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110KV变电站设计


电力系统课程设计书(28)

题目:110kV 降压变电站设计 设计时间: 2014 年 7 月 1 日-7 月 10 日 原始资料 建设性质及规模 为满足某铁矿生产及矿区生活用电,拟新建一座电压等级为 110/10kV 降压变电站。线路回 数:110kV 现有 2 回,发展 2 回;10kV 现有 10 回,发展 2 回 所址条件 新建变电站位于铁矿区中心,

所区海拔 200m,为非地震多发区。最高气温+39℃,最低气 温-18℃,最热月平均最高气温为+30℃。 负荷资料 电压等级 负荷名称 穿越功率 最大负荷 负荷组成 功 同时 线损 (MW) (MW) (MW) 率 率 率 近 远景 近期 远景 一 二 三级 因 (%) (%) 期 级 级 数 110kV 3 5 铁钢线 铁区线 发展线 1 发展线 2 露天矿 1 露天矿 2 甲矿井 1 甲矿井 2 乙矿井 1 乙矿井 2 水泵站 1 水泵站 2 生活区 农业用电 发展线 1 发展线 2 3 5 6 10 2 2 2 0.8 1 1.8 1.5 1.5 0.7 15 40 30 20 60 40 50 60 0.8 85 5 2

10kV

1.2 1.2 1.2 0.5 0.5 0.8

20 20

60 60

注:表中功率因数栏内值为负荷处最低值,本所低压侧功率因数应补偿到 0.9 以上。 电力系统接线简图 23km 15km 110kV

12km 待建变电站

110kV 区域变电所 5km 18km 110kV
1

S=2360MVA Xs=0.098

110kV

20km

变电所 A

变电所 B

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注:1)图中系统容量、系统阻抗均相当于最大运行方式; 2)系统可保证本变电站 110kV 母线电压波动在±5%以内; 二、设计任务 变电站总体分析,选择变压器的台数、容量、型号、参数。 电气主接线设计。 计算短路电流,选择电气设备。 三、成品要求 电力系统课程设计书(附计算书、电气主接线图)1 份 附: 1、要求选择的电器设备包括: (1)110kV 配电装置中的主母线、高压断路器、高压隔离开关、电压互感器、电流互感器 等; (2)10kV 配电装置中的主母线、高压断路器、高压隔离开关、电压互感器、电流互感器、 高压熔断器、导线等; 2、参考资料: (1) 《电力系统分析》 , 吴 俊 勇 等 主 编 , 北 京 , 清 华 大 学 出 版 社 , 2014 , ISBN : 978-7-302-36660-7 (2) 《发电厂电气部分》 , 姚 春 球 主 编 , 北 京 , 中 国 电 力 出 版 社 , 2013 , ISBN: 978-7-5123-4102-9。 (3) 《电力工程电气设备手册》 ,弋东方主编 ;电力工业部西北电力设计院 ;1998,ISBN: 7-80125-507-0

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摘要
本文主要进行 110KV 变电站设计。首先根据任务书上所给系统 及线路和所有负荷的参数, 通过对所建变电站及出线的考虑和对负荷 资料分析, 满足安全性、 经济性及可靠性的要求确定了 110KV、 10KV 侧主接线的形式, 然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台 数、容量、及型号,从而得出各元件的参数,进行等值网络化简,然 后选择短路点进行短路计算, 根据短路电流计算结果及最大持续工作 电流,选择并校验电气设备,包括母线、断路器、隔离开关、电压互 感器、电流互感器等。本文同时对防雷接地及补偿装置进行了简单的 分析,最后进行了电气主接线图的绘制。 关键词:变电站设计,变压器,电气主接线,设备选择

