110KV降压变电站电气一次系统设计

1、110KV降压变电站电气一次系统设计原始资料如下：（一）电压等级110/35/10KV地方降压变电站（二）负荷情况 35KV侧：最大27MW，最小13MW，年最大持续时间6000小时，COS&=0.85 10KV侧：最大16MW，最小10MW，年最大持续时间6000小时，COS&=0.85（三）出线回路 110KV侧 2回（架空线） 35KV侧 8回（架空线） 10KV侧 10回（其中 电缆4回）（四）系统情况 S1系统110KV母线短路容量2000MVA，S2系统110KV母线短路容量2500MVA，正常运行方式下，S1与S2无功率交换设计成果：设计说明书一份，短路电流计算书

2、一份，设备表一份，电气主接线图、屋内外配电装置设计图、防雷及接地保护设计图、总平面布置图共6-8张2变电所主变的选定2.1 概述在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。主变压器的容量，台数直接影响主接线的形式和配电装置结构。变电所主变压器容量，除应根据传递容量基本资料外，还应按510年规划符合来选择。根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许范围内，应满足类和类负荷的供电；对 一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%80%2。变电所主变压器的

3、台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。通常与系统具有强联系的枢纽变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台；对于弱联系的低压侧电压为610kv的变电所或与系统的联系只是备用性质时，可只装1台主变压器；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器。变压器是一种静止电器，运行实践证明它的工作是比较可靠的。一般寿命为20年，事故率较小，通常设计时，不必考虑另设专用备用变压器。 按照以上原则确定变压器容量后，最终应选用靠近的国家系列标准规格。变压器的容量系列有两种：一种是R8容量系列，它是按 倍数增加的；另一种是国际通用的R10容量系列，它是按照 的倍数增

4、加的。如容量有100、125、160、200、250、315A等。我国国际标准GB1094电力变压器确定采用R10系列。 2.2 选择原则1）主变压器的台数：为保证供电可靠性，变电所一般装设两台变压器。2）主变压器的容量：主变压器容量应根据510年的发展规划进行选择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。对装两台变压器的变电站，每台变压器额定容量一般按下式选择 （2-1） 为变电站的最大负荷。这样当一台变压器停用时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的故障过负荷能力为40%，则可保证对84%负荷的供电。3）当系统有调压要求时，应采用有载调压变压器，对新建的变电所，从网络经济运行的观点考

5、虑，应注意选用有载调压变压器。其所附加的工程造价，通常在短期内是可以回收的。4）有三种电压的变电所，一般采用三绕组变压器。5）中，小型变压器通常依靠装在变压器油箱上的片状或管形辐射式冷却器及电动风扇散发热量的自然风冷却及强迫风冷却。2.3 对原始资料的分析及变压器的选择电压等级：110/35/10kV负荷性质：工农业生产及城乡生活用电负荷大小：35kV侧：最大30MW，最小22MW，Tmax=6000h，cos=0.8510KV侧：最大15MW，最小10MW，Tmax=6000h，cos=0.85选择两台变压器，每台应能负担最大负荷的60%，所以 =0.6×（38+15）/0.85=

6、37.4(MVA)1）相数在330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器，所以本设计采用三相变压器。2）绕组数本变电所有三个电压等级，故选用三绕组变压器。3）绕组接线组别我国110kV及以上电压、变压器三相绕组都采用“Yn”连接，35kV采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地；35kV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”连接。因此本次设计，高压侧及中压侧采用“Yn”，低压侧采用“D”型接线。4）冷却方式该变电所为中小型变电所，故选用自然风冷冷却方式。综上所述变电所最终装设两台40500KVA三相变压器，型号为：SFS-40500/110相关的参数如下所示：额定电压比： 121/3

7、8.5/11kV接线组别： Y0/Y0/-12-11阻抗电压百分比：高-中：Ud1-2%=17 高-低：Ud1-3%=10.5 中-低：Ud2-3%=6空载电流：0.3%3电气主接线的拟定和确定3.1 概述电气主接线是发电厂，变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节，主接线的确定对电力系统整体及发电厂，变电所本身运行的可靠性，灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择，配电装置的布置的拟订有较大影响。变电站电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。它表明了发电机、变压器、线路、和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务3。它的设计，直接关系

