電壓等級為110_∕35∕10kV降壓變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)作業(yè)講解

1、電子信息工程學(xué)院發(fā)電廠變電所電氣部分設(shè)計(jì)班級:學(xué)號:姓名:指導(dǎo)教師評語:發(fā)電廠電氣部分作業(yè)題目5： 試設(shè)計(jì)一110KV 變電所電氣主接線該變電所電壓等級為110/35/10KV ,其中110KV 側(cè) 4 回線； 35KV 側(cè) 4 回，負(fù)荷為4-6MW； 10KV 側(cè) 8 回線，負(fù)荷為 1.5-4MW 之間。組員：1、 分析原始資料該變電所向荊門市民供電，且是一座110/110/35kV 終端變電所。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對變電所電氣主接線的擬訂及配電裝置的選擇。荊門地區(qū)的全年平均氣溫為18C,年最高氣溫45C,年最低氣溫-5. C,年日照時間1997-2100h,年平均降 水量804-1067mm每年7

2、、8月為雷雨集中期。110kv的變電所應(yīng)該考慮防雷等 措施。待建110KV變電所從相距40km的荊門熱電廠受電（系統(tǒng)為無限大功率電 源）并采用架空線作為電能的傳輸及配送；型號為LGJ-300電抗值為0.395 Q/km, 其他線路阻抗忽略不計(jì)。從負(fù)荷特點(diǎn)及電壓等級可知110/35/10kv 為降壓變電所且滿足三繞組變壓器的特點(diǎn)：高壓側(cè)為中壓側(cè)的近似 3倍，中壓側(cè)為低壓側(cè)的近似3倍；110KV應(yīng)該考慮其供電可靠性、擴(kuò)建等問題；從經(jīng)濟(jì)遠(yuǎn)性選擇三繞組變壓器。35 及 10kv屬于一、二級負(fù)荷可靠性也有一定要求；35kv 側(cè)每回線負(fù)荷為4-6MW； 10kv 側(cè)負(fù)荷1.5-4MW負(fù)荷的功率因數(shù)0.8進(jìn)

3、行選擇變壓器；其運(yùn)行功率因數(shù)不低于 0.92；不考慮網(wǎng)損。2、 主接方案的初步擬定根據(jù)對原始資料的分析。此變電站有三個電壓等級：110/35/10KV ， 故可初選三相三繞組變壓器，根據(jù)變電所與系統(tǒng)連接的系統(tǒng)可知，變電所有兩條進(jìn)線，為保證供電可靠性，可裝設(shè)兩臺主變壓器。110kV高壓側(cè)2進(jìn)2出4回出線，可 選擇內(nèi)橋型接線，單母線分段接線等。35kV和10kV側(cè)分別為4回出線、8回出線， 均可以采用單母分段接線，為保證設(shè)計(jì)出最優(yōu)的接線方案，初步設(shè)計(jì)以下二種接線方案供最優(yōu)方案的選擇。方案一 （圖 2-1 ） 高壓側(cè)：內(nèi)橋接線；中壓側(cè)，低壓側(cè)：單母分段接線。地闌fiiSi電詼城酸乳2k.tl t2t

4、3和才1 一如幡一詞圖2-1方案一主接線圖方案二（圖2-2）高壓側(cè)：單母分段接線；中壓側(cè)，低壓側(cè)：單母分段接線*1 H3 f4*1 -H*5 *號圖2-2方案二主接線圖三、主接線各方案的討論比較1.內(nèi)橋形接線：a）優(yōu)點(diǎn)：高壓斷路器數(shù)量少，四個元件只需三臺斷路器。b）缺點(diǎn)：變壓器的切除和投入較復(fù)雜，需操作兩臺斷路器并影響一回線路 暫時停運(yùn)；連接橋斷路器檢修時，兩個回路需解列運(yùn)行；出現(xiàn)斷路器檢修時，線路要在此期間停運(yùn)。c）適用范圍：適用容量較小的變電所，變壓器不常切換或線路較長、故障率較高情況。2單母線分段接線（ 1）優(yōu)點(diǎn)：a）用斷路器把母線分段后，對重要用戶可從不同端引出兩個回路，有兩個電源供電

