110kv变电所电气一次部分设计

1、1变电所类型：地方降压变电所2电压等级:110/35/10kv3负荷情况：(1)变电所用电率：2%；(2)10KV侧负荷：最大15MW，最小10MW，年最大利用小时数5000小时，COS=0.85，其中70%负荷为一、二类负荷；(3)35KV侧负荷：最大36MW，最小30MW，年最大利用小时数5000小时，COS=0.85，其中70%负荷为一、二类负荷。4.出线回路：(1)35KV系统：出线6回；(2)10KV系统：出线10回。5.系统情况：(1)110KV系统：出线2回；(2)系统总容量1500MW，最大运行方式下XS*=0.86，最小运行方式下XS*=0.92（SB=1000MVA）。6.

2、环境条件：(1)当地年最高温度39度，年最低温度-22，最热月平均温度28度；(2)当地海拔高度850米，年雷暴日数为15日；(3)土壤电阻率：400欧米。 电气主接线方案：采用110KV侧为桥型接线方式，35KV侧为双母线接线方式，10KV侧为单母线分段接线方式，具体方案详见后。短路电流计算首先将整个系统化简为最大运行方式和最小运行方式的正序网络图，具体见后。导体和电器的选择与设计本变电站海拔高度850M，可不校验海拔高度位于III类气象区，最高温度39度，年最低温度-22度，温度校验可忽略。详细见后。防雷计算对于本变电站的直击雷过电压保护采用避雷针，即在变电站四个角分别架设4支等高的避雷针

3、，经过计算，可保护全变电站，详细见后。接地网设计本设计中采用以水平接地体为主，带垂直接地体的人工接地体，全所铺设长条形均压带，每条均压带间隔6M，埋深0.8M，详细见后。方案一：内桥接线；方案二：双母线带旁路接线。a.内桥接线（如图3.1）优点：(1)高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器；(2)通过加装正常断开运行的跨条，当出线断路器检修时，不影响对任 何一回线路的供电；(3)在跨条上加装两组隔离开关后，可以轮流停电检修任何一组隔离开关而不影响对负荷的供电。缺点：(1)变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运；(2)不利于扩建。图3.1 内桥接线图3.2 双母线带

4、旁路接线b.双母线带旁路接线（如图3.2）优点：检修断路器时不中断该回路供电。 使运行更加灵活，保证了供电的可靠性。(1)当其中一个电源点发生故障时，可以由另一电源供电。(2)当其中一回进线断路器发生故障，根据系统潮流分布，系统又 不允许另一回路向它供电，由旁路断路器代替通过旁路母线供电，而不至于造成全站失电。缺点：(1)所用的断路器、隔离开关增加，同时又增加了一条母线，使得占地面积增加，提高了造价；(2)设备多导致操作复杂。2.35KV侧接线方式：根据原始资料可知，35KV侧出线较多，又一、二类负荷占得比例大，按照电力系统课程设计及毕业设计参考资料确定35KV侧接线方式方案。方案一：单母线分

5、段接线方案二：双母线接线a.单母线分段接线(如图3.3)优点：(1)用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。(2)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。(3)简化低压侧的继电保护装置。缺点：(1)当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。(2)检修任一回路必须断开该回路的断路器停止供电。(3)扩建时需向两个方向扩建。图3.3 单母线分段接线图3.4 双母线接线b.双母线接线（如图3.4）优点：(1)采用双母线接线可进行倒闸操作，有利于刀闸的检修，避免了因负荷大使刀闸发热从

6、而引发线路停电；(2) 倒闸操作后有利于母线的检修，而不影响对负荷的供电。缺点：(1)检修刀闸必须使线路停电；(2)占地面积大。3.10KV侧接线方式由原始资料可知，待设计变电站有10KV出线10回，出线数量较多，且一、二类负荷占的比例大，根据电力系统课程设计及毕业设计参考资料确定10KV侧接线方式。a.单母线接线（如图3.5）优点：(1)接线简单清晰，设备少，操作方便;(2) 便于扩建，节省投资和占地。缺点：(1)不够灵活可靠，当母线停运（母线检修、故障、线路故障后线路保护或断路器拒动）将使全部支路停运，且停电时间长;(2)单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在

