110KV变电站降压部分电气设计

前言本文研究背景110KV区域降压变电所对于整体电网的铺设非常关键，对我国电网的设计发挥着巨大的作用。现今高压变配电均采用微机控制，所有的继电保护，运行状态和容量配置都实现远程监控。我国的《电磁辐射管理办法》中明确说明了超过十万伏的工程均属于电磁强辐射工程，该文件的第二十条明确申明：如果要在某一区域实施电磁强辐射工程，必须要满足环境保护以及城市规划的标准，且在规划区域内，不可以构建居民楼、学校等建筑工程。国内外研究现状我国自上世纪九十年代后就开始大力研究变电站自动化技术。截止到现在，我国超过万伏的变电站数量已达到了2万座。于90年代初期，通过通信管理单元能够将各自信息送到后台或调度端计算机。发展到今天，形成真正意义上的分层分布式自动化系统。目前研究的热点问题是智能变电站，重点是进行智能化设备的设计研发上，目前的发展状况还不支持大范围的使用。110KV变电站是智能变电站的一种。变电所的电气接线简洁明了，安全可靠，建筑安排密集，正努力追求电磁辐射污染的最小化。研究目的和意义本课题来源于生产实践，与我们的生活息息相关。众所周知，电能对于一个国家的发展至关重要，电能不具有可视性，而且不能够进行存储，属于一种二次能源。变电和配电对于电力系统的影响非常巨大，实现设备是电力变压器，作用是使电能损耗降低并实现电能的最优分配。因为变电站正不断向更高电压的方向发展，所以如何通过优化电网结构来稳定地供应电能是电力企业应该重点考虑的问题。新世纪以来，国内电力保持高水平发展，所以电源以及电网的需求也越来越大，工作任务也越来越繁杂。110kV变电站部分设计说明书.1主变压器的选择原则1）通常，变电所会配置两台变压器；如果变电所是330KV、550KV规模的，通常配置3到4台变压器2）如果变电所有超过两台的电压器时，当一台设备由于故障无法使用时，剩余的设备应当能够承担起负荷，保证用户的正常使用。而如果是普通的变电站，如果一台不能使用，剩余的设备应当能够承担所有负荷的70到80％.2主变压器台数的确定本文中设计对象是丙变电站。其电压水平包括110KV、35KV以及10KV三个等级，根据以上信息选择两台变压器。计划变压器类型是三绕组类型。110KV的变压器与地面直接相连，而剩余的则不与地面连接。110kV、35kV电压等级采用屋外中型布置、10kV电压等级采用屋内小车式开关柜，如图2-1110kV电压等级变压器进线剖面图和10kV配电装置配置图，如图2-2图2-1配电装置设计1图2-2配电装置设计2电气主接线设计对电气主接线的基本要求安全、灵活以及成本是电气主接线设计需要考虑的三大因素电气主接线的基本原则电气主接线的根本要求是按照设计任务书，追求安全、科学、操作性强、成本低的接线方案。待建变电站的主接线形式6-220KV高压配电装置的接线分为：有汇流母线的接线。2）无汇流母线的接线。方式一：单母线接线：如果只有一台发电机或者主变压器时，通常可以使用该接线方式。方式二：采用单母线分段接线使用条件：1）如果配电装置电压范围在6到10KV之间，且输出线回路数目超过6回，通常使用该接线方式2）如果配电设备的电压范围在35到63KV之间，且输出线回路范围在4到8回，通常可以使用该接线方式3）如果配电装置的电压范围在110到220KV之间，且输出线回路数目范围在3到4之间，通常可以使用该接线方式方式三：双母线接线使用条件：1）如果配电装置的电压范围在6到10KV之间，需要通过电抗来进行电路的保护防止短路电流过大带来损害，通常可以使用该接线方式2）如果配电装置的电压范围在35到63KV之间，且连接这多个电源时，通常可以使用该接线方式。