110kV变电站电气设计-具体公式计算过程

110kV〔按电力标准设计、包含电气参数具体选择及计算过程〕XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXxxxxxXXXXX目 录\l“_TOC_250014“概述 2\l“_TOC_250013“设计依据 2\l“_TOC_250012“建设规模 2\l“_TOC_250011“技术特性 2\l“_TOC_250010“设计范围 3\l“_TOC_250009“电力系统方案 3\l“_TOC_250008“负荷需求及分析 3\l“_TOC_250007“变压器的容量、台数及型式的选择 4\l“_TOC_250006“变电站接入电网方案 6\l“_TOC_250005“电气设计 8\l“_TOC_250004“电气主接线方案 8\l“_TOC_250003“短路电流计算及导体、主要电气设备选择及校验 9\l“_TOC_250002“电气总平面布置 18\l“_TOC_250001“绝缘协作及过电压保护和接地 19直击雷保护 21\l“_TOC_250000“接地方案 225概述设计依据GB50059-2023 35kV～110kVGB50060-2023 3～110kVGB/T50065-2023 沟通电气装置的接地设计标准GB50227-2023 并联电容器装置设计标准GB50229-2023 火力发电厂与变电站设计防火标准GB50016-2023 建筑设计防火标准DL5056-2023 变电站总布置设计技术规程DL/T5103-2023 35kV-220kV无人值班变电站设计技术规程DL/T5222-2023 导体和电器选择设计技术规定DL/T5352-2023 高压配电装置设计技术规程DL/T620-1997 沟通电气装置的过电压保护和绝缘协作DL5027-2023 电力设备典型消防规程建设规模表1.1-1 工程建设规模表工程主变压器110kV

建设规模

本期2×20MVA回出线

终期2×20MVA235kV10kV无功补偿站用电技术特性

回电缆出线54×2MVar2×200kVA

464×2MVar2×200kVA设计方案技术特点详见表1.3-2。表1.3-2 主要技术特点序工程名称技术特点号1电气接线110kV：终期承受内桥线接线；本期按终期设计承受内桥线接线；35kV：终期承受单母线分段接线，本期按终期设计承受单母线分段接线10kV：终期承受单母线分段接线，本期按终期设计承受单母线分段接线。2站用电系统终期承受单母线分段接线，本期一次建成单母线分段接线3短路电流水平110kV：40kA35kV：40kA10kV：25kA防污等级主要设备选型配电装置总平面布置掌握

户外设备按Ⅳ级防污等级，爬电比距31mm/kV户内设备按Ⅱ级防污等级，爬电比距20mm/kV主变:承受三相三绕组油浸式自冷有载调压电力变压器；110kV35kV开关柜：承受户内固定式成套开关柜；10kV开关柜：承受户内中置式成套开关柜。110kV：承受户外放开式常规设备，架空出线；35kV：承受户内中置式开关柜单列布置；10kV：承受户内中置式开关柜单列布置。110kV35、10kV变压器：户外布置；无功补偿电容器：户外布置；无人值班综合自动化变电站设计范围水及消防等全部不包括在本设计范围内。电力系统方案负荷需求及分析电力负荷需求详见下表2.1-1、2.1-2。〔1〕35kV序号1用户名称xx负荷性质序号1用户名称xx负荷性质Ⅰ最大负荷〔MW〕5.02xxⅠ5.03xxⅡ4.04备用〔用户〕Ⅲ6.05合计20序号12345序号1234567用户名称备用〔用户〕合计负荷性质ⅡⅢⅢⅠⅠⅡ最大负荷〔MW〕2.01.52.01.04.03.514从负荷需求表可知，35kV最大负荷为20MW，10kV最大负荷为34MW24.5MW，Ⅲ级最大10.5MW。直接相加，而应乘以一个小于的同时率K，这是由于各用户的最大值统计资料时，可参考以下数值:K=0.7~0.85K=0.8。35kV16MW10kV11.2MW，19.6MW，Ⅲ级最大负荷8.4MW。变压器的容量、台数及型式的选择变压器容量的选择主变压器容量一般按变电所建成后5~10年的规划负荷选10~20xx变电所，主变压器应与城市规划相结合，依据变电所所带负荷的性质和电网构造来确定主变压器的容70%~80%。动身，推行系列化、标准化。19.6MW。经查询20MVA。主变压器台数确实定下，变电所以装设两台主变压器为宜。3~4负荷进展时，有调换更大容量的变压器的可能性。2可能性。主变压器型式的选择35kV、10kV，110kV变压器。变压器绕组的连接方式必需和系统电压相位全都，否则不能并列运110kV及以上电压变压器绕组都承受星型连接；35kV亦承受星型连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV以下电压，变压器绕组都承受三角型连接。因而本次设计中110kV、35kV应选用星形接线、10kV绕组选用三角型接线的变压器。综上所述，本次变压器选择2台，每台容量为25MVA，电压比为110/35/10kVYN，yn0，d11。中性点接地方式110kV隔离开关接地方式，以便于调度选择接地点。185mm2160km；10kV6185mm260km；由《电力工程电气设计手册》规定的电网电容电流计算公式，可得本站35kV