7、用隔离开关将故障母线分开后才能恢复非故障段的供电。适用范围：一般只适用于一台主变压器的以下三种情况：(1)6-10KV配电装置的出线回路数不超过5回；(2)35-63KV配电装置的出线回路数不超过5回；(3)110-220KV配电装置的出线回路数不超过5回。图3.5单母线接线b.单母线分段接线(如图3.3)优点：(1)用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。(2)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。(3)简化低压侧的继电保护装置。缺点：(1)当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修

8、期间内停电。(2)任一回路的断路器检修，该回路必须停止工作。(3)扩建时需向两个方向扩建。适用范围：6-10KV配电装置的出线回路数为6回及以上时。3.3.2 主接线的技术经济比较1.110KV侧接线方案的经济技术比较(1)可靠性：内桥接线：当线路断路器、桥联断路器检修时，通过跨条不会使线路停电，而且检修任意一组隔离开关均不会使线路停电。双母线带旁路接线： 当一条母线有故障时，连接在该母线上的重要用户可以通过倒闸操作由另一母线向用户保持正常供电。双母线接线供电可靠，两组母线可互为利用。同时，检修线路开关时通过旁带线路可不间断对用户的供电。(2)灵活性：通过以上对运行可靠性的比较，内桥接线方式运

9、行灵活性高而且简单明了易于操作。而双母线带旁路接线方式刀闸操作比较复杂，容易导致误操作。(3)经济性：内桥接线配电装置简单，故所用设备较少，占地面积小，故经济性高。根据以上两种接线方式的比较，110KV系统采用内桥接线。 2.35KV侧接线方案的经济技术比较(1)可靠性 ：双母线接线：当一条母线有故障时，虽然该母线上的所有线路均跳开，但可以通过倒闸操作由另一条母线恢复对负荷的供电。单母线分段接线：当母线上有故障时，连接在该母线上的电源和出线在故障检修期间必须全部停电，但另一段母线仍然可以正常供电，缩小了停电范围，在检修任一回路的断路器时，该回路必须停电，其中包括重要用户，对用户影响较大。 (2

10、)灵活性：通过以上对运行可靠性的比较，双母线接线对运行的灵活性高。(3)经济性：双母线接线与单母线分段接线相比较，由于双母线接线运行比较灵活，而又提高了供电的可靠性，虽然比单母线分段接线多用了隔离开关，增加了投资，但它由于停电造成的损失减少，从长远利益考虑，比较合算。所以总结以上比较， 我们35KV侧选择双母线接线。 3.10KV侧接线方案的经济技术比较：(1)可靠性：单母线接线：在其母线故障时，连接在母线上的电源和出线在故障检修期间必须全部停电，不能保证对重要用户的可靠供电。单母线分段接线：当母线上有故障时，连接在该母线上的电源和出线在故障检修期间必须全部停电，但另一段母线仍然可以正常供电，

11、缩小了停电范围。 (2)灵活性：通过以上对运行可靠性的比较，单母线分段接线对运行的灵活性高。(3)经济性：10KV母线采用单母线接线，所用设备少，投资省，但设备检修造成的停电范围广，使得停电造成的经济损失增大。单母线分段接线运行比较灵活，而又提高了供电的可靠性，虽然比单母线接线多用了一台断路器和两台隔离开关，增加了投资，但它由于停电造成的损失减少，从长远利益考虑，比较合算。所以总结以上比较， 我们10KV侧选择单母线分段接线。（主接线图见附图一）说明：为了供电可靠，35KV、10KV侧对于一、二类重要负荷均采用双回线供电，对于三类负荷采用单回线供电。主变压器的选择主要考虑变压器的台数、容量、变

12、压器的型式和冷却方式等。根据电力系统课程设计及毕业设计参考资料：不受运输条件限制，在330KV及其以下的发电厂和变电站中均采用三相变压器。(1) 变压器绕组数量的选择根据电力系统课程设计及毕业设计参考资料：在具有三种电压的变电站中，如通过主变压器各侧的功率均达到该主变容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功功率补偿设备时，主变宜采用三绕组变压器。(2) 绕组的连接方式根据电力系统课程设计及毕业设计参考资料：变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和，我国110KV及以上的电压等级，变压器绕组均采用Y连接；35KV电压等级，变压

