110KV降壓變電站電氣一次系統(tǒng)設計

1、110KV降壓變電站電氣一次系統(tǒng)設計原始資料如下：（一）電壓等級110/35/10KV地方降壓變電站（二）負荷情況 35KV側：最大27MW，最小13MW，年最大持續(xù)時間6000小時，COS&=0.85 10KV側：最大16MW，最小10MW，年最大持續(xù)時間6000小時，COS&=0.85（三）出線回路 110KV側 2回（架空線） 35KV側 8回（架空線） 10KV側 10回（其中 電纜4回）（四）系統(tǒng)情況 S1系統(tǒng)110KV母線短路容量2000MVA，S2系統(tǒng)110KV母線短路容量2500MVA，正常運行方式下，S1與S2無功率交換設計成果：設計說明書一份，短路電流計算書

2、一份，設備表一份，電氣主接線圖、屋內(nèi)外配電裝置設計圖、防雷及接地保護設計圖、總平面布置圖共6-8張2變電所主變的選定2.1 概述在發(fā)電廠和變電所中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器。主變壓器的容量，臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置結構。變電所主變壓器容量，除應根據(jù)傳遞容量基本資料外，還應按510年規(guī)劃符合來選擇。根據(jù)城市規(guī)劃、負荷性質(zhì)、電網(wǎng)結構等綜合考慮確定其容量。對重要變電所，應考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力允許范圍內(nèi)，應滿足類和類負荷的供電；對 一般性變電所，當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應能滿足全部負荷的70%80%2。變電所主變壓器的

3、臺數(shù)與電壓等級、接線形式、傳輸容量以及和系統(tǒng)的聯(lián)系有密切關系。通常與系統(tǒng)具有強聯(lián)系的樞紐變電所，在一種電壓等級下，主變壓器應不少于2臺；對于弱聯(lián)系的低壓側電壓為610kv的變電所或與系統(tǒng)的聯(lián)系只是備用性質(zhì)時，可只裝1臺主變壓器；對地區(qū)性孤立的一次變電所或大型工業(yè)專用變電所，可設3臺主變壓器。變壓器是一種靜止電器，運行實踐證明它的工作是比較可靠的。一般壽命為20年，事故率較小，通常設計時，不必考慮另設專用備用變壓器。 按照以上原則確定變壓器容量后，最終應選用靠近的國家系列標準規(guī)格。變壓器的容量系列有兩種：一種是R8容量系列，它是按 倍數(shù)增加的；另一種是國際通用的R10容量系列，它是按照 的倍數(shù)增

4、加的。如容量有100、125、160、200、250、315A等。我國國際標準GB1094電力變壓器確定采用R10系列。 2.2 選擇原則1）主變壓器的臺數(shù)：為保證供電可靠性，變電所一般裝設兩臺變壓器。2）主變壓器的容量：主變壓器容量應根據(jù)510年的發(fā)展規(guī)劃進行選擇，并應考慮變壓器正常運行和事故時的過負荷能力。對裝兩臺變壓器的變電站，每臺變壓器額定容量一般按下式選擇 （2-1） 為變電站的最大負荷。這樣當一臺變壓器停用時，可保證對60%負荷的供電，考慮變壓器的故障過負荷能力為40%，則可保證對84%負荷的供電。3）當系統(tǒng)有調(diào)壓要求時，應采用有載調(diào)壓變壓器，對新建的變電所，從網(wǎng)絡經(jīng)濟運行的觀點考

5、慮，應注意選用有載調(diào)壓變壓器。其所附加的工程造價，通常在短期內(nèi)是可以回收的。4）有三種電壓的變電所，一般采用三繞組變壓器。5）中，小型變壓器通常依靠裝在變壓器油箱上的片狀或管形輻射式冷卻器及電動風扇散發(fā)熱量的自然風冷卻及強迫風冷卻。2.3 對原始資料的分析及變壓器的選擇電壓等級：110/35/10kV負荷性質(zhì)：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城鄉(xiāng)生活用電負荷大?。?5kV側：最大30MW，最小22MW，Tmax=6000h，cos=0.8510KV側：最大15MW，最小10MW，Tmax=6000h，cos=0.85選擇兩臺變壓器，每臺應能負擔最大負荷的60%，所以 =0.6×（38+15）/0.85=

6、37.4(MVA)1）相數(shù)在330kV及以下電力系統(tǒng)中，一般都應選用三相變壓器，所以本設計采用三相變壓器。2）繞組數(shù)本變電所有三個電壓等級，故選用三繞組變壓器。3）繞組接線組別我國110kV及以上電壓、變壓器三相繞組都采用“Yn”連接，35kV采用“Y”連接，其中性點多通過消弧線圈接地；35kV以下高壓電壓，變壓器三相繞組都采用“D”連接。因此本次設計，高壓側及中壓側采用“Yn”，低壓側采用“D”型接線。4）冷卻方式該變電所為中小型變電所，故選用自然風冷冷卻方式。綜上所述變電所最終裝設兩臺40500KVA三相變壓器，型號為：SFS-40500/110相關的參數(shù)如下所示：額定電壓比： 121/3