Ic

Ic2计算如下：1

33161315〕Ic 缆

1600〕式，该接地方式宜承受具有自动跟踪补偿功能的消弧装置。变电站接入电网方案接入电网方案2110kV靠的电源点，保证Ⅰ、Ⅱ级负荷连续运行。110kV经济电流密度选择导线结合110kV2110kV按经济电流密度计算选择导线截面积。S式中：

P3JU cos3JU coseS——导线截面〔mm2〕；P——输电容量〔MW〕；Ue——线路额定电压〔kV〕 110kVcos——输电功率因数 0.95J——经济电流密度(A／mm2) 1.15A/mm2S=153mm2，考虑到四周电网状况，建议选LGJ-150长期允许的载流量校验LGJ-15025℃1，长期允许的载流量计算公式如下：Smax 3UIKtU—网络额定电压 110kVS—极限输送容量 MVAI—导线持续容许电流 Kt—温度修正系数 1Smax=116＞84MVA，所以满足供电牢靠性。电气设计电气主接线方案主接线应满足牢靠性、敏捷性和经济性三项根本要素。局部二级负荷的供电；尽量避开发电厂、变电所全部停运的可能性。主接线应满足在调度运行、检修及扩建时的敏捷性要求：要求；检修时，可以便利停运断路器、母线的供电。经济性应做到经济合理：力求简洁，以节约断路器、隔离电保护要求，110kV理地选择主变压器的种类(如双绕组、三绕组或自耦变压器)、容量、数量，要避开因两次变压而增加电能损失。为简化主接线，发电厂、变电所接人系统的电压等级一般不超过两种110kV电气主接线方式用高压断路器少，四个元件只需三个断路器。2隔、2135kV电气主接线方式3ⅠM12MPT210kV电气主接线方式5ⅠM12MPT3验短路电流计算XX电网110kV及以下配电网装备技术导则》规定的水平〔110kV：31.5kA；10kV：20kA〕内。压侧短路电流水平，并对变电站的设备选型提出建议。短路电流计算条件基准容量取100MVA计算；基准电压、电流值：110kV侧〔115kV，0.502kA〕，35kV侧〔37kV，1.56kA〕，10kV侧〔10.5kV，5.50kA〕；0.4Ω/km；110kV断路器开断容量当作为系统断路器容量进展估算；一般常用110kV断路器开断电流为40kA,则短路容量Sc=7620.8MVA；按远景年计算，计算结果取最大可能短路电流值。F)3.2-1、3.2-2所示。图3.2-1 系统接线图10图3.2-2 系统等值网络化简图等值电路各元件参数归算过程：S 100B电力系统的电抗标么值：X X 0.013B1 2 Sc