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目录
摘要 ........................................................................................................................................... 3 设计书 ....................................................................................................................................... 6 一、变电站整体分析 ............................................................................................................... 7 1、基本情况 ......................................................................................................................... 7 2、所址条件 ......................................................................................................................... 7 3、设计内容 ......................................................................................................................... 7 二、 电气主接线设计 ............................................................................................................. 7 1、对电气主接线的基本要求 ............................................................................................. 8 2、变电站电气主接线的设计原则 ..................................................................................... 8 3、接线方式 ......................................................................................................................... 9 4、主接线设计方案确定 ..................................................................................................... 9 三、 主变压器的选择 ........................................................................................................... 10 1、主变压器台数的选择 ................................................................................................... 10 2、主变压器容量的选择 ................................................................................................... 10 四 、短路电流计算 ............................................................................................................... 11 1、短路电流的危害 ........................................................................................................... 11 2、计算短路电流的目的 ................................................................................................... 12 3、计算过程: ................................................................................................................... 12 4、不同短路点的短路参数 ............................................................................................... 13 五、 电气设备的选择 ........................................................................................................... 13 1、长期工作电流和热效应的计算 ................................................................................... 13 2. 母线的选择和校验 ..................................................................................................... 13 3、 断路器和隔离开关的选择及校验 ............................................................................. 16 4、 电流互感器的选择 ..................................................................................................... 17 5、电压互感器的选择 ....................................................................................................... 18 6、低压侧限流熔断器的选择和校验: ........................................................................... 19 7、防雷与保护 ................................................................................................................... 19 8、功率因数补偿 ............................................................................................................... 20 计算书 ..................................................................................................................................... 22
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一、主变压器的容量的计算 ................................................................................................. 22 1、10KV 侧最大综合计算负荷的计算 .............................................................................. 22 2、10KV 侧按一、二类负荷计算 ...................................................................................... 22 二、短路计算 ......................................................................................................................... 23 三、电气设备计算 ................................................................................................................. 25 1、长期发热电流和短路电流热效应计算 ....................................................................... 25 2、母线选择及校验 ........................................................................................................... 26 3、断路器的选择和校验 ................................................................................................... 27 4、隔离开关的选择与校验 ............................................................................................... 29 5、无功功率的补偿计算 ................................................................................................... 30 参考文献 ................................................................................................................................. 31 结束语 ..................................................................................................................................... 32 附图:变电所电气主接线图 ................................................................................................. 33

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设计书

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一、变电站整体分析 1、基本情况
为了满足某铁矿生产及矿区生活用电,拟新建一座电压等级为 110/10kV 降压变电站。线路回数:110kV 现有 2 回,发展 2 回;10kV 现有 10 回,发展 2 回作为新建站,除了能够满足用电的需求和基本 条件外,还必须考虑到自身的建站经济性、调度灵活性和可靠性,并 易于扩建和升级该进程危机综合自动化。

2、所址条件
新建变电站位于铁矿区中心,所区海拔 200m,为非地震多发区。 最高气温+39℃,最低气温-18℃,最热月平均最高气温为+30℃。

3、设计内容
本设计针对变电站设计包括了电气一次部分。 电气一次部分主要 包括变电站总体分析、负荷分析计算与主变压器选择、电气主接线设 计、 短路电流计算及电气设备选择、 配电装置及电气总平面布置设计、 防雷保护设计。

二、 电气主接线设计
发电厂和变电所的电气主接线是指由发动机、变压器、断路器、 隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备,按一定顺序连接的,用 以表示生产、汇集和分配电能的电路,电气主接线又称为一次接线或 电气主系统,代表了发电厂和变电站电气部分的主体结构,直接影响
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着配电装置的布置、继电保护装置、自动装置和控制方式的选择,对 运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。

1、对电气主接线的基本要求
现代电力系统是一个巨大的、严密的整体,各个发电厂、变电站 分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏 不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身,同时也影响到工农业生 产和人民日常生活。因此,发电厂、变电站主接线必须满足一下基本 要求。 (1)运行的可靠 (2)具有一定的灵活性 (3)操作应尽可能简单、方便 (4)经济上合理 (5)具有扩建的可能性 变电站电气主接线的选择,主要取决于变电站在电力系统中的地位、 环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。

2、变电站电气主接线的设计原则
电气主接线的基本原则是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,结合工程实际情况,在保证 供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下,兼顾运行和维护 的方便,尽可能地节省投资,就进取材,力争设备元件和设计的先进 性与可靠性,坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
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3、接线方式
对于变电站的电气接线,当能满足运行要求时,其高压侧应尽可 能采用断路器较少的或不用断路器的接线, 如线路—变压器组或桥型 接线等。若能满足继电保护要求时,也可采用线路分支接线。在 110 —220kv 配电装置中,当出线为 2 回时,一般采用桥型接线,当出线 不超过 4 回时, 一般采用单母线接线, 在枢纽变电站中, 当 110—220kv 出线在 4 回及以上时,一般采用双母线接线。

4、主接线设计方案确定
方案比较如表所示: 接线名称 可靠性 方案一 单母线 简单,方便, 但是不能进行 倒闸操作,可 靠性差 方案二 单母分段 简单清晰、设 备少、设备本 身故障小。线 路断路器检修 故障时,该线 路停电;任意 母线或者母线 隔离开关检修 时,仅停故障 段。 可以提高供电 的灵活性,对 重要用户可以 从不同段引出 馈线线路,有 两个电源供 电。
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方案三 单母分段带旁 母 可靠性高,当 接线复杂,无 论检修母线或 者设备均可使 线路不停电。 当母线断路器 检修,两段母 线不分列运 行。

