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110kv变电站继电保护设计


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110KV 变电站初步设计


第一部分 设计说明书
第一章 第

二章 第三章 第四章 第五章 第六章



主变压器的选择………………………………………………1 主接线选择……………………………………………………2 短路计算………………………………………………………5 主变压器的选择………………………………………………7 配置全所的继电保护…………………………………………11 变电站自动化…………………………………………………14

第二部分 110KV 变电所初步设计计算书
第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 短路电流计算………………………………………………… 19 计算各回路最大持续工作电流……………………………… 22 高压断路器选择和校验……………………………………… 23 隔离开关的选择和校验……………………………………… 31 母线的选择和校验………………………………………… 33 38

第十二章 电压互感器的选择………………………………………… 第十三章

电流互感器的选择………………………………………… 39

第十四章.配置全所的继电保护……………………………………… 42 参考文献……………………………………………………………………… 45 附 110kV 地方变电所电气主接线图

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110KV 变电站初步设计





根据变电站电气部分课程的要求,为了让同学们能够更好的掌握电气 部分的发电、变电、输电、主系统的构成、设计和运行的基本理论及计算 方法、并注重加强对电气设备性能和原理灵活应用于实践,培养自己的分 析 和计算能力,特此制定出了该毕业设计。 此设计分为十个部分:第一章对待设计变电所的分析;第二章主变压 器选择;第三章变电所的主接线设计;第四章变电所自用电接线及自用变 压器的确定;第五章短路电流的计算;第六章断路器和隔离开关的选择;第 七章导体的选择;第八章变电所的防雷保护规划;第九章变电所的继电保 护规划;第十章 变电所的仪表配置规划;附电气主接线。 该设计由西安电力高等专科学校 11044 班杨婷同学设计, 由西安电力高 等专科学校李依凡老师指导。可供同类专业的同学参考。 由于设计时间仓促, 难免会有错误和不足之处, 恳切希望审阅该设计 的老师和同学们提出批评指正意见。

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110KV 变电站初步设计

第一部分 110KV 变电所初步设计说明书 第一章 主变压器的选择
一、主变压器的选择 概述:在合理选择变压器时,首先应选择低损耗,低噪音的 S9,S10,S11 系列的变压 器,不能选用高能耗的电力变压器。应选是变压器的绕组耦合方式、相数、冷却方式, 绕组数,绕组导线材质及调压方式。 二、变电所主变压器的容量和台数的确定 1. 主变压器容量的确定 1.1 主变器容量一般按变电所建成 5-10 年的规划负荷选择, 并适当考虑到远期。 10-20 年的负荷发展 1.2 根据变电所所带负荷的性质,和电网结构,来确定主变压器的容量。 1.3 同等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。 35KV 负荷计算
负荷名称 近期最大负荷 功率因数 负荷同时率 (MW) 1#出线 2#出线 3#出线 4#出线 5#出线 6#出线 7#出线 8#出线 9#出线 小计 10KV 负荷计算 负荷名称 近期最大负荷 功率因数 负荷同时率 (MW) 1#出线 3000 0.85 0.85 有功功率 (KW) 2550 无功功率 (Kvar) 1580.35 视在功率 (KVA) 3000 6.38 2.125 15.0 12.22 4.28 4.35 1.36 10.2 0.8 0.8 0.85 0.85 0.85 0.8 0.8 0.8 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 备用 47527.75 32158.22 57385 有功功率 (KW) 5423 1806.25 12750 10387 3638 3697.5 1156 8670 无功功率 (Kvar) 4067.25 1354.7 7901.74 6437.28 2254.62 2773.13 867 6502.5 视在功率 (KVA) 6778.75 2257.81 15000 12220 4280 4621.88 1445 10837.5

