110KV变电站设计 (2).doc

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1、第一章 系统资料及变电站负荷情况第一节 系统资料系统容量为1500MVA，变电站有两回110KV线路与50Km外的系统连接，系统在最大运行方式下的电抗为0.2；在最小运行方式下的电抗为0.3；第二节 变电站负荷情况1、 35KV 负荷 35KV出线四回、容量为36MVA，其中一、二类负荷两回、容量为16MVA ；2、 10KV 负荷 10KV出线六回、容量为10 MVA，其中一类负荷两回、容量为3.7 MVA，二类负荷三回、容量为5.3 MVA；3、 总负荷 总容量为46 MVA，其中一、二类负荷有25 MVA；4、 同时率 负荷同时率为85%，线损率为5%；5、 其它 10KV903线为电缆

2、出线，其余出线均为架空线出线，详细数据见表1-1： 35KV、10KV负荷情况表 表1-1：电压等级负荷名称容 量（MVA）负荷性质（类）距 离（Km）10KV9012.5一1.59023.5二19031.2一1机械厂1二2水厂0.8二1.5市政用电1三135KV3018一、二103028一、二1030310三830410三6第二章 电气主接线方案第一节 设计原则及基本要求1、设计原则若有一类负荷，应采用双电源或双回路供电，当采用双回路供电时每回路要分接在不同的母线上。2、基本要求 1)、可靠性高： 断路器检修时能否不影响供电； 断路器或母线故障时停电时间尽可能短和不影重要用户的供电； 2)、

3、灵活性： 调度灵活、操作简便、检修安全、扩建方便；3)、经济性： 投资省、占地面积小、电能损耗小。第二节 主变压器选择1、确定主变压器数量 由于变电站是单侧电源供电，且有一、二类重要负荷，为保证供电的可靠性，计划装设两台并联运行的主变压器，初步选择两个接线方案，如第四页供电接线方案图所示。2、选定变压器容量 变电站有35KV、10KV两个电压等级用户，35KV、10KV的最大负荷分别为： S35 = 36 MVA； S10 = 10 MVA； 负荷同时率 K1 = 0.85；线路损耗 K2 = 1.05； 最大综合负荷分别为： S35ZMAX = K1 K2 S35 = 0.85 1.05 3

4、6 = 32.13(MVA) S10ZMAX = K1 K2 S10 = 0.85 1.05 9.3 = 8.925(MVA) 由于一般电网的变电站约有25%的非重要负荷，考虑到当一台变压器停用时，应保证对60%负荷供电，再考虑变压器的事故过负荷有40%的能力，可保证对84%负荷供电，故每台变压器的容量按下式选择： Se = 0.6 ( S35ZMAX + S10ZMAX ) Se = 0.6( 32.13 + 8.925 ) = 24.63 MVA 按计算可选择每台变压器容量为25MVA，但考虑到510年的负荷发展容量，单台变压器的容量确定为31.5MVA， 此时每台三卷变压器低压侧负荷为变

5、压器容量的14.17%，接近15%，主要是考虑到供电区域内低压负荷增长很快。3、 选定变压器由于变电站具有三种电压等级，正常负荷通过变压器各侧绕组的功率达到15%以上，故选用三绕组变压器，型号为SFS7-31500/110；容量比为100/100/50。根据实际情况确定配置有载调压装置，使变电站系统具有供电可靠、设备少、接线简单、运行安全、灵活性好的优点。第三节 候选方案按以上设计原则和基本要求，35KV、10KV出线均有一类负荷，但应有双电源供电；为了提高供电可靠性、同时节省投资、减少占地面积，35KV、10KV母线均采用单母线分段；110KV配电装置用外桥形接线；现提供两个常规主接线候选方