灵活性

不够灵活。

运行复杂,但 是灵活性高。 各个电源和负 荷可以任意分 配到某一母线 上可组成多种 运行方式。

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经济性

投资少、年费 投资少、年费 投资高,年费 用小、占地面 用小、占地面 用大,占地面 积小 积小 积大

经过技术经济综合比较后,本设计 110kV 有 2 回进线,远景发 展 2 回进线,进线总数少,可以采用单母线分段接线方式。10kV 近 期 12 回 远景发展 2 回, 出线回数较多, 也宜采用单母分段接线形式。

三、 主变压器的选择 1、主变压器台数的选择
在变电站设计过程中,一般需要装设两台主变压器,防止其中一 台出现故障或检修时中断对用户的供电。 对 110kv 及以下的终端或分 支变电站,如果只有一个电源,或变电所的重要负荷有中、低压侧电 网取得备用电源时,可只装设一台主变压器,对大型超高压枢纽变电 站,可根据具体情况装设 2—4 台主变压器,以便减小单台容量。因 此,在本次设计中装设两台主变压器。

2、主变压器容量的选择
主变容量一般按变电所建成后 5~10 年的规划负荷来进行选择, 并适当考虑远期 10~20 年的负荷发展。对于城郊变电所,主变压器 容量应与城市规划相结合。 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。 对于 有重要负荷的变电所,应考虑当一台主变压器停运时,其余主变压器 的容量一般应满足 60% ( 220kV 及以上电压等级的变电所应满足
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70%)的全部最大综合计算负荷,以及满足全部 I 类负荷 和大部分 II 类负荷 (220kV 及以上电压等级的变电所,在计及过负荷能力后的 允许时间内,应满足全部 I 类负荷 和 II 类负荷 ),即 最大综合计算负荷的计算:
? m Pi max S max ? K t ? ? ? cos ? i ? i ?1 ? ? ?(1 ? ? %) ?

式中, —各出线的远景最大负荷; m —出线回路数; cosφ —各出线的自然功率因数; K—同时系数,其大小由出线回路数决定,出线回路数越多其 值越小,一般在 0.8~0.95 之间; α %—线损率,取 5%。 根据变压器容量计算结果,变压器的容量应为 16MVA,查表可 知可采用 SF10-16000KVA/110KV/型号变压器,其参数如下表所示:

SF10-16000KVA/1 10KV

高压 低 ( K 压 V) (K V) 110 10

联 结 空 载 负 载 空载 组 损 耗 损 耗 电流 (KW) (KW) ( % ) YNd1 16 73 0.5 1

阻 抗 电压

10.5 %

四 、短路电流计算 1、短路电流的危害
通过故障点的短路电流和所燃起的电弧,使故障元件损坏。短路

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电流通过非故障元件,由于发热和电动力的作用,引起他们的损坏或 缩短他们的使用寿命。电力系统中部分地区的电压大大降低,破坏用 户工作的稳定性或影响工厂产品质量。 破坏电力系统并列运行的稳定 性,引起系统震荡,甚至整个系统瓦解。

2、计算短路电流的目的
在变电站的设计中,短路计算是其中的一个重要环节,其计算的 目的主要有以下几个方面:电气主接线的比较;选择、检验导体和设 备;在设计屋外髙型配电装置时,需要按短路条件校验软导线的相间 和相对的安全距离;在选择继电保护方式和进行整定计算时,需以各 种短路时的短路电流为依据。

3、计算过程:
在三相系统中,可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相 接地短路。电力系统中,发生单相短路的可能性最大,而发生三相短 路的可能性最小,但一般三相短路的短路电流最大,造成的危害也最 严重。 为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠 工作,因此作为选择检验电气设备的短路计算中,以三相短路计算为 主。三相短路用文字符号 k 表示。在计算电路图上,将短路所考虑的 额定参数都表示出来,并将各元件依次编号,然后确定短路计算点, 短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的 短路电流通过。在等效电路图上,只需将被计算的短路电流所流经的 一些主要元件表示出来,由于将电力系统当做有限大容量电源,短路
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电路也比较简单, 因此一般只需采用阻抗串并联的方法即可将电路化 简,求出求等效总阻抗,在换算成计算电抗,根据计算曲线查出短路 电流标幺值,在换算成有名值。

4、不同短路点的短路参数
根据计算书中的内容制成如下不同短路点短路电流表: 短路点 高压侧 低压侧 短路电流 8.626KA 1.301KA 冲击电流 21.958KA 3.311KA 最大有效值 13.111KA 1.978KA 短路功率 1721.4MVA 297.1MVA