7、8.5/11kV接線組別： Y0/Y0/-12-11阻抗電壓百分比：高-中：Ud1-2%=17 高-低：Ud1-3%=10.5 中-低：Ud2-3%=6空載電流：0.3%3電氣主接線的擬定和確定3.1 概述電氣主接線是發(fā)電廠，變電所電氣設計的首要部分，也是構成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠，變電所本身運行的可靠性，靈活性和經(jīng)濟性密切相關，并且對電氣設備的選擇，配電裝置的布置的擬訂有較大影響。變電站電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的主要組成部分。它表明了發(fā)電機、變壓器、線路、和斷路器等電氣設備的數(shù)量和連接方式及可能的運行方式，從而完成發(fā)電、變電、輸配電的任務3。它的設計，直接關系

8、著全站電器設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，關系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟運行。主接線的設計是一個綜合性的問題。必須在滿足國家有關技術經(jīng)濟政策的前提下，力爭使其技術先進、經(jīng)濟合理、安全可靠。3.1.1 主接線的設計原則電氣主接線的設計是發(fā)電廠或變電站電氣設計的主體。它與電力系統(tǒng)，電廠動能參數(shù)、本原始資料以及電廠運行可靠性、經(jīng)濟性的要求等密切相關，并對電氣設備選擇和布置、繼電保護和控制方式等都有較大的影響。因此，主接線設計，必須結合電力系統(tǒng)和發(fā)電廠或變電站的具體情況，全面分析有關影響因素，正確處理它們之間的關系，經(jīng)過技術、經(jīng)濟比較，合理地選擇主接線方案4。電氣主接線設

9、計的基本原則是以設計書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設的方針，政策、技術規(guī)定、標準為準繩，結合工程實際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項技術要求的前提下，兼顧運行、維護方便，盡可能的節(jié)省投資，就近取材，力爭設備元件和設計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經(jīng)濟、美觀的原則。1）考慮變電站所在電力系統(tǒng)中的地位和作用變電所所在電力系統(tǒng)中的地位和作用是決定主接線的主要因素。變電所不管是樞紐變電所、地區(qū)變電所、終端變電所、企業(yè)變電所還是分支變電所，由于它們在電力系統(tǒng)中地位和作用不同，對主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟性的要求也不同。2）考慮近期和遠期的發(fā)展規(guī)模變電所主接線設計應根據(jù)5至10年電力系統(tǒng)的發(fā)展

10、規(guī)劃進行。應根據(jù)負荷的大小和分布、負荷的增長速度、以及地區(qū)網(wǎng)絡情況和潮流分布，并分析各種可能的運行方式，來確定主接線的形式以及所連接電源數(shù)和出線回數(shù)。3）考慮負荷的重要性分級和出線回數(shù)多少對主接線的影響對一級負荷，必須有兩個獨立電源供電，且當一個電源失去后，應保證全部一級負荷不間斷供電；對二級負荷，一般要有兩個電源供電，且當一個電源失去后，能保證大部分二級負荷供電；對三級負荷，一般只需一個電源供電。4）考慮主變臺數(shù)對主接線的影響變電所主變的容量和臺數(shù)，對變電所主接線的選擇將產(chǎn)生直接的影響。通常對大型變電所，由于其傳輸容量大，對供電可靠性要求高，因此，其對主接線的可靠性、靈活性要求也高。二容量小

11、的變電所，其傳輸容量小，對主接線的可靠性、靈活性要求低。5）考慮備用容量的有無和大小對主接線的影響發(fā)、送、變的備用容量是為了保證可靠的供電，適應負荷突增、設備檢修、故障停運等情況下的應急要求。電氣主接線的設計要根據(jù)備用容量的有無而有所不同，例如，當斷路器或母線檢修時，是否允許線路、變壓器停運；當線路故障時允許切除線路、變壓器的數(shù)量等，都直接影響主接線的形式。3.1.2 主接線設計的基本要求對變電所電氣主接線的基本要求，概括的說應該包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三反面。1）可靠性所謂可靠性是指主接線能可靠的工作，以保證對用戶不間斷的供電。衡量可靠性的客觀標準是運行實踐。經(jīng)過長期運行實踐的考驗，對以往

12、所采用的主接線經(jīng)過優(yōu)選，現(xiàn)今采用主接線的類型并不多。主接線的可靠性是它的各組成元件，包括一、二次部分在運行中可靠性的總和。因此，不僅要考慮一次設備對供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護二次設備的故障對供電可靠性的影響。同時，可靠性并不是絕對的，而是相對的。一種主接線對某些變電所是可靠的，而對另一些變電所可能是不可靠的。主接線可靠性的具體要求志是：a 斷路器檢修時不影響供電；b 線路、斷路器、母線故障和檢修時，盡量減少停運線路的回數(shù)和停運時間并保證對一級負荷和全部或大部分二級負荷的供電。c 變電所全部停電的可能性應避免；d 有些國家以每年用戶不停電時間的百分比來表示供電可靠性，先進的指標都在99.

