110KV变电站电器一次部分设计.doc

目录一、110KV变电所电气一次部分初步设计-1二、设计任务书-4三、主接线设计-5一 负荷分析统计二 主变选择三 主接线方案拟定四 可靠性分析四、经济比较-11五、短路电流计算-13六、电气设备设计选择-22一选择母线二选择断路器、隔离开关三选择10KV母线的支持绝缘子四选择110KV一回出线上一组CT七、配电装置设计-33一110KV变电所电气一次部分初步设计参考资料1. 本所设计电压等级：110/35/10K2. 系统运行方式：不要求在本所调压3. 电源情况与本所连接的系统电源共有3个，其中110KV两个，35KV一个.具体情况如下：(1)110KV系统变电所该所电源容量(即110KV系统装机总容量)为200MVA(以火电为主)。在该所等电压母线上的短路容量为634MVA，该所与本所的距离为8.2KM.以一回路与本所连接。(2)110KV火电厂该厂距离本所10.2KM.装有3台机组和两台主变，以一回线路与本所连接,该厂主接线简图如图1：(3)35KV系统变电所该所距本所6.17KM.以一回线路相连，在该所高压母线上的短路容量为250MVA.。以上3个电源,在正常运行时,主要是由(1)(2)两个110KV级电源来供电给本所。35KV变电所与本所相连的线路传输功率较小，为联络用。当3个电源中的某一电源出故障，不能供电给本所时，系统通过调整运行方式，基本是能满足本所重要负荷的用电，此时35KV变电所可以按合理输送容量供电给本所。4. 本所地理概况：5. 本地区气象及地质条件年最高气温：40最高月平均气温：34年最低气温：-4地震烈度：7度以上年平均雷电日：90天海拔高度：75M6. 负荷资料（1）35KV负荷用户名称容量（MW）距离（KM）备注化工厂3.515类负荷铝厂4.313类负荷水厂1.85类负荷塘源变74类负荷35KV用户中，化工厂，铝厂有自备电源（2）10KV远期最大负荷用户名称容量（MW）负荷性质机械厂0.8自行车厂1.0食品加工厂0.35电台0.25纺织厂0.9木材厂0.4齿轮厂0.610KV用户在距本所1-3KM范围内（3）本变电所自用负荷约为60KVA（4）一些负荷参数的取值：a.负荷功率因数均取cos=0.85b.负荷同期率Kt=0.9c.年最大负荷利用小时数max4500小时/年d表中所列负荷不包括网损在内，故计算时因考虑网损，此处计算一律取网损率为5%e.各电压等级的出线回路数在设计中根据实际需要来决定。各电压等级是否预备用线路请自行考虑决定。二设计任务书1电气主接线设计2短路电流计算3主要电气设备及载流导体选择4配电装置的设计三设计成品说明书一份。（包括对设计基本内容的论证：短路电流计算过程。电气设备选择计算过程。）110KV变电所的初步设计计算一主接线设计一负荷分析统计（1）35KV侧负荷：S35KV=(1+5%)0.9=18.455MVA其中类负荷：S35KV=(1+5%)0.9=10.673MVA类负荷占总负荷百分数：100%=100%=57.8%（2）10KV侧负荷：S10KV=(1+5%)0.9=4.781MVA其中类负荷：S10KV=(1+5%)0.9=1.279MVA类负荷：S10KV=(1+5%)0.9=1.112MVA类负荷总负荷百分数：类负荷占总负荷百分数：（3）110KV侧负荷：S110KV=(1+5%)(S35KV+S10KV+S所用)=(1+5%)(18.455+4.781+0.06)=24.461MKA二主变选择(1)台数分析：主变台数确定的要求：对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。2.对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，为了保证供电的可靠性，选两台主变压器(2)主变压气容量：主变压气容量应根据510年的发展规划进行选择，并考虑变压器正常运行和事故是的过负荷能力。所以每台变压器的额定容量按Sn=0.7PM（PM为变电所最大负荷）选择，即Sn=0.724460.7=17122.5KVA这样当一台变压器停用时，可保证对70%负荷的供电。考虑变压器的事故过负荷能力40%，则可保证对98%的负荷供电因为一般电网变电所大约有25%的非重要负荷，因此采用Sn=0.7PM对变电所保证重要负荷来说是可行的。(3)绕组分析：通过主变压器各侧绕组的功率。均达到15%Sn以上时，可采用三绕组变压器。因15%Sn=2568.4KVA。所以S1S2S315%Sn。即通过主变压器各绕组的功率均达到15%Sn以上，又因中性点具有不同的接地方式，所以采用普通的三绕组变压器。选为SFSL120000型，容量比为100/100/50三主接线方案拟定型号及容量（KVA）额定电压高/中/低损耗（KW）阻抗电压（%）空载电流（%）参考价格万元综合投资万元空载短路高-中高低中-低高中高-低中低SFSL-20000121/38.5/1150.2150.713194.51810.56.54.118.1623.6110KV侧：本所在正常运行时主要是由（1）（2）两个110KV级电源来供电。