五、 电气设备的选择 1、长期工作电流和热效应的计算
详细内容见计算书,结果如下表所示: 故障点 高压侧 低压侧 最大工作电流 293.729A 141.74A 热效应 83.724(KA.KA).S 2.067(KA.KA)S

在电力系统中,虽然各种电气设备的功能不同,工作条件各异, 具体选择方法和校验项目也不尽相同, 但对它们的基本要求却是一致 的。电气设备要可靠地工作,必须按正常工作条件进行选择,并按短 路条件来校验动、热稳定性。 本设计中,电气设备的选择包括:导线的选择,高压断路器和隔 离开关的选择,电流、电压互感器的选择,避雷器的选择。

2. 母线的选择和校验
裸导体应根据具体情况,按导体截面,电晕(对 110kV 及以上
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电压的母线) ,动稳定性和机械强度,热稳定性来选择和校验,同时 也应注意环境条件,如温度、日照、海拔等。 一般来说,母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分,载流导体 构成硬母线和软母线,软母线是钢芯铝绞线,有单根、双分和组合导 体等形式,因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子,所以不必校验其机 械强度。 (1) 、导体的选择校验条件如下:
I al ? I max

当实际环境温度 ? 不同于导体的额定环境温度 ? ? 时,其长期允许 电流应该 下式修正:
I al? ? KI al

K —综合修正系数。

不计日照时,裸导体和电缆的综合修正系数为
K?

? al ? ? ? al ? ? ?

裸导体一般为 70 ? C ;? ? —导体的 ? al —导体的长期发热最高允许温度, 额定环境温度,裸导体一般为 25? C 。

由载流量 I al ?

?F (? al ? ? ? )
R

可得,正常运行时导体温度 ? 为

? ? ?? ? (? al ? ? ?) max 2

I2 I al

必须小于导体的长期发热最高允许温度 70? C
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(2) 、按经济电流密度选择 按经济电流密度选择导体截面可以使年计算费用最小。 除配电装 置的汇流母线外,对于年负荷利用小时数大,传输容量大,长度在 20 米以上的导体,其截面一般按经济电流密度选择。 经济截面积用 下式计算:
S? I max J

式中, I max —正常运行方式下导体的最大持续工作电流, 计算式不考 虑过负荷和事故时转移过来的负荷;
J —经济电流密度,常用导体的 J 值,可根据最大负荷利用时

数 Tmax ,由经济电流密度曲线中查出来。 按经济电流密度选择的导体截面应尽量接近上式计算出的经济 截面积。 (3) 、导体的校验: a、电晕电压校验
U cr ? U max

220kV 采用了不小于 LGJ-300 或 110kV 采用了不小于 LGJ-70 钢 芯铝绞线, 或 220kV 采用了外径不小于 ? 30 型或 110kV 采用了外径不 小于 ? 20 型的管形导体时,可不进行电晕电压校验。 b、热稳定校验 按最小截面积进行校验
S min ? 1 Qk K s C

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当所选导体截面积 S ? S min 时,即满足热稳定性要求。 根据计算书中的计算结果,母线选择结果如下: 高压侧母线 低压侧母线 型号 30 摄氏度时载流量 单条 50 ? 4mm 矩形铝 586A 导体 单条 20×8mm 矩形铝 202A 导体

3、 断路器和隔离开关的选择及校验
高压断路器的选择,除满足各项技术条件和环境条件外,还应考 虑到要便于安装调试和运行维护, 并且经过经济技术方面都比较厚才 能确定。根据目前我国高压断路器的生产情况,电压等级在 10Kv~ 220kV 的电网一般选用少油断路器,而当少油断路器不能满足要求 时,可以选用 SF6 断路器。 高压断路器选择的技术条件如下: 额定电压选择: U N ? U Ns 额定电流选择: I N ? I max 额定开断电流选择: I Nbr ? I k 额定关合电流选择: iNcl ? ish 热稳定校验: I t2t ? Qk 动稳定校验: ies ? ish 或I es ? I sh 隔离开关的选择,由于隔离开关没有灭弧装置,不能用来开断和 接通负荷电流及短路电流,故没有开断电流和关合电流的校验,隔离 开关的额定电压、额定电流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器 相同。
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根据计算书中的计算结果在手册中可以查的, 断路器和隔离开关 的选择如下图所示: 额 定 额定 额 定 开 断 电压 电 流 电 流 /kV /A /kA 1200 630 31.5 16 动 稳 固有分 定 电 热 稳 定 闸时间 流 电流/kA /S /kA 80 40 31.5 (4s) 16(2s) 0.04 0.05