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110KV 变电站初步设计

2#出线 3#出线 4#出线 5#出线 6#出线 7#出线 8#出线 9#出线 10#出线 小计

2000 2000 2000 2000 2000 2500 2000 2000 2000

0.85 0.9 0.85 0.85 0.8 0.8 0.8 0.85 0.85

0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85

1700 1700 1700 1700 1700 2125 1700 1700 1700 18275

1053.57 823.35 1053.57 1053.57 1275 1593.75 1275 1053.57 1053.57 10540.3

2000 1888.89 2000 2000 2125 2656.25 2125 2000 2000 21096.77

2. 主变压器台数的确定 2.1 对大城市郊区的一次变电所在中低压侧,构成环网的情况下,变电所应装设 2 台主变压器为宜。 2.2 对地区性孤立的一次性变电所,或大型工业专用变电所,在设计时应考虑,装设 3 台主变压器的可能性。 2.3 对于规划只装设 2 台主变压器的变电所, 其变压器基础, 应按大于变压器容量的 1-2 级设计,以便负荷发展时,更换变压器的容量。单台容量设计应按单台额定容 量的 70%—85%计算。 S9—6300/110 变压器参数
参数 连接组标号 额定电压( kV ) 阻 抗 电 压 (%) 高压 低压 空载电流 (%) 损耗( kW ) 空载 负载

Y,y

n0

10

0.4

4.0

1.9

0.2

1.04

第二章 主接线选择
一、主接线选择要求: 1.可靠性 2..灵活性 3.经济性 二、对变电所电气主接线的具体要求: 1 按变电所在电力系统的地位和作用选择。 2.考虑变电所近期和远期的发展规划。
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3.按负荷性质和大小选择。 4.按变电所主变压器台数和容量选择。 5.当变电所中出现三级电压且低压侧负荷超过变压器额定容量 15%时,通常采用三 绕组变压器。 6.电力系统中无功功率需要分层次分地区进行平衡,变电所中常需装设无功补偿装 置。 7.当母线电压变化比较大而且不能用增加无功补偿容量来调整电压时, 为了保证电压 质量,则采用有载调压变压器。 8.如果不受运输条件的限制,变压器采用三相式,否则选用单相变压器。 9.对 220kv 及以上的联络变压器通常采用自耦变。 10.各级电压的规划短路电流不能超过所采用断路器的额定开断容量。 11.各级电压的架空线包括同一级电压的架空出线应尽量避免交叉。

三,首先根据原始资料及给定的各电压等级线路的出线回数选择电压主接线形式

a :110kv 侧:
110kv 侧出线最终 4 回,本期 3 回。 所以根据出线回数电压等级初步可以选择双母不分段接线和双母带旁路母接线。 1.双母不分段接线: 优点:可靠性极高,故障率低的变压器的出口不装断路器,投资较省,整个线路具 有相当高的灵活性,当双母线的两组母线同时工作时,通过母联断路器并联运行,电源 与负荷平均分配在两组母线上,当母联断路器断开后,变电所负荷可同时接在母线或副 母线上运行。 缺点:当母线故障或检修时,将隔离开关运行倒闸操作,容易发生误操作。 2.双母线带旁路接线: 优点:最大优化是提供了供电可靠性,当出线断路器需要停电检修时,可将专用旁 路断路器投运,从而将检修断路器出线有旁路代替供电。 两组接线相比较:2 方案更加可靠,所以选方案双母线带旁路接线。
b :35kv 侧

35kv 侧出线为 9 回 所以根据电压等级及出线回数,初步确定,双母线不分段接线和单母线分段带旁路 母线接线。

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110KV 变电站初步设计

1. 双母线接线 优点:可靠性极高,故障率低的变压器的出口不装断路器,投资较省,整个线路具 有相当高的灵活性,当双母线的两组母线同时工作时,通过母联断路器并联运行,电源 与负荷平均分配在两组母线上,当母联断路器断开后,变电所负荷可同时接在母线或副 母线上运行。 缺点:当母线故障或检修时,将隔离开关运行倒闸操作,容易发生误操作 2.单母线分段带旁母: 优点:供电可靠性高,运行灵活,但是主要用于出线回路数不多。但负荷叫重要的 中小型发电厂及 35—110kv 的变电所 所以两个比较所以两个比较,双母线接线更加适用,所以选择双母线接线。 接线图如下:

C:10kv 侧: 10kv 出线 10 回 1.单母分段带旁路母线: 优点:供电可靠性高,运行灵活,但是主要用于出线回路数不多。但负荷叫重要的 中小型发电厂及 35—110kv 的变电所。 3. 单母线带旁路母线: 优点:供电可靠性高,断路器故障检修时,可不停负荷进行检修,供电可靠运行灵 活,适用于重要用户供电,出线回数较多的变电所。

