110kV降压变电所电气部分初步设计举例 -

110kV降压变电所电气部分初步设计举例一、设计基础数据、设计依据(包括负荷统计、主管部门报批文件、协议书等)。、工程性质：新建、工程分二期3．所址地理及气象条件本变电所向地区工业中心及职工住宅小区供电。附近有公路经大

道至本变电所，砂石高坡地，四周开阔。属省Ⅱ级气象区，最高气温40℃、最低气温-20℃，主导风向冬季为西北风，夏季为东南风，最大风速25m／

S、海拔600m，最大冻土层厚0.6m，地震级为6度。4．建设规模本变电所是由地区变电所通过110kV架空线路供电的终端变电所，第一期工程先上一台20000kVA的三绕组变压器，一条110kV进线。远景规划为二台20000kVA三绕组变压器，一条110kV进线，一条110kV出线。地区变电所端采用SF6—110型断路器，后备保护的动作时间为3.5s5.负荷情况本变电所10kV出线6回,送往县城，每回负荷2000kW，假定cosφ=0.8；35kV出线4回，向北给乡镇供电，每个乡镇变电所变压器2台，总容量为3200kVA，线路总长约70km，35kV出线每回按6000kVA负荷计算。系统情况系统至本变电所110kV母线的标么电抗(Sd=1OOMVA)为；最大运行方式时0.25，最小运行方式时0.3；主运行方式时0.28。设计内容本设计只作电气部分的初步设计，不作施工设计和土建设计。主要

设计范围为：①确定电气主结线；②确定电气布置原则；③短路电流计算，④主导体和电气设备的选择，⑤继电保护配置和整定计算；⑥确定二次系统的原则方案；⑦确定防雷和接地保护方案，⑧所用电，⑨直流操作电源：⑩照明。二、电气部分设计说明2.1．主结线本变电所110kV远景规划只有两回进出线路，且有穿越功率，当负荷小的季节尚有可能退出一台主变压器运行，故宜采用外桥式接线，本期工程暂采用线路一变压器组接线。l0kV出线较多，用户又较重要，拟采用单母线断路器分段接线方式。35kV侧采用单母线隔离开关分段接

线，施工设计时预留出将来改用断路器分段的位置。一期工程主结线见图附I—1。2.主变压器选择因为35千伏侧负荷较大，故将零阻抗置于该侧。主变压器中性点应留有经消弧线圈接地的可能；若系统调度部门没有明确要求，中性点可以暂不接地。35千伏侧的总负荷10千伏侧的总负荷若一台主变压器停运，另一台承担全部负荷，其负荷率为195%，应采取措施减负荷。正常并列运行的负荷率为97.5%。拟选用SFSL-20000/110型三绕组变压器，其容量比为：100/100/50；电压比为:接线方式位YN，yn0,d11；阻抗电压为:Uk12=10.5

