电力系统设计作业变电站设计

电子信息工程学院

发电厂变电所电气部分设计

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指导教师评语;

《发电厂电气部分》作业

题目5：试设计一110KV变电所电气主接线

该变电所电压等级为110/35/1OKV,其中U0KV侧4回

线；35KV侧4回，负荷为4-6MW；10KV侧8回线，负

荷为1.5-4MW之间。

组员：

一、分析原始资料

该变电所向荆门市民供电，且是一座110/H0/35kV终端变电所。设计的重

点是对变电所电气主接线的拟订及配电装置H勺选择。荆门地区的整年平均气温为

18℃,年最高气温45c年最低气温・5・℃,年日照时间1997-2100h,年平均降

水量804T067nini；每年7、8月为雷雨集中期。UOkv的变电所应当考虑防雷等

措施。待建11OKV变电所从相距40km/、J荆门热电厂受电（系统为无限大功率电

源）并采用架空线作为电能的传播及配送;型号为LGJ-300电抗值为0.395Q/km,

其他线路阻抗忽视不计。

从负荷特点及电压等级可知110/35/10kv为降压变电所且满足三绕组变压

器的特点：高压侧为中压侧口勺近似3倍，中压侧为低压侧的近似3倍；110KV应

当考虑其供电可靠性、扩建等问题；从经济远性选择三绕组变压器。35及10kv

属于一、二级负荷可靠性也有一定规定；35kv侧每回线负荷为4-6MW；10kv侧

负荷1.5-4MW。负荷的功率因数0.8讲行诜择变压器：其运行功率因数不低于

0.92；不考虑网损。

二、主接方案的初步确定

根据对原始资料的分析。此变电站有三个电压等级：110/35/10KV,故可初

选三相三绕组变压器，根据变电所与系统连接的系统可知，变电所有两条进线，

为保证供电可靠性，可装设两台主变压器。UOkV高压侧2进2出4回出线，可

选择内桥型接线，单母线分段接线等。35kV和10kV侧分别为4回出线、8回出

线，均可以采用单母分段接线，为保证设计出最优的接线方案，初步设计如下二

种接线方案供最优方案口勺选择。

方案一（图2-1）高压侧：内桥接线；中压侧，低压侧：单母分段接线。

方案二（图2-2）高压侧：单母分段接线；中压侧，低压侧：单母分段接线。

图2-2方案二主接线图

三、主接线各方案的讨论比较

L内桥形接线：

a）长处：高压断路器数量少，四个元件只需三台断路器。

b）缺陷：变压器的切除和投入较复杂，需操作两台断路器并影响一回线路

临时停运；连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行：出现断路器检修时，线

路要在此期间停运。

c）合用范围：合用容量较小的变电所，变压器不常切换或线路较长、故障

率较高状况。

2.单母线分段接线

（1）长处：

a）用断路器把母线分段后，对重要顾客可从不一样端引出两个回路，有两

个电源供电；

b）当一段母线发生故障时，分段断路器能自动将故障切除，保证正常段母

线不间断供电和不致使重要顾客停电。

（2）缺陷：

a）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线内回路都在检修期

间内停电；

b）当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越；

c）扩建时需向两个方向均衡扩建。

（3）合用范围：

a）35-63kV配电装置出线同路数为4-8回时;

