变电所一次系统最佳方案的设计(1)

1、变电所一次系统最佳方案的设计在发电厂和变电所中，根 据 电 能 生 产 、转 换 和 分 配 等 各 环 节 的 需 要 ，配 置了各种电气设备及一次接线系统。不同类别的电气设备承担的任务和工作条件各不 相同， 因 此他 们 的 具 体 选 择方 法 也不 相 同 。但 是 ，为了保证工作的可靠性及安全性，在 选 择 时 的 基 本 要 求是 相 同 的 ，即正常运行条件下选择，以短路条件校验其动稳 定性和热稳定性。对 千断路器、熔断器等还要校 验其 开断电流的能力。变电所一次接线系统中所用设备最多的是高压断路器和高压隔离开关，为此 一次系统方案设计中主要以高压断路器和高压隔离开关等设备和一次

2、接线方式的选择为主， 分 析 一 次系统的最佳方案确定。一、基本资料变电所一次接线必须满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。一次接线 的技术比较主要的是个方案的供电可靠性和运行灵活性的定性分析。一次接线的 经济比较包括计算综合投资、计算年运算费用和所选方案综合比较三方面内容。 本次计算分析时，只 计 算 考 虑 各 方 案 中 不 同 的 部 分 。(1 )电 力 系统 简 图 如 图 1 所 示 ， 系统中有两台变压器、双电源、双回路进线与多条引出线。一一一一。一一.一图 1电力系统简图( 2 )选择吉林省长春市的自然条件： 平 均 温 度2 2 .9 c,最 高 温 度3 s c,最低

3、温 度 -3 6 . sc,雷暴日 3 s . sc,最 热 月 地 面 下0 .8 m处 土 壤 平 均 温 度19_3 c。( 3 )年 最 大 负 荷 小 时 数 兀ax = 4 50 0 h 。最 大 损耗所 需 利 用 时 间 T =3150h ,地区电价 0.5 元/kWh。( 4 )设备参数1)查表得发电机参数为： P=2 5 MW,X= 0.264, cos rp = 0 .8 。2 ) 查 表 得 变 压 器 参 数 为 ： 阻 抗 电 压 百 分 值 UK % = 7.5 ; 额定容量沁 = 8 MV A ; 额 定 电 压 ULI = 3 5 kV; 空 载 损 耗 t:

4、,. 。=1 0 .9 kV; 短路损耗 t:,.p4 = 5 5 . 8 kW; 空载电流百分值10 % = 1; 价格 62.9 万元； 两 台升 压变 压器 允 许过 负 载 的倍数 为 1. 05,. ,l.1 。3 )线 路 参 数 ： 单 位 长 度 电 抗 XWOI= XW02 = 0.4n /km,LI = 20 km,L2=5 km。4 )负 载 参 数 ： X i = 0 . 3 5 , 负 载 容 量 SL= 8 +j 6 MV . A 由 负 载计 算 确 定 容 量 。l二、方案拟定勹JJL卢l/丿言j口j!l1尸厂厂三j:主接线初步选择两种方案，方 案 一 选 择

5、全 桥 双 母 线 接 线 如 图 2 所示；方案 二选择联络线双母线接线如图 3 所示。）卢O图 2全桥双母线接线图 3联络线双母线分段接线技术要求如下。方案一：二次 侧 采 用 双 母线接线， 其可靠性、灵活性都比较高，因 为双母线 可以在不停电的情况下检修其任意母线。同时变压器两侧均装有断路器，所以当 其出现故障时，又随时对它进行维修，可将电能从一台变压器送出，即 可保证一、二级负载不停电， 又提高操作的灵活性。一次侧采用了全桥接线，能 提 高供电可靠性。方案二： 一 次 侧 采 用 联 络线接线， 当 可靠性要求不高时， 也可用隔离开关QS 将联络线分段运行（联络线故障时将会短时全厂停

6、电， 操作复杂）。二次侧为双母线分段，两 段母线组合形式更多，比方案一多 增加了两套断路器。任一部分发生故障均能在不停电的条件下检修， 其灵活性、可靠性提高。综上所述， 根 据 技 术 比 较 ， 方案一较适合， 满足 可靠 性、灵活性。三、负载计算由需用系数法确定负载大小， 当负 载 总容量SL=8 + j6MV. A,其中一、二2级负载占总容量的 70%等 于 1 0 x 7 0 % = 7 MV . A, 此值用千变压器等设备选择的参考量。变 压器 一 次侧 最大 电流IN JI 为石I=SLN T Ix U,.110=164.96 (A) l.732x35过负载时的电流为I Tm a