3）如果配电装置的电压范围在110到220KV之间，且输出线回路数据超过5个或者配电装置对于系统有重大影响，且输出线回路超过四个时，通常可以使用该接线方式方式四：双母线分段接线如果电压为220KV，且输出线回路数目较多时，可以，采用本接线方式方式五：增设旁路母线或旁路隔离开关的接线1)电压范围为110到220KV，且功率较大、送电距离较远、停电影响较大，通常可以采用本接线方式2）通常在电压范围为110到220KV变电所的主电压器侧断路器进行旁路母线的接入；而对于发电厂的侧断路器，则通常不采用本接线方式3）通常，电压范围为35到63KV的配电装置不采用接入旁路母线的方法4）对于电压范围为6到10KV的配电设备，通常不采用本接线方式根据以上五种接线方式及原始资料分析，综合考虑，本设计接线方式采用如下：1)110KV侧：共计4回进线，通常使用双母线的接线方式：2)35KV侧：共计6回出线，通常使用单母线分段的接线方式：3)10KV侧：共计10回出线，通常使用单母线分段接线方式。图2-3110KV主接线图短路电流计算说明众所周知电力系统很可能出现短路现象。所以短路设计对于变电站的设计不可或缺的。短路电流计算的目的1）比较电气主接线2)进行电气和导体的选择短路电流计算条件1）基本假定（1）当工作状态正常时，三相系统实现对称运行（2）不考虑元件的电阻（3）所有电源具有相同点电动势相位角（4）短路可能发生，且在电流为最大值那一刻2）一般规定（1）在进行电器和导体的选择时，计算不带电抗器回路的短路点，需要选择接线方式正常情况下，短路电流最大的地点。（2）通常通过三相短路来对电器和导体的热稳定、动稳定、和电器的开断电流进行计算。（3）容量计算应该以本工程的设计为基础，另外有关电力系统的远景发展也要进行计划（本期工程完工之后的5-10年）配电装置及电器设备的配置与选择说明一般选择原则1）需要满足实现正常运行的要求，以及对于远景发展条件进行考虑，以本地的环境条件为依据进行校核。2）应该通过扩建实现型号统一，新老电气保持一致。3）在挑选导体时，需要注意品种应尽可能少。4）如果选择新产品，需要通过正式的鉴定判断其是否合格。技术条件电气设备应该满足下列条件：在长期的工作条件下能够保持正常运行，在发生过电流以及电压的下也可以保持运行的正常。（1）长期工作条件（1）电压：最高工作Umax≥最高运行电压Ug,（2）电流：额定电流Ie≥持续工作电流Ig。短路稳定条件1）对于按最大可能经过电器的三相短路电流，有必要校验其热稳定。2）发生短路时热稳定的条件有：It2t≥Qdt:…………………(式2-1)3）实现短路动稳定有以下条件：iCh≤idf；Ich≤Idf……………(式2-2)防雷保护设计、避雷针保护三支等高避雷针被本设计选用，以实现对变电所的防雷。以下是避雷针能实现保护的范围;如果被保护物高hx是10m，那么避雷针保护的有效高度ha是10m，h即避雷针高度是30m。所以可得：当h≤30m，p=1，那么h/2为30/2=15m。hx<h/2。下式为避雷针在被保护物高度hx水平面上所实现的保护半径：rx=(1.5h-2hx)p……(式2-3)=(1.5X30-2X10)X1=15m。通常两针之间距离与针高之比D/h不宜大于5，变电所的面积为75X46m2。故选取D/h=2,即D=60m。H012=h-D12/7XP=30-60/7X1=21.4m。1#、2#两支避雷针之间hx水平面上，保护范围上部边缘最低点高度为bx12=1.5(h012-hx)………………(式2-4)=1.5(h0-10)=1.5(21.4-10)=17.1m。同理：H023=h-D23/7XP=30-60/7X1=21.4m。Bx23=1.5(h023-hx)=1.5(h0-10)=1.5(21.4-10)=17.1m。H031=h-D31/7XP=30-60/7X1=21.4m。Bx31=1.5(h031-hx)=1.5(h0-10)=1.5(21.4-10)=17.1m。由于bx=17.1>0时，因此三支等高且高都是30m的避雷针被本次设计选用，两个避雷针相距60m的方案行得通。、避雷器保护装设避雷器是防止变电站被雷电侵入波破坏的主要措施。1）以下是有关避雷器的基础要求;（1）对于任何波形，避雷针的残压都应该比被保护的冲击绝缘强度要低。