110KV變電站設(shè)計河南理工

1、1變電所概況一、系統(tǒng)至110kV母線的短路容量1000MVA 最大負(fù)荷利用小時數(shù)為5000h/ 年，變電所10kV出線保護(hù)最長動作時間為1.0s。 110kV架空線路兩回路供電， 型號LGJ185長度為25KM； 10kV側(cè)16回出線，功率因數(shù)為 0.85 :1#、2# :負(fù)荷為900kW長度為3KM3#、4# :負(fù)荷為1000kW長度為1.5KM5#、6# :負(fù)荷為6000kW 長度為2.5KM7#、8# :負(fù)荷為1800 kW,長度為2KM9#、10#:負(fù)荷為600 kW，長度為5KM11#、12#:負(fù)荷為 1000 kW，長度為 4.5KM13#、14#:負(fù)荷為950kW 長度為3KM1

2、5#、16# 負(fù)荷為 1600kW 長度為 1.5KM。其中1、3、5、7、9、11、13、15出線的一、二負(fù)荷約占各自總負(fù)荷 40% 其余約為各自總負(fù)荷的10流右，負(fù)荷同時率為0.9。設(shè)計中應(yīng)考慮保證擴(kuò)建時，不中斷原有負(fù)荷的供電，擴(kuò)建后應(yīng)保證功率因 素為0.9，該變電所海拔高度為1000kM歷史最高溫度為35攝氏度，最低溫度 為-7攝氏度。最高月平均溫度為27攝氏度。該所附近地勢平坦，交通便利，可 不考慮環(huán)境污染影響。2 負(fù)荷計算負(fù)荷計算直接影響著變壓器的選擇， 計算負(fù)荷是根據(jù)變電所所帶負(fù)荷的容量 確定的，這個負(fù)荷是設(shè)計時作為選擇變電所電力系統(tǒng)供電線路的導(dǎo)線截面， 母線 的選擇，變壓器容量，

3、斷路器，隔離開關(guān)，互感器額定參數(shù)的依據(jù)。計算方法： 根據(jù)原始材料給定的有功功率 P、功率因素cos，求出無功功率Q P tan , P = R + P2 + P3+ + R,Q = Q.j + Q2 + Q3 + +Qn根據(jù)原始資料： cos 0.85 ，則 tan tan(arccos0.85) 0.62 ，由公式可計算出P1=P2 900KW , Q1 Q2 P1 tan 900 0.62 558k varP3P41000KW,Q3Q4P3tan10000.62620kvarP5P66000KW,Q5Q6P5tan60000.623720kvarP7P81800KW,Q7Q8P7tan18

4、000.621116kvarP9P10600KW,Q9Q10P9tan6000.62372kvarP11P121000KW,Q11Q12P11 tan1000 0.62 620kvarP13P14950KW,Q13Q14P13tan9500.62589kvarP5 P61600KW,Q、15 Q16 p5 tan 1600 0.62992k var綜上：16 16P= Pi 60100KWQ= Qi 37262kvari 1 i 13 變壓器選擇由于明備用投資較大， 所以選擇暗備用即兩臺變壓器同時投入運(yùn)行， 正常情 況下每臺變壓器各承擔(dān)負(fù)荷的 50%，此時，變壓器的容量應(yīng)按變壓器最大負(fù)荷的 7

5、0%選擇。這樣選擇的合理性： 1. 正常情況下，變壓器的最大負(fù)荷率為 70%，符 合變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行并留有一定的裕量。 2. 若一臺變壓器故障， 另一臺變壓器可以 在承擔(dān)全部最大負(fù)荷下 （過負(fù)荷 40%）繼續(xù)運(yùn)行一段時間， 即可以保證系統(tǒng)中一、 二級負(fù)荷的供電（根據(jù)原始資料： 1、 3、 5、 7、 9、 11、 13、 15 出線的一、二負(fù) 荷約占各自總負(fù)荷 40%，其余約為各自總負(fù)荷的 10%左右。） 考 慮 擴(kuò) 展 規(guī) 劃 并 留 有 一 定 的 裕 量 ， 擴(kuò) 展 后 功 率 因 素 為 0.9 ，tan 擴(kuò) tan（arccos0.9） 0.484貝UP總=Q/tan 擴(kuò) 37262/