6、案如下图所示：两个方案中110KV进线、10KV出线侧相同，不同的是方案四采用两台31.5MVA的三卷变压器、35KV侧使用了7组断路器；方案二采用了两台31.5MVA的双卷变压器加两台6.3MVA的双卷变压器、35KV侧使用了9组断路器。第四节 候选方案技术经济比较 1、技术比较 方案二接线清晰简明，与方案四比较存在以下缺点，主变压器台数增加一倍，断路器和隔离开关相应增多，故障概率相应较高、维护检修的次数和时间相应较多、供电可靠性相对较低；保护整定相对复杂、操作相对增多、调度运行的灵活性降低； 低压负荷多通过一次电压变换，增加电能损耗，主变压器和设备较多，增大占地面积、投资增大、经济性差；2

7、、经济比较1）、综合投资Z按常规主要比较两个方案中选用设备的不同部分 Z = Z0（ 1 + ） （万元） 其中: Z0 -主体设备的综合投资。 a - 不明的附加费用比例系数；110KV变电站取 90 。 方案四 每台主变160万元、35KV断路器和刀闸每组约5.5万元 Z0 = 570 （万元） Z = 1083 （万元） 方案二 Z0 = 760 （万元） Z = 1444 （万元） 2）、年运行费用U U = A 10-4 + U1 + U2 （万元） 其中 U 1 -小修维护费，取0.042 Z ; U2 -折旧费， 取0.058 Z ； -电能价格， 暂定按每千瓦时0.4元计算；

8、A -变压器年电能损耗总值，Kwh； 方案四 A = 2520000 （Kwh） U = 209.1 （万元） 方案二 A = 4752000 （Kwh） U = 334.5 （万元）第四节 侯选方案技术经济比较 方案二接线清晰简明，与方案四比较存在以下缺点：主变压器台数增加一倍，断路器和隔离开关相应增多，故障概率相应较高、维护检修的次数和时间较多、供电可靠性相对较低；保护整定以上方案比较，方案四的供电可靠性、调度运行灵活性、经济性均优于方案二，故选用方案四。第三章 短路电流计算 用标么值进行计算，基准容量Sj = 100 MVA ，基准电压Uj 用各级的平均额定电压，电抗标么值计算如下：第一

9、节 变压器及线路电抗 1、变压器电抗 X*1-2 = 其中 Ud1-2 % = 10.5 Ud1-3 % = 18 Ud2-3 % = 6.5 Se1-2 = Se1-3 = Se2-3 = 31.5 MVA X*1-2 = = = 0.333 X*1-3 = = 0.571 X*2-3 = = 0.206 X*1 = = 0.349 X*2= = = - 0.016 通常认为X*2 = 0 X*3 = = = 0.2222、线路电抗 X* = 其中：X0 -线路每相每公里电抗值，取X0 = 0.4 /KM L - 线路长度 KM 1）、110KV线路： X* = = = 0.151 2)、3

10、5KV线路： X*-301 = = = 0.292 X*-302 = = = 0.292 X*-303 = = = 0.234 X*-304 = = = 0.175 3）、10KV线路： X*-901 = = = 0.544 X*-902 = = = 0.363 X*-903 = = = 0.073 X*-机械厂 = = 0.726 X*-水厂 = = = 0.545 X*-市政 = = = 0.363 3、系统电抗： XS* = 其中：XS 为系统电抗；最大运行方式时XS min = 0.2 最小运行方式时XS MAX = 0.3 SS 为系统容量 1500MVA XS* MAX = = =

11、 0.02 XS* min = = = 0.013 系统的正序阻抗（标么值）图如下： 1）、d1点三相短路在d1点三相短路时短路点总电抗为：系统最大运行方式 X 0.013 + = 0.089系统最小运行方式 X 0.02 + 0.151 = 0.171 2）、d2点三相短路在d2点三相短路时短路点总电抗为:系统最大运行方式 X 0.013 + + = 0.263系统最小运行方式 X 0.02 + 0.151 + 0.349 = 0.523）、d3点三相短路在d3点三相短路时短路点总电抗为:系统最大运行方式 X 0.013 + = 0.375系统最小运行方式X 0.02 + 0.151+ 0.