所以必须考虑其可靠性。35KV侧：因为此侧类负荷占57.8%占的比例重大，考虑类用户的可靠性，应采用带有旁路的接线方式。10KV侧：此侧类负荷占26.7%比重不大，但负荷较多，且本所用电即从本侧取，所以应考虑带旁路和分段。方案、110KV：采用桥形设备少，接线简单清晰，为了检修桥连断路器时不致引起系统开环运行，增设并联的旁路隔离开关以供检修用。但桥形可靠性不高。35KV：采用单母线分段带专用旁路。接线简单清晰，操作简单，当检修出线断路器时可不停电，可靠性比较高，但当母线短路时要停电。10KV侧：采用单母线分段带专用旁路，所用电采用双回路供电提高了所用电可靠性。方案：110KV：采用桥形接线，同方案35KV：双母线带专用旁路，可靠性更高，灵活。检查出线断路器不会停电。母线短路只出线短时停电，可靠地保证类用户用电，但投资大，操作较复杂，易出现误操作。10KV：采用单母线分段带专用旁路，同方案方案110KV：采用桥形接线，同方案35KV：采用单母线分段兼专用旁路，接线清晰明了，可靠性较高，但做母联和做旁路时切换复杂。10KV：采用单母线分段，接线简单，但在检修出线断路器时需停电，可靠性不高。四可靠性分析方案：110KV侧采用桥形接线，使断路器达到最简。鉴于110KV为两回进线，所以采用桥形较合理。可靠性比单元接线要高，并易发展成单母线分段，为以后的发展大下基础。又因，两个110KV电源离本所不远出现故障的机率不多，所以虽可靠性不很多，但仍可满足需要。35KV：采用单母线分段带旁路，当检修出线断路器时可不停电，因为进行分段且是断路器分段，所以当一段母线发生故障时，可以保证正常段母线不间断供电，因为设置旁路母线，可以保证.类用户用电要求，同时它结构简单清晰，运行也相对简单，便于扩建和发展。同时它投资小，年费用较低，占地面积也比双母线带旁路小，年费用较小，所以满足35KV侧用户的要求，但当母线故障时，可能出现一半容量停运。10KV：采用单母线分段带旁路，因为本侧类用户仅占26.7%。所以完成可靠满足供电要求。方案：110KV侧采用桥形接线，可靠性同方案。35KV：采用双母线带旁路，通过两组母线隔离开关的到闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一出线断路器无需停电。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上。能灵活地适应各种运行方式调度和潮流变化需要。扩建方便，但投资大，占地多，配电装置复杂，容易发生误操作。10KV：采用单母线分段，所用电因较重要，采用双回路供电来提高它的可靠性，同方案。方案：110KV侧采用桥形接线，可靠性同方案。35KV：采用单母线分段兼专用旁路，这种接线方式具有了旁路的优点，同时减少了一个断路器使投资减少，但要检修任一断路器时，操作步骤复杂，对本级类用户的供电可靠性有一定影响。10KV：采用单母线分段，这种接线方式使当一段母线发生故障时，不致造成政策母线也同时停电，缩小了停电范围。对本级出线多，很适合，但因为没有带旁路，使当检修出线断路器时需要停电，这样就不能保证本级类负荷的要求。所以，选用方案与方案进行经济比较五经济比较统一初选同一类型主变压器和断路器主变压器型号SFSL120000110KV断路器型号DW311035KV断路器型号DW33510KV断路器型号GG1A25方案：电压等级接线形式价格110KV母线桥形31.4万元35KV母线单母线带专用旁路（分段）23.983万元10KV母线单母线分段带专用旁路9.315万元U=31.4+23.983+9.315=58.495万元变压器年电能损失总量AQ0=I0（%）=8.2万元Q=Ud（%）=36万元A=n（P0+KQ0）T0+=816320+38.875（1.496+0.85+0.1143）3000=1101034.825计算年运行费用U1=0.022Z=3.653U2=0.058Z=9.63U=13.283方案：主变23.6万元/台110KV母线桥形31.4万元35KV母线双母线带旁路25.786万元10KV母线单母线分段带旁路8.415万元Z=（23.6+31.4+25.786+8.415）1.9=169.482（万元）U=0.071093112.74610-4+U1+U2=0.071093112.74610-4+3.728+9.83=21.21（万元）I2I1UU经比较选用方案I六短路电流计算（1） 