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110kV降压变电所电气部分设计系统情况如下图设计任务 负荷分析 主变压器的选择。 电气主接线的选择 短路电流计算（包括三相、两相、单相短路） 高压电气设备选择 继电保护配置 配电装置规划电压负荷名称每回最大负荷（kW）功率因数回路数供电方式线路长度（km）35kV市镇变160000901架空15市镇变270000921架空8煤矿变45000852架空10化肥厂43000882架空7砖厂50000851架空1110kV镇区变10000903架空5机械厂8000892电缆2纺织厂17000891电缆3纺织厂28000882架空7农药厂6000881架空4面粉厂7000901架空5耐火材料厂8000902架空2负荷分类及定义一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设备损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。二级负荷：中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应由两回线供电。但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。三级级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。三、35kV及10kV各侧负荷的大小35kV侧：P1=6000+7000+45002+43002+5000=35600KWQ1=60000.48+70000.426+45000.622+43000.542+50000.62=19186Kvar10kV侧：P2=10003+8002+700+8002+600+700+8002=9800KWQ2=100030.48+7000.512+8000.5122+8000.542+6000.54+7000.488000.482=4909.6KVarP=P1+P2=35600KW+9800KW=45400KWQ=Q1+Q2=19186+4909.6=24095.6KVar 所以：S=51398.0KVA考虑线损、同时系数时的容量：S251398.00.81.05=43174.3KVA主变台数的确定对于大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。主变容量的确定主变压器容量一般按变电所建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期1020年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。. 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%80%。此变电所是一般性变电所。有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：S=S20.8=43174.30.8=34539.48 KVA所以应选容量为40000KVA的主变压器。 主变相数选择1.主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。2.当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。主变绕组数量在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿装备时，主变压器宜采用三绕组变压器。根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值：高压侧：k1=0.90.15中压侧：k2=0.70.15低压侧: k3=0.20.15主变绕组连接方式变压器的连接方式必须和系统电压相位一致,否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有y和,高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线接地。35kV及以下电压，变压器绕组都采用连接。主变中性点的接地方式选择电力网中性点接送地方式是一个综合问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。主要接地方式有：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。主变的调压方式电力工程电气设计手册（电器一次部分）第五章第三节规定：调压方式变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现的。切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调压范围通常在5%以内，另一种是带负荷切换，称为有载调压，调压范围可达到30%。对于110kV及以下的变压器，以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。变压器冷却方式选择主变一般的冷却方式有：自然风冷却；强迫有循环风冷却；强迫油循环水冷却；强迫、导向油循环冷却。小容量变压器一般采用自然风冷却。大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却方式电气主接线的初步设计及方案选择电气主接线的概述发电厂和变电所中的一次设备,按一定要求和顺序连接成的电路,称为电气主接线,也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用,设备间的连接方式,以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。