5、；b）當(dāng)一段母線發(fā)生故障時，分段斷路器能自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。（ 2）缺點(diǎn)：a）當(dāng)一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，該段母線的回路都在檢修期間內(nèi)停電；b）當(dāng)出線為雙回路時，常使架空線出現(xiàn)交叉跨越；c）擴(kuò)建時需向兩個方向均衡擴(kuò)建。（ 3）適用范圍：a） 35-63kV 配電裝置出線回路數(shù)為4-8 回時；b） 110-220kV配電裝置出線回路數(shù)為 3-4回時。主接線所選的二個初步方案，主接線中壓、低壓二次側(cè)方案相同，只比較一次側(cè)方案。方案一的特點(diǎn)如下：當(dāng)本所高壓斷路器數(shù)量少，節(jié)約斷路器的成本投入；但不利于擴(kuò)建、可靠性不高。方案二的特點(diǎn)如下: 今后擴(kuò)建也方

6、便；提高供電的可靠性在任意一段母線故障時可保證正常母線不間斷供電。四、主接線最終方案的確定在對原始資料的分析和主接線兩種方案的對比下；從經(jīng)濟(jì)性來看，由于方案二增加了隔離開關(guān)，占地面積較有所增加，從設(shè)備上來綜合投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)增加增加從可靠性來看，方案一變壓器的切除和投入較復(fù)雜，需操作兩臺斷路器并 影響一回線路暫時停運(yùn)；連接橋斷路器檢修時，兩個回路需解列運(yùn)行；出現(xiàn)斷路 器檢修時，線路要在此期間停運(yùn)。方案二當(dāng)一段母線發(fā)生故障時，分段斷路器能 自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。從改變運(yùn)行方式靈活性來看，在配電裝置的綜合投資，包括控制設(shè)備，電纜，母線及土建費(fèi)用上，在運(yùn)行靈活

7、性上 110KV則單母分段接線接線比橋 型線接線有很大的靈活性且方案二能適應(yīng)系統(tǒng)中各種運(yùn)行方式調(diào)度和潮流 變化需要，試驗(yàn)方便。綜上所述最終選擇方案二五、主變壓器容量的確定及無功補(bǔ)償5.1 原始資料分析可知1、待建110KVRJ門變電立從相距40km的熱電廠受電。2、待建110KVRJ門變電站年負(fù)荷增長率為5%變電站總負(fù)荷考慮五年發(fā)展 規(guī)劃。3、待建110KVRJ門變電所各電壓級負(fù)荷數(shù)據(jù)如下表電壓等級線路名稱最大負(fù)荷(MVVCOTmax 及同時率35kv1#出線50.86000/0.92#出線4.50.83#出線60.84#出線5.50.810KV1#出線3.50.82#出線20.83#出線3.

8、50.84#出線40.85#出線1.80.86#出線2.20.87#出線3.50.88#出線40.85.2 無功補(bǔ)償電容器的型號選擇及負(fù)荷計(jì)算一、無功補(bǔ)償1) .35kv側(cè)無功補(bǔ)償容量分析實(shí)際功率因數(shù)為0.8 (8=37 ),補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.92 (0/=23 )可知無功補(bǔ)償率Aqc=0.33則補(bǔ)償容量QcQC =Pc(tanarccos0.8- tanarccos0.92)=Pmax* qc=21*0.33=6.93Mvar故選用：TBB35-8016/334CCW :額定電壓：35,額定容量：8016kvar臺數(shù)的確定：n=Qc/q =6930/8016=1(臺)2) .10kv側(cè)無功

9、補(bǔ)償容量分析實(shí)際功率因數(shù)為0.8 (6=37 ),補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.92 (9/=23 )可知無功補(bǔ)償率Aqc =0.33則補(bǔ)償容量QCQC =Pc(tanarccos0.8- tanarccos0.92)=Pmax* qc=24.5*0.33=8.085Mvar故選用：TBB3610-4200/ 100BL :額定電壓：10,額定容量：4200kvar臺數(shù)的確定：n=Qc/q =8.085/4200=2(臺)二、變電所的負(fù)荷計(jì)算為滿足電力系統(tǒng)對無功的需要，需要在用戶側(cè)裝設(shè)電容器，進(jìn)行無功補(bǔ)償， 使用戶的功率因數(shù)至少提高到 0.92。根據(jù)原始資料中的最大有功及調(diào)整后的功率因數(shù)，算出最大無功，

