110KV降壓變電站電氣一次部分初步設計

110KV降壓變電站電氣一次部分初步設計一、變電站的作用1.變電站在電力系統(tǒng)中的地位電力系統(tǒng)是由變壓器、輸電線路、用電設備組成的網絡，它包括通過電的或機械的方式連接在網絡中的所有設備。電力系統(tǒng)中的這些互聯(lián)元件可以分為兩類，一類是電力元件，它們對電能進行生產（發(fā)電機）、變換（變壓器、整流器、逆變器）、輸送和分配（電力傳輸線、配電網），消費（負荷）；另一類是控制元件，它們改變系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如同步發(fā)電機的勵磁調節(jié)器，調速器以及繼電器等。2.電力系統(tǒng)供電要求（1）保證可靠的持續(xù)供電：供電的中斷將使生產停頓，生活混亂，甚至危及人身和設備的安全，形成十分嚴重的后果。停電給國民經濟造成的損失遠遠超過電力系統(tǒng)本身的損失。因此，電力系統(tǒng)運行首先足可靠、持續(xù)供電的要求。（2）保證良好的電能質量：電能質量包括電壓質量，頻率質量和波形質量這三個方面，電壓質量和頻率質量均以偏移是否超過給定的數(shù)來衡量，例如給定的允許電壓偏移為額定電壓的正負5%，給定的允許頻率偏移為正負0.20.5%HZ等，波形質量則以畸變率是否超過給定值來衡量。（3）保證系統(tǒng)運行的經濟性：電能生產的規(guī)模很大，消耗的一次能源在國民經濟一次能源總消耗占的比重約為1/3 ，而且在電能變換，輸送，分配時的損耗絕對值也相當可觀。因此，降低每生產一度電能損耗的能源和降低變換，輸送，分配時的損耗，又極其重要的意義。二、變電站與系統(tǒng)互聯(lián)的情況1.待建變電站基本資料（1）待建變電站位于城郊，站址四周地勢平坦，站址附近有三級公路，交通方便。（2）該變電站的電壓等級為110KV,35KV,10KV三個電壓等級。110KV是本變電站的電源電壓，35KV，10KV是二次電壓。（3）該變電站通過雙回110KV線路與100公里外的系統(tǒng)相連，系統(tǒng)容量為 1250MVA，系統(tǒng)最小電抗（即系統(tǒng)的最大運行方式）為 0.2（以系統(tǒng)容量為基準），系統(tǒng)最大電抗（即系統(tǒng)的最小運行方式）為 0.3。2.35KV和10KV負荷統(tǒng)計資料35KV和10KV用戶負荷統(tǒng)計資料如表1-1,1-2所示，最大負荷利用小時為Tmax=5500h,同時率取0.9，線損率取5%，功率因數(shù)取0.95。線路每相每公里電抗值X0=0.4/km 基準電壓 UB取各級的平均電壓，平均電壓為 1.05 額定電壓。（1）35KV部分的最大負荷電壓等級負荷名稱容量（MW）負荷性質線路距離（KM）35KV煉鋼廠4.21架空線路15901線2.71架空線路12表1-1（2）10KV部分的最大負荷電壓等級負荷名稱容量（MW）負荷性質線路距離（KM）10KV機械廠1.23架空線路1.3飼料廠0.93架空線路2.2煉油廠22架空線路1.6糖廠1.32架空線路2市政1.13架空線路1.1面粉廠1.33架空線路1.7表1-2三、電氣主接線設計及主變壓器的選擇1.變電站電氣主接線的設計原則接線方式：對于變電站的電氣接線，當能滿足運行要求時，其高壓側應盡可能采用斷路器較少的或不用斷路器的接線，如線路變壓器組或橋型接線等。在110220kV 配電裝置中，當出線為2回時，一般采用橋型接線，當出線不超過4 回時，一般采用單母線接線，在樞紐變電站中，當110220kV 出線在4 回及以上時，一般采用雙母線接線。在大容量變電站中，為了限制610kV 出線上的短路電流，一般可采用下列措施：1）變壓器分列運行；2）在變壓器回路中裝置分裂電抗器；3）采用低壓側為分裂繞組的變壓器；4）出線上裝設電抗器。斷路器的設置：根據(jù)電氣接線方式，每回線路均應設有相應數(shù)量的斷路器，用以完成切、合電路任務。為正確選擇接線和設備，必須進行逐年各級電壓最大最小有功和無功電力負荷的平衡。2.主變壓器的選擇主變容量一般按變電站建成近期負荷510 年規(guī)劃選擇，并適當考慮遠期1015 年的負荷發(fā)展，對于城郊變電所主變壓器容量應當與城市規(guī)劃相結合，從長遠利益考慮，根據(jù)地區(qū)供電條件、負荷性質、用電容量和運行方式等條件綜合確定。