110kv降壓變電站電氣部分設計

1、110KV降壓變電站電氣部分設計摘要近年來隨著地區(qū)經濟的發(fā)展，城鎮(zhèn)用電量呈大副增長趨勢。隨之帶來一系列在網運行問題，其中在網負荷量不足尤為重要，為保證城鎮(zhèn)正常用電，配套變電站的建設成為重中之重。今擬建一座110KV變電站，向該地區(qū)用10KV電壓等級供電。設計110KV線品&2回、10KV線路10回，架空出線。關鍵詞：變電站電氣設計參數計算設備選擇第一篇前言總則變電所的設計，必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按照負荷性質、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件，結合國情合理得確定設計方案；同時變電所的設計，必須堅持節(jié)約用電的原則。緒論在本次設計過程中，初步體現了工程設計的精髓內容，如根據規(guī)程選擇方案，

2、用對比的方法對方案評價等。教會了我們在工程中運用所學專業(yè)知識，鍛煉了我們用實際工程的思維方法去分析和解決問題的能力。一、對電力系統(tǒng)的基本要求（1） 保證可靠的持續(xù)供電：供電中斷將使生產停頓，生活混亂，甚至危及人身和設備安全，形成十分嚴重的后果。停電給國民經濟造成的損失遠遠超過電力系統(tǒng)本身的損失，因此，電力系統(tǒng)運行首先要滿足可靠、持續(xù)供電的要求。（2） 可擴性的具體要求：擴建時，可容易地從初期接線過度為最終接線2、 設計原則本地區(qū)電網規(guī)劃、電網調度自動化系統(tǒng)規(guī)劃和通信規(guī)劃，根據電網結構、變電站理環(huán)境、交通、消防條件、站地區(qū)社會經濟狀況，因地制宜地制定設計方案；除按照電網規(guī)劃中規(guī)定的變電站在電網中

3、地位和作用考慮其控制方式外，其與電網配合、繼電保護及安全自動裝置等均應能滿足運行方式的要求；自動化技術裝備上要堅持安全、可靠、經濟實用、正確地處理近期建設與遠期發(fā)展關系，做到遠近結合；節(jié)約用電，減少建筑面積，既降低電網造價，又滿足了電網安全經濟運行；對一、二次設備及土建進行必要簡化，取消不必要措施；應滿足備用電源自投、無功功率和電壓調節(jié)。3、 基本概念（1） 按突然中斷供電造成的損失程度分為：一級負荷、二級負荷、三級負荷。一級負荷中斷供電將造成人身傷亡和將在政治經濟上造成重大損失，如造成重大設備損壞，打亂重點企業(yè)生產次序并需要長時間的恢復，重要鐵路樞紐無法工作，經常用于國際活動的場所的負荷。（

4、2） 同時率各用戶負荷最大值不可能在同一時刻出現，一般同時率大小與電力用戶多少、各用戶的用電特點有關。第二篇變電站一次系統(tǒng)的設計第一節(jié)主變容量的確定對于裝設兩臺變壓器的變電所，每臺變壓器的容量Sn通常按下式進行初選:Sn>=Simp式中：Simp變電所全部重要負荷容量變電所某一級電壓的最大計算負荷為：Smax=KtZPmax（1+a）/cosa式中Kt一同時率；Pmax、cosa各用戶的最大有功和功率因數a該電壓級電網的線損率計算如下：Pimp=*80%+2*75%+6*80%+2*80%+3*40%+*80%+*70%+*50%=Simp=*（1+5%）/=考慮到同一重要負荷不在同一時