7、X=I 1 . 0 5:1 6 4 .=fJ 61(A)变压器二次侧最大电流I NT2 为I NT 2=Ls石x UN210= 577.4 (A) 1.732 xlO/Tmax2 =1.05 X 577.4 = 606.27 (A)四、正常运行条件选设备选择条件： 设 备 电 压电 流均大于等千实际值， 安装 地 点等选择设备如下。1. 断路器参数型号SW2-35/600A:额定开断电流 6.6kA,热稳定电流（时间） 6.6kA ( 4s) ,动稳定电流 17kA,固有分闸时间为 0.06s ,合闸时间问哦 0. 02s ,价格5600 元。型号 SN3-10G/2000A: 额定开断电流

8、29kA,热稳定电流（时间） 43.SkA(l s) ,动稳定电流75kA,固有分闸时间为 0.05s ,合闸时间为 0.2s ,价格 1150 元。2. 隔离开关参数型号 GW5-35G/600A:动稳定电流 72kA,热稳定电流（时间）： 16kA ( 4s ) ,价格 1200 元。型号 GN6-10T/1000A:动稳定电流 80kA,额 定 电流 为 1000 A, 动稳定电流为25kA,热稳定电流（时间） 31.5 kA (4s),价格240 元。3. 互感器参数电流互感器型号LCW-35:I NTI I N12 = 200A/5A。级次组合 0.5/3,l s 的热稳定倍数为 6

9、5 ,动稳定倍数为 100,价格 160 元。选用 LFZJl - l OC ( 复 匝 贯穿式、环氧树脂浇注绝缘，加大容量，设计序号为1):800/5 ,l s 的热稳定倍数为 65,动稳定倍数为 130 ,价格 160 元。电压互感器型号 J DJ J - 35 (单相油浸绝缘有接地保护用辅助线圈）： 35 /3,最 大 容 量 为 l OOOV-A。型号 JDJ-10 ( 单相油浸绝缘）：一 次侧电压为 l OkV ,二次侧为 O. l kV ,最大 容 量为 640V-A。34. 避雷器 FZ 的选择型号 FZ-35:组合方式为 2 xFZ- 15 ( 电站普通阀型中性点非直接接地），

10、额定 电压为 35kV , 灭弧电压为 41kV , 工频放电电压在 84104 之间（参考价 500 元）。型号 FZ-10 : 组合方式为单通元件（电站普通阀型中性点非直接接地），额定电压为 l OkV , 灭 弧 电 压 有 效 值 为 12.7 kV , 工频放电电压为 2631kV 之间，5kA 下冲击电流下的残压不大 于 45kV , l OkA 冲 击 电 流 的 残 压 不 大 千 50 kV 。5. 线路及母线的选择架空线选择 LGJ( 普 通 型钢 芯 铝 绞 线 ）： 标 称 截 面 为 150 mm2, 允许载流量1o c 时为 445A,基准环境温度为 2s c 。单

11、位长度电阻 0.21.Q/km,单位长度电感0.358 严( DM= 2 km ,3 5kV ) 。母 线 选 5 05 ,单 条 扁 铝 ， 平方母线的布置。允许载流量 665A,最高温度为1o c , 基准环境温度为 25 C( l OkV),参 考 价 格 3 0 00元 。五、短路电流计算设： 基 准 容 量 SB= lOOMV. A。 基 准 电 压 UB = Uav( 平 均额定 电 压 ）。1. 发电机电抗标么值立XGsXG =C O 彰 N(1-1)100 P N式中 Xe% 发 电 机 电 抗百 分 数 ， 由发 电 机 铭 牌 参 数 的 xdx 1ox c 如Xd发电机铭

