电力系统设计

110kV降压变电所电气部分初步设计举例一、设计基础数据1、设计依据(包括负荷统计、主管部门报批文件、协议书等)。2、工程性质：新建、工程分二期3．所址地理及气象条件本变电所向地区工业中心及职工住宅小区供电。附近有公路经大道至本变电所，砂石高坡地，四周开阔。属省Ⅱ级气象区，最高气温40℃、最低气温-20℃，主导风向冬季为西北风，夏季为东南风，最大风速25m／S、海拔600m，最大冻土层厚0.6m，地震级为6度。4．建设规模本变电所是由地区变电所通过110kV架空线路供电的终端变电所，第一期工程先上一台20000kVA的三绕组变压器，一条110kV进线。远景规划为二台20000kVA三绕组变压器，一条110kV进线，一条110kV出线。地区变电所端采用SF6—110型断路器，后备保护的动作时间为3.5s5.负荷情况本变电所10kV出线6回,送往县城，每回负荷2000kW，假定cosφ=0.8；35kV出线4回，向北给乡镇供电，每个乡镇变电所变压器2台，总容量为3200kVA，线路总长约70km，35kV出线每回按6000kVA负荷计算。5．系统情况系统至本变电所110kV母线的标么电抗(Sd=1OOMVA)为；最大运行方式时0.25，最小运行方式时0.3；主运行方式时0.28。6．设计内容本设计只作电气部分的初步设计，不作施工设计和土建设计。主要设计范围为：①确定电气主结线；②确定电气布置原则；③短路电流计算，④主导体和电气设备的选择，⑤继电保护配置和整定计算；⑥确定二次系统的原则方案；⑦确定防雷和接地保护方案，⑧所用电，⑨直流操作电源：⑩照明。二、电气部分设计说明2.1．主结线本变电所110kV远景规划只有两回进出线路，且有穿越功率，当负荷小的季节尚有可能退出一台主变压器运行，故宜采用外桥式接线，本期工程暂采用线路一变压器组接线。l0kV出线较多，用户又较重要，拟采用单母线断路器分段接线方式。35kV侧采用单母线隔离开关分段接线，施工设计时预留出将来改用断路器分段的位置。一期工程主结线见图附I—1。2.主变压器选择因为35千伏侧负荷较大，故将零阻抗置于该侧。主变压器中性点应留有经消弧线圈接地的可能；若系统调度部门没有明确要求，中性点可以暂不接地。35千伏侧的总负荷10千伏侧的总负荷若一台主变压器停运，另一台承担全部负荷，其负荷率为195%，应采取措施减负荷。正常并列运行的负荷率为97.5%。356000424000SkVAkVAKVAS150008.020006102.551102/38.5/11100100kV拟选用SFSL-20000/110型三绕组变压器，其容量比为：100/100/50；电压比为:接线方式位YN，yn0,d11；阻抗电压为:Uk12=10.5﹪；Uk13=18﹪；Uk23=6.5﹪；100981001004320031500062000023第一期工程主变压器负荷率为3电气布置110千伏和35千伏采用户外式，10千伏采用户内式成套配电装置。户外配电装置采用中型布置，110千伏用门型构架，35千伏用型构架安装母线。间隔跨度110千伏用8米，35千伏用5米。各级电压的配电装置，主变压器和控制室的安装位置和朝向，应有利于进出线的方便和巡视工作的便利。一期工程平面布置见图附I-2。4.短路电流计算按无限大容量处理，基准容量取100MVA。用于设备选择时，按最终规模考虑；用于继电保护整定计时，按第一期工程考虑。第三章为短路电流计算部分。5.主要电器设备选择计算温度取最热月份的平均温度；最大负荷利用小时数2500小时，经济电流密度取1.15A/mm2。尽量选择同型号的设备，以利于维护。见设备选择部分。2.4继电保护配置1主变压器保护主变压器设置以下保护装置：①瓦斯保护，轻瓦斯作用于信号，重瓦斯作用于跳闸；②纵联差动保护；③复合电压启动的过电流保护，以第一时限跳35千伏母线分段开关，第二段时限跳主变压器35千伏侧开关，第三段时限跳主变压器三侧开关。因第一期工程中35千伏母线无分段断路器，故暂用两段时限；④主变压器10千伏侧设过电流保护，作为10千伏出线和10千伏母线的后备保护，以第一段时限跳10千伏母线分段开关，第二段时限跳主变压器10千伏侧开关；⑤主变压器110千伏侧和10千伏侧均设过负荷保护，动作与信号。2.35千伏线路保护因电流速断保护的保护范围不能满足要求，所以采用电压速断保护作为主保护，过电流保护作为后备保护。3.10千伏线路保护按规定应设电流速断保护和过电流保护，若电流速断保护的保护范围太小，可只设为电流保护。2.5主控制室和二次回路1.主控制室按有人值班设计，在室内设主变压器，110千伏线路，35千伏线路，母线分段开关的控制屏和保护屏，并尽可能与实际位置相对应，以减少控制电缆的交叉和数量。各个屏按∏形布置，开口侧朝向户外配电装置，便于值班人员观察。主要控制屏在正面，直流屏和所用电屏分在两侧；中央信号屏置于正面一侧。2.断路器的控制主变压器，110千伏线路，35千伏线路和个分段开关均在主控制室操作，采用灯光监视。10千伏开关在户内配电室就地操作，也采用灯光监视。3.事故信号和预告信号由于断路器数量较多，因此设重复动作的事故信号和预告信号，在中央信号屏集中解除。预告信号分瞬时和延时动作两种。10千伏就地操作的各安装单位，其动作信号均在中央信号屏上设光字牌。4.所用电采用电容器储能得硅整流电源，所以选用两台所用变压器，一台SL7-30/10型结与10千伏母线2段上，另一台SL7-50/35型结与35千伏侧。两台互为备用，且在低压侧装设备用电源自动投入装置，以提高供电可靠性。5.直流系统一组硅整流装置对正常运行时直流负荷供电，包括控制，信号和继电保护等直流负荷；另一组硅整流装置作为断路器的合闸直流电源，正常运行时也可对上述直流负荷供电。国产GKA型成套整流设备即可满足要求，他的输入电压为380伏，输出直流电压220伏，电流600安。6.照明变电所主控制室和10千伏内配电装置室，设乳白色球形灯具及事故照明。