(完整word版)110KV降壓變電站電氣一次部分初步設(shè)計

1、110kv降壓變電站電氣一次部分初步設(shè)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(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)，它包括通過電的或機(jī)械的方式連接在網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)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(jìn)行生產(chǎn)（發(fā)電機(jī)）、變換（變壓器、整流器、逆變器）、輸送和分配（電力傳輸線、配電網(wǎng)），消費(fèi)（負(fù)荷）；另一類是控制元件，它們改變系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如同步發(fā)電機(jī)的勵磁調(diào)節(jié)器，調(diào)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(chǎn)停頓，生活混亂，甚至危及人身和設(shè)備的安全，形成十分嚴(yán)重的后果。停電給國民經(jīng)濟(jì)造成的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電力系

2、統(tǒng)本身的損失。因此，電力系統(tǒng)運(yùn)行首先足可靠、持續(xù)供電的要求。（2）保證良好的電能質(zhì)量：電能質(zhì)量包括電壓質(zhì)量，頻率質(zhì)量和波形質(zhì)量這三個方面，電壓質(zhì)量和頻率質(zhì)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(fù)5%，給定的允許頻率偏移為正負(fù)0.20.5%hz等，波形質(zhì)量則以畸變率是否超過給定值來衡量。（3）保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性：電能生產(chǎn)的規(guī)模很大，消耗的一次能源在國民經(jīng)濟(jì)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(dāng)可觀。因此，降低每生產(chǎn)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

3、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(yùn)行方式）為0.2（以系統(tǒng)容量為基準(zhǔn)），系統(tǒng)最大電抗（即系統(tǒng)的最小運(yùn)行方式）為0.3。12.35kv和10kv負(fù)荷統(tǒng)計資料35kv和10kv用戶負(fù)荷統(tǒng)計資料如表1-1,1-2所示，最大負(fù)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

4、路每相每公里電抗值x0=0.4/km基準(zhǔn)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(fù)荷電壓等級35kv負(fù)荷名稱容量（mw）煉鋼廠4.2901線2.7負(fù)荷性質(zhì)11線路距離（km）架空線路15架空線路12表1-1（2）10kv部分的最大負(fù)荷電壓等級10kv負(fù)荷名稱容量（mw）負(fù)荷性質(zhì)機(jī)械廠1.23飼料廠0.93煉油廠22糖廠1.32市政1.13面粉廠1.33線路距離（km）架空線路1.3架空線路2.2架空線路1.6架空線路2架空線路1.1架空線路1.7表1-2三、電氣主接線設(shè)計及主變壓器的選擇1.變電站電氣主接線的設(shè)計原則接線方式：對于變電站的電氣接線，當(dāng)能滿足

5、運(yùn)行要求時，其高壓側(cè)應(yīng)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(dāng)出線為2回時，一般采用橋型接線，當(dāng)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(dāng)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(yùn)行；2）在變壓器回路中裝置分裂電抗器；3）采用低壓側(cè)為分裂繞組的變壓器；4）出線上裝設(shè)電抗器。斷路器的設(shè)置：根據(jù)電氣接線方式，每回線路均應(yīng)設(shè)有相應(yīng)數(shù)量的斷路器，用以完成切、合電路任務(wù)。為正確選擇接線和設(shè)備，必須進(jìn)行逐年各級電壓最大最小有功和

6、無功電力負(fù)荷的平衡。2.主變壓器的選擇主變?nèi)萘恳话惆醋冸娬窘ǔ山谪?fù)荷510年規(guī)劃選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期21015年的負(fù)荷發(fā)展，對于城郊變電所主變壓器容量應(yīng)當(dāng)與城市規(guī)劃相結(jié)合，從長遠(yuǎn)利益考慮，根據(jù)地區(qū)供電條件、負(fù)荷性質(zhì)、用電容量和運(yùn)行方式等條件綜合確定。在有一、二級負(fù)荷的變電所中宜裝設(shè)兩臺主變壓器，當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時，可裝設(shè)兩臺以上主變壓器。裝有兩臺及以上主變壓器的變電所，當(dāng)斷開一臺時，其余主變壓器的容量不應(yīng)小于60%的全部負(fù)荷，并應(yīng)保證用戶的一、二級負(fù)荷。1）相數(shù)：容量為300mw及以下機(jī)組單元接線的變壓器和330kv及以下電力系統(tǒng)中，一般都應(yīng)選用三相變壓器。因為單相變壓器組相對投資大，占地

