110kV变电站电气主系统设计

陕西理工学院毕业设计第1页共44页引言变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线直接影响运行的可靠性、灵活性，它的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。变电站电气主接线是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、避雷器等电气设备按一定顺序连接而成的,电气主接线的不同形式，直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定等都有决定性的影响。因此电气主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较方可确定。110kV变电站电气部分的设计是根据毕业设计任务书提供的设计资料以及国家制订的技术规程，结合工程具体特点，在保证电力系统安全稳定、经济合理的条件下，力求接线简单、布置紧凑合理来进行设计的。本次设计主要是针对电气一次部分，其中包括：主变压器的选择、电气主接线设计、短路计算、电气设备的选择等。二次部分主要是防雷规划和继电保护配置。但由于时间和设计者知识水平有限，难免出现错误和不完善之处，敬请老师批评指正。陕西理工学院毕业设计第2页共44页1总的部分1.1变电所性质本变电所为一地区重要负荷变电所，电压等级为110/35/10KV，拟安装两台主变压器，供35KV及10KV出线负荷。1.2主要设计原则电气主接线设计是变电站电气设计的主体，它与电力系统，基本原始资料及运行可靠性、经济性密切相关，并对电气设备的选择和布置、继电保护和控制方式都有较大的影响。因此，主接线设计必须结合电力系统和变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理选择主接线方案。主要设计原则为：1)以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定标准为准绳。2)在满足变电所安全、可靠运行，方便检修的前提下，力求减少占地面积、接线简单、除主变压器外设备选型无油化、控制采用综合自动化、节约投资等。3)变电站按无人值守设计，保护、监控采用微机综合自动化系统。4)坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。1.3变电所概况1.3.1电气主接线根据毕业设计任务书提供的设计资料及要求，本变电所本期采用以下主接线：110KV采用单母线分段接线；35KV采用单母线分段接线；10KV采用单母线分段接线；变压器选用二台SSZ10-31500/110KV，阻抗电压为：UKI-II%=10.5、UKI-III%=17.5、UKII-III%=6.5，电压等级为110/38.5/10.5KV的三相三圈自冷式有载调压变压器。（主变容量及台数的确定及电气主结线采用方案论证将在第二章中详细论述；设备选型及校验见附B。）1.3.2电气设备布置及主要经济技术指标本设计在电气总平面布置方式上考虑了两个较为成熟的方案：两方案110kV配电装置均采用户外软母线AIS设备中型双列布置，处于站区东侧，进出线采用架空方式。方案一：35kV、10kV配电装置布置在综合楼内，综合楼为两层结构，布置在站区南侧，底层为10kV配电装置室、辅助房间，二层为35kV配电装置室、主控制室；主变压器布置在110kV配电装置和综合楼之间；35kV配电装置采用手车开关柜，单列布置，35kV线路考虑不同时停电检修，采用架空出线和电缆出线相结合，电缆引出站外后也可采用架空出线；10kV配电装置采用中置式手车开关柜，双列布置，10kV线路及电容器采用电缆出线，电缆引出站外后也可采用架空出线；35kV主变压器侧进线户外采用架空软导线，10kV主变压器侧进线户外采用铜排母线桥，户内采用共箱式封闭母线进线。方案二：35kV配电装置采用户外软母线AIS半高型双列布置，处于在站区东侧。综合配电室（包括10kV配电装置室、主控制室和辅助房间）布置在站区南侧，主变压器布置在110kV配电装置与综合配电室之间；35kV主变压器侧和35kV配电装置进线采用架空呈“L”型连接，35kV线路采用架空出线；10kV配电装置布置形式同方案一。陕西理工学院毕业设计第3页共44页表1.1主要技术经济指标序号项目名称单位方案一数量方案二数量1概算总投资万元2511.22453.582站区内占地面积hm20.3990.4663总建筑面积m2651.8391.814站内主电缆沟长度m1502415站区围墙长度m253273表1.2优缺点比较方案一方案二优点便于安装、运行、维护、检修，站区占地面积小。架空进出线较为合理，建筑面积小，造价低。缺点建筑面积大，造价较高。站区占地面积大，35kV配电装置不利于安装、运行、维护。综合以上因素，故推荐方案一。（方案一电气设备布置图见附页，图号：BYSJ-D0806-04）（方案一电气设备布置图见附页，图号：BYSJ-D0806-05）1.3.3其它说明变电所照明、电缆敷设、通讯、远动、直流、土建、调度自动化、防雷接地、概、预算、设备材料等方面的设计任务书未要求，不在本设计范围内。只对部分内容进行简单说明与选择。陕西理工学院毕业设计第4页共44页2电气主接线2.1主变压器选择主变压器是指在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器。主变压器是变电站的重要设备，其容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，如选用适当不仅可减少投资、减少占地面积，同时也可以减少运行电能的损耗，提高运行效率和可靠性，改善电网稳定性能。2.1.1主变压器台数的确定确定原则：根据《电力工程电气设计手册》及任务书所给条件“在系统中的地位比较重要，110KV有两回与系统连接的双回路。”，可以确定本变电所设两台主变较适合。a)对于大城市郊区的一次变电所在中压侧已构成环网的情况下，变电所一般装设两台变压器为宜。b)对于地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。c)对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器容量宜按大于变压器容量的1—2级设计，以便负荷发展时，更换变压器容量。