在选择电气主接线时的设计依据）发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用）发电厂、变电所的分期和最终建设规模）负荷大小和重要性）系统备用容量大小）系统专业对电气主接线提供的具体资料6220kV高压配电装置的基本接线有汇流母线的接线：单母线、单母线分段、双母线、双母分段、增设旁母线或旁路隔离开关等。无汇流母线的接线：变压器线路单元接线、桥形接线、角形接线等。6220KV高压配电装置的接线方式，决定于电压等级及出线回路数。二、110kV侧主接线的设计110220kV配电装置出线回路数为3-4回时采用单母分段接线高压侧采用单母分段接线有下列优点：（1） 供电可靠性：当一段母线停电或故障时，不影响另一段母线供电；（2） 调度灵活：各电源和各回路负荷可任意分配到某一段母线上；（3） 扩建方便：任意方向扩建，不影响两段母线的电源和负荷均匀分配；（4） 便于实验：个别回路可进行单独试验。故110kV侧采用单母分段接线10kV侧主接线的设计10kV侧出线回路数为7回由电力工程电气设计手册第二章第二节中的规定可知：当610kV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母分段接线此两种方案的比较方案一110kV侧采用单母分段接线，供电可靠、调度灵活、扩建方便，10kV采用单母分段接线，对重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。方案二虽供电更可靠，调度更灵活，但与方案一相比较，设备增多，配电装置布置复杂，投资和占地面增大，而且，当母线故障或检修时，隔离开关作为操作电器使用，容易误操作。 短路电流的目的及结果短路电流计算的目的在变电所和发电厂的电气设计中，短路电流计算是一个重要环节。计算的饿目的是选择主接线，比较各种接线方案；选择电气设备，校验设备提供依据，为继电保护整定计算提供依据等。第六章电气设备选择电气设备选择的概述选择的原则1）应满足正常运行、检修、短路、和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。2）应按当地环境条件校核。3）应力求技术先进和经济合理4）与整个工程的建设标准应协调一致5）同类设备应尽量减少种类6）选用的新产品均应具有可靠的实验数据设备的选择和校验。1、电气设备和载流导体选择的一般条件(1)按正常工作条件选择A额定电压：所选电气设备和电缆的最高允许工作电压，不得低于装设回路的最高运行电压。B额定电流：所选电气设备的额定电流，或载流导体的长期允许电流，不得低于装设回路的最大持续工作电流。计算回路的最大持续工作电流时，应考虑回路在各种运行方式下的持续工作电流，选用最大者。(2)按短路状态校验A热稳定校验：当短路电流通过被选择的电气设备和栽流导体时，其热效应不应超过允许值，校验电气设备及电缆（36KV厂用馈线电缆除外）热稳定时，短路持续时间一般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间。B动稳定校验：，用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不校验动稳定；（3）短路校验时短路电流的计算条件所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统的远景发展规划；计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式；短路的种类一般按三相短路校验；对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路更严重时，应按严重情况校验。110kV侧断路器的选择在本设计中110kV侧断路器采用SF6高压断路器，因为与传统的断路器相比SF6高压断路器具有安全可靠，开断性能好，结构简单，尺寸小，质量轻，操作噪音小，检修维护方便等优点，已在电力系统的各电压等级得到广泛的应用。110kV的配电装置是户外式，所以断路器也采用户外式。LW11110断路器的具体技术参数如下： 额定电压最高工作电压额定电流额定开断电流动稳定电流110kV123(145)kV1600315031.54080100热稳定电流(3s)额定关合电流固有分闸时间分闸时间31.5kA（）40kV80kA100kA40ms135ms由上表知：1.该断路器的额定电压为110kV,不小于装设断路器所在电网的额定电压。2.该断路器的最大持续工作电流:Imax=1.05In=220.4A该断路器的额定电流为1600A（最小的），大于通过该断路器的最大持续工作电流220.4A3.校验断路器的断流能力此断路器的额定开断电流Iekd=31.5kA短路电流周期分量:IZK=3.036kA Iekd IZK4.此断路器的额定关合电流Ieg=80kA Ich=7.74KA IegIch5.动稳定校验动稳定电流: idw=80kA ich=7.74kA idw ich 热稳定效应:Qd=t=3=27.65KA2SIr2t=31.523=2976.75Qd操作机构,采用气动操动机构；由电气工程电气设备手册（上册）查得应采用CQA1型电气操动机构。110kV隔离开关的选择采用户外型隔离开关。参考电气工程电气手册（上册），可知应采用GW5110G高压隔离开关。此隔离开关技术数据如下额定电压额定电流动稳定电流值动稳定电流值操动机构110KV600A50kA72kA 16(4S)40(5S)CS17G校验：通过隔离开关的最大持续工作电流为220.4A，隔离开关的额定电流为600A,大于通过隔离开关的最大持续工作电流。