降压变电站电气初步设计

110KV降压变电站电气一次部分初步设计

一、变电站的I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、用电设备构成的网络，它包括通过电日勺或

机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中日勺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）、输送和分派（电力传播线、配电网），消费（负荷）；另一类是控制元

件，它们变化系统H勺运行状态，如同步发电机的励磁调整器，调速器以及继电器

等。

2.电力系统供电规定

（1）保证可靠的持续供电：供电的中断将使生产停止，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。停电给国民经济导致的损失远远超

过电力系统自身的损失。因此，电力系统运行首先足可靠、持续供电口勺规定。

（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与否超过给定的数来衡量，例如给定

的容许电压偏移为额定电压口勺正负5%,给定的容许频率偏移为正负0.2—0.5%HZ

等，波形质量则以畸变率与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I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,并且在电能变换，输送，分派时的损

耗绝对值也相称可观。因此，减少每生产一度电能损耗的能源和减少变换，输送，

分派时的损耗，又极其重要口勺意义。

二、变电站与系统互联的状况

L待建变电站基本资料

（1）待建变电站位于城郊，站址四面地势平坦，站址附近有三级公路，交

通以便。

（2）该变电站的电压等级为110KV,35KV,10KV三个电压等级。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公生外的系统相连，系统容量为

1250MVA,系统最小电抗（即系统的最大运行方式）为0.2（以系统容量为基准），

系统最大电抗（即系统时最小运行方式）为0.3。

2.35KV和10KV负荷记录资料

35KV和10KV顾客负荷记录资料如表1T,1-2所示，最大负荷运用小时为

Tmax=5500h,同步率取0.9,线损率取5乐功率因数取0.95。

线路每相每公里用抗值X0=0.4Q/km基准电压UB取各级的平均电压，平均

电压为1.05额定电压。

（1）35KV部分H勺最大负荷

电压等级负荷名称容量（MW）负荷性质线路距离（KM）

35KV炼钢厂4.21架空线路15

901线2.71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（容）负荷性质线路距离（KM）

机械厂1.23架空线路1.3

饲料厂0.93架空线路2.2

10KV炼油厂22架空线路1.6

糖厂1.32架空线路2

市政1.13架空线路1.1

面粉厂1.33架空线路1.7

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

①接线方式：对于变电站日勺电气接线，当能满足运行规定时，其高压侧应尽

量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

110—220kV配电装置中，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」0-220kV出线在4回及以上

时，一般采用双母线接线。在大容量变甩站中，为了限制6—10kV出线上附近路

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。

②断路那时设置：根据电气接线方式,每回线路均应设有对应数量日勺断路器,

用以完毕切、合电路仟务。

③为对日勺选择接线和设备，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5〜10年规划选择，并合适考虑远期

10〜15年日勺负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与都市规划相结合，

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I变电所中宜装设两自主变压器，当技术经济比较合

理时，可装设两台以上主变压潜。装有两台及以上主变压潜的I变电所，当断开一

循环导向冷却。根据以上变压器选择原则，结合原始资料提供日勺信息，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,ynO,dll接线。

由原始资料可知，Pio=7.8MW,P35=6.9MW

设负荷同步率系数Ki取0.9,线损平均取5%,B|JK2=1.05,功率因数COS6取0.95。

则10kV和35kV的综合最大负荷分别为：

SIOMA后KiKzPio/cos<1)=0.9X1.05X7.84-0.95=7.76(MVA)

S35MAx=K1K2P35/cos(i)=0.9X1.05X6.94-0.95=6.86(MVA)

每台变压器额定容量为：

SN=0.6sM=0,6(S10MAX+S35MAX)=0.6X(6.86+7.76)=8.772(MVA)

由此查询变电站设计参照资料选得的变压器参数如下表：

空载

型号及容量额定电压损耗(KW)阻抗电压(先)

电流

KVA高/中/低KV空短路

(%)

载高-中高-低中-低局一中高-低中-低

SFSL-10000/100121/38.5/1117918969.31710.561.5

89.688.769.710.5176

检查：当一台主变不能正常工作时，只有一台主变工作且满载则，

SklOOOOKVA,占总负荷的比例为10/14.62二68%且尚未计及变压器事故过负荷

40%的能力，因此所选变压器满足规定。

3.电器主接线选择(单母线分段接线方式)