﹪；

Uk13=18﹪；Uk23=6.5

﹪；第一期工程主变压器负荷率为3电气布置110千伏和35千伏采用户外式，10千伏采用户内式成套配电装置。户外配电装置采用中型布置，110千伏用门型构架，35千伏用型构架安装母线。间隔跨度110千伏用8米，35千伏用5米。各级电压的配电装置，主变压器和控制室的安装位置和朝向，应有利于进出线的方便和巡视工作的便利。一期工程平面布置见图附I-2。短路电流计算按无限大容量处理，基准容量取100MVA。用于设备选择时，按最终规模考虑；用于继电保护整定计时，按第一期工程考虑。第三章为短路电流计算部分。主要电器设备选择计算温度取最热月份的平均温度；最大负荷利用小时数2500小时，经济电流密度取1.15A/mm2。尽量选择同型号的设备，以利于维护。见设备选择部分。2.4继电保护配置1主变压器保护主变压器设置以下保护装置：①瓦斯保护，轻瓦斯作用于信号，重瓦斯作用于跳闸；②纵联差动保护；③复合电压启动的过电流保护，以第一时限跳35千伏母线分段开关，第二段时限跳主变压器35千伏侧开关，第三段时限跳主变压器三侧开关。因第一期工程中35千伏母线无分段断路器，故暂用两段时限；④主变压器10千伏侧设过电流保护，作为10千伏出线和10千伏母线的后备保护，以第一段时限跳10千伏母线分段开关，第二段时限跳主变压器10千伏侧开关；⑤主变压器110千伏侧和10千伏侧均设过负荷保护，动作与信号。35千伏线路保护因电流速断保护的保护范围不能满足要求，所以采用电压速断保护作为主保护，过电流保护作为后备保护。10千伏线路保护按规定应设电流速断保护和过电流保护，若电流速断保护的保护范围太小，可只设为电流保护。2.5主控制室和二次回路主控制室按有人值班设计，在室内设主变压器，110千伏线路，35千伏线路，母线分段开关的控制屏和保护屏，并尽可能与实际位置相对应，以减少控制电缆的交叉和数量。各个屏按∏形布置，开口侧朝向户外配电装置，便于值班人员观察。主要控制屏在正面，直流屏和所用电屏分在两侧；中央信号屏置于正面一侧。断路器的控制主变压器，110千伏线路，35千伏线路和个分段开关均在主控制室操作，采用灯光监视。10千伏开关在户内配电室就地操作，也采用灯光监视。事故信号和预告信号由于断路器数量较多，因此设重复动作的事故信号和预告信号，在中央信号屏集中解除。预告信号分瞬时和延时动作两种。10千伏就地操作的各安装单位，其动作信号均在中央信号屏上设光字牌。所用电采用电容器储能得硅整流电源，所以选用两台所用变压器，一台SL7-30/10型结与10千伏母线2段上，另一台SL7-50/35型结与35千伏侧。两台互为备用，且在低压侧装设备用电源自动投入装置，以提高供电可靠性。直流系统一组硅整流装置对正常运行时直流负荷供电，包括控制，信号和继电保护等直流负荷；另一组硅整流装置作为断路器的合闸直流电源，正常运行时也可对上述直流负荷供电。国产GKA型成套整流设备即可满足要求，他的输入电压为380伏，输出直流电压220伏，电流600安。照明变电所主控制室和10千伏内配电装置室，设乳白色球形灯具及事故照

明。办公室和休息室等房间设常用照明灯具，户外采用投光灯和局部照明。近出门设吸顶灯。2.6防雷保护及接地装置①户外与户内配电装置及主控制室的建筑物，设独立避雷针防护直击雷，其保护范围应包括线路的终端塔杆。②在各段母线上设一组阀型避雷器，以防雷电冲击波。③为防护开路状态下的断路器，隔离开关和通讯用电感器，在110千伏线路终端杆处设一组管型避雷器。④因为变压器10千伏侧有可能开路运行，所以10千伏母线上设一组阀型避雷器。⑤环绕主控制室和各级电压配电装置，设置闭合的接地装置，在主要设备附近设吹直接地体。第3章短路电流计算3.1短路电流计算主变压器各侧阻抗的百分值(