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所以选择单母线分段带旁路母线,

第三章 短路计算
短路:短路是电力系统常见的,并且对系统正常运行产生重要影响的故障。 1、电力系统中可能发生的短路主要有: 1)三相短路,2)两相短路,3)和单相短路。 一般情况下三相短路电流大于两相和单相短路电流。三相短路时,由于短路回路中 各相的阻抗相等,尽管三相的短路电流比正常时的电流大,幅度增大,电压也比正常时 急剧降低,但三相仍然保持对称,故称之为对抗短路。 在计算短路电流时,通常把电源容量视为无穷大的电力系统,在这样的系统中,当 某处发生短路时,电源电压维持不变,即短路电流周期分量在整个短路过程中不衰减, 为了选择和校验电气设备,载流导体,一般应计算下列短路电流。

I K ——短路电流周期分量有效值
I ? ——稳态短路电流有效值

ib ——短路全电流最大瞬时冲击值
I B ——短路全电流最大有效值
S K ——短路容量
2.短路的危害及预防: 短路的原因:主要是电气设备载流部分之间的绝缘被损坏,引起绝缘损坏的原因有过电 压,绝缘的自然老化和污秽,运行人员维护不同及机械损伤。 危害: 1.)电力系统发生短路时,短路回路的电流急剧增大这个急剧增大的电流称为
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短路电流,短路电流可能达到正常负荷电流的十几倍甚至几十倍,数值不能 达到几十千安甚至几百千安,严重使导体发热损坏设备。 2.)短路时往往伴随有电弧的产生,能量极大,温度极高的电弧不仅可能烧坏故 障元件本身,还可能烧坏周围设备危害人身安全。 3.)电力系统发生短路故障时,由于短路电流来势迅猛,电路中的阻抗主要是感 性的。因此,短路电流基本上是感性的,它所产生的去磁的电枢反映使发电机 端电压下降,同时巨大的短路电流会增大电力系统中各元件的电压损失,使系 统电压大幅下降,严重时,可能造成电力系统电压崩溃直至系统瓦解,出现大 面积停电的严重事故。 4.) 短路时电力系统中功率分布的突然变化和电压严重下降, 可能破坏各发电机 并列运行的稳定性,使整个系统分裂成不同运行的几个部分。这时某些发电 机可能过负荷,因此必须切除部分负荷,另一些发电机可能由于功率送不出 去,而被迫减少出力,短路时,电压下降得越多,持续时间越长,系统运行 的稳定性受到破坏的可能性越大。 3.短路计算的目的: 1.)在设计电气主接线时,为了比较各种方案,确定某种接线方式是否有必要 采取限制短路电流的措施等。 2).在进行电气设备和载流导体的选择时,以保证各种电气设备和导体的正常 运行和故障情况下都能安全可靠的工作,需要根据短路电流对电气设备进行动、 热稳定的校验。 3).在选择继电保护装置及进行整定计算时,必须以各种不同类型短路时的短 路电流作依据。 4.)屋外配电装置时,要按短路条件校验,软导线的相间,相对地安全距离 5).设计接地装置。 6).进行电力系统运行及故障分析等。 4.短路计算的一般原则。 1.)计算短路电流用于验算电气和导体的开断电流,动稳定和热稳定时,应按 本工程的设计规划内容计算。一般应以最大运行方式下的三相短路电流为依据。 2).计算短路电流时,应按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行。短路 点应选择在短路电流最大地点。 3.)导体和电器的动稳定,热稳定,以及电器的开断电流。一般按三相短路电

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流验算。 5.短路电流实用计算的基本假设。 1.)系统正常运行,短路前,三项是对称的。 2).因为短路时,各元件磁路不饱和,也就是各元件的电抗与电流大小无关, 因此可用叠加原理。 3).系统中发电机的电动势的相位在短路过程中相等,频率与正常时相同。 4).变压器的励磁电流忽略不计,相当于励磁开放,可以简化变压器等值电路 5.)输电线路的分布忽略不计。