在有一、二級負荷的變電所中宜裝設兩臺主變壓器，當技術經濟比較合理時，可裝設兩臺以上主變壓器。裝有兩臺及以上主變壓器的變電所，當斷開一臺時，其余主變壓器的容量不應小于60%的全部負荷，并應保證用戶的一、二級負荷。1） 相數(shù)：容量為300MW 及以下機組單元接線的變壓器和330kV 及以下電力系統(tǒng)中，一般都應選用三相變壓器。因為單相變壓器組相對投資大，占地多，運行損耗也較大。同時配電裝置結構復雜，也增加了維修工作量。2）繞組數(shù)與結構：電力變壓器按每相的繞組數(shù)為雙繞組、三繞組或更多繞組等型式；按電磁結構分為普通雙繞組、三繞組、自耦式及低壓繞組分裂式等型式。在發(fā)電廠或變電站中采用三繞組變壓器一般不多于3 臺，以免由于增加了中壓側引線的構架，造成布置的復雜和困難。3）繞組接線組別：變壓器三繞組的接線組別必須和系統(tǒng)電壓相位一致。否則，不能并列運行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接有星形“Y”和三角形“D”。在發(fā)電廠和變電站中，一般考慮系統(tǒng)或機組的同步并列以要求限制3 次諧波對電源等因素。根據(jù)以上原則，主變一般是Y，D11 常規(guī)接線。4）調壓方式：為了保證發(fā)電廠或變電站的供電質量，電壓必須維持在允許范圍內，通過主變的分接開關切換，改變變壓器高壓側繞組匝數(shù)。從而改變其變比，實現(xiàn)電壓調整。通常，發(fā)電廠主變壓器中很少采用有載調壓。因為可以通過調節(jié)發(fā)電機勵磁來實現(xiàn)調節(jié)電壓，對于220kV 及以上的降壓變壓器也僅在電網電壓有較大變化的情況時使用，一般均采用無激磁調壓，分接頭的選擇依據(jù)具體情況定。5）冷卻方式：電力變壓器的冷卻方式隨變壓器型式和容量不同而異，一般有自然風冷卻、強迫風冷卻、強迫油循環(huán)水冷卻、強迫油循環(huán)風冷卻、強迫油循環(huán)導向冷卻。根據(jù)以上變壓器選擇原則，結合原始資料提供的信息，分析后決定本變電站用2臺三相三繞組的變壓器，并采用YN，yn0,d11接線。由原始資料可知，P10=7.8MW，P35=6.9 MW設負荷同時率系數(shù)K1取0.9，線損平均取5%，即K2=1.05，功率因數(shù)cos取0.95。則10kV 和35kV 的綜合最大負荷分別為：S10MAX=K1K2P10/cos=0.91.057.80.95=7.76（MVA）S35MAX=K1K2P35/cos=0.91.056.90.95=6.86（MVA）每臺變壓器額定容量為：SN=0.6SM=0.6（S10MAX+S35MAX）=0.6（6.86+7.76）=8.772（MVA）由此查詢變電站設計參考資料選得的變壓器參數(shù)如下表：型號及容量KVA額定電壓高/中/低KV損耗（KW）阻抗電壓（%）空載電流（%）空載短路高-中高-低中-低高-中高-低中-低SFSL-10000/100121/38.5/1117918969.31710.561.589.688.769.710.5176檢驗： 當一臺主變不能正常工作時， 只有一臺主變工作且滿載則，S1=10000KVA,占總負荷的百分比為10/14.62=68%，且還未計及變壓器事故過負荷40%的能力，所以所選變壓器滿足要求。3.電器主接線選擇（單母線分段接線方式）優(yōu)點：、用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電；、當一段母線故障時，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電，故障時停電范圍小，供電的可靠性提高；、擴建時需向兩個方面均衡擴建；、接線簡單清晰，操作方便，不易誤操作，設備少，投資小，占地面積小，為以后的發(fā)展和擴建奠定了基礎。缺點：、當一段母線或母線側隔離開關故障或檢修時，該母線的回路都要在檢修期間停電。、當出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越。適用范圍：適用于610kV 線路出線16 回及以下，每段母線所接容量不宜超過25MW。