110KV降压变电站电气一次部分初步设计

1、110KV降压变电站电气一次部分初步设计工变电站的作用1. 变电站在电力系统中的地位电力系统是由变压器、输电线路、用电设备组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机）、变换（变压器、整流器、逆变器）、输送和分配（电力传输线、配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。2. 电力系统供电要求（1）保证可靠的持续供电：供电的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危及人身和设备的安全，形成十分严重的后果。停电给国民经济造成的损失远远超过电力

2、系统本身的损失。因此，电力系统运行首先足可靠、持续供电的要求。（2）保证良好的电能质量：电能质量包括电压质量，频率质量和波形质量这三个方面，电压质量和频率质量均以偏移是否超过给定的数来衡量，例如给定的允许电压偏移为额定电压的正负5%,给定的允许频率偏移为正负一%HZ等，波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。（3）保证系统运行的经济性：电能生产的规模很大,消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗占的比重约为1/3,而且在电能变换,输送,分配时的损耗绝对值也相当可观。因此,降低每生产一度电能损耗的能源和降低变换,输送,分配时的损耗,又极其重要的意义。二、变电站与系统互联的情况1.待建变电站基本资料

3、（1）待建变电站位于城郊,站址四周地势平坦,站址附近有三级公路,交通方便。（2）该变电站的电压等级为110KV,35KV,10KVB个电压等级。110KV是本变电站的电源电压,35KV,10KV是二次电压。（3）该变电站通过双回110KV线路与100公里外的系统相连,系统容量为1250MVA,系统最小电抗（即系统的最大运行方式）为（以系统容量为基准），系统最大电抗（即系统的最小运行方式）为。和10KV负荷统计资料35KV和10KV用户负荷统计资料如表1-1,1-2所示，最大负荷利用小时为Tmax=5500h,同时率取，线损率取5%,功率因数取。线路每相每公里电抗值X0=Q/km基准电压UB取各

4、级的平均电压，平均电压为额定电压。（1）35KV部分的最大负荷电压等级负荷名称容量（MW）负荷性质线路跑离（KM）35KV炼钢厂r1r架空线路15901线1架空线路12表1-1（2） 10KV部分的最大负荷电压等级负荷名称容量（MW）负荷性质线路跑离（KM）;机械厂3架空线路饲料厂3架空线路10KV炼油厂22架空线路糖厂2架空线路2:巾政3架空线路面粉厂3架空线路表1-2三、电气主接线设计及主变压器的选择1 .变电站电气主接线的设计原则接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路一变压器组或桥型接线等。在110220kV配电装置

5、中，当出线为2回时，一般采用桥型接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当110220kV出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。在大容量变电站中，为了限制610kV出线上的短路电流，一般可采用下列措施：1）变压器分列运行；2）在变压器回路中装置分裂电抗器；3）采用低压侧为分裂绕组的变压器；4）出线上装设电抗器。断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。2 .主变压器的选择主变容量一般按变电站建成近期负荷510年规划选择，并适当考虑远期1015年的负

6、荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，从长远利益考虑，根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合确定。在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。1）相数：容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。2）绕组数与结构：电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕

7、组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。在发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台，以免由于增加了中压侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。3)绕组接线组别：变压器三绕组的接线组别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有星形“Y”和三角形“D”。在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制3次谐波对电源等因素。根据以上原则，主变一般是Y,D11常规接线。4)调压方式：为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。

8、通常，发电厂主变压器中很少采用有载调压。因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压，对于220kV及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况5)冷却方式：电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。根据以上变压器选择原则，结合原始资料提供的信息，分析后决定本变电站用2台三相三绕组的变压器，并采用YN,yn0,d11接线。由原始资料可知，Pi0=,P35=MW设负荷同时率系数Ki取，线损平均取5%,即&=,功率因数cos。取。则10kV和35

9、kV的综合最大负荷分别为：Siomax=KiK2P10/COS()=xX+=(MVA)S35MAX=KlK2P35/cos巾=xX+=(MVA)每台变压器额定容量为：Sn=(Siomax+S35max)=X(+)=(MVA)由此查询变电站设计参考资料选得的变压器参数如下表：型号及容量KVA额定电压高/中/低KV损耗(KW)阻抗电压()空载电流(%)空载短路高-中高-低中-低高-中高-低中-低SFSL-10000/100121/11179189176176检验：当一台主变不能正常工作时，只有一台主变工作且满载则,S=10000KVA占总负荷的百分比为10/=68%,且还未计及变压器事故过负荷40

10、%的能力，所以所选变压器满足要求。3 .电器主接线选择(单母线分段接线方式)优点：、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；、当一段母线故障时，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，故障时停电范围小，供电的可靠性提高；、扩建时需向两个方面均衡扩建；、接线简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，为以后的发展和扩建奠定了基础。缺点：、当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时，该母线的回路都要在检修期间停电。、当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。适用范围：适用于610kV线路出线16回及以下，每段母线所接容量不宜超过25MW