办公室和休息室等房间设常用照明灯具，户外采用投光灯和局部照明。近出门设吸顶灯。2.6防雷保护及接地装置①户外与户内配电装置及主控制室的建筑物，设独立避雷针防护直击雷，其保护范围应包括线路的终端塔杆。②在各段母线上设一组阀型避雷器，以防雷电冲击波。③为防护开路状态下的断路器，隔离开关和通讯用电感器，在110千伏线路终端杆处设一组管型避雷器。④因为变压器10千伏侧有可能开路运行，所以10千伏母线上设一组阀型避雷器。⑤环绕主控制室和各级电压配电装置，设置闭合的接地装置，在主要设备附近设吹直接地体。112(10.5186.5)%11%X122(10.5186.5)%0X132(186.510.5)%7%X第3章短路电流计算3.1短路电流计算主变压器各侧阻抗的百分值(3-1)(3-2)(3-3)其标幺值为35.0800010010070025.0201001005.055.02010010011100(%)3211TTdNkTXXSSUX111000.50233115dddSIkAkAU34基准电流为110千伏侧35千伏侧221001.563337dddSIkAAU10千伏侧331005.53310.5dddSIkAAU3536在最大运行方式下，k1点三相短路电流为：*110.50220.25kdIIIIkAkAX2.552.5525.1kkiIkAkA*111004000.25kdISSMVAMVAX最大运行方式下，各短路点短路电流和短路容量的计算结果如表3-1所示。kIIski短路点编号短路电流计算值（kA）热稳定计算参数Sk(MVA)等效时间110kV母线k1400225.13.1535kV母线k21912.982.987.82.7010kV母线k31437.877.8720.071.75表3-1热稳定计算的等效时间等于四个时间之河，即继电保护动作时间+断路器固有分闸时间+断路器灭弧时间+非周期分量热效应的等效时间。因此10千伏线路为：主变10千伏侧为：0.50.20.050.75ss1.50.20.051.75ss2.50.150.052.7ss10.150.051.2ss30.10.053.15ss主变35千伏侧为：35千伏线路为：主变110千伏侧为：1200001.051103110IAA2200001.05315338.5IAA3.2各回路的工作电流主变110千伏侧：主变35千伏侧：3100001.05551311IAA主变10千伏侧：5600099335IAA420001443100.8IAA10千伏出线：35千伏出线：35千伏母线分段开关按35千伏侧总负荷的60%计算；10千伏母线分段开关按10千伏侧总负荷的60%计算；110千伏外桥回路的穿越功率按20000千伏计算。短路点k1k2k3系统阻抗电压级；运行方式110kV35kV10kV最大运行方式2kA1.95kA4.78kA0.25最小运行方式1.67kA1.84kA4.58kA0.3主运行方式1.79kA1.88kA4.66kA0.28附3-2计算电路如上图附Ⅰ－4，计算结果详见表附3-2第4章主要电器设备选择4.1设备选择原则设备型号应符合使用环境和安装条件的要求；设备的规格，参数按正常工作条件选择，并按最大短路电流进行校验。同样必须执行国家的有关技术，经济，政策并应做到技术先进，经济合理，安全可靠，运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。4.1开关电器的选择开关电器的具体选择原则：首先电网工作电压小于额定电压；最大持续工作电流小于额定电流；断路器的额定开断电流大于断路器实际开断时间的短路电流周期分量；三相短路电流冲击值小于断路器极限通过电流峰值；进行综合经济比较然后确定。22(15.8)4.kAs2222.65.kAs表附4-1110千伏外桥断路器参数项目设备参数使用条件额定电压110kV110kV额定电流1200A220A开断容量3000MVA400MVA开断电流15.8kA2kA热稳定动稳定41kA5.1kA110千伏外桥断路器和隔离开关选用SW8-110G/1200型断路器和CD5-XG型操动机构，其有关参数附表4-1，22145.kAs2222.65.kAs表附4-2隔离开关参数项目设备参数使用条件额定电压110kV110kV额定电流600A220A热稳定动稳定50kA5.1kA隔离开关选用GW4-110/600型，其有关参数附表4-2。22(15.8)4.kAs2223.15.kAs22145.kAs2223.15.kAs表附4-3变压器110千伏侧断路器和隔离开关选择型号及有关参数设备型号SW3-110G/1200型断路器GW4-110/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压110kV110kV110kV110kV额定电流1200A110A600A110A热稳定动稳定41kA5.1kA50kA5.1kA开断电流15.8kA2kA操动机构CD5-XGCS-41变压器110千伏侧断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附4-3。22(6.6)4.kAs22(1.95)2.7.kAs22145.kAs22(1.95)2.7.kAs表附4-4变压器35千伏侧断路器和隔离开关选择型号及有关参数设备型号SW3-35/600型断路器GW4-35/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压35kV35kV35kV35kV额定电流600A315A600A315A热稳定动稳定41kA4.97kA50kA4.97kA开断电流16.5kA1.95kA操动机构CD3-XCS8-3变压器35千伏侧断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表