5、刻出現，應考慮同時率Kt=第二節(jié)變壓器臺數的選擇為保證供電可靠性，變電所一般裝設兩臺主變壓器，以免一臺主變故障或檢修時中斷供電?？紤]近期及遠景規(guī)劃，經上述分析，擬選用SF7-40000/110型變壓器。第三節(jié)變壓器相數的選擇對于330kv及以下的變電所，在設備運輸不受條件限制時，應采用三相變壓器。第四節(jié)主變繞組數量的選擇對接入負荷中心具有直接從高壓降為低壓供電的變電所，為簡化電壓等級和避免重復容量，一般采用雙繞組變壓器。第五節(jié)繞組聯結方式我國110kv級以上的電壓變壓器繞組都采用“Y”連接，35kv及以下電壓等級，變壓器都采用“Y-A”連接，故選擇YN,D11連接。結論根據電壓允許波動范圍為5

6、%以內，結合本站實際選擇兩臺同樣型號的雙繞組無勵磁電力變壓器SF7-40000/110。第二章電氣主接線設計一、內橋優(yōu)點：高壓斷路器數量少，四個元件只需要三臺斷路器缺點：1）變壓器切除投入較復雜，需操作兩臺斷路器并影響一回路暫時停電。2）連接橋斷路器檢修時兩個回路需解列運行。3）出現斷路器檢修時，出線在此期間停運。二外橋優(yōu)點：高壓斷路器數量少，四個元件只需要三臺斷路器缺點：1）線路切除投入較復雜，需要操作兩臺斷路器，并有一臺變壓器暫時停運；2）連接橋斷路器檢修時兩個回路需解列運行；3）變壓器側斷路器檢修時，變壓器停運。根據實際情況，110kv有兩回路進線，有穿越功率流過，110kv側選用外橋型

7、接線。第三章所用電設計及功率因數的補償第一節(jié)所用電的設計確定所用變壓器的參數，一般的變電所，均裝設有兩臺變壓器，以滿足整流操作電源，強迫油循環(huán)變壓器，無人值班的要求；確定所用變壓器容量：根據所用負荷統(tǒng)計和計算，選用合適的變壓器容量；確定變壓器電源引接方式。當變電所內有較低的電壓母線時，一般從這類母線引接電源，這種引線具有經濟、可靠的優(yōu)點。選擇結果所用電的引接：為了保證供電的可靠性，所用電分別從10kv母線上引接，為了節(jié)省投資，所用變采用隔離開關加高壓熔斷器與母線連接。所用電容量：這里選用兩臺S9-M-50型，參數如下：所用變壓器數據表額定容量KVA連接組別號空載損耗KW負裁損耗KW空載電流A短

8、路阻抗Q50Y,yn024第二節(jié)功率因數的補償Pe=(+2+6+2+3+*=原來的功率因數是，要求補償到以上，采用在低壓側并聯電容器的方法：cos;F=W=cos；F，=W'=要求補償的無功容量為：Qc=P*(tanW'-tanW)=*=每相補償的電容值C=Qc/322=*106/(3*314*10*103)=西電容值選擇數值至少為仙f,每相裝設一個電容器。第四章短路電流的計算第一節(jié)計算的目的和內容為了選擇斷路器等電器設備或對這些設備提出技術要求；評價并確定網絡方案；研究限制短路電流的措施；第二節(jié)計算的假設條件故障前為空載，即負荷略去不計，只計算短路電流的故障分量；故障前所有電

9、壓均等于平均額定電壓，其標幺值等于1;系統(tǒng)各個元件電阻略去不計(1kv及以上的高壓電網)；只計算短路電流的基頻分量。第三節(jié)各元件參數的計算選取基準電壓Ub=uav=115,Sb=100,則等值圖中各計算值為：線路Xb=Q/KM,只計算三相短路電流主變的計算：Xt*=Uk(%)*SB/(100*Sn)=*100/(100*40)=第四節(jié)短路電流的計算步驟短路電流計算的基準值Ub=Uav=115kv,S=100MVA;計算各元件參數的標幺值，做出等值電路；進行網絡簡化，求出電源點與短路點之間的電抗，此電抗稱為入端電抗；求出短路電流標幺值，進而求出短路電流有名值;計算沖擊電流有效值。計算結果如下列表

