KV降压变电站一次部分设计设计说明书

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1、目录第一部分 110KV降压变电站一次部分设计说明书1一、原始资料1(一)建站规模1(二)环境条件2(三)短路阻抗2二、电气主接线设计2(一)电气主接线设计的原则2(二)220kV电气主接线方案确定3(三)35kV电气主接线方案确定5(四)10kV电气主接线方案确定7三、主变的选择9(一)主变容量SN和台数的选择9(二)主变压器型式和结构的选择9四、站（所）用电设计10(一)站用变压器的选择的基本原则10五、高压电气设备选择10(一)高压断路器10(二)隔离开关12(三)电流互感器的选择及校验13(四)电压互感器的选择及校验14(五)高压熔断器的选择及校验15(六)母线选择及校验16(七)各主

2、要电气设备选择结果一览表见附录2。16六、防雷及过电压保护装置设计16(一)变电站（所）直击雷防护16(二)侵入波过电压防护17(三)进线段保护17(四)三绕组变电器和变压器中性点的防雷保护17(五)接地装置设计18(六)避雷器的选择18第一部分 110KV降压变电站一次部分设计说明书一、 原始资料(一) 建站规模某城市拟建一座110kV变电站，向该地区的35kV和10kV两个电压等级供电。本变电站由两个输入回路S1、S2供电（详见图1、表1）。35kV出线8回，2回备用。10kV出线9回，1回备用。对35kV侧来讲，本站供电对象是乡镇变电站1、A区、B区、乡镇变电站2，10kV侧供电对象是汽

3、车厂1、医院、汽车厂2、煤场、自来水厂（具体数据见表2）。待设变电所110KV250km（LGJ-120）架空线 0.5欧/km图1 供电入线图示表1供电系统S1、S2资料表系统1系统2线路参数(MVA)(MVA)(kM)(kM)60025800253030表2供电系统S1、S2资料表电压负荷名称每回最大负荷（KW）功率因数回路数供电方式线路长度（km）35KV乡镇变164000.92架空15A区23000.851架空7B区29000.851架空11镇变268000.92架空10备用210KV汽车厂18000.881电缆5医院9000.882电缆3汽车厂27800.851电缆7煤场9800.9

4、2架空5自来水厂8000.852电缆10备用1(二) 环境条件变电所位于某城市， 地势平坦，交通便利，空气较清洁，区平均海拔800米，最高气温38，最低气温-2（变压器油牌#10即可），年平均雷电日30日/年（非多雷区），土壤电阻率高达1000.M(三) 短路阻抗系统作无穷大电源考虑无穷大功率电源的特点是：1、 电源功率为无穷大；2、系统频率恒定；3、电源的内阻抗为零；4、电源的端电压恒定。（题目没有提出站用电，由于站用电本身对次变电系统影响不大，本次设计对其经行忽略。）2、由于没有已知站用负荷，所以根据相关计算经验，取总负荷的0.5%计算。二、 电气主接线设计(一) 电气主接线设计的原则1)

5、 根据发电厂和变电所在系统中的地位和作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性要求。2) 主接线的设计除考虑电网安全稳定运行的要求外，还应满足电网出现故障时应急处理的要求3) 各种配电装置接线的选择，要考虑配电装置所在发电厂和变电所的性质、电压等级、进出口出线回路数、采用的设备情况、供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素4) 近期接线与远期接线相结合，方便接线的过渡5) 进行必要的技术经济比较。根据原始资料，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，根据变电站与系统连接的系统图知，变电站有两条进线，为保证供电可靠性，可装设两台主变压器。(二) 220kV电气主

6、接线方案确定电压等级为35kV60kV，出线为48回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。但由于设置旁路母线的条件所限（35kV60kV出线多为双回路，有可能停电检修断路器，且检修时间短，约为23天）所以，35kV60kV采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关（杨以涵，等，2007）。根据以上分析，筛选保留下面两种可能接线方案，如图3及图4所示。图1单母线分段带旁母接线图2双母线接线对比图3及图4两种接线方案，综合比较结果见表6。表335kV主接线方案比较表项目 方案方案单方案双