装设单台变压器和两台变压器比较如表2.1所示：表2.1变压器台数的性能比较比较单台变压器两台变压器技术指标供电安全比满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量电压损耗略大电压损耗略小灵活方便性灵活性差灵活性好扩建适用性稍差好经济指标电力变压器的综合投资跟两台变压器相比花费较少花费投资较大选择：根据原始资料分析，本变电站为降压变电站，与用户联系紧密，考虑到其在电力系统中重要的地位，当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，必须可以保证用户的一级和二级负荷。因此，本变电站选用两台容量相同的主变压器并列运行，以保证供电可靠性。2.1.2变压器容量的确定a)主变压器容量一般按变电所建成后5~10年规划负荷选择，并适当考虑远期10~20年的负荷发展，对于城市郊区变电所，主变压器与城市规划相结合。b)根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量；对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，应能保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台变压器停运时，其余变压器容量能保证全部负荷的70%~80%。陕西理工学院毕业设计第5页共44页c)同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化、简单化和灵活化。由于本站为110/35/10KV三个电压等级，需通过主变压器输出的负荷有：35KV出线负荷:M2=12000×4=48000KVA10KV出线负荷:M3=1600×12=19200KVA故主变压器输出的最大负荷为：M=M2+M3=67200KVA为节约投资，考虑到各回路最大负荷同时率、同时系数的问题，工程计算中一般取0.8。故M总=0.8×0.8×67200KVA=43008KVA由原始资料得：所用的一二级负荷和为（20%+40%）M2+50%M3=38400KVA由此推算变压器总容量应大于43008KVA选择：本变电站选用2台31.5MVA变压器。2.1.3变压器相数的确定在330KV以一下电力系统中，一般选用三相变压器，采用“降压结构”的线圈，排列成铁芯—低压—中压—高压线圈，高压与低压之间阻抗最大，且在相同容量的情况下，一台三相变压器比由三台单相变压器组成的变压器组便宜很多，并且占地少，损耗小。因此，本变电站中选用三相变压器。2.1.4绕组数量的确定确定原则：在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧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，但在变电所内需设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。因此，主变压器选为三绕组变压器。2.1.5调压方式和冷却方式的选择无载调压变压器调压范围小，一般在±5%以内，一般只能在停电时候调节分接头来进行调压。有载调压变压器的调压范围较大，一般在±15%以上，并且能在不停电时调节分接头来进行调压。因此，本次设计选用有载调压变压器。主变压器的冷却方式有：自然风冷却、强迫由循环风冷却、强迫由循环水冷却、强迫导向油循环冷却。原始资料中指出当地最高气温为40摄氏度，因此选用自然风冷却就可以满足运行要求了。综上所述，本次设计选用两台SSZ10-31500/110型有载调压变压器，其参数如表2.2所示：表2.2SSZ10-31500/110型变压器参数变压器型号联结组标号额定电压（kV）阻抗电压（%）损耗（kW）高中高低中低空载负载SSZ10-31500/110YNyn0d11高压110±8×1.25%中压38.5±2×2.5%低压6.3/6.6/10.5/1110.517-186.543.3212.5根据本地电网中变压器常规选型型号及规范要求，选择两台容量为31500KVA的三相三线圈自冷免维护式变压器，查变压器选型手册可选变压器型号为：SSZ10-31500/110110±8X1.25%/38.5±陕西理工学院毕业设计第6页共44页2X2.5%/10.5KV,容量比:100/100/100,UK1-II%=10.5、UK1-III%=17.5、UK1I-III%=6.5，接线组别：YN、yn0、d11，110KV侧三相各附套管式电流互感器LR/LRD-1102x200/5A0.5/10P/10P一只,由设计资料知系统为中性点直接接地系统,故变压器附零序电流互感器LR-35/150/5A(10P)一只。2.2电气主接线选择2.2.1110kV侧主接线方案选取据任务书要求，ll0kV侧进出线共4回，本设计提出两种方案进行经济和技术比较。根据《35kV～ll0kV变电所设计规范》第3.2.3条和第3.2.4条：110kV线路超过2回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线，在采用单母线、分段单母线或双母线的35～ll0kV主接线中，当不容许停电检修断路器时，可设置旁路母线和旁路隔离开关。故预选方案为：单母线分段接线和单母线接线。方案一、单母线分段接线：优点：1、用断路器把母线分段后，对重要负荷可以从不同段引出两个回路，提供双回路供电。2、安全性，可靠性高。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：1、一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电。2、扩建时需要向两个方向均衡扩建，以保证负荷分配的均匀。3、当出线回路为双回路时，常使母线出线交叉跨越。适用范围：1、6～10KV配电装置出线回路数为6回及以上时。2、35～63KV配电装置出线回路数为4～8回时。3、110KV～220KV配电装置出线回路数为3～4时。方案二、单母线接线优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。缺点：不够灵活可靠，任一组件（母线及隔离开关等）故障或检修，均需要使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线分段后才能恢复