型号

高 压 侧 SW6 — 110 110 断路器 Ⅰ/1200 低 压 侧 SN1O — 10 10 断路器 Ⅰ/630

型号

热稳定 额 定 电 额定电 动稳定电 电 流 压 流 流 /kA /kV /A /kA 4s 600 630 52 50 20 20

低压侧隔离开 GN—10/600-52 10 关 高 压 侧 隔 离 开 GW5 — 110 Ⅱ 110 关 /630

4、 电流互感器的选择
(1)额定电压的选择: 电流互感器的额定电压 U N 不得低于其安装回路的电网额定电压
U Ns ,即 U N ? U Ns

(2)额定电流的选择: 电流互感器的额定电流 I N 1 不得低于其所在回路的最大持续工作
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电流 I max ,即 I N1 ? I max ,为了保证电流互感器的准确级, I max 应尽可能 接近 I N 1 。 电流互感器要校验最大工作电压、最大工作电流、热稳定性和动稳定 性。其中持续最大工作电流亚考虑到远景规划的负载,计算方法和断 路器个隔离开关的计算方法类似,选择结果如下: 110kv 侧电流互感器选择为 LCWD2-110,其额定电流之比(2× 50)~(2×600)/5,级次组合:0.5/D1/D2。1 秒热稳定系数为 90, 动稳定系数为 110。. 10kv 侧电流互感器选择为 LWZ-10 1500/5,级次组合 0.5/D,

其 1 秒热稳定系数为 50,动稳定系数为 90。

5、电压互感器的选择
电压互感器的作用是将电力系统的以此电压按照一定的变比转 换为要求的二次电压,其工作原理与变压器基本相同。电压互感器的 以此绕组并联接在主电路上,二次绕组接负荷。电压互感器可以将高 电压与电气工作人员隔离。 连接型式:完全星形接线

额定电压(kv)

高压侧电 JCC2-110 压互感器 低压侧电 JSJW-10 压互感器

110 3

0.1 3

0.1

二 次 绕 组 最大容量 额 定 容 量 (VA) (VA) 500 2000 480 960

10 / 3 / 0.1/ 3 / 0.1/ 3

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6、低压侧限流熔断器的选择和校验:
(1) 、熔管额定电流的选择
I FTN ? I FSN

前者为熔管额定电流,后者为熔体额定电流

(2) 、熔体额定电流的选择
I FSN ? KI MAX K 是可靠系数,为 1.1~1.3

根据计算书的计算结果,查手册可得高压熔断器如下表所示。 型号 RN1 额 定 电 压 额定电流 (kv) (A) 10 20~400 最大开断电 过电压倍数 流有效值 40KA <2.5

7、防雷与保护
(1)直接雷保护 直击雷过电压:雷电直接击中电气线路、设备或建筑物而引起的 过电压,又称直击雷。在雷电的主放电过程中,其传播速度极快(约 为光速的 50%-10%) ,雷电压幅值达 10-100MV,雷电流幅值达数百千 安,伴以强烈的光、热、机械效应和危险的电磁效应以及强烈的闪络 放电,具有强烈的破坏性和对人员的杀伤性。 110KV 配电装置、主变压器为户外布置、采用在构架上设置 2 支 避雷针,及其余设备均为户内布置,采用配电楼屋顶设避雷带,和避 雷针联合作为防直击雷保护,确保户外主变压器、110KV 配电装置在 其联合保护范围内。避雷带采用Ф 16 的热镀锌圆钢,避雷针与建筑 物钢筋隔离,并采用 3 根引下线与主接地网相连接,连接点与其他设 备接地点的电气距离应满足规范要求。 (2) 、侵入波保护
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雷电波入侵(高电位侵入):架空线路遭受雷击或感应累的影响 ,在线 路上形成沿线路传播的高电压行波.此种电压波入侵到建筑物内或进 入电气设备造成过电压。据统计城市中雷击事故的 50%-70%是由于这 种雷电波侵入造成的。因此,在工厂中应予以重视,对其危害给予足 够的防护。为防止线路侵入雷电波的过电压,在 110KV 进线, 10KV 每段母线上分别安装氧化锌避雷器。为保护主变压器中性点绝缘,在 主变 110KV 侧中性点装设氧化锌避雷器。 主要参数如下图所示: 高压侧 低压侧 型号 FCZ-110J YH1.5W-8/19 工频放电电压 242KV 13.6Kv 残压 100KV 19kv

8、功率因数补偿
电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等,大 多属于电感性负荷, 这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力 系统吸收有功功率,还同时吸收无功功率。因此在电网中安装并联电 容器无功补偿设备后,将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率, 减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。 1.低压电容器补偿容量的计算 当提高自然功率因数仍不能达到要求时, 一般采用并联电容器以提高 工频电力系统的功率因数。 通信企业中则采用低压并联电容器进行补 偿。 由计算书中的结果可知,补偿功率为 4MVA 低压电容器时,功率 因数会大于 0.9。
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计算书