7620.8线 路 电 抗 标 么 值 ：X

SxL B

0.42001000.63 4 U2N

11523)〔Uk1-2=18%Uk1-3=10.5%Uk2-3=6.5%：1 SX X5 6

2

X高-低

X中-低

)SB1(0.180.1050.065)1002 20

N0.551 SX X7 8

2

X中-低

X高-低

)SB1(0.180.0650.105)1002 20

N0.351 SX X9 10

2

高-低

X中-低

X

)SB1(0.1050.0650.18)1002 2011

N-0.025164〕d

处短路时的电抗标么值：1并列运行：X (X X)//(X X)(0.0130.6)//(0.0130.6)0.307d1 1 3 2 4分裂运行：X X X 0.0130.60.613d1 1 35〕d

处短路时的电抗标么值：2并列运行：X (X X)//(X X)X (0.550.35)//(0.550.35)0.3070.757d2 5 7 6 8 d1分裂运行：X X X X 0.550.350.6131.513d2 5 7 d16〕d3

处短路时的电抗标么值：并列运行：X (Xd2 5

X)//(X9

X )X10 d1

(0.550.025)//(0.550.025)0.3070.832分裂运行：X X X X 0.55-0.0250.6131.138d2 5 9 d1并列运行时，d、d 、d1 2 3

处的短路电流为：II d1 Xd1II d2 Xd2II d3 Xd3

0.5020.3071.560.757 5.50.832

1.64KA2.06KA6.61KA分列运行时，d、d 、d1 2 3

处的短路电流为：II d1 Xd1

0.5020.613

0.82KAII d2 XII d3 Xd3

1.561.5135.51.138

1.03KA4.8KA110kV1.64kA6.61kA。110kV、35kV、10kV40kA、31.5kA、25kA。主要电气设备选择及校验主变压器110±8×1.25%/10.5kV。型号：SSZ11-40000/110额定电压：110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5kV接线组别：YNyn0d11阻抗电压百分比：Ud1-2=10.5%,Ud1-3=18%,Ud2-3=6.5%电流互感器：LRD-110,300~600/1ALR-110,300~600/1A中性点侧：LRB-10,100~200/1A,5P30/5P30110kV断路器：SF6126kV，2023A，40kA，配弹簧操作机构33隔离开关：GW4-126kV，2023A，40A，主刀电动，地刀手动。333线路电压互感器：TYD110/3

–0.01H，110/

：0.1/ ：0.1kV，0.5/3P。3母线电压互感器：TYD110/3

–0.02H，110/

：0.1/ ：3330.1/ ：0.1kV，0.2/0.5/5P。333氧化锌避雷器：YH10W-108/268W电流互感器：出线回路电流互感器配5个绕组，选用变比为200-400/1A，准确等级5P40/5P40/5P40/0.5S/0.2S；内桥回路电流互感器配4个绕组，选用变比为200-400/1A，准确等级5P40/5P40/5P40/0.5S。35kV35kVXGN-40.51250A，额定40.5kA。主变进线柜： 分段隔离开关柜：XGN-40.5，2023A，40.5kA馈线开关柜： 感器及避雷器柜：XGN-40.5，1250A，40.5kA33200-400/1A5P40/5P40/0.5S/0.2S〔馈线〕3333

