110kv降压变电所电气一次部分及防雷保护设计

110KV降压变电所电气一次部分及防雷保护设计1设计说明1.1环境条件⑴变电站地处坡地⑵土壤电阻率ρ=1.79*10000Ω/cm2⑶温度最高平均气温+33℃，年最高气温40℃，土壤温度+15℃⑷海拔1500m⑸污染程度：轻级⑹年雷暴日数：40日/年1.2电力系统情况⑴系统供电到110kv母线上，35，10kv侧无电源，系统阻抗归算到110kv侧母线上UB=UavSB=110MVA系统110kv侧参数X110max=0.0765X110min=0.162⑵110kv最终两回进线四回出线，每回负荷为45MVA，本期工程两回进线，两回出线。⑶35kv侧最终四回出线，全部本期完成，其中两回为双回路供杆输电Tmax=4500h，负荷同时率为0.85⑷10kv出线最终10回，本期8回Tmax=4500h，负荷同时率0.85，最小负荷为最大负荷70%，备用回路3MW，6MW，cosφ=0.85计算电压等级回路名称近期最大负荷（MW）功率因数cosφ回路数线路长度（km）供电方式35KV1#120.85125双回共杆2#100.85125双回共杆3#200.85123单回架空4#100.85119单回架空10KV1＃30.8515架空2＃40.8514架空3＃20.8016架空4＃30.8015电缆5＃30.8513电缆6＃20.8017电缆7＃40.8016电缆8＃20.8518电缆⑸负荷增长率为2%1.3设计任务⑴变电站电气主接线设计⑵主变压器选择⑶短路电流计算⑷主要电气设备选择⑸主变保护配置⑹防雷保护和接地装置⑺无功补偿装置形式及容量确定⑻变电站综合自动化2电气主接线设计2.1电气主接线概述发电厂和变电所中一次设备、按一定要求和顺序连接成电路，称为电气主接线，也成主电路。它把各电源送来电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备数量和作用，设备间连接方式，以及与电力系统连接情况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分主体，对发电厂和变电所以及电力系统安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式拟定有较大影响。2.1.1在选择电气主接线时设计依据⑴发电厂、变电所所在电力系统中地位和作用⑵发电厂、变电所分期和最终建设规模⑶负荷大小和重要性⑷系统备用容量大小⑸系统专业对电气主接线提供具体资料2.1.2主接线设计基本要求⑴可靠性⑵灵活性⑶经济性2.1.36-220KV高压配电装置基本接线有汇流母线连线：单母线、单母线分段、双母线、双母分段、增设旁母线或旁路隔离开关等。无汇流母线接线：变压器-线路单元接线、桥形接线、角形接线等。6-220KV高压配电装置接线方式，决定于电压等级及出线回路数。2.2110KV侧主接线设计110KV侧初期设计2回进线2回出线，最终2进线4回出线由《电力工程电气设计手册》第二章第二节中规定可知：110KV侧配电装置宜采用单母线分段接线方式。110KV侧采用单母线分段接线方式，有下列优点：⑴供电可靠性：当一组母线停电或故障时，不影响另一组母线供电；⑵调度灵活，任一电源消失时，可用另一电源带两段母线：⑶扩建方便；⑷在保证可靠性和灵活性基础上，较经济。故110KV侧采用单母分段连接方式。2.335KV侧主接线设计35KV侧出线回路数为4回由《电力工程电气设计手册》第二章第二节中规定可知：当35—63KV配电装置出线回路数为4—8回，采用单母分段连接，当连接电源较多，负荷较大时也可采用双母线接线。故35KV可采用单母分段连接也可采用双母线连接。2.410KV侧主接线设计10KV侧出线回路数本期为8回，最终10回由《电力工程电气设计手册》第二章第二节中规定可知：当6—10KV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母分段连接故10KV采用单母分段连接2.5主接线方案比较选择由以上可知，此变电站主接线有两种方案方案一：110KV侧采用单母分段连接方式，35KV侧采用单母分段连接，10KV侧采用单母分段连接。方案二：110KV侧采用单母分段连接方式，35KV侧采用双母线连接，10KV侧采用单母分段连接。此两种方案比较方案一110KV侧采用单母分段连接方式，供电可靠、调度灵活、扩建方便，35KV、10KV采用单母分段连线，对重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性要求。方案二虽供电更可靠，调度更灵活，但与方案一相比较，设备增多，配电装置布置复杂，投资和占地面增大，而且，当母线故障或检修时，隔离开关作为操作电器使用，容易误操作。由以上可知，在本设计中采用第一种接线，即110KV侧采用单母分段连接方式，35KV侧采用单母分段连线，10KV侧采用单母分段连接。方案一图:110KV110KV35KV10KV方案二图：110KV35KV10KV2.6主接线中设备配置2.6.1隔离开关配置⑴中小型发电机出口一般应装设隔离开关：容量为220MW及以上大机组与双绕组变压器为单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。⑵在出线上装设电抗器6—10KV配电装置中，当向不同用户供电两回线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。⑶接在发电机、变压器因出线或中性点上避雷器不可装设隔离开关。⑷中性点直接接地普通型变压器均应通过隔离开关接地；自耦变压器中性点则不必装设隔离开关。2.6.2接地刀闸或接地器配置⑴为保证电器和母线检修安全，35KV及以上每段母线根据长度宜装设1—2组接地刀闸或接地器，每两接地刀闸间距离应尽量保持适中。母线接地刀闸宜装设在母线电压互感器隔离开关和母联隔离开关上，也可装于其他回路母线隔离开关基座上。必要时可设置独立式母线接地器。⑵63KV及以上配电装置断路器两侧隔离开关和线路隔离开关线路宜配置接地刀闸。2.6.3电压互感器配置⑴电压互感器数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置要求。电压互感器配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点两侧都能提取到电压。⑵旁路母线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感器情况和需要确定。⑶当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧一相上应装设电压互感器。⑷当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上电压抽取装置。