长处：①、用断路器把母线分段后，对重要顾客可以从不一样段引出两个回

路，有两个电源供电；②、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；③、扩建

时需向两个方面均衡扩建；④、接线简朴清晰，操作以便，不易误操作，设备少,

投资小，占地面积小，为后来的I发展和扩建奠定了基础。

缺陷：①、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。②、当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。

合用范围：合用于6〜10kV线路出线16回及如下，每段母线所接容量不适

宜超过25MW。

电压等级负荷名称负荷性质接线方式进/出线回数

llOkV系统电源单母线分段进2回2回

炼钢厂1出1回

35kV901线1单母线分段出1回侗

备用出2回

机械厂3出1回

饲料厂3出1回

炼油厂2出1回

10kV糖厂2单母线分段出1回8回

市政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，引起他们日勺损坏或

缩短他们的使用寿命；（3）电力系统中部分地区的I电压大大减少，破坏顾客工

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日勺稳定性，引起

系统震荡，甚至整个系统瓦解。

L木变电站短路电流计算

用标幺值进行计算，基准容量SB=100MVA,线路每相每公里电抗值XO=0.4

Q/km基准电压UB取各级的平均电压，平均电压为1.05额定电压：

额定电压(KV)1103510

平均电压(KV)1153710.5

由于木变电站所用三绕组变压器为降压变压器，因此其各电压侧阻抗电压恰

好与变压器铭牌标示的相反，即：

阻抗电压%

Udl-2%Udl-3%Ud2-3%

10.5176

W2

系统等值网络图如下:

其中，三绕组变压器电抗标幺值：

UTH%=UT2I%=1/2(Udl-2%+Udl-3%-Ud2-3%)=0.5X(10.5+17-6)=10.75

UTi2%=UT22%=l/2(Udl-2%+Ud2-3%-Udl-3%)=0.5XC10.5+6-17)=-0.25

UTI3%=UT23%=1/2(Ud2-3%+Udl-3%-Udl-2%)=0.5X(6+17-10.5)=6.25

则：

XTII*=XT2I*=UTH%/100•SB/SN=10.75^100X100^10=1.075

XT12=XT22=0

XTI3*=XT23*=UTI3%/100•SB/SN=6.25.100X100.10=0.625

线路的电抗标幺值：

22

XLI*=XL2*=XO•1•SB/UB=0.4X100X1004-115=0.3025

系统电抗标幺值，由于规定三相短路电流，因此用最大运行方式下的系统电抗:

Xs*二Xsmin•SB/SS=O.2X1004-1250=0.016

由此得到含短路点的I等值网络简化图如下：

1）UOkV侧（K1点）发生三相短路时：

此时短路点总电抗标幺值为：

Xzllo=Xs*+XL=0.016+0.3025-2=0.16725

电源对短路点的计算阻抗为：

%

XBsLio=XzlloSs/St=O.16725x1250-100=2.09

通过查“水轮发电机运算曲线数字表”得：

1(0)“*=0.509I⑴"*=0.525I⑵"*=0.525I⑷"*=0.525

11OkV侧向基准电流为：

IBlIO=SB/V3/UBl10=1004-V3115=0.502(kA)

短路电流有名值为：

I(o)—I(o)*•IRUO—0.509X0.502—0.256(kA)

I⑴“口⑴”*•IBUO=O.525X0.502=0.264(kA)

I(2),=I(2)-IBUO=O.525X0.502=0.264(kA)

【⑷“口⑷"*•IBHO=O.525X0.502=0.264(kA)

冲击电流为：

icj=2.55<(0),=2.55X0.256=0.653(kA)

2)35kV侧(K2点)发生三相短路时：

等值网络图如下：

此时短路点总电抗标幺值为：

XE35*=XS*+XL*+XTI*+XT2*=0.016+0.3025+2+(1.075+0)/2=0.70475

电源对短路点的计算阻抗为：

%

XBS35=XZ35SS/SB=0.70475X1250-100=8.809>3.45

当XBS>3.45时，求短路电流不用查表法，用倒数法：

r4=IJ=1/XBS35=14-0.70475=1.418943

35kV侧的基准电流为：

IB35=SB/V3/UB35=1004-V337=1.56(kA)

