110-35-10kV降压变电站电气一次系统设计作业

电子信息工程学院发电厂变电所电气部分设计班级：学号：姓名：指导教师评语:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________《发电厂电气部分》作业题目5：试设计一110KV变电所电气主接线该变电所电压等级为110/35/10KV,其中110KV侧4回线；35KV侧4回，负荷为4-6MW；10KV侧8回线，负荷为1.5-4MW之间。组员：一、分析原始资料该变电所向荆门市民供电，且是一座110/110/35kV终端变电所。设计的重点是对变电所电气主接线的拟订及配电装置的选择。荆门地区的全年平均气温为18℃，年最高气温45℃,年最低气温﹣5.℃,年日照时间1997-2100h，年平均降水量804-1067mm；每年7、8月为雷雨集中期。110kv的变电所应该考虑防雷等措施。待建110KV变电所从相距40km的荆门热电厂受电（系统为无限大功率电源）并采用架空线作为电能的传输及配送；型号为LGJ-300电抗值为0.395Ω/km，其他线路阻抗忽略不计。从负荷特点及电压等级可知110/35/10kv为降压变电所且满足三绕组变压器的特点：高压侧为中压侧的近似3倍，中压侧为低压侧的近似3倍；110KV应该考虑其供电可靠性、扩建等问题；从经济远性选择三绕组变压器。35及10kv属于一、二级负荷可靠性也有一定要求；35kv侧每回线负荷为4-6MW；10kv侧负荷1.5-4MW。负荷的功率因数0.8进行选择变压器；其运行功率因数不低于0.92；不考虑网损。二、主接方案的初步拟定根据对原始资料的分析。此变电站有三个电压等级：110/35/10KV，故可初选三相三绕组变压器，根据变电所与系统连接的系统可知，变电所有两条进线，为保证供电可靠性，可装设两台主变压器。110kV高压侧2进2出4回出线，可选择内桥型接线，单母线分段接线等。35kV和10kV侧分别为4回出线、8回出线，均可以采用单母分段接线，为保证设计出最优的接线方案，初步设计以下二种接线方案供最优方案的选择。方案一（图2-1）高压侧：内桥接线；中压侧，低压侧：单母分段接线。图2-1方案一主接线图方案二（图2-2）高压侧：单母分段接线；中压侧，低压侧：单母分段接线。图2-2方案二主接线图三、主接线各方案的讨论比较1.内桥形接线：a）优点：高压断路器数量少，四个元件只需三台断路器。b）缺点：变压器的切除和投入较复杂，需操作两台断路器并影响一回线路暂时停运；连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行；出现断路器检修时，线路要在此期间停运。c）适用范围：适用容量较小的变电所，变压器不常切换或线路较长、故障率较高情况。2．单母线分段接线（1）优点：a）用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同端引出两个回路，有两个电源供电；b）当一段母线发生故障时，分段断路器能自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。（2）缺点：a）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都在检修期间内停电；b）当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越；c）扩建时需向两个方向均衡扩建。（3）适用范围：a）35-63kV配电装置出线回路数为4-8回时；b）110-220kV配电装置出线回路数为3-4回时。主接线所选的二个初步方案，主接线中压、低压二次侧方案相同，只比较一次侧方案。方案一的特点如下：当本所高压断路器数量少，节约断路器的成本投入；但不利于扩建、可靠性不高。方案二的特点如下:今后扩建也方便；提高供电的可靠性在任意一段母线故障时可保证正常母线不间断供电。四、主接线最终方案的确定在对原始资料的分析和主接线两种方案的对比下；从经济性来看，由于方案二增加了隔离开关，占地面积较有所增加，从设备上来综合投资费用和运行费增加增加。从可靠性来看，方案一变压器的切除和投入较复杂，需操作两台断路器并影响一回线路暂时停运；连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行；出现断路器检修时，线路要在此期间停运。方案二当一段母线发生故障时，分段断路器能自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。从改变运行方式灵活性来看，在配电装置的综合投资，包括控制设备，电缆，母线及土建费用上，在运行灵活性上110KV侧单母分段接线接线比桥型线接线有很大的灵活性且方案二能适应系统中各种运行方式调度和潮流变化需要，试验方便。综上所述最终选择方案二五、主变压器容量的确定及无功补偿5.1原始资料分析可知1、待建110KV荆门变电站从相距40km的热电厂受电。2、待建110KV荆门变电站年负荷增长率为5%，变电站总负荷考虑五年发展规划。