110KV变电所电气一次部分初步设计参考资料要点.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、设计成品-四、主接线设计-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-五、经济比较-六、短路电流计算-七、电气设备设计选择-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-八、配电装置设计-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.以一回线路相了解，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变点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1.8 5类负荷塘源变7 4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0.6 10KV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) =24.461MVA二主变选择(1)台数分析：为了保证供电的可靠性，选两台主变压器(2)主变压器容量：主变压器容量应根据510年的发展规划进行选择，并考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。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=0.7×24460.7=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%的负荷供电由于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-20000121/38.5/1150.2150.713194.51810.56.54.118.1623.6 110KV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A Q0=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=3.653 U2=0.058Z=9.63 U=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=0.07×1093112.746×10-4+U1+U2 =0.07×1093112.746×10-4+3.728+9.83 =21.21（万元） I2 I1 U U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=100MVA UB=Upj 计算各元件参数标幺值110KV系统： X1= 线路： X2=0.4×8.2× 110KV火电厂：X12= 线路： X16=0.4×10.2×火电厂变压器（见等值电路图2） VS1%=（V12%+V31%-V23%）=（17+10.5-6）=10.75 VS2%=（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“=0.145 X18=（X13+X14）/（X13+X14）=0.0875本所变压器 VS1%=（18+10.5-6.5）=11 VS2%=（18+6.5-10.5）=7 VS3%=（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=X5 X9=X6 X10=X735KV系统： SS取250MVA X11=线路 X11=0.4×6.17×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4 X19=X1+X2=0.1828 X20=X3+X4=0.2633 X21=X5/X8=0.275 X22=X6/X9=0.175 X23=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=0.1828 X2f=X20=0.2633 X3f=X24=1.0303计算电抗为Xjs1=0.1828×=0.3656X js2=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*=2. 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=0.945×Xjs2=1.36×IPS*=3. 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=X1f×XjS2=0.934×IPS*=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00.30.60 0.30.600.30.6d14.4963.0152.7382.902.2902.1460.9706d20.8090.7550.7830.540.5160.5441.723d31.21.0851.1120.7930.7420.7701.324（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=2.9×1.004=2.9116（KA）I0.3=2.290×1.004=2.30（KA）I0.6=2.146×1.004=2.1545（KA）（2）110KV火电厂 I=4.496×0.4717=2.113（KA）I0.3=3.015×0.4717=1.417（KA）I0.6=2.738×0.4717=1.287（KA）（3）35KV系统变 I=I0.3=I0.6=0.9706×0.502=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=0.54×3.121=1.685（KA）I0.3=0.516×3.121=1.610（KA）I0.6=0.544×3.121=1.698（KA）（2）110KV火电厂 I=0.809×1.463=1.1836（KA）I0.3=0.755×1.463=1.104（KA）I0.6=0.783×1.463=1.145（KA）（3）35KV系统变 I=I0.3=I0.6=1.723×1.560=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=0.793×10.997=8.721（KA）I0.3=0.742×10.997=8.160（KA）I0.6=0.770×10.997=8.468（KA）（2）110KV火电厂 I=1.2×5.155=6.186（KA）I0.3=1.085×5.155=5.593（KA）I0.6=1.112×5.155=5.73（KA）（3）35KV系统变 I=I0.3=I0.6=5.499×1.324=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 00.30.60 0.30.600.30.600.3 0.6d12.113 