12、349 + 0.222 = 0.7424、电源计算电抗： 短路电流是由系统供给，可将系统看作一台等值发电机，故须将基准容量改为1500 MVA，电源对短路点的计算阻抗为： XjS = 1）、d1点三相短路 d1点三相短路时短路点计算总电抗为：系统最大运行方式 XjS = = = 1.334 系统最小运行方式 XjS = = = 2.565 2）、d2点三相短路 d2点三相短路时短路点计算总电抗为：系统最大运行方式 XjS = = = 3.945 系统最小运行方式 XjS = = = 7.83）、d3点三相短路 d3点三相短路时短路点计算总电抗为：系统最大运行方式 XjS = = = 5.619

13、系统最小运行方式 XjS = = = 11.13第二节 短路电流计算 以供电电源为基准计算电抗XjS 3时，不考虑短路电流同期分量的衰减： *Z =” * = * 其中：*Z -短路电流周期分量的标么值； ” * - 0秒短路电流周期分量的标么值； * - 时间为短路电流周期分量的标么值； X* -电源对短路点的等值电抗标么值；1、d2点短路电流 d2点短路时的短路电流： *Z =” * = *= = = 0.253 有效值： Z = ” * j j = = = 23.41 Z =” * j = 0.25323.41 = 5.923 (KA)2、d3点短路电流 d3点短路时的短路电流： *Z

14、=” * = *= = = 0.178 有效值： Z = ” * j j = = = 82.48 Z =” *j = 0.17882.48 =14.68 (KA) 3、d1点短路电流： 由于XjS 3，按有限电源对短路点短路，假定电源为汽轮发电机组，以电源容量为基准的计算电抗按XjS 值查相应的发电机运算曲线图，可得到短路电流周期分量的标么值* 。 t = 0 时，* = ” * = 0.772按式 ” = ” * e e - 电源的额定电流 KA e = = = 7.531 (KA) ” = ” * e = 0.7727.531 = 5.814 (KA) I = ” = 5.814 (KA)

15、 4、短路冲击电流 ich = Kch ” = 2.55” d1 点短路时： ich = 2.55” = 2.555.814 = 14.83 (KA) d2 点短路时： ich = 2.55” = 2.555.923 = 15.1(KA) d3点短路时： ich = 2.55” = 2.5514.68 = 37.43 (KA) 第四章 电气设备选择第一节 断路器目前，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。按最新趋势：变电站内开关应无油化，根据六氟化硫断路器、空气断路器在实际应用中表现出的稳定性、可靠性，110KV断路器选用六氟化硫断路器、35KV和10KV断路器选用真空断路器。

16、1、断路器选用的技术条件：1）、电压 UgUe 其中 Ug电网工作电压； Ue断路器额定电压； 2）、电流 IgMAXIe 其中 IgMAX最大工作电流； Ie断路器额定电流； 3）、开断电流 IdtIkd 其中 Idt -断路器开断最大暂态短路电流； Ikd - 断路器的额定开断电流 ； 4）、动稳定 ichiMAX 其中 ich -通过断路器的冲击电流； iMAX -断路器极限通过电流峰值； 5）、热稳定 I2tdzIt2t 其中 I -稳态三相短路电流； It -断路器t秒热稳定电流； tdz -短路电流发热等值时间 ； 2、110KV断路器：110KV断路器的工作条件如表4-1所示。

17、110KV断路器工作条件 表4-1序号项目内容符号单位数值备注1电网工作电压UgkV1102最大工作电流IgMAXA2203开断电流（最大暂态短路电流）IdtkA5.8144动稳定（短路冲击电流）ichkA14.835热稳定（稳态三相短路电流）IkA5.8146短路电流发热等值时间tdzS17tdz= tz+0.052 ” = ” / I = 1 假设流过保护动作时间为2秒，断路器跳闸时间为0.03秒，t =2.03秒，查相关资料-短路电流周期分量发热等值时间曲线得tz =1.65秒； tdz= tz+ 0.052 = 1.65 + 0.051 = 1.7秒 110KV六氟化硫断路器OFPT（