13、9%以上。2）靈活性主接線應滿足在調(diào)度，檢修及擴建時的靈活性：a 調(diào)度時：可以靈活的投入和切除變壓器、線路，調(diào)配電源和負荷；能夠滿足系統(tǒng)在事故運行方式下、檢修方式下以及特殊運行方式下的調(diào)度要求。b 檢修時：可以方便的停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢查，且而不至影響電力網(wǎng)的運行和對用戶的供電。c 擴建時：可以容易的從初期過渡到終期接線，使在擴建時，無論一次和二次設備改造量最小。3）經(jīng)濟性經(jīng)濟性主要是投資省、占地面積小、能量損失小。3.2主接線的基本接線形式和適用范圍3.2.1單母線接線這種主接線的特點是整個配電裝置只有一組母線，所有電源和出線都接在同一組母線上。 圖3-1單母分段接線

14、圖這種接線適用于下述配電裝置中：1）610kV配電裝置出線不超過5回時。2）3560kV配電裝置出線回數(shù)不超過3回時。3）110220kV配電裝置出線回數(shù)不超過2回時。3.2.2單母分段接線單母線分段使得線路既有單母線接線簡單、經(jīng)濟、方便的優(yōu)點，又在一定程度上克服了它的缺點，提高了供電可靠性和靈活性。當出線回路增多時，單母線供電不夠可靠，需用斷路器將母線分段，形成單母線分段接線。 圖3-2 單母分段接線圖優(yōu)點：1）對重要用戶可從不同線分段引出兩個回路，使重要用戶有兩個電源供電。2）單母線分段接法可以提供單母線運行，各段并列運行，各段分列運行等運行方式，便于分段檢修母線，減小母線故障影響范圍。3

15、）任一母線發(fā)生故障時，繼電保護裝置可使分段斷路器跳闡，保證正確母線繼續(xù)運行。缺點：1）任一母線故障檢修時，該段母線上的所有回路均需停電。2）當出線為雙母線回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越。3）擴建時需向兩個方向均衡擴建。單母線分段接線適用于下述配電裝置中：1）610kV配電裝置出線回數(shù)為6回及以上時。2）3560kV配電裝置出線回數(shù)為48回時。3）110220kV配電裝置出線回數(shù)為34回時。3.2.3 雙母線及其分段為了避免單母線分段接線，當母線或母線隔離開關故障或檢修時，連接在該段母線上的回路都要在檢修期間長時間停電，而將單母線分段接線發(fā)展成雙母線。這種接線，每一回路都通過一臺斷路器和兩組隔

16、離開關連接到兩組母線上5。1）雙母線的優(yōu)點與單母線接線相比，雙母線具有以下優(yōu)點：a 可以輪流檢修母線而不致中斷供電。只需將要檢修的那組母線上的所有所有元件倒閘操作到另一組母線上。b 檢修任一回路隔離開關時，只停該回路，母線故障后，可迅速恢復供電。c 調(diào)度靈活，各電源和各負荷回路可以任意分配到某一組母線上。d 有利于擴建和便于試驗。 圖3-3雙母接線圖2）適用范圍我國的各級電壓配電裝置采用雙母線的具體條件如下：a 出線帶電抗器的610kV配電裝置；b 3560kV配電裝置當出線回數(shù)大于8回時，或連接電源較多，負荷較大時，可采用雙母線。c 110220kV配電裝置出線回數(shù)大于5回時，一般采用雙母線

17、。3）分段雙母線的應用范圍a 當配電裝置的進線和出線總數(shù)為1216回時，在一組母線上設置分段斷路器。b 當配電裝置的進線和出線總數(shù)超過17回時，在兩組母線上設置分段斷路器。3.2.4變壓器線路接線及橋式接線變壓器線路接線是最簡單的接線。當有兩個變壓器線路接線的回路時在其中間加一連橋，則成橋形接線，如圖 圖3-4內(nèi)橋接線圖橋式接線中，4個回路只有3臺斷路器，是需要斷路器較少的一種接線，但是其靈活性和可靠性較差，只能應用于小型變電站。按連接橋斷路器的位置，可以分為內(nèi)橋和外橋兩種接線。1）內(nèi)橋接線內(nèi)橋的特點是，連接橋斷路器接在線路斷路器的內(nèi)側，因此，線路的投入和切除比較方便。當線路發(fā)生故障時，僅線路

