降压变电站电气初步设计.docx

IlOKV降压变电站电气一次部分初步设计一、变电站的作用1.变电站在电力系统中的地位电力系统是由变压器、输电线路、用电设备构成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类,一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机）、变换（变压器、整流器、逆变器）、输送和分派（电力传播线、配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们变化系统日勺运行状态，如同步发电机的励磁调整器，调速器以及继电器等。2.电力系统供电规定（1）保证可靠的持续供电：供电的中断将使生产停止，生活混乱，甚至危及人身和设备的安全，形成十分严重的后果。停电给国民经济导致的损失远远超过电力系统自身的损失。因此，电力系统运行首先足可靠、持续供电的规定。（2）保证良好B¾电能质量：电能质量包括电压质量，频率质量和波形质量这三个方面，电压质量和频率质量均以偏移与否超过给定时数来衡量，例如给定的容许电压偏移为额定电压时正负5乐给定时容许频率偏移为正负0.20.5%HZ等，波形质量则以畸变率与否超过给定值来衡量。（3）保证系统运行的经济性：电能生产的规模很大，消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗占0¾比重约为1/3,并且在电能变换，输送，分派时0损耗绝对值也相称可观。因此,减少每生产一度电能损耗日勺能源和减少变换,输送，分派时的损耗，又极其重要的意义。二、变电站与系统互联的状况1.待建变电站基本资料(1)待建变电站位于城郊，站址四面地势平坦，站址附近有三级公路，交通以便。(2)该变电站的电压等级为IloKV,35KVjOKV三个电压等级。IlOKV是本变电站的电源电压，35KV,IOKV是二次电压。(3)该变电站通过双回IloKV线路与100公里外的系统相连，系统容量为1250MV,系统最小电抗(即系统的最大运行方式)为0.2(以系统容量为基准)，系统最大电抗(即系统B最小运行方式)为0.3o2. 35KV和IoKV负荷记录资料35KV和IOKV顾客负荷记录资料如表1-1,1-2所示，最大负荷运用小时为TnlaX=550Oh,同步率取0.9,线损率取5%,功率因数取0.95。线路每相每公里电抗值XO=O.4Ckm基准电压UB取各级0平均电压，平均电压为1.05额定电压。(1) 35KV部分的最大负荷电压等级负荷名称容量(MW)负荷性质线路距离(KM)35KV炼钢厂4.21架空线路15901线2.71架空线路12表1-1(2) IoKV部分欧J最大负荷电压等级负荷名称容量(MW)负荷性质线路距离(KM)IOKV机械厂1.23架空线路1.3饲料厂0.93架空线路2.2炼油厂22架空线路1.6糖厂1.32架空线路2市政1.13架空线路1.1面粉厂1.33架空线路1.7表1-2三、电气主接线设计及主变压器的!选择1.变电站电气主接线的设计原则接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行规定时，其高压侧应尽量采用断路器较少B¾或不用断路器B¾接线，如线路一变压器组或桥型接线等。在110-220kV配电装置中，当出线为2回时,一般采用桥型接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当11022OkV出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。在大容量变电站中，为了限制6IOkV出线上0短路电流，一般可采用下列措施：1）变压器分列运行；2）在变压器回路中装置分裂电抗器；3）采用低压侧为分裂绕组的变压器；4）出线上装设电抗器。断路器B¾设置:根据电气接线方式,每回线路均应设有对应数量的断路器,用以完毕切、合电路任务。为对的选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。2.主变压器区）选择主变容量一般按变电站建成近期负荷510年规划选择，并合适考虑远期10-15年0¾负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与都市规划相结合，从长远利益考虑，根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合确定。在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其他主变压器的容量不应不大于6O%0所有负荷，并应保证顾客0一、二级负荷。