8、着全站电器设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。3.1.1 主接线的设计原则电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。它与电力系统，电厂动能参数、本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案4。电气主接线设

9、计的基本原则是以设计书为依据，以国家经济建设的方针，政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。1）考虑变电站所在电力系统中的地位和作用变电所所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。2）考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应根据5至10年电力系统的发展

10、规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷的增长速度、以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。3）考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电；对三级负荷，一般只需一个电源供电。4）考虑主变台数对主接线的影响变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性要求也高。二容量小

11、的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运等情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。3.1.2 主接线设计的基本要求对变电所电气主接线的基本要求，概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三反面。1）可靠性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。经过长期运行实践的考验，对以往

12、所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的总和。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性并不是绝对的，而是相对的。一种主接线对某些变电所是可靠的，而对另一些变电所可能是不可靠的。主接线可靠性的具体要求志是：a 断路器检修时不影响供电；b 线路、断路器、母线故障和检修时，尽量减少停运线路的回数和停运时间并保证对一级负荷和全部或大部分二级负荷的供电。c 变电所全部停电的可能性应避免；d 有些国家以每年用户不停电时间的百分比来表示供电可靠性，先进的指标都在99.

13、9%以上。2）灵活性主接线应满足在调度，检修及扩建时的灵活性：a 调度时：可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。b 检修时：可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检查，且而不至影响电力网的运行和对用户的供电。c 扩建时：可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。3）经济性经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。3.2主接线的基本接线形式和适用范围3.2.1单母线接线这种主接线的特点是整个配电装置只有一组母线，所有电源和出线都接在同一组母线上。 图3-1单母分段接线

14、图这种接线适用于下述配电装置中：1）610kV配电装置出线不超过5回时。2）3560kV配电装置出线回数不超过3回时。3）110220kV配电装置出线回数不超过2回时。3.2.2单母分段接线单母线分段使得线路既有单母线接线简单、经济、方便的优点，又在一定程度上克服了它的缺点，提高了供电可靠性和灵活性。当出线回路增多时，单母线供电不够可靠，需用断路器将母线分段，形成单母线分段接线。 图3-2 单母分段接线图优点：1）对重要用户可从不同线分段引出两个回路，使重要用户有两个电源供电。2）单母线分段接法可以提供单母线运行，各段并列运行，各段分列运行等运行方式，便于分段检修母线，减小母线故障影响范围。3

15、）任一母线发生故障时，继电保护装置可使分段断路器跳阐，保证正确母线继续运行。缺点：1）任一母线故障检修时，该段母线上的所有回路均需停电。2）当出线为双母线回路时，常使架空线路出现交叉跨越。3）扩建时需向两个方向均衡扩建。单母线分段接线适用于下述配电装置中：1）610kV配电装置出线回数为6回及以上时。2）3560kV配电装置出线回数为48回时。3）110220kV配电装置出线回数为34回时。3.2.3 双母线及其分段为了避免单母线分段接线，当母线或母线隔离开关故障或检修时，连接在该段母线上的回路都要在检修期间长时间停电，而将单母线分段接线发展成双母线。这种接线，每一回路都通过一台断路器和两组隔

16、离开关连接到两组母线上5。1）双母线的优点与单母线接线相比，双母线具有以下优点：a 可以轮流检修母线而不致中断供电。只需将要检修的那组母线上的所有所有元件倒闸操作到另一组母线上。b 检修任一回路隔离开关时，只停该回路，母线故障后，可迅速恢复供电。c 调度灵活，各电源和各负荷回路可以任意分配到某一组母线上。d 有利于扩建和便于试验。 图3-3双母接线图2）适用范围我国的各级电压配电装置采用双母线的具体条件如下：a 出线带电抗器的610kV配电装置；b 3560kV配电装置当出线回数大于8回时，或连接电源较多，负荷较大时，可采用双母线。c 110220kV配电装置出线回数大于5回时，一般采用双母线