電壓等級負荷名稱負荷性質接線方式進/出線回數(shù)110kV系統(tǒng)電源單母線分段進2回2回35kV煉鋼廠1單母線分段出1回4回901線1出1回備用出2回10kV機械廠3單母線分段出1回8回飼料廠3出1回煉油廠2出1回糖廠2出1回市政3出1回面粉廠3出1回備用出2回四、短路電流計算短路的危害：（1）通過故障點的短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞；（2）短路電流通過非故障元件，由于發(fā)熱和電動力的作用，引起他們的損壞或縮短他們的使用壽命；（3）電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響工廠產品質量；（4）破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)震蕩，甚至整個系統(tǒng)瓦解。1.本變電站短路電流計算用標幺值進行計算，基準容量SB=100MVA，線路每相每公里電抗值X0=0.4/km 基準電壓UB 取各級的平均電壓，平均電壓為1.05 額定電壓：額定電壓（KV）1103510平均電壓（KV）1153710.5由于本變電站所用三繞組變壓器為降壓變壓器，所以其各電壓側阻抗電壓正好與變壓器銘牌標示的相反，即：阻抗電壓%Ud1-2%Ud1-3%Ud2-3%10.5176系統(tǒng)等值網絡圖如下：其中，三繞組變壓器電抗標幺值：UT11%=UT21%=1/2（Ud1-2%Ud1-3%Ud2-3%）=0.5（10.5176）=10.75UT12%=UT22%=1/2（Ud1-2%Ud2-3%Ud1-3%）=0.5（10.5617）=0.25UT13%=UT23%=1/2（Ud2-3%Ud1-3%Ud1-2%）=0.5（61710.5）=6.25則：XT11*=XT21*=UT11%/100SB/SN=10.75100100101.075XT12*=XT22*=0XT13*=XT23*=UT13%/100SB/SN=6.25100100100.625線路的電抗標幺值：XL1*=XL2*=X0lSB/UB2=0.41001001152=0.3025系統(tǒng)電抗標幺值，由于要求三相短路電流，所以用最大運行方式下的系統(tǒng)電抗：XS*=XSminSB/SS=0.21001250=0.016由此得到含短路點的等值網絡簡化圖如下：1）110kV 側（K1 點）發(fā)生三相短路時：等值網絡圖如下：此時短路點總電抗標幺值為：X110*=XS*+XL*=0.016+0.30252=0.16725電源對短路點的計算阻抗為：XBS110=X110*SS/SB=0.167251250100=2.09通過查“水輪發(fā)電機運算曲線數(shù)字表”得：I(0)“*=0.509 I(1)“*=0.525 I(2)“*=0.525 I(4)“*=0.525110kV 側的基準電流為：IB110=SB/3/UB110=1003115=0.502（kA）短路電流有名值為：I(0)“=I(0)“*IB110=0.5090.502=0.256（kA）I(1)“=I(1)“*IB110=0.5250.502=0.264（kA）I(2)“=I(2)“*IB110=0.5250.502=0.264（kA）I(4)“=I(4)“*IB110=0.5250.502=0.264（kA）沖擊電流為：icj=2.55I(0)“=2.550.256=0.653（kA）2）35kV 側（K2 點）發(fā)生三相短路時：等值網絡圖如下：此時短路點總電抗標幺值為：X35*=XS*+XL*+XT1*+XT2*=0.016+0.30252+（1.075+0）/2=0.70475電源對短路點的計算阻抗為：XBS35=X35*SS/SB=0.704751250100=8.8093.45當XBS3.45 時，求短路電流不用查表法，用倒數(shù)法：I“*=I*=1/XBS35=10.70475=1.35kV 側的基準電流為：IB35=SB/3/UB35=100337=1.56（kA）短路電流有名值為：I“=I“*IB35=1.1.56=2.（kA）沖擊電流為：icj=2.55I“=2.552.