1）相数：容量为300MW及如下机组单元接线的变压器和330kV及如下电力系统中，一般都应选用三相变压器。由于单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同步配电装置构造复杂，也增长了维修工作量。2）绕组数与构造：电力变压器按每相0绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁构造分为一般双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。在发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台，以免由于增长了中压侧引线的构架，导致布置的复杂和困难。3）绕组接线组别：变压器三绕组的接线组别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有星形“Y”和三角形“D”。在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组0同步并列以规定限制3次谐波对电源等原因。根据以上原则，主变一般是Y,Dll常规接线。4）调压方式：为了保证发电厂或变电站0供电质量，电压必须维持在容许范围内，通过主变的分接开关切换，变化变压器高压侧绕组匝数。从而变化其变比，实现电压调整。一般，发电厂主变压器中很少采用有载调压。由于可以通过调整发电机励磁来实现调整电压，对于22Okv及以上时降压变压器也仅在电网电压有较大变化的状况时使用，一般均采用无激磁调压，分接头的选择根据详细状况定。5）冷却方式：电力变压器B¾冷却方式随变压器型式和容量不一样而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。根据以上变压器选择原则，结合原始资料提供的信息，分析后决定本变电站用2台三相三绕组0¾变压器，并采用YN,yn,dll接线。由原始资料可知，Po=7.8MW,P35=6.9MW设负荷同步率系数Kl取0.9,线损平均取5%,gpK2=l.05,功率因数COS取0.95O则IokV和35kV的综合最大负荷分别为：S10lAx=K1K2P10cos=0.9×l.05×7.8÷0.95=7.76(MVA)S35Max=K1K2P35Zcos=0.9×l.05×6.9÷0.95=6.86(MVA)每台变压器额定容量为：Sn=O.6Sm=0.6(S1omax+S35max)=O,6×(6.86+7.76)=8.772(MVA)由此查询变电站设计参照资料选得的变压器参数如下表：型号及容量KVA额定电压高/中/低KV损耗(KW)阻抗电压(%)空载电流(%)空载短路高-中高-低中-低高中高-低中-低SFSL-10000/100121/38.5/1117918969.31710.561.589.688.769.710.5176检查：当一台主变不能正常工作时，只有一台主变工作且满载则，SnOOOoKVA,占总负荷0比例为10/14.62=68%,且尚未计及变压器事故过负荷4O%0¾能力，因此所选变压器满足规定。3.电器主接线选择(单母线分段接线方式)长处：、用断路器把母线分段后，对重要顾客可以从不一样段引出两个回路，有两个电源供电；、当一段母线故障时，分段断路器自动将故障段切除,保证正常段母线不间断供电，故隙时停电范围小，供电的可靠性提高；、扩建时需向两个方面均衡扩建；、接线简朴清晰，操作以便，不易误操作，设备少,投资小，占地面积小，为后来B¾发展和扩建奠定了基础。缺陷：、当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时，该母线的回路都要在检修期间停电。、当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。合用范围：合用于6IOkV线路出线16回及如下，每段母线所接容量不适宜超过25MW。电压等级负荷名称负荷性质接线方式进/出线回数IlOkV系统电源单母线分段进2回2回35kV炼钢厂1单母线分段出1回4回901线1出1回备用出2回IOkV机械厂3单母线分段出1回8回饲料厂3出1回炼油厂2出1回糖厂2出1回市政3出1回面粉厂3出1回备用出2回四、短路电流计算短路的危害：（1）通过故障点0短路电流和所燃起0电弧，使故障元件损坏；（2）短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力B¾作用，引起他们的损坏或缩短他们的使用寿命；（3）电力系统中部分地区B¾电压大大减少，破坏顾客工作的稳定性或影响工厂产品质量；（4）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统瓦解。