110KV降压变电站电气一次部分初步设计.docx
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110KV降压变电站电气一次部分初步设计
110KV降压变电站电气一次部分初步设计
一、变电站的作用
1.变电站在电力系统中的地位
电力系统是由变压器、输电线路、用电设备组成的网络,它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。
电力系统中的这些互联元件可以分为两类,一类是电力元件,它们对电能进行生产(发电机)、变换(变压器、整流器、逆变器)、输送和分配(电力传输线、配电网),消费(负荷);另一类是控制元件,它们改变系统的运行状态,如同步发电机的励磁调节器,调速器以及继电器等。
2.电力系统供电要求
(1)保证可靠的持续供电:
供电的中断将使生产停顿,生活混乱,甚至危及人身和设备的安全,形成十分严重的后果。
停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。
因此,电力系统运行首先足可靠、持续供电的要求。
(2)保证良好的电能质量:
电能质量包括电压质量,频率质量和波形质量这三个方面,电压质量和频率质量均以偏移是否超过给定的数来衡量,例如给定的允许电压偏移为额定电压的正负5%,给定的允许频率偏移为正负—%HZ等,波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。
(3)保证系统运行的经济性:
电能生产的规模很大,消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗占的比重约为1/3,而且在电能变换,输送,分配时的损耗绝对值也相当可观。
因此,降低每生产一度电能损耗的能源和降低变换,输送,分配时的损耗,又极其重要的意义。
二、变电站与系统互联的情况
1.待建变电站基本资料
(1)待建变电站位于城郊,站址四周地势平坦,站址附近有三级公路,交通方便。
(2)该变电站的电压等级为110KV,35KV,10KV三个电压等级。
110KV是本变电站的电源电压,35KV,10KV是二次电压。
(3)该变电站通过双回110KV线路与100公里外的系统相连,系统容量为1250MVA,系统最小电抗(即系统的最大运行方式)为(以系统容量为基准),系统最大电抗(即系统的最小运行方式)为。
和10KV负荷统计资料
35KV和10KV用户负荷统计资料如表1-1,1-2所示,最大负荷利用小时为
Tmax=5500h,同时率取,线损率取5%,功率因数取。
线路每相每公里电抗值X0=Ω/km基准电压UB取各级的平均电压,平均电压为额定电压。
1)35KV部分的最大负荷
电压等级
负荷名称
容量(MW)
负荷性质
线路
距离(KM)
35KV
炼钢厂
1
架空线路
15
901线
1
架空线路
12
表1-1
2)10KV部分的最大负荷
电压等级
负荷名称
容量(MW)
负荷性质
线路
距离(KM)
10KV
机械厂
3
架空线路
饲料厂
3
架空线路
炼油厂
2
2
架空线路
糖厂
2
架空线路
2
市政
3
架空线路
面粉厂
3
架空线路
表1-2
三、电气主接线设计及主变压器的选择
1.变电站电气主接线的设计原则
1接线方式:
对于变电站的电气接线,当能满足运行要求时,其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线,如线路—变压器组或桥型接线等。
在110—220kV配电装置中,当出线为2回时,一般采用桥型接线,当出线不超过4回时,一般采用单母线接线,在枢纽变电站中,当110—220kV出线在4回及以上时,一般采用双母线接线。
在大容量变电站中,为了限制6—10kV出线上的短路电流,一般可采用下列措施:
1)变压器分列运行;2)在变压器回路中装置分裂电抗器;3)采用低压侧为分裂绕组的变压器;4)出线上装设电抗器。
2断路器的设置:
根据电气接线方式,每回线路均应设有相应数量的断路器,用以完成切、合电路任务。
3为正确选择接线和设备,必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。
2.主变压器的选择
主变容量一般按变电站建成近期负荷5~10年规划选择,并适当考虑远期