18、斷路器斷開，不影響其他回路運行。但是當變壓器發(fā)生故障時，與該臺變壓器相連的兩臺斷路器都斷開，從而影響了一回未發(fā)生故障的運行。由于變壓器是少故障元件，一般不經(jīng)常切換，因此，系統(tǒng)中應用內(nèi)橋接線較多，以利于線路的運行操作。2）外橋接線外橋接線的特點是連接橋斷路器接在線路斷路器的外側。當線路發(fā)生故障時，需動作與之相連的兩臺斷路器，從而影響一臺未發(fā)生故障的變壓器的運行。因此，外橋接線只能用于線路短、檢修和故障少的線路中。此外，當電網(wǎng)有穿越性功率經(jīng)過變電站時，也采用外橋接線。3.3 對原始資料的分析及草案經(jīng)濟比較3.3.1 初步方案擬訂本站為110kV終端變電站，110kV進線為2回，35kV出線8回，1

19、0kV出線為12回，高壓側由于是2回出線，可以選擇單母分段線和橋型接線。方案1 110kV側：單母分段 35kV側：單母分段 10kV側：單母分段方案2 110kV側：內(nèi)橋型接線 35kV側：單母分段 10kV側：單母分段方案3 110kV側：外橋型接線 35kV側：單母分段 10kV側：單母分段3.3.2 方案比較35kV側有8回出線，10kV側有12回出線，均可以采用單母線、單母分段、單母分段帶旁路和雙母線接線。單母線的主要特點就是所有接線都裝在一條母線上，經(jīng)濟性能較好，但是可靠性較低。單母分段是在單母線的基礎上，用斷路器將母線分段，形成單母線分段接線。其主要特點是供電較單母線可靠，檢修母

20、線時，可以分段檢修，保證一部分用戶的安全供電。按照電力工程設計手冊的規(guī)定在低壓側出線少于12回時，一般采用這種接線。由于三個方案的中壓側和低壓側的接線形式都相同，故只需要比較高壓側即可。1）方案1特點：a 對重要用戶可從不同線分段引出兩個回路，使重要用戶有兩個電源供電。單母線分段接法可以提供單母線運行，各段并列運行，各段分列運行等運行方式，便于分段檢修母線，減小母線故障影響范圍。任一母線發(fā)生故障時，繼電保護裝置可使分段斷路器跳闡，保證正確母線繼續(xù)運行。b 任一母線故障檢修時，該段母線上的所有回路均需停電。當出線為雙母線回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越。擴建時需向兩個方向均衡擴建。2）方案2特點

21、：連接橋斷路器接在線路斷路器的內(nèi)側。因此，線路的投入和切除比較方便。當線路發(fā)生故障時，僅線路斷路器斷開，不影響其他回路運行。但是當變壓器發(fā)生故障時，與該臺變壓器相連的兩臺斷路器都斷開，從而影響了一回未發(fā)生故障的運行。由于變壓器是少故障元件，一般不經(jīng)常切換，因此，系統(tǒng)中應用內(nèi)橋接線較多，以利于線路的運行操作。3）方案3特點：連接橋斷路器接在線路斷路器的外側。當線路發(fā)生故障時，需動作與之相連的兩臺斷路器，從而影響一臺未發(fā)生故障的變壓器的運行。因此，外橋接線只能用于線路短、檢修和故障少的線路中。此外，當電網(wǎng)有穿越性功率經(jīng)過變電站時，也采用外橋接線。3.3.3 方案選定因為本次設計方案中只比較高壓側即

22、可，又因為投資中斷路器的投資占很大比例，其它和隔離開關等投資可忽略，故只比較三種接線形式的斷路器數(shù)目即可。綜上所述，只有內(nèi)橋形接線即保證了可靠性又兼顧了經(jīng)濟性，所以本設計主接線最終采用方案2。比較之后選擇方案2即高壓側選用內(nèi)橋型接線，中壓側和低壓側采用單母分段接線。 圖3-5 方案比較圖4短路電流的計算4.1 概述4.1.1 短路電流計算的目的在發(fā)電廠和變電所的電氣設計中，短路電流計算是其中一個重要的環(huán)節(jié)，其計算的目的主要有以下幾個方面：1）在選擇主接線時，為了比較各種接線方案，為確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需要進行短路電流計算。2）在選擇電氣設備時，為保證設備在正常運行和鼓掌情況下都能安全，可靠的工作，同時又力求節(jié)約資金，這就需要進行全面的短路電流計算。3）在設計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導