一、主变压器的容量的计算 1、10KV 侧最大综合计算负荷的计算
S ? (4 ? 4 ? 4 ? 1.6 ? 2.8 ? 3) ? 0.8 ? 24.25MVA Kt ? 0.85 SMAX ? Kt ? S ?(1 ? a %) ? 0.85 ? 24.25 ? 1.05 ? 21.643 MVA S N ? 0.7S MAX ? 0.7 ? 21.645 ? 15.152 MVA

2、10KV 侧按一、二类负荷计算
S N ? 4 ? 0.75 ? 4 ? 0.8 ? 4 ? 0.8 ? 3 ? 0.8 ? 11.8MVA

综上所述,变压器的额定容量应为 16MVA。则选取型号如下图所示: 变压器型号 高压 低 ( K 压 V) (K V) 联 结 空 载 负 载 空载 阻 抗 组 损 耗 损 耗 电 流 电压 (KW) (KW) ( % )
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SF10-16000KVA/1 10KV

110

10

YNd1 16 1

73

0.5

10.5 %

二、短路计算
假设线路采用 LGJ-185 架空输电线路,且三相水平排列,相距 4m,由手册可查的它的计算半径为 9.5mm。 线路阻抗:
x ? 0.1445 lg D eq 1.26 ? 4000 ? 0.1445 ? lg ? 0.402(? / km ) Ds 0.88 ? 9.5

由等效电路图,计算和线路的阻抗标幺值。由于电源容量无限大

xs ? x

SB 100 ? 0.098 ? ? 0 S 2360

x 1 ? xL

SB 100 ? 0 . 402 ? 15 ? ? 0.046 V B2 115 2
SB 100 ? 0.402 ? 5 ? ? 0.015 2 VB 115 2

x 2 ? xL

x 3 ? xL x 4 ? xL x 5 ? xL
x 6 ? xL
xT ?

SB 100 ? 0.402 ? 20 ? ? 0.061 2 VB 115 2 SB 100 ? 0 . 402 ? 12 ? ? 0.036 V B2 115 2 SB 100 ? 0.402 ? 23 ? ? 0.070 2 VB 115 2
SB 100 ? 0.402 ? 18 ? ? 0.05 2 VB 115 2

VS % S B 10.5 100 ? ? ? 0.656 100 S N 100 16

系统等效电路图
23

电力系统课程设计书(28)

如果在高压侧发生短路,则:
x ? (x 1 ? x 2 ) // x 3 ? x 4 //( x 5 ? x 6 ) ?
? 0.058 0.061 0.036 ? (0.07 ? 0.05) ? 2 0.036 ? 0.07 ? 0.05

I *(3) ?

E 1 ? ? 17.241 X 0.058
100 115 ? 3 ? 8.626(KA )

I(3) ? I(*3)

SB VB 3

? 17.241 ?

iim ? kim I(3) ? 8.626 ? 1.8 ? 2 ? 21.958 KA I im ? 1.52 ? 8.626 ? 13.111KA

如果在低压侧发生短路:
x, ? x ? xT
2 ? 0.058 ? 0.656 ? 0.386 2

I *(3) ?

E 1 ? ? 2.591 X 0.386
100 115 ? 3 ? 1.301 (KA )

I(3) ? I(*3)

SB VB 3

? 2.591 ?

iim ? k im I(3) ? 1.301 ? 1.8 ? 2 ? 3.311KA I im ? 1.52 ? 8.626 ? 1.978 KA

结果如下表所示: 短路点 高压侧 低压侧 短路电流 8.626KA 1.301KA 冲击电流 21.958KA 3.311KA 最大有效值 13.111KA 1.978KA 短路功率 1721.4MVA 297.1MVA

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电力系统课程设计书(28)

三、电气设备计算 1、长期发热电流和短路电流热效应计算
(1) 、 110kv 高压侧:
S N ? 26 ? 24.25 ? 50.25MVA

I max ?

1.05S N

UN 3

?

1.05 ? 50250 110 ? 3
276 .93 70 ? 30 70 ? 25

? 276 .93A

I al ?

I max ? k

? 293 .729 A

短路电流热效应: Qk ? Qp ? Qnp
Qp ?
1.2 2 ? 8.626 2 ? 10 ? 8.154 2 ? 7.795 2 ? 80.004 ?kA ? 12

?

?

? S

Q np ? TI 2 ? 0.05 ? 8.626 2 ? 3.720 ?kA ?