⑸发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。当发电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。2.6.4电流互感器配置⑴凡装有断路器回路均应装设电流互感器其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。⑵在未设断路器下列地点也应装设电流互感器：发电机和变压器中性点、发电机和变压器出口、桥形接线跨条上等。⑶对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。⑷一台半断路器接线中，线路—线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求条件下也可装设三组电流互感器。线路—变压器串，当变压器套管电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。2.6.5避雷器装置⑴配电装置每组母线上，应装设避雷器，但进出线装设避雷器时除外。⑵旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备电气距离是否满足要求而定。⑶220KV及以下变压器到避雷器电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。⑷三绕组变压器低压侧一相上宜设置一台避雷器。⑸下列情况变压器中性点应装设避雷器①直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。②直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时。③接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区单进线变压器中性点上。④发电厂变电所35KV及以上电缆进线段，在电缆与架空线连接处应装设避雷器。⑤SF6全封闭电器架空线路侧必须装设避雷器。⑥110—220KV线路侧一般不装设避雷器。3主变压器选择3.1负荷分析3.1.1负荷分类及定义⑴一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。⑵二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应由两回线供电。但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。⑶三级负荷：不属于一级和二级一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。3.1.235KV及10KV各侧负荷大小⑴35KV侧：ΣP1=12+10+20+10=52MWΣQ1=12×0.62+10×0.62+20×0.62+10×0.62=32.24MVarΣS1=（522+32.242）1/2=61.18MVA⑵10KV侧：ΣP2=3+4+2+3+3+2+4+2+3+6=32MWΣQ2=3×0.62+4×0.62+2×0.75+3×0.75+3×0.62+2×0.75+4×0.75+2×0.62+3×0.62+6×0.62=21.27MVarΣS2=（322+21.272）1/2=38.42MVAΣP=52+32=84MW，ΣQ=32.24+21.27=53.51MVarΣS=（842+53.512）1/2=99.60MVA考虑同时系数时容量：ΣS’=99.60×0.85=84.66MVA考虑到2%负荷增长率时容量：ΣS’’=84.66×1.02=86.353MVA3.2主变台数确定对于大城市郊区一次变电所，在中、低压侧已构成环网情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。此设计中变电所符合此情况，因此选择2台变压器即可满足负荷要求。3.3主变容量确定⑴主变压器容量一般按变电所建成后5-10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。⑵根据变电所所带负荷性质和电网结构来确定主变压器容量。对于有重要负荷变电所，应考虑到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后允许时间内，应保证用户一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷70％-80％。有以上规程可知，此变电所单台主变容量为：S=ΣS’’×0.7=86.353×0.7=60.447MVA所以应选容量为63MVA主变压器3.4主变相数选择⑴主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。⑵当不受运输条件限制时，在330KV及以下发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所主变应采用三相变压器。3.5主变绕组数选择在具有三种电压变电所中，如通过主变压器各侧功率均达到该变压器容量15％以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿装备时，主变压器宜采用三绕组变压器。根据以上规程，计算主变各侧功率与该主变容量比值：高压侧：K1=(52+32)×0.8/63=1.070.15中压侧：K2=52×0.8/63=0.660.15低压侧：K3=32×0.8/63=0.410.15由以上可知此变电所中主变应采用三绕组。3.6主变绕组连接方式变压器连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用绕组连接方式只有y和△，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用变压器绕组都采Y0连接；35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线接地。35KV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。有以上知，此变电站110KV侧采用Y0接线35KV侧采用Y连接，10KV侧采用△接线主变中性点接地方式：选择电力网中性点接送地方式是一个综合问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网绝缘水平、系统供电可靠性和连续性、变压器和发电机运行安全以及对通信线路干扰。主要接地方式有：中性点不接地、中性点经消弧