电压等级为110_∕35∕10kV降压变电站电气一次系统设计作业

1、电子信息工程学院发电厂变电所电气部分设计班级：学号：姓名：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110/35/10KV,其中110KV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110/110/35kV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的选择。荆门地区的全年平均气温为 18，年最高气温45,年最低气温5.,年日照时间1997-2100h，年平均降水量804-1067mm；每年7、8月为雷雨集中期。110k

2、v的变电所应该考虑防雷等措施。待建110KV变电所从相距40km的荆门热电厂受电（系统为无限大功率电源）并采用架空线作为电能的传输及配送；型号为LGJ-300电抗值为0.395/km，其他线路阻抗忽略不计。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：高压侧为中压侧的近似3倍，中压侧为低压侧的近似3倍；110KV应该考虑其供电可靠性、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要求；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进行选择变压器；其运行功率因数不低于0.92；不考虑

3、网损。二、 主接方案的初步拟定 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。110kV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，初步设计以下二种接线方案供最优方案的选择。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。图2-1 方案一主接线图方案二（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-

4、2 方案二主接线图三、 主接线各方案的讨论比较1.内桥形接线：a）优点：高压断路器数量少，四个元件只需三台断路器。b）缺点：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暂时停运；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）适用范围：适用容量较小的变电所，变压器不常切换或线路较长、故障率较高情况。2单母线分段接线（1）优点：a）用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同端引出两个回路，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用户停电。（2）缺点：a）当一段母线或母线隔离开关故障或检修

5、时，该段母线的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）适用范围：a）35-63kV配电装置出线回路数为4-8回时；b）110-220kV配电装置出线回路数为3-4回时。主接线所选的二个初步方案，主接线中压、低压二次侧方案相同，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，节约断路器的成本投入；但不利于扩建、可靠性不高。方案二的特点如下:今后扩建也方便；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。4、 主接线最终方案的确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，由于方案二增加了

6、隔离开关，占地面积较有所增加，从设备上来综合投资费用和运行费增加增加。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暂时停运；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。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用户停电。从改变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且方案二能适应系统中各种运行方式调度和潮流变化需要，试验方便。综上所述最终选择方案二五、主变压器容量的确定及无

7、功补偿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110KV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荆门变电所各电压级负荷数据如下表:电压等级线路名称最大负荷 （MW）COSTmax 及同时率35kv1#出线50.8 6000/0.92#出线4.50.83#出线60.84#出线5.50.810KV1#出线3.50.82#出线2 0.83#出线3.50.84#出线40.85#出线1.80.86#出线2.20.87#出线3.50.88#出线40.85.2无功补偿电容器的型号选择及负荷计算一、无功补偿1).35kv

8、侧无功补偿容量分析 实际功率因数为0.8（°），补偿后功率因数为0.92（=23°）可知无功补偿率=0.33则补偿容量 =Pc(tanarccos0.8tanarccos0.92) =Pmax* =21*0.33=6.93Mvar故选用：TBB35-8016334CCW ：额定电压：35，额定容量：8016kvar台数的确定：n=/=6930/8016=1(台）2).10kv侧无功补偿容量分析 实际功率因数为0.8（°），补偿后功率因数为0.92（=23°）可知无功补偿率=0.33则补偿容量 =Pc(tanarccos0.8tanarccos0.92)

9、=Pmax* =24.5*0.33=8.085Mvar故选用：TB-4200100BL ：额定电压：10，额定容量：4200kvar台数的确定：n=/=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，需要在用户侧装设电容器，进行无功补偿，使用户的功率因数至少提高到0.92。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，可得出以下数据:S”=(P²+（Q-n）² ) COS”=P/ S” 电压等级线路名称最大有功 （MW）最大无功 （MVAr）COS同时率35KV1#出线51.840.926000/0.92#出线4.51.660.92

10、3#出线62.210.924#出线5.52.030.9210KV1#出线3.51.420.922#出线2 0.810.923#出线3.51.420.924#出线41.620.925#出线1.80.730.926#出线2.20.890.927#出线3.51.40.928#出线41.620.925.3待建110KV荆门变电所总负荷的计算（无功补偿后） =P35+jQ35 =5+4.5+65.5+j(1.84+1.66+2.21+2.03) =21+j7.74（tan=0.36） （1+5%）5（21+j7.74）×1.2826.88+j9.02S3528.35 (MVA) =P10+jQ