b)110-220kV配电装置出线回路数为3-4回时。

主接线所选时二个初步方案，主接线中压、低压二次侧方案相似，只比较

一次侧方案。

方案一的特点如下：当本所高压断路器数量少，节省断路器的成本投入；

但不利于扩建、可靠性不高。

方案二口勺特点如下:此后扩建也以便；提高供电的可靠性在任意一段母

线故障时可保证正常母线不间断供电。

四、主接线最终方案确实定

在对原始资料的分析和主接线两种方案的对比下；从经济性来看，由

于方案二增长了隔离开关，占地面积较有所增长，从设备上来综合投及费用

和运行费增长增长。

从可靠性来看，方案一变压器的切除和投入较复杂，需操作两台断路器并

影响一回线路临时停运：连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行：出现新路

器检修时，线路要在此期间停运。方案二当一段母线发生故障时，分段断路器能

自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要顾客停电。

从变化运行方式灵活性来看，在配电装置的综合投资，包括控制设备，

电缆，母线及土建费用上，在运行灵活性上110KV侧单母分段接线接线比桥

型线接线有很大的灵活性旦方案二能适应系统中多种运行方式调度和时尚

变化需要，试验以便。综上所述最终选择方案二

五、主变压器容量确实定及无功赔偿

5.1原始资料分析可知

1、待建110KV荆门变电站从相距40km的热电厂受电。

2、待建H0KV荆门变电站年负荷增长率为5%,变电站总负荷考虑五年发展

规划。

3、待建110KV制门变电所各电压级负荷数据如下表：

电压线路名称最大负荷COS中Tmx及

等级(MW)同步率

1#出线50.8

2#出线4.50.8

35kv3#出线60.8

4#出线5.50.8

1#出线3.50.8

2#出线20.8

3#出线3.50.86000/0.9

10KV4#出线40.8

5#出线1.80.8

6#出线2.20.8

7#出线3.50.8

8#出线40.8

5.2无功赔偿电容器的型号选择及负荷计算

一、无功赔偿

l).35kv侧无功赔偿容量分析

实际功率因数为0.8(0=37°),赔偿后功率因数为0.92(夕=23°)可知无

功赔偿率=0.33则赔偿容量2

0c=Pc(tanarccos0.8—tanarccos0.92)

=Pmax*△心

=21*0.33=6.93Mvar

故选用:TBB35-8016/334CCW：额定电压：35,额定容量:8016kvar

台数确实定：n=&/伏二6930/8016=1(台)

2).10kv侧无功赔偿容量分析

实际功率因数为0.8(。=37°),赔偿后功率因数为0.92(夕=23°)可知无

功赔偿率4%=0.33则赔偿容量2

0c=Pc(tanarccos0.8—tanarccos0.92)

=Pmax*

=24.5A0.33=8.085Mvar

故选用：TB^3610-4200/100BL：额定电压：10,额定容量：4200kvar

台数确实定：n=2./伙=8.085/4200=2(台)

二、变电所的负荷计算

为满足电力系统对无功的需要，需要在顾客侧装设电容器，进行无功赔偿，

使顾客日勺功率因数至少提高到0.92o

根据原始资料中的最大有功及调整后的功率因数，算出最大无功，可得出如

卜.数据：｛S"=，R2+(Q-n%)2)COS中"二P/S”)

电压线路最大有功最大无功同步率

等级名称(MW)(MVAr)C0SG

1#出线51.840.92

2#出线4.51.660.92

35KV3#出线62.210.92

4#出线5.52.030.92

1#出线3.51.420.92

2#出线20.810.926000/0.9

3#出线3.51.420.92

10KV4#出线41.620.92

5#出线1.80.730.92

6#出线2.20.890.92

7#出线3.51.40.92

8#出线41.620.92

5.3待建UOKV荆门变电所总负荷的计算(无功赔偿后)

另5=P35+jQ：/5+4.5+6+5.5+j(l.84+1.66+2.21+2.03)=21+j7.74(tanM=o.36)

〜5

S35(1+5%)=(21+j7.74)XI.28=26.88+J9.02

S35=28.35(MVA)

S10=P1(1+jQl0=4*2+3.5*3+2+L8+2.2+j(l.42*3+1.62*2+0.89+0.81+0.73)

=24.5+j9.93(tan<PM=O.406)

~5

Sl0(1+5%)=(24.5+j9.93)X1.28=31.36+jl2.71

S10=33.84(MVA)

,o=跖。[除MjKioE。](1+5%)5

=0.9[0.9(21+J7.74)+0.9(24.5+j9.93)]*L05°

=47.17+jl8.32

22

Sll0=V(47.17+18.32)=50.9(MVA)

