发布时间 : 星期三 文章110kV变电站电气一次系统方案设计书更新完毕开始阅读4a70476a91c69ec3d5bbfd0a79563c1ec4dad76c
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电位，用导线连起来，其转化图 如图 4-2 图 4-2 系统阻抗转化图 11 毕业设计（论文） 4.2 各短路点的短路电流的计算简化后的阻抗图如图 4-3： 图 4-3 系统阻抗简化图 （1）当 d1 点短路时： X js?1 = 0.033 I d 1? = 1 X js ?1 = 30 100 = 0.502( KA) 3 × 115 （4-8） （4-9） Ib = Sb = 3U b1 （4-10） （4-11） （4-12） （4-13） （4-14） I \ I b = 30 × 0.502 = 15.06( kA) I ∞ = I \+ 2( K ch ? 1) = 15.06 × 1 + 2 × (1.8 ? 1) = 22.89( kA) （110kv 及以上网络 Kch 取 1.8） S ∞ = 3U b I \15.06 × 115 = 2999.74( MVA) （4-15） 其中，Id:短路电流周期分量有效值 I \：起始次暂态电流 S∞：短路容量 12 I∞：t=∞时的稳态电流 毕业设计（论文） （2）当 d2 短路时： X js?2 = 0.033 + 0.177 ? 0.0105 = 0.1995 I d 2? = 1 X js ?2 = 1 = 5( kA) 0.1995 （4-16） （4-17） Ib = Sb 3U b 2 = 100 = 1.560(kA) 3 × 37 (4-18) I \7.80(kA) (4-19) (4-20) (4-21) (4-22) (4-23) ich = 2kch × I \+ 2( K ch ? 1) = 1.52 × 7.8 = 11.86(kA) S∞ = 3U b × I\ 37 × 7.8 = 499.89( MVA) （3）当 d3 点短路时： X js?3 = 0.033 + 0.177 + 0.1125 = 0.3225 I d 3? = 1 X js?3 = 1 = 3.1( kA) 0.3225 (4-24) (4-25) Ib = Sb 3U b 3 = 100 = 5.50(kA) 3 × 10.5 (4-26) I \17.05(kA) ) (4-27) (4-28) (4-29) (4-30) (4-31) ich = 2kch × I \+ 2( K ch ? 1) = 1.52 × 17.05 = 25.92(kA) S∞ = 3U b × I\A) 短路计算结果列表于下： 短路点 基准电压（KV） 115 37 10.5 表 4-1 短路计算成果表 短路电流(KA) 15.06 7.80 17.05 13 冲击电流(KA) 38.34 19.89 43.48 短路容量(MVA) 2999.74 499.89 310.07 d1 d2 d3 毕业设计（论文） 5 重要的电气设备选择本设计中，电气设备的选择包括：断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选 择、避雷器的选择，导线的选择[4]。 电气设备选择的一般原则： (1) 应满足正常运行、检修、断路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要； (2) 应按当地环境条件校验； (3) 应力求技术先进与经济合理； (4) 选择导体时应尽量减少品种； (5) 扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致； (6) 选用新产品，均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。 技术条件： 选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运 行。同时，所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动、热稳定校验。各种高压设备的 一般技术条件如下表：表 5-1 高压电器技术条件 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 电器 名称 断路器 隔离开关 组合电器 负荷开关 熔断器 PT CT 电抗器 消弧线圈 避雷器 封闭电器 穿墙套管 绝缘子 额定 电压 （kV） √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 额定 电流 （A） √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 额定 机械 容量 荷载 （kVA） （N） √ √ √ √ √ √ 额定开 断电流 （A） √ 热稳定 动稳定 绝缘 水平 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 5.1 断路器的选择 5.1.1 断路器选择原则与技术条件在各种电压等级的变电站的设计中，断路器是最为重要的电气设备。