10、：（計算過程見計算書）表3各短路點計算結果短路點次暫態(tài)電流有效值（KA）沖擊電流幅值ish（KA）d1d2第五章電氣設備的選擇應力求技術先進和合理；與整個工程建設標準應協(xié)調一致；同類設備應盡量減少品種；選擇的新產品均應有可靠的試驗數據，并經正式鑒定合格。第一節(jié)高壓斷路器的選擇一、斷路器種類和型式的選擇：除滿足各項技術條件外，還應考慮安裝調試和運行維護方便。一般6-35kv采用真空斷路器，35-500kv采用SF6斷路器。二、額定電壓的選擇：Un>=UnsUns-電網額定電壓三、額定電流的選擇：In>=ImaxImax各種合理方式下最大持續(xù)工作電流四、開斷短路電流的選擇lNbr>

11、;=IPT（或I"）IPT為實際開斷瞬間的短路電流周期分量，開斷電器應能在最嚴重的情況下開斷短路電流，故斷路器的開斷計算時間t應為主保護時間和斷路器固有分閘時間之和。五，10kv側高壓斷路器選擇結果如下表5列出的斷路器計算數據與所選斷路器的參數比較如下計算數據SN10-10mUns10KVUn10KVImax2309AIn3000AI"INbr40KAQk(KA)2*SIt2*t6400(KA)2*SIshIes125KA由選擇可知其結果正確，各項數據均滿足要求，故10KV側選用SN10-10m型斷路器。第二節(jié)隔離開關的選擇隔離開關是發(fā)電廠和變電所的常用電器，它需要與斷路器

12、配套使用。但是隔離開關無滅弧裝置，不能用來接通和切斷負荷電流、短路電流，其主要用途是：隔離電壓倒閘操作分合小電流第三節(jié)電流互感器的選擇電流互感器（CT是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間聯絡元件，用以分別向測量儀表、繼電器線圈供電，正確反映電氣設備正常運行和故障情況。作用是：將一次回路的大電流變?yōu)槎位芈返男‰娏鳎?A或1A）,使測量儀表和保護裝置標準化，小型化，并使其結構巧，價格便宜和便于屏內安裝； 使二次設備與高壓部分隔離，且互感器二次側均接地，從而保證設備和人身的安全。一、型式選擇根據安裝的場所和使用條件，選擇電流互感器絕緣結構（澆注式、瓷絕緣式、油浸式），安裝方式（戶內式、戶外式、裝入式、穿墻式），

13、結構形式（多匝式、單匝式、母線式），測量特性（測量用、保護用、具有測量暫態(tài)特性等）。一般常用型式為：低壓配電屏和配電裝置中，采用LQ線圈式和LM母線式：6-20KV戶內配電裝置和高壓開關柜中，常用的LD單匝貫穿式或復雜貫穿式：35KV及以上電流互感器多采用油浸式結構。在條件允許時，如回路中有變壓器套管、穿墻套管，應優(yōu)先采用套管電流互感器，以節(jié)省占地和投資。二、額定電壓和額定電流的選擇：Un1>=UnsIn1>=Imax式中UN1、IN1電流互感器的一次額定電壓和額定電流三、二次額定電流的選擇CT二次額定電流有5A和1A兩種，一般弱電系統(tǒng)用1A,強電系統(tǒng)用5A。當配電裝置（例如超高壓

14、）距離控制系統(tǒng)室較遠時，為了能使CT能多帶二次負荷或減少電纜截面，提高準確級，應盡量采用1A。四、按準確度級選擇CT的準確度應符合二次測量、繼電保護等的要求，用于電能計量的CT,準確度級不應低于級，用于繼電保護的CT誤差應在一定的限值內，以保證過電流測量準確度的要求。第四節(jié)電壓互感器的選擇電壓互感器（PT）是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間聯絡元件，用以分別向測量儀表、繼電器線圈供電，正確反映電氣設備正常運行和故障情況。作用是： 將一次回路的高電壓變?yōu)槎位芈返牡碗妷?，使測量儀表和保護裝置標準化，小型化，并使其結構巧，價格便宜和便于屏內安裝： 使二次設備與高壓部分隔離，且互感器二次側均接地，從而保證設備和