1.本变电站短路电流计算用标幺值进行计算，基准容量SB=IOoMVA,线路每相每公里电抗值Xo=O.4km基准电压UB取各级的平均电压，平均电压为1.05额定电压：额定电压(KV)1103510平均电压(KV)1153710.5由于本变电站所用三绕组变压器为降压变压器，因此其各电压侧阻抗电压恰好与变压器铭牌标示0¾相反，即：阻抗电压Udl-2%Udl-3%Ud2-3%10.5176其中，三绕组变压器电抗标幺值：Utii%=Ut2i%=12(Udi2%+Udi3%一Ud2-3%)=0.5×(10.5+17-6)=10.75U2%=U22%=l2(Udl-2%+Ud2-3%-Udl-3%)=0.5×(10.5÷6-17)=-0.25Ui3%=U23%=l2(Ud2-3%+Udi-3%-Ud-2%)=0.5×(6+17-10.5)=6.25则:Xn2i%100SbSn=10.75÷100×100÷10=1.075Xi2-X22zzOX13X23Ui3%100Sb/Sn6.25+100X100410=0.625线路的电抗标幺值：Xli*=Xi=Xo1SbUb2=0.4×100×100÷1152=0.3025系统电抗标幺值，由于规定三相短路电流，因此用最大运行方式下的系统电抗:Xs*=XsminSbSs=O.2×100÷1250=0.0161） IlOkV侧（Kl点）发生三相短路时：等值网络图如下：WiXsXlyVWIKl此时短路点总电抗标幺值为:Xho*=Xs*+Xl=O.016+0.3025÷2=0.16725电源对短路点的计算阻抗为：Xbsho=Xiio*SsSb=O.16725×1250÷100=2.09通过查“水轮发电机运算曲线数字表”得：ho/*=。.509I“*=0.525I”*=0.525I“*=0.525IlOkV侧B¾基准电流为：Ibi10=Sb3/Ubi10=100÷3÷115=0.502(kA)短路电流有名值为：I(O)*=I(0)*Ibho=O.509×0.502=0.256(kA)Id)4=1(1)*Ibho=O.525×0.502=0.264(kA)I"二1“*Ibuo=O.525×0.502=0.264(kA)1(4)=I(4)Ibuo=O.525×0.502=0.264(kA)冲击电流为：icj=2.55I(0)55×0.256=0.653(kA)2） 35kV侧（K2点）发生三相短路时：等值网络图如下：此时短路点总电抗标幺值为：X35*=Xs*+X*+X*+X2*=0.016+0.3025÷2+(1.075+0)/2=0.70475电源对短路点的计算阻抗为：Xbs35=X35*SsSb=0.70475×1250÷100=8.809>3.45当Xbs>3.45时，求短路电流不用查表法，用倒数法：I"*=IJ=1Xbs35=i÷0.70475三l.41894335kV侧B¾基准电流为：Ib35=Sb3/Ub35=100÷3÷37=l.56(kA)短路电流有名值为：Ia=lrt*Ib35=I.418943×1.56=2.213551(kA)冲击电流为：icj三2.55=2.55X2.213551=5.645(kA)3） IOkV侧(K3点)发生三相短路时：此时短路点总电抗标幺值为:等值网络图如下:Xio*=Xs*+Xl*÷Xti*+Xt3*=O.016+0.3025÷2+(1.075+0.625)/2=1.017电源对短路点B¾计算阻抗为：Xbsio=Xio*SsSb=1.017×1250÷100=12.716>3.45当Xbs>3.45时，求短路电流不用查表法，用倒数法：IU=1Xbs35=1÷1.017=0.983284IOkV侧的基准电流为：Ibio=Sb3/Ubio=100÷3÷10.5二5.499(kA)短路电流有名值为：Iu=Im*Ibio=O.983284×5.499三5.40708(kA)冲击电流为：icj=2.55=2.55X5.40708=13.78805(kA)系统最大运行方式下的I二相短路电流短路点Os短路电流(kA)Is短路电流(kA)2s短路电流(kA)4s短路电流(kA)稳态短路电流(kA)冲击电流(KA)Kl(IlOKV)0.2560.2640.2640.2640.653K2(35KV)2.2145.645K3(IOKV)5.40713.788五、重要电气设备的选择1.断路器及校验目前，使用得最多的是少油断路器，六氟化硫断路器和空气断路器。、UoKV断路器选择：1)电压Ug(电网工作电压)Un(断路器额定电流)；UGnokV2)电流IgMAX(最大工作电流)L(断路器额定电流)。