12、牌参数的次暂态电抗标么值；SB己设定的基准容量（基值功率）， MV A;PN发 电 机 额 定 的 有 功 功 率 ，MW ;COS (f)N发电机额定有功功率因数。各元件电抗标 么值如图 4 所示，发电机 G:x,=X2=X GJ=X *G2,（ lX1 = X2心xS,v= 0.264 x I 严 1 = o.8448,系统外部参数PN25COS RT , 即 RT忽略 ， 由变压器电抗有名值 推 出 变压器 电抗标么值为X= 立- U NT2 uK%(1-4)NTTu 2sB100式中UK %变压器阻抗电压百分数；S B基 准容量， MV A;SNT 、 UNT变 压 器 铭牌参数给定额

13、定 容 量 ， MV A、额定 电压 ， kV;UH基 准电压UH 取平均电压Uav,kV。变压器T凡 凡UK %SB7.5100= -X= x = 0.9375 100S,v10084. 线路电抗标 么值suX w 上2书 ，B式中x。线路单位长 度 电 抗 ；线 路长度， km;SB基 准容量，MV A;5UH输电线路额定平均电压， 基准电压UB=uav kV。(1-5)输电 线 路的等值电路中有四个参数，一般 电 抗 Xw Rw, 故 Rw 叭 0 。由千不做特别说明， 故电导、电纳一般不计，故 而只 求电 抗标么值。S100出线线路电抗标么值凡 礼 = X , L,X u坠 = 0 .

14、4 x 2 0 x = 0.5844进线线路电抗标么值2Bu2凡 凡 = X2 L2xS 生B=0 .4x 5 x3 7 210010.52= 1. 8 25 短路点的暂态电流标 么值 I EI =X K（取 E = l)(1-6)6. 冲击电流知的计算知 = 2.55 x l (1-7)7. 短路容量功率SK 的 计算SK= 石x Uavx l (1-8)系统最大最小运行方式下的等值电路如图 4 和图 5 所示，其电抗和短路电流计算见表 1.X1=1.82沁 =0.937SJX4 = 0.9375X1=1.82K2沁 =0.9375)X4=0.9375Xs=0.58441X6=0.5844X

15、s=0.58445X6= 0.58446图 4最 小运 行 方 式 下 K2 点短路的等值电路图5最大运行方式下Kl 点短路的等值电路表 1系统最大、最小运行方式下的电抗和短路电流短路点电抗标么值次暂态电流 I II(kA)冲击电流短路点最小方式运行下的电抗最大方式运行下的电抗LmaxI “minl,WmaxiMminKl0. 8448+1. 82=2. 6651. 3334. 132. 06410. 525. 263K22. 665+0. 9375=3.60251. 8020. 8660. 4332. 211. 104六、校验设备选择原则： 正 常 运 行 条 件 下 选 择 设 备 ，短路

16、情况下校验设备（ 热、动稳定和切断能力）。对 一 次侧断路器的热稳定校验： 因 为 Kt 1S , 可得Qp,=0 。 固 有 分 闸 时 间 为70.06 ,合闸时间为 0. 02 s。引出线保护装置动作时间取 2. Os ,变压器一次动作时间取 2. 5s,变压器二次动作时间取 3s 。短路持续时间Kt= 2.5+ 0 . 0 6 + 0 . 0 2= 2 .5 8Cs )。 断 路 器 热 稳 定 性Q K=I 飞 = 2 . 5 8 lK2= 0.8662 X 2.58 = 1.94kA2 S。 因 为QK 6.62 X 4 = 174.24kA 2. s所 以 满足 稳 定 要 求

17、。对 一 次侧断路器动稳定： 知 = 2.55 x /Kl= 2.55 x 0.866 = 2.21 kA O. ls,故/KT=I = 0 .&56kA6.6kA,所以满足动、热稳定性和切断能力要求。以上计算表明， 一 次侧选用 S W2- 35/1000型断路器满足要求，同理其他断路器 QF 和 隔 离 开关QS 的 选 择 列千 表 2、表 3。(1) QF、 QS 选 择 结果 见 表 2、表 3。表 235kV 断 路器及隔离开关的选择结果实际计算结果项目SW2- 35/600GW5 - 35G/ 600u ,v35kVu ,v额定 电 压 35 kV35kVITmaxl173. 0