13、器绕组采用Y连接，而35KV以下电压等级，变压器绕组均采用连接。所以待设计变电站的主变压器选择三相、三绕组变压器。4.1.2 变压器调压方式的选择根据电力系统课程设计及毕业设计参考资料：110KV及以下变电站，考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式。所以待设计变电站主变压器选择有载调压变压器。4.1.3 变压器接地方式的选择中性点直接接地方式的短路电流很大，线路或设备应立即切除，增加了断路器的负担，降低了供电的连续性，但由于过电压水平较低，减少了设备造价，特别是在高压和超高压电力系统，经济效益显著，故适用于110KV及以上电力系统，。我国目前在一般情况下，110KV系统多采用中性点直接接地

14、方式。4.1.4 变压器冷却方式的选择主变一般采用的冷却方式有：自然风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却、强迫导向油循环冷却，小容量变压器一般采用自然风冷却，大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却。根据以上分析本设计采用三绕组普通强迫油循环变压器。降压变电站的主变压器的台数，一般不超过两台，当负荷再增大时，可更换大容量的变压器，而不需增加变压器的台数。4.3.1 选择变压器容量所采用的基本原则(1)在电力系统正常运行及检修状态下，以具有一定持续时间的日负荷选择主变压器的额定容量，日负荷中持续时间很短的部分，可由变压器过载满足。(2) 并联运行的以隐备用的形式相互作为事故备用。(3)主变压器

15、检修时间间隔很长、检修时间较短，合理作好检修与运行调度。则不因检修并联变压器而增加其选择容量。4.3.2 选择变压器容量的相关计算主变压器容量一般按变电站建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年的负荷发展。当有两台变压器时，每台变压器应能负担变电站总负荷的70%左右，以便在一台变压器因故障退出运行时，另一台变压器容量应保证重要负荷连续供电。根据原始资料，10KV母线最大负荷为15MW，所用电为2%，35KV母线最大负荷为36MW。根据设计任务书统计各馈线最大负荷：因为所用电占2%，所以：全站总负荷为：又因为：所以：主变压器的容量为：为保证重要用户供电，待设计变电站宜选择两台

16、主变压器，采用暗备用的方式。若每一台变压器的容量要求能带全部负荷的70%左右计算：根据以上论证满足以上条件的变压器有SFSL1-45000/110。根据规程规定：油浸自冷和油浸风冷变压器过负荷不应超过变压器额定容量的30%，验算所选择变压器容量是否满足负荷要求：，满足要求。所以我们选择两台SFSL1-45000/110型变压器，该变压器技术数据见下表4.1：1.计算其基准值：高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值计算。为了计算方便，通常取基准容量和基准电压（原始资料中以给出：选SB=1000MVA， UB=Up），Up一般取各段平均电压，即：UB=Up=1.1Ue当基准容量SB与基

17、准电压UB选定后，基准电流IB与基准电抗XB便已决定了。基准电流：，基准电抗： 所以2.计算变压器电抗：变电站选用的变压器为SFSL1-45000/110,其技术参数为额定电压Ue=121/38.5/11,空载损耗：38.4KW，阻抗电压：高-中：18，高-低：10.5，中-低：6.5。 3.计算短路电流：根据原始资料的要求，待设计变电站归算到110KV侧系统短路阻抗为：最大运行方式下：最小运行方式下：等值电路如图6.2：图6.2(1)最大运行方式下： d1短路时：d2短路时：d3短路时：(2)最小运行方式下：d1短路时：d2短路时：d3短路时：短路电流计算结果表6.3： 表6.31.主变压器

18、持续工作电流计算110KV高压侧： 35KV中压侧： 10KV低压侧： 2.110KV进线、35KV和10KV出线持续工作电流计算110KV进线： 35KV出线： 10KV出线： 导体和电气的选择设计，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。Imax导体所在回路的最大持续工作电流K 温度修正系数最大持续工作电流 变压器容量确定7.1.1 一般原则(1) 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。(2) 应按当地环境条件校验。(3) 应力求技术先进和经济合理。(4) 与整个工程

19、的建设标准应协调一致。(5) 同类设备应尽量减少品种。(6) 选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。7.1.2 技术条件选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压过电流的情况下保持正常运行。1.长期工作条件：(1)电压：选用电气的允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug,即(2)电流：选用的电气额定电流Ie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 即： 2.短路稳定条件：(1)校验的一般原则：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。(2)短路的热稳定条件：(3)短路的动稳定条件：Qd - 在计算时间tjs秒内，短路电流的热效

