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

2、電給國民經(jīng)濟(jì)造成的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超 過電力系統(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) %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

3、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(yùn)行方式）為 （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 。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=55

4、00h,同時率取，線損率取 5%，功率因數(shù)取。線路每相每公里電抗值 X0=/km 基準(zhǔn)電壓 UB取各級的平均電壓， 平均電壓 為 額定電壓。1）35KV部分的最大負(fù)荷電壓等級負(fù)荷名稱容量（ MW）負(fù)荷性質(zhì)線路距離（ KM）35KV煉鋼廠1架空線路15901線1架空線路12表 1-12）10KV部分的最大負(fù)荷電壓等級負(fù)荷名稱容量（ MW）負(fù)荷性質(zhì)線路距離（ KM）10KV機(jī)械廠3架空線路飼料廠3架空線路煉油廠22架空線路糖廠2架空線路2市政3架空線路面粉廠3架空線路表 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)能滿足運(yùn)行要求時

5、， 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

6、設(shè)備， 必須進(jìn)行逐年各級電壓最大最小有功和無功電力 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1015 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 33

7、0kV 及以下電力 系統(tǒng)中，一般都應(yīng)選用三相變壓器。因?yàn)閱蜗嘧儔浩鹘M相對投資大，占地多，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

8、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?yàn)榭梢酝ㄟ^ 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

9、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。由原始資料可知， P10=， P35= MW設(shè)負(fù)荷同時率系數(shù) K1取，線損平均取 5%，即K2=，功率因數(shù) cos 取。 則10kV 和35kV 的綜合最大負(fù)荷分別為：S10MAX=K1K2P10/cos = =（ MVA）S35MAX=K1K2P35/cos = =（ MVA） 每臺變壓器額定容量為：SN=（ S10MAX+S35MAX） =（ +） =（ MVA）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

10、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-10000/100121/11179189176176檢驗(yàn)： 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/=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

11、的可靠性提高；、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。電壓等級負(fù)荷名稱負(fù)荷性質(zhì)接線方式進(jìn)/ 出線回數(shù)110kV系統(tǒng)電源單母線分段進(jìn)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(jī)械廠3單母線分段出1回8回飼料廠3出1回?zé)捰蛷S2出1回糖廠2出1回市政3出1回面

12、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(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。系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)圖如下：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= /km 基準(zhǔn)電壓 UB 取各級的平均電壓，平均電壓為 額定電壓：額定電壓（ KV）1103510平均電壓（ KV）

13、11537阻抗電壓 %Ud1-2 %Ud1-3 %Ud2-3 %176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(cè)阻抗電壓正 好與變壓器銘牌標(biāo)示的相反，即：W2XT22XsW1X L1XT21XT23X Z2X L2X T12W3XTX Z3T13其中，三繞組變壓器電抗標(biāo)幺值：UT11%=UT21%=1/2( Ud1-2 % Ud1-3% Ud2-3 %) =( 176)=UT12%=UT22%=1/2( Ud1-2 % Ud2-3% Ud1-3 %) =( 617)=UT13%=UT23%=1/2 ( Ud2-3 % Ud1-3% Ud1-2 %) =( 6 17) = 則：X

14、T11 =XT21 =UT11%/100SB/S N=10010010XT12 =XT22 =0XT13 =XT23 =UT13%/100 SB/S N=10010010 線路的電抗標(biāo)幺值：* * 2XL1*=XL2*=X0l SB/UB2=100100115 2= 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 =XSmin SB/S S=1001250=由此得到含短路點(diǎn)的等值網(wǎng)絡(luò)簡化圖如下：W223此時短路點(diǎn)總電抗標(biāo)幺值為：X 110 *=XS*+XL*=+2= 電源對短路點(diǎn)的計算阻抗為：XBS110=X110 ? SS/S B=1250100= 通過查“水輪

15、發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線數(shù)字表”得：I （0） = I （1） = I （2） = I （4） = 110kV 側(cè)的基準(zhǔn)電流為：I B110=SB/UB110=100 115=（ kA）短路電流有名值為：I (0) “ =I(0) B110=（kA）I (1) =I(1)“*B110=（kA）I (2) “ =I(2) B110=（kA）I (4) =I(4)“*B110=（kA）沖擊電流為：i cj =?I (0) “ =(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：W1W2此時短路點(diǎn)總電抗標(biāo)幺值為：X35 =XS +XL +XT1 +XT2 =+2+（+0） /2= 電源對短

16、路點(diǎn)的計算阻抗為：XBS35=X 35 ? SS/SB=1250100= 當(dāng) XBS 時，求短路電流不用查表法，用倒數(shù)法：I =I =1/X BS35=1 =35kV 側(cè)的基準(zhǔn)電流為：I B35=SB/UB35=100 37=（ kA）短路電流有名值為：I =I I B35= = （kA）沖擊電流為：i cj =? I “= =（ 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：W1W3此時短路點(diǎn)總電抗標(biāo)幺值為：X10*=XS*+XL*+XT1*+XT3*=+2+（+）/2=電源對短路點(diǎn)的計算阻抗為：XBS10=X 10 ? SS/SB=1250100=當(dāng) XBS 時，求短路