10~15年的负荷发展,对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合,从长远利益考虑,根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合确定。
在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器,当技术经济比较合理时,可装设两台以上主变压器。
装有两台及以上主变压器的变电所,当断开一台时,其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷,并应保证用户的一、二级负荷。
1)相数:
容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kV及以下电力系统中,一般都应选用三相变压器。
因为单相变压器组相对投资大,占地多,运行损耗也较大。
同时配电装置结构复杂,也增加了维修工作量。
2)绕组数与结构:
电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式;按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。
在发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台,以免由于增加了中压侧引线的构架,造成布置的复杂和困难。
3)绕组接线组别:
变压器三绕组的接线组别必须和系统电压相位一致。
否则,不能并列运行。
电力系统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D”。
在发电厂和变电站中,一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制3次谐波对电源等因素。
根据以上原则,主变一般是Y,D11常规接线。
4)调压方式:
为了保证发电厂或变电站的供电质量,电压必须维持在允许范围内,通过主变的分接开关切换,改变变压器高压侧绕组匝数。
从而改变其变比,实现电压调整。
通常,发电厂主变压器中很少采用有载调压。
因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压,对于220kV及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用,一般均采用无激磁调压,分接头的选择依据具体情况定。
5)冷却方式:
电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异,一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。
根据以上变压器选择原则,结合原始资料提供的信息,分析后决定本变电站用2台三相三绕组的变压器,并采用YN,yn0,d11接线。
由原始资料可知,P10=,P35=MW
设负荷同时率系数K1取,线损平均取5%,即K2=,功率因数cosφ取。
则10kV和35kV的综合最大负荷分别为:
S10MAX=K1K2P10/cosφ=××÷=(MVA)
S35MAX=K1K2P35/cosφ=××÷=(MVA)每台变压器额定容量为:
SN==(S10MAX+S35MAX)=×(+)=(MVA)
由此查询变电站设计参考资料选得的变压器参数如下表:
型号及容量
KVA
额定电压高/中/低KV
损耗(KW)
阻抗电压(%)
空载电流(%)
空载
短路
高-中
高-低
中-低
高-中
高-低
中-低
SFSL-10000/100
121/11
17
91
89
17
6
17
6
检验:
当一台主变不能正常工作时,只有一台主变工作且满载则,
S1=10000KVA,占总负荷的百分比为10/=68%,且还未计及变压器事故过负荷40%的能力,所以所选变压器满足要求。
3.电器主接线选择(单母线分段接线方式)
优点:
①、用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同段引出两个回路,有两个电源供电;②、当一段母线故障时,分段断路器自动将故障段切除,保证正常段母线不间断供电,故障时停电范围小,供电的可靠性提高;③、扩建时需向两个方面均衡扩建;④、接线简单清晰,操作方便,不易误操作,设备少,投资小,占地面积小,为以后的发展和扩建奠定了基础。
缺点:
①、当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时,该母线的回路都要在检修期间停电。