3-1

)(

3-2

)(

3-3

)其标幺值为基准电流为110千伏侧35千伏侧10千伏侧在最大运行方式下，k1点三相短路电流为：最大运行方式下，各短路点短路电流和短路容量的计算结果如表3-1所示。短路点编号短路电流计算值（kA）热稳定计算参数Sk(MVA)等效时间110kV母线k1400225.13.1535kV母线k21912.982.987.82.7010kV母线k31437.877.8720.071.75表3-1热稳定计算的等效时间等于四个时间之河，即继电保护动作时间+断路器固有分闸时间+断路器灭弧时间+非周期分量热效应的等效时间。因此10千伏线路为：主变10千伏侧为：主变35千伏侧为：35千伏线路为：主变110千伏侧为：3.2各回路的工作电流主变110千伏侧：主变35千伏侧：主变10千伏侧：10千伏出线：35千伏出线：35千伏母线分段开关按35千伏侧总负荷的60%计算；10千伏母线分段开关按10千伏侧总负荷的60%计算；110千伏外桥回路的穿越功率按20000千伏计算。短路点k1k2k3系统阻抗电压级；运行方式110kV35kV10kV最大运行方式2kA1.95kA4.78kA0.25最小运行方式1.67kA1.84kA4.58kA0.3主运行方式1.79kA1.88kA4.66kA0.28附3-2计算电路如上图附Ⅰ－4，计算结果详见表附3-2第4章主要电器设备选择4.1设备选择原则设备型号应符合使用环境和安装条件的要求；设备的规格，参数按正常工作条件选择，并按最大短路电流进行校验。同样必须执行国家的有关技术，经济，政策并应做到技术先进，经济合理，安全可靠，运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。4.1开关电器的选择开关电器的具体选择原则：首先电网工作电压小于额定电压；最大持续工作电流小于额定电流；断路器的额定开断电流大于断路器实际开断时间的短路电流周期分量；三相短路电流冲击值小于断路器极限通过电流峰值；进行综合经济比较然后确定。表附4-1110千伏外桥断路器参数项目设备参数使用条件额定电压110kV110kV额定电流1200A220A开断容量3000MVA400MVA开断电流15.8kA2kA热稳定动稳定41kA5.1kA110千伏外桥断路器和隔离开关选用SW8-110G/1200型断路器和CD5-XG型操动机构，其有关参数附表4-1，表附4-2

隔离开关参数项目设备参数使用条件额定电压110kV110kV额定电流600A220A热稳定动稳定50kA5.1kA隔离开关选用GW4-110/600型，其有关参数附表4-2。表附4-3变压器110千伏侧断路器和隔离开关选择型号及有关参数设备型号SW3-110G/1200型断路器GW4-110/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压110kV110kV110kV110kV额定电流1200A110A600A110A热稳定动稳定41kA5.1kA50kA5.1kA开断电流15.8kA2kA操动机构CD5-XGCS-41变压器110千伏侧断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附4-3。表附4-4变压器35千伏侧断路器和隔离开关选择型号及有关参数设备型号SW3-35/600型断路器GW4-35/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压35kV35kV35kV35kV额定电流600A315A600A315A热稳定动稳定41kA4.97kA50kA4.97kA开断电流16.5kA1.95kA操动机构CD3-XCS8-3变压器35千伏侧断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附4-4。表附4-535千伏出线断路器和隔离开关设备型号SW3-35/600型断路器GW2-35/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压35kV35kV35kV35kV额定电流600A99A600A99A热稳定动稳定17kA7.6kA50kA7.6kA开断电流6.6kA2.98kA操动机构CD3-XCS8-335千伏出线断路器和隔离开关 如表附4-5。表附4-6

主变压器10千伏侧高压开关柜选用GG-1A(F)08型开关柜，断路器SN10-10II/1000型项目断路器参数使用条件额定电压10kV10kV额定电流1000A551A热稳定动稳定74kA12.19kA开断电流29kA4.78kA操动机构CD10-1主变压器10千伏侧高压开关柜 如表附4-6。10千伏线路开关柜 选用GG10-1A(F)-23型，断路器为型，操动机构为CD10型，其有关参数如表附4-7.表附4-7

