110KV降壓變電站電氣一次部分初步設(shè)計

一、變電站的I作用

1.變電站在電力系統(tǒng)中的地位

電力系統(tǒng)是由變壓器、輸電線路、用電設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，它包括通過電日勺或

機械的方式連接在網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備。電力系統(tǒng)中日勺這些互聯(lián)元件可以分為兩類,

一類是電力元件，它們對電能進行生產(chǎn)（發(fā)電機）、變換（變壓器、整流器、逆

變器）、輸送和分派（電力傳播線、配電網(wǎng)），消費（負荷）；另一類是控制元

件，它們變化系統(tǒng)H勺運行狀態(tài)，如同步發(fā)電機的勵磁調(diào)整器，調(diào)速器以及繼電器

等。

2.電力系統(tǒng)供電規(guī)定

（1）保證可靠的持續(xù)供電：供電的中斷將使生產(chǎn)停止，生活混亂，甚至危

及人身和設(shè)備的安全，形成十分嚴重的后果。停電給國民經(jīng)濟導(dǎo)致的損失遠遠超

過電力系統(tǒng)自身的損失。因此，電力系統(tǒng)運行首先足可靠、持續(xù)供電口勺規(guī)定。

（2）保證良好的電能質(zhì)量：電能質(zhì)量包括電壓質(zhì)量，頻率質(zhì)量和波形質(zhì)量

這三個方面，電壓質(zhì)量和頻率質(zhì)量均以偏移與否超過給定的數(shù)來衡量，例如給定

的容許電壓偏移為額定電壓口勺正負5%,給定的容許頻率偏移為正負0.2—0.5%HZ

等，波形質(zhì)量則以畸變率與否超過給定值來衡量。

（3）保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性：電能生產(chǎn)的I規(guī)模很大，消耗的一次能源在國