10、可得出以下數(shù)據(jù):S =，(P2+ (Q-nq) 2 ) CO =P/ S” 電壓等級線路名稱最大啟功(MW取大無功(MVA rCO同時率35KV1#出線51.840.926000/0.92#出線4.51.660.923#出線62.210.924#出線5.52.030.9210KV1#出線3.51.420.922#出線20.810.923#出線3.51.420.924#出線41.620.925#出線1.80.730.926#出線2.20.890.927#出線3.51.40.928#出線41.620.925.3待建110KVWU門變電所總負(fù)荷的計(jì)算(無功補(bǔ)償后) _ _ _ _ _ _ _ _S3

11、5 =A+jQ35=5+4.5+6 + 5.5+j(1.84+1.66+2.21+2.03)=21+j7.74 (tan =0.36)&5 (1+5% 5= (21+j7.74 ) X 1.28 = 26.88+j9.02$5 = 28.35 (MVA) S10 =Pio+jQio =4*2+3.5*3+2+1.8+2.2+j(1.42*3+1.62*2+0.89+0.81+0.73)=24.5+j9.93(tan =0.406 ) 5Go (1+5% = (24.5+j9.93 ) X 1.28 = 31.36+j12.71So =33.84 (MVA)二 一一 5S110=K,10K35

12、S35 +K0 S|0 (1+5%5=0.9 0.9(21+j7.74)+0.9(24.5+j9.93)*1.05=47.17+j18.32Sn0=V(47.17 2 + 18.32 2) = 50.9 (MVA)COS)= P110 / S 110 =47.17/50.9= 0.927滿足功率因數(shù)提高到 0.925.4變壓器型號的確定所有負(fù)荷均由兩臺電壓為110KV/35KV/10KV變壓器供電，其中一臺主變事故停運(yùn)后，另一臺主變壓器的容量應(yīng)保證所有用戶的60%全部負(fù)荷的供電。用戶的60 %全部總?cè)萘浚?S0.6Siio =30.54MVA 因此可選擇SFSZ7-31500/110型三相三繞

13、組有載調(diào)壓變壓器，接線組別：YN,yn0, d11 。由于 15%Siio = 15 % X 50.9 (MVA) =7.635(MVA) Sio = 33.84 (MVA),15% S110 = 15 % X 50.9 (MVA) = 7.635(MVA) S 35 = 28.35 (MVA), 因此主變110KV 35KV 10KV三側(cè)容量分別為100% / 100 % / 100 % 結(jié)論：荊門變電所三繞組變壓器，由以上計(jì)算，查發(fā)電廠電氣部分型號容量額定電壓(kV)U1-2%)U1-3 %U*2-3%高壓側(cè)中壓側(cè)低壓側(cè)SFSZ7-31500100/100/10012138.510.510

14、.5186.5六.短路電流的計(jì)算(最大工作方式)6.1 短路計(jì)算點(diǎn)的選擇方案二的短路計(jì)算的系統(tǒng)化簡圖如下(圖6-1 )所示 本設(shè)計(jì)選d1、d2和d3分別 為110kv 35kv 10kv 母上短路點(diǎn)計(jì)算且短路電流最大選擇主接線上的設(shè)備圖6-1主接線短路點(diǎn)選擇簡圖6.2 網(wǎng)絡(luò)的等值變換與簡化方案二的短路計(jì)算的系統(tǒng)化簡阻抗圖及各阻抗值，短路點(diǎn)均一樣；如下圖為系統(tǒng) 阻抗圖（圖6-2）圖6-3系統(tǒng)阻抗轉(zhuǎn)化圖6.3 短路點(diǎn)的選擇與各短路點(diǎn)的短路電流的計(jì)算選d1,d2,d3為短路點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。（近似計(jì)算法）已知，由Sb=100MVA, UAv=115kV,系統(tǒng)為無窮大功率電源所以系統(tǒng)短路電抗Sd*1 =X