lNIMAx三Szma3UN三14.62MVA÷3÷110kV=77A3)开断电流：IdtWIkd。IkdNO.256kA4)动稳定：IChWIMAXoIMAXN0.6528kA由以上条件查“35500kV高压断路器技术数据表”选出断路器如下：型号额定电压(KV)额定电流（八）开断容量(MVA)额定开端电流(KA)极限通过电流(KA)热稳态电流(KA)固有分闸时间(三)合闸时间(三)峰值5sSW4-110/1000110100018.455210.060.255)热稳定校验：IJtdzWIjt。由上表，断路器分闸时间为0.06s,设过流保护动作时间2s,则t=0.06+2=2.06(s),二17晨二1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdz=L67o则：leo2tdz=0.2562×1.67=0.109,It2t=2×5=2205>0.109因此所选择的断路器满足规定。、35Kv断路器选择：D电压Ug(电网工作电压)Un(断路器额定电流)；UNN35kV2）电流IgMAX（最大工作电流）L（断路器额定电流）。InIMAx=Szmax3U=6.86MVA÷3÷35kV三113A3）开断电流：IdtWIkd。IkdN222kA4）动稳定：IchWLlAXoImax5.65kA由以上条件查“35500kV高压断路器技术数据表”选出断路器如下:型号额定电压(KV)额定电流（八）开断容量(MVA)额定开端电流(KA)极限通过电流(KA)热稳态电流(KA)固有分闸时间(三)合闸时间(三)峰值4sDW6-35/400354006.6196.60.10.275)热稳定校验：Ig2tdzWL2t0由上表，断路器分闸时间为Sls,设过流保护动作时间2s,则t=0.1+2=2.1(s),B=IVloo=I,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdz=L67o22贝Ij:Iootdz=2.222×1.67=8.34,Itt=6.62×4=174,24>8.34因此所选择的断路器满足规定。、IoKv断路器选择：D电压Ug(电网工作电压)WUN(断路器额定电流)；UnIOkV2）电流IgMAX（最大工作电流）L（断路器额定电流）。lNIMAx=Szmax3U=7.76MVA÷3÷10kV三448A3）开断电流：IdtWIkd。Ikd5.4kA4）动稳定：Ich<Iwx°IMAXN13.79kA由以上条件查"IOkV高压断路器技术数据”选出断路器如下:型号额定电压(KV)额定电流（八）开断容量(MVA)额定开端电流(KA)极限通过电流(KA)热稳态电流(KA)固有分闸时间(三)合闸时间(三)峰值2sSN10-10I/630106301640160.050.25)热稳定校验：IsdZIt2to由上表，断路器分闸时间为0.05s,设过流保护动作时间2s,则t=0.05+2=2.05(5) ,=I7i=l通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdz-l.67o则：Ioo2tdz=5.42×1.67=48.6972,It2t=162×2=512>48.6972因此所选择0断路器满足规定。2 ,隔离开关隔离开关选择技术条件与断路器相似。对IlOkV,35kV出线线路侧隔离开关选用带接地刀闸的。、IloKV隔离开关选择：1）电压Ug（电网工作电压）Un（断路器额定电流）；UnIlOkV2）电流IgMAX（最大工作电流）In（断路器额定电流）。lNIgMAx三Szmax3Ux=14.62MVA÷3÷110kV=77A3）开断电流：IdtIkdoIkdNO.256kA4）动稳定：Ieh【MAX。ImxNO6528kA由以上条件查变电站设计参照资料选出户外隔离开关如下：型号额定电压（KV）额定电流（八）动稳定电流（KA）热稳态电流（KA）GW4-1101106005015.85）热稳定校验：由上表,隔离开关分闸时间为006s,设过流保护动作时间2s,则t=0.06+2=2.06（s）,B=l'7l8=l,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdz=L67o则:lJtdz=O.2562×1.67=0.109,It2t=212×5=2205>0.109因此所选择B¾隔离开关满足规定。、35KV隔离开关选择：D电压Ug（电网工作电压）Un（断路器额定电流）；UN235kV2）电流IgMAX（最大工作电流）L（断路器额定电流）。