20、应。It - t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值。t - 设备允许通过的热稳定电流时间。ich - 短路冲击电流峰值。Ich - 短路冲击电流有效值。idf - 电流允许的极限通过电流峰值。Idf - 电流允许的极限通过电流有效值。Imax - 动稳定电流 7.1.3 温度按交流高压电器在长期工作下的发热规定，普通高压电器在环境最高温度为+40时，允许按额定电流长期工作，当电器安装点的环境温度高于+40时，每增高1建议额定电流减少1.8%,当低于+40时,每降低1, 建议额定电流增加0.5%,但总的增加值不得超过额定电流的20%.7.3.1 母线的选择和校验1.110KV母线桥的选择和校验按

21、经济电流密度选择110KV母线桥和变压器引线的截面S，并按d1点短路电流进行热稳定校验。110KV最大持续工作电流：,钢芯铝绞线的经济电流密度查表得：查表选LGJ-240钢芯铝绞线,在最高允许温度+80时的载流量为613A，满足最大工作电流的要求。校验在d1短路条件下的热稳定：按裸导体热稳定校验公式：检验查表，所以：满足短路条件下的热稳定。2.35KV母线的选择和校验按经济电流密度选择35KV母线和变压器引线的截面S，并按d2点短路电流进行热稳定校验。5KV最大持续工作电流：,钢芯铝绞线的经济电流密度查表得：查表试选LGJQ-500钢芯铝绞线,在最高允许温度+80时的载流量为932A，满足最大

22、工作电流的要求。校验d2点短路条件下的热稳定，按裸导体热稳定校验公式：校验。查表,所以：故满足短路条件下的热稳定。3 .10KV母线的选择和校验已知最热月份平均最高温度28，故环境温度按33计算。前面已求得:查表选8010三条平放矩形铝母线，平放时长期允许载流量2806A。综合修正系数1.0（K=1/（1.1-h/10000）按d3点的短路条件校验热稳定=1.5=矩形铝母线8010=800 mm2故满足热稳定的要求。动稳定的校验：取L=1m，a=0.25m，B=1 （单列）查图的得K1-2=0.2，K1-3=0.2同相母线片间作用力 母线的衬垫跨距对于三条母线，系数1197（铝）硬铝的最大允许

23、应力。故所选ZLQ-240电缆故满足动稳定的要求。7.3.2 架空线的选择和校验1.35KV架空线的选择和校验在35KV负荷中，平均负荷电流为最大负荷利用小时数，钢芯铝绞线的经济电流密度查表得：所以：查表选LGJ-50型导线，其截面50mm2，长期允许载流量为215A，满足最大电流的要求。校验d2点短路条件下的热稳定，按裸导体热稳定校验公式：校验。设线路主保护动作时间0.2S，断路器全分闸时间0.15S，则t=0.35S,B=1,查图得：,查表 C=87，I=5250A所以：在最高允许温度+80时的载流量为215A， 综合修正系数1.0K=1/（1.1-h/10000），I=2151215（A

24、）故满足短路条件下的热稳定。2.10KV架空线的选择和校验在10KV负荷中，平均负荷电流为 最大负荷利用小时数，钢芯铝绞线的经济电流密度查表查表选LGJ-70型导线，其截面70mm2，长期允许载流量为260A，满足最大电流的要求。校验d3点短路条件下的热稳定，按裸导体热稳定校验公式：校验。设线路主保护动作时间0.2S，断路器全分闸时间0.15S，则,查图得：,查表C=87，I=2520A所以：在最高允许温度+80时的载流量为260A， 综合修正系数1.0K=1/（1.1-h/10000），I=2601260（A）故满足短路条件下的热稳定。7.3.3 断路器和隔离开关的选择校验1.110KV侧断

