变电所一次系统最佳方案的设计

1变电所一次系统最佳方案的设计在发电厂和变电所中，根据电能生产、转换和分配等各环节的需要，配置了各种电气设备及一次接线系统。不同类别的电气设备承担的任务和工作条件各不相同，因此他们的具体选择方法也不相同。但是，为了保证工作的可靠性及安全性，在选择时的基本要求是相同的，即正常运行条件下选择，以短路条件校验其动稳定性和热稳定性。对于断路器、熔断器等还要校验其开断电流的能力。变电所一次接线系统中所用设备最多的是高压断路器和高压隔离开关，为此一次系统方案设计中主要以高压断路器和高压隔离开关等设备和一次接线方式的选择为主，分析一次系统的最佳方案确定。一、基本资料变电所一次接线必须满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。一次接线的技术比较主要的是个方案的供电可靠性和运行灵活性的定性分析。一次接线的经济比较包括计算综合投资、计算年运算费用和所选方案综合比较三方面内容。本次计算分析时，只计算考虑各方案中不同的部分。（1）电力系统简图如图1所示，系统中有两台变压器、双电源、双回路进线与多条引出线。~~（2）选择吉林省长春市的自然条件：平均温度22.9℃，最高温度38℃，最低温度-36.5℃，雷暴日35.8℃，最热月地面下0.8m处土壤平均温度19.3℃。（3）年最大负荷小时数max4500Th。最大损耗所需利用时间τ=3150h，地区电价0.5元/kWh。（4）设备参数1）查表得发电机参数为：25NPMW，''0.264,cos0.8dX。2）查表得变压器参数为：阻抗电压百分值%7.5KU；额定容量8NTSMV·A；额定电压135LUkV；空载损耗010.9PkV；短路损耗455.8PkW；空载电流百分值0%1I；价格62.9万元；两台升压变压器允许过负载的倍数为1.05～1.1。3）线路参数：单位长度电抗01020.4WWXXΩ/km，120Lkm，25Lkm。4）负载参数：''0.35LX，负载容量86LSjMV﹒A由负载计算确定容量。二、方案拟定图1电力系统简图2主接线初步选择两种方案，方案一选择全桥双母线接线如图2所示；方案二选择联络线双母线接线如图3所示。~~~~技术要求如下。方案一：二次侧采用双母线接线，其可靠性、灵活性都比较高，因为双母线可以在不停电的情况下检修其任意母线。同时变压器两侧均装有断路器，所以当其出现故障时，又随时对它进行维修，可将电能从一台变压器送出，即可保证一、二级负载不停电，又提高操作的灵活性。一次侧采用了全桥接线，能提高供电可靠性。方案二：一次侧采用联络线接线，当可靠性要求不高时，也可用隔离开关QS将联络线分段运行（联络线故障时将会短时全厂停电，操作复杂）。二次侧为双母线分段，两段母线组合形式更多，比方案一多增加了两套断路器。任一部分发生故障均能在不停电的条件下检修，其灵活性、可靠性提高。综上所述，根据技术比较，方案一较适合，满足可靠性、灵活性。三、负载计算由需用系数法确定负载大小，当负载总容量86LSjMV﹒A，其中一、二级负载占总容量的70%等于1070%7MV﹒A，此值用于变压器等设备选择的参考量。图2全桥双母线接线图3联络线双母线分段接线3变压器一次侧最大电流1NTI为1110164.961.732353LNTNSIU(A)过负载时的电流为max11.05164.96173.21TI(A)变压器二次侧最大电流2NTI为2210577.41.732103LNTNSIU(A)max21.05577.4606.27TI(A)四、正常运行条件选设备选择条件：设备电压电流均大于等于实际值，安装地点等选择设备如下。1.断路器参数型号SW2-35/600A：额定开断电流6.6kA，热稳定电流（时间）6.6kA（4s），动稳定电流17kA，固有分闸时间为0.06s，合闸时间问哦0.02s，价格5600元。型号SN3-10G/2000A:额定开断电流29kA，热稳定电流（时间）43.5kA(1s），动稳定电流75kA，固有分闸时间为0.05s，合闸时间为0.2s，价格1150元。2.隔离开关参数型号GW5-35G/600A：动稳定电流72kA，热稳定电流（时间）：16kA（4s），价格1200元。型号GN6-10T/1000A：动稳定电流80kA，额定电流为1000A,动稳定电流为25kA，热稳定电流（时间）31.5kA（4s），价格240元。3.互感器参数电流互感器型号LCW-35：2/NTNTII200A/5A。级次组合0.5/3，1s的热稳定倍数为65，动稳定倍数为100，价格160元。选用LFZJ1-10C（复匝贯穿式、环氧树脂浇注绝缘，加大容量，设计序号为1）：800/5，1s的热稳定倍数为65，动稳定倍数为130，价格160元。电压互感器型号JDJJ-35(单相油浸绝缘有接地保护用辅助线圈)：35/3,最大容量为1000V·A。型号JDJ-10（单相油浸绝缘）：一次侧电压为10kV，二次侧为0.1kV，最大容量为640V·A。4.避雷器FZ的选择4型号FZ-35：组合方式为2×FZ-15（电站普通阀型中性点非直接接地），额定电压为35kV，灭弧电压为41kV，工频放电电压在84~104之间（参考价500元）。型号FZ-10：组合方式为单通元件（电站普通阀型中性点非直接接地）,额定电压为10kV，灭弧电压有效值为12.7kV，工频放电电压为26~31kV之间，5kA下冲击电流下的残压不大于45kV,10kA冲击电流的残压不大于50kV。5.线路及母线的选择架空线选择LGJ（普通型钢芯铝绞线）：标称截面为1502mm，允许载流量70℃时为445A，基准环境温度为25℃。单位长度电阻0.21Ω/km，单位长度电感0.358Ω/km（DM=2km，35kV）。母线选50·5，单条扁铝，平方母线的布置。