=5.645（kA）3）10kV 側（K3 點）發(fā)生三相短路時：等值網絡圖如下：此時短路點總電抗標幺值為：X10*=XS*+XL*+XT1*+XT3*=0.016+0.30252+（1.075+0.625）/2=1.017電源對短路點的計算阻抗為：XBS10=X10*SS/SB=1.0171250100=12.7163.45當XBS3.45 時，求短路電流不用查表法，用倒數(shù)法：I“*=I*=1/XBS35=11.017=0.10kV 側的基準電流為：IB10=SB/3/UB10=100310.5=5.499（kA）短路電流有名值為：I“=I“*IB10=0.5.499=5.40708（kA）沖擊電流為：icj=2.55I“=2.555.40708=13.78805（kA）系統(tǒng)最大運行方式下的三相短路電流短路點0s 短路電流（kA）1s 短路電流（kA）2s 短路電流（kA）4s 短路電流（kA）穩(wěn)態(tài)短路電流（kA）沖擊電流（KA）K1（110KV）0.2560.2640.2640.2640.653K2（35KV）2.2145.645K3（10KV）5.40713.788五、主要電氣設備的選擇1. 斷路器及校驗目前，使用得最多的是少油斷路器，六氟化硫斷路器和空氣斷路器。、110KV 斷路器選擇：1）電壓Ug（電網工作電壓）UN（斷路器額定電流）；UN110kV2）電流IgMAX（最大工作電流）IN（斷路器額定電流）。INIgMAX=SZmax/3UN=14.62MVA3110kV=77A3）開斷電流：IdtIkd。Ikd0.256kA4）動穩(wěn)定：IchIMAX。IMAX0.6528kA由以上條件查“35500kV 高壓斷路器技術數(shù)據(jù)表”選出斷路器如下：型號額定電壓（KV）額定電流（A）開斷容量（MVA）額定開端電流（KA）極限通過電流（KA）熱穩(wěn)態(tài)電流（KA）固有分閘時間（S）合閘時間（S）峰值5sSW4-110/1000110100018.455210.060.255）熱穩(wěn)定校驗：I2tdZIt2t。由上表，斷路器分閘時間為0.06s，設過流保護動作時間2s，則t=0.06+2=2.06（s），=I“/I=1，通過查短路電流周期分量發(fā)熱等值時間曲線可得tdZ=1.67。則：I2tdZ=0.25621.67=0.109，It2t=2125=22050.109所以所選擇的斷路器滿足要求。、35KV 斷路器選擇：1）電壓Ug（電網工作電壓）UN（斷路器額定電流）；UN35kV2）電流IgMAX（最大工作電流）IN（斷路器額定電流）。INIgMAX=SZmax/3UN=6.86MVA335kV=113A3）開斷電流：IdtIkd。Ikd2.22kA4）動穩(wěn)定：IchIMAX。IMAX5.65kA由以上條件查“35500kV 高壓斷路器技術數(shù)據(jù)表”選出斷路器如下：型號額定電壓（KV）額定電流（A）開斷容量（MVA）額定開端電流（KA）極限通過電流（KA）熱穩(wěn)態(tài)電流（KA）固有分閘時間（S）合閘時間（S）峰值4sDW6-35/400354006.6196.60.10.275）熱穩(wěn)定校驗：I2tdZIt2t。由上表，斷路器分閘時間為0.1s，設過流保護動作時間2s，則t=0.1+2=2.1（s），=I“/I=1，通過查短路電流周期分量發(fā)熱等值時間曲線可得tdZ=1.67。則：I2tdZ=2.2221.67=8.34，It2t=6.624=174.248.34所以所選擇的斷路器滿足要求。、10KV 斷路器選擇：1）電壓Ug（電網工作電壓）UN（斷路器額定電流）；UN10kV2）電流IgMAX（最大工作電流）IN（斷路器額定電流）。INIgMAX=SZmax/3UN=7.76MVA310kV=448A3）開斷電流：IdtIkd。Ikd5.4kA4）動穩(wěn)定：IchIMAX。IMAX13.79kA由以上條件查“10kV 高壓斷路器技術數(shù)據(jù)”選出斷路器如下：型號額定電壓（KV）額定電流（A）開斷容量（MVA）額定開端電流（KA）極限通過電流（KA）熱穩(wěn)態(tài)電流（KA）固有分閘時間（S）合閘時間（S）峰值2sSN10-10I/630106301640160.050.25）熱穩(wěn)定校驗：I2tdZIt2t。