7、多，運(yùn)行損耗也較大。同時配電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也增加了維修工作量。2）繞組數(shù)與結(jié)構(gòu)：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(jié)構(gòu)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(cè)引線的構(gòu)架，造成布置的復(fù)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(yùn)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(jī)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(diào)壓方式：為了保證發(fā)電廠或變電站

8、的供電質(zhì)量，電壓必須維持在允許范圍內(nèi)，通過主變的分接開關(guān)切換，改變變壓器高壓側(cè)繞組匝數(shù)。從而改變其變比，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整。通常，發(fā)電廠主變壓器中很少采用有載調(diào)壓。因為可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓，對于220kv及以上的降壓變壓器也僅在電網(wǎng)電壓有較大變化的情況時使用，一般均采用無激磁調(diào)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(fēng)冷卻、強(qiáng)迫風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻。根據(jù)以上變壓器選擇原則，結(jié)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

9、料可知，p10=7.8mw，p35=6.9mw設(shè)負(fù)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(fù)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）3由此查詢變電站設(shè)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空損耗（kw）短路阻抗電壓（%）

10、空載電流（%）載高-中高-低中-低高-中高-低中-低sfsl-10000/100121/38.5/11179189.68988.769.369.71710.510.517661.5檢驗：當(dāng)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(fù)荷的百分比為10/14.62=68%，且還未計及變壓器事故過負(fù)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(diǎn)：、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(dāng)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

11、；、擴(kuò)建時需向兩個方面均衡擴(kuò)建；、接線簡單清晰，操作方便，不易誤操作，設(shè)備少，投資小，占地面積小，為以后的發(fā)展和擴(kuò)建奠定了基礎(chǔ)。缺點(diǎn)：、當(dāng)一段母線或母線側(cè)隔離開關(guān)故障或檢修時，該母線的回路都要在檢修期間停電。、當(dāng)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110kv35kv負(fù)荷名稱系統(tǒng)電源煉鋼廠901線負(fù)荷性質(zhì)11接線方式進(jìn)/出線回數(shù)單母線分段進(jìn)2回出1回單母線分段出1回2回4回備用機(jī)械廠飼料廠煉油廠10kv糖廠市政面粉廠備用332233出2回出1回出1回出1回單母線分段出1回出1回出1回出2回8回4四、短

12、路電流計算短路的危害：（1）通過故障點(diǎn)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(chǎn)品質(zhì)量；（4）破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)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(biāo)幺值進(jìn)行計算，基準(zhǔn)容量sb=100mva，線路每相每公里電抗值x0=0.4/km基準(zhǔn)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）平均電壓（kv）11011535371010.5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

13、壓側(cè)阻抗電壓正好與變壓器銘牌標(biāo)示的相反，即：ud1-2%10.5系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)圖如下：阻抗電壓%ud1-3%17ud2-3%6w2xt22xl1w1xt21xt23xz2xsw3t1xl2x1xt12xt13xz35其中，三繞組變壓器電抗標(biāo)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

14、%/100sb/sn=10.75100100101.075xt12*=xt22*=0xt13*=xt23*=ut13%/100sb/sn=6.25100100100.625線路的電抗標(biāo)幺值：xl1*=xl2*=x0lsb/ub2=0.41001001152=0.3025系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值，由于要求三相短路電流，所以用最大運(yùn)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(diǎn)的等值網(wǎng)絡(luò)簡化圖如下：w2xt22xl1w1xt21xt23k2xsk1t113kxxl2xt121xt1）110kv側(cè)（k1點(diǎn)）發(fā)生三相短路時：w33等值網(wǎng)絡(luò)圖如下：w1xsxlk

15、16此時短路點(diǎn)總電抗標(biāo)幺值為：x110*=xs*+xl*=0.016+0.30252=0.16725電源對短路點(diǎn)的計算阻抗為：xbs110=x110*ss/sb=0.167251250100=2.09通過查“水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線數(shù)字表”得：i(0)“*=0.509i(1)“*=0.525i(2)“*=0.525i(4)“*=0.525110kv側(cè)的基準(zhǔn)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