6、0.484=76987KWS總.P總2 Q285531KVAS S總 0.7 85531 0.7 59872KW則所選的主變?nèi)萘看笥?9872 KW即可。主變選擇兩臺型號為SSPL-60000/110.所用變負(fù)荷為 0.5%。S S、0.05 85531 0.05 427.6KW所用變選擇型號為：SJL1 -5004電氣主接線選擇方案一：110KV采用帶母線型內(nèi)橋接線，10K V采用帶有母聯(lián)斷路器的雙母線 接線型式，母聯(lián)斷路器和橋聯(lián)斷路器均帶有備用電源自動投入裝置。方案二：110KV采用單母線分段，10KV側(cè)采用單母線分段和帶專用旁路斷路 器的旁路母線接線型式。單母線分段用斷路器進(jìn)行分段，這種

7、接線方式可以提高可靠性和靈活性， 對 重要用戶可以從不同段引出兩回饋電線路， 由兩個電源供電。當(dāng)一段母線發(fā)生故 障時，分段斷路器自動將故障段隔離，保證正常段母線不間斷供電。根據(jù)實際的 運(yùn)行經(jīng)驗，兩母線同時故障的幾率很小， 可以不予考慮。對110KV等級進(jìn)出線回 數(shù)為3-4回時可以采用此接線方式，本設(shè)計變電所 110KV進(jìn)線為兩回。110KV帶母線型內(nèi)橋接線方式用于兩臺變壓器進(jìn)出線回路為兩回的情況。由于本變電所的容量不是很大，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗可以知道，變壓器的故障率很小，且 不經(jīng)常切換，并通過橋聯(lián)斷路器將兩母線和變壓器聯(lián)系起來。內(nèi)橋接線在線路的 切除或投入時，不影響其余回路的工作，且操作簡單。雖然其

8、在切入或投入變壓 器時，要使相應(yīng)的線路停電，并考慮復(fù)雜。但由于現(xiàn)實中變壓器的故障率很小且 不經(jīng)常切換，所以不予考慮。雖然單母線分段較內(nèi)橋接線操作較為方便，靈活， 但其增加了兩臺高壓斷路器的投資。內(nèi)橋接線的可靠性也比較高，對于本設(shè)計的 變電所已經(jīng)足夠。從本次設(shè)計的變電所的地位可知，該變電所是一般的變電所， 且是一個向負(fù)荷供電的終端變電所。 因此可靠性要求不是極高，所以內(nèi)橋接線可 以滿足要求。故110KV本設(shè)計采用內(nèi)橋接線。斷路器經(jīng)長期運(yùn)行和切斷數(shù)次斷路電流，都需要進(jìn)行檢修，為了能使采用單母 線分段或雙母線的配電裝置檢修斷路器時，不致中斷該回路供電，可增設(shè)旁路。 方案二中采用了單母線分段帶專用旁路

9、母線的接線，從給定的原始資料可以知 道，本變電所的出線回路為 16 回，由于回路數(shù)較多則可以考慮架設(shè)專用的旁路 母線。該接線方式的優(yōu)點有： 其提高了供電的可靠性性和靈活性， 并可以通過旁 路母線在保證向負(fù)荷不間斷供電的情況下檢修出線上的斷路器。 但這種接線一旦 母線故障，有 50%的停電率，這種接線增加了一格旁路斷路器的投資，并且在檢 修斷路器時其倒閘操作繁瑣， 根據(jù)長期的運(yùn)行經(jīng)驗可以知道， 變電所， 發(fā)電廠出 現(xiàn)的事故， 多數(shù)是由人為誤操作所致。 單母線分段帶旁路的接線出現(xiàn)誤操作的幾 率很大，所以本設(shè)計不予采納。10KV 采用帶有母聯(lián)斷路器的雙母線接線的分析：由原始資料出線 16回， Tma