COS①二PHO/Sll0=47.17/50.9=0.927满足功率因数提高到0.92

5.4变压器型号确实定

所有负荷均由两台电压为110KV/35KV/10KV变压器供电，其中一台主变事

故停运后，另一台主变压器H勺容量应保证所有顾客的60%所有负荷的供电。

顾客欧I60%所有总容量：^0.6SHO=30.54MVA因此可选择

SFSZ7-31500/110型三相三绕组有载调压变压器，接线组别：YN,ynO,dll。

由于15%Sno=15%X50.9(MVA)=7.635(MVA)<S10=33.84(MVA),

15%S110=15%X50.9(MVA)=7.635(MVA)<S35=28.35(MVA),

因此主变110KV、35KV、10KV三侧容量分别为100%/100%/100%

结论：荆门变电所三绕组变压器，由以上计算，查《发电厂电气部分》

型额定电压(kV)

高压侧中压侧低压侧

号容量U.1-2%U”盗U«2-3%

SFSZ7-31500100/1C0/]0012138.510.510.5186.5

六.短路电流的计算(最大工作方式)

6.1短路计算点的选择

方案二口勺短路计算的系统化简图如下(图6-1)所示本设计选dl、d2和d3分别

为UOkv35kv10kv母上短路点计算且短路电流最大选择主接线上的设备

系统

系统

图6T主接线短路点选择简图

6.2网络的等值变换与简化

方案二日勺短路计算的系统化简阻抗图及各阻抗值，短路点均同样：如下图为系统

阻抗图（图6-2）

叵］10kV

图6-2系统阻抗图

首先应用星-三角变换，将每台变压器日勺阻抗化简，其转化图如图6-3

图6-3系统阻抗转化图

6.3短路点的选择与各短路点的短路电流的计算

选C/1,虎,C/3为短路点进行计算。（近似计算法）

已知，由SB=100MVA,UAv=115kV,系统为无穷大功率电源。

因此

系统短路电抗Sd*i=°°

Xd*i=0

线路电抗XL*I=1/2XXoXLXSb/Ub2

=1/2X0.395X40X100/1152=0.0597

总电抗Xd*=0+0.0597=0.0597

又由所选的变压器参数阻抗电压：10.5%（高•中），18%（高■低），6.5%（中.

低）算得

UK1%=\/2[t/(l-2)%+Wl-3)%-(/(2-3)%]=11%

UK2%=\/2[{/(1-2)%+(/(2.3)%-(/(1-3)%/=-0.5%

UK3%=\/2{U(l.3)%+U(2-3)%-(/(1-2)%}=7%

主变容量为50MVA,

标幺值：X,.=UKI%/100X(SBZV,V)=0.349

X”=UK2%/100X(SBZS.V)=-0.016

乂苧=UK3%/I00X(SBZSN)=0.222

简化后H勺阻抗图如图5-3：

图5-3系统阻抗简化图

最终等效电抗标幺值：X.=0.0597

X14=0.154

X”=0.098

XJv=-2.136

(1)当dl点短路(110KV)时:

Xj铲i=0.0597

/d尸1/Xjs-i=1/0.0597=16.75

Ih=Sb/y/3U/A=100/(73x115)=0.502(kA)

=16.75x0.502=8.409(kA)

7^=/"ji=8.409(kA)

/c/FV2KchX/'\/i=21.4429(kA)(1lOkv及以上网络Kch取1.8)

Ss=gUb\xl=6XH5X8.409=1672.9706My/A

其中，Xjs*——计算电抗；/di*——短路电流周期分量标幺值；

r,d——起始次暂态电流；七一一七8时的稳态电流；

"h----短路电流冲击值；Seo----短路容量。

(2)当成短路(35KV)时有:

Xjs2*=0.226

二1/Xjs2»=1/0.226=4.425

Ib2=Sb/73Ub2=100/(V3x37)=1.56(kA)

I"di=I"d2*xlb2=4.425x1.56=6.9(kA)

Zx=/”成=6.9(加)

ich=VIKehXr(n=2.55x6<9=17.595(kA)