第四章 主变压器的选择
一、电气的选择原理: 1.应满足正常运行,检修。 ,短路和过电压情况下要求,并考虑远景发展。 2.应按当地环境条件校验. 3.应力求技术先进和经济合理。 4.与整个工程的建设标准协调一致。 5.同类设备应尽量减少品种 6 选用新品应具有可靠的试验数据,并经正式签订合同合格。在特殊情况下,应选 用未鉴定的新产品应经上级批准。 7 选择高压电气设备,应满足各项电气技术要求。 8 结构简单体积小,质量轻,便于安装和检修。 9 在制造厂给定的技术条件下,能长期可靠的运行,有一定的机械寿命。 二,高压电器的基本参数的选择。 1 按额定电压选择, 2 按最高电压选择 3 按额定电流选择 4 按额定开断电流选择 5 按额定短路关合电流计算 6 按断流容量选择 7 按机械负荷选择 8 按环境温度选择

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第一节 高压断路器的选择和校验
高压断路器是变电所主要电气设备之一,其选择的好坏,不但直接影响变电所的正 常运行,而且也影响在故障条件下是否能可靠地分断。 断路器的选择根据额定电压、额定电流、装置种类、构造型式、开断电流或开断容量各 技术参数,并进行动稳定和热稳定的校验。 1、断路器种类和型式的选择 高压断路器应根据断路器安装地点(选择户内式或户外式) 、环境和使用技术条件等 要求,并考虑其安装调试和运行维护,并经技术经济比较后选择其种类和型式。 2、按额定电压选择 3、按额定电流选择 4、按开断电流和关合电流选择 5、动稳定校验 6、热稳定校验

第一节 隔离开关选择
隔离开关选择的原则: 隔离开关的用途: 变电所在有电压无负荷电流的情况下, 应用隔离开关分、 合电路, 达到安全隔离的目的,因此隔离开关是高压电器中应用最多的一种电器。其主要用途为 检修和分段隔离,倒换母线,开,合空载电力线路等。 一,选用隔离开关的原则, 1. 隔离开关一般不需要专门的灭弧装置。 2. 隔离开关在分闸状态下应有足够大的断口,同时不论隔离开关高压接线端电压是 否正常,均要满足安全隔离的目的。 3. 隔离开关在合闸状态下应能承受负荷电流及短路电流。 4. 在环境方面,户外隔离开关应能承受大气污染并应考虑到温度突变,雨,雾,覆 冰等因素的影响。 5. 在机械结构上,需要考虑引线机械应力,风力,地震力和操作力的联合作用。其 中包括隔离开关高压接线端在三个方面的耐受机械力。以及支持绝缘子的机械强 度要求,此外,对垂直伸缩式隔离开关,还需提出静触头接触范围的要求。 6. 隔离开关应具有手动,电动(气动)操动机构,信号及位置指示器与联、闭锁装

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置等附属装置。 7. 隔离开关应配备接地开关,以保证线路或其他电气设备检修时的安全。 8. 开关。 应考虑配电装置空间尺寸的要求及引线位置与形式 (加空闲或电缆) 来选用合适

第二节 母线的选择
一、母线型号的选择。 矩形铝母线:220kv 以下的配电装置中,35kv 及以下的配电装置一般都是选用矩形的铝 母线,铝母线的允许载流量较铜母线小,但价格便宜,安装,检修简单,连接方便,因 此在 35kv 及以下的配电装置中,首先应选用矩形铝母线。 一, 母线截面的选择

1. 一般要求 裸导体应根据集体情况,按下列技术调节分别进行选择和校验 1. 工作电流 2. 经济电流密度 3. 电晕 4. 动稳定或机械强度 5. 热稳定

裸导体尚应按下列使用环境条件校验: 1. 环境温度 2. 日照 3. 风速 4. 海拔高度 2 按回路持续工作电流选择

I XU ? I g
I g —导体回路持续工作电流,单位为 A。
I XU — 相应于导体在某一运行温度、环境条件及安装方式下长期允许的载流量单位
A。 温度 25 o C、导体表面涂漆、无日照、海拔高度 1000 m 及以下条件。 母线的稳定校验

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一,

动稳定校验 N?