15、d*1 =02線路電抗X L*1=1/2XX0X lx S b/U b=1/2X 0.395X 40X 100/1152=0.0597總電抗X d* =0+0.0597=0.0597又由所選的變壓器參數(shù)阻抗電壓：10.5% （高-中），18% （高-低），6.5% （中- 低）算得UK1% = 1 / 2U(1-2)% +U(1-3)% - U(2-3)% = 11%UK2% = 1 / 2U(1-2)% +U(2-3)% - U(1-3)% = -0.5%UK3%=1 / 2U(1-3)% +U(2-3)% - U(1-2)%= 7%主變?nèi)萘繛?0MVA,標(biāo)幺值：Xi*= Uki% / 10

16、0 (SB/Sn)= 0.349X2* = Uk2% / 100 代b/Sn尸-0.016X3* = Uk3 % /100 (Sb/Sn)=0.222簡化后的阻抗圖如圖5-3:圖5-3系統(tǒng)阻抗簡化圖最終等效電抗標(biāo)幺值：X* =0.0597X1*=0.154X2* =0.098X3* =-2.136(1)當(dāng)d1點(diǎn)短路(110KV)時：Xjs*1 =0.0597Id1*= 1 / Xjs*1 = 1/0.0597= 16.751b = Sb / 何 b1 = 100/ ( V3 M15) =0.502(kA)Idi=Idi* Xb =16.75 0.502= 8.409(kA)k= I di=8.

17、409(kA)ich= 2 KchXI di=21.4429(kA)(110kv及以上網(wǎng)絡(luò) Kch取 1.8)Sx= T3Ubi X= j3 X 115X 8.409=1672.9706MVA其中,Xjs* 計(jì)算電抗；I d1*短路電流周期分量標(biāo)幺值；Id 起始次暫態(tài)電流；loo1二訓(xùn)寸的穩(wěn)態(tài)電流；ich 短路電流沖擊值；S-短路容量。(2)當(dāng)d2短路(35KV)時有：Xjs2*=0.226I d2*=1/ Xjs2*=1/0.226=4.425Ib2=Sb/V3Ub2=100/(V3 M7)=1.56 (kA)Id2= I d2* M b2 =4.425 1.56=6.9 (kA)|oc=

18、I d2=6.9(kA)ich=丘 KchXI d2= 2.55m 6.9=17.595(kA)S2= J3 Ub2 431.03 MVA(3)當(dāng)d3點(diǎn)短路:Xjs3*=0.286Id3*=1/ Xjs3*=1/0.286=3.5Ib3=Sb/V3Ub3=100/(T3 X10.5)= 5.5(kA)Id3=Id3*Mb=3.5 將5=19.25(kA)Ioo = Id3=19.25 (kA)ich=2.55 X d3=2.55 19.25=49.088 (kA)S3-=3Ub3XIcK= X0.5 19.25=349.65 MVA6.4各短路點(diǎn)計(jì)算參數(shù)短路點(diǎn)編號短路電平均電壓 U (kV)基

19、準(zhǔn)電流I j(kA)電抗X*短路電流短路電流標(biāo)么值 I d*Id(kA)1旦ich (kA)Ioo (kA)Sd (MVA)d11150.5020.059716.758.04921.44296.3071672.97d2371.50.2264.4256.917.5956.9431.03d310.565.50.2863.519.2549.08819.25349.65七.一次系統(tǒng)的電氣設(shè)備選擇7.1 斷路器的選擇7.1.1 斷路器選擇原則與技術(shù)條件1)電壓：Ue2U2)電流：Ie 2 I gm a x10kV 側(cè)：IN 至 1gmax =1.05Sn/ (向Un) =1.05*31500/ (血*1