②、当出线为双回路时,常使架空线路出现交叉跨越。
适用范围:
适用于6~10kV线路出线16回及以下,每段母线所接容量不宜超过25MW。
电压等级
负荷名称
负荷性质
接线方式
进/出线回数
110kV
系统电源
单母线分段
进2回
2回
35kV
炼钢厂
1
单母线分段
出1回
4回
901线
1
出1回
备用
出2回
10kV
机械厂
3
单母线分段
出1回
8回
饲料厂
3
出1回
炼油厂
2
出1回
糖厂
2
出1回
市政
3
出1回
面粉厂
3
出1回
备用
出2回
四、短路电流计算
短路的危害:
(1)通过故障点的短路电流和所燃起的电弧,使故障元件损坏;
(2)短路电流通过非故障元件,由于发热和电动力的作用,引起他们的损坏或缩短他们的使用寿命;(3)电力系统中部分地区的电压大大降低,破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量;(4)破坏电力系统并列运行的稳定性,引起系统震荡,甚至整个系统瓦解。
系统等值网络图如下:
1.本变电站短路电流计算
用标幺值进行计算,基准容量SB=100MVA,线路每相每公里电抗值X0=Ω/km基准电压UB取各级的平均电压,平均电压为额定电压:
额定电压(KV)
110
35
10
平均电压(KV)
115
37
阻抗电压%
Ud1-2%
Ud1-3%
Ud2-3%
17
6
由于本变电站所用三绕组变压器为降压变压器,所以其各电压侧阻抗电压正好与变压器铭牌标示的相反,即:
W2
XT22
Xs
W1
XL1
XT21
XT23
XZ2
XL2
XT12
W3
XT
XZ3
T13
其中,三绕组变压器电抗标幺值:
UT11%=UT21%=1/2(Ud1-2%﹢Ud1-3%﹣Ud2-3%)=×(﹢17﹣6)=
UT12%=UT22%=1/2(Ud1-2%﹢Ud2-3%﹣Ud1-3%)=×(﹢6﹣17)=﹣
UT13%=UT23%=1/2(Ud2-3%﹢Ud1-3%﹣Ud1-2%)=×(6﹢17﹣)=则:
XT11=XT21=UT11%/100·SB/SN=÷100×100÷10=
XT12=XT22=0
XT13=XT23=UT13%/100·SB/SN=÷100×100÷10=线路的电抗标幺值:
**2
XL1*=XL2*=X0·l·SB/UB2=×100×100÷1152=系统电抗标幺值,由于要求三相短路电流,所以用最大运行方式下的系统电抗:
XS=XSmin·SB/SS=×100÷1250=
2
3
此时短路点总电抗标幺值为:
XΣ110*=XS*+XL*=+÷2=电源对短路点的计算阻抗为:
XBS110=XΣ110?
SS/SB=×1250÷100=通过查“水轮发电机运算曲线数字表”得:
I(0)=I
(1)=I
(2)=I(4)=110kV侧的基准电流为:
IB110=SB/UB110=100÷÷115=(kA)
短路电流有名值为:
I(0)“=I
(0)·
B110=×=
(kA)
I
(1)=I
(1)“*·
B110=×=
(kA)
I
(2)“=I
(2)·
B110=×=
(kA)
I(4)=I
(4)“*·
B110=×=
(kA)
冲击电流为:
icj=?
I(0)“=×=(kA)
2)35kV侧(K2点)发生三相短路时:
等值网络图如下:
W1W2
此时短路点总电抗标幺值为:
XΣ35=XS+XL+XT1+XT2=+÷2+(+0)/2=电源对短路点的计算阻抗为:
XBS35=XΣ35?
SS/SB=×1250÷100=>当XBS>时,求短路电流不用查表法,用倒数法:
I=I∞=1/XBS35=1÷=
35kV侧的基准电流为:
IB35=SB/UB35=100÷÷37=(kA)
短路电流有名值为:
I=I·IB35=×=(kA)
冲击电流为:
icj=?
I“=×=(kA)
3)10kV侧(K3点)发生三相短路时:
等值网络图如下:
W1W3
此时短路点总电抗标幺值为:
XΣ10*=XS*+XL*+XT1*+XT3*=+÷2+(+)/2=
电源对短路点的计算阻抗为:
XBS10=XΣ10?
SS/SB=×1250÷100=>
当XBS>时,求短路电流不用查表法,用倒数法:
I=I∞=1/XBS35=1÷=
10kV侧的基准电流为:
IB10=SB/UB10=100÷÷=(kA)
短路电流有名值为:
I“=I“*·IB10=×=(kA)
冲击电流为:
icj=?
