35kV变电站电气一次部分设计技术分析-袁丽娟

2015年第7期11435kV变电站电气一次部分设计技术分析袁丽娟（国网四川省电力公司凉山供电公司，四川凉山615000）摘要基于35kV变电站设计的相关国家规范、手册、标准，该课题实现了35kV终端降压变电站电气一次部分的研究与设计。35kV侧母线采用单母线接线并采取1回进线方式，主变压器采用2台SZ9-8000/35型有载调压变压器；10kV侧母线采用单母线简易分段接线并有8回出线；10kV主进线采用ZN28-12型真空断路器，出线采用断路器与保护控制器配合作为控制和保护，本课题的研究结合新时代的要求，并采用新技术及节能设计原则，对于进一步提高变电站电气系统优化设计具有一定借鉴意义，便于今后变电站工程的设计，提高工作效率。关键词：35kV变电站；短路计算；一次设备ElectricalPrimaryResearchandDesignof35kVSubstationYuanLijuan(SichuanLiangshanPowerSupplyCompany,Liangshan,Sichuan615000)AbstractBasedonnationalstandardaboutthedesignof35kVsubstation,manuals,standardsandthesubjectfor35kVterminalstep-downtransformersubstationelectricalprimaryresearchanddesign.35kVbussidewithsinglebusbarconnectionandtakeawaybackintotheline,themaintransformeradoptstwoSZ9-8000/35on-loadvoltageregulatingtransformer;10kVsidewithsimplesinglebusbarofbusbarandeightbackline;10kVmainfeedlinetheZN28-12typevacuumcircuitbreaker,wirecontrollercircuitbreakerandprotection,isemployedascontrolandprotection,thistopicresearchcombinedwiththerequirementsofthenewera,andadoptnewtechnologiesandenergy-savingdesignprinciples,tofurtherimprovethesubstationelectricalsystemoptimizationdesign,havecertainreferencesignificancetofacilitatethefuturesubstationprojectdesign,improvetheworkefficiency.Keywords：35kVtransformersubstations；shortcircuitcalculation；primaryequipment随着我国经济发展，农村涌现出大量的乡镇企业，用电结构发生本质性变化，用电发展速度日益高于城市，但国内绝大多数的农村电网薄弱，而且终端变电站数量极少，供电半径长，输电线路损耗大，影响了供电质量。本期设计的35kV降压变为10kV地方终端变电站，其主要任务是向县城和乡镇用户供电，为保证可靠的供电及电网发展的要求，在选取设备时，应尽量选择动作可靠性高，维护周期长的设备。根据设计任务书的要求，设计规模为10kV出线8回，35kV进线2回；负荷状况为35kV最大容量12.6MVA，10kV最大容量4.5MVA。本期设计严格按《电力工程手册》、《发电厂电气部分》等参考资料进行主接线选择以及电气设备的选型，可有效解决线路损耗问题并改善电压质量，为终端变电站的设计提供很好的借鉴。1电气设计1.1电气主接线的选择系统主要由五部分组成：电气主接线的选择、变压器的选择、短路电流的计算、主要电气设备的选择、变电站接地与防雷设计。为满足某区域对电力的需求，经系统规划设计，论证新建一座35kV终端变电站。电压分为35kV、10kV两个电压等级。变电站设置两台变比为35/10.5kV的主变压器。35kV侧两回，1回进线，另1回供另一座远方35kV变电站。变电站的电气主接线必须满足电气设计的可靠性、灵活性、经济性的要求。经分析论证，35kV侧进线1回且由于使用2台2015年第7期115变压器并且还和另一座变电站联络，所以需要有3回出线。由《电力工程电气设计手册》第2章关于单母线接线的规定：“35～63kV配电装置的出线回数不超过3回时，应采用单母线接线形式”。根据中国能源部《35～110kV变电站设计规范GB50059－92》第3.2.3条35～110kV线路为2回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过2回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。35～63kV线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV线路为6回及以上时，宜采用双母线接线。故本设计中，35kV侧应采用单母线接线。图1总电气主接线设计图10kV最大负荷4500kVA，8回出线，最大1回负荷为1000kVA。由《电力工程电气设计手册》第2章规定：6～10kV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母线分段接线，当短路电流过大、出线需要带电抗器时，也可采用双母线接线。根据要求，单母线带旁路母线接线方式满足“不进行停电检修”和经济性的要求，因此10kV母线端选择单母线分段接线方式。1.2变压器的选择由于变电站有35kV、10kV两个电压等级，根据设计规程规定，“具有两个电压等级的变电站中，首先考虑双绕组变压器。根据以上条件，选择SZ9-8000/35变压器。