7、技术 简单清晰、操作方便、易于发展 可靠性、灵活性差 旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电 供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验 易误操作经济 设备少、投资小 用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资 设备多、配电装置复杂 投资和占地面大经比较两种方案都具有易扩建这一特性。虽然方案可靠性、灵活性不如方案，但已满足地方用户的要求，且其具有良好的经济性，同时，鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案。(三) 35kV电气主接线方案确定电压等级为35kV60kV，出线为48回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线

8、分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。但由于设置旁路母线的条件所限（35kV60kV出线多为双回路，有可能停电检修断路器，且检修时间短，约为23天）所以，35kV60kV采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关（杨以涵，等，2007）。根据以上分析，筛选保留下面两种可能接线方案，如图3及图4所示。图3单母线分段带旁母接线图4双母线接线对比图3及图4两种接线方案，综合比较结果见表4。表435kV主接线方案比较表项目 方案方案单方案双技术 简单清晰、操作方便、易于发展 可靠性、灵活性差 旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电 供电可靠 调

9、度灵活 扩建方便 便于试验 易误操作经济 设备少、投资小 用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资 设备多、配电装置复杂 投资和占地面大经比较两种方案都具有易扩建这一特性。虽然方案可靠性、灵活性不如方案，但已满足地方用户的要求，且其具有良好的经济性，同时，鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案。(四) 10kV电气主接线方案确定6kV 10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。上述两种方案如图5及图6所示。图5单母线分段接线图6双母线接线对比图5及图6两种接线方案，综合比较结果见表5。

10、表5 10kV主接线方案比较表项目方案方案单分方案双技术 不会造成全所停电 调度灵活 保证对重要用户的供电 任一断路器检修，该回路必须停止工作 供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验 易误操作经济 占地少 设备少 设备多、配电装置复杂 投资和占地面积大经过综合比较方案在经济性上比方案好，且调度灵活，也可保证供电的可靠性。所以选用方案。三、 主变的选择(一) 主变容量SN和台数的选择1. 变电站主变压器台数的分析确定为保证供电的可靠性，变电所一般装设2台主变压器；枢纽变电所装设24台；地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可装设3台。考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在进

11、线端有两条回路。故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。2. 变电站主变压器容量的分析确定变电所主变压器的容量SN一般按变电所建成510年的规划负荷选择。对重要变电所，应考虑一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足I、II类负荷的供电；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应满足全部负荷的70%80%（或60%以上）。所以，当S总=25.850MW时，两台主变压器受上述条件限制，应过各自承担18.1MW，故选择20MW就可以满足负荷要求。(二) 主变压器型式和结构的选择相数：容量为300MW单元连接的主变压器一般都采用三相变压器。绕组数与结构：具有三种

12、电压等级的变电站中，高压端电压为110V，若通过主变压器各绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三绕组。绕组接线组别：我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y连接；35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV以下电压变压器绕组都采用三角型连接调压方式：有载调压较容易稳定电压，减少电压波动，同时负载中有医院和自来水厂等重要负荷，应该防止断电事故的发生，所以选择有载调压方式冷却方式：油浸风冷(ONAF),满足50000kVA及以下、110kV产品，最为经济合理。按装上述原则，选择接近国家标准容量系列的变压器型号SFSZ

13、7-31500/110型其参数如表6所示：（表）。 表6型号额定容量(KVA)额定电压 (KV)空载电流（%）空载损耗（KW）负载损耗（KW)阻抗电压(%)连接组高压中压低压高低高低中低高中高低中低SFSZ7-31500/110315001108*1.25%38.52*2.5%111.0950.317510.517.56.5YN,yn0,d11其容量比为：15000/15000/15000。四、 站（所）用电设计(一) 站用变压器的选择的基本原则变压器原、副边额定电压分别与引接点和站用电系统的额定电压相适应；阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及站用电负荷正常波动范围内，站用电各级母线的