11、。电压等级负荷名称负荷性质接线方式进/出线回数110kV系统电源单母线分段进2回2回35kV炼钢厂1单母线分段出1回4回901线1出1回备用出2回10kV机械厂3单母线分段出1回8回饲料厂3出1回炼油厂2出1回糖厂2出1回巾政3出1回面粉厂3出1回备用出2回四、短路电流计算短路的危害：（1）通过故障点的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；（2）短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起他们的损坏或缩短他们的使用寿命；（3）电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；（4）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统瓦解。1.本变电站短路电

12、流计算用标幺值进行计算，基准容量Sb=100MVA,线路每相每公里电抗值X0=Q/km基准电压Ub取各级的平均电压，平均电压为额定电压:额定电压（KV）1103510平均电压（KV）11537由于本变电站所用三绕组变压器为降压变压器，所以其各电压侧阻抗电压正好与变压器铭牌标示的相反，即：阻抗电压Ud1-2%Ud1-3%Ud2-3%176系统等值网络图如下:其中，三绕组变压器电抗标幺值：Utii%=UT2i%=1/2(Udi-2%+Udi-3%Ud2-3%)=X(+176)=W2Ut12%=Ut22%=1/2(Ud1-2%+Ud2-3%-Udl-3%)二乂(十6一17)=-Uti3%=Ut23%

13、=1/2(Ud2-3%+Udi-3%Udi-2%)=x(6+17)=则：Xtii*=Xt2i*=Utii%/100SB/Sn=+100x100+10=Xt12=Xt22=0Xt13=Xt23=Ut13%/100,SB/Sn=+100X1。+1。=线路的电抗标幺值：X_1*=X_2*=X)lSB/Ub2=x100X100+2=15系统电抗标幺值，由于要求三相短路电流，所以用最大运行方式下的系统电抗:X*=Xsmin.Sb/Ss=X100+1250=由此得到含短路点的等值网络简化图如下:W2W3K31）110kV侧（K1点）发牛三相短路时：等值网络图如下：XbshcfXzii*o?S/Sb=X12

14、50+100=通过查“水轮发电机运算曲线数字表”得：I(0)*=I(1)*=I(2)*=1(4)*=110kV侧的基准电流为：山110=S/抬/Ub110=100+J3+115=(kA)短路电流有名值为：I(0)=I(0)Tb110=X=(kA)I(i)=I(i),IB110=x=(kA)I(2)=I(2),IB110=X=(kA)I(4)=I(4)Tb110=X=(kA)冲击电流为：icj=?I(o)=x=(kA)2) 35kV侧(K2点)发牛三相短路时：等值网络图如下：W1W2此时短路点总电抗标幺值为：X/5*=Xs*+XL*+Xti*+Xt2*=+2+(+0)/2=电源对短路点的计算阻抗

15、为：XbS35=X35*?Ss/Sb=X1250+100=>当XbS>时，求短路电流不用查表法，用倒数法：I=I0°=1/XbS35=1+=35kV侧的基准电流为：Ib35=SB/,3UB35=100+，3+37=(kA)短路电流有名值为：I=ITb35=x=(kA)冲击电流为：icj=?I=x=(kA)3) 10kV侧(K3百)妗牛三相短眸时：等值网络图如下：W1W3此时短路点总电抗标幺值为：X力o*=Xs*+X*+Xti*+Xt3*=+2+）/2=电源对短路点的计算阻抗为：Xbsi0=Xwo*?Ss/Sb=x1250+100=当XbS时，求短路电流不用查表法，用倒数法

16、：“*I=I0°=1/Xbs$=1+=10kV侧的基准电流为：lBi0=SB/g/UBi0=100+,3+=（kA）短路电流有名值为：I=ITbio=x=（kA）冲击电流为：icj=?I=x=(kA)系统最大运行方式下的二相短路电流短路点0s短路电流（kA）1s短路电流（kA）2s短路电流（kA）4s短路电流（kA）稳态短路电流（kA）冲击电流（KA）K1(110KV)XK2(35KV)K3(10KV)五、主要电气设备的选择断路器及校验目前，使用得最多的是少油断路器，六氟化硫断路器和空气断路器。、110KV断路器选择：1）电压Ug（电网工作电压）UN（断路器额定电流）；UN>1

17、10kV2）电流IgMAX（最大工作电流）<In（断路器额定电流）。In>IgMAX=SZma火3Un=+/+110kV=77A3）开断电流：IdtWIkd。Ikd>4）动稳定：IchWIMAX。Imax>由以上条件查“35500kV高压断路器技术数据表”选出断路器如下:型号额定电压（KV）额定电流（A）开断容量（MVA）额定开端电流（KA）极限通过电流（KA）热稳态电流（KA）固有分闸时间（S）合闸时问（S）峰值5sSW4-110/1000110100055215）热稳定校验：I82tdzWIt2to由上表，断路器分闸时间为，设过流保护动作时间2s,则t=+2=（s）