Sky/3//A2X/.=431.03MVA

(3)当d3点短路：

Xjs3*=0.286

/n^=l/Xjs3»=l/0.286=3.5

Ih3=Sb/6Ub3=100/(73x10.5)=5.5(kA)

r'd3=r',/3*x//,=3.5x5.5=19.25(kA)

I«=/"d3=19.25(kA)

如尸2.55xr%=2.55x19.25=49.088(kA)

S3oo=-x/3Ub3X、=73X10.5X19.25=349.65MVA

6.4各短路点计算参数

短路电流

短路短路电基准电

电抗短路电

点编平均电流L

X.流标么r）（kA）以(kA)loo(kA;Sd(MVA)

号IkUj（kV）（kA）

值

d.1150.5020.059716.758.04921.44296.307

1672.97

d2371.50.2264.4256.917.5956.9

431.03

d：510.55.50.2863.519.2549.08819.25

349.65

七.一次系统的电气设备选择

7.1断路器的选择

7.1.1断路器选择原则与技术条件

1）电压：Ue>U

2)电流：Igmax

10kV侧:N—ax=L05Sn/(6Un)=1.05*31500/(^*110)=173.8A

1n--ax=匕3“此cos。)二21/(6*35*0.92)=376,6A

35kV侧:

10kVffiiJ：/'之会《^=*/(而小05叽24.5/(6*10*0.92)=1537.5人

3）开断电流：locNioo

4)动稳定：imax^ich

式中ich一一三相短路电流冲击值；

彳皿一一断路器极限通过电流峰值。

5）热稳定：心也办

式中《一一稳态三相短路电流；

〃一一短路电流发热等值时间（又称假想时间）；

4——断路器t秒热稳定电流。（根据《电力设备实用技术手册》选择设备

t会给出）

其中心=%+0。54，由B”=1.0和短路电流计算时间t,

从《发电厂电气部分》中查找短路电流周期分量等值时间L算出3。

7.1.2断路器型号的选择及校验

110KV侧选定为LW25T26.各项技术数据如下表：

设备参数安装地点条件

结论

项目参数项目参数

Ue(KV)110Ug(KV)110合格

Ie(A)1250Igw(A)173.8合格

loc(KA)31.5loo(KA)8.409合格

It2t(3s)[(KA2.S]31.52X3182dt(2.65)[(KA2.S]8.4092X2.65合格

Ls(KA)83Ish(KA)21.4429合格

35kV侧选定为ZW30-40.5各项技术数据如下:

设备参数安装地点条件

结论

项目参数项目参数

Ue(KV)35Ug(KV)35合格

Ie(A)2023Igncv(A)376.6合格

Toe(KA)31.5T....(KA)6.9合格

It2t(4s)[(KA2.S]313X4Ioo2dt(3.45)[(KA2.S]6.92X3.45合格

Ls(KA)83U(KA)17.595合格

10kVffiij选定为ZN12-12各项技术数据如下:

设备参数安装地点条件结论

项目参数项目参数

Ue(KV)10Ug(KV)10合格

Ie(A)2023Igw(A)1537.5合格

loc(KA)31.5I,...(KA)19.25合格

It2t(4s)[(KA2.S]31.52X3Ioo2dt(3.45)[(KA2.S]19.252X2.65合格

I...(KA)1001.(KA)49.088合格

7.2隔离开关时选择

UOkV侧选定为G例-126D,各项技术数据如下:

设备参数安装地点条件

结论

项目参数项目参数

(Ie(KV)110Ug(KV)110合格

Ie(A)1250Igmx(A)188.69合格

It2t(4s)[(KA2.S]3L52X4Ioo2dt(3.45)[(KA2.S]8.4092X3.45合格

I.(KA)80Ish(KA)21.4429合格

35AP侧选定设备为GW'4-40.5D,各项技术数据如下:

设备参数安装地点条件

结论

项目参数项目参数

Ue(KV)35Ug(KV)35合格

Ie(A)630Igmx(A)430.3合格

It2t(4s)[(KA2.S]252X4Ioo2dt(2.65)[(KA2.S]6.92X3.45合格

L(KA)63l-i(KA)17.595合格

10"侧选定设备为6『12,各项技术数据如下:

设备参数安装地点条件

结论

项目参数项目参数

Ue(KV)10Ug(KV)10合格

Ie(A)2023Igmx(A)1537.5合格

It2t(4s)[(KA2.S]31.52X4Ioo2dt(3.45)[(KA2.S]19.252X3.45合格

Ies(KA)801-,(KA)49.088合格

7.3电流互感器的选择

选择如下电流互感器的型号及参数

参.次负荷

10%倍数动稳

数额定电级次精确（。）1S热稳

型号定倍

流比（A）组合级次二次负荷倍定倍数

0.5级1级数

位置（Q）数

noKv进LQZ-11D/DD/0.

2x300/52.02.01575135

线侧0(W2)0.55

变压器15-1000/0.5/

LCD-350.5/32423565150

35KV侧53

0.5/

35KV出

LB6-35300/50.5/DD2.01.61575135

线侧

变压器LDZJT-0.5/30.5/

3000/50.40.6105090

10KV侧101

LA-600-10000.5/30.5/

10KV出线侧0.55090

10/51

电流互感器的校验

项目设备参数（额定值）安装地的条件（计算值）结论

41IXuKA)(l„K.)2r(KA2.SlL(KA)-dL.s]

110KV进线114.55(0.6*75)221.44298.4092*0.85合格

T35KV212.32(1*65)217.5956.9%0.85合格

35KV出线114.55(0.5*75)217.5956.9&0.85合格

T-10KV60.1154(1.5*65)249.0885.52*0.85合格

10KV出线127.279(1*50尸49.08819.252*0.85合格

7.4电压互感器的选择

在下列精确等级

最大容量

型号额定变比下额定容量(VA)

■：VA)

0.5级1级3级

110000/100

JCC-110V3/V3/10050010002023

单相

JDJ-35W35000/1001503601000

JDZ8-10.T10000/100305090500

7.5避雷器时选择

额定电压灭弧电压工频放电电压(KV)

型号组合方式

(kV)(kV)不不不小J''不不小于

FZ-110J4XFZ-30J110100215268

FZ-352XFZ/p>

110侧检查:

(1)灭弧电压校验：

最高工作容许电压：=1.15t/Ar=1.15x110=126.5kV

直接接地:Utnh>CdLJm=0.8x126.5=101.2kV,满足规定。

(2)工频放电电压校验：

下限值：U姆>他必=3x署=219kV

上限值：U：小=12U;<fx=1.2x219=262kV<268kV

上、下限值均满足规定。

35kv侧检查

(1)灭弧电压校验：

最高工作容许电压：U,“=1.15UN=1.15X35=4().25kV

直接接地：>CdUm=0.8x40.25=32.2kV,满足规定。

(2)工频放电电压校验：

下限值：>自//卬=3x丝40好75=69.72kV

上限值：U小=1.2。珈=1.2X69.72=83.664kV<104kV

上、下限值均满足规定。

7.6高压熔断器的选择

项目设备参数(额定值)安装地的条件(计算值)结论

额定电

额定电流断流容量(三相)Se——短路容量(MVA)

压(kV)

(A)(MVA)

RW6-1101101032001672.9706合格

RW6-35350.52023431.03合格

RN2-10100.51000349.65合格

7.7母线与导线的选择与校验(荆门年平均温度18。

HOkV侧进线的校验

根据任务书已知llOkV侧架空线路采用LGJ-300o查表得LGJ-300型导线

\Qai-0180-18

参数如下表所示：(修正系数k,2,一°。二180-25=1.06%—导体长期发热

容许最高温度；“一导体的I额定环境温度；6—导体日勺实际温度；右一在额定环

境温度时导体的容许电流；热稳定系数C=87)

长期容许截流量(A)