（2）如何选择避雷器2）如何配置避雷器（1）变压器的低、高压侧中性点都应该要配有避雷器（2）将一组避雷器安装在三绕组变压器的低压侧一相上（3）对于配电装置，其任意一组母线上，都需要配有避雷器3)如何选择避雷器（1）110KV选择避雷器选择Y5W84/197；（2）母线侧选择Y10W-100/260（3）35KV选择Y5W42/128（4）10KV选择Y5W2-12.7/50110kV变电站部分设计计算书变压器选择计算35KV侧I、II类最大负荷S35=(4×8MVA×0.9×0.75)/0.9=24MVA10KV侧I、II类最大负荷S10=(8×2MVA×0.85×0.7)/0.7=13.6MVA待建变电站I、II类最大负荷量值S∑=24MVA+13.6MVA=37.6MVA综上所述，和查阅≪电力工程电气设备手册≫，选择2台SZ10-50000/110型号变压器。表3-1SZ10-50000/110主变压器规格型号型号及容量KVA额定容量比高压/中压/低压（%）额定电压高压/中压/低压（KV）空载损耗（KW）损耗（KW）空载电流%阻抗电压%高低高中高低中低50000100/100/100115/38.5/10.571.22501.310.517-186.5短路电流计算计算步骤和计算结果1)以电力系统的参数及其接线图为依据做电力系统等值网：2)在对短路电流进行计算时，负载可以不予考虑，下图为电力系统接线图，主要是用于短路计算短路点确定是D1、D2、D3、D4、D5分别为110kV母线、35kV母线、10kV母线、35kV出线末端和10kV出线末端。3)系统最大运行方式为设备线路都投入，最小运行方式为两个电源双回进线均为一回进线图3-1短路电流计算的电力系统接线图图3-2短路电流计算的电力系统等值电路图（最大运行方式）X1=XXXX6=X8=XX11=X12变压器电抗计算X15=X18X16=X20=12X17=X19X21=L。X、向短路点D1简化,求D1点短路电流图3-3向短路点D1简化图X23=(X1X24=(X5求火电厂G1和水电厂对短路点的计算电抗XG1=XXG2=XT=0秒时的短路电流IG1∗=1XIG2∗=1XId10T=0秒时短路电流的有名值Id10=I∗.Ib=1.48×5kA=7.4kA……t=∞时的短路电流,用对应发电厂的计算电抗查具有自动电压调整器的短路曲线II有名值分别为:乘以各自电厂电流的基值3IIT=∞时D1点总短路电流的有名值Id1∞=IG1∞+I向D2点简化,求D2点短路电流等值电路图3-4向短路点D2简化图1对D2点简化图3-5向短路点D2最后简化图2D2点短路电流标幺值ID2点短路电流的有名值Id2=Id2∗.I向D3点简化,求D3点短路电流图3-6向短路点D3简化图X26=（X=1.25//1.48+(2.6+1.6)1D3点短路电流的标幺值ID3点短路电流的有名值Id3=Id3∗.I向D4点简化并求D4点短路电流图3-7向短路点D4简化图X28=XD4点短路电流的标幺值Id4∗D4点短路电流的有名值Id4=Id4∗.I向D5点简化并求D5点短路电流图3-8向短路点D5简化图XD5点短路电流的标幺值Id5∗D5点短路电流的有名值Id5=Id5∗.Ib10=0.048×55kA=2.64kA下表3-2显示的是对三相短路电流进行计算得出的结果 短路点D1D2D3D4D5短路电流KA7.47.6202.82.64短路电流冲击值KA18.8719.3851HYPERLINK\l"_Toc368037575"高压电气设备的选择与校验屋内配电装置被10kV的电压级使用；110kV、35kV电压级使用的装置是屋外配电装置。母线及变压器至母线间引线的选择由于最大负荷利用小时数为5000小时，可查得相应的经济电流密度：10kV、35kV、110kV电压级LJ、LGJ、LGJ经济电流密度分别为：0.9;1;1.1。1)110kV:S110=1。05SB√3UJ=1。