15、人身的安全。一、型式選擇：根據安裝的場所和使用條件，選擇電壓互感器絕緣結構和安裝方式，一般6-20KV戶內配電裝置多用油浸式或樹脂澆注絕緣的電磁式電壓互感器；35KV配電裝置選用電磁式電壓互感器；110KV及其以上的配電裝置中盡可能地選用電容式電壓互感器。二、按額定電壓選擇：為保證測量的準確性，電壓互感器一次額定電壓在所安裝電網額定電壓的90%-110%之間。PT二次額定電壓應滿足測量、繼電保護和自動裝置的要求。通常，一次繞組接于電網相電壓時，二次繞組額定電壓應選為100/。當電網為中性點直接接地系統(tǒng)時，互感器輔助副繞組額定電壓選為100/；當電網為中性點非直接接地系統(tǒng)時，互感器輔助副繞組額定

16、電壓選為100/3v。三、按容量和準確度級選擇：PT按容量和準確度級選擇與CT相似，要求互感器二次最大一相負荷S2應該不超過設計要求的準確度級的額定二次負荷SN2,而且S2應該盡量最接近SN2,因白過小也會使誤差增大，PT的二次負荷及計算式為：S2=（2Po）2+（.Qo）2）1/2式中Po、Q0-同一相一表和繼電器電壓線圈的有功功率、無功功率。四、PT不校驗動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定五、經過計算，選擇結果如下：表8PT的選擇結果型號額定電壓（KV）副繞組額定容量（VA）最大容量（VA）原繞組副繞組輔助繞組13YDR-110110/1502204401200JDZJ-1010/34060150300備注：

17、YDR-110Y-電壓互感器D-單相R-電容式JDZJ-10J-電壓互感器D-單相Z-環(huán)氧澆注絕緣J接地保護用第五節(jié)支柱絕緣子和穿墻套管的選擇支柱絕緣子額定電壓和類型選擇，進行短路動穩(wěn)定校驗。穿墻套管按額定電壓、額定電流和類型選擇，按短路電流條件進行動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗。一、按額定電壓選擇支柱絕緣子和穿墻套管：支柱絕緣子和穿墻套管的額定電壓應大于等于電網額定電壓即Un>=UNs;二、按額定電流選擇穿墻套管：穿墻套管額定電流In大于等于回路最大持續(xù)工作電流Imax,即Imax<=KNK-溫度修正系數三、支柱絕緣子、套管種類和型式的選擇：根據裝置地點、環(huán)境、屋內、屋外或防污式滿足要求的產

18、品格式。四、穿墻套管的熱穩(wěn)定校驗：套管耐受短路電流的熱效應I2t*t大于等于短路電流通過套管產生的熱效應Qk。即I2t*t>=QK五、支柱絕緣子和套管的動穩(wěn)定校驗：要求：Fmax<=Fg-絕緣子抗破壞負荷；Fmax-在短路時作用于絕緣子或穿墻套管的力（不同母線有不同的布置方式和計算公式）六、經計算支柱絕緣子選擇如下：表9支柱絕緣子選擇結果型號額定電壓（kv）絕緣子高度（mm）機械破壞負荷（kg）ZB1010215750七、經計算10KV選用CMWF2-20母線套管第六節(jié)母線導體的選擇110KV側采用外橋型接線，10KV采用單母分段接線，所以只對10KV側母線進行選擇，一般來說，母線