1.4171.2872.91162.302.15450.48725.5124.2043.929d21.18361.1041.1451.6851.6101.6982.6885.5575.4025.531d36.1865.5935.7308.7218.1608.4687.28122.18821.03421.479七电气设备设计选择（一） 选择母线（按最大允许电流选择） 1 d1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，由于是户外装置，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=0.88×210.0=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tk<1秒，所以要计算非周期分量热效应Qnp且取T=0.05S Qnp=T×I2=0.05×5.5122=1.519 故QP+Qnp=QK=11.128+1.519=12.647 正常运行时的导体温度 =0+（al-0） =34+（70-34）=67.417查电气表4-6得C=88，满足短路时发热的最小截面 Smin=所以选择LGJ-50型导线满足要求由于是软导线，所以可不必校验动稳定2d2点短路 35KV侧35KV母线。按一台主变容量来计算。因为35KV电压母线接于主变二次侧，所以Imax=（A）因为35KV为室外设备，所以选用软导线，查设计资料表5-13。初选用LGJ-120型导线。在基准温度25时载流量为380A，K值取0.88。则Ial34=0.88×380=334.4>314.918（A）热稳定校验 （tk=0.4+0.2=0.6S）同期分量热效应QP=因为tk<1S，所以应算非周期分量热效应Qnp。且取T=0.05Qnp=I2T=5.5672×0.05=1.544故：Qk=Qp +Qnp=17.670+1.544=19.214正常运行时导体温度 =0+（al-0） =34+（70-34）=65.928查电气表4-6得C=89，满足短路时发热的最小截面 Smin=满足热稳定要求。3d3点短路 10KV侧该侧采用室内配电装置。所以0应取最热月平均最高温度再加5，即34+5=39。查电气附表3，K取0.81。导体采用矩形。因为矩形导体一般用于35KV及以下，电流在400A及以下的配电装置中。而且矩形导体散热条件好，便于固定和连接。查手册表5-4。选用1条80×10矩形导体，平放允许电流为1411A。竖放允许电流为1535A，集肤效应系数KS=1.05 Ial34=0.81×1411=1142.91（A）10KV母线按一台主变容量来计算,因为10KV电压母线接在主变低压侧,所以 Imax=（A） Ial34 > Imax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=22.1882×0.05=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=h×b×pw=0.08×0.01×2700=2.16（kg/m） I=bh3/12=0.01×0.083/12=4.26×10-7（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=1.8××22.188=56.481（KA）母线相间引力 （a=0.25m） fph=1.73×10-7× =1.73×10-7×（） =2207.585（N/m）导体截面系数 W=0.5bh2=0.5×0.01×0.082=32×10-6 m3则 =6.899*106 （Pa）硬铝最大允许应力 al=70×106 Pa > 6.899×106 （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，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=3.3988 > 2.113I0.3=2.30+0.4872=2.7872 > 1.417I0.6=2.1545+0.4872=2.6417 > 1.287周期分量热效应Qp= （KA）2·SQnp=TI2=0.05×3.39882=0.5776（KA）2·SQk=Qp+Qnp=4.811+0.5776=5.3886（KA）2·S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 SW6110 UNS 110KV UN 110KV Imax 0.135KAIN 1200KA I 2.113KAInbr 21KA ish 8.652KA iwt 55KAQK 5.3886（KA）2·S It2 *t 15.8×4（KA）2·S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）2·S 非周期分量 Qnp=I2T=2.86862×0.05=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 SW335/600 UNS 35KV UN 35KV Imax 129.7A IN 600A I 2.8686KA Inbr 6.6KA ish 7.302KA iwt 17KAQK 5.321（KA）2·S It2 *t 6.62×4（KA）2·S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）2·S 非周期分量 Qnp=I2T=14.9072×0.05=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 SN1010/1000 UNS 10KV UN 10KV Imax 64.8A IN 1000A I 14.904KA Inbr 28.9KA ish 53.665KA iwt 71KAQK 126.874（KA）2·S It2 *t 292×4（KA）2·S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1110KV侧选 GW2110 计算数据 GW2110 UNS 110KV UN 110KV Imax 135A IN 600A ish 8.652KAies 50KAQK 5.3886（KA）2·S It2 *t 142×5（KA）2·S235KV侧选 GW235 计算数据 GW235 UNS 35KV UN 35KV Imax 129.7A IN 600A ish 7.302KAies 50KAQK 5.321（KA）2·S It2 *t 142×5（KA）2·S310KV侧选 GN610/1000 计算数据 GN610/1000 UNS 10KV UN 10KV Imax 64.8A ish 53.665KAQK 126.874（KA）2·S（四）选择10KV母线的支持绝缘子 由前面的计算可知 UN=10KV Imax=64.8A ish=53.665KA QK=126.874（KA）2·S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 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=11