18、4AI N额 定电 流 600A600AI0. 866kAI M额定开断电流6. 6 队lM2. 2l kAlM动稳定电 流 17kA72kAQK0.8662 X 2.58 = 1.94kA2 SI（勺热稳定效应174. 24kA2 S1024 k.A2S由表 3 表明，l OkV 断 路 器 热 稳 定 校 验 不 合 格 ，重选设备型号为SN4-10G/ 5000 , 额 定 开 断 电 流 10 5kA, 热稳定电流（时间） 173kA (ls), 动稳定电流300kA, 固有分闸时间为 0. 15s, 合闸时间为 0. 65s。价格 1550 元套。重新进行动、热稳定性校验后合格， 选

19、 择 SN4- 1 0G/ 5000 的断路器， 结果列千表 4 中。表 3l OkV 断路 器及 隔 离 开关的选择结果实际计算结果项目SN3- 10G/ 2000GN6- 10TI1000u Nl OkVu NlOkVlOkVI Tmax2606 . 27AI N2000AlOOOkAI4. 1 3kAI M29kAlM1 0 . 52kAlM75kA80kAQK4.132x 3 .2 5 = 5 5 .4 4 kA2 SI 勺（43 .5 2 xlkA2S(不合格）3969k.A2s表 4l OkV 断路 器及 隔 离 开关的重选结果实际计算结果项目SW2- 35/ 600GW5 - 3

20、 5G/ 600u ,vlOkVu Nl OkVlOkVI Tmaxl606 . 27AI N5000A1000AI4. 13kAI M1 05kAlM10 . 52kAlM300kA80k.AQK4. 132 x3.8 = 64.82kA2SI2It1732 X l kA2 . s3969kA2S( 2 )母线、电缆、互感器等的选择校验（略）。七系统主接线方案（方案一）经济比较包括计算综合投资、计算年运行费用和所选方案综合比较的内容。 计算时， 只 计 算各 方 案 中 不 同 的 部分 。1. 计算综合投资 Z综 合 投资 包 括变 压器 的 综 合 投资 、配 电装 置综合投资、输电线路

21、综合投资等。(1 )变压器综合投资。变压器综合投资包括变压器本身价格，还 包 括 运 输 、现 场 安 装 、架 构 、基 础 、铁 轨 、电 缆 等 附 加 费 用 。各 项 附 加 费 用 可用 ! z 。计 算 ，8100Z 。变压器 自身价格， 3 5 kV 网络取a =50,-.,1 0 0 ,则变 压 器 综合 投资ZT 为Zri= Zn= Z。(l + 立-) = 62.9 X (150+ )= 94.350(万元）100100Zr= 2 x 94 .3 5 0 = 1 8 8 .7(万元）( 2 )配电装置综合投资。断路器的参考价格：高压560 0( 元 ）， 7台数 ；低 压

22、1 5 5 0( 元）， 5 台数 。 QF 和 QS 设备参考价格提高 5 倍， 即ZDI = 5600 x 7 +1550 x5)x 5 = 23.475(万元）隔离开关费用红 = 1200x 5 x18 + 240x 5x l O) = 12(万元） 母线、互感器等费用Z03 = (3 000 + 500 + 16 0 x 2) x 2 = 0.764(万元）ZD = ZDI + ZD2 + ZD3 = 23.475 +12 + 0.764 = 36.239(万元）( 3 )综合总投资Z = Zr+ Z0= 1 8 8 .7 + 3 6 .2 3 9 = 2 2 4 .93 9(万元）2

23、. 计算年运行费 U年运行费用包括设备折旧费、设置维修费和电能损耗费三项。(1 )设备折旧费Ul。对变压器的折 旧 费 按 综 合 投资的 5. 8%计 算U l1 =5 .8 % x Zr= 1 0 .9 5(万元）对千配电装置的折旧费按配电装置综合投资的 8%计 算悍= (6 10)%xZ0 = 8%xZ0 = 2.899(万元）亿 = u.r+ u10 = 13.849C 万 元 ）( 2)设备维修费用u2。 设 备 维 修 费 按 综 合 总投资的 3%计 算亿= ( 2 . 2 4.2)%xZ = 3.2%xZ = 7.198(万元）( 3 )电能损耗费。两台双绕组变压器全年电能损耗为!1A =!1P0 x T + !1PK 尸）2XTx2ls1 10 9 x 87 6