I“=×=(kA)
系统最大运行方式下的三相短路电流
短路点
0s短路电流(kA)
1s短路电流(kA)
2s短路电流(kA)
4s短路电流(kA)
稳态短路电流(kA)
冲击电流(KA)
K(1110KV)
K2(35KV)
K3(10KV)
五、主要电气设备的选择
1.断路器及校验
目前,使用得最多的是少油断路器,六氟化硫断路器和空气断路器。
1、110KV断路器选择:
1)电压Ug(电网工作电压)≤UN(断路器额定电流);UN≥110kV
2)电流IgMAX(最大工作电流)≤IN(断路器额定电流)。
IN≥IgMAX=SZmax/UN=÷÷110kV=77A
3)开断电流:
Idt≤Ikd。
Ikd≥
4)动稳定:
Ich≤IMAX。
IMAX≥
由以上条件查“35~500kV高压断路器技术数据表”选出断路器如下:
型号
额定电压
额定
开断容
额定开
极限通
热稳态
固有分闸
合闸时间
(KV)
电流
量(MVA)
端电流
过电流
电流
时间(S)
(S)
(A)
(KA)
(KA)
(KA)
峰值
5s
SW4-110/1000
110
1000
55
21
22
5)热稳定校验:
I∞tdZ≤Itt。
由上表,断路器分闸时间为,设过流保护动作时间2s,则t=+2=(s),β=I“/I∞=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=。
则:
I∞2tdZ=×=,It2t=212×5=2205>所以所选择的断路器满足要求。
2、35KV断路器选择:
1)电压Ug(电网工作电压)≤UN(断路器额定电流);UN≥35kV
2)电流IgMAX(最大工作电流)≤IN(断路器额定电流)。
IN≥IgMAX=SZmax/UN=÷÷35kV=113A
3)开断电流:
Idt≤Ikd。
Ikd≥
4)动稳定:
Ich≤IMAX。
IMAX≥
型号
额定电压
额定
开断容
额定开
极限通
热稳态
固有分闸
合闸时间
(KV)
电流
量(MVA)
端电流
过电流
电流
时间(S)
(S)
(A)
(KA)
(KA)
(KA)
峰值
4s
DW6-35/400
35
400
19
由以上条件查“35~500kV高压断路器技术数据表”选出断路器如下:
22
5)热稳定校验:
I∞tdZ≤Itt。
由上表,“断路器分闸时间为,设过流保护动作时间2s,则t=+2=(s),β=I“/I∞=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=。
22
则:
I∞tdZ=×=,Itt=×4=>所以所选择的断路器满足要求。
3、10KV断路器选择:
1)电压Ug(电网工作电压)≤UN(断路器额定电流);UN≥10kV
2)电流IgMAX(最大工作电流)≤IN(断路器额定电流)IN≥IgMAX=SZmax/UN=÷÷10kV=448A3)开断电流:
Idt≤Ikd。
Ikd≥
4)动稳定:
Ich≤IMAX。
IMAX≥
由以上条件查“10kV高压断路器技术数据”选出断路器如下:
“/I∞=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=
222
则:
I∞tdZ=×=,Itt=162×2=512>
所以所选择的断路器满足要求
2.隔离开关
隔离开关选择技术条件与断路器相同。
对110kV,35kV出线线路侧隔离开关选用带接地刀闸的。
1、110KV隔离开关选择:
1)电压Ug(电网工作电压)≤UN(断路器额定电流);
UN≥110kV
2)电流IgMAX(最大工作电流)≤IN(断路器额定电流)。
IN≥IgMAX=SZmax/UN=÷÷110kV=77A
3)开断电流:
Idt≤Ikd。
Ikd≥
4)动稳定:
Ich≤IMAX。
IMAX≥
型号
额定电压(KV)
额定电流(A)
动稳定电流(KA)
热稳态电流(KA)
GW4-110
110
600
50
由以上条件查变电站设计参考资料选出户外隔离开关如下:
22
5)热稳定校验:
I∞tdZ≤Itt。
由上表,隔离开关分闸时间为,设过流保护动作时间2s,则t=+2=(s),β=I“/I∞=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=。
222