高压断路器的工 14 毕业设计（论文） 作最为频繁，地位最为关键，结构最为复杂。在电力系统运行中，对断路器的要求是比较 高的，不但要求其在正常工作条件下有足够的接通和开断负荷电流的能力，而且要求其在 短路条件下，对短路电流有足够的遮断能力。 高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电 路或退出运行，起着控制作用；当设备或电路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无 故障部分正常运行，能起保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其最 大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。 按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为：多油断路器、少油断路器、压 缩空气断路器、真空断路器、SF6 断路器等。 断路器型式的选择， 除应满足各项技术条件和环境外， 还应考虑便于施工调试和维护， 并以技术经济比较后确认。 目前国产的高压断路器在 110kV 主要是少油断路器。 断路器选择的具体技术条件简述如下： 1）电压： U j （电网工作电压） ≤ U n 。 2）电流： I g max （最大持续工作电流） ≤ I n 。 max 由于高压断路器没有持续过载的能力， 其额定电流取最
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大工作持续电流 I g 3）开断电流（或开断容量） 。 I d t ≤ I kd （或 Sd t ≤ S kd ）式中 I d t ——断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量； （5-1） Sd t ——断路器 t 秒的开断容量； I kd ——断路器的开断容量； Skd ——断路器额定开断容量。断路器的实际开断时间 t ,为继电保护主保护动作时间与断路器固有分闸时间之和。固 有分闸时间查阅《发电厂电气部分课程设计参考资料》表 5-25～5-29。 4）动稳定： ich ≤ imax 式中 ich ——三相短路电流冲击值； （5-2） imax ——断路器极限通过电流峰值。 5）热稳定： 2 I ∞ tdz ≤ I t2t 2 式中 I ∞ ——稳态三相短路电流； （5-3） t dz ——短路电流发热等值时间（又称假想时间） ； I t ——断路器 t 秒热稳定电流。 15 毕业设计（论文） 其中 tdz = t z + 0.05β '' ，由 β '' = I '' 和短路电流计算时间 t， I∞ 从《发电厂电气部分课程设计参考资料》图 5-1 中查出短路电流周期分量等值时间 t z ， 从而算出 t dz 。 根据《电力设备过电压保护设计技术规程》规定：在中性点直接接地的电网中，操作 110kV 空载线路时，使用少油断路器不超过 2.8。 5.1.2 断路器型号的选择及校验（1）电压选择 110kV 侧： U N ≥ U g = 110kV 35 kV 侧： U N ≥ U g = 38.5kV 10 kV 侧： U N ≥ U g = 10.5kV （2）电流选择： I N ≥ I max = 1.05 Pmax 3U g cos ? （5-4） 110kV 侧： I N ≥ I max = 1.05 × (25 + 15) = 258 A 3 ×110 × 0.85 1.05 × 25 = 463 A 3 × 38.5 × 0.85 1.05 ×15 = 1019 A 3 ×10.5 × 0.85 35 kV 侧： I N ≥ I max = 10 kV 侧： I N ≥ I max = （3）开断电流： 110kV 侧： I kd ≥ I \侧： I kd ≥ I \侧： I kd ≥ I \（4）最大短路冲击电流： 110kV 侧： I max ≥ ich=38.34kA 35kV 侧： I max ≥ ich=19.89kA 10kV 侧： I max ≥ ich=43.48kA Skd ≥ S ∞ = 2999.74MVA Skd ≥ S ∞ = 499.89MVA Skd ≥ S ∞ = 310.07MVA 16 毕业设计（论文） 根据以上数据，选定断路器如下： (1) 110kV 侧 选定为 SW4 ? 110G .各项技术数据如下： 额定电流：1000A 极限通过电流（峰值） ：55kA 热稳定电流（5s 有效值）:21kA 额定电流：1500A 额定开断容量:1500MVA 4s 热稳定电流：24.8kA 额定电流：2000A 极限通过电流（峰值）:75kA 热稳定电流（5s 有效值） ：30kA 额定电压：110kV 额定开断电流：15.8kA 额定开断容量：3000MVA (2) 35kV 侧 额定电压：35kV 额定断路开断电流：24.8kA 极限通过电流（峰值）:63.4kA (3) 10kV 侧 额定电压：10kV 额定开断电流：29kA 额定开断容量:500MVA 校验： (1)满足动稳定，即 (2)满足热稳定，即 其中 （1）110kV 侧 选定为 SW2 ? 