20、10) =173.8A35 kV 側(cè)：IN - 1gmax = Pmax /(/3UgCOsp)=21/( V3*35*0.92)=376.6A10 kV 側(cè)：IN Igmax = Pmax/( kU xg = 3 父 I2；，= 219kVv3上限值:Uqfs =1.2Uqfx =1.2 219 = 262kV 268kV glsglx上、下限值均滿足要求。35kv側(cè)檢驗(yàn)(1)滅弧電壓校驗(yàn):最高工作允許電壓：Um =1.15Un =1.15 35 =40.25kV直接接地：Umh CdUm =0.8 40.25 =32.2 kV,滿足要求。(2)工頻放電電壓校驗(yàn):下限值:40 25Ugfx

21、kUxg =35 = 69.72kV上限值： Uqfs -1.2Uqfx =1.2 69.72 =83.664 kV 104kV glsglx上、下限值均滿足要求。7.6 高壓熔斷器的選擇項(xiàng)目設(shè)備參數(shù)（額定值）安裝地的條件（計(jì)算值）結(jié)論額定電壓（kV）額定電流（A）斷流容量（三相）（MVA），短時&容量（MVA）RW6-1101101032001672.9706合格RW6-35350.52000431.03合格RN2-10100.51000349.65合格7.7 母線與導(dǎo)線的選擇與校驗(yàn)（荊門年平均溫度18C）110kV側(cè)進(jìn)線的校驗(yàn)根據(jù)任務(wù)書已知110kV側(cè)架空線路采用LGJ-300。查表得LG

22、J-300型導(dǎo)線Qal80-18參數(shù)如下表所示：（修正系數(shù)K= /Qal -e =V 80-25 =1.06 %導(dǎo)體長期發(fā)熱允許最高溫度；備一導(dǎo)體的額定環(huán)境溫度；0 導(dǎo)體的實(shí)際溫度；IY 一在額定環(huán)境溫度時導(dǎo)體的允許電流；熱穩(wěn)定系數(shù) C=87）長期允許截流量（A）導(dǎo)線色里c+70C+80CLGJ-300753742它在 Qy=8M ,Q0=25 C 時，Iy =753A已知綜合校正系數(shù)K0= 1.06K0 Iy =1.06 X753=805.71A 所以 Ig.max=188.69A Ig.max=173.8A,可滿足長期發(fā)熱要求熱穩(wěn)定校驗(yàn)：S min=占qQ (mm2)tdz為主保護(hù)動作時間

23、加斷路器全分閘時間取 tdz=3.45s其中熱穩(wěn)定系數(shù)C=87,滿足熱穩(wěn)定要求的最小截面為：八 I .8409 -_2Smin= jtdz =;3.45=167.41(mm )可見，前面所選導(dǎo)線截面 S=185mm2Smin=167.41mm2,熱穩(wěn)定要求。35kV母線的選擇及校驗(yàn)1 .按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面35kV最大持續(xù)工作電流Ig.max=376.6A按Tmax=6000h/a,查表，可得經(jīng)濟(jì)電流密度 J=0.97A/mm2則母線經(jīng)濟(jì)截面為：2S= Ig.max/J=376.6/0.97=388.24mm按最大持續(xù)工作電流選擇，查設(shè)備手冊選LGJ-400型鋼芯鋁絞線，其標(biāo)稱截2面為4

24、00mm , +80C長期允許載流量為835A。因?qū)嶋H環(huán)境溫度Q=18C,綜合修正系數(shù)K=1.06故KI y =885.1 Ig.max=388.24A,可滿足長期發(fā)熱要求。2 .熱穩(wěn)定校驗(yàn)：Smin=tdz (mm2)Ctdz為短路電流等值時間，即tdz=3.4+0.05=3.45s查發(fā)電廠電氣，具中熱穩(wěn)定系數(shù)C=87,滿足熱穩(wěn)定要求的最小截面為Smin=,Mdz = (6900/87) X，3.45= 492.6( mm2)C可見，前面所選母線截面 S=2x(80 8)= 1280 (mm2) min=492.6mm2能滿足短路熱穩(wěn)定要求。35kV進(jìn)線的選擇及校驗(yàn)35kV進(jìn)線有兩回，最大持