则:
I∞tdZ=×=,Itt=21×5=2205>所以所选择的隔离开关满足要求。
2、35KV隔离开关选择:
1)电压Ug(电网工作电压)≤UN(断路器额定电流);UN≥35kV
2)电流IgMAX(最大工作电流)≤IN(断路器额定电流)。
IN≥IgMAX=SZmax/UN=÷÷35kV=113A
3)开断电流:
Idt≤Ikd。
Ikd≥
4)动稳定:
Ich≤IMAX。
IMAX≥
由以上条件查变电站设计参考资料选出户外隔离开关如下:
型号
额定电压(KV)
额定电流(A)
动稳定电流(KA)
热稳态电流(KA)
GN2-35T
35
400
52
14(5s)
22
5)热稳定校验:
I∞tdZ≤Itt。
由上表,隔离开关分闸时间为,设过流保护动作时间2s,则t=+2=(s),β=I“/I∞=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=。
22
则:
I∞tdZ=×=,Itt=×4=>所以所选择的隔离开关满足要求。
3、10KV隔离开关选择:
1)电压Ug(电网工作电压)≤UN(断路器额定电流);UN≥10kV
2)电流IgMAX(最大工作电流)≤IN(断路器额定电流)。
IN≥IgMAX=SZmax/UN=÷÷10kV=448A
3)开断电流:
Idt≤Ikd。
Ikd≥
4)动稳定:
Ich≤IMAX。
IMAX≥由以上条件查变电站设计参考资料选出户外隔离开关如下:
型号
额定电压(KV)
额定电流(A)
动稳定电流(KA)
热稳态电流(KA)
GN19-10XT
10
630
50
20(4s)
22
5)热稳定校验:
I∞tdZ≤Itt。
由上表,隔离开关分闸时间为,设过流保护动作时间2s,则t=+2=(s),β=I“/I∞=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=。
222
则:
I∞tdZ=×=,Itt=16×2=512>所以所选择的隔离开关满足要求。
3.母线选择与校验
1)软母线:
110kV,35kV配电装置的母线采用钢芯铝绞线。
2)硬母线:
10kV母线采用硬母线。
1、110KV母线选择:
1)按最大工作电流选择导线截面S:
IgMAX≤KθIY:
IgMAX=SZmax/UN=÷÷110kV=77A
Kθ取,则:
IY≥77÷=(A)
查“钢芯铝绞线长期允许载流量表”可选出导线:
导线型号:
LGJ-95
导体最高允许温度
钢芯铝绞线长期允许载流量(A)
700
330
800
352
2)热稳定校验:
S≥Smin=I∞/C·dZ
C取87,tdZ取,I∞=则:
Smin=I∞/C·dZ=256÷87×=(mm2)<95mm2
所以所选择的母线满足要求。
2、35KV母线选择:
1)按最大工作电流选择导线截面S:
IgMAX≤KθIY:
IgMAX=SZmax/UN=÷÷35kV=113A
Kθ取,则:
IY≥113÷=(A)查“钢芯铝绞线长期允许载流量表”可选出导线:
导线型号:
LGJ-240
导体最高允许温度
钢芯铝绞线长期允许载流量(A)
700
610
800
613
2)热稳定校验:
S≥Smin=I∞/C·dZC取87,tdZ取,I∞=则:
Smin=I∞/C·dZ=2220÷87×=(mm2)<240mm2
所以所选择的母线满足要求。
3、10KV母线选择:
1)按最大工作电流选择导线截面S:
IgMAX≤KθIY:
IgMAX=SZmax/UN=÷÷10kV=448A
Kθ取,则:
IY≥448÷=(A)
查“钢芯铝绞线长期允许载流量表”可选出导线:
导体尺寸h×b(mm):
单条平放63×
矩形铝导体长期允许载流量(A)
872
2)热稳定校验:
S≥Smin=I∞/C·dZ
C取87,tdZ取,I∞=则:
Smin=I∞/C·dZ=5400÷87×=(mm)<63×=
3)动稳定校验:
σmax≤σyσy取69×106pa对单条矩形母线:
σmax=·ich2·βL2/(aw)×10-8pa上式中ich=,L=,w=(m3),a=,β=1,b=,h=63mm
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- 110 KV 降压 变电站 电气 一次 部分 初步设计