In2IgMAX=SZInaX/遍以=6.86MVA÷3÷35kV=113A3)开断电流：IdtWlkdoIkdN2.22kA4)动稳定：IChWIMAX。Imax5.65kA由以上条件查变电站设计参照资料选出户外隔离开关如下:型号额定电压（KV）额定电流（八）动稳定电流（KA）热稳态电流（KA）GN2-35T354005214(5s)5）热稳定校验：zit2to由上表，隔离开关分闸时间为0.1s,设过流保护动作时间2s,则t=0.1+2=2.1（s）,B=I7loo三l,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdz=L67oT2j_9T21n则：ItdZ=2.222×1.67=8.34,Itt=6.62×4=174.24>8.34因此所选择的隔离开关满足规定。、IOKV隔离开关选择：1）电压Ug（电网工作电压）<Un（断路器额定电流）；UnIOkV2）电流IgMAX（最大工作电流）In（断路器额定电流）。lNIgMAx三Szmax3UN=7.76MVA÷3÷10kV=448A3）开断电流：LtLdoIkd5.4kA4)动稳定：IChWlMAX。IMAXe13.79kA由以上条件查变电站设计参照资料选出户外隔离开关如下:型号额定电压（KV）额定电流（八）动稳定电流（KA）热稳态电流（KA）GN19-IOXT106305020(4s)5）热稳定校验：ldzIt2to由上表，隔离开关分闸时间为0.05s,设过流保护动作时间2s,则t=0.05+2=2.05（s）,=IVloo=I,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdz=L67o贝hI2tdz=5.42×1.67=48.6972,L2t=162×2=512>48.6972因此所选择的隔离开关满足规定。3 .母线选择与校验1）软母线：110kV,35kV配电装置H母线采用钢芯铝绞线。2）硬母线：IOkV母线采用硬母线。、IloKV母线选择：D按最大工作电流选择导线截面S:IgMXK0IY：IgMAX=SZmaX3Un=14.62MVA÷3÷110kV=77AKB取0.89,则：Iy77÷0.89=86.52（八）查“钢芯铝绞线长期容许载流量表”可选出导线：导线型号：LGJ-95导体最高容许温度钢芯铝绞线长期容许载流量（八）70°33080°3522)热稳定校验：SSmin-10o/CeJtdZC取87,tdz取1.67,Ico=O.256kV则：Smin=Ig/Ctdz=256÷87×L67=3.802585(mm2)<95mm2因此所选择B母线满足规定。、35KV母线选择：D按最大工作电流选择导线截面S：IgMAXKIy：IgMAX=SZmaX3Un=6.86MVA÷3÷35kV=113AKU取0.89,则：Iy113÷0.89=126.97（八）查“钢芯铝绞线长期容许载流量表”可选出导线:导线型号：LGJ-240导体最高容许温度钢芯铝绞线长期容许载流量（八）70°61080°6132)热稳定校验：SSmin-'ICetdzC取87,tdz取1.67,Ioo=2.22kV则：Smin=ICtdz=2220÷87×L67=32.97544(mm2)<240mm2因此所选择的母线满足规定。、IOKV母线选择:1)按最大工作电流选择导线截面S:IgMAXK()I:IgMAX=SZmaX/遍UN=7.76MVA÷3÷10kV=448AK取0.89,则:Iy448÷0.89=503.37（八）查“钢芯铝绞线长期容许载流量表”可选出导线：导体尺寸hb(mm2)：单条平放63x6.3矩形铝导体长期容许载流量（八）8722)热稳定校验：SminI/Ce*tdzC取87,tdz取1.67,Ioo=5.4kV则：Smin=ICtz=5400÷87×L67=80.21078(mm2)<963X6.3=396.9mm3)动稳定校验：OmaXWoyOy取69×10a对单条矩形母线：Oma=1.73ich2PL2/(aw)×10-8pa上式中ich=13.79kA,L=l.2m,w=0.167bh2(m3),a=0.25m,B-1,b-6.3mm,h-63mmo则：max=l.73×13.792×1×1.22÷(O.25×0.167×O.0063×O.0632)XlO-8=0.33(pa)可见°max远不大于°yo因此所选择B母线满足规定。4 .电压互感器选择由变电站设计参照资料可选出：110KV：3×JDC-11035KV：3XJDXN-35配熔断器:RW9-3510KV：3×JDZJ-105 .电流互感器选择由变电站设计参照资料可选出：110KV：LCWD-Iio35KV：LCWD-35W10KV：LZZl-IO