:0.1/

:0.1/3kV，0.2/0.5/3P10kV110kV10kV馈线1250A31.5kA10P30/0.5S/0.2S300-600/1A。2、电流互感器按三相配置，二次绕组工作电流为1A，进线43个绕组加零序。选用干式电流互感/0.2S2500/1A；10P30/0.5S/0.2S、600-800/1A；10P30/0.5S/0.2S300-600/1A；电容器10P30/0.5S/0.2S、300-600/1A10P30/0.5S/0.2S、200-600/1A。34〔10/4CWC－20/4000无功补偿装置依据《并联电容器装置设计标准》〔GB50227-2023〕规定：终配置；用于抑制谐波，当并联4.5%～5%；312%。2.5%。本变电站无功补偿装置选择：终期在10kV侧装设容量为4×2Mvar户外框架式并联电容器成套装置410kV2Mvar21〕分组容量校验2.5%，按分组容量公式Qfz=2.5%Sd(2023+2023)kvar压波动为：U△1%=Qfz1/Sd×100=2023÷83140×100%=2.41%U△1%=Qfz1/Sd×100=2023÷114450×100%=1.75%满足要求。2〕串联电抗器选择：312%电抗器Qx=Qd〔1/n²-A〕并列运行时〕，当Qx=114.5×〔1/32－0.12〕=-10.2MVA。Qx=-10.2MVA。由此可见，当串12%电抗器的两组电容器组并列运行时，电容器Qc=4MVAQx=-10.2MVA12%电抗器的电容器是可行。站用变压器负荷计算及容量选择详见下表。站用负荷统计表及站用变压器容量选择序号名称额定容量〔kW〕负荷类型1通信4常常、连续2充电屏7.5常常、连续3监控电源1常常、连续4保护电源3常常、连续5配电装置沟通检修电源10不常常、断续6采暖制冷、通风电源42常常、连续7水泵50常常、断续小计动力负荷P1117.51110kV0.8常常、连续3高压室开关柜照明及加热3kW常常、连续小计加热负荷P23.81配电装置室照明5短时、连续2户外照明1短时、连续3主掌握室照明3常常、连续4生活照明及及生活用电5短时、连续小计照明负荷P314依据上表负荷状况计算所需变压器容量如下：S=0.85P1+P2+0.8P3/COS14/0.6=122.34kVA

φ=0.85 ×117.5+3.8+0.8 ×油时滤油机的功率，变电站内的站用变压器容量应选择200kVA，选10.5±2×2.5﹪/0.4kV，D/yn11，均通过断路器柜接入。ATS常状况下分列运行；承受380V380/220VDC220V2器，分别接至10kV10kV〔带外壳〕变压器200kVADy/n11。站用变低压侧均接入380/220V沟通系统Ⅰ段、Ⅱ段母线；重要站用负荷由380/220V沟通系统Ⅰ、Ⅱ段母线双回供电。220V220V220V沟通电源断电时自动切换到直流供电，并通过逆变器转换成沟通供电。主要电气设备校验3.2-3。表3.2-3 主要电气设备选择校验表导体选择及校验1、110kV110kV1×20MVA295A满足要求。2、35kV开关柜主母线20MVATMY-80×101310A，满足要求。3、10kV开关柜主母线20MVA2620A，满足要求。电气总平面布置做到布置紧凑、节约用地。本变电站主变压器布置在站区东侧，两台变压器之间距离为18东侧的配电装置楼内，35kV承受架空出线，10kV承受电缆出线，配10kV35kV绝缘工具间、备品资料室、警传休息室、警传室生活室及警传室等；站大门位于站区的东北侧。3.3-1电气平面布置图绝缘协作及过电压保护和接地避雷器的配置110kV接地，满足系统不同的运行方式。1920电气设备的绝缘协作避雷器参数选择。备注表4.5-1 避雷器的主要参数备注工程避雷器额定电压〔kV,有效值〕110kV10835kV5110kV17最大持续运行额定电压〔kV，有效值〕8440.813.6操作冲击〔30/60μs〕2kA残压〔kV，峰值〕23911438.3雷电冲击〔8/20μs〕10kA〔5kA〕残压〔kV，峰值〕26813445陡波冲击〔1/5μs〕10kA〔5kA〕残压〔kV，峰值〕31515451.52〕电气绝缘协作110kV1.4，110kV4.5-2。设备的耐受电压值设备名称雷电冲击耐压〔kV,峰值〕全波截波雷电冲击保护水平设备的耐受电压值设备名称雷电冲击耐压〔kV,峰值〕全波截波雷电冲击保护水平1min工频耐压 协作系数〔kV，有效值〕450/281=1.6＞1.4内绝缘外绝缘内绝缘外绝缘主变压器480480530200200高压电器450450200200断路器断口间550550230230b)35kV35kV电气设备的绝缘水平及保护水平协作系数参见表4.5-2。表4.5-2 系数表设备名称