05选择LGJ-210正常发热校验在+70C0短路发热校验110kV电压级后备保护动作时间为3s>1s，关于短路电流的非周期分量电流，无需考虑其影响。短路电流周期分量电流的热效。Q热稳定的最小截面S110kV进线按一回进线带两台变压器考虑，不考虑穿越功率（略）2)35kV电压级母线选择：按一台变压器额定容量计算S35=1。05∗Sb3∗选择2×LGJ-300正常发热校验导体最高运行温度为700C的允许电流短路发热校验S3)35kV出线导线截面选择S(式3-3-1-5)选择LGJ-120正常发热校验导体最高运行温度为700C的允许电流短路发热校验S4)10kV硬母线选择一台变压器供10kV全部负荷S10=1.05∗S103∗选择硬铝母线125×10最高温度为40C0时温度修成系数为k=0.81.平放时的允许电流为2063A,40C0时的允许电流Iy=KI=0.81×2063=1671>1361,满足要求短路发热校验S导体电动力的计算电动力F选择支持绝缘子ZA-10，能承受最大破坏力375kg>848N.5)10kV出线的选择10kV出线的额定电流I0.8为该矩形铝导线的经济电流密度,那么可以得出其截面为S10出=InJ=1220.8选择矩形铝导线截面63*8.平放时的允许电流为995A,最高温度为40C2的温度系数为0.81.允许电流为:Iy=995*0.81A=806A>157A.短路时热稳定截面Smin=断路器选择一般10～35kV选用真空短路器，35～110kV电压级选用SF61)110kV进线断路器选择：考虑一回进线带两台变压器I断路器的额定电流：IN=1.05Ie=1.05×420断路器的选择.具体参数：3s热稳定电流31.5kA、耐冲击电流80kA、额定开断电流40kA,均满足要求.3s热稳定电流31.5kA,均满足要求.表3-3SFMT_110-110/2000断路器名称计算值SFMT-110/2000参数电压kv110110电流A4412000切断电流7.440短路电流冲击值KA18.87803S热稳定电流A7.431.52)35kV进线断路器选择I如何选择断路器的额定电流IN=1.05Ie=1.05×600具体参数：4s热稳定电流24.8kA、耐冲击电流63.4Ka、额定开断电流24.8kA,均满足要求,均满足要求。表3-4Sw2-35/1000断路器名称计算值SW2-35/1000参数电压kv38.538.5电流A6301000切断电流7.624.8短路电流冲击值KA19.3863.44S热稳定电流A7.624.83)35kV出线断路器选择I如何选择断路器的额定电流IN=1.05Ie=1.05×94A=99A……具体参数：4s热稳定电流24.8kA、耐冲击电63.4Ka、额定开断电流24.8kA,均满足要求。表3-5Sw3-35/1000断路器名称计算值SW3-35/1000参数电压kv38.538.5电流A991000切断电流2.824.8短路电流冲击值KA63.44S热稳定电流A2.824.84)10kV进线断路器选择IIN=1.05Ie=1.05×138A=1450A…选用：进线ZN表3-6ZN10-35/3000断路器名称计算值ZN12-10/3150参数电压kv1010电流A14503000切断电流2043.3短路电流冲击值KA1304S热稳定电流A2043.35)10kV出线断路器选择IIN=1.05Ie=1.05×138A=145A…选用：出线ZN4-10/1000。表3-7ZN4-10/1000断路器名称计算值ZN12-10/3150参数电压kv1010电流A1451000切断电流2.6431.5短路电流冲击值KA804S热稳定电流A2.6431.5隔离开关选择（与断路器计算方法相同，计算略）根据回路的额定电压分别选择，即要求Ue≥110KV/35KV/10KV,额定电流要比流过隔离开关的最大持续电流Imax=1.05X更大,以此为依据进行隔离开关型号的选择，并依据进行动稳定iCh≤idf、热稳定It2t≥Qdt校验。