2

? S 2

Q k ? Q p ? Q np ? 80.004 ? 3.720 ? 83.724 ?kA ?

? S

(2) 、10KV 侧:
S N ? 24.25MVA

I max ?

1.05S N

UN 3

?

1.05 ? 24250 110 ? 3
133 .64 70 ? 30 70 ? 25

? 133 .64 A

I al ?

I max ? k

? 141 .74 A

短路电流热效应: Qk ? Qp ? Qnp
Qp ?
1.2 2 ? 1.301 2 ? 10 ? 1.287 2 ? 1.255 2 ? 1.983 ?kA ? 12

?

?

? S

Q np ? TI 2 ? 0.05 ? 1.301 2 ? 0.084 ?kA ?

2

? S

25

电力系统课程设计书(28)

Q k ? Q p ? Q np ? 1.983 ? 0.084 ? 2.067 ?kA ?

2

? S

故障点 高压侧 低压侧

最大工作电流 293.729A 141.74A

热效应 83.724(KA.KA).S 2.067(KA.KA)S

2、母线选择及校验
(1) 、110kv 侧: 矩形导体长期允许载流量表,每相选用单条 50 ? 4mm 矩形铝导 体,平放时允许电流 I al ? 586 A ,集肤系数为 K S ? 1 ,环境温度为 30 度时的允许电流为:
I al? ? KI al ? 586 ?
70 ? 30 ? 552 .486 ? 293 .729 70 ? 25

满足长期发热条件要求。 热稳定校验: 短路前导体的工作温度为:
2 I max 293 .729 2 ? 41 .31 ? w ? ? ? ?? al ? ? ? 2 ? 30 ? ?70 ? 30 ? ? 552 .486 2 I al?

查表可得 C=99:
S min ?
1

C

Qk Ks ?

1 ? 99

83.724 ? 1 ? 10 6 mm 2 ? 92.42mm 2

所选截面 S ? 200mm 2 ? S min ? 92.42mm 2 ,能满足热稳定性要求 (2) 、10KV 侧 查矩形导体长期允许载流量表,每相选用单条 20 ? 8mm 矩形铝导 体,平放时允许电流 I al ? 202A ,集肤系数为 K S ? 1 ,环境温度为 30

26

电力系统课程设计书(28)

度时的允许电流为:I al? ? KI al ? 202 ? 满足长期发热条件要求。 热稳定校验: 短路前导体的工作温度为:
? w ? ? ? ?? al ? ? ?

70 ? 30 ? 189 .88 ? 141 .74KA , 70 ? 25

2 I max 141.74 2 ? 52 .27 ? ? ? ? 30 ? 70 ? 30 2 2 189 . 88 I al ?

查表可得 C=94:
S min ?
1

C

Qk K s ?

1 ? 94

2.067 ? 1 ? 10 6 mm 2 ? 15.28 mm 2

所选截面 S ? 160mm 2 ? S min ? 15.28mm 2 ,能满足热稳定性要求

3、断路器的选择和校验
(1) 、110kv 流过断路器的最大持续工作电流:
I max ? 276.93KA

选择及校验过程如下: 额定电压选择: 额定电流选择: 额定开断电流选择: 由上述短路计算得, 所以, 额定关合电流选择:
ish ? 21.985
I k ? 8.626kA
U N ? U Ns ? 110kV

I N ? I max ? 276.93A

I Nbr ? I k ? 8.6267 kA

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电力系统课程设计书(28)

iNcl ? ish ? 21.985kA

根据以上条件查手册,选择的满足要求的高压断路器的型号为 SW6—110Ⅰ/1200,技术参数如下表: 型号 额 定 额 定 额定开 动稳定 热稳定电流 固有分闸 电 压 电 流 断电流 电 流 /kA 时间/S /kV /A /kA /kA 4s 1200 31.5 80 31.5 0.04

SW6 — 110 Ⅰ 110 /1200

热稳定校验 I 2t ? 31.52 ? 4 ? 3969 ? Q k ? 83.724 动稳定校验:Ies>Ish (2) 、10KV 侧 流过断路器的最大持续工作电流:
I max ? 141.74KA

选择及校验过程如下: 额定电压选择: 额定电流选择: 额定开断电流选择: 由上述短路计算得, 所以, 额定关合电流选择:
ish ? 3.311KA

I N ? I max ? 141.74A

I k ? 1.301kA

I Nbr ? I k ? 1.301kA

iNcl ? ish ? 3.311kA

表 6-1 SN10—10Ⅰ/630 技术参数表
28

电力系统课程设计书(28)