母线在发生三相短路时,母线受到的电动力为 l F=1.76 ib2 10 ? 2 ? 9.81 a 式中 i b — 短路冲击电流,单位 A;
l

—沿母线支持绝缘子之间的距离,单位 cm ; —相间距离,单位 cm 。

a

二,热稳定校验 在母线出口发生三相短路时,必须按式校验母线热稳定: I smin = k t a ? 103 C smin — 所须要得最小截面,单位 m m2 ;

IK

?3 ? — 短路电流稳态值现在近似以三相短路电流有效值 I K 计算;

t a — 短路电流遐想时间,一般为 0.2-0.3 秒;
C — 母线常数。 三、母线电晕校验 110 KV 及其以上的变电所母线均应当地气象条件下晴天不出现全面电晕为控制条 件,使导线 线安装处最高工做电压小于临界电晕电压。

第三节 电压互感器选择
电压互感器选择的一般原则: 一、 按技术条件选择 电压互感器正常工作条件时,按一次回路电压,二次电压,二次负荷,准确度等级, 机械负荷条件选择。 电压互感器承受过电压能力。按绝缘水平、泄露爬电比距条件选择。 环境条件按环境温度、污秽等级、海拔高度等条件选择, 二、形式选择 1.10kv 配电装置一般采用游侵绝缘结构;在高压开关柜中,可采用树脂浇铸绝缘结 构。当需要零序电压时,一般采用三相五柱电压互感器。 2.35—110kv 配电装置一般采用油侵绝缘结构电磁式电压互感器。 目前采用电容式电 压互感器,实现无油化运行,减少电磁谐振。 3.220kv 配电装置,当容量和准确度等级满足要求时,一般采用电容式电压互感器。 4.按在 110kv 及以上线路侧的电压互感器,当线路装有载波通信时,应尽量与耦合 电容器结合,统一选用电容式电压互感器。

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第四节 电流互感器的选择
选择的电流互感器应满足变电所中电器设备的继电保护、自动装置、测量仪表及电 能计量的要求。 一、额定电压的选择 选择电流互感器一次回路允许最高工作电压 U max 应大于或等于该回路的最高运行 电压,既

Um a x ? Ug
式中
KV 。 U m a ——电流互感器最高电压,单位 x

U g ——回路工作电压,几系统称标准电压,单位 KV 。
二、动稳定的校验 电流互感器可按式校验
iman ? ib

式中: iman —电流互感器允许通过的最大动稳定电流

ib —系统短路冲击电流
三、热稳定校验 电流互感器短路时热稳定电流应大于或等于系统短路时的短时热稳定电流。 35kv 级电流互感器分为户外型和户内型两类。 户外型电流互感器, 一般选用油侵箱 式绝缘结构的户外型独立式电流互感器,常用 LB 系列,LABN 系列。 10kv 户内配电装置和成套开关柜中,母线一般选用 LMZ 型系列的电流互感器,配电柜 一般选用 LA 型,LQJ 型,LZJ 型,LZZBJ9—12 型等电流互感器。

第五章 配置全所的继电保护
电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分,对保证电力系统的安全 经济运行,防止事故发生或扩大起重大作用。 第一节 110kv 侧进出线及母线的继电保护 依据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》分析,对变电所的 35~110kV 电压 母线,在 110kV 双母线接线情况下应装设专用的母线保护。
安装地点 保 护 分 类 保护类型 动作条件 动作结果 故障范围

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110kV 侧 母 线上

完全电流差动 保护

常用作单 母线或只 有一组母 线经常运 行的双母 线的保护

动作于跳 闸

反应各电流互感器 之间的电气设备故 障时的短路电流

接地短路保护

发生单相 接地

发出预告 信号

主保护

由于接地故障电流 很小,而且三相之 间线电压仍然保持 对称对负荷供电没 有影响,因此在一 般情况下允许带一 个接地点继续运行 1~2 小时,不必立 即跳闸 故障相中流过很大 的短路电流时,要 求继电保护装置尽 快切除故障,可以 保护线路全长 零序电流保护和相 间电流保护一样, 广泛采用三段式零 序电流保护,可以 保护线路全长并与 相邻线路保护配合

110kV 侧 进 出线上

相间短路保护

线路上发 生三相短 路或两相 短路 发 短 生 不 流 生 路 很 平 相 时 大 衡 间 产 的 电

动作于跳 闸

零序电流保护

动作于跳 闸

第二节 35kV 侧进出线及母线的继电保护
安装地点 保 护 分 类 保护类型 动作条件 常用做单 母线或只 有一组母 线经常运 行的双母 线的保护 线路上发 生三相短 路或两相 短路 动作结果 故障范围 反应各电流互感器 之间的电气设备故 障时的短路电流