11、10 =4*2+3.5*3+2+1.8+2.2+j(1.42*3+1.62*2+0.89+0.81+0.73) =24.5+j9.93（tan=0.406）（1+5%）5（24.5+j9.93）×1.2831.36+j12.71S10 =33.84 (MVA) =K110K35+K10（1+5%）5 =0.9 0.9(21+j7.74)+0.9(24.5+j9.93)*1.055 =47.17+j18.32 S110=(47.172 + 18.322) = 50.9 (MVA)COS= P110 / S110 =47.17/50.9= 0.927 满足功率因数提高到0.92 5.4变

12、压器型号的确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，另一台主变压器的容量应保证所有用户的60全部负荷的供电。 用户的60全部总容量： SN0.6S110 =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,yn0, d11。由于15S110 = 15×50.9 (MVA)7.635(MVA) <S10 = 33.84 (MVA)， 15S110 = 15×50.9 (MVA)7.635(MVA) < S35 = 28.35 (MVA)，因此主变110KV、35K

13、V、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号容量比额定电压（kV）U*1-2%U*1-3%U*2-3%高压侧中压 侧低压侧SFSZ7-31500100/100/10012138.510.510.5186.5六短路电流的计算（最大工作方式）6.1短路计算点的选择方案二的短路计算的系统化简图如下(图6-1）所示 本设计选d1、d2和 d3分别为110kv 35kv 10kv 母上短路点计算且短路电流最大选择主接线上的设备 图6-1 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的短路计算的系统化简阻抗图及各阻抗值，短

14、路点均一样；如下图为系统阻抗图（图6-2） 图6-2 系统阻抗图 首先应用星-三角变换，将每台变压器的阻抗化简，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d1,d2,d3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。 所以系统短路电抗 S d*1 = X d*1=0线路电抗 X L*1=12×X0×L×S bU b2=12×0.395×40×1001152=0.0597总电抗 X d* =0+0.0597=0.0597又由所选的

15、变压器参数阻抗电压：10.5% (高-中)，18% (高-低)，6.5%（中-低）算得UK1%=1 / 2U(1-2)% +U(1-3)% - U(2-3)%=11%UK2%=1 / 2U(1-2)% +U(2-3)% - U(1-3)%= -0.5%UK3%=1 / 2U(1-3)% +U(2-3)% - U(1-2)%= 7%主变容量为50MVA，标幺值：= UK1% / 100×(SB/SN)= 0.349 = UK2% / 100×(SB/SN)= -0.016= UK3 % /100×(SB/SN)=0.222简化后的阻抗图如图5-3：图5-3 系统阻抗

16、简化图最终等效电抗标幺值：X * =0.0597 =0.154 =0.098 =-2.136（1）当d1点短路（110KV）时： Xjs*1=0.0597 Id1*= 1 / Xjs*1 = 1/0.0597= 16.75 100/（×115）=0.502(kA) d1=Id1*×Ib =16.75×0.502= 8.409(kA) I=d1=8.409(kA) ich=Kch×d1=21.4429(kA) （110kv及以上网络Kch取1.8） S=Ub1×I=×115×8.409=1672.9706MVA其中，Xjs*计

17、算电抗； Id1*短路电流周期分量标幺值；d 起始次暂态电流； It=时的稳态电流；ich 短路电流冲击值； S短路容量。（2）当d2短路（35KV）时有：Xjs2*=0.226d2*=1/ Xjs2*=1/0.226=4.425 Ib2=Sb/Ub2=100/(×37)=1.56 (kA) d2=d2*×Ib2 =4.425×1.56=6.9 (kA)I=d2=6.9(kA)ich=Kch×d2= 2.556.9=17.595(kA)S2=Ub2×I=431.03 MVA（3）当d3点短路： Xjs3*=0.286d3*=1/ Xjs3*=1