18、B）-110型的主要技术数据如表4-2所示。 OFPT（B）-110六氟化硫断路器的主要技术数据 表4-2序号项目内容符号单位数值备注1额定电压UekV1102最高工作电压UeMAXkV1263额定电流IeA12504额定开断电流IkdkA255极限通过电流峰值iMAXkA636短路电流热稳定值ItkA257短路电流热稳定值tS38固有分闸时间tms309合闸时间tms12010额定开断时间tHz3 I2 * tdz = 5.81421.7 = 57.46 It2* t = 252 2.03 = 1268 I2 * tdz It2* t 满足热稳定要求根据110KV断路器的工作条件和OFPT（

19、B）-110六氟化硫断路器的主要技术数据，选用六氟化硫OFPT（B）-110断路器完全满足技术条件要求。 3、35KV断路器：35KV断路器的工作条件如表4-3所示。 其中 ” = = 1假设流过保护动作时间为3秒，断路器跳闸时间为0.08秒，t =0.08+3=3.08秒，查相关资料-短路电流周期分量发热等值时间曲线得tz =2.5秒；tdz= tz+ 0.052 = 2.5 + 0.051 = 2.55秒 35KV断路器工作条件 表4-3序号项目内容符号单位数值备注1电网工作电压UgkV352最大工作电流IgMAXA5303开断电流（最大暂态短路电流）IdtkA5.9234动稳定（短路冲击

20、电流）ichkA15.15热稳定（稳态三相短路电流）IkA5.936短路电流发热等值时间tdzS2.55tdz= tz+ 0.052 35KV户外高压真空断路器ZW-40.5型的主要技术数据如表4-4所示。 ZW-40.5型户外高压真空断路器的主要技术数据 表4-4序号项目内容符号单位数值备注1额定电压UekV40.52最高工作电压UeMAXkV3额定电流IeA16004额定开断电流IkdkA205极限通过电流峰值iMAXkA506短路电流热稳定值ItkA207短路电流热稳定值tS48固有分闸时间tms9合闸时间tms10全开断时间tms80 I2 * tdz = 5.92322.55 = 8

21、9.46 It2* t = 2024 = 1600 I2 * tdz It2* t 满足热稳定要求根据35KV断路器的工作条件和ZW-40.5型户外高压真空断路器的主要技术数据，选用ZW-40.5型户外高压真空断路器完全满足技术条件的要求。4、 10KV断路器：10KV断路器的工作条件如表4-5所示。 10KV断路器工作条件 表4-5序号项目内容符号单位数值备注1电网工作电压UgkV102最大工作电流IgMAXA5153开断电流（最大暂态短路电流）IdtkA14.684动稳定（短路冲击电流）ichkA37.435热稳定（稳态三相短路电流）IkA14.686短路电流发热等值时间tdzS2.08t

22、dz= tz+ 0.052 ” = ” / I = 1假设流过保护动作时间为2秒，断路器跳闸时间为0.08秒，t =0.08+3=2.08秒，查相关资料-短路电流周期分量发热等值时间曲线得tz =1.7秒； tdz= tz+ 0.052 = 1.7 + 0.051 = 1.75秒 10KV户内高压真空断路器ZN12-10型的主要技术数据如表4-6所示。 ZN12-10型户内高压真空断路器的主要技术数据 表4-6序号项目内容符号单位数值备注1额定电压UekV102最高工作电压UeMAXkV12.63额定电流IeA12504额定开断电流IkdkA31.55极限通过电流峰值iMAXkA806短路电流