35kV 侧母线 上

完全电流差动 保护

动作于跳 闸

相间短路保护 35kV 侧进出 线

动作于跳 闸

故障相中流过很大 的短路电流时,要 求继电保护装置尽 快切除故障,可以 保护线路全长 由于接地故障电流

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110KV 变电站初步设计

主保护

接地短路保护

发生单相 接地

发出预告 信号

很小,而且三相之 间线电压仍然保持 对称对负荷供电没 有影响,因此在一 般情况下允许带一 个接地点继续运行 1~2 小时,不必立 即跳闸 过负荷保护只用一 个电流继电器接于 一相电流,经延时 作用于信号

后 备 保 护

过负荷保护

线路产生 过负荷引 起电流过 大

作用于信 号

第三节 10kV 侧出线的继电保护
安装地点 保 护 分 类 保护类型 动作条件 动作结果 故障范围 故障相中流过很大 的短路电流时,要 求继电保护装置尽 快切除故障,可以 保护线路全长 由于接地故障电流 很小,而且三相之 间线电压仍然保持 对称对负荷供电没 有影响,因此在一 般情况下允许带一 个接地点继续运行 1~2 小时,不必立 即跳闸 过负荷保护只用一 个电流继电器接于 一相电流,经延时 作用于信号

相间短路保护 10kV 侧出线 主保护

线路上发 生三相短 路或两相 短路

动作于跳 闸

接地短路保护

发生单相 接地

发出预告 信号

后 备 保 护

过负荷保护

线路产生 过负荷引 起电流过 大

作用于信 号

第四节 变压器的继电保护
安装地点 保护分类 保护类型 瓦斯保护 主保护 变压器 纵联差动保护 过电流保护 重合闸方式 三相一次重合闸 三相一次重合闸 三相一次重合闸

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后备保护

零序保护 过负荷保护

三相一次重合闸 三相一次重合闸

第六章 变电站自动化
1. 变电站自动化的基本概念 变电站自动化是指应用自动控制技术、 信息处理和传输技术, 通过计算机硬软件系 统或自动装置代替人工进行各种运行作业,提高变电站运行、管理水平的一种自动化系 统。变电站自动化的范畴包括综合自动化技术;变电站综合自动化是指将二次设备(包 括控制、保护、测量、信号、自动装置和远动装置)利用微机技术经过功能的重新组合 和优化设计,对变电站执行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统, 它是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的综合应用 2. 变电站综合自动化系统应能实现的功能: 2.1 微机保护:是对站内所有的电气设备进行保护,包括线路保护,变压器保护, 母线保护, 电容器保护及备自投, 低频减载等安全自动装置。 各类保护应具有下列功能: 1) .故障记录 2) .存储多套定值 3) .显示和当地修改定值 4) .与监控系统通信。根据监控系统命令发送故障信息,动作序列。当前整定值及 自诊断信号。接收监控系统选择或修改定值,校对时钟等命令。通信应采用标准规约。 2.2 数据采集 包括状态数据,模拟数据和脉冲数据 1) .状态量采集 状态量包括:断路器状态,隔离开关状态,变压器分接头信号及变电站一次设备告警信 号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统,也可通过通信方式获得。 保护动作信号则采用串行口(RS-232 或 RS485)或计算机局域网通过通信方式获得。 2) .模拟量采集 常规变电站采集的典型模拟量包括:各段母线电压,线路电压,电流和功率值。馈线电 流,电压和功率值,频率,相位等。此外还有变压器油温,变电站室温等非电量的采集。 模拟量采集精度应能满足 SCADA 系统的需要。 3) .脉冲量 脉冲量主要是脉冲电度表的输出脉冲,也采用光电隔离方式与系统连接,内部用计数器 统计脉冲个数,实现电能测量。
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110KV 变电站初步设计