25、續(xù)工作電流 Ig.max=376.6 /2=188.3A,、2按Tmax=6000h/a查表，可得經(jīng)濟(jì)電流密度 J=0.97A/mm則母線經(jīng)濟(jì)截面為：2S= Ig.max/J=188.3/0.97=194.1 mm查LGJ鋼芯名品絞線參數(shù)型號選 LGJ-240/ 35鋼芯鋁絞線，+80 C長期允許載流量為651A。實(shí)際環(huán)境溫度18C,綜合修正系數(shù)K=1.06故KIy =690 Ig.max=376.6A ,可滿足長期發(fā)熱要求L tdz熱穩(wěn)止校驗(yàn)：S Smin=C(mm2)tdz為主保護(hù)動作時間加斷路器全分閘時間取 tdz=3.45s其中熱穩(wěn)定系數(shù)C=87,滿足熱穩(wěn)定要求的最小截面為：一二 td

26、z /、2Smin=C = (6900/87/2) 乂 3.45 =79.11 ( mm )可見，前面所選導(dǎo)線截面 S=300mm2Smin=79.11 mm2滿足熱穩(wěn)定要求。35kV出線的選擇及校驗(yàn)35kV進(jìn)線有4回，最大持續(xù)工作電流Ig.max=376.6 /4=94.15A,、2按Tmax=6000h/a查表，可得經(jīng)濟(jì)電流密度 J=0.97A/mm則母線經(jīng)濟(jì)截面為：S= Ig.max/J=94.15/0.97=97.06 mm2查設(shè)備手冊選LGJ-120鋼芯鋁絞線，+80 C長期允許載流量為380A實(shí)際環(huán)境溫度18C,綜合修正系數(shù)K=1.06故KI y =402.8 Ig.max=94.

27、15A,可滿足長期發(fā)熱要求。I -O熱穩(wěn)止校驗(yàn)：SSmin= ,/tdz (mm )Ctdz為主保護(hù)動作時間加斷路器全分閘時間取 tdz=3.45s其中熱穩(wěn)定系數(shù)0=87,滿足熱穩(wěn)定要求的最小截面為(6900/87/4) X J3.45 =36.82 mm2)可見，前面所選導(dǎo)線截面 S=120mm2Smin=36.82mm2,滿足熱穩(wěn)定要求 10kV母線的選擇及校驗(yàn)1 .按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面Ig.max=1537.5A,、2按Tmax=6000h/a查表，可得經(jīng)濟(jì)電流密度 J=0.97A/mm則母線經(jīng)濟(jì)截面為:2S= Ig.max/J=1537.5/0.97=1585.05 mm查矩形鋁

28、導(dǎo)體長期允許截流量表表，應(yīng)選 (100 X 10)型雙條豎放鋁導(dǎo)體。它在 Qy=80C ,Q0=25C ,平放布置時 Iy=2558A因?qū)嶋H環(huán)境溫度Q=18C,查表，綜合修正系數(shù) K=1.06故KIy=2711.48A Ig.max=1537.5A ,可滿足長期發(fā)熱要求。I 一I t 一 tdz22 .熱穩(wěn)定校驗(yàn)：SSmin=C ( mm)tdz為短路電流等值時間，即tdz=4.4+0.05=4.45s查表，其中熱穩(wěn)定系數(shù)C=87,滿足熱穩(wěn)定要求的最小截面為(19250/87) X *4.45 =466.76(mm2)可見，前面所選母線截面 S=2100M0)=2400(mm2) min=466.76(mm2)能滿足短路熱穩(wěn)定要求。10kV進(jìn)線的選擇及校驗(yàn)35kV進(jìn)線有2回，最大持續(xù)工作電流Ig.max=1537.5 /2=768.75A按Tma戶6000h/a,查表，可得經(jīng)濟(jì)電流密度 J=0.97A/ mm2則母線經(jīng)濟(jì)截面為：S= I g.max/J=768.75/0.97=792.5 mm2查設(shè)備手冊選LGJ-1000/55鋼芯鋁絞線，+80 C長期允許載流量為1399A實(shí)際環(huán)境溫度18C,綜合修正系數(shù)K=1.06故K