10千伏线路开关柜项目断路器参数使用条件额定电压10kV10kV额定电流600A144A热稳定动稳定33kA20.07kA开断电流11.6kA7.87kA10千伏母线分段开关 选用GG-1A(f)-11和GG-1A(F)-95两种高压开关柜。使用条件为：工作电压10千伏，工作电流按551A计，冲击电流12.2kA,稳态短路电流为4.78kA,等效时间取1.25s.断路器选用SN10-10/1000型，隔离开关选用型。4.2导线选择选择原则是：按周围环境温度校正后的允许载流量不小于最大电流，只有长线路才按经济电流密度选择；校验稳定时，按公式取c=97.应满足正常运行，检修，短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；应按当地环境条件校核；选择时应力求减少品种；主变压器10千伏侧引出线和10千伏母线拟选用的矩形铝排，平置。支持绝缘子间距取2.5m,相间中心线距为0.4m。4.2.1母线排的校验计算经温度校正后母线排的允许载流量为788A，大于最大工作电流551A。母线排的校验计算如下：热稳定校验母线在短路时的最大电动力Smin

小于母线排截面480mm2。母线的截面系数母线排受的最大应力4.2.2

10千伏高压开关柜硬母线动稳定校验，因为l=1.2m,s=0.25m,故铝母线排的允许应力为，因此所选硬母线均符合动稳定要求。表附4-8线路软导线按经济电流密度选择项目工作电流

(A)选用导线型号Ial(A)110Kv母线2201.15191236LGJ-120380110kV进线1101.1596236LGJ-120380主变35kV侧引线3151.152741.9533LGJ-24061035kV线路991.15862.9833LGJ-9533510kV线路1441.151257.8770LGJ-1203804.2.3线路软导线按经济电流密度选择，见附表4-8.4.3电流互感器选择电流互感器的选择和配置应按以下条件：①电流互感器安装处一次回路工作最大电流小于其原边额定电流；②电流互感器安装处一次回路工作最大电压小于其原边额定电压；③确定准确等级；电流互感器的额定容量大于其二次侧最大负荷；⑴主变110千伏侧电流互感器选用LCWD-110型，Ki=200A/5A，级次0.5/5p/5p,每相两只串联使用。其热稳定倍数为75，动稳定倍数135。计算结果如下：⑵主变35千伏侧电流互感器选用LCWD-35型，Ki=600A/5A，级次0.5/5p,用于继电保护和测量仪表回路。主变10千伏侧电流互感器选用LJA-10型电流互感器，Ki=1200A/5A，级次0.5/5p。35千伏出线电流互感器选用LCW-35型，Ki=150A/5A。10千伏出线电流互感器选用Ki=200A/5A的电流互感器，具体型号由柜而定。4.4电压互感器形式同电流互感器；如果同一回路接有几种不同形式和用途的表时，应按要求等级比较高的仪表。110千伏侧选用JCC-110型单相，串级式三绕组户外式电压互感器，额定电压比 共三台。35千伏侧母线上选用三台JDJJ-35型电压互感器，可供绝缘监视用。10千伏侧母线上选用JSJW-10型电压互感器，可供绝缘监视用，随配套开关柜安装。表附4-9高压熔断器选择项目工作电流（A）熔断器型号断流容量(MVA)35kV电压互感器40010kV所用变压器3.0320035kV所用变压器0.874004.4高压熔断器选择熔件的额定电流一定要大于工作电流，且留有充足裕度以躲过变压器励磁涌流的影响。校验断流容量时，应不小于短路容量。限流式熔断器的额定电压，应与电网的额定电压相符，见附表4-9.4.5支柱绝缘子和穿墙套管选择支柱绝缘子应按下列条件选择：在屋内时采用联合胶装的多棱式支柱绝缘子；用与屋外时一般采用棒式支柱绝缘子。在须要倒装时，宜用悬挂式支柱绝缘子。当屋外有污秽或冰雪时，3～20kV支柱绝缘子一般应采用高一级电压的产品。电压及动稳定必需达标；而对于悬式绝缘子，不须校验动稳定。①110千伏线路拟采用X-4.5型悬式绝缘子，每相8片。②35千伏线路拟采用X-4.5型悬式绝缘子，每相4片。③10千伏户外用支持绝缘子采用ZX-10/500型，其动稳定校验如下;因此能满足动稳定要求。10千伏进线穿墙套管选用CWLB-10/1000型，5s热稳定电流20kA,破坏力为7350N.校验动稳定校验热稳定因此动，热稳定性均满足要求一般采用铝导线穿墙套管，对于母线型穿墙套管应校核窗口允许穿过的母线尺寸。安装处最大持续工作电流小于其额定电流。10千伏出线穿墙套管选用CWLB-10/250型，5s热稳定电流5.5kA,破坏力为7350N.校验动稳定校验热稳定因此动，热稳定性均满足要求。4.6消弧线圈的选择选用油侵式，容量按计算获得。目前，35千伏单相接地时的电容电流为可暂不装设消弧线圈，最好留有位置。表附4-10避雷器选择项目型号灭弧电压（kV）工频放电电压（kV）110kV母线FZ-110J主变中性点35kV母线FZ-35主变35kV侧FZ-35主变10kV侧FZ-104.7避雷器选择避雷器额定电压应与系统额定电压一致灭弧电压必须达标由被保护电气的绝缘水平和使用特点选择形式。考虑被保护电气的绝缘水平和使用特点，在由额定电压及灭弧电压和工频放大电压及冲击放电电压都符合时选择，详见附表4-10.五、继电保护整定计算1．主变纵差动保护由于选用BCH-2型差动继电器的灵敏度不够(计算过程省略)，因此选用BCH—1型差动继电器，其整定计算过程与BCH—2型近似。基本参数和主要设备选择如附表5-1所示。110千伏侧选定为基本侧，平衡线圈设为35千伏和10千伏侧。35千伏三相短路时，110千伏侧的短路电流为,比10千伏侧发生三相短路时的电流要大些，制动线圈接35千伏侧。表附5-1差动继电器基本参数和主要设备选择电压kV项目11038.511主变绕组接线方式星型（