23、热稳定值ItkA31.57短路电流热稳定值tS38分闸时间tms0.0659合闸时间tms0.07510雷电冲击耐受电压（全波）kV75 I2 * tdz = 14.6821.75 = 377.13 It2* t = 31.523 = 2977 I2 * tdz It2* t 满足热稳定要求 根据10KV断路器的工作条件和ZN-10型户内真空断路器的主要技术数据，选用ZN12-10型户内真空断路器完全满足技术条件要求。第二节 隔离开关选择1、隔离开关选择的技术条件 1）、电压 UgUe 2）、电流 IgMAXIe 3）、动稳定 ichiMAX 4）、热稳定 ItdzIt2t 2、110KV隔离

24、开关110KV隔离开关的工作条件如表4-7所示。 100KV隔离开关工作条件 表4-7序号项目内容符号单位数值备 注1电网工作电压UgkV1102最大工作电流IgMAXA2203最大暂态短路电流IdtkA5814动稳定电流ichkA14835热稳定电流IkA5814 110KV高压隔离开关GW4110D2型的主要技术数据如表4-8所示 GW4110D2型高压隔离开关的主要技术数据 表4-8额定电压（kV）最大工作电压（kV）额定电流（A）接地刀电流（A）极限通过电流（kA）5S热稳定电流（kA）备 注有效值峰值1101261250200325521双地刀 根据110KV隔离开关的工作条件和GW

25、4110D2型高压隔离开关的主要技术数据，选用GW4110D2型高压隔离开关完全满足技术条件要求。3、35KV隔离开关35KV隔离开关的工作条件如表4-9所示。 35KV隔离开关工作条件 表4-9序号项目内容符号单位数值备 注1电网工作电压UgkV352最大工作电流IgMAXA5303最大暂态短路电流IdtkA59234动稳定电流ichkA15.15热稳定电流IkA59335KV高压隔离开关GW435D型的主要技术数据如表4-10所示。 GW435D型高压隔离开关的主要技术数据 表4-10额定电压（kV）最大工作电压（kV）额定电流（A）接地刀电流（A）极限通过电流（kA）2S热稳定电流（kA

26、）备 注有效值峰值3540.51250305020单地刀 根据35KV隔离开关的工作条件和GW435D型高压隔离开关的主要技术数据，选用GW435D型高压隔离开关完全满足技术条件要求。5、 10KV隔离开关 10KV隔离开关的工作条件如表4-11所示。 10KV隔离开关工作条件 表4-11序号项目内容符号单位数值备 注1电网工作电压UgkV102最大工作电流IgMAXA5153最大暂态短路电流IdtkA14.684动稳定电流ichkA37.435热稳定电流IkA14.68 10KV高压隔离开关GN1510型的主要技术数据如表4-12所示。 GN1510型户内隔离开关的主要技术数据 表4-12额

27、定电压（kV）额定电流（A）极限通过电流峰值（kA）5s热稳定电流（kA）备 注1010007530单地刀 根据10KV隔离开关的工作条件和GN1510型户内隔离开关的主要技术数据，选用GN1510型户内隔离开关完全满足技术条件要求。第三节 母线选择与校验1、软母线 110KV和35KV户外配电装置的母线按常规采用钢芯铝绞线。1） 、按最大工作电流选择导线截面S110KV母线：总综合负荷为（S35ZMAX + S10ZMAX = 8.925+32.13 =）41.06MVA，母线最大工作电流为 IgMAX = = = 215.5 (A) Iy为环境温度为+250C时导体长期允许载流量，由相关资

28、料查出：LGJ95导线在导体最高允许温度+700C时Iy=330A，在导体最高允许温度+800C时Iy=352A，K为温度修正系数，在导体最高允许温度+800C、实际环境温度为+400C、海拔高度1000米及以下时，K=0.83,K* Iy = 0.83352= 292 A K* Iy IgMAX 所选择的导线截面满足最大工作电流的要求。 35KV母线： 综合负荷为（S35ZMAX =） 32.13 MVA，母线最大工作电流为 IgMAX = = = 530 (A) Iy为环境温度为+250C时导体长期允许载流量，由相关资料查出：LGJ300导线在导体最高允许温度+700C时Iy=720A，在