35 .(小车式)各项技术数据如下： 选定为 SN3 ? 10 各项技术数据如下： ich ≤ imax I 2tdz ≤ I kd 2t tdz = t z + 0.05β \当取 5s 时, ich = 38.34kA tdz = t z + 0.05 （2）35kV 侧 ich ≤ imax ，满足动稳定； tdz = 4.4 + 0.05 = 4.45 显然 ： I 2tdz ≤ I kd 2t ，所以满足热稳定。 I 2tdz = 15.062 × 4.45 ich = 19.89kA tdz = t z + 0.05 （3）10kV 侧 I kd 2t = 15.82 × 5 imax = 63.4kA ich ≤ imax ，满足动稳定； 当取 4s 时, tdz = 3.4 + 0.05 = 3.45 I 2tdz = 7.82 × 3.45 ich = 43.48kA tdz = t z + 0.05 \\ I kd 2t = 28.42 × 4 显然： I 2tdz ≤ I kd 2t ，满足热稳定。 ich ≤ imax ，满足动稳定; 显然： I 2tdz ≤ I kd 2t ，满足热稳定。 imax = 75kA ich=43.48kA 当取 5s 时, tdz = 4.4 + 0.05 = 4.45 I 2tdz = 17.052 × 4.45 I kd 2t = 292 × 5 5.2 隔离开关的选择 5.2.1 隔离开关的选择原则及技术条件隔离开关形式的选择，应根据配电装置的布置特点和使用要求等要素，进行综合的技 、 、 、 术经济比较然后确定。其选择的技术条件与断路器的选择的技术条件（1）（2）（3）（4） 17 毕业设计（论文） 相同。 隔离开关也是发电厂和变电所常用的电器，它需与断路器配套使用。但隔离开关没有 灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。 隔离开关的类型很多，按安装地点不同，可分为屋内式和屋外式，按绝缘支柱数目又 可分为单柱式、双柱式和三柱式。它对配电装置的布置和占地面积有很大影响，选型时应 根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定。 本设计 110kV 为屋外布置， 35kV、 10kV 为屋内布置。 隔离开关的技术条件主要包括以下几项： 1）电压： 2）电流： UN ≥ Ug I N ≥ I max 3）动稳定校验： ich ≤ imax 2 4）热稳定校验： I ∞ tdz ≤ I t2t 5.2.2 隔离开关型号的选择及校验根据短路电流计算结果及选择要求，
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选定设备如下： （1）110kV 侧 选定为 GW 5 ? 110G ，各项技术数据为： 额定电流：1000A 动稳定电流（峰值） ：83kA 额定电压：110kV 热稳定电流（4s 有效值） ：25kA （2）35kV 侧 额定电压: 35kV 热稳定电流（5s） ：25kA （3）10kV 侧 额定电压：10kV 热稳定电流（5s）:75kA 校验 1）满足动稳定，即 2）满足热稳定，即 其中 （1）110kV 侧 选定设备为 GN 2 ? 35T ,各项技术数据如下： 额定电流：600A 动稳定电流（峰值） ：64kA 额定电流：3000A 动稳定电流（峰值） ：160kA 选定设备为 GN10 ? 10T / 3000 ? 160 ,各项技术数据如下： ich ≤ imax I 2tdz ≤ I t2t tdz = t z + 0.05β '' （5-5） （5-6） （5-7） ich = 38.34kA tdz = t z + 0.05 i max = 83kA 当取 4s 时, ich ≤ imax ，满足动稳定； tdz = 3.4 + 0.05 = 3.45 显然 ： I 2tdz ≤ I t 2t ，所以满足热稳定。 I 2tdz = 15.062 × 3.45 （2）35kV 侧 It 2t = 252 × 4 ich = 19.89kA i max = 64kA ich ≤ imax ，满足动稳定； 18 毕业设计（论文） tdz = t z + 0.05 当取 5s 时, tdz = 4.4 + 0.05 = 4.45 I 2tdz = 7.82 × 4.45 （3）10kV 侧 I t 2t = 252 × 5 ，显然 I 2tdz ≤ I t 2t ，满足热稳定。 imax = 160kA 当取 5s 时, ich = 43.48kA tdz = t z + 0.05 ich ≤ imax 、满足动稳定； tdz = 4.4 + 0.05 = 4.45 I 2tdz = 17.052 × 4.45 I t 2t = 1602 × 5 ，显然 I 2tdz ≤ I t 2t ,满足热稳定。 