14、电压偏移不超过额定电压的；变压器的容量必须保证站用机械及设备能从电源获得足够的功率。站用变压器选S6-160/10型，其参数如表7所示： 表7型号额定容量(KVA)额定电压(KV)连接组损耗(W)阻抗电压(%)空载电流(%)高压低压空载短路S6-160/1016011、10.5、10、6.3、60.4Y,yn0430210042.0/3.5五、 高压电气设备选择(一) 高压断路器1. 断路器种类和型式的选择考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无由化目标，且由于SF6断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器。故在110kV侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、不

15、燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精确，所须的操作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于开断容性负荷电流等特点。因而被大量使用于35kV及以下的电压等级中（毛力夫，1998）。所以，35kV和10kV侧采用真空断路器，又根据最大持续工作电流及短路电流，最终确定采用下面的高压断路器。断路器选择的具体技术条件如下：电压：电流：开断电流：式中：断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；断路器的额定开断电流

16、。动稳定：式中： 断路器极限通过电流峰值；三相短路电流冲击值。热稳定：式中：稳态三相短路电流；其中：，由和短路电流计算时间。综上所述，应选择断路器（详见附录）110KV母线侧与进线侧断路器选SW6-110/1250-15.8型，参数如下表8所示： 表8型号电压(KV)额定电流(A)额定断开电流(KA)极限通过电流(KA)4S热稳定电流(KA)合闸时间(s)固有分闸时间(s)重合性能额定最大最大有效电流休止时间(s)重合时间(s)SW6-110110126125015.8、21、31.5、（16）、（21）41、53、8041、53、8015.8、21、31.5、（16）、（21）0.2（0.2

17、）0.04（0.045）0.10.435KV母线侧与出线侧选出断路器型号为SW235/1000-24.8型，其参数如下表所示： 表9型号电压(KV)额定电流(A)额定断开电流(KA)极限通过电流(KA)4s热稳定电流(KA)合闸时间(s)固有分闸时间(s)额定最大最大有效SW2-353540.5100024.863.439.224.80.40.0610KV母线侧选出断路器型号为SN10-10型，其参数如下表所示：表10型号额定电压(KV)额定电流(A)额定断开电流(KA)极限通过电流(KA)4s热稳定电流(KA)合闸时间(s)固有分闸时间(s)最大有效SN10-1010200043.31304

18、3.343.30.20.0610KV出线侧选出断路器型号为SN10-10/630-16型,其参数如下表所示：表11型号额定电压(KV)额定电流(A)额定断开电流(KA)极限通过电流(KA)热稳定电流(KA)合闸时间(s)固有分闸时间(s)最大有效SN10-101063016401616(2S)0.20.06(二) 隔离开关隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。选择隔离开关时应满足以下基本要求：1) 隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。2) 隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引

19、起击穿而危及工作人员的安全。3) 隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。4) 隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。5) 隔离开关的结构简单，动作要可靠。6) 带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。 断路器选择的具体技术条件如下：电压：电流：动稳定：热稳定：综上所述，应选择隔离开关（详见附录）表12各电压等级隔离开关选择电压等级型号额定电压额定电流动稳定电流110kVGW4-110G110kV 1000A8035KV母线侧GW2-3535kV1000A5035KV出线侧GW43535kV600A

20、5010KV母线侧GW2-1010kV2000A8510KV出线侧GNI-1010kV400A50(三) 电流互感器的选择及校验根据发电厂电气部分，35kV以下的屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。35kV以上配电装置一般采用油浸式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，如回路中有变压器套管，穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节约投资，减少占地。根据电力工程电气设备手册，35kV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常用L(C)系列。出线侧电流互感器采用户外式，用于表计测量保护装置需要的准确度。一次额定电流的选择：当

21、电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表有最佳工作，并在过负荷时，使仪表有适当的指示。电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择，一般情况下，可按变压器额定电流的1/3进行选择。电缆式零序电流互感器窗中应能通过一次回路的所有电缆。当保护和测量仪表共用一组电流互感器时，只能选用相同的一次电流。准确级的选择：与仪表连接接分流器、变送器、互感器、中间互感器不低于以下要求：用于电能测量的互感器准确级：0.5功电度表应配用0.2级互感器；1.0级有功电度表应配用0.5级互感级；2.0级无功电度表也应配用0.5级互感器