短路电流计算，求各支路元件电抗标幺值取SB=100MVAUB=Upj计算各元件参数标幺值110KV系统：X1=线路：X2=0.48.2110KV火电厂：X12=线路：X16=0.410.2火电厂变压器（见等值电路图2）VS1%=（V12%+V31%-V23%）=（17+10.5-6）=10.75VS2%=（V12%+V23%-V31%）=（17+6-10.5）=6.25VS3%=（V23%+V31%-V12%）=（6+10.5-17）=-0.25因为第二绕组与本线路无关，所以可以不算它的电抗X14=VS1%X13=VS3%110KV火电厂化简（见图3）其中X12=X12=X12“X17=X12/X12/X12“=0.145X18=（X13+X14）/（X13+X14）=0.0875本所变压器VS1%=（18+10.5-6.5）=11VS2%=（18+6.5-10.5）=7VS3%=（6.5+10.5-18）=-0.5设在d1，d2，d3点短路（见图4）计算各点短路时的电流标幺值X5=X6=X7=其中因为本所所取的两台主变型号相同，所以有X8=X5X9=X6X10=X735KV系统：SS取250MVAX11=线路X11=0.46.17因为本所的第三绕组的电抗标幺值为负数，所以可以视为一导线，所以总等值电路图可化简为图4X19=X1+X2=0.1828X20=X3+X4=0.2633X21=X5/X8=0.275X22=X6/X9=0.175X23=X11+X12=0.5803（2）设在d1.d2.d3点短路（见图4）计算各点短路时的电流标幺值1. d1点短路，电路图化简图X14=X21+X22+X23=0.275+0.175+0.5803=1.0303各电源到短路点的转移电抗为X1f=X19=0.1828X2f=X20=0.2633X3f=X24=1.0303计算电抗为Xjs1=0.1828=0.3656Xjs2=0.2633=0.2468因为35KV侧系统视为无限大容量电源，所以直接得IPS*=d2点短路（见下图）X25=X22+X21=0.175+0.275=0.45计算转移电抗，用星三角变换可求：X26=X1f=X19+X25+=0.1828+0.45+=0.945X27=X2f=0.2633+0.45+计算电抗为Xjs1=0.945Xjs2=1.36IPS*=2. d3点短路（见下图）X28=X22+X23=0.175+0.5803=0.7553计算转移电抗，用星三角变换可求；X29=X1f=X19+X21+=0.1828+0.275+=0.6487X30=X2f=0.2633+0.275+X28=X3f=0.7553求计算电抗Xjs1=X1fXjS2=0.934IPS*=至此，已将各点短路时。各电源的计算电抗求出，据此查电力系统分析及电力网分析上册附表，可得到各电源在不同点短路电流（标幺值）制成下表计算时间为方便设计，此处规定保护时间统一取0.4S，断路器动作时间可取0.2S。各电源在不同点短路时的短路电流（tK=0.4+0.2=0.6S）短路点110KV火电厂110KV系统35KV系统00.30.600.30.600.30.6d14.4963.0152.7382.902.2902.1460.9706d20.8090.7550.7830.540.5160.5441.723d31.21.0851.1120.7930.7420.7701.324（2） 计算短路电流周期分量有名值根据公式Iztm=Itm*IN=Itm*（KA）计算基准电流IN1. d1点短路（1）110KV系统变IN=1.004（KA）（2）110KV火电厂IN=0.4717（KA）（3）35KV系统变IN=0.502（KA）计算短路电流有名值（1）110KV系统变I=2.91.004=2.9116（KA）I0.3=2.2901.004=2.30（KA）I0.6=2.1461.004=2.1545（KA）（2）110KV火电厂I=4.4960.4717=2.113（KA）I0.3=3.0150.4717=1.417（KA）I0.6=2.7380.4717=1.287（KA）（3）35KV系统变I=I0.3=I0.6=0.97060.502=0.4872（KA）2.d2点短路（1）110KV系统变IN=3.121（KA）（2）110KV火电厂IN=1.463（KA）（3）35KV系统变IN=1.560（KA）计算短路电流有名值（1）110KV系统变I=0.543.121=1.685（KA）I0.3=0.5163.121=1.610（KA）I0.6=0.5443.121=1.698（KA）（2）110KV火电厂I=0.8091.463=1.1836（KA）I0.3=0.7551.463=1.104（KA）I0.6=0.7831.463=1.145（KA）（3）35KV系统变I=I0.3=I0.6=1.7231.560=2.688（KA）3.d3点短路（1）110KV系统变IN=10.997（KA）（2）110KV火电厂IN=5.155（KA）（3）35KV系统变IN=5.499（KA）计算短路电流有名值（1）110KV系统变I=0.79310.997=8.721（KA）I0.3=0.74210.997=