19 毕业设计（论文） 6 方案 A 与方案 B 的技术经济比较 6.1 方案的总投资比较方案 A SSZ9-31500/110 主变压器 SW4-110G 断路器 SW2-35 断路器 SN3-10 断路器 GW5-110G/1000-83 隔离开关 GN2-35T/600-64 隔离开关 GN10-10T/3000-160 隔离开关 总投资：564.63 方案 B （万元） 257.89 万元×2 台 4.57 万元×3 台 1.22 万元×9 台 0.417 万元×15 台 0.16 万元×8 个 0.03 万元×18 个 0.51 万元× 30 个 SSZ9-31500/110 主变压器 SW4-110G 断路器 SW2-35 断路器 SN3-10 断路器 GW5-110G/1000-83 隔离开关 GN2-35T/600-64 隔离开关 GN10-10T/3000-160 隔离开关 总投资：564,385 （万元） 257.89 万元×2 台 4.75 万元×3 台 1.22 万元×9 台 0.417 万元×15 台 0.16 万元×8 个 0.03 万元×26 个 0.51 万元×30 个 6.2 方案的综合投资比较 Z = Z 0 + (1 + α /100) （万元） （6-1） 式中： Zo----为主体设备的综合投资，包括变压器，开关设备等的综合投资； α----为不明显的附加费用比例系数，110kV 取 90 因此： Z a = 1072.80 （万元） （万元） Zb = 1072.33 6.3 方案的年运行费比较 U = α?A ×10?4 + u1 + u 2 u2----折旧费，一般为（0.005～0.058）Z α----电能电价，一般可取 0.06～0.08 元/（kW·h） ； ΔA---变压器年电能损失总值（kW·h） 其中，ΔA 的计算采用以下公式： 20 （万元） （6-2） 式中：u1----小修，维修费，一般为（0.022～0.042）Z； 毕业设计（论文） ?A = n(?P0 + K ?Q0 )T0 + S2 S 2 S2 1 (?P + K ?Q) × ( 1 2 + 2 2 + 3 )τ 2n S n S n S n S3 （6-3） 式中：ΔPo，ΔQo-----为一台变压器的空载有功损耗（kW） ，无功损耗ΔQo=Io （%）Sn/100 （kvar） ； Io（%）------一台变压器空载电流百分值； ΔP，ΔQ------为一台变压器的短路有功损耗（kW） ，无功损耗ΔQ=ud （%）Sn/100 （kvar） ； ud（%）-----变压器的短路电压（或称阻抗电压）百分值； K-----无功经济当量，即为每多发送（或补偿）1kvar 无功功 率,在电力系统中所引起的有功功率损耗增加（或减少） 的值.一般变电所取 0.1～0.15 Sn-----一台变压器额定容量（kVA）; ； S1，S2，S3-----为 n 台变压器三侧分别担负的最大总负荷（kVA） 。 S3n-----第三绕组额定容量（kVA） I (%) S N ?Q0 = 0 = 0.8 × 31500 ÷ 100 = 252kv ar （1） ?P0 =38.4kW 100 （2） ?P(1?2) =229kW ?P(1?3) =212kW ?P(2?3) = 181.6kW 1 ?P = [?P(1?2) + ?P(1?3) ? ?P(2?3) ] = 129.7kW 1 2 1 ?P2 = [?P(1? 2) + ?P(2?3) ? ?P(1?3) ] = 99.3kW 2 1 ?P3 = [?P(2?3) + ?P(1?3) ? ?P(1? 2) ] = 82.3kW 2 ∴?P = ?P + ?P2 + ?P3 = 311.3KW 1 U d % = U d1 % + U d 2 % + U d 3 % = 11.145 ? 0.675 + 7.085 = 17.6% ?Q = U d (%) Sn 17.6 × 31500 ÷ 100 = 5544k var 100 （3） S1 = 25 ÷ 0.85 + 15 ÷ 0.85 = 47.06kVA S2 = 25 ÷ 0.85 = 29.41kVA S3 = 15 ÷ 0.85 = 17.65kVA （4） Tmax =5500 cos ? = 0.85 21 毕业设计（论文） 查表得： τ = 4000 将数据代入公式 6-3 S12 S22 S32 1 ?A = n(?P0 + K ?Q0 )T0 + (?P + K ?Q) × ( 2 + 2 + )τ 2n S n S n S n S3 经计算得： ⑤方案 A ?A = 3969296 KW ? h) （ U a = 39.07 （万元）方案 B U b