10、x =5000h 則可以知道：負(fù)荷對供電的可靠性要求 比較高。雙母線接線有兩組母線， 并可以互為備用。 每一電源和出線都裝有一臺 斷路器，并有兩組母線隔離開關(guān)， 分別與兩組母線相連， 兩組母線則通過母聯(lián)斷 路器進(jìn)行聯(lián)系起來。 雙母線接線較單母線接線具有更高的可靠性和靈活性。 其有 顯著的特點：1. 供電可靠通過兩組母線的倒閘操作， 可以輪流檢修一組母線而不致使供電 中斷。一組母線故障后，能迅速恢復(fù)供電，檢修任一回路的母線隔離開關(guān)時，只 需斷開隔離開關(guān)所屬的一條線路與此隔離開關(guān)相連的該組母線其他電路則可以 通過另一母線繼續(xù)運(yùn)行。如：欲檢修工作母線，則把全部電源倒在另一母線上。 其操作步驟是：先合

11、上母聯(lián)斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)， 再合上母聯(lián)斷路器，向備 用母線充電至兩組母線等電位， 為保證供電不中斷， 先合上備用母線上的隔離開 關(guān)，再斷開工作母線上的隔離開關(guān)， 完成母線切換后再斷開母聯(lián)斷路器及其兩側(cè) 的隔離開關(guān)，即可對原工作母線進(jìn)行檢修。2. 調(diào)度靈活： 各個電源和負(fù)荷可以任意分配到任一母線上， 能靈活地適應(yīng)電 力系統(tǒng)中各種運(yùn)行方式調(diào)度和潮流變化的需要， 通過倒閘操作可以組成各種運(yùn)行 方式：1. 當(dāng)母聯(lián)斷路器斷開，一組母線工作，另一母線作為備用，相當(dāng)于單母線 運(yùn)行。2. 兩組母線同時工作， 并通過母聯(lián)斷路器并聯(lián)運(yùn)行， 電源與負(fù)荷平均分配 在兩組母線上，這是目前采用最廣泛的運(yùn)行方式，它的繼電

12、保護(hù)相對較簡單。雙母線接線的運(yùn)行方式則可以根據(jù)實際的需要進(jìn)行選擇， 其運(yùn)行的靈活性遠(yuǎn)比單母線分段帶旁路母線的高，這亦是本設(shè)計采用雙母線接線的一個原因3. 擴(kuò)建容易：在擴(kuò)建時可以向雙母線左右兩方向擴(kuò)建，均不會影響兩組母線 的電源和負(fù)荷自由組合分配，在施工中不會造成其他回路的停電。由于雙母線具有較高的可靠性且應(yīng)用廣泛， 其繼電保護(hù)也相對簡單，繼電保 護(hù)對線路部分主要是保護(hù)母線，并根據(jù)實際長期的運(yùn)行經(jīng)驗，雙母線同時故障的 幾率很小，所以不予考慮雙母線同行停運(yùn)的可能性。方案一：使用110KV高壓斷路器3臺，110KV高壓隔離開關(guān)8臺， SFZ9-16000/110型變壓器，10KV等級斷路器13臺，隔

13、離開關(guān)36臺，雙母線。綜合可靠性，靈活性和經(jīng)濟(jì)性三方面，從以上的分析可以知道，方案一具有 很顯著的優(yōu)勢，所以本次設(shè)計的電氣主接線選擇方案一。5短路電流計算1. 基準(zhǔn)值的選擇：Sd = 100MVA U d=Uv2. 計算各回路電抗變壓器阻抗標(biāo)幺值： XT* - Uk% § =-0.075 100 =0.06252 100SN260110KV線路阻抗標(biāo)幺值：X*= Xx 卑 =0.4 X 25X衛(wèi)= 0.075U：v115210KV 線路阻抗標(biāo)幺值：X1 = X*2=Xx 卑 =0.4 X 3X 半 =0.009Uav10.5X*3 = X4=Xx 再=0.4 X 1.5 X 半=0.