民經(jīng)濟一次能源總消耗占的比重約為1/3,并且在電能變換，輸送，分派時的損

耗絕對值也相稱可觀。因此，減少每生產(chǎn)一度電能損耗的能源和減少變換，輸送，

分派時的損耗，又極其重要口勺意義。

二、變電站與系統(tǒng)互聯(lián)的狀況

L待建變電站基本資料

（1）待建變電站位于城郊，站址四面地勢平坦，站址附近有三級公路，交

通以便。

（2）該變電站的電壓等級為110KV,35KV,10KV三個電壓等級。110KV是本變

電站的電源電壓，35KV,10KV是二次電壓。

（3）該變電站通過雙回110KV線路與100公生外的系統(tǒng)相連，系統(tǒng)容量為

1250MVA,系統(tǒng)最小電抗（即系統(tǒng)的最大運行方式）為0.2（以系統(tǒng)容量為基準），

系統(tǒng)最大電抗（即系統(tǒng)時最小運行方式）為0.3。

2.35KV和10KV負荷記錄資料

35KV和10KV顧客負荷記錄資料如表1T,1-2所示，最大負荷運用小時為

Tmax=5500h,同步率取0.9,線損率取5樂功率因數(shù)取0.95。

線路每相每公里用抗值X0=0.4Q/km基準電壓UB取各級的平均電壓，平均

電壓為1.05額定電壓。

（1）35KV部分H勺最大負荷

電壓等級負荷名稱容量（MW）負荷性質(zhì)線路距離（KM）

35KV煉鋼廠4.21架空線路15

901線2.71架空線路12

表1-1

（2）10KV部分的最大負荷

電壓等級負荷名稱容量（容）負荷性質(zhì)線路距離（KM）

機械廠1.23架空線路1.3

飼料廠0.93架空線路2.2

10KV煉油廠22架空線路1.6

糖廠1.32架空線路2

市政1.13架空線路1.1

面粉廠1.33架空線路1.7

表1-2

三、電氣主接線設(shè)計及主變壓器的選擇

1.變電站電氣主接線的設(shè)計原則

①接線方式：對于變電站日勺電氣接線，當能滿足運行規(guī)定時，其高壓側(cè)應(yīng)盡

量采用斷路器較少的或不用斷路器的接線，如線路一變壓器組或橋型接線等。在

110—220kV配電裝置中，當出線為2回時，一般采用橋型接線，當出線不超過4回

時，一般采用單母線接線，在樞紐變電站中，當」0-220kV出線在4回及以上

時，一般采用雙母線接線。在大容量變甩站中，為了限制6—10kV出線上附近路

電流，一般可采用下列措施：1）變壓器分列運行；2）在變壓器回路中裝置分裂

電抗器；3）采用低壓側(cè)為分裂繞組的變壓器；4）出線上裝設(shè)電抗器。

②斷路那時設(shè)置：根據(jù)電氣接線方式,每回線路均應(yīng)設(shè)有對應(yīng)數(shù)量日勺斷路器,

用以完畢切、合電路仟務(wù)。

③為對日勺選擇接線和設(shè)備，必須進行逐年各級電壓最大最小有功和無功電力

負荷的平衡。

2.主變壓器的選擇

主變?nèi)萘恳话惆醋冸娬窘ǔ山谪摵??10年規(guī)劃選擇，并合適考慮遠期

10?15年日勺負荷發(fā)展，對于城郊變電所主變壓器容量應(yīng)當與都市規(guī)劃相結(jié)合，

從長遠利益考慮，根據(jù)地區(qū)供電條件、負荷性質(zhì)、用電容量和運行方式等條件綜

合確定。在有一、二級負荷的I變電所中宜裝設(shè)兩自主變壓器，當技術(shù)經(jīng)濟比較合

理時，可裝設(shè)兩臺以上主變壓潛。裝有兩臺及以上主變壓潛的I變電所，當斷開一

循環(huán)導(dǎo)向冷卻。根據(jù)以上變壓器選擇原則，結(jié)合原始資料提供日勺信息，分析后決

定本變電站用2臺三相三繞組的變壓器，并采用YN,ynO,dll接線。

由原始資料可知，Pio=7.8MW,P35=6.9MW

設(shè)負荷同步率系數(shù)Ki取0.9,線損平均取5%,B|JK2=1.05,功率因數(shù)COS6取0.95。

則10kV和35kV的綜合最大負荷分別為：

SIOMA后KiKzPio/cos<1)=0.9X1.05X7.84-0.95=7.76(MVA)

S35MAx=K1K2P35/cos(i)=0.9X1.05X6.94-0.95=6.86(MVA)

每臺變壓器額定容量為：

SN=0.6sM=0,6(S10MAX+S35MAX)=0.6X(6.86+7.76)=8.772(MVA)

由此查詢變電站設(shè)計參照資料選得的變壓器參數(shù)如下表：

空載

型號及容量額定電壓損耗(KW)阻抗電壓(先)

電流

KVA高/中/低KV空短路

(%)

載高-中高-低中-低局一中高-低中-低

SFSL-10000/100121/38.5/1117918969.31710.561.5

89.688.769.710.5176

檢查：當一臺主變不能正常工作時，只有一臺主變工作且滿載則，

SklOOOOKVA,占總負荷的比例為10/14.62二68%且尚未計及變壓器事故過負荷

40%的能力，因此所選變壓器滿足規(guī)定。

3.電器主接線選擇(單母線分段接線方式)

長處：①、用斷路器把母線分段后，對重要顧客可以從不一樣段引出兩個回

路，有兩個電源供電；②、當一段母線故障時，分段斷路器自動將故障段切除,

保證正常段母線不間斷供電，故障時停電范圍小，供電的可靠性提高；③、擴建

時需向兩個方面均衡擴建；④、接線簡樸清晰，操作以便，不易誤操作，設(shè)備少,

投資小，占地面積小，為后來的I發(fā)展和擴建奠定了基礎(chǔ)。

缺陷：①、當一段母線或母線側(cè)隔離開關(guān)故障或檢修時，該母線的回路都要

在檢修期間停電。②、當出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越。

合用范圍：合用于6?10kV線路出線16回及如下，每段母線所接容量不適

宜超過25MW。

電壓等級負荷名稱負荷性質(zhì)接線方式進/出線回數(shù)

llOkV系統(tǒng)電源單母線分段進2回2回

煉鋼廠1出1回

35kV901線1單母線分段出1回侗

備用出2回

機械廠3出1回

飼料廠3出1回

煉油廠2出1回

10kV糖廠2單母線分段出1回8回

市政3出1回

面粉廠3出1回

備用出2回

四、短路電流計算

短路的危害：（1）通過故障點的短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞；

（2）短路電流通過非故障元件，由于發(fā)熱和電動力的作用，引起他們?nèi)丈讚p壞或

縮短他們的使用壽命；（3）電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的I電壓大大減少，破壞顧客工