22、；2.0级有功电度表及3.0级无功电度表，可配用1.0级级互感器；一般保护用的电流互感器可选用3级，差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级，零序接地保护可釆用专用的电流互感器，保护用电流互感器一般按10%倍数曲线进行校验计算。一次侧额定电压： UnUgUg为电流互感器安装处一次回路的工作电压，Un为电流互感器额定电压。热稳定校验:电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流I1n来校验：(I1nKt)Itdz， Kt为CT的1s热稳定倍数；动稳定校验：内部动稳定可用下式校验：I1nKdwichI1n- 电流互感器的一次绕组额定电流（A）ich- 短路冲击电流的瞬时值（KA）Kdw-CT

23、的1s动稳定倍数根据条件，各电压等级电流互感器的选择如下：安装位置型号额定电流比(A)级次组合准确级次二次负荷()0.5级10%倍数1S热稳定倍数动稳定倍数110KVLB-1102600/50.5B2.02.0153035KVLCWD1-3800/50.5/B22155610KV母线侧LAJ-1020006000/50.5/D0.52.4105010KV出线侧LA-10400/50.5/0.50.50.460(四) 电压互感器的选择及校验根据发电厂电气部分，6kV 35kV配电装置一般采用油浸绝缘结构，在高压开关柜中或在布置地位狭窄的地方，可采用树脂浇注绝缘结构，当需要零序电压时，一般采用三相

24、五柱式电压互感器。35kV 110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。110kV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯，应尽量与耦合电容器结合。因而统一选用电容式电压互感器。35kV及以上的户外装置，电压互感器都是在单相的出线侧时，若首端有电源，为监视线路有无电压进行同期和设置重合闸。关于准确度，电压互感器按一次回路电压、二次电压、安装地点二次负荷及准确等级要求进行选择。综合各个因素，110kV线路最终确定选用 YDR-110 型电容式电压互感器。35kV 110kV配电装置应安装单相电压互感器用于测量和保护装置。关于准确度，计算与保护用的电压互感器，二次侧负荷较小，一般

25、满足准确度要求，只有二次侧用作控制电源时才校验准确度，此处因有电度表故选编0.5级。综合各个因素，35kV线路最终确定选用四台单相带接地保护油浸式TDJJ35型电压互感器，选用户内式。3kV 20kV配电装置，宜采用油绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器，综合各个因素，10kV线路最终确定采用TSJW10型电压互感器。由于电压互感器与电网并联，当系统发生短路时，电压互感器本身不遭受短路电流作用，因此不校验热稳定和动稳定。安装位置型式额定变比在下列准确等级下额定容量(VA)最大容量(VA)0.5级1级3级110KV单相(屋外式)JCC-110500100020001/1/1-12

26、-1235KV单相(屋外式)JDJJ-35150250600120010KV单相(屋外式)JDZ-1010000/10080150300500(五) 高压熔断器的选择及校验高压熔断器应按所列技术条件选择，并按使用环境条件校验。熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载电流的损害。此变电站所用的熔断器应该是屋内型高压熔断器，此熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器。1. 额定电压选择对于一般的高压熔断器，其额定电压必须大于、等于电网的额定电压。2. 熔管额定电流的选择为保证熔断器壳不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流应大于、等于熔体的额定电流：为了防止熔体在通过变压器励

27、磁涌流和保护范围以外的短路及电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35KV及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流按下式选择K为可靠系数(不计电动机自启动时K1.11.1，考虑电动机自启动时K1.52.0) 35KV选择熔断器RW9-35型，其参数如下表所示： 表19系列型号额定电压(KV)额定电流(A)断流容量(MVA)备注RW9-35350.52000保护户外电压互感器 10KV选择熔断器RN2-10型，其参数如下表所示： 表20系列型号额定电压(KV)额定电流(A)断流容量(MVA)备注RN2100.51000保护户内电压互感器(六) 母线选择及校验110kV母线一般采用软导体型式。