0）星型（

）三角形（△）额定电流计算值(A)1053001050电流互感器接线方式三角形（△）三角形（△）星型（

）计算变比用一次电流（A）1050选用变比200/5600/51200/5二次回路电流（A）4.554.334.38BCH—1型差动继电器，其整定计算过程与BCH—2型近似5.1.1动作电流的计算按躲过励磁涌流计算(

5-1

)按躲过电流互感器二次回路断线计算(

5-2

)按躲过无制动侧外部短路时最大不平衡电流计算因此继电器的一次动作电流选定为157.5案，即5.1.2各线圈匝数的整定计算差动线圈匝数取八匝，实际一次动作电流为10千伏侧平衡线圈匝数解上式得取0匝35千伏侧批平衡线圈匝数解上式得取0匝5.1.3

校验相对误差10千伏35千伏侧因为和均小于0.05，故以上选择有效。5.1.4制动线圈选择制动系数按躲过35千伏侧外部短路时的最大不平衡电流选择，即制动线圈匝数为取制动线圈为3匝，则实际的制动系数。5.1.5校验灵敏度按10千伏侧最小两相短路电流校验灵敏度，此时35千伏侧仅有负荷电流，即制动安匝为110kV侧通过短路电流时的工作安匝数为由BCH-1型差动继电器制动特性曲线可查得时的动作安匝数为于是根据要求，为合格，选择合理。当系统在最小运行方式下，110千伏侧出口单相接地短路时，短路电流为1500A，此时差动继电器的工作安匝数为所以合格，可以运行。5.2变压器后备保护的整定计算⑴

110千伏侧复合电压起动过电流保护为提高低电压元件的灵敏度，特将电压元件接至35千伏母线电压互感器。电流继电器的动作电流按躲过变压器额定电流整定，即负序电压继电器按躲过正常不平衡电压整定，即低电压继电器按躲过电动机自起动条件整定，即⑵