允许载流量665A，最高温度为70℃,基准环境温度为25℃(10kV),参考价格3000元。五、短路电流计算设：基准容量100BSMV﹒A。基准电压BavUU（平均额定电压）。1.发电机电抗标幺值%cos100GBGNNXSXP(1-1)式中%GX——发电机电抗百分数，由发电机铭牌参数的''100%dGXX；''dX——发电机铭牌参数的次暂态电抗标幺值；BS——已设定的基准容量（基值功率），MV·A；NP——发电机额定的有功功率，MW；cosN——发电机额定有功功率因数。各元件电抗标幺值如图4所示，发电机G:12*1*2GGXXXX，12100''0.2640.844825()0.8cosNdNSXXXP,系统外部参数/100/4000.25BOKXSS（OKS为断路器开断容量），本例近似取发电机的参数。2.负载电抗标幺值522LLLUXQS(1-2)式中U——元件在网络的电压标幺值；LS——负载容量标幺值；LQ——负载无功功率标幺值。负载L9101000.353.510XX3.变压器电抗标幺值%100KBTNTUSXS(1-3)变压器中主要是指电抗，因其电抗TTXR,即TR忽略，由变压器电抗有名值推出变压器电抗标幺值为22%100NTBKTBNTUSUXUS(1-4)式中%KU——变压器阻抗电压百分数；BS——基准容量，MV·A；NTS、NTU——变压器铭牌参数给定额定容量，MV·A、额定电压，kV；BU——基准电压BU取平均电压Uav，kV。变压器T34%7.51000.93751001008KBNUSXXS4.线路电抗标幺值02BWBSXxlU(1-5)式中0x——线路单位长度电抗；l——线路长度，km；BS——基准容量，MV·A；BU——输电线路额定平均电压，基准电压BavUU，kV。6输电线路的等值电路中有四个参数，一般电抗WWXR,故0WR。由于不做特别说明，故电导、电纳一般不计，故而只求电抗标幺值。出线线路电抗标幺值5611221000.4200.584437BBSXXXLU进线线路电抗标幺值7822221000.451.8210.5BBSXXXLU5短路点的暂态电流标幺值''I''''KEIX（取''1E）(1-6)6.冲击电流Mi的计算2.55''MiI(1-7)7.短路容量功率KS的计算3''KavSUI(1-8)系统最大最小运行方式下的等值电路如图4和图5所示，其电抗和短路电流计算见表1.X1=0.8448X2=0.8448X7=1.82X8=1.82X3=0.9375X4=0.9375X5=0.5844X6=0.5844~~K2X1=0.8448X2=0.8448X7=1.82X8=1.82X3=0.9375X4=0.9375X5=0.5844X6=0.5844~~K1图4最小运行方式下K2点短路的等值电路图5最大运行方式下K1点短路的等值电路7表1系统最大、最小运行方式下的电抗和短路电流短路点电抗标幺值次暂态电流''I（kA）冲击电流短路点最小方式运行下的电抗最大方式运行下的电抗''maxI''minImaxMiminMiK10.8448+1.82=2.6651.3334.132.06410.525.263K22.665+0.9375=3.60251.8020.8660.4332.211.104六、校验设备选择原则：正常运行条件下选择设备，短路情况下校验设备（热、动稳定和切断能力）。对一次侧断路器的热稳定校验：因为1Kts,可得0npQ。固有分闸时间为0.06，合闸时间为0.02s。引出线保护装置动作时间取2.0s，变压器一次动作时间取2.5s，变压器二次动作时间取3s。短路持续时间2.50.060.022.58Kt（s）。断路器热稳定性k2222KtMK2QI''2.58I0.8662.581.94kAs。因为22KQ6.64174.24kAs,所以满足稳定要求。对一次侧断路器动稳定:12.552.550.8662.21MKiIkA＜17kA,所以满足动稳定校验。对一次侧断路器校验断开能力：因为12.58ts＞0.1s，故''0.866KTIIkA＜6.6kA，所以满足动、热稳定性和切断能力要求。以上计算表明，一次侧选用SW2-35/1000型断路器满足要求，同理其他断路器QF和隔离开关QS的选择列于表2、表3。（1）QF、QS选择结果见表2、表3。表235kV断路器及隔离开关的选择结果实际计算结果项目SW2-35/600GW5-35G/600NU35kVNU额定电压35kV35kVmax1TI173.04ANI额定电流600A600A''I0.866kAMI额定开断电流6.6kAMi2.21kAMi动稳定电流17kA72kAKQ220.8662.581.94kAs2tIt热稳定效应174.242kAs10242kAs8由表3表明，10kV断路器热稳定校验不合格，重选设备型号为SN4-10G/5000，额定开断电流105kA，热稳定电流（时间）173kA（1s），动稳定电流300kA，固有分闸时间为0.15s，合闸时间为0.65s。价格1550元/套。重新进行动、热稳定性校验后合格，选择SN4-10G/5000的断路器，结果列于表4中。表310kV断路器及隔离开关的选择结果实际计算结果项目SN3-10G/2000GN6-10T/1000NU10kVNU10kV10kVmax2TI606.27ANI2000A1000kA''I4.13kAMI29kAMi10.52kAMi75kA80kAKQ224.133.2555.44kAs2tIt2243.51kAs(不合格)39692kAs表410kV断路器及隔离开关的重选结果实际计算结果项目SW2-35/600GW5-35G/600NU10kVNU10kV10kVmax1TI606.27ANI5000A1000A''I4.13kAMI105k