动稳定校验：动稳定电流: idw=50kA ich=7.74kA idw ich热稳定效应:Qd=t=5=44.4KA2SIr2t=1425=980Qd敞露母线选择硬母线一般是指配电装置中的汇流母线和电气设备之间连接用的裸硬导体。硬母线分为敞露式和封闭式两类。1.母线材料和截面形状的选择：目前母线材料广泛采用铝材，因为铝电阻率较低，有一定的机械强度，质量轻、价格较低，我国铝材的储量丰富。钢虽有较好的性能，但价格贵，我国储备不多。所以只有在一些特殊场合，如工作电流较大，位置特别狭窄，环境对铝材有严重腐蚀的情况下才用铝材。综上所述，在本设计中母线材料采用铝。硬母线截面积形状一般有矩形、槽型、和管型。矩形母线散热条件好，有一定的的机械强度，便于固定和连接，但集肤效应较大，矩形母线一般只用于35kV及以下，电流在4000A级以下的配电装置中。槽形母线的机械性能强度较好，集肤效应较小，在40008000A时一般采用槽形母线。管形母线集肤效应较小，机械强度高，管内可用水或风冷却，因此可用于800A及以上的大电流母线。此外，管形母线表面光滑，电晕放电电压高,因此，110kV以上配电装置中多采用管形母线。由以上分析知：在本设计中110kV采用槽形母线，35kV、10kV采用矩形母线管形母线在支柱绝缘子上放置方式有两种：竖放和平放。平放比竖放散热条件差，允许电流小。三相母线的布置方式有水平布置和垂直布置,水平布置母线竖放时，机械强度差，散热条件好。垂直布置母线竖放时，机械强度和散热条件都较好，但增加了配电装置的高度。综上，矩形母线在支柱绝缘子上采用水平布置母线竖放。2.母线截面积选择：本设计中母线的截面按长期允许电流选择。按长期允许电流选择时，所选母线截面积的长期允许电流应大于装设回路中最大持续工作电流即，IyImax Iy =kIyeIy基准环境条件下的长期允许电流K综合校正系数110kV母线截面选择Imax=1.05Ie=210.8从电力工程电气手册第八章第一节 表83中查得应选用载流量为2280（A）的双槽形母线，其参数如下：h(mm): 75 ，b(mm): 35 ，t(mm): 4，r(mm): 6 双槽形导体截面积s(mm2): 1040 ，集肤效应系数：1.01235kV母线截面选择Imax=1.05Ie=1.05=646.5(A)从电力工程电气手册第八章第一节 表83种查得应选用载流量为692（A）单条竖放的导体，导体尺寸：hb=505(mmmm)Iy=692A10kV母线截面选择Imax=1.05Ie=1.05=2309.47(A)从电力工程电气手册第八章第一节 表83种查得应选用载流量为2373（A）双条竖放的导体，导体尺寸：hb=8010(mmmm)110kV电流互感器选择由电气工程电气设备手册（上册）中比较分析得，在本设计中宜采用LCWB110(W)型号的电流互感器，技术数据如下：额定电流二次组合准确级准短时热稳定电流动稳定电流10%倍数二次负荷二辞赋110kV600A0.5 15.831.6kA（KA）4080kA(KA)P/P/P/0.5此电流互感器为多匝油浸式瓷绝缘电流互感器，其性能符合国标和IEC的有关标准，具有结构严密，绝缘强度高，介质损耗率和局部放电量低，可靠性高以及运行维护简单方便等特点。Imax=1.05In=220.4KAIe1=300A Ie1 Imax热稳定校验：LH的热稳定能力用热稳定倍数表示。热稳定倍数等于1S内允许通过的热稳定电流与一次额定电流之比。t=t=(15.8)21=249.64AQd=27.65 符合要求动稳定校验: LH的动稳定能力用动稳定倍数表示。等于内部允许通过极限电流的峰值与一次额定电流之比。电压互感器的选择从电气工程设备手册（电气一次部分）中比较各种电压互感器后选择JDXN2110W的电压互感器。该系列电压互感器为单相、三绕组、串及绝缘，户外安装互感器，适用于交流50HZ电力系统，作电压、电能测量和继电保护用。避雷器的配置(1)配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器时除外。 (2)三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一组避雷器。(3)下列情况的变压器中性点应装设避雷器1)直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。2)直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时。 3)不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。(4)发电厂变电所35kv及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。(5)SF6全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。(6)110220kV线路侧一般不装设避雷器。110kV侧选用FZ110J型号的避雷器八、电缆选择电力电缆用于发电机、电力变压器、配电装置之间的连接，电动机与自用电源的连接，以及输电线路的引出。结构类型的选择（1）电缆芯线有铜芯和铝芯，国内工程一般选用铝芯，但需移动或震动剧烈的场所应采用铜芯。（2）在35kV及以下三相三线制的交流装置中，用三芯电缆；（3）直埋电缆一般采用带护层的铠装电缆。35kV出线的电缆选择1. 额定电压和结构类型的选择。根据题意，应选择UN=35kV的YJLV型电缆。2. 截面选择。按最大持续工作电流选择Imax= =132A查表得，选择S=50m 的电缆，N=25时，IN=135A，al=90。