19、系統(tǒng)包括載流導體和支撐絕緣兩部分，載流導體有硬母線和軟母線兩種形式。型式：一般采用鋁材，只有當持續(xù)工作電流較大且位置特別狹窄的場所，或者腐蝕嚴重的場所，才選用銅材，20KV及以下且正常工作電流不大于4000A,首選矩形導體；在4000A-8000A時，一般用槽型導體；8000A以上工作電流選管型導體或銅芯鋁絞線構成的組合導線。按最大持續(xù)工作電流：導線界面應滿足Iy>=IMAX式中Iy導線的長期允許載流量，A按經濟電流密度選擇：Sj=IMAX/J(mm2)四、熱穩(wěn)定檢驗應滿足條件：Smin=Q1/2K/C式中C-母線的熱穩(wěn)定系數QK-短路電流熱效應(KA)2*sSmin滿足熱穩(wěn)定最小截面，

20、mm2五、動穩(wěn)定校驗應滿足條件：6max<=6y式中6y-母線材料的允許應力，鋁為500-700kg/cm6MAX母線材料的最大應力6max=*L*10-7/a六、經過計算：10KV側選擇的匯流母線參數如下：63*10(mm2)三天平放矩形導體，集膚效應系數KS=第七節(jié)避雷器的選擇電氣設備的絕緣配合基于避雷器的保護水平，設備承受的雷電過電壓和操作過電壓均由避雷器來限制，即選用設備的絕緣水平取決于避雷器保護性能。型式的選擇：普通閥型避雷器由FS和FZ兩種。FS型主要用于配電系統(tǒng)，FZ型主要用于發(fā)電廠和變電所，金屬氧化鋅避雷器比普通的閥型避雷器具有無序流，流通量大，結構簡單，壽命長等優(yōu)點。額

21、定電壓：避雷器的額定電壓必須與安裝處的電力系統(tǒng)等級相同。滅弧電壓：滅弧電壓是保證避雷器能夠在工頻持續(xù)電流第一次經過零點零值時，根據滅弧條件與允許限制避雷器最高工頻電壓。4、 放電電壓：在工頻放電電壓要規(guī)定其上下限，如果太高意味著放電電壓也高，將使其保護性能變壞；太低意味著滅弧電壓降低，將會造成不能可靠地切斷工頻續(xù)流。5、 殘壓：在防雷設計中以5KV以下的電壓作為避雷器的最大殘壓。6、 保護比：保護比等于殘壓與滅弧電壓之比，它是說明避雷器保護性能的參數，越小表明保護性能高。7、 直流電壓下的電導電流：運行中的避雷器通常用于測量直流電壓下的電導電流方法來判斷分路電阻的性能。它必須在規(guī)定范圍內。8、

22、 綜上所述：110KV側采用FCZ-11CS避雷器10KV側采用FZ-10型避雷器避雷器配置原則：配電裝置每組母線上，一般應裝設避雷器；220KV及以下的變壓器到避雷器的電氣距離超過允許值時，應在變壓器附近增設一臺避雷器；以下情況中性點應裝設避雷器：A:直接接地系統(tǒng)中，變壓器中性點分級絕緣，且裝設有隔離開關時；B:直接接地系統(tǒng)中，變壓器中性點為全絕緣，但變電所為單進線且為單臺變壓器運行時；C:不接地或經過消弧線圈接地系統(tǒng)中，多雷區(qū)的單進線變壓器中性點。110KV,220KV線路側一般不裝設避雷器。結果如下型號組合方式額定電壓KV滅弧電壓KV共頻放電電壓KV預放電時問1s5KA沖擊電流下的殘壓幅

