【《永川莲花110kV变电站的一次部分设计计算案例》5400字】

TOC\o"1-3"\h\u49178591.1接入系统方案143821.2电气计算1944529239129624095131801.3智能设备的选择4093308501.1接入系统方案永川莲花110kV变电站站址位于重庆市永川区凤凰湖工业园凤京路旁。拟建站址西南方向约2km有规划拟建的220kV城南变电站；东北方向约4.5km有110kV汇龙变电站。根据现场收资并结合220kV城南变电站110kV送出工程内容，拟建的永川莲花110kV变电站周边电网如图1.1所示。图1.1永川莲花110kV变电站周边电网Fig1.1Yongchuanlotus110kVsubstationsurroundingpowergrid根据拟建的莲花110kV变电站地理位置及周围电网情况，结合片区规划和其它综合因素考虑，拟定了3个莲花110kV变电站接入系统方案进行比较分析：方案一：本期在凤凰湖工业园区凤琼路与昌龙大道交叉路口处开断原110kV城汇东、西线，双π接入新建的莲花站，形成110kV城莲东、西线和110kV汇莲东、西线。城莲东线由终端杆电缆进线至莲花站，新建电缆段长约120m，电缆截面1000mm2；城莲西线新建架空段长约40m，导线截面2×300mm2；架空地线采用2根24芯OPGW光缆。汇莲东、西线新建架空段采用同杆双回架设，长约2×40m，导线截面2×300mm2；架空地线采用2根24芯OPGW光缆。接入系统方案详见下图1.2所示。图1.2莲花110kV变电站接入系统示意图（方案一）Fig.1.2schematicdiagramoftheaccesssystemoflotus110kVsubstation(scheme1)方案二：开断110kV城南东、西线（220kV城南变～110kV南郊变）π接入110kV莲花变，新建电缆线路长度为4×0.7km，导线截面1000mm2。接入系统方案详见下图1.3所示。图1.3莲花110kV变电站接入系统示意图（方案二）Fig.1.4schematicdiagramoftheaccesssystemoflotus110kVsubstation(schemetwo)方案三：由220kV城南变电站新建2回110kV线路接入110kV莲花变，同塔双回架空线路长约2×1.1km，导线截面2×300mm2。扩建220kV城南变电站110kV出线间隔2回。接入系统方案详见下图1.4所示。图1.4莲花110kV变电站接入系统示意图（方案三）Fig.1.4schematicdiagramoftheaccesssystemoflotus110kVsubstation(schemethree)根据最近3年重庆变变电输电项目建设综合报价（含采购安装等费用）指导标准，计算主要设备综合报价的统计平均值，得出各类设备的综合造价指标，如表1.1所示。表1.1新建变电项目综合造价指标表Table1.1comprehensivecostindexofthenewsubstationproject新建项目造价110kV间隔（GIS）120（万元/个）110kV单回架空线路（2×JL/G1A-300）110（万元/km）110kV双回架空线路（2×JL/G1A-300）130（万元/km）110kV电缆线路（YJLW02-64/1101×1000）（电缆沟）1250（万元/km）根据以上综合造价指标，结合莲花110kV变电站3个接入系统方案，技术经济比较结果详见下表1.2所示.表1.2接入系统方案比较分析表Table1.2comparisonandanalysistableofaccesssystemscheme方案方案一方案二方案三建设规模开断线路新建段导线（2×300mm2）单回40m、双回40m。开断线路新建（YJLW02-64/110-1×1000）电缆长度为0.12km。开断线路新建段导线（YJLW02-64/110-1×1000），总长度为1.8km。新建城南—莲花同塔双回架空线路（2×JL/G1A-300/25），共计线路长度为2×1.1km。扩建城南110kV出线间隔2个。投资估算9.6+150（万元）4200（万元）273+240（万元）供电可靠性和远期适应性形成了“城南-莲花-汇龙-玉清-茶店”的110kV环网网架，网络结构紧密，供电可靠性高，远期适应性强。形成了“城南-莲花-南郊-来苏”的110kV环网网架，网络结构紧密，供电可靠性高，远期适应性强以终端站形式接入，由220kV城南变直供，可靠性和远期适应性较差。实施难度由于城汇东、西线线路走廊经过莲花变，故开断π接后，新建线路短，施工难度小。城南东、西线线路走廊离莲花变较远，且沿线与规划中城南变至横河变110kV线路交叉，线路走廊拥挤，施工难度较大。由于新建城莲东、西线，需占用更多线路走廊，实施难度较大。①经济性：由表1.3-2各方案经济比较结果可知，三个方案中，总投资方案一经济性最优，方案三其次，方案二最差。②网络结构和供电可靠性：方案一和方案二均形成110kV环网，供电可靠性和远期适应性较强；方案三莲花变由220kV城南变直供，可靠性及远期适应性不如方案一和方案二。