短路电流有名值为：

IU=I•IB35=1.418943X1.56=2.213551(kA)

冲击电流为：

icj=2.55>r=2.55X2.213551=5.645(kA)

3）lOkV侧（K3点）发生三相短路时:

W1W3

XT3

K3

等值网络图如下:

此时短路点总电抗标幺值为:

XZIO*=XS*+XL*+XTI*+XT3*=O.016+0.3025+2+(1.075+0.625)/2=1.017

电源对短路点的计算阻抗为：

%

XBSIO=XZIOSS/SB=1.017X1250-100=12,716>3.45

当XBS>3.45时，求短路电流不用查表法，用倒数法：

r4*=U=l/XBS35=l-M.017=0.983284

10kV侧的基准电流为：

IBIO=SB/V3/UB1O=1OO4-V3H-10.5=5.499(kA)

短路电流有名值为：

I“二I"*•IBIO=O.983284X5.499=5.40708(kA)

冲击电流为:

icj=2.557“=2.55X5.40708=13.78805(kA)

系统最大运行方式下的1三相短路电流

短路点0s短路电1s短路电2s短路电4s短路电稳态短路冲击电流

流(kA)流(kA)流(kA)流(kA)电流(kA)(KA)

KK110KV)0.2560.2640.2640.2640.653

K2(35KV)2.2145.645

K3(10KV)5.40713.788

五、重要电气设备的选择

1.断路器及校验

目前，使用得最多口勺是少油断路器，六氟化硫断路器和空气断路器。

①、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^110kV

2）电流IgMAX（最大工作电流）WIN（断路器额定电流）。

lN^IgMAx=SZmax/V3UN=14.62MVA+H.11OkV=77A

3）开断电流：IdtWlkd。

Ikd^0.256kA

4）动稳定：IchWIMAX。

IMAX^O.6528kA

由以上条件查“35、5OOkV高压断路器技术数据表”选出断路器如下:

额定电压额定开断容额定开极限通热稳态固有分闸合闸时间

型号

（KV）电流量（MVA）端电流过电流电流时间（S）（S）

（A）（KA）（KA）（KA）

峰值5s

SW4-110/1000110100018.455210.060.25

5）热稳定校验：IgZtdzW^t。

由上表,断路器分闸时间为0.06s,设过流保护动作时间2s,则10.06+2=2.06

（s）,B=1/18=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdz=L67o

则：

222

lJtdZ=0.256X1.67=0.109,Itt=21X5=2205>0.109

因此所诜择口勺断路器满足规定。

②、35KV断路器选择：

1）电压Ug（电网工作电压）WUN（断路器额定电流）；

UR35kV

2）电流IgMAX（最大工作电流）WIN（断路器额定电流）。

INNIgMAx=SZmax/V3UN=6.86MVA+遍.35kV=113A

3）开断电流：Idt《Ikd。

Ikd22.22kA

4）动稳定：IchWIMAX。

IMAX^5.65kA

由以上条件查“35〜500kV高压断路器技术数据表”选出断路器如下:

额定电压额定开断容额定开极限通热稳态固有分闸合闸时间

型号

(KV)电流量(MVA)端电流过电流电流时间(S)(S)

(A)(KA)(KA)(KA)

峰值4s

DW6-35/400354006.6196.60.10.27

5)热稳定校验：l/tdzWl/t。

由上表，断路器分闸时间为O.ls,设过流保护动作时间2s,则

t=0.1+2=2.1(S),B=1/Ioo=l,通过查短路电流周期分

量发热等值时间曲线可得tdz=L67O

贝ij：Ioo2tdz=2.222X1.67=8.34,1^=6.62X4=174.24>8.34

因此所选择的断路器满足规定。

③、10KV断路器选择：

1)电压Ug(电网工作电压)WUN(断路器额定电流)；

UN^10kV

2)电流IgMAX(最大工作电流)WIN(断路器额定电流)。

lN^IgMAx=Szmax/V3UN=7.76MVA+B+10kV=448A

3)开断电流：Idt<Ikd。

Ikd>5.4kA

4)动稳定：LhWIMAX。

IMAX^13.79kA

由以上条件查“10kV高压断路器技术数据”选出断路器如下：

额定电压额定开断容额定开极限通热稳态固有分闸合闸时间

型号

(KV)电流量(MVA)端电流过电流电流时间(S)(S)