23、值FCZ一110單獨元件110126255-290345332FZ-10單獨元件1026-314545表10避雷器選擇結果第八節(jié)電抗器的選擇普通電抗器的主要技術參數有額定電壓，額定電流，電抗百分值和有功功率損耗等。正常工作時，電抗器的電壓降落稱為電抗器的電壓損失。為了保證供電電壓質量，一般要求正常工作時電抗電壓損失的百分值不大于5%。按額定電壓選擇：電抗器的額定電壓不小于裝設電抗器回路所在電網的額定電壓。按額定電流選擇：電抗器的額定電流不小于裝設電抗器回路的最大持續(xù)工作電流。確定電抗器的百分值：首先按照限制短路電流的要求初步選擇電抗器的百分值，然后進行電壓損失和殘余電壓校驗，在滿足以上條件下確

24、定電抗器的百分值。Xl%>=(Ib/I-X*)Ibl*Ub*100%/(Unl*Ib)式中Ub基準電壓，KV;Ib基準電流，KA;X*-以Ub、Ib為基準，從電源計算到所選用電抗器前的電抗標幺值；Unl-電抗器額定電壓，KV;Inl-電抗器額定電流，KA;I-電抗器后短路的次暫態(tài)電流，KAo電壓損失校驗：U%=AU*100%/Unl=XL%*IMAx*sin/Inl<=5%殘余電壓校驗：Urem%=X%*I/InL>=60%校驗動穩(wěn)定：電抗器的動穩(wěn)定電流ies不小于通過電抗器的最大三相短路電流ish.即ies>=ish熱穩(wěn)定校驗：電抗器允許的最大短路熱效應I2t*t不小

25、于電抗器實際的最大短路熱效應Qk,即I2t*t>=QK電抗器選擇如下：(主要用于10KV饋線電纜線路)表11電抗器選擇結果產品型號額定容量KVA線路電壓KV端子電流A電抗()動穩(wěn)定電流KA熱穩(wěn)定電流KAXKGK-10-200-63*1155200618第九節(jié)高壓熔斷器的選擇熔斷器是最簡單的保護電器，它用來保護電氣設備免受過載和短路電流的損害。屋內型高壓熔斷器在變電所常用于保護電力電容器，配電線路和變壓器，而在電廠多用于電壓互感器。額定電壓選擇：Un>=UNs額定電流選擇：按熔管額定電流選擇：Inft>=Infs為了保證熔斷器不被損壞，高壓熔斷器的熔斷額定電流應大于等于熔體的額

26、定電流。熔體額定電流選擇hFS=Kkax式中K-可靠系數，K=Imax電力變壓器回路最大工作電流熔斷器開斷電流校驗：lNbr>=Ish對于保護PT的高壓熔斷器，只按額定電壓及按開斷電流容量來選擇高壓熔斷器選擇結果表12高壓熔斷器選擇結果型號額定電壓KV額定電流KA最大開斷容量MVA最大開斷電流KA備注RN21050085保護至內TV五、最大開斷容量500MVA>40MVA滿足要求。第十節(jié)接地刀閘的選擇為保證電器和母線的檢修安全，每段母線裝設1-2組接地刀閘，63KV及以上斷路器兩側隔離開關和線路隔離開關的線路側直配置接地刀。對于35KV及以上隔離開關的接地刀，應根據其安裝處的短路電

27、流進行動，熱穩(wěn)定校驗。計算方法同110KV,10KV鬲離開關相同，這里不再贅述。表13接地刀閘選擇結果型號UnKVInAIesKA5s熱穩(wěn)定電流KA操動機構型號GW5-110/6301106305020CS17GN2-10/2000010200008536CS6-2第六章高低壓配電裝置的設計配電裝置是發(fā)電場和變電所的重要組成部分。它是根據主接線的連接方式，由開關電器、保護和測量電器、母線和必備輔助設備組建而成，用來接收和分配電能的裝置。配電裝置按裝設地點不同分為屋內式和屋外式，按組裝方式分為裝配式和成套式。具型式選擇因考慮所在地區(qū)的地理情況及環(huán)境條件，因地制宜，節(jié)約用地，并結合運行要求及檢修確定，一般35KV及以下配電裝置采用屋內式；110K