18、/0.286=3.5Ib3=Sb/Ub3=100/(×10.5)= 5.5(kA)d3=d3*×Ib =3.5×5.5=19.25(kA)I = d3=19.25 (kA)ich=2.55×d3=2.55×19.25=49.088 (kA)S3=Ub3×I=×10.5×19.25=349.65 MVA 6.4各短路点计算参数短路 点编 号短路电 平均电压 Uj(kV)基准电 流 Ij (kA)电 抗 X*短路电流值短路电 流标么值d*d(kA)ich (kA)I (kA)Sd (MVA)d11150.5020.05

19、9716.758.04921.44296.3071672.9706d2 371.560.2264.425 6.917.595 6.9431.03 d310.55.50.2863.519.2549.08819.25349.65 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 U2）电流：Ieg 10kV侧： 1.05Sn/（Un）=1.05*31500/（*110）=173.8A 35 kV侧： =21/(*35*0.92)=376.6A 10 kV侧： =24.5/(*10*0.92)= 1537.5A3）开断电流: Iocioo 4）动稳定：

20、imaxich 式中三相短路电流冲击值； 断路器极限通过电流峰值。 5）热稳定： 式中稳态三相短路电流； 短路电流发热等值时间（又称假想时间）； 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，由 ”=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，算出。7.1.2 断路器型号的选择及校验110KV侧 选定为 LW25-126.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)1250Igmax (A)173.8合格Ioc (KA)31.5Ioo (KA)8.409合格It2t

21、(3s) (KA².S31.5²×3I2dt(2.65) (KA².S8.4092×2.65合格Ies (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)2000Igmax (A)376.6合格Ioc (KA)31.5Ioo (KA)6.9合格It2t(4s)(KA².S31.5²×4I2dt (3.45)(KA².S6.92×3.45合格Ies (KA)83

22、Ish (KA)17.595合格10kV侧 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)2000Igmax (A)1537.5合格Ioc (KA)31.5Ioo (KA)19.25合格It2t(4s)(KA².S31.5²×3I2dt (3.45)(KA².S19.252×2.65合格Ies (KA)100Ish (KA)49.088合格7.2 隔离开关的选择 110kV侧 选定为GW4-126D，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Ue （

23、KV)110Ug （KV)110合格Ie (A)1250Igmax (A)188.69合格It2t(4s) (KA².S31.5²×4I2dt(3.45) (KA².S8.4092×3.45合格Ies (KA)80Ish (KA)21.4429合格35kV侧 选定设备为GW4-40.5D,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)630Igmax (A)430.3合格It2t(4s)(KA².S25²×4I2dt (2.65)(KA².S6.

24、92×3.45合格Ies (KA)63Ish (KA)17.595合格10kV侧 选定设备为GN-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)2000Igmax (A)1537.5合格It2t(4s)(KA².S31.5²×4I2dt (3.45)(KA².S19.252×3.45合格Ies (KA)80Ish (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数位置型号额定电流比(A)级次组合准确级次二次负荷()10%倍数1S热稳定倍数

25、动稳定倍数0.5级1级二次负荷()倍数110KV进线侧LQZ-110(W2)2300/5D/D0.5D/0.52.02.01575135变压器35KV侧LCD-3515-1000/50.5/30.5/3242356515035KV出线侧LB6-35300/50.5/D0.5/D2.01.61575135变压器10KV侧LDZJI-103000/50.5/30.5/10.40.610509010KV出线侧LA-10600-1000/50.5/30.5/10.55090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ImKdKA)(ImKt)2(KA².Sich(KA)2

26、tdz(KA².S110KV进线114.55(0.6*75)221.44298.4092*0.85合格T 35KV 212.32(1*65)217.5956.92*0.85合格35KV出线114.55(0.5*75)217.5956.92*0.85合格T-10KV60.1154(1.5*65)249.0885.52*0.85合格10KV出线127.279(1*50)249.08819.252*0.85合格7.4 电压互感器的选择型号额定变比在下列准确等级下额定容量(VA)最大容量(VA)0.5级1级3级单相JCC-11050010002000JDJ-35W35000/10015036