+70℃+80℃

LGJ-300753742

它在Qy=80℃,Q0=25℃时，ly=753A

已知综合校正系数K0=1.06

KOly=1.06X753=805.71A

因此Ig.max=188.69A<KOIy

因此所选导线满足规定。

UOkV母线的选择及校验

HOkV进线最大持续工作电流Ig.max=173.8A

按Tma、=6000h/a,查表，可得经济电流密度JR.97A/〃〃/

则母线经济截面为：

S=Ig.max/J=l73.8/0.97=179.2mm2

按最大持续工作电流选择，查设备手册选LGJ-185型钢芯铝绞线，其标称截

面为185小〃/，+80℃长期容许载流量为510A。

已知综合修正系数K=1.06实际环境温度18C,综合修正系数K=1.06

故KIy=540.6>Ig.max=173.8A,可满足长期发热规定

热稳定校验：S>Sin!n=—TcT(ninr)

tdz为主保护动作时间加断路器全分闸时间

取t(iz=3.45s

其中热稳定系数C=87,满足热稳定规定的最小截面为：

Smin=—y[t^=^11V345=167.41(mm2)

C87

可见，前面所选导线截面S=185mm2>Smin=167.41mm2,热稳定规定。

35kV母线的选择及校验

1.按经济电流密度选择母线截面

35kV最大持续工作电流Ig.max=376.6A

按Tmax=6000h/a,杳表，可得经济电流密度」=0.97A/m疗

则母线经济截面为：

S=Ig.max/J=376.6/0.97=388.24mm2

按最大持续工作电流选择，查设备手册选LGJ-400型钢芯铝绞线，其标称截

面为400加加，+80℃长期容许载流量为835A。

因实际环境温度Q=18°C,综合修正系数K=I.O6

故KTy=885.1>Ig.max=388.24A,可满足长期发热规定。

2.热稳定校验：SNSmin=4n(团〃/)

tdz为短路电流等值时间，即tdz=3.4+0.05=3.45s

查《发电厂电气》，其中热稳定系数C=87,满足热稳定规定的最小截面为：

Sinin=%几=(6900/87)X7345=492.6(机62)

可见，前面所选母线截面S=2x(80x8)=1280(/??w2)>Smin=492.6/??/??2

能满足短路热稳定规定。

35kV进线的选择及校验

35kV进线有两回，最大持续工作电流Ig.max=376.6/2=188.3A

按Tmax=6000h/a,查表，可得经济电流密度J=0.97A/""?」

则母线经济截面为：

S=Ig.max/J=188.3/0.97=194.1〃而

查《LGJ钢芯名品绞线参数型号》选LGJ-240/35钢芯铝绞线，+80℃长期

容许载流量为651A。

实际环境温度18℃,综合修正系数kl.06

故Kly=690>Ig.max=376.6A,可满足长期发热规定

纭仁

热稳定校验：S'Smin二0(mm2)

tdz为主保护动作时间加断路渊全分闸时间

取tdz=3.45s

其中热稳定系数087,满足热稳定规定日勺最小截面为：

Smin=c=(6900/87/2)X,3.45=79.11(历〃厂)

可见，前面所选导线截面S=300nm2>Smin=79.11mm2,满足热稳定规定。

35kV出线的选择及校验

35kV进线有4回，最大持续工作电流Ig.max=376.6/4=94.15A

按Tmax=6000h/a,查表，可得经济电流密度尸0.97A/〃〃后

则母线经济截面为：

S=Ig.max/J=94.15/0.97=97.06〃〃〃

查设备手册选LGJ-120钢芯铝绞线，+80℃长期容许载流量为380Ao

实际环境温度18C,综合修正系数K=1.06

故KL=402.8>Ig.max=94.15A,可满足长期发热规定。

热稳定校验：S2Smin=&n（mm2）

td7为主保护动作时间加断路器全分闸时间

取tdz=3.45s

其中热稳定系数C=87,满足热稳定规定的最小截面为：

Smin=%=（6900/87/4）X7345=36.82mm2）

可见，前面所选导线截面S=12Omm2>Sn1in=36.82mm2,满足热稳定规定。

10kV母线的选择及校验

1.按经济电流密度选择母线截面Ig.max=1537.5A

按Tmax=6000h/a,查表，可得经济电流容度J=0.97A/〃必？