10千伏侧后备保护，采用定时限过电流保护，其动做电流为：⑶ 灵敏度校验；已知35千伏线路长为18km，其阻抗标幺值为0.35，10kv线路阻抗标幺值为0.95，系统最小运行方式时的标幺值为0.3。因此35千伏线路末端短路电流为归算至110千伏侧，分别为378.3A和327.8A。10千伏线路末端短路电流为归算至110千伏侧，分别为203A和236A。当35千伏线路末端两相短路时，35千伏母线的负序电压（正、负序阻抗相等）为35千伏线路末端发生三相短路时，35千伏母线的最大相间电压为当10千伏线路末端两相短路时，10千伏母线的负序电压为35千伏母线的负序电压为①过电流保护作为35千伏侧后备保护时当35千伏线路末端发生短路而35千伏线路开关拒动时，本保护第一段时限跳35千伏母线分段开关，第二段时限跳主变35千伏开关。当过电流保护作为10千伏线路后备保护时，如10千伏线路末端发生短路而10千伏线路开关拒动时，假如主变10千伏侧开关也拒动，则本保护以第三段时限跳开主变三侧所有开关。② 主变10千伏侧过电流保护的灵敏系数③接35千伏侧电压的负序电压继电器作为35千伏线路后备保护的启动元件时：作为10千伏线路后备保护的启动元件时：④接35千伏侧电压的低电压继电器 作为35千伏线路后备保护的启动元件时5.3变压器的过负荷保护；按躲过额定电流整定，装设在110千伏的10千伏侧，经延时发出预告信号。5.4

35千伏线路保护整定计算1.电压速短保护；按躲过线路末端在最小运行方式下发生三相短路，保护装置安装处的残余电压整定计算。已知

，

，装处的残余电压分别为，保护装置安检验保护范围:ⅰ.最大运行方式下的保护范围为式中：。解上式得 ，因此保护线路长度占线全长的71%，符合要求。ⅱ.最小运行方式下的保护范围为解上式得， 即保护线路长度：占线路全长（18公里）的75%，符合要求。2.电流闭锁元件；为提高装置的可靠性和灵敏性，电压速断保护采用电流元件进行闭锁，电流继电器按躲过最大负荷电流整定，即35千伏线路采用电流闭锁电压速断保护作为主保护。3.定时限过电流保护；作为35千伏的线路后备保护，其动作电流为保护的灵敏系数为符合要求5.10千伏线路保护⑴电流速断保护；按躲过线路末端最大短路电流整定，即校验保护的灵敏度（即保护范围）解上式得，即，长约为1km，相当于线路全长的30%以上，大于15%。2.定时限流保护符合要求第六章．防雷保护计算运行中的电气设备，可能受到来自外部的雷电过电压的作用。必须采取有效的过电压防护器具，实现防雷保护。避雷器和避雷针是防止直接雷击过电压的有效措施。因避雷线对绞线要求较高，所以选用避雷针（如果雷电活动强烈则可以采用双避雷线）。避雷针的保护范围是根据模拟试验和运行试验来确定的，因为雷电放电电路路径受多种偶然因素影响，因此要保证被避雷针保护的设备不受雷击是不现实的，一般避雷针的保护范围是指雷击几率在0.1%左右的空间范围而言的。避雷针接地的主要要求：独立避雷针宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻不宜超过10。当有困难时，该接地装置可与主接地网连接。但为了防止经过接地网反击35kV及以下设备，要求避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15米。经15米长度，一般能将接地体传播的雷击过电压衰减到对35kV及以下

设备不危险的程度。独立避雷器不应设在人经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3米，或则应采取均压措施，或铺设硕石或沥青地面。电压110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻大于1000的地区，宜装设独立避雷针。或者，应通过计算，采取降低接地电阻或加强绝缘等措施，防止造成反击事故。避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15米。110kV及以上配电装置，可将线路的避雷线引到出线门型构架上，土壤电阻率大于1000的地区，应装设集中接地装置。根据变电所布置情况，拟设四支25米高的独立避雷针。他们之间的距离S12=71m,S13=59m,S24=63m,S34=96m.35千伏母线构架高5.5米，110千伏母线构架高7.3米，出线构架分别为7.3米和10米。避雷针在1