③实施难度：方案一最小，方案二次之，方案三最差。综合考虑网络结构、供电可靠性、工程投资、远近结合以及电网规划情况，方案一较方案二、三经济性更优，具备较强的供电可靠性和远期适应性，且实施难度小，故推荐方案一作为本期永川莲花110kV变电站接入系统方案：开断110kV城汇东、西线（220kV城南变～110kV汇龙变）π接入110kV莲花变，最终形成城莲东、西线和汇莲东、西线。城莲东线在终端杆由电缆进线至莲花站，新建电缆长约120m，电缆截面1000mm2；城莲西线新建架空长约40m，导线截面2×300mm2；汇莲东、西线新建段长约2×40m，导线截面2×300mm2。1.2电气计算计算的依据条件：①计算水平年为2016年；②计算方式：典型正常及线路N-1运行方式；③负荷功率因数取0.95左右；④110kV母线正常运行方式时，电压允许波动范围为系统额定电压的-3~+7％，事故运行方式时为系统额定电压的±10%；10kV母线正常运行方式下电压允许波动范围为系统额定电压的0~+7％。计算N-1情形下城南变～莲花变2016年潮流，计算结果如图1.5所示。图1.5莲花110kV变电站系统潮流图（丰大、N-1方式）Fig1.5Lotus110kVsubstationsystempowerflowchart(FengDa,N-1mode)从潮流计算结果看，推荐的莲花输变电工程建设方案不仅在2016年典型正常运行方式下潮流分布较为合理，110kV线路无过载，且能够在N-1的故障情况下运行，证明所选方案能够保持系统稳定，满足规程规定的要求。智能化的一次设备与传统的一次设备相比，最大的不同在于智能化一次设备能够对自身的状态进行检测并能与外界交换测量信息。如电力设备的老化、缺陷的发展，都会表现为电气、物理、化学等特性的变化参量的特性变化，通过传感器的信息采集和信号的处理，可对设备的可靠性做出判断。根据片区负荷预测和电力平衡结果，预计至2016年，凤凰湖工业园区负荷合计98.77MW。结合相关的规定，110kV三绕组变压器推荐选用容量分别为31.5、40、50、63MVA的变压器。因此，永川莲花110kV站主变远期容量选择为3×63MVA，本期为2×63MVA。主变压器选择三相双绕组油浸自冷（ONAN）一体式有载调压电力变压器其主要技术规范如下：主变容量：63MVA主变压器额定抽头：110±8×1.25%/10.5kV；接线组别：YN，d11；阻抗电压：Uk%=17%调压方式：采取有载调压方式；中性点接地方式：高压侧采用经隔离开关并联金属氧化物避雷器的接地方式，低压侧经消弧线圈接地。每台主变设置1面智能组件柜，就地安装。采用中性点成套保护装置，含避雷器、中性点接地开关，并冗余配置合并单元，就地安装于主变本体智能控制柜内。本设计主变智能组件由测量、OLTC控制、在线监测、非电量保护多个独立IED设备组成。完成对主变压器温度、OLTC、中性点隔离开关、油中气体的相关参量的测量、监测和控制，完成对变压器本体非电量的保护。示意图如图1.6。图1.6集成智能组件的变压器Fig.1.6transformerwithintegratedintelligentcomponents根据《电力系统设计手册》中规定：“35kV~110kV配电装置出线回数为4~8回时，可采用单母线分段接线”。单母线分段接线的主要优点是用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。永川莲花110kV变电站110kV远期出线4回，本期出线4回，故建议110kV远期及本期采用单母线分段接线方式。10kV远期出线36回，本期24回，远期及本期均采用单母线分段接线方式，提高供电可靠性。综上所述，永川莲花110kV变电站主接线形式推荐：110kV、10kV远期及本期均采用单母线分段接线方式。主变110kV侧中性点：采用经隔离开关并联金属氧化物避雷器的接地方式。主变10kV侧中性点：采用不接地系统。最终主接线如图1.7所示。图1.7电气主接线图Fig1.7Themainelectricalwiringdiagram计算依据的条件：①以重庆“十二五”电网规划和重庆电网2020年规划网架结构为基础，分片解环运行方式；②计算水平年：取2020年重庆电网丰大环网方式莲花站（3×63MVA）；③基准容量：100MVA；基准电压：平均额定电压。计算结果如表1.3。表1.3短路计算结果表单位：kA、MVATable1.3shortcircuitcalculationresultstableunit:kA,MVA短路点位置三相短路电流三相短路容量单相短路电流单相短路容量三相冲击电流单相冲击电流城南110kV母线19.073814.9920.194039.0548.5451.40莲花110kV母线16.833366.8716.993398.8841.8443.25莲花10kV母线（主变并列）33.4607.43--85.023-莲花10kV母线（主变分列）18.36333.9--46.74-1.3智能设备的选择目前智能站采用的设备方案主要为两种：GIS方案和AIS方案。