17、電流不用查表法，用倒數(shù)法：I =I =1/X BS35=1 =10kV 側(cè)的基準(zhǔn)電流為：I B10=SB/UB10=100 =（ kA）短路電流有名值為：I “=I “* I B10=（kA）沖擊電流為：i cj =? I “=（ kA）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 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）K（1 110KV）K2（35KV）K3（10KV）五、主要電氣設(shè)備的選擇1. 斷路器及校驗(yàn)?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?、 110KV 斷路器選擇：1）

18、電壓 Ug（電網(wǎng)工作電壓） UN（斷路器額定電流）； UN110kV2）電流 I gMAX（最大工作電流） I N（斷路器額定電流）。I N I gMAX=SZma x/UN= 110kV=77A3）開斷電流： I dtI kd。I kd 4）動穩(wěn)定： I ch I MAX。I MAX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：型號額定電壓額定開斷容額定開極限通熱穩(wěn)態(tài)固有分閘合閘時間（KV）電流量（MVA）端電流過電流電流時間（ S）（S）（A）（KA）（KA）（KA）峰值5sSW4-110/100011010005521225）熱穩(wěn)定校驗(yàn)： I t dZ I t t

19、 。由上表，斷路器分閘時間為， 設(shè)過流保護(hù)動作時間 2s，則t=+2=（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 t dZ=。則：I 2t dZ= =， I t 2t=21 25=2205 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(wǎng)工作電壓） UN（斷路器額定電流）； UN35kV2）電流 I gMAX（最大工作電流） I N（斷路器額定電流）。I N I gMAX=SZmax/UN= 35kV=113A3）開斷電流： I dt I kd。I kd 4）動穩(wěn)定： I ch I MAX。I MAX型號額定電壓額定開斷容額定開極限通熱穩(wěn)

20、態(tài)固有分閘合閘時間（KV）電流量（MVA）端電流過電流電流時間（ S）（S）（A）（KA）（KA）（KA）峰值4sDW6-35/4003540019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：225）熱穩(wěn)定校驗(yàn)： I t dZ I t t 。由上表，“斷路器分閘時間為， 設(shè)過流保護(hù)動作時間 2s，則t=+2=（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 t dZ=。22則： I t dZ=，I t t = 4= 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）

21、電流I gMAX（最大工作電流） I N（斷路器額定電流） I N I gMAX=SZmax/ UN= 10kV=448A 3）開斷電流： I dt I kd。I kd 4）動穩(wěn)定： I ch I MAX。I MAX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/63010630164016225）熱穩(wěn)定校驗(yàn)： I t dZ I t t 。 由上表，斷路器分閘時間為，設(shè)過流保護(hù)動作時間 2s，則 t=+2=（s），=I由以上條件查“ 10kV 高壓斷路

22、器技術(shù)數(shù)據(jù)”選出斷路器如下：“/I =1，通過查短路電流周期分量發(fā)熱等值時間曲線可得 t dZ=2 2 2則：I t dZ=，I t t= 1622=512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 Ug（電網(wǎng)工作電壓） UN（斷路器額定電流）；UN110kV2）電流 I gMAX（最大工作電流） I N（斷路器額定電流）。I N I gMAX=SZmax/UN= 110kV=77A3）開斷電流： I dtI kd。I kd 4）動穩(wěn)定： I ch I MA

23、X。I MAX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）GW4-11011060050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：225）熱穩(wěn)定校驗(yàn)： I t dZ I t t 。 由上表，隔離開關(guān)分閘時間為，設(shè)過流保護(hù)動作時間 2s，則t=+2=（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 t dZ=。2 2 2則： I t dZ= =， I t t=21 5=2205 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 Ug（電網(wǎng)工作電壓） UN（斷路器額定電流）； UN35kV2）電流 I gMAX（

24、最大工作電流） I N（斷路器額定電流）。I N I gMAX=SZmax/UN= 35kV=113A3）開斷電流： I dt I kd。I kd 4）動穩(wěn)定： I ch I MAX。I MAX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）GN2-35T354005214（5s）225）熱穩(wěn)定校驗(yàn)： I t dZ I t t 。 由上表，隔離開關(guān)分閘時間為，設(shè)過流保護(hù)動作時間 2s，則 t=+2= （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 t dZ=。22則： I t dZ=，I

25、 t t =4= 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）； UN10kV2）電流I gMAX（最大工作電流） I N（斷路器額定電流）。I N I gMAX=SZma x/ UN= 10kV=448A3）開斷電流： I dt I kd。I kd 4）動穩(wěn)定： I ch I MAX。I MAX 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）GN19-10XT106305020（4s）225）熱穩(wěn)定校驗(yàn)： I t dZ I t t 。 由上表

26、，隔離開關(guān)分閘時間為，設(shè)過流保護(hù)動作時間 2s，則 t=+2=（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 t dZ=。2 2 2則： I t dZ= =， I t t=16 2=512 所以所選擇的隔離開關(guān)滿足要求。3. 母線選擇與校驗(yàn)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(dǎo)線截面 S： I gMAXK I Y ：I gMAX=SZmax /UN= 110kV=77AK 取 ，則：I Y 77 =（ 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)體最高允許溫度鋼芯鋁絞線長期允許載流量（ A）7003308003522） 熱穩(wěn)定校驗(yàn)：