3、待建110KV荆门变电所各电压级负荷数据如下表:电压等级线路名称最大负荷（MW）COSФTmax及同时率35kv1#出线50.86000/0.92#出线4.50.83#出线60.84#出线5.50.810KV1#出线3.50.82#出线20.83#出线3.50.84#出线40.85#出线1.80.86#出线2.20.87#出线3.50.88#出线40.85.2无功补偿电容器的型号选择及负荷计算一、无功补偿1).35kv侧无功补偿容量分析实际功率因数为0.8（37°），补偿后功率因数为0.92（/=23°）可知无功补偿率cq=0.33则补偿容量CQCQ=Pc(tanarccos0.8－tanarccos0.92)=Pmax*cq=21*0.33=6.93Mvar故选用：TBB35-8016／334CCW：额定电压：35，额定容量：8016kvar台数的确定：n=CQ/qN=6930/8016=1(台）2).10kv侧无功补偿容量分析实际功率因数为0.8（37°），补偿后功率因数为0.92（/=23°）可知无功补偿率cq=0.33则补偿容量CQCQ=Pc(tanarccos0.8－tanarccos0.92)=Pmax*cq=24.5*0.33=8.085Mvar故选用：TB1036B-4200／100BL：额定电压：10，额定容量：4200kvar台数的确定：n=CQ/qN=8.085/4200=2(台）二、变电所的负荷计算为满足电力系统对无功的需要，需要在用户侧装设电容器，进行无功补偿，使用户的功率因数至少提高到0.92。根据原始资料中的最大有功及调整后的功率因数，算出最大无功，可得出以下数据:{S”=√(P²+（Q-nqN）²)COSФ”=P/S”}电压等级线路名称最大有功（MW）最大无功（MVAr）COSФ同时率35KV1#出线51.840.926000/0.92#出线4.51.660.923#出线62.210.924#出线5.52.030.9210KV1#出线3.51.420.922#出线20.810.923#出线3.51.420.924#出线41.620.925#出线1.80.730.926#出线2.20.890.927#出线3.51.40.928#出线41.620.925.3待建110KV荆门变电所总负荷的计算（无功补偿后）35~S=P35+jQ35=5+4.5+6＋5.5+j(1.84+1.66+2.21+2.03)=21+j7.74（tanΦ’’=0.36）35~S（1+5%）5＝（21+j7.74）×1.28＝26.88+j9.02S35＝28.35(MVA)10~S=P10+jQ10=4*2+3.5*3+2+1.8+2.2+j(1.42*3+1.62*2+0.89+0.81+0.73)=24.5+j9.93（tanΦ’’=0.406）10~S（1+5%）5＝（24.5+j9.93）×1.28＝31.36+j12.71S10=33.84(MVA)110~S=K110[K3535~S+K1010~S]（1+5%）5=0.9[0.9(21+j7.74)+0.9(24.5+j9.93)]*1.055=47.17+j18.32S110=√(47.172+18.322)=50.9(MVA)COSΦ=P110/S110=47.17/50.9=0.927满足功率因数提高到0.925.4变压器型号的确定所有负荷均由两台电压为110KV/35KV/10KV变压器供电，其中一台主变事故停运后，另一台主变压器的容量应保证所有用户的60％全部负荷的供电。用户的60％全部总容量：SN≥0.6S110=30.54MVA因此可选择SFSZ7-31500/110型三相三绕组有载调压变压器，接线组别：YN,yn0,d11。由于15％S110=15％×50.9(MVA)＝7.635(MVA)S10=33.84(MVA)，15％S110=15％×50.9(MVA)＝7.635(MVA)S35=28.35(MVA)，因此主变110KV、35KV、10KV三侧容量分别为100％/100％/100％结论：荆门变电所三绕组变压器，由以上计算，查《发电厂电气部分》型号容量比额定电压（kV）U*1-2%U*1-3%U*2-3%高压侧中压侧低压侧SFSZ7-31500100/100/10012138.510.510.5186.5六．短路电流的计算（最大工作方式）6.1短路计算点的选择方案二的短路计算的系统化简图如下(图6-1）所示本设计选d1、d2和d3分别为110kv35kv10kv母上短路点计算且短路电流最大选择主接线上的设备图6-1主接线短路点选择简图6.2网络的等值变换与简化方案二的短路计算的系统化简阻抗图及各阻抗值，短路点均一样；如下图为系统阻抗图（图6-2）图6-2系统阻抗图首先应用星-三角变换，将每台变压器的阻抗化简，其转化图如图6-3图6-3系统阻抗转化图6.3短路点的选择与各短路点的短路电流的计算选d1,d2,d3为短路点进行计算。（近似计算法）已知，由SB=100MVA,UAV=115kV，系统为无穷大功率电源。所以系统短路电抗Sd*1=∞Xd*1=0线路电抗XL*1=1／2×X0×L×Sb／Ub2=1／2×0.395×40×100／1152=0.0597总电抗Xd*=0+0.0597=0.0597又由所选的变压器参数阻抗电压：10.5%(高-中)，18%(高-低)，6.5%（中-低）算得UK1%=1/2[U(1-2)%+U(1-3)%-U(2-3)%]=11%UK2%=1/2[U(1-2)%+U(2-3)%-U(1-3)%]=-0.5%UK3%=1/2{U(1-3)%+U(2-3)%-U(1-2)%}=7%主变容量为50MVA，标幺值：*1X=UK1%/100×(SB/SN)=0.349*2X=UK2%/100×(SB/SN)=-0.016*3X=UK3%/100×(SB/SN)=0.222简化后的阻抗图如图5-3：图5-3系统阻抗简化图最终等效电抗标幺值：X*=0.0597*1X=0.154*2X=0.098*3X=-2.136（1）当d1点短路（110KV）时：Xjs*1=0.0597Id1*=1/Xjs*1=1/0.0597=16.7513/bbbUSI100/（3×115）=0.502(kA)Id1=I″d1*×Ib=16.75×0.502=8.409(kA)I∞=Id1=8.409(kA)ich=2Kch×Id1=21.4429(kA)（110kv及以上网络Kch取1.8）S∞=3Ub1×I=3×115×8.409=1672.9706MVA其中，Xjs*——计算电抗；Id1*——短路电流周期分量标幺值；Id——起始次暂态电流；I∞——t=∞时的稳态电流；ich——短路电流冲击