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= 39.07 （万元） 6.4 最终方案的确定综上所得，Za〉Zb，Ua〉Ub，方案 B 在经济上比方案 A 优越；在可靠性上，方案 B 低压侧单母线分段已能保证其系统的需要，达到供电可靠和检修乃至故障时仍可供电的要 求，因此选择方案 B 作为主接线方案。 22 毕业设计（论文） 7 其它电气设备的选择 7.1 电流互感器的选择 110kV 进线： I max = 2P / 2 = 250 A 3U n cos ? 2P / 6 = 161.72 A 3U n cos ? 2 P /12 = 169.81A 3U n cos ? （7-1） 35kV 进线： I max = （7-2） 10kV 进线： I max = （7-3） （1）110kV 侧电流互感器 变压器回路电压 110KV，变压器回路电流 I max = 258 A ，选用 LQZ-110 型屋外电流互感 器。 主要技术参数：额定电流比（2×50）~（2×300）/ 5A，级次组合为 D/D/ 0.5 级，短 时（1s）热稳定电流倍数为 75KA，额定动稳定电流倍数为 135KA。选择的电流互感器满 足正常运行及保护的要求。 进线 I max = 250 A 选用 L-100-50~600/5 型电流互感器。 主要技术参数：额定电流比 50~600/5 A，级次组合 0.5/D/D。短时（1s）热稳定电流倍 数为 75KA，额定动稳定电流倍数为 135KA。选择的电流互感器满足正常运行及保护的要 求。 （2）35kV 侧电流互感器 变压器回路电压 35KV，变压器回路电流 I max = 463 A ，选用 LCW-35 型屋内电流互感 器。 主要技术参数：额定电流比（15~1000）/5 A，级次组合 0.5/3。短时（1s）热稳定电流 倍数为 65KA，额定动稳定电流倍数为 100KA。选择的电流互感器满足正常运行及保护的 要求。出线 I max = 161.72 A 选用 LCWD-35 型电流互感器。 主要技术参数：额定电流比（15~600）/5 A，级次组合 0.5/1。短时（1s）热稳定电流 倍数为 90KA，额定动稳定电流倍数为 150KA。选择的电流互感器满足正常运行及保护的 要求。 （3）10kV 侧电流互感器 变压器回路电压 10KV，变压器回路电流 I max = 1019 A ， 选用 LBJ-10 型屋内电流互感 器。 主要技术参数：额定电流比（1000~1500）/5 A，级次组合 0.5/ D、1/D、D/D，短时（1s） 23 毕业设计（论文） 热稳定电流倍数为 50KA，额定动稳定电流倍数为 90KA。选择的电流互感器技术参数能满 足正常运行及继电器保护的要求。出线 I max = 169.81A 选用 LA-10 型电屋内流互感器。 主要技术参数：额定电流比 200/5 A，级次组合 0.5/3、1/3。短时（1s）热稳定电流倍 数为 90KA，额定动稳定电流倍数为 160KA。选择的电流互感器满足正常运行及保护的要 求。 7.2 电压互感器的选择（1）110kV 电压互感器 大容量 2000VA。 （2）35kV 电压互感器 （3）10kV 电压互感器 选择 JDZ-35 型单相（屋内式）电压互感器。系统额定电压 选择 JDZ-10 型三相（屋内式）电压互感器。系统额定电压 变比为 35000 / 110， 额定负载 150VA / 250VA / 500VA， 准确级 0.5 / 1 / 3P， 最大容量 500VA。 变比为 10000/100，额定负荷 80VA / 150VA / 300VA，准确级 0.5/1/3P，最大容量 500VA。 选用 JCC-110 型单相（屋外式）电压互感器。系统额定电 压变比为（110000 / 3 ）/（100 / 3 ）/ 100，额定负载 500VA/1000VA，准确级 1/3P，最 7.3 导线的选择 7.3.1 35KV 侧母线的选择按经济电流密度选择导线截面，由于 Tmax = 5500h / 年 ，查表得 J = 0.73 A / mm 2 。35KV 母线最大工作电流： I max = 1.05 Pmax 2 × 3U n cos ? = 1.05 × 25 ×103 = 231.53 A 2 × 3 × 38.5 × 0.85 （7-4） I max 231.53 = = 317.16mm 2 J 0.73 可选导线 LMY ? 100 × 8 ,其长期允许载流量（+70℃）为 1547. 热稳定校验： SJ = （7-5） θ = 40 + (70 ? 40) × (317.16 / 1547)2 = 41.26o C ，查表得 C=98.3，满足短路时发热的最小导体截面 Smin Qk 209.90 × 106 = = = 147.38mm 2 < 800mm 2 C 98.3 （7-6） 满足热稳定要求。 7.3.2 35KV 侧出线的选择按经济电流密度选择导线截面，由于 Tmax = 5500h / 年 ，查表得 J = 0.73 A / mm 2 。35KV 24 毕业设计（论文） 出线最大工作电流： I max 1.05 × 25 × 103 = = = 77.19 A 6 × 3U n cos ? 6 × 3 × 38.5 × 0.85 1.05 Pmax （7-7） （7-8） I max 77.19 = = 105.73mm 2 J 0.73 可选导线 LGJ ? 400 / 20 ,其长期允许载流量（+70℃）为 898A. SJ = 热稳定校验：θ = 40 + (70 ? 40) × (105.73 / 898) 2 = 40.4o C ，查表得 C=98.9，满足短路时发热的最小导体截面 Smin Qk 209.9 × 106 = = = 146.49mm 2 < 400mm 2 C 98.9 （7-9） 满足热稳定要求。 7.3.3 10KV 侧母线的选择按经济电流密度选择导线截面，由于 Tmax = 5200h /