作的穩(wěn)定性或影響工廠產(chǎn)品質(zhì)量；（4）破壞電力系統(tǒng)并列運行日勺穩(wěn)定性，引起

系統(tǒng)震蕩，甚至整個系統(tǒng)瓦解。

L木變電站短路電流計算

用標幺值進行計算，基準容量SB=100MVA,線路每相每公里電抗值XO=0.4

Q/km基準電壓UB取各級的平均電壓，平均電壓為1.05額定電壓：

額定電壓(KV)1103510

平均電壓(KV)1153710.5

由于木變電站所用三繞組變壓器為降壓變壓器，因此其各電壓側(cè)阻抗電壓恰

好與變壓器銘牌標示的相反，即：

阻抗電壓%

Udl-2%Udl-3%Ud2-3%

10.5176

W2

系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)圖如下:

其中，三繞組變壓器電抗標幺值：

UTH%=UT2I%=1/2(Udl-2%+Udl-3%-Ud2-3%)=0.5X(10.5+17-6)=10.75

UTi2%=UT22%=l/2(Udl-2%+Ud2-3%-Udl-3%)=0.5XC10.5+6-17)=-0.25

UTI3%=UT23%=1/2(Ud2-3%+Udl-3%-Udl-2%)=0.5X(6+17-10.5)=6.25

則：

XTII*=XT2I*=UTH%/100?SB/SN=10.75^100X100^10=1.075

XT12=XT22=0

XTI3*=XT23*=UTI3%/100?SB/SN=6.25.100X100.10=0.625

線路的電抗標幺值：

22

XLI*=XL2*=XO?1?SB/UB=0.4X100X1004-115=0.3025

系統(tǒng)電抗標幺值，由于規(guī)定三相短路電流，因此用最大運行方式下的系統(tǒng)電抗:

Xs*二Xsmin?SB/SS=O.2X1004-1250=0.016

由此得到含短路點的I等值網(wǎng)絡(luò)簡化圖如下：

1）UOkV側(cè)（K1點）發(fā)生三相短路時：

此時短路點總電抗標幺值為：

Xzllo=Xs*+XL=0.016+0.3025-2=0.16725

電源對短路點的計算阻抗為：

%

XBsLio=XzlloSs/St=O.16725x1250-100=2.09

通過查“水輪發(fā)電機運算曲線數(shù)字表”得：

1(0)“*=0.509I⑴"*=0.525I⑵"*=0.525I⑷"*=0.525

11OkV側(cè)向基準電流為：

IBlIO=SB/V3/UBl10=1004-V3115=0.502(kA)

短路電流有名值為：

I(o)—I(o)*?IRUO—0.509X0.502—0.256(kA)

I⑴“口⑴”*?IBUO=O.525X0.502=0.264(kA)

I(2),=I(2)-IBUO=O.525X0.502=0.264(kA)

【⑷“口⑷"*?IBHO=O.525X0.502=0.264(kA)

沖擊電流為：

icj=2.55<(0),=2.55X0.256=0.653(kA)

2)35kV側(cè)(K2點)發(fā)生三相短路時：

等值網(wǎng)絡(luò)圖如下：

此時短路點總電抗標幺值為：

XE35*=XS*+XL*+XTI*+XT2*=0.016+0.3025+2+(1.075+0)/2=0.70475

電源對短路點的計算阻抗為：

%

XBS35=XZ35SS/SB=0.70475X1250-100=8.809>3.45

當XBS>3.45時，求短路電流不用查表法，用倒數(shù)法：

r4=IJ=1/XBS35=14-0.70475=1.418943

35kV側(cè)的基準電流為：

IB35=SB/V3/UB35=1004-V337=1.56(kA)

短路電流有名值為：

IU=I?IB35=1.418943X1.56=2.213551(kA)

沖擊電流為：

icj=2.55>r=2.55X2.213551=5.645(kA)

3）lOkV側(cè)（K3點）發(fā)生三相短路時:

W1W3

XT3

K3

等值網(wǎng)絡(luò)圖如下:

此時短路點總電抗標幺值為:

XZIO*=XS*+XL*+XTI*+XT3*=O.016+0.3025+2+(1.075+0.625)/2=1.017

電源對短路點的計算阻抗為：

%

XBSIO=XZIOSS/SB=1.017X1250-100=12,716>3.45

當XBS>3.45時，求短路電流不用查表法，用倒數(shù)法：

r4*=U=l/XBS35=l-M.017=0.983284

10kV側(cè)的基準電流為：

IBIO=SB/V3/UB1O=1OO4-V3H-10.5=5.499(kA)

短路電流有名值為：

I“二I"*?IBIO=O.983284X5.499=5.40708(kA)

沖擊電流為:

icj=2.557“=2.55X5.40708=13.78805(kA)