25、路器和隔离开关的选择校验当d1点发生短路时，d1点的短路参数：,(1)110KV断路器的选择校验查表试选SW3-110型少油断路器，其技术数据为：校验：所以，所选断路器完全满足要求。(2)110KV隔离开关的选择校验按d1点发生短路的条件试选GW4-110（D），其技术参数为校验：所以，所选隔离开关完全满足要求。2.35KV侧断路器和隔离开关的选择校验当d2点发生短路时，d2点的短路参数：(1)35KV断路器的选择和校验查表试选SW3-35型少油断路器，其技术数据为：校验：所以，所选断路器完全满足要求。(2)35KV隔离开关的选择校验按d2 点发生短路的条件试选GW4-35（D），其技术参数为

26、校验：所以，所选隔离开关完全满足要求。3.10KV侧母线断路器和隔离开关的选择校验当d3点发生短路时，d3点的短路参数：(1)10KV断路器的选择和校验查表试选SN4-10G型少油断路器，其技术数据为：校验：所以，所选断路器完全满足要求。(2)10KV隔离开关的选择校验按d2点发生短路的条件试选GN2-10，其技术参数为校验：所以，所选隔离开关完全满足要求。4.35KV出线断路器和隔离开关的选择校验出线的平均最大电流当d2点发生短路时，d2点的短路参数：(1) 35KV出线断路器的选择和校验查表试选SW3-35型少油断路器，其技术数据为：校验：所以，所选断路器完全满足要求。(2)35KV出线隔

27、离开关的选择校验按d2 点发生短路的条件试选GW4-35（D），其技术参数为校验：所以，所选隔离开关完全满足要求。5.10KV出线断路器的选择校验出线的平均最大电流当d3点发生短路时，d3点的短路参数(1)10KV出线断路器的选择和校验查表试选SN10-10/600型少油断路器，其技术数据为：校验：所以，所选断路器完全满足要求。7.4.1所选择母线的技术参数如下表7.1 表7.1母 线型号规格载流量110KV母线桥LGJ-240613A35KV母线LGJQ-500932A35KV架空出线LGJ-50215A10KV母线矩形铝母线80102806A10KV架空出线LGJ-70260A7.4.6避

28、雷器选择结果如下表7.6 表7.6对于变电所的防雷保护，通常采用装设避雷针和避雷器的措施，避雷器的设置前面已作选择，故本章只对避雷针作选择。根据平面布置，该变电所长70米，宽90米，变电所门型架为10.5米，故hx取11米，35KV系统门型架高为7米，取hx为7米。该变电所初步选用4支30米高避雷针保护全所构架，主变及主控室等。分别按hx=11m，hx=7m计算保护范围。可由下式计算： (1) 式中：rx在被保护高度hx平面上的保护半径（m）hx被保护物高度（m）h避雷针高度（m）避雷针有效高度（m）P系数。当时，P=1；时，两支等高避雷针的保护范围，保护半径rx的求法与单支避雷针相同。两避雷

29、针间hx水平面上的保护范围最大宽度为2bx，bx的求法可由下式计算： (2)式中：a两避雷针间的距离（m）rx单支避雷针的保护半径（m）ha、P与单支避雷针相同。其计算如下：(1)按公式(1)分别求出两针对hx的保护范围。(2)按求出假想的与较低避雷针等高的避雷针的位置3。(3)将2、3两针按等高避雷针求出联合保护范围及bx值。(4)由O点作r1保护圆的切线，则得针1与2的全部保护范围。多支避雷针的联合保护范围可将它们划分成若干个三个三支或四支避雷针分别计算后，予以综合得出。对于三支或四支避雷针的保护范围可如下进行计算：(1)rx的确定与单支避雷针同。(2)bx的尺寸由相邻两支避雷针的装设条件决定。(3)保护全部面积的条件为：式中D为通过由三支避雷针所形成的三角形顶点圆的直径或以避雷针为顶点的四边形的对角线。在装设独立避雷针时，避雷针与配电装置部分在地中和空气中有一定距离：(1)地中：避雷针本身的接地装置与最近的配电装置接地网的地中距离Sdi；式中：R独立避雷针的接地电阻（），在任何情况下，Sdi不得小于3 m。(2) 空气中：由独立避雷针到配电装置导电部分之间以配电装置电力设备与架构接地部分之间的空气距离Sk 式中：h被保护物考虑点的高度，在任何情况下不得小于5 m。按求ha及相应的h：则： 避雷针高度应为：取30m。按求bx求得： (1)土壤电阻率400m，各级电压装置共