设备的耐受电压值雷电冲击耐压〔kV,峰值〕 1min工频耐压

雷电冲击保护水平〔kV，有效值〕内绝缘外绝缘内绝缘外绝缘内绝缘外绝缘内绝缘外绝缘主变压器2002002208585182/127=1.46高压电器1851859595断路器断口间1851859595c)10kV配电装置的过电压和绝缘协作》选取。10kV4.5-3。表4.5-3 10kV电气设备和主变压器中性点的绝缘水平设备名称

设备的耐受电压值雷电冲击耐压〔kV,峰值〕 1min工频耐压全波 〔kV，有效值〕内绝缘外绝缘内绝缘外绝缘内绝缘外绝缘主变压器7575853535其它电器75754242断路器断口间8545主变中性点〔110kV〕3253251401403.5直击雷保护4避雷针保护范围参照《电力工程设计手册》计算如下：1#-2#避雷针距离=29.3mh=min(25,25)=25mh2=max(25,25)=25mh25≤30m,p=1ha=25-10.9=14.1mrx=(1.5*h-2*hx)*P=(1.5*25-2*10.9)*1.000=15.7mbx=h0-hx=15mhx:5.5mha=25-5=20mrx=(1.5*h-2*hx)*P=(1.5*25-2*5.5)*1.000=26.5mbx=1.5*h0-2*hx=23m1#-4#、2#-3#、3#-4#10m、5m3.4-1。3.4-1联合保护范围表3.6接地方案人工接地装置，具有均压、散流和削减接触电势、跨步电势的作用。40×42.5φ2050×5各电气设备室都敷有接地干线，全部电气设备的根底和外壳均需接地。站内敷设一个独立的二次铜接地网，并与站内主地网一点相连。1m处，依据现场钻机安装难易程度设置4孔Φ150mm×30m计算如下：22231〕水平接地网热稳定截面依据初步设计收口文件中，110kV侧单相接地短路电流(1)=10.06dII(1) tdc eSg其中：t---短路的等效持续时间，取0.2sec---c=210I(1) tdc e10060210I(1) tdc e100602100.2g

=21.42(mm2)水平接地网热稳定截面S’=75%·Sg=0.75×21.42=16.06(mm2)30φ2030S=(20-0.06530)3.14=56.68(mm2)>S’=21.42(mm2)30结论：满足要求。②水平接地网选用-4×40mm30S30 年

=(40-0.06530)(4-0.06530)=78(mm2)>Sg=16.06(mm2)结论：满足要求。200·m接地电阻33443344SR=0.5S

=0.5×200/(

)=1.729()保护接地电阻宜符合下式要求：R≤2023I式中：(Ω)；2023R≤I10934A〔I一般取最大短路电流*0.7〕 R=2023/10934=0.183()〈R=1.729()规结论：不满足要求。3〕降低接地电阻的措施核算过程土壤电阻率为：30R≤＝0.753()

ln

4l＝ 20 ln430d 23.1430 0.10.183，则深井需降阻0.584地网的总接地电阻为：0.75341.7920.753 0.75341.7920.753 1.7924R=R1R2= =0.170.183R2接地网后的接地电阻满足要求。4〕接地装置的电位计算U=IRgR---接地装置的接地电阻 U=IR=10934×0.17=1858.78(V)g最大接触电势的计算U =K Utmax tmaxg其中：Utmax

---最大接触电位差Ktmax

---最大接触电位差系数当接地网的埋设深度h=0.6～0.8m时K =K·K·K·Ktmax d L n sK=0.841-0.225lgd=0.841-0.225lg0.02=