2.3 事件记录和故障录波测距 事件记录应包含保护动作序列记录,开关跳合记录。其 SOE 分辨率一般在 1~10ms 之间,以满足不同电压等级对 SOE 的要求。 变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现, 一是集中式配置专用故障录波器, 并 能与监控系统通信。另一种是分散型,即由微机保护装置兼作记录及测距计算,再将数 字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。 2.4 控制和操作闭锁 操作人员可通过 CRT 屏幕对断路器,隔离开关,变压器分接头,电容器组投切进行 远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备,在系统设计时应保留人工直接跳合 闸手段。操作闭锁应具有以下内容: 1) .电脑五防及闭锁系统 2) .根据实时状态信息,自动实现断路器,刀闸的操作闭锁功能。 3) .操作出口应具有同时操作闭锁功能 4) .操作出口应具有跳合闭锁功能 2.5 同期检测和同期合闸 该功能可以分为手动和自动两种方式实现。 可选择独立的同期设备实现, 也可以由微 机保护软件模块实现。 2.6 电压和无功的就地控制 无功和电压控制一般采用调整变压器分接头,投切电容器组,电抗器组,同步调相机 等方式实现。操作方式可手动可自动,人工操作可就地控制或远方控制。 无功控制可由专门的无功控制设备实现,也可由监控系统根据保护装置测量的电压, 无功和变压器抽头信号通过专用软件实现。 2.7 数据处理和记录 历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容, 它包括上一级调度中心, 变电管理和 保护专业要求的数据,主要有: 1) .断路器动作次数 2) .断路器切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数 3) .输电线路的有功、无功,变压器的有功、无功、母线电压定时记录 的最大,最小值及其时间。 4) .独立负荷有功、无功,每天的峰谷值及其时间 5) .控制操作及修改整定值的记录

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110KV 变电站初步设计

根据需要,该功能可在变电站当地全部实现,也可在远动操作中心或调度中心实现。 2.8 人机联系 2.9 系统的自诊断功能:系统内各插件应具有自诊断功能,自诊断信息也象被采集 的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心或操作控制中心。 2.10与远方控制中心的通信 本功能在常规远动‘四遥’的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信 号的远传等,其信息量远大于传统的远动系统。 根据现场的要求,系统应具有通信通道的备用及切换功能,保证通信的可靠性,同时 应具备同多个调度中心不同方式的通信接口,且各通信口及 MODEM 应相互独立。保 护和故障录波信息可采用独立的通信与调度中心连接,通信规约应适应调度中心的要 求,符合国标及 IEC 标准。 变电站综合自动化系统应具有同调度中心对时, 统一时钟的功能, 还应具有当地运行 维护功能。 2.11 防火、保安系统。从设计原则而言,无人值班变电站应具有防火、保安措施。 3.变电站综合自动化的结构及模式 3.1 目前从国内、外变电站综合自动化的开展情况而言,大致存在以下几种结构: 1).分布式系统结构 按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备,将它们连接到能共 享资源的网络上实现分布式处理。这里所谈的‘分布’是按变电站资源物理上的分布 (未强调地理分布),强调的是从计算机的角度来研究分布问题的。这是一种较为理想 的结构, 要做到完全分布式结构, 在可扩展性、 通用性及开放性方面都具有较强的优势, 然而在实际的工程应用及技术实现上就会遇到许多目前难以解决的问题,如在分散安装 布置时,恶劣运行环境、抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上存在的问题等等, 就目前技术而言还不够十分成熟,一味地追求完全分布式结构,忽略工程实用性是不必 要的。 2).集中式系统结构 系统的硬件装置、 数据处理均集中配置, 采用由前置机和后台机构成的集控式结构, 由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能,后台机完成数据处理、显示、 打印及远方通讯等功能。目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式,这种结构有以下不 足:前置管理机任务繁重、引线多,是一个信息‘瓶颈’,降低了整个系统的可靠性,

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110KV 变电站初步设计

即在前置机故障情况下,将失去当地及远方的所有信息及功能,另外仍不能从工程设计 角度上节约开支,仍需铺设电缆,并且扩展一些自动化需求的功能较难。在此值得一提 的是这种结构形成的原由,变电站二次产品早期开发过程是按保护、测量、控制和通信 部分分类、独立开发,没有从整个系统设计的指导思想下进行,随着技术的进步及电力 系统自动化的要求,在进行变电站自动化工程的设计时,大多采用的是按功能‘拼凑’ 的方式开展,从而导致系统的性能指标下降以及出现许多无法解决的工程问题。 3).分层分布式结构 按变电站的控