温度修正系数Kt=1.0查表得，K3=1.08 K4=0.92允许载流量 IalKtK3K4IN=1.081.00.92135=134A132A满足长期发热要求。3. 允许电压损失校验。查表得，r=0.64 x=0.133。 U%173Imax L(rcos+xsin)/Uns=1731322(0.640.920.1330.39)/35000=0.84%5%满足要求。4. 热稳定校验。正常最高运行温度为 w（al）（Imax/Ial）=25+(9025)（132/135）=87.2()热稳定系数CC= =78.5短路电流热效应 Qk=t=1=9.2kA2SSmin=/C=/78.5=38.6(m)67A满足长期发热要求。5. 允许电压损失校验。查表得，r=1.28 x=0.094。 U%173Imax L(rcos+xsin)/Uns=1731322(1.280.90.0940.44)/10000=4.5%5% 满足要求。6. 热稳定校验。正常最高运行温度为 w（al）（Imax/Ial）=25+(9025)（67/89.4）=61.5 ()热稳定系数CC= =84.4短路电流热效应Qk=t=2=18.4【KA2S】Smin=/C=/84.4=49.5(m) ich 符合要求主变压器保护规划现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但实际运行中仍有可能发生各种类型故障和异常运行。为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量的大小、电压等级等因素装设必要的、动作靠、性能高的继电保护装置。变压器保护的配置原则：变压器一般应装设以下保护 变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护 短路保护 后备保护中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护 过负荷保护瓦斯保护容量为800KVA级以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护，当有内部故障时产生轻微瓦斯后油面下降时保护应瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，瓦斯保应动作断开变压器各电源侧断路器。瓦斯保护护装置：瓦斯继电器又称气体继电器，瓦斯继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中，油箱内的气体通过瓦斯继电器流向油枕。目前，国内采用的瓦斯继电器有浮筒挡板式和开口杯式两种型式。在本设计中采用开口杯式。纵联差动保护瓦斯保护只能反应变压器油箱内部的故障，而不能反应油箱外绝缘套管及引出线的故障，因此，瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护，对容量较小的变压器可以在电源侧装设电流速断保护。但是电流速断保护不能保护变压器的全部，故当其灵敏度不能满足要求时，就必须采用快速动作并能保护变压器的全部绕组，绝缘套管及引出线上各种故障的纵联差动保护。在本设计中，采用由BCH-2继电器起动的纵联差动保护。为了防止外部短路引起的过电流和作为变压器差动保护、瓦斯保护的后备，变压器应装设后备保护。后备保护的方案有过电流保护、负荷电压起动的过流保护、负序过电流保护和低阻抗保护等。目前，已广泛采用复合电压起动的过流保护作为变压器的后备保护。故在本设计也采用复合电压起动的过流保护。变压器的接地保护在中性点直接接地的变压器上,一般应装设反应接地短路的保护作为变压器的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。如果变压器中性点直接接地运行，其接地保护一般采用零序电流保护，保护接于中性点引出线的电流互感器上。所以在本设计中变压器的接地保护采用零序电流保护。变压器的过负荷保护过负荷保护反应变压器对称负荷引起的过流保护。保护用一个电流继电器接于一相电流上，经延时动作于信号。对于两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设保护。线路保护的规划110kV侧:距离保护是根据故障点距离保护装置处的距离来确定其动作电流的,较少受运行方式的影响,在110220kV电网中得到广泛的应用。故在本设计中，采用三段式阶梯时限特性的距离保护。距离保护的第一段保护范围为本线路长度的80%85%，T约为0.1S,第二短的保护范围为本线路全长并延伸至下一线路的一部分, T约为0.50.6S ,距离第一段和第二短构成线路的主保护。距离保护的第三段作为相邻线路保护和断路器拒动的远后备保护,和本线路第一段和第二断保护的近后备。110kV以上电压等级的电网通常均为中性点直接接地电网,在中性点直接接地电网中,当线路发生单相接地故障时,形成单相接地短路,将出现很大的短路电流,所以要装设接地保护。35kV 、10kV侧保护的选用从电力装置的继电保护和自动装置设计规范中查得，在35kV 、10kV侧无时限和带时限电流速断保护配合，可作为本线路的主保护，但它不能起远后备保护的作用，为了能对线路起到近后备和对相邻线路起到远后备作用，还必须装设第三套电流保护，即定时限过电流保护。母线保护规划110kV母线保护规划110kV220kV电网中母线保护应用较多的是母联相位比较差动保护,故在本设计中110kV母线保护母采用联相位比较差动保护。35、10kV母线保护规划35、10kV采用的都是单母分段接线, 35、10kV单母分段接线,一般采用低阻抗的电流差动母线保护,故在本设计中35、10kV母线保护采用低阻抗的电流差动母线保护。18