综上得该变电站的主变型号及相关参数见表1。表1变压器SZ9-8000/35相关技术参数额定电压/kV损耗/kW变压器型号额定容量/kVA高压低压连接组标号空载负载短路阻抗/%空载电流/%SZ9-8000/3580003510.5YNd119.8442.757.51.1主变压器调压范围：高压侧35±2×2.5%。阻抗值计算如下：电压百分数Uk%=7.5%，Pk=42.75kW。22KNT22N22KNTN2222TTT42.75350.821000100087.53511.4810010080.8211.4811.50PURSUUXSZRX××===Ω××××===Ω××=+=+=Ω通过对变压器的参数计算得知，该变电站主变压器的阻抗值为11.5Ω，这些参数是后期进行短路计算的重要参考依据。2短路电流的计算在本变电站的设计中，35kV侧电源近似为无限大电源系统，即回路中发生短路时电源的内阻抗可以忽略不计，当接到这个系统的小容量电路中的电流发生任何变动甚至短路时，这个系统母线上的电压仍基本保持不变。在正常接线方式下，通过电气设备的短路电流为最大的地点称为短路计算点，比较断路器的前后短路点的计算值，比较选取计算值最大处为实际每段线路上短路点。基于该原则选取短路点如下。35kV线路上短路点为F3，10kV线路上短路点为F1，F2，等值电路如图2、图3所示。图2短路点标示图图3短路点等值电路标示图2015年第7期1162.1各元件阻抗值计算1）线路参数35kV线路为LGJ-120，其参数为r1=0.236Ω/kmx1=0.348Ω/km22221110.2360.3480.436(/km)zrx=+=+=ΩZ=z1×l=0.436×10=4.36Ω*B14.360.31813.69ZZZ===2）变压器等值电抗计算（1）35kV侧基准值，标幺值计算取SB=100MVAUB1=37kV（规定）（B表示基准值、N表示额定值）BB1B1B1B1B1N11B1T1TB11001.56kA33373713.69331.5637*13711.48*0.8413.69SIUUZIUUUZZZ===×===Ω×======（2）10kV侧基准值，标幺值计算取SB=100MVAUB=10.5kV（规定）BB2B2B2B2B2N22B21005.5kA3310.510.51.1025335.510.5*110.5SIUUZIUUU===×===Ω×===2.2短路电流的计算当在F1处发生三相短路时，作出等值电路图，如图4所示。图4短路点F1等值电路图1）最大运行方式下，电源至短路点的总电抗为1*ML1*L2*T1*T2*////110.3180.840.57922ZZZZZΣ=+=×+×=无限大容量电源*1E=短路电流周期分量的标幺值**1*M11.730.579EIZΣ′′===短路电流周期分量的有名值（等于稳态短路电流）为B*B*B1001.732.70kA3337SIIIIU′′′′′′===×=×短路冲击电流sh.1Msh221.82.706.87kAiKI′′==××=短路全电流最大有效值22sh.1Msh12(1)2.712(1.81)4.08kAIIK′′=+−=×+×−=三相短路容量F1.MB*1001.73173MVASSI′′==×=2）最小运行方式下电源至短路点的总电抗为1*m0.3180.841.158ZΣ=+=无限大容量电源*E=1短路电流周期分量的标幺值*10.861.158I′′==短路电流周期分量的有名值*B1000.861.34kA337III′′′′==×=×短路冲击电流sh..1msh221.81.343.42kAiKI′′==××=短路全电流最大有效值22sh.1msh12(1)1.3412(1.81)2.02kAIIK′′=+−=×+×−=三相短路容量F1.mB*1000.8686MVASSI′′==×=2015年第7期1172.3短路电流计算结果统计F2、F3短路电流计算同F1处，系统短路点分析统计见表2。表2短路电流计算结果表短路点序号运行方式电源至短路点电抗标幺值ZΣ∗短路电流周期分量有名值I″/kA短路冲击电流ish/kA全电流shI/kA短路容量S/MVA最大0.5792.706.874.08173F1最小1.1581.343.422.0282.026最大0.9995.50148.3100F2最小1.1584.7512.097.486最大0.1599.8124.9714.81629F3最小0.3184.9012.477.4314变压器一次侧额定电流：Nc1N18000131.97A3335SIU===×maxc11.051.05131.97138.57AII==×=变压器二次侧额定电流：Nc2N28000461.89A3310SIU===×maxc21.051.05461.89484.98AII==×=3主要电气设备选型根据设备的额定电压、电流值查表，得35kV侧断路器选择参数见表3。表3LW8-35相关技术参数型号额定电压/kV最高工作电压/kV额定电流/A额定短路开断电流/kA额定热稳定电流/kA额定动稳定电流/kA额定关合电流/kA额定合闸时间/s全开断时间/sLW8-353540.516002525（4s）63630.10.0635kV侧隔离开关选择参数见表4。表4GW2-35G/600相关技术参数型号额定电压/kV最高工作电压/kV额定电流/kA动稳定电流/kA热稳定电流/kAGW2-35G/6003540.56004820（4s）10kV侧隔离开关选择参数见表5。表5GN8-10T/600相关技术参数型号额定电压/kV最高工作电压/kV额定电流/kA动稳定电流/kA热稳定电流/kAGN8-10T/6001011.56005220（4s）经计算选择LGJ-210/35型钢芯铝绞线，其70℃时最大允许持续电流Iy=584（A）；在8回出线中，以最大负荷的8条出线路为出线截面积选择的计算依据，其他线路就一定可以满足要求。经计算选择LGJ-70mm2型钢芯铝绞线，其70℃时最大允许持续电流Iy=289（A）。4结论本课题的研