系統(tǒng)最大運行方式下的1三相短路電流

短路點0s短路電1s短路電2s短路電4s短路電穩(wěn)態(tài)短路沖擊電流

流(kA)流(kA)流(kA)流(kA)電流(kA)(KA)

KK110KV)0.2560.2640.2640.2640.653

K2(35KV)2.2145.645

K3(10KV)5.40713.788

五、重要電氣設(shè)備的選擇

1.斷路器及校驗

目前，使用得最多口勺是少油斷路器，六氟化硫斷路器和空氣斷路器。

①、110KV斷路器選擇：

1)電壓Ug(電網(wǎng)工作電壓)《UN(斷路器額定電流)；

UN^110kV

2）電流IgMAX（最大工作電流）WIN（斷路器額定電流）。

lN^IgMAx=SZmax/V3UN=14.62MVA+H.11OkV=77A

3）開斷電流：IdtWlkd。

Ikd^0.256kA

4）動穩(wěn)定：IchWIMAX。

IMAX^O.6528kA

由以上條件查“35、5OOkV高壓斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)表”選出斷路器如下:

額定電壓額定開斷容額定開極限通熱穩(wěn)態(tài)固有分閘合閘時間

型號

（KV）電流量（MVA）端電流過電流電流時間（S）（S）

（A）（KA）（KA）（KA）

峰值5s

SW4-110/1000110100018.455210.060.25

5）熱穩(wěn)定校驗：IgZtdzW^t。

由上表,斷路器分閘時間為0.06s,設(shè)過流保護動作時間2s,則10.06+2=2.06

（s）,B=1/18=1,通過查短路電流周期分量發(fā)熱等值時間曲線可得tdz=L67o

則：

222

lJtdZ=0.256X1.67=0.109,Itt=21X5=2205>0.109

因此所詵擇口勺斷路器滿足規(guī)定。

②、35KV斷路器選擇：

1）電壓Ug（電網(wǎng)工作電壓）WUN（斷路器額定電流）；

UR35kV

2）電流IgMAX（最大工作電流）WIN（斷路器額定電流）。

INNIgMAx=SZmax/V3UN=6.86MVA+遍.35kV=113A

3）開斷電流：Idt《Ikd。

Ikd22.22kA

4）動穩(wěn)定：IchWIMAX。

IMAX^5.65kA

由以上條件查“35?500kV高壓斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)表”選出斷路器如下:

額定電壓額定開斷容額定開極限通熱穩(wěn)態(tài)固有分閘合閘時間

型號

(KV)電流量(MVA)端電流過電流電流時間(S)(S)

(A)(KA)(KA)(KA)

峰值4s

DW6-35/400354006.6196.60.10.27

5)熱穩(wěn)定校驗：l/tdzWl/t。

由上表，斷路器分閘時間為O.ls,設(shè)過流保護動作時間2s,則

t=0.1+2=2.1(S),B=1/Ioo=l,通過查短路電流周期分

量發(fā)熱等值時間曲線可得tdz=L67O

貝ij：Ioo2tdz=2.222X1.67=8.34,1^=6.62X4=174.24>8.34

因此所選擇的斷路器滿足規(guī)定。

③、10KV斷路器選擇：

1)電壓Ug(電網(wǎng)工作電壓)WUN(斷路器額定電流)；

UN^10kV

2)電流IgMAX(最大工作電流)WIN(斷路器額定電流)。

lN^IgMAx=Szmax/V3UN=7.76MVA+B+10kV=448A

3)開斷電流：Idt<Ikd。

Ikd>5.4kA

4)動穩(wěn)定：LhWIMAX。

IMAX^13.79kA

由以上條件查“10kV高壓斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)”選出斷路器如下：

額定電壓額定開斷容額定開極限通熱穩(wěn)態(tài)固有分閘合閘時間

型號

(KV)電流量(MVA)端電流過電流電流時間(S)(S)

(A)(KA)(KA)(KA)

峰值2s

SN10-10I/630106301640160.050.2

5)熱穩(wěn)定校驗：lltdzWltto

由上表，斷路港分閘時間為0.05s,設(shè)過流保護動作時間2s,則t=0.05+2=2.05

(s),P=17loo=l,通過查短路電流周期分量發(fā)熱等值時間曲線可得

=

tdzl.67O

2222

貝|J：Iootdz=5.4X1.67=48.6972,Itt=16X2=512>48,6972

因此所選擇口勺斷路器滿足規(guī)定。

2.隔離開關(guān)