27、01000JDZ8-10J10000/1003050905007.5 避雷器的选择型号组合方式额定电压(kV)灭弧电压(kV)工频放电电压(KV)不小于不大于FZ-110J4×FZ-30J110100215268FZ-352×FZ-15354165104110侧检验：（1）灭弧电压校验：最高工作允许电压：kV直接接地：kV，满足要求。（2）工频放电电压校验： 下限值： kV上限值： kV268kV上、下限值均满足要求。35kv侧检验（1）灭弧电压校验：最高工作允许电压：kV直接接地：kV，满足要求。（2）工频放电电压校验：下限值： kV上限值： kV104kV上、下限值均满

28、足要求。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）结论额定电压(kV)额定电流(A)断流容量（三相）(MVA) S短路容量(MVA)RW6-1101101032001672.9706合格RW6-35 350.52000431.03 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）110kV侧进线的校验 根据任务书已知110kV侧架空线路采用LGJ-300。查表得LGJ-300型导线参数如下表所示：（修正系数 K= =1.06 导体长期发热允许最高温度；导体的额定环境温度；导体的实际温度；在额定环境温度时导体的允许

29、电流；热稳定系数C=87）长期允许截流量(A)导体最高允许温度导线型号+70+80LGJ-300753742它在Qy=80,Q0=25时，Iy =753A已知综合校正系数K01.06K0 Iy =1.06×753=805.71A所以Ig.max=188.69A< K0Iy所以所选导线满足要求。110kV母线的选择及校验110kV进线最大持续工作电流Ig.max=173.8A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=173.8/0.97=179.2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

30、称截 面为185，+80长期允许载流量为510A。已知综合修正系数K=1.06实际环境温度18， 综合修正系数K=1.06故KIy =540.6> Ig.max=173.8A，可满足长期发热要求 热稳定校验：SSmin=(mm2)tdz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，满足热稳定要求的最小截面为:Smin=167.41(mm2)可见，前面所选导线截面S=185mm2>Smin=167.41mm2，热稳定要求。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

31、，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=376.6/0.97=388.24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，+80长期允许载流量为835A。因实际环境温度Q=18，综合修正系数K=1.06故KIy =885.1> Ig.max=388.24A，可满足长期发热要求。2热稳定校验：SSmin=()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，满足热稳定要求的最小截面为:Smin= （690087）×= 492.6()可见，前面所选母线

32、截面S=2(80×8)= 1280 ()Smin=492.6能满足短路热稳定要求。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=376.62=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查LGJ钢芯名品绞线参数型号选LGJ-24035钢芯铝绞线， +80长期允许载流量为651A。实际环境温度18， 综合修正系数K=1.06故KIy =690> Ig.max=376.6A，可满足长期发热要求热稳定校验：SSmin=(mm2)tdz为主保护动作时间

33、加断路器全分闸时间取 tdz=3.45s其中热稳定系数C=87，满足热稳定要求的最小截面为:Smin= （6900872）× =79.11 ()可见，前面所选导线截面S=300mm2Smin=79.11 mm2，满足热稳定要求。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=376.64=94.15A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=94.15/0.97=97.06查设备手册选LGJ-120钢芯铝绞线， +80长期允许载流量为380A。实际环境温度18，综合修正系数K=1.06故KIy

34、 =402.8> Ig.max=94.15A，可满足长期发热要求。热稳定校验：SSmin=(mm2)tdz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，满足热稳定要求的最小截面为:Smin= （6900874）× =36.82)可见，前面所选导线截面S=120mm2Smin=36.82mm2，满足热稳定要求。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，可得经济电流密度J=0.97A/则母线经济截面为：S= Ig.max/J=1537.5/0.97=1585.05查矩形铝导体长期允许截流量表表，应选(100×10)型双条竖放铝导体。它在Qy=80,Q0=25，平放布置时Iy=2558A因实际环境温度Q=18，查表，综合修正系数K=1.06故KIy=2711.48A> Ig.max=1537.5A，可满足长期发热要求。2热稳定校验：SSmin=() tdz为短路电流等值时间，即tdz=4.4+0.05=4.45s查表，其中热稳定系数C=87，满足热稳定要求的最小截面为:Smin= （1925087）×