(A)(KA)(KA)(KA)

峰值2s

SN10-10I/630106301640160.050.2

5)热稳定校验：lltdzWltto

由上表，断路港分闸时间为0.05s,设过流保护动作时间2s,则t=0.05+2=2.05

(s),P=17loo=l,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得

=

tdzl.67O

2222

贝|J：Iootdz=5.4X1.67=48.6972,Itt=16X2=512>48,6972

因此所选择口勺断路器满足规定。

2.隔离开关

隔离开关选择技术条件与断路器相似。对HOkV,35kV出线线路侧隔离开

关选用带接地刀闸的。

①、110KV隔离开关选择:

1）电压Ug（电网工作电压）WUN（断路器额定电流）；

UglOkV

2）电流IgMAX（最大工作电流）〈IN（断路器额定电流）。

旧.

lN^IgMAx=SZmax/V3UN=14.62MVA+110kV=77A

3）开断电流：IdtWlkd。

Ikd20.256kA

4）动稳定：IchWlMAXo

IMAX^O.6528kA

由以上条件查变电站设计参照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）

GW4-1101106005015.8

5）热稳定校验：182tdz〈l/to

由上表，隔离开关分闸时间为0.06s,设过流保护动作时间2s,则t=0.06+2=2.06

（s）,B=1/18=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdz=L670

2222

则：lootdz=0.256X1.67=0.109,Itt=21X5=2205>0,109

因此所选择日勺隔离开关满足规定。

②、35KV隔离开关选择：

1）电压Ug（电网工作电压）WUN（断路器额定电流）；

UN^35kV

2）电流IgMAX（最大工作电流）WIN（断路器额定电流）。

INNIgMAx=Szmax/V3UN=6.86MVAH-V34-35kV=113A

3)开断电流：IdtWlkd。

Ikd22.22kA

4)动稳定：LhWIMAX。

IMAX5.65kA

由以上条件查变电站设计参照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)

2

5）热稳定校验：lJtdz^Itto

由上表，隔离开关分闸时间为0.1s,设过流保护动作时间2s,则

t=0.1+2=2.1（s）,B=17loo=l,通过查短路电流周期分

量发热等值时间曲线可得tdz=l.67o

贝Ij：182tdz=2.22?X1.67=8.34,I/t=6.6X4=174.24>8.34

因此所选择的隔离开关满足规定c

③、10KV隔离开关选择：

1）电压Ug（电网工作电压）WUN（断路器额定电流）；

UGlOkV

2）电流IgMAX（最大工作电流）WIN（断路器额定电流）。

lN^IgMAx=Szmax/V3UN=7.76MVA4-V34-10kV=448A

3）开断电流：IdtWlkd。

LN5.4kA

4）动稳定：LhWIMAX。

IMAX^13.79kA

由以上条件查变电站设计参照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：

由上表，隔离开关分闸时间为0.05s,设过流保护动作时间2s,则

t=0.05+2=2.05（s）,3=17loo=l,通过查短路电流周期分量发

热等值时间曲线可得tdz=L67O

2222

则：Iootdz=5.4X1.67=48.6972,Itt=16X2=512>48,6972

因此所选择日勺隔离开关满足规定。

3.母线选择与校验

1）软母线：110kV,35kV配电装置的母线采用钢芯铝绞线。

2）硬母线：10kV母线采用硬母线。

①、110KV母线选择：

1）按最大工作电流选择导线截面S：IgMAX^KoIY：

IgMAx=SZmax/V3UN=14.62MVA4-V34-110kV=77A

Ko取0.89,贝ij：

IYN77+0.89=86.52（A）

查”钢芯铝绞线长期容许载流量表”可选出导线：

导线型号：LGJ-95

导体最高容许温度钢芯铝绞线长期容许载流量（A）

70°330

80°352

2)热稳定校验：SSmin—I0°/C*JE1Z

C取87,tdz取1.67,Ioo=0.256kV则：

2