18、,B=l7|R=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdz=。则：182tdz=x=,It2t=212x5=2205>所以所选择的断路器满足要求。、35KV断路器选择：1）电压Ug（电网工作电压）<Un（断路器额定电流）；UN>35kV2）电流1gMAX（最大工作电流）<IN（断路器额定电流）。IN>IgMAX=SZma，j3UN=+W+35kV=113A3）开断电流：ktWIkd。Ikd>4）动稳定：IchWIMAX。Imax>由以上条件查“35500kV高压断路器技术数据表”选出断路器如下:型号额定电压额定开断容量额定开极限通热稳态固有分

19、闸合闸时间(KV)电流(MVA)端电流过电流电流时间（S）(S)(A)(KA)(KA)(KA)峰值4sDW6-35/40035400195）热稳定校验：H2tdZ<It2to由上表，断路器分闸时间为，设过流保护动作时间2s,则t=+2=（S）,一一“B=I/Ioo=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=°贝！J:I0021dz=X=,It2t=x4=>所以所选择的断路器满足要求。、10KV断路器选择：1）电压Ug（电网工作电压）&Un（断路器额定电流）；UN>10kV2）电流IgMAX（最大工作电流）<In（断路器额定电流）。In>

20、;IgMAX=SZmax/J3Un=+S+10kV=448A3）开断电流：IdtWIkd。Ikd>4）动稳定：IchWImax。Imax>由以上条件查“10kV高压断路器技术数据”选出断路器如下:型号额定电压额定开断容量额定开极限通热稳态固有分闸合闸时间(KV)电流(MVA)端电流过电流电流时间（S）(S)(A)(KA)(KA)(KA)峰值2sSN10-10I/630106301640165）热稳定校验：I°°2tdzWIt2to由上表，断路器分闸时间为，设过流保护动作时间2s,则t=+2=（s）,B=I/I8=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得td

21、Z=。则：182tdz=x=,It2t=162x2=512>所以所选择的断路器满足要求。2.隔离开关隔离开关选择技术条件与断路器相同。对110kV,35kV出线线路侧隔离开关选用带接地刀闸的。、110KV隔离开关选择：D电压Ug（电网工作电压）<Un（断路器额定电流）；UN>110kV2）电流IgMAX（最大工作电流）<In（断路器额定电流）。In>IgMAX=SZmaUn=+g+110kV=77A3）开断电流：IdtWIkd。Ikd>4）动稳定：IchWIMAX。Imax>由以上条件查变电站设计参考资料选出户外隔离开关如下:型号额定电压（KV）额定电

22、流（A）动稳定电流（KA）热稳态电流（KA）GW4-110110600505）热稳定校验：I82tdzWIt2to由上表，隔离开关分闸时间为，设过流保护动作时间2s,则t=+2=（s）,B=I/18=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=。则：182tdz=X=,It2t=212X5=2205>所以所选择的隔离开关满足要求。、35KV隔离开关选择：1）电压Ug（电网工作电压）<UN（断路器额定电流）；UN>35kV2）电流1gMAX（最大工作电流）<IN（断路器额定电流）。IN>IgMAX=SZmax/V3UN=-V3-35kV=113A3）开断电

23、流：IdtWIkd。Ikd>4）动稳定：IchWIMAX。IMAXA由以上条件查变电站设计参考资料选出户外隔离开关如下:型号额定电压（KV）额定电流（A）动稳定电流（KA）热稳态电流（KA）GN2-35T354005214(5s)5）热稳定校验：I°°2tdZIt2t由上表，隔离开关分闸时间为，设过流保护动作时间2s,则t=+2=（s）,B=I/18=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=。则:1002tdz=X=,It2t=X4=>所以所选择的隔离开关满足要求。、10KV隔离开关选择：1）电压Ug（电网工作电压）<UN（断路器额定电流）；

24、UN>10kV2）电流1gMAX（最大工作电流）<IN（断路器额定电流）。IN>IgMAX=SZma，J3Un=+3+10kV=448A3）开断电流：IdtWIkd°Ikd>4）动稳定：IchWIMAX。Imax>由以上条件查变电站设计参考资料选出户外隔离开关如下：型号额定电压（KV）额定电流（A）动稳定电流（KA）热稳态电流（KA）GN19-10XT106305020(4s)5）热稳定校验：oo2tdzW皿。由上表，隔离开关分闸时间为，设过流保护动作时间2s,则t=+2=（s）,B=I/18=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=。则：

25、L2tdz=x=,It2t=162x2=512>所以所选择的隔离开关满足要求。3.母线选择与校验软母线:110kV,35kV配电装置的母线采用钢芯铝绞线。硬母线:10kV母线采用硬母线。、110KV母线选择：1)按最大工作电流选择导线截面S：1gMAX&KeIY：IgMAX=SZmax/，3Un=+，3+110kV=77AKe取，则：Iy>77+=(A)查”钢芯铝绞线长期允许载流量表”可选出导线：导线型号：LGJ-95导体最高允许温度钢芯铝绞线长期允许载流量(A)7003308003522)热稳定校验：SASmin="CVtdZC取87,tdZ取，I°°=则：Si