17、。3）分段双母线的应用范围a 当配电装置的进线和出线总数为1216回时，在一组母线上设置分段断路器。b 当配电装置的进线和出线总数超过17回时，在两组母线上设置分段断路器。3.2.4变压器线路接线及桥式接线变压器线路接线是最简单的接线。当有两个变压器线路接线的回路时在其中间加一连桥，则成桥形接线，如图 图3-4内桥接线图桥式接线中，4个回路只有3台断路器，是需要断路器较少的一种接线，但是其灵活性和可靠性较差，只能应用于小型变电站。按连接桥断路器的位置，可以分为内桥和外桥两种接线。1）内桥接线内桥的特点是，连接桥断路器接在线路断路器的内侧，因此，线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路

18、断路器断开，不影响其他回路运行。但是当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障的运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换，因此，系统中应用内桥接线较多，以利于线路的运行操作。2）外桥接线外桥接线的特点是连接桥断路器接在线路断路器的外侧。当线路发生故障时，需动作与之相连的两台断路器，从而影响一台未发生故障的变压器的运行。因此，外桥接线只能用于线路短、检修和故障少的线路中。此外，当电网有穿越性功率经过变电站时，也采用外桥接线。3.3 对原始资料的分析及草案经济比较3.3.1 初步方案拟订本站为110kV终端变电站，110kV进线为2回，35kV出线8回，1

19、0kV出线为12回，高压侧由于是2回出线，可以选择单母分段线和桥型接线。方案1 110kV侧：单母分段 35kV侧：单母分段 10kV侧：单母分段方案2 110kV侧：内桥型接线 35kV侧：单母分段 10kV侧：单母分段方案3 110kV侧：外桥型接线 35kV侧：单母分段 10kV侧：单母分段3.3.2 方案比较35kV侧有8回出线，10kV侧有12回出线，均可以采用单母线、单母分段、单母分段带旁路和双母线接线。单母线的主要特点就是所有接线都装在一条母线上，经济性能较好，但是可靠性较低。单母分段是在单母线的基础上，用断路器将母线分段，形成单母线分段接线。其主要特点是供电较单母线可靠，检修母

20、线时，可以分段检修，保证一部分用户的安全供电。按照电力工程设计手册的规定在低压侧出线少于12回时，一般采用这种接线。由于三个方案的中压侧和低压侧的接线形式都相同，故只需要比较高压侧即可。1）方案1特点：a 对重要用户可从不同线分段引出两个回路，使重要用户有两个电源供电。单母线分段接法可以提供单母线运行，各段并列运行，各段分列运行等运行方式，便于分段检修母线，减小母线故障影响范围。任一母线发生故障时，继电保护装置可使分段断路器跳阐，保证正确母线继续运行。b 任一母线故障检修时，该段母线上的所有回路均需停电。当出线为双母线回路时，常使架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。2）方案2特点

21、：连接桥断路器接在线路断路器的内侧。因此，线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但是当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障的运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换，因此，系统中应用内桥接线较多，以利于线路的运行操作。3）方案3特点：连接桥断路器接在线路断路器的外侧。当线路发生故障时，需动作与之相连的两台断路器，从而影响一台未发生故障的变压器的运行。因此，外桥接线只能用于线路短、检修和故障少的线路中。此外，当电网有穿越性功率经过变电站时，也采用外桥接线。3.3.3 方案选定因为本次设计方案中只比较高压侧即

22、可，又因为投资中断路器的投资占很大比例，其它和隔离开关等投资可忽略，故只比较三种接线形式的断路器数目即可。综上所述，只有内桥形接线即保证了可靠性又兼顾了经济性，所以本设计主接线最终采用方案2。比较之后选择方案2即高压侧选用内桥型接线，中压侧和低压侧采用单母分段接线。 图3-5 方案比较图4短路电流的计算4.1 概述4.1.1 短路电流计算的目的在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中一个重要的环节，其计算的目的主要有以下几个方面：1）在选择主接线时，为了比较各种接线方案，为确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需要进行短路电流计算。2）在选择电气设备时，为保证设备在正常运行和鼓掌情况下都能安全，可靠的工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导