-3附图1—3

短路参数计算21.042.05.02

1

61114=?==

=Xxx3039

.021.00939.014131215=+=++=xxxx172

.76.233039.0100

2360

152=?=?=xxjs随时间变化

短路周期电流幅值不会∴>45

.32jsx14.0172

.71

1

2

2*===jsPxIKA

INf78.1293

5.102360

2=?=

短路电流出名值:KAIIINfP17.1878.12914.022*''=?=?=

:

KA

ish33.4617.1855.22=?=短路容量:

MVA45.3305.10KA17.183=??=S表4.1短路电流计算结果表

4.3持续工作电流的计算

各回路最大持续工作电流

依据公式S

max

=3

Ue

I

gmax

式中

S

max

----所统计各电压侧负

荷容量

U

e

----各电压等级额定电压

I

gmax

----最大持续工作电流

S

max

=

3

Ue

I

gmax

I

gmax

=

S

max

/(

3

U

e

)则:10kV

I

gmax

=330.45MVA/(3×10)KV=19.08KA110kV

I

gmax

=1119.4MVA/(3×

110)KV=5.88KA

4.4电气设备选择4.4.1电气设备选择的原则

由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是,电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必需牢靠地工作,为此,它们的选择都有一个共同的原则:按正常工作状态选择;按短路状态校验。

电气设备选择的一般原则为(1)、应力求技术先进、平安适用、经济合理(2)、应满意正常运行、检修、短路和过电压状况下的要求,并考虑远景进展;(3)、应按当地环境条件校核;(4)、应与整个工程的建设标准协调全都;(5)、选择的导体品种不宜太多;(6)、选用新产品应乐观慎重。新产品应有牢靠的试验数据,并经主管单位鉴定合格。

5.2电气设备选择的技术条件高压电器,应能在长期工作条件下和发生过电压、

过电流的状况下保持正常运行。(1)电压:选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug。(2)电流:选用的电器额定电流IN不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig。校验的一般原则:⑴电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校验,校验的短路电流一般取最严峻状况的短路电流。⑵用熔断器爱护的电器可不校验热稳定。⑶短路的热稳定条件QI

K

t

≥?t2Qk——在计算时间ts内,短

路电流的热效应(KA2S)

I

t

——t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值(KA2S)t——

设备允许通过的热稳定电流时间(s)校验短路热稳定所用的计算时间t按下式计算

tk

=tpr

+t

br

t

pr

——继电爱护装置动作时间内(S)

t

br

——断路的全分闸时间(s)(4)

动稳定校验电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的力量,称动稳

定。满意动稳定的条件是:ii

essh

≤IIhess≤上式中ishI

sh

——短路

冲击电流幅值及其有效值

ies

I

es

——允许通过动稳定电流的幅值和有

效值

(5)绝缘水平:在工作电压的作用下,电器的内外绝缘应保证必要的牢靠性。接口的绝缘水平应按电网中消失的各种过电压和爱护设备相应的爱护水平来确定。由于变压器短时过载力量很大,双回路出线的工作电流变化幅度也较大,故其计算工作电流应依据实际需要确定。高压电器没有明确的过载力量,所以在选择其额定电流时,应满意各种可能方式下回路持续工作电流的要求。

5.3主要电气设备的选择110KV侧断路器和隔离开关的选择、

(1)110KV高压侧断路器的选进线断路器的等级比主变高压侧大一级,而母线分段断路器和进线断路器的额定值相差不大,粗略计算,进线只取进线断路器。

假设两台主变同时并联投入运行时,110KV母线上发生短路,短路电流出名值:I

d''1

=

5.62KA短路冲击电流出名值:ish=2.55×

I

d''1

=2.55×5.62=14.33(KA最大负荷电流:

Imax=1.05×50000/(3×115)=251.319(A)电网额定电压:UNS=110KV则高压断路器的额定电压和额定电流选择应满意:UNS≥UN,

I

N

I

max

一般变电站采纳中、慢速断路器,

开断时间较长,短路电流非周期重量衰减较多,可不及非周期重量影响,按断开电流选择

I

Nbr

≥I

d''1

;断路器合闸之前,若线路上已存在短路故障,则在断路器合闸过程中,动静

触头间在未接触时即具有巨大的短路电流通过,为保证断路器在关合短路时的平安,断路器的额定短路关合电流不应小于短路电流最大冲击电流,即按短路电流计算

i

Ncl

≥ish。

依据资料,可以知道LW6-110满意要求,详细参数如下:

热稳定校验:tIt

?2

=162×4=1024(KA2S)k

=I∞2×t=5.622×4=126.34(KA2

S)因

tI

t

?2≥Qk,所以满意热稳定要求;动稳定校验:由于ies≥ish=14.33KA所以满意动稳

I

max

=251.32(A)额定电压UNS=110KV隔离开关额定电压

U

N

U

NS

,隔离开关额定

电流

I

N

I

max

依据资料,可以知道该隔离开关满意要求,详细参

数如下

表附2.2隔离开关GW13-110参数表

热稳定校验:tIt

?2

=162×4=1024(KA2S)k

=I∞2×t=5.622×4=126.34(KA2

S)

由于

tI

t

?2≥Qk,所以满意热稳定要求;动稳定校验:由于ies≥ish=14.33K通过校

验,所选隔离开关满意设计要求。

10KV侧断路器和隔离开关的选择

(1)10KV低压侧断路器的选择进线断路器的等级比主变高压侧大一级,而母线分段

断路器和进线断路器的额定值相差不大,粗略计算,进线只取进线断路器。假设两台主变同时并联投入运行时,10KV母线上发生短路,短路电流出名值

I

'

'=18.17(KA)

短路冲击电流出名值ish=2.55×Id1’’=2.55×18.17=46.33(KA)最大负荷电流Imax=1.05×50000/(3×10.5)=1443.38(A)额定电压UNS=10KV高工作电压Ualm≥Usm=110×1.15=11.5(KV)低压断路器应满意:额定电压UNS≥UN

额定电流IN≥Imax

按断开电流选择INbr≥Id1’’按短路电流计算iNcl≥ish依据资料,可以知道高压真空断路

(1)校验热稳定=?==450tIQtD10000(kA2

.S)

6.132041

7.182

2

''=?=?=KKtQI(kA2.S)即DQ>KQ满意要求;

(2)校验动稳定INs>

2

1)17.2333.4621

2KAish(=?=

即满意要求;

(2)10KV高压隔离开关的选择短路电流出名值Id1’’=18.17(KA)短路冲

击电流出名值ish=2.55×Id1’’=2.55×18.17=46.33(KA)最大负荷电流Imax=1443.38(A)额定电压UNS=10KV高工作电压Ualm≥Usm=10×1.15=11.5(KV)隔离开关额定电压UN≥UNS隔离开关额定电流IN≥Imax依据资料,可以知道GN6-10T/1000满意要求,详细参数如

热稳定校验:It2*t=202

×10=4000(KA2

S)QK=I∞2

×t=18.172

×10=3301.49(KA2

S)由于It2*t≥QK,所以满意热稳定要求;动稳定校验:由于INS=52KA≥ish=46.33KA

通过校验,所选隔离开关满意设计要求导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大(通常指Tmax>5000h)。传输量大,长度在20m以上的导体,一般按经济电流密度选择。而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下,传输量不大,故可按长期允许电流来选择。

110KV侧线路的选择本设计的110kV为屋外配电装置,故母线采纳钢芯

铝绞线LGJ的软母线,而10kV采纳屋内配电装置,故采纳矩型硬母线。导体的正常最高允许温度,一般不超过+70℃;在计太阳辐射的影响时,钢芯铝绞线可按不超过+80℃来考虑。

110KV母线的选择与校验:

(一)、按最大工作电流选择导线截面S

KASU

SSIN

N40.011535

.125.1725211023gmax=?++?=++=

∑穿年最高平均温度为+40℃,而导线长期允许温度为+80℃,则温度修正系数:

K0=

o

alalθθθ

θ--=

25

8040

80--=0.85Igmax=K0Ial则Ial=Igmax/K0=

400/0.853=468.93(A选择110KV母线型号为:LGJ—185,查表得IY=631A。

Igmax=400A<KθIY=0.853×631=538.24A满意要求(二)、热稳定校验:

S=185mm2>Smin=

C

IKdzt=

283

5620

=95.76mm2满意热稳定要求。10kV母线的选择与校验由于安装在室内,选用硬母线(一)、按最大工作电流选择母线

截面:

Igmax=1.05×

5

.10325000?=1443.38(A)

IYj=

Igmax/k0=1443.38/0.853=1692.11A

选择10KV母线型号为LMY型(双条)100*10,查表得IY=2558A。Imax=1443.38A<KθIY=0.853×2558=2181.97A满意要求(二)、热稳定校验S=1000mm2>Smin=

C

IK

dzt=

87

18170

98.1=148.4mm2满意热稳定要求。(三)、动稳定校验母线实行水平排列平放则W=bh2/2=10×1002/2=50000(mm3)=5×10-5m3相邻支柱间跨距取L=1.5m相间母线中心

距离取a=0.25mσmax=0.173ish2×aW

L102=0.173×46.332×5

210525.0105.1-???