本文将以本次所设计的变电站为基础，对GIS方案和AIS方案的技术经济和全寿命周期成本（LCC）进行分析比较，比较对照表如1.4与1.5。表1.4技术经济比较表Table1.4technicalandeconomiccomparisontable项目GIS方案（A1-2）AIS方案（C-6）变电站总用地面积（hm2）0.45020.5844围墙内占地面积（hm2）0.38850.5844二次场平土石方工程量挖方（m3）13501732边坡工程量护坡/挡土墙（m2/m3）00建筑工程费用（万元）545645设备购置费用（万元）20272010安装工程费用（万元）556462其他费用（万元）783799建设场地征用及清理费（万元）228200动态投资合计（万元）40093925静态投资合计（万元）39113839每年运行费用（万元）84126按30年考虑，折算到投运年的运行费用（万元）9461419表1.5LCC成本技术结果表单位：万元Table1.5LCCcostandtechnicalresultstableunit:million方案一次性投资成本运行成本合计GIS（A1-2）40099464955AIS（C-6）392514195344注:按照30年计算。从以上分析可知，采用GIS方案其全寿命周期成本低于AIS方案。再分析变电站所在位置的自然社会环境对变电站建设的影响情况。站址地形限制：永川莲花110kV变电站位于重庆市永川区凤凰湖工业园规划园区内。本站站址在城市范围内，周边区域已规划为工业园区，人口及建筑密度高，土地昂贵，选址困难。因此，本站不适合选择常规户外变电站方案。环境条件限制：根据重庆市电网污区分布图，本变电站处于d级污秽区，污染较为严重。变电站处于城市内，周边规划为工业园区，变电站10kV出线通道受周围环境、建筑物以及市政规划的限制，只能采用电缆进出线方式。综上所述，本站站址条件为：①处于工业园区，人口密度较高、土地比较昂贵地区；②周围环境污染较为严重；③外界条件限制、站址选择困难区域；④进出线均为电缆。因此，永川莲花110kV变电站的主要电气设备更适合选择GIS设备，采用通用设计GIS方案。①选用110kV户外GIS成套装置。目前智能变电站应用的智能断路器的主要实现方法为将智能组件与GIS集成，构成智能化开关设备，装置内包含的智能组件有电子式电流互感器和电子式电压互感器，以及外置的状态监测传感器，用于监测SF6气体密度、微水状态、局部放电及机械特性，设备连接示意图如图1.8。但是依照前期计算的技术条件，在市场上，满足该条件的有两种比较典型的成套设备，对比两者的参数与价格选择合适与本次智能变电站的成套设备。技术数据与计算数据比较如表1.6与1.7所示。图1.8集成智能组件的GIS设备Fig1.8GISdevicesforintegratedintelligentcomponents表1.6110kV侧断路器与隔离开关选择Table1.6110kVcircuitbreakerandisolatingswitchselection选校项目计算数据断路器A/断路器B隔离开关A/隔离开关B额定电压/kV110126/126126、126额定电流/A608.842000/31502000/3150额定开断电流/kA20.1931.5/4031.5/40额定关合电流/kA37.2380/10080/100热稳定校验(4s)25.7131.5/4031.5/40动稳定校验/kA54.2380/10080/100组合样式/隔离开关与断路器组合/隔离式断路器隔离开关与断路器组合/隔离式断路器综合报价（万元）/47/826/-本次选用隔离室断路器的方案，主要理由有：①历史上来看，间隔设计的目的是尽可能将断路器隔离开以便于维护，这是基于断路器在当时比隔离开关的故障率要高很多。一般的断路器维护周期是1-2年，而隔离开关的维护周期能达到4-5年。但是由于技术的不断进步，现阶段断路器与隔离开关的检修维护周期基本保持一致(大约为5年)，因此选用隔离式断路器，元器件减少，可以减少开关维护量约75%。②在隔离式断路器（DCB）的应用意味着在变电站内可以不需要隔离式开关，如图1.9所示，可以减少用电面积约23%。本次设计的变电站位于工业区旁，土地价值较高，因此选用隔离式断路器颗粒减少征地量，节约投资量。③本次设计的变电站主要向工业用户供电，其用电量波动性较大，而该变电站在今后较长一段时间内不会扩建，因此需要选用安全余量较大的开关设备。表1.7各电压等级电压、电流互感器一览表Table1.7Voltageandcurrenttransformerlist设备类型电压等级电流互感器电压互感器额定电压(kV)126126额定电流(kA)600~1200/5A（出线、分段）：400~800/5A（主变进线）\电压比\（母线设备）；110/√3/0.1kV（出线）准确级5P30/0.2S（出线、分段）5P30/5P30/0.2S/0.2S（主变进线）0.2S级带中间抽头0.2/0.5（3P）/0.5（3P）/6P（母线设备）；0.5/3P（出线）②10kV侧：主变压器10kV侧回路最大工作电流为3031A，故母线额定电流按3150A考虑。选用KYN□-12型金属铠装移开式开关柜