29、导体最高允许温度+800C时Iy=765A，K同上。K* Iy = 0.83765= 635 A K* Iy IgMAX 所选择的导线截面满足最大工作电流的要求。2)、热稳定校验110KV母线 应满足 SSmin = 其中 ：C为热稳定系数，铝母线时C = 87； tdz为短路电流发热等值时间，由以上算得tdz=1.7 I为稳态三相短路电流，由以上算得I = 5.814KA Smin = = 87.8 mm2 Smin S 热稳定校验符合要求。 35KV母线 应满足 SSmin = 其中 ：C为热稳定系数，铝母线时C = 87； tdz为短路电流发热等值时间，由以上算得tdz=2.55 I为稳

30、态三相短路电流，由以上算得I = 5.93 KA Smin = = 109.1 mm2 Smin S 热稳定校验符合要求。 2、硬母线10KV配电装置设计为户内式，故母线选用硬母线。 1） 、按最大持续工作电流选择母线截面应满足 IgMAX K* Iy ；由以上计算得：IgMAX = 515 A ，由相关资料查得：选用单条平放636.3矩形铝导体的长期允许载流量Iy = 872 A ，K = 0.83 ,则有 K* Iy = 8720.83 = 723 A K* Iy IgMAX 所选导体截面符合最大工作电流的要求。2） 、热稳定校验应满足 S Smin = ； Smin = = = 221

31、mm2 Smin S 热稳定校验符合要求。 3）、动稳定校验应满足 maxy ； 式中：y -母线材料的允许应力，硬铝y = 69106 Pa max -作用在母线上最大应力，对单条矩形母线有 max =1.73 i2ch 10-8 Pa ich-短路冲击电流，ich = 37.43 KA L-支持绝缘子间的跨距，L=1.2 m W-截面系数，对单条平放时W = 0.167 bh2 b-母线厚度，（m） h-母线宽度，（m） -母线相间距离，= 0.25m -振动系数，=1 max = 1.7337.432 10-8 = 33.42106 Pa maxy 动稳定校验符合要求。 第四节 10KV

32、电缆选择与校验 变电站10KV903出线是电缆出线，故应进行10KV电缆选择与校验。1、 按额定电压选择 应满足 UgMAXUe ；2、按最大持续工作电流选择电缆截面S 应满足 IgMAX K*Iy ； 式中： K-温度修正系数，由相关资料查得，环境温 度为+400C，缆芯工作温度为+650C时，K =0.791 IgMAX = = = 69.3 A 由相关资料查得：缆芯截面50mm2长期允许载流量在空气中敷设时Iy =120（105） A，在土中直埋敷设时Iy =130（115） A， K*Iy =0.791105=83.1 A K*Iy IgMAX 选用50 mm2 缆芯截面电缆满足最大持

33、续工作电流的要求。3、按经济电流密度选择电缆截面应满足 S= 式中：J-经济电流密度， 由相关资料查得：最大负荷利用小时数为30005000小时，铝芯电缆J=1.73 （A/ mm2 ） S = = = 40 mm2 所选用50 mm2 缆芯截面电缆符合经济电流密度选择的要求。4、热稳定校验应满足 SSmin = 式中： C = 95 tdz -短路电流发热等值时间，只考虑速动保护动作，设断路器跳闸时间为0.1、保护动作时间为0.1； t = 0.1+ 0.1 = 0.2 秒，= 1,查相关资料得：tz = 0.17秒, tdz = tz + 0.05= 0.22秒；取d3点短路电流值：I =14.68 (KA)； Smin = = 70.2 mm2 SSmin ，原所选缆芯截面不满足热稳定校验的要求，重新选取S = 70 mm2 缆芯截面的电缆。 5、按允许电压降校验 应满足 U% = 5 % 其中： -电阻率，取=0.029mm2 /m ； L-电缆长度，（Km）； U% =