14、0045Uav10.5X*5 = X*6=Xx 卑=0.4 X 2.5 X 半=0.0075Uav10.5X*7 = X*8=Xx 卑=0.4 X2X 半=0.006U；v10.5X*9 = X10=Xx 卑=0.4 X 5X 単=0.015U：10.5X*11 = X12=Xx 卑=0.4 X 4.5 X 半=0.0135Uav10.5*13 X*14=Xx 卑=0.4 X 3x2° =0.009U：v10.52*15 Xm6=Xx 里=0.4 X 3X 半=0、0045Uav10.5各線路電抗標(biāo)幺值:X*idi Xid2 =0.35 X =0.35 X I00 =38.88Sd0

15、.9X*ld3 也=0.35 x Sd =0.35 X I00 =35Sld1X*ld5 Xld6 =0.35 x Sd =0.35 X 100 =5.8Sd6X*ld7 血=0.35 x Sd =0.35 X I00 =19.44S1.8X*ld9 Xld1o=0.35 x 竺=0.35 X 型=58.8Sd0.6=0.35 X I00 =35Sd1臾=0.35 X =36.8Sld0.95簣=0.35 X I00 =21.9Sd1.6X*ld11 = Xld12 =0.35X*idi3 X*idi4 =0.35X*ld15 X*ld16 =0.35110KV側(cè)短路計算：110KV母線側(cè)發(fā)生

16、短路時短路電流起始電流：l f*=1/X*=1/0.075=13.33Ib=100/(3*115)=0.5Al f= l f* l b=6.7KA沖擊電流：I in= 2*1.8*lf =17KA&. 3Un * | f= 3*110*6.7=1276.4MVA6主要電氣設(shè)備選擇與校驗由于電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體得用途及工作條件各異 ，因此它們的選擇校驗項目 和方法也都完全不相同。但是，電氣設(shè)備和載留導(dǎo)體在正常運(yùn)行和短路時都必須 可靠地工作，為此，它們的選擇都有一個共同的原則。電氣設(shè)備選擇的一般原則為：1.應(yīng)滿足正常運(yùn)行檢修短路和過電壓情況下 的要求并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展。2.應(yīng)滿足安裝地點和當(dāng)?shù)丨h(huán)

17、境條件校核。3.應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。4.同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種。5.與整個工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié) 調(diào)一致。6.選用的新產(chǎn)品均應(yīng)具有可靠的試驗數(shù)據(jù)并經(jīng)正式簽訂合的，特殊情 況下選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品應(yīng)經(jīng)上級批準(zhǔn)。1）高壓斷路器的選擇選擇斷路器時應(yīng)滿足以下基本要求：1.在合閘運(yùn)行時應(yīng)為良導(dǎo)體，不但能長期通過負(fù)荷電流，即使通過短路電流， 也應(yīng)該具有足夠的熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。2.在跳閘狀態(tài)下應(yīng)具有良好的絕緣性。3. 應(yīng)有足夠的斷路能力和盡可能短的分段時間。 3.應(yīng)有盡可能長的機(jī)械壽命和 電氣壽命，并要求結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、安裝維護(hù)方便。110k V側(cè)斷路器的選擇側(cè)斷路器的選擇：1、該回路為11

18、0 kV電壓等級，故可選用六氟化硫斷路器。2、斷路器安裝在戶外，故選戶外式斷路器。3、回路額定電壓Ue> 110kV的斷路器，且斷路 器的額定電流不得小于通過斷路器的最大持續(xù)電流Imax=Pn1.05= S1 1.05= 2 60 1.05=0.632KA3U ac cos. 3U ac3 115預(yù)選SFMo-110/2000的斷路器表6-1 SFMhq-110/2000斷路器技術(shù)參數(shù)型號項目LW6-110技術(shù)參數(shù)額定電壓（kV）110額定電流（A）2000動穩(wěn)定電流（KA）80熱穩(wěn)定電流（KA）31.5(3S)額定開斷電流（KA）31.5斷路器校驗：1.額定電流校驗：Ie 2000A