16、(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(cè)（k2點(diǎn)）發(fā)生三相短路時：等值網(wǎng)絡(luò)圖如下：w1xsxlxt1xt2w2k2此時短路點(diǎn)總電抗標(biāo)幺值為：x35*=xs*+xl*+xt1*+xt2*=0.016+0.30252+（1.075+0）/2=0.70475電源對短路點(diǎn)的計算阻抗為：xbs35=x35*ss/sb=0.704751250100=8.8093.45當(dāng)xbs3.45時，求短路電流不用查表法

17、，用倒數(shù)法：i“*=i*=1/xbs35=10.70475=1.41894335kv側(cè)的基準(zhǔn)電流為：ib35=sb/3/ub35=100337=1.56（ka）短路電流有名值為：i“=i“*ib35=1.4189431.56=2.213551（ka）沖擊電流為：7icj=2.55i“=2.552.213551=5.645（ka）3）10kv側(cè)（k3點(diǎn)）發(fā)生三相短路時：等值網(wǎng)絡(luò)圖如下：w1xsxlxt1xt3w3k3=2.55i“=2.555.40708=13.78805（ka）此時短路點(diǎn)總電抗標(biāo)幺值為：x10*=xs*+xl*+xt1*+xt3*=0.016+0.30252+（1.075+0.

18、625）/2=1.017電源對短路點(diǎn)的計算阻抗為：xbs10=x10*ss/sb=1.0171250100=12.7163.45當(dāng)xbs3.45時，求短路電流不用查表法，用倒數(shù)法：i“*=i*=1/xbs35=11.017=0.98328410kv側(cè)的基準(zhǔn)電流為：ib10=sb/3/ub10=100310.5=5.499（ka）短路電流有名值為：i“=i“*ib10=0.9832845.499=5.40708（ka）沖擊電流為：icj系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下的三相短路電流短路點(diǎn)0s短路電1s短路電2s短路電4s短路電穩(wěn)態(tài)短路沖擊電流流（ka）流（ka）流（ka）流（ka）電流（ka）（ka）k1（1

19、10kv）0.2560.2640.2640.2640.653k2（35kv）k3（10kv）2.2145.6455.40713.788五、主要電氣設(shè)備的選擇1.斷路器及校驗?zāi)壳?，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?uuun110kviiiikd。ikd0.256ka4）動穩(wěn)定：chmax。、110kv斷路器選擇：1）電壓g（電網(wǎng)工作電壓）n（斷路器額定電流）；2）電流gmax（最大工作電流）n（斷路器額定電流）。inigmax=szmax/3un=14.62mva3110kv=77a3）開斷電流：dtiiimax0.6528ka由以上條件查“35500kv高壓斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)

20、表”選出斷路器如下：型號額定電壓（kv）額定電流開斷容額定開極限通量（mva）端電流過電流熱穩(wěn)態(tài)電流固有分閘合閘時間時間（s）（s）（a）（ka）（ka）（ka）峰值5s5）熱穩(wěn)定校驗：itdzit2t。sw4-110/10001101000218.455210.060.25uuun35kviiiikd。ikd2.22ka由上表，斷路器分閘時間為0.06s，設(shè)過流保護(hù)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

21、器滿足要求。、35kv斷路器選擇：1）電壓g（電網(wǎng)工作電壓）n（斷路器額定電流）；2）電流gmax（最大工作電流）n（斷路器額定電流）。inigmax=szmax/3un=6.86mva335kv=113a3）開斷電流：dt4）動穩(wěn)定：ichimax。imax5.65ka9由以上條件查“35500kv高壓斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)表”選出斷路器如下：型號額定電壓（kv）額定電流（a）過電流電流開斷容額定開極限通熱穩(wěn)態(tài)固有分閘合閘時間量（mva）端電流時間（s）（s）（ka）（ka）（ka）峰值4sdw6-35/400354005）熱穩(wěn)定校驗：i2tdzit2t。6.66.6190.10.27t=0.1+2