由上表，斷路器分閘時間為0.05s，設過流保護動作時間2s，則t=0.05+2=2.05（s），=I“/I=1，通過查短路電流周期分量發(fā)熱等值時間曲線可得tdZ=1.67。則：I2tdZ=5.421.67=48.6972，It2t=1622=51248.6972所以所選擇的斷路器滿足要求。2.隔離開關隔離開關選擇技術條件與斷路器相同。對 110kV，35kV 出線線路側隔離開關選用帶接地刀閘的。、110KV 隔離開關選擇：1）電壓Ug（電網工作電壓）UN（斷路器額定電流）；UN110kV2）電流IgMAX（最大工作電流）IN（斷路器額定電流）。INIgMAX=SZmax/3UN=14.62MVA3110kV=77A3）開斷電流：IdtIkd。Ikd0.256kA4）動穩(wěn)定：IchIMAX。IMAX0.6528kA由以上條件查變電站設計參考資料選出戶外隔離開關如下：型號額定電壓（KV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)態(tài)電流（KA）GW4-1101106005015.85）熱穩(wěn)定校驗：I2tdZIt2t。由上表，隔離開關分閘時間為0.06s，設過流保護動作時間2s，則t=0.06+2=2.06（s），=I“/I=1，通過查短路電流周期分量發(fā)熱等值時間曲線可得tdZ=1.67。則：I2tdZ=0.25621.67=0.109，It2t=2125=22050.109所以所選擇的隔離開關滿足要求。、35KV 隔離開關選擇：1）電壓Ug（電網工作電壓）UN（斷路器額定電流）；UN35kV2）電流IgMAX（最大工作電流）IN（斷路器額定電流）。INIgMAX=SZmax/3UN=6.86MVA335kV=113A3）開斷電流：IdtIkd。Ikd2.22kA4）動穩(wěn)定：IchIMAX。IMAX5.65kA由以上條件查變電站設計參考資料選出戶外隔離開關如下：型號額定電壓（KV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)態(tài)電流（KA）GN2-35T354005214（5s）5）熱穩(wěn)定校驗：I2tdZIt2t。由上表，隔離開關分閘時間為0.1s，設過流保護動作時間2s，則t=0.1+2=2.1（s），=I“/I=1，通過查短路電流周期分量發(fā)熱等值時間曲線可得tdZ=1.67。則：I2tdZ=2.2221.67=8.34，It2t=6.624=174.248.34所以所選擇的隔離開關滿足要求。、10KV 隔離開關選擇：1）電壓Ug（電網工作電壓）UN（斷路器額定電流）；UN10kV2）電流IgMAX（最大工作電流）IN（斷路器額定電流）。INIgMAX=SZmax/3UN=7.76MVA310kV=448A3）開斷電流：IdtIkd。Ikd5.4kA4）動穩(wěn)定：IchIMAX。IMAX13.79kA由以上條件查變電站設計參考資料選出戶外隔離開關如下：型號額定電壓（KV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)態(tài)電流（KA）GN19-10XT106305020（4s）5）熱穩(wěn)定校驗：I2tdZIt2t。由上表，隔離開關分閘時間為0.05s，設過流保護動作時間2s，則t=0.05+2=2.05（s），=I“/I=1，通過查短路電流周期分量發(fā)熱等值時間曲線可得tdZ=1.67。則：I2tdZ=5.421.67=48.6972，It2t=1622=51248.6972所以所選擇的隔離開關滿足要求。3.母線選擇與校驗1) 軟母線:110kV，35kV 配電裝置的母線采用鋼芯鋁絞線。2) 硬母線:10kV 母線采用硬母線。、110KV 母線選擇：1）按最大工作電流選擇導線截面 S：IgMAXKI Y ：IgMAX=SZmax /3UN=14.62MVA3110kV=77AK取 0.89，則：IY770.89=86.52（A）查“鋼芯鋁絞線長期允許載流量表”可選出導線：導線型號：LGJ-95導體最高允許溫度鋼芯鋁絞線長期允許載流量（A）7003308003522)熱穩(wěn)定校驗：SSmin =I/CtdZC 取 87，tdZ 取 1.67，I=0.256kV 則：Smin =I/Ct