型号

额 定 额 定 额定开 动稳定 热稳定电流 固有分闸 电 压 电 流 断电流 电 流 /kA 时间/S /kV /A /kA /kA 2 630 16 40 16 0.05

SN1O — 10 Ⅰ 10 /630

热稳定校验 动稳定校验:

I 2t ? 16 2 ? 2 ? 512 ? Q k ? 2.067

Ies>Ish

4、隔离开关的选择与校验
(1)高压侧隔离开关选择与校验 隔离开关的选择,没有开断电流和关合电流的校验,隔离开关的 额定电压、额定电流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。 选择及校验过程如下: 额定电压选择: 额定电流选择:
U N ? U Ns ? 110kV

I N ? I max ? 276.93kA

根据以上条件查手册, 选择的满足要求的隔离开关的型号为 GW5—110 Ⅱ/630,其技术参数如下表: 表 6-2 GW5—110Ⅱ/630 技术参数表 型号 额 定 动稳定 热稳定电流 额定电压 电 流 电 流 /kA /kV /A /kA 4s 630 50 20
2 ?s

GW5 — 110 Ⅱ 110 /630 热稳定校验:
I t2 t ? Qk

?kA? I t2 t ? 202 ? 4 ? 1600

所以 I t2t ? Qk ,即满足热稳定校验。 动稳定校验:
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电力系统课程设计书(28)

根据表 6-5 数据,ies ? 40kA .由 10kV 短路计算结果得,10KV 侧冲 击电流为 3.336KA 所以, ies ? ish 即满足动稳定校验。 由于按按该母线最大工作电流选定的断路器是该电压级别的最 小型号, 那么如果按各个负荷算计出来的工作电流选择的设备至少也 应是这个型号。 (2) 、10KV 隔离开关的选择与校验 额定电压选择: 额定电流选择:
U N ? U Ns ? 10kV

I N ? I max ? 141.74A

根据以上条件查手册,选择的满足要求的隔离开关的型号为 GN6 — 10T/400,其技术参数如下表: 表 6-6 GN6—10/600-52 技术参数表 型号 GN6 10/600-52 热稳定校验: — 额 定 电 额定电 动稳定电 热 稳 定 电 流/kA 压 流 流 /kV /A /kA 4s 10 600 52
2

20
? S

I t2 t ? Qk

It2t ? 20 2 ? 4 ? 1600 ?kA ?

所以, I t2t ? Qk ,即满足热稳定校验。 动稳定校验: 根据 表 6-6 数据, ies ? 52kA , 由 10kV 短路计算 结果得 ,
ish ? 3.336kA ,所以, ies ? ish 。

5、无功功率的补偿计算
无功补偿公式为

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电力系统课程设计书(28)

C ?

P 24.25 (tan ? 1? tan ?2 ) ? ? (tan(arcco s 0.85) 2 2?fU 2 ? ? ? 50 ? 110 2 ? tan(arccos 0.9)) ? 8.639 ? 10 ? 7(F )

Qc ? V 2?C ? 115 2 ? 2 ? ? ? 50 ? 8.369 ? 10 ? 7 ? 3.477 MVA

根据以上计算结果,应选取 4MVA 的静电电容器。

参考文献

[1]电力系统分析 ,清华大学出版社,吴俊勇等著 [2]高电压技术,中国电力出版社,赵智大主编 [3]发电厂电气部分,中国电力出版社,熊信银主编 [4]电力工程电气设备手册,电力工业部西北电力设计院,弋东方主 编 [5]110KV 变电站典型设计,江苏电机工程,钱银其

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电力系统课程设计书(28)

结束语
通过这次课程设计,我更加深刻了解课本知识,和以往对知识 的疏忽得以补充,在设计过程中遇到一些模糊的公式和专业用语,比 如说无功功率的补偿,短路电流热效应,在使用手册时,有的数据很 难查出,但是这些问题经过这次设计,都一一得以解决,我相信这本 书中还有很多我没有搞清楚的问题, 但是这次的课程设计给我相当的 基础知识,为我以后学习打下了严实的基础。 虽然这次课程是那么短暂的 10 天时间, 我感觉到这些天我的所 学胜过我这一学期所学,这次任务原则上是设计,其实就是一次大的 作业,是让我对电力系统整个大系统有了更深的了解。同样,也促使 了同学们的相互探讨,相互学习。刚开始时,觉得这个课设特别难,
32

电力系统课程设计书(28)

无从下手,但是经过一段时间的学习,困难被一步步克服,最终完成 了这次报告。所提要靠自己的努力,自己亲身去经历,这样自己的心 里才会踏实,学到的东西才会更多。

附图:变电所电气主接线图

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电力系统课程设计书(28)

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