22、=2.1（s），=i“/i=1，通過查短路電流周期分則：itdz=2.2221.67=8.34，itt=6.624=174.248.343）開斷電流：idtikd。由上表，斷路器分閘時間為0.1s，設(shè)過流保護(hù)動作時間2s，則量發(fā)熱等值時間曲線可得tdz=1.67。22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(wǎng)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=448aikd5.4ka4）動穩(wěn)定：ichimax。imax13.79ka由以上條件查“10kv高

23、壓斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)”選出斷路器如下：型號額定電壓（kv）額定電流開斷容額定開極限通量（mva）端電流過電流熱穩(wěn)態(tài)電流固有分閘合閘時間時間（s）（s）（a）（ka）（ka）（ka）i2tdzit2t。tdz=1.67。/i=1，通過查短路電流周期分量發(fā)熱等值時間曲線可得（s），=i峰值2ssn10-10i/630106301640160.050.25）熱穩(wěn)定校驗：由上表，斷路器分閘時間為0.05s，設(shè)過流保護(hù)動作時間2s，則t=0.05+2=2.05“10則：i2tdz=5.421.67=48.6972，it2t=1622=51248.6972uuun110kviiiikd。ikd0.256ka4

24、）動穩(wěn)定：chmax。所以所選擇的斷路器滿足要求。2.隔離開關(guān)隔離開關(guān)選擇技術(shù)條件與斷路器相同。對110kv，35kv出線線路側(cè)隔離開關(guān)選用帶接地刀閘的。、110kv隔離開關(guān)選擇：1）電壓g（電網(wǎng)工作電壓）n（斷路器額定電流）；2）電流gmax（最大工作電流）n（斷路器額定電流）。inigmax=szmax/3un=14.62mva3110kv=77a3）開斷電流：dtiiimax0.6528ka由以上條件查變電站設(shè)計參考資料選出戶外隔離開關(guān)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）5）熱穩(wěn)定校驗：itdzit2t。gw4-11011060025015.8則：

25、itdz=0.25621.67=0.109，i2t=2125=22050.109uuun35kviiiikd。ikd2.22ka由上表，隔離開關(guān)分閘時間為0.06s，設(shè)過流保護(hù)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。2t所以所選擇的隔離開關(guān)滿足要求。、35kv隔離開關(guān)選擇：1）電壓g（電網(wǎng)工作電壓）n（斷路器額定電流）；2）電流gmax（最大工作電流）n（斷路器額定電流）。inigmax=szmax/3un=6.86mva335kv=113a3）開斷電流：dt4）動穩(wěn)定：ichimax。imax5.65ka1

26、1由以上條件查變電站設(shè)計參考資料選出戶外隔離開關(guān)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）t=0.1+2=2.1（s），=i“/i=1，通過查短路電流周期分則：itdz=2.2221.67=8.34，itt=6.624=174.248.343）開斷電流：idtikd。gn2-35t354005214（5s）5）熱穩(wěn)定校驗：i2tdzit2t。由上表，隔離開關(guān)分閘時間為0.1s，設(shè)過流保護(hù)動作時間2s，則量發(fā)熱等值時間曲線可得tdz=1.67。22所以所選擇的隔離開關(guān)滿足要求。、10kv隔離開關(guān)選擇：1）電壓ug（電網(wǎng)工作電壓）un（斷路器額定電流）；un10k

27、v2）電流igmax（最大工作電流）in（斷路器額定電流）。inigmax=szmax/3un=7.76mva310kv=448aikd5.4ka4）動穩(wěn)定：ichimax。imax13.79ka由以上條件查變電站設(shè)計參考資料選出戶外隔離開關(guān)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）5）熱穩(wěn)定校驗：i2ti2tt=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dz=1.67。則：itdz=5.421.67=48.6972，itt=1622=51248.6972gn19-10xt106305020（4s）dzt。由上表，隔離開關(guān)分閘時間為0.05s，設(shè)過流保護(hù)動作時間2s，則t22所以所選擇的隔離開關(guān)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。12、110kv母線選擇：1）按最大工作電流選擇導(dǎo)線截面s：igmaxkiy：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(dǎo)線：導(dǎo)線型號：lgj-95導(dǎo)體最高允許溫度700鋼芯鋁絞線長期允許載流量（a）330ssmin=i/ct2)熱穩(wěn)定校驗：c取87，td