8.160（KA）I0.6=0.77010.997=8.468（KA）（2）110KV火电厂I=1.25.155=6.186（KA）I0.3=1.0855.155=5.593（KA）I0.6=1.1125.155=5.73（KA）（3）35KV系统变I=I0.3=I0.6=5.4991.324=7.281（KA）将以上电流有名值制成下表短路点110KV火电厂110KV系统变35KV系统变总短路电流00.30.600.30.600.30.600.30.6d12.1131.4171.2872.91162.302.15450.48725.5124.2043.929d21.18361.1041.1451.6851.6101.6982.6885.5575.4025.531d36.1865.5935.7308.7218.1608.4687.28122.18821.03421.479七电气设备设计选择（一） 选择母线（按最大允许电流选择）1d1点短路。（110KV侧）母线最大工作电流按一台（主）变容量来计算Imax=（A）按长期发热允许电流选择截面。因为110KV侧为户外配电装置。所以选用软导线。查设计资料表5-13初选用型号为LGJ50的钢芯铝绞线，因为是户外装置，所以按最热月平均最高温。即34查电气附表3得环境修正系K=0.88。数（LGJ50型导线在基准温度25时，载流量为210.0A）Ial34=0.88210.0=184.8（A）110.22（A）热稳定校验（tk=0.4+0.2=0.6S）周期分量热效应QP=11.128因tk314.918（A）热稳定校验（tk=0.4+0.2=0.6S）同期分量热效应QP=因为tkImax热稳定效验：（tk=0.4+0.2=0.6S）周期分量热效应：QP=非周期分量热效应Qnp且取T=0.05Qnp=I2T=22.18820.05=24.615故：Qk=Qp+Qnp=268.889+24.615=293.499正常运行时导体温度=0+（al-0）=39+（70-39）=67.832查电气表4-6得C=92，满足短路时发热的最小截面Smin=满足热稳定要求。动稳定效验：导体自振频率由以下求得m=hbpw=0.080.012700=2.16（kg/m）I=bh3/12=0.010.083/12=4.2610-7（m4）按汇流母线为两端简支多跨梁方式查表4-5，Nf=3.56则f1=（L取1m）=418.289（HZ）155（HZ）故=1变压器出口断路器侧短路时，（K=1.8）则冲击电流Ish=1.8I=1.822.188=56.481（KA）母线相间引力（a=0.25m）fph=1.7310-7=1.7310-7（）=2207.585（N/m）导体截面系数W=0.5bh2=0.50.010.082=3210-6m3则=6.899*106（Pa）硬铝最大允许应力al=70106Pa6.899106（Pa）绝缘子间最大允许跨距Lmax=（m）所以L=1m满足要求。（二）选择断路器1设在110KV火电厂侧变电站短路器，则应将110KV系统和35KV系统变两个电源送出的短路电流与110KV火电厂送出的短路电流相比较，以两者间大者为基准选择断路器和隔离开关。I=2.9166+0.4872=3.39882.113I0.3=2.30+0.4872=2.78721.417I0.6=2.1545+0.4872=2.64171.287周期分量热效应Qp=（KA）2SQnp=TI2=0.053.39882=0.5776（KA）2SQk=Qp+Qnp=4.811+0.5776=5.3886（KA）2S冲击电流ish=1.8=8.652（KA）imax=0.135（KA）由以上计算参数，参考设计资料表5-26可选择SW6110型断路器。其计算参数与SW6110参数比较如下：计算数据SW6110UNS110KVUN110KVImax0.135KAIN1200KAI2.113KAInbr21KAish8.652KAiwt55KAQK5.3886（KA）2SIt2*t15.84（KA）2S通过以上比较SW6110型断路器完全能满足要求235KV侧出线断路器选择最大持续工作电流Imax=0.1297（KA）最大短路电流I=1.1836+1.685=2.8686（KA）I0.3=1.104+1.610=2.714（KA）I0.6=1.145+1.698=2.843（KA）冲击电流ish=1.8=7.302（KA）周期分量热效应Qp=（KA）2S非周期分量Qnp=I2T=2.868620.05=0.411故：Qk=Qp+Qnp=4.91+0.411=5.321由计算数据与SW335/600参数比较如下：计算数据SW335/600UNS35KVUN35KVImax129.7AIN600AI2.8686KAInbr6.6KAish7.302KAiwt17KAQK5.321（KA）2SIt2*t6.624（KA）2S通过以上比较：SW335/600型断路器完全能满足要求310KV侧断路器选择Imax=0.0648（KA）=64.8（A）I=6.186+8.721=14.907（KA）I0.3=5.593+8.160=13.753（KA）I0.6=5.730+8.468=14.198（KA）周期分量热效应Qp=（KA）2S非周期分量Qnp=I2T=14.90720.05=11.111故：Qk=Qp+Qnp=126.874冲击电流ish=1.8=53.665（KA）由计算数据与SN1010/1000参数比较如下：计算数据SN1010/1000UNS10KVUN10KVImax64.8AIN1000AI14.904KAInbr28.9KAish53.665KAiwt71KAQK126.874（KA）2SIt2*t2924（KA）2S通过以上比较：SN1010/1000型断路器完全能满足要求（三）选择隔离开关隔离开关也是发电厂和变电所中常用的开关电器。它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定的项目相同。但因为隔离开关不用来接通和切断短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。1110KV侧选GW2110计算数据GW2110UNS110KVUN110KVImax135AIN600Aish8.652KAies50KAQK5.3886（KA）2SIt2*t1425（KA）2S235KV侧选GW235计算数据GW235UNS35KVUN35KVImax129.7AIN600Aish7.302KAies50KAQK5.321（KA）2SIt2*t1425（KA）2S310KV侧选GN610/1000计算数据GN610/1000UNS10KVUN10KVImax64.8Aish53.665KAQK126.874（KA）2S（四）选择10KV母线的支持绝缘子由前面的计算可知UN=10KVImax=64.8Aish=53.665KAQK=126.874（KA）2S查表5-52，试选用型号为ZNA10的支持绝缘子Fmax=1.73=1.993KNm=203.4KgZNA10支持绝缘子的机械破坏负荷为375Kg可见满足要求。（五）选择110KV一回路上一组CT互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等一次设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100、100/）和小电流（5、1A）。电流互感器的二次侧绝对不能够开路。电压互感器的二次侧绝对不能够短路负载接线如图1 电流互感器的负荷统计表如下仪表名称CT的二次侧负载（V.A）A相B相C相电流表（A）3功率表（W）1.451.45电度表（wh）0.50.5总计1.9531.952 选择互感器：110KV有关数据如下：UN=110KVImax=135Aish=8.652KAQK=5.389（KA）2S互感器选择：电流互感器安装处电压为110KV，最大工作电流为135A，安装在室外。查表5-51选LCWD110室外型电流互感器，互感器变比为600/5，级数组合，选0.5级。其次负荷为12。动稳定倍数Kes=60，热稳定系数为34。3 选择互感器连接导线截面最大相负荷阻抗：Xb=0.12互感器二次额定阻抗：ZN2=1.2电流互感器连线为完全星型连接。连接线的计算长度LC=L，则S=0.714（mm）2选用标准截面为0.8mm2的铜线4 校验所选电流互感器的动稳定和热稳定热稳定校验：（I.N1*Kt）2=（34*0.6）2=416.16（KA）2S5.389动稳定校验：50.912KA8.562KA均满足要求，故LCWD110合格八配电装置设计1110KV侧本所为一般变电所，从原始资料分析可知，它在郊外土地教宽裕，并为110KV，所以采用户外配电装置。户外配电装置有以下特点：建设周期短，扩建方便，便于带电作业，土建工作量和费用较少，各设备之间距离较大。但易受外界环境影响，设备运行条件较差，须加强绝缘。235KV侧一般情况下，35KV变电所配电装置采用户外式，并因为本所在郊外，用地方便，所以采用户外式。310KV侧采用室内成套配电装置，电器布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小，所有电器组装成一体，减少了安装工作量，并且不受外界环境影响，运行可靠性高，维护方便。4 本所的户外式配电装置均采用中型。因为从原始资料分析可知，本地地震烈度达到7级，故应采用抗振性能较好的中型配电装置。它有如下优点：运行可靠，布置较清晰，施工和检修比较方便，构架低，钢材用量少，造价低。参考文献一 电力工程设计手册（、）西北、东北电力设计院编上海科学技术出版社二 发电厂变电所电气设备湖南电力学校主编水利电力出版社三电力工程基础