隔離開關(guān)選擇技術(shù)條件與斷路器相似。對HOkV,35kV出線線路側(cè)隔離開

關(guān)選用帶接地刀閘的。

①、110KV隔離開關(guān)選擇:

1）電壓Ug（電網(wǎng)工作電壓）WUN（斷路器額定電流）；

UglOkV

2）電流IgMAX（最大工作電流）〈IN（斷路器額定電流）。

舊.

lN^IgMAx=SZmax/V3UN=14.62MVA+110kV=77A

3）開斷電流：IdtWlkd。

Ikd20.256kA

4）動穩(wěn)定：IchWlMAXo

IMAX^O.6528kA

由以上條件查變電站設(shè)計參照資料選出戶外隔離開關(guān)如下:

型號額定電壓（KV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)態(tài)電流（KA）

GW4-1101106005015.8

5）熱穩(wěn)定校驗：182tdz〈l/to

由上表，隔離開關(guān)分閘時間為0.06s,設(shè)過流保護動作時間2s,則t=0.06+2=2.06

（s）,B=1/18=1,通過查短路電流周期分量發(fā)熱等值時間曲線可得tdz=L670

2222

則：lootdz=0.256X1.67=0.109,Itt=21X5=2205>0,109

因此所選擇日勺隔離開關(guān)滿足規(guī)定。

②、35KV隔離開關(guān)選擇：

1）電壓Ug（電網(wǎng)工作電壓）WUN（斷路器額定電流）；

UN^35kV

2）電流IgMAX（最大工作電流）WIN（斷路器額定電流）。

INNIgMAx=Szmax/V3UN=6.86MVAH-V34-35kV=113A

3)開斷電流：IdtWlkd。

Ikd22.22kA

4)動穩(wěn)定：LhWIMAX。

IMAX5.65kA

由以上條件查變電站設(shè)計參照資料選出戶外隔離開關(guān)如下:

型號額定電壓（KV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)態(tài)電流（KA）

GN2-35T354005214(5s)

2

5）熱穩(wěn)定校驗：lJtdz^Itto

由上表，隔離開關(guān)分閘時間為0.1s,設(shè)過流保護動作時間2s,則

t=0.1+2=2.1（s）,B=17loo=l,通過查短路電流周期分

量發(fā)熱等值時間曲線可得tdz=l.67o

貝Ij：182tdz=2.22?X1.67=8.34,I/t=6.6X4=174.24>8.34

因此所選擇的隔離開關(guān)滿足規(guī)定c

③、10KV隔離開關(guān)選擇：

1）電壓Ug（電網(wǎng)工作電壓）WUN（斷路器額定電流）；

UGlOkV

2）電流IgMAX（最大工作電流）WIN（斷路器額定電流）。

lN^IgMAx=Szmax/V3UN=7.76MVA4-V34-10kV=448A

3）開斷電流：IdtWlkd。

LN5.4kA

4）動穩(wěn)定：LhWIMAX。

IMAX^13.79kA

由以上條件查變電站設(shè)計參照資料選出戶外隔離開關(guān)如下:

型號額定電壓（KV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)態(tài)電流（KA）

GN19-10XT106305020(4s)

5）熱穩(wěn)定校驗：

由上表，隔離開關(guān)分閘時間為0.05s,設(shè)過流保護動作時間2s,則

t=0.05+2=2.05（s）,3=17loo=l,通過查短路電流周期分量發(fā)

熱等值時間曲線可得tdz=L67O

2222

則：Iootdz=5.4X1.67=48.6972,Itt=16X2=512>48,6972

因此所選擇日勺隔離開關(guān)滿足規(guī)定。

3.母線選擇與校驗

1）軟母線：110kV,35kV配電裝置的母線采用鋼芯鋁絞線。

2）硬母線：10kV母線采用硬母線。

①、110KV母線選擇：

1）按最大工作電流選擇導(dǎo)線截面S：IgMAX^KoIY：

IgMAx=SZmax/V3UN=14.62MVA4-V34-110kV=77A

Ko取0.89,貝ij：

IYN77+0.89=86.52（A）

查”鋼芯鋁絞線長期容許載流量表”可選出導(dǎo)線：

導(dǎo)線型號：LGJ-95

導(dǎo)體最高容許溫度鋼芯鋁絞線長期容許載流量（A）

70°330

80°352

2)熱穩(wěn)定校驗：SSmin—I0°/C*JE1Z

C取87,tdz取1.67,Ioo=0.256kV則：

2