（步骤略）。表3-8GW5−110/1250；GW5−35/1250；型号额定电压KV额定电流A动稳定电流峰值KA热稳定电流KA5S热稳定电流KA10SGW5-110/125011012505020GW5-35/12503512505020GN2-10/30001030001007050GN8-10/40010400401435kV中性点消弧线圈选择35kV电压级的电容电流,变电架空线路对地的电容电流和变电站35kA电压设备及35kV电压级中性点消弧线圈的容量IQ=KIcUe√3=1.35×30选择消弧线圈两台2*XD-550/35.表3-9XD-550/35消弧圈型号系统电压KV消弧线圈电压KV额定容量KVA电流数值A档数XD-55O/353522.255012.5-259电压互感器的选择需要将两台电压互感器安装在每一个电压级的母线上（省略依据电压等级对电压互感器进行选择，对其动、热稳定校验的步骤）1)110kV电压级选择2×2)35kV电压级选择2×JDJJ−353)10kV电压级选择2×JDZJ−10表3-10JCC1−110JDJJ−35型号最大容量VA额定电压KV试验电压KV二次负荷VA连接组标号初级绕组次级绕组剩余电压绕组高压低压0.5级1级3级JCC1-1102000110/√30.1/√30.120025001000I,IO,IOJDJJ-35120035/√30.1/√30.1150250600I,IO,IOJDZJ-1030010/√30.1/√30.14060150I/I/I-12-12电流互感器的选择3.3.6.1110KV电流互感器的选择电流互感器具体型号的选择：LCWD—110，变比如下1）线路侧：I=2x7500032)联络断路器处：I=75000/(√3110)=393.65A，那么变比选择400/53.3.6.235KV电流互感器的选择电流互感器具体型号的选择：LCWB-35，以下是其变比：1）变压器到母线及母线分段断路器处：I=75000/(√338.5)=1124.71A，则变比取2000/52)线路处，取最大负荷的线路选取处：I=20000/(√338.5)=300A，则变比取400/53.3.6.310KV电流互感器的选择电流互感器具体型号的选择：LB-10，以下是其变比：1）变压器及母线分段断路器处：I=75000/(√311)=3936.48A，则变比取4000/52)线路处，取最大负荷的线路选取处：I=900/(√311)=47.24A，，取变比60/5站用变压器的选择经过分析站用变压器所用电负荷（通常取50KVA），在10KV选用S9-80/10型电力变压器，在35KV选用S9-100/35型电力变压器，表3-11S9-80/10S9-100/35型号额定容量KVA额定电压KV连接组别损耗W阻抗电压%空载电流%高压低压负载空载S9-80/108010±5%0.4Y/yn-0125025042.4S9-100/3510035±5%0.4Y,yn021003506.51.9变电站接地网的设计计算3.3.8.1确定允许接地电阻；接触电势和跨步电势允许接地电阻Ry=允许接触电势E允许跨步电势Ek变电站的面积S=100×100㎡、土壤电阻率ρ=100Ω3.3.8.2接地电阻计算R≈0.53.3.8.3边角接触电势Ej=3.3.8.4边角跨步电势跨步系数Kk=1.28跨步电势E通过验证能够得出：设计的该接地网满足要求。

结论在对该110KV变电站进行设计以后，我不仅仅有了更加扎实的理论基础，更好地理解了电气工程的重点知识，更加了解了自动化专业独特的魅力，也加深了对变电站一次电气部分设计的认识与理解。我更加明白了变电站具有什么样的特点，其对于电力系统有何重要的意义，变电站是如何运行等等。对于各类电气主接线图，我也有了更加全面的把握。我知道应该怎样以不同的方式运行倒闸操作程序，更加清楚电气设备具体的工作原理