19、623A2. 額定電壓的選擇為：Ue 110KV Uew 110KV3. 額定開斷電流的檢驗：I t = I =6.7KA lek 31.5KA4. 動穩(wěn)定的校驗條件：iin 17 idw 63 KA5. 熱穩(wěn)定的校驗取繼電保護(hù)保護(hù)裝置后備保護(hù)動作時間tr=0.6s,斷路器分間時間 to=0.03s,貝U tima=t葉to=0.6+0.03=0.63s. 110KV 則短路 電流熱穩(wěn)定電流為：Qdt I 2tima 6.72 0.63 28.28Qr |t2t 31.52 3 2976.75 KA2 s故:Qr 2976.75KA2 s Qdt 28.28KA2 s綜上：SFMJ10/200

20、0的斷路器，可滿足技術(shù)條件要求。2）10kv側(cè)斷路器選擇預(yù)選ZN12-10的斷路器表6-2 ZN12-10斷路器參數(shù)型號 項目ZN12-10技術(shù)參數(shù)額定電壓（kV）10額定電流（A）1250動穩(wěn)定電流（KA）80熱穩(wěn)定電流（KA）31.5(4S)額定開斷電流（KA）31.5按照高壓短路其的校驗方法進(jìn)行校驗，結(jié)果ZN12-10的斷路器，可滿足技術(shù)條件要求。3）隔離開關(guān)選擇隔離開關(guān)的用途：（1）倒閘操作，投入備用母線或旁路母線以及改變運(yùn)行方式時，常用隔離開 關(guān)配合斷路器，協(xié)同操作來完成。（2）隔離電壓，在檢修電氣設(shè)備時，用隔離開關(guān)將被檢修的設(shè)備與電源電壓 隔離，以確保檢修的安全。（3）分、合小電流

21、。隔離開關(guān)的型式應(yīng)根據(jù)配電裝置的布置特點和使用要求等因素，進(jìn)行綜 合的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，再根據(jù)其校驗計算結(jié)果后確定。? 高壓隔離開關(guān)的選擇：（1）預(yù)選GW41102000的隔離開關(guān)GW4 1102000的隔離開關(guān)參數(shù)型號項目GW4 1102000技術(shù)參數(shù)額定電壓（kV）110額定電流（A）1250動穩(wěn)定電（kA）50熱穩(wěn)定（kA）20(4S)隔離開關(guān)的校驗：1額定電壓的選擇為：110KV Uew 110KV2額定電流的選擇為：Imax = n 1.05= 2 601.05=0.6324KA,故：le 1250A 632AU3UacCOS>/3 1153.動穩(wěn)定的校驗條件：iin 17 id

22、w 50 KA4熱穩(wěn)定的校驗取繼電保護(hù)保護(hù)裝置后備保護(hù)動作時間tr=0.6s,斷路器分間時間 to=0.03s,則 tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s110K則短路電流熱穩(wěn)定電流為：2 2 2Qdt I 2tima 6.72 0.6320.28 KA s2 2 2Qr It t 2041600 KA s故： Qr 1600 KA2 s Qdt 20.28 KA2 s根據(jù)上述計算110kV可選用：GW4 1102000的隔離開關(guān)，可滿足技術(shù)條 件要求。?10KVM隔離開關(guān)選擇預(yù)選GN2-102000的隔離開關(guān)表6-3 GN2-102000的隔離開關(guān)參數(shù)型號項目GN2-102000技術(shù)參數(shù)額定電壓（kV）10額定電流（A）2000動穩(wěn)定電流（kA）85熱穩(wěn)定（kA）36(4s)按照高壓隔離開關(guān)的校驗方法進(jìn)行校驗，結(jié)果證明所選隔離開關(guān)符合技術(shù)要求。