28、指导书中已将导线形式告诉为LGJQ-150的加强型钢芯铝绞线。根据设计要求，35kV母线应选硬导体为宜。LGJ185型钢芯铝绞线即满足热稳定要求，同时也大于可不校验电晕的最小导体LGJ70，故不进行电晕校验。本变电所10kV的最终回路较多，因此10kV母线应选硬导体为宜。故所选LGJ150型钢芯铝绞线满足热稳定要求，则同时也大于可不校验电晕的最小导体LGJ70，故不进行电晕校验。(七) 各主要电气设备选择结果一览表见附录2。六、 防雷及过电压保护装置设计(一) 变电站（所）直击雷防护装设独立避雷针，为防止雷直击变电设备及其架构、电工建筑物，其冲击接地电阻不宜超过10欧，为防止避雷针落雷引起的反

29、击事故，独立避雷针与配电装置架构之间的空气中的距离Sk不宜小于5m，独立避雷针的接地装置与接地网之间的地中距离Sd应大于3m。具体步骤如下：1) 35kV、110kV配电装置：在架构上装设独立避雷针，将架构支柱主钢筋作引下线接地。2) 主变压器：装设独立避雷针。3) 各电压等级母线桥：装设独立避雷针。4) 主控制楼：屋内配电装置钢筋焊接组成接地网，并可靠接地。(二) 侵入波过电压防护变电站内必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，在110kV、35kV靠近变电站lkm 2km的进线上架设避雷线，其耐雷水平分别不应低于30kA和75kA保护角在25和30范围内，冲击接地电阻在l0左右，以保证大

30、多数雷电波只在此线段外出现，即设置进线段保护。对于三绕组变压器，应在低压侧任一相绕组对地加装一个避雷器，对于变压器中性点保护，因中性点为直接接地，变压器为分级绝缘。其绝缘水平为35kV等级，需在中性点上装避雷器。(三) 进线段保护进线段保护是指在临近变电所12km的一段线路上加强防雷保护措施。12kmFZGB2GB1未沿全线架设避雷线的35110KV线路变电所的进线段保护(四) 三绕组变电器和变压器中性点的防雷保护当三绕组变压器的高压侧或中压侧有雷电过电压波袭来时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，其低压绕组上会出现一定的过电压；最不利的情况是低压绕组处于开路状态，这时静电感应分量可能很大而危及

31、绝缘。考虑到这一分量将使低压绕组的三相导线电位同时升高，所以只要在低压绕组出线端加装一只该电压等级的阀型避雷器，就能保护好三相低压绕组。中压绕组、高压绕组虽也有开路运行的可能，但其绝缘水平较高，一般不需加装避雷器来保护。我国110kV及以上电网的中性点一般是直接接地的，因为变压器的中性点绝缘水平位35kV，为了满足灭弧电压高于电网单相接地时中性点的电位升高稳态值，选用FZ-40型避雷器(五) 接地装置设计变电所内须要有良好的接地装置以满足工作、安全和防雷保护的接地要求。一般根据安全和工作接地要求敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷接地的要求。 接地网由扁钢水平连

32、接，埋入地下0.60.8m处，其面积S大体与发电厂和变电所的面积相同。其总接地电阻可估算为：为了满足工作及安全接地，变电站工频接地电压为0.5到5欧姆。(六) 避雷器的选择避雷器是一种保护电器，用来保护配电变压器，电站和变电所等电器设备的绝缘免受大气过电压或某些操作过电压的危害。大气过电压由雷击或静电感应产生；操作过电压一般是由于电力系统的运行情况发生突变而产生电磁振荡所致。避雷器有两种：（1）阀型避雷器按其结构的不同，又分为普通阀型避雷器和磁吹阀型避雷器：（2）管型避雷器，利用绝缘管内间隙中的电弧所产生的气体把电弧吹灭。用于线路作为防雷保护。1阀型避雷器应按下列条件选择：（1）额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。（2）灭弧电压：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大的导线对地电压，是否等于或小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压）；在中性点非直接接地的电网中应不低于设备最高运行线电压。在中性点直接接地的电网中应取设备最高运行线电压的80%其参数如下表所示：安装位置型号组合方式额定电压(KV)灭弧电压(KV)工频放电电压(KV)不小于不大于110KV母线FZ-1104FZ-30J11010022426835KV母线FZ-352FZ-1535418410410KV母线FZ-10单独元件1012.72631