=66.84×105(pa)σmax<σy=70×106pa满意动稳定要求表附2.510kv矩型铝母线参数表

高压熔断器的选择

熔断器是最简洁的爱护电器,它用来爱护电气设备免受过载和短路电流的损害,屋内型高压熔断器在变电所中常用于爱护电力电器,配电线路和配电变压器,而在电厂中多用于爱护电压互感器。(1)按额定电压选择对于一般高压熔断器,其额定电压必需大于或等于电网的额定电压,另外,对于填充石英沙有限流作用的熔断器,则只能用在等于其额定电压的电网中,由于这种类型的熔断器能在电流达最大值之前就将电流截断,致使熔断器熔断时产生过电压。(2)按额定电流选择熔断器的额定电流选择,为了保证熔断器不致损坏,高压熔断器的熔管额定电流IFTN应大于或等于熔体的额定电流IFSNIFTN≥IFSN

额定电流选择:为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和爱护范围以外的短路及电动机的起动等冲击电流时误动作,爱护35kv以下电力变压器的高压熔断器,其熔体的额定电流可按下式选择IFSN=KIgmaxk——牢靠系数(不计电动机自起动时K=1.1—1.3,考虑电动机自起动时k=1.5—2.0)Igmax——电力变压器回路最大工作电流用于爱护电力电容器高压熔断器的熔体,当系统电压上升或波形畸变引起回路电流增大或运行过程中产生涌流时不应误动作,其熔体的额定电流按下式选择:IFSN=KICNK——牢靠系数ICN——电力电容器回路的额

定电流(3)熔断器开断电流检验,INbr≥Ish(或I”

)对于没有限流作用的熔断器,用冲击电流的有效值Ish进行校验;对于有限流作用的熔断器,在电流达最大值之前已截断,故可不

计非周期重量影响,而采纳I”

进行校验。爱护电压互感器的高压熔断器只需按规定电压及断流量来选择.(4)选择性校验为了保证前后两级熔断器之间或熔断器与电源或负荷爱护装置之间动作的选择性,应进行熔体选择性校验。各种型号熔断器的熔体熔断时间可在制造厂供应的安秒特性曲线查出。爱护电压互感器用的高压熔断器只需根据额定电压及断流容量两项来选择。当短路容量较大时,可考虑在熔断器前串联限流电阻。额定电压UNS=10(KV)Imax=1443.38(A)熔体额定电流IFSN≥K×Imax=2.17KA(K为牢靠系数,1.5)

依据资料可知:

电流互感器的选择(1)110KV电流互感器的选择额定电压UNS≥UN=110KV额定电

流IN≥Imax考虑到变压器降低5%时其出力不变,所以相应回路的Imax=1.05IN,即:最大负荷电流Imax=1.05×2×50000×/(3×115)=263.57(A)(附2.46)依据以上数据,可选择LCW-110型户外独立式电流互感器额定电流比:600/5A1s热稳定电流75KA动稳定电流50KA

热稳定校验:

td=5.05sQK=QP=(KrIN)2×1=(75×600×10-3)2×1=2025(KA2·S)>QK(附2.47)

满意热稳定要求。内部动稳定校验:ish1=14.33KAKd2IN=50×2×600×10-3=42.5KA>ish1(附2.48)满意动稳定要求。故选择型LCW-110户外独立式电

额定电压UNS≥UN=10KV额定电流IN≥Imax

考虑到变压器降低5%时其出力不变,所以相应回路的Imax=1.05IN,即:最大负荷电流Imax=1.05×2×50000×/(3×10.5)=2886.75(A)(附

2.49)

可选择LAJ-10型电流互感器,其技术参数如下:额定电流比:4000/5A1s热稳定倍数:50

动稳定倍数:90热稳定校验:td=1.08sQk=(KrIN)2×1=(50×4000×10-3)2×1=40000(KA2·S)>Qk满意热稳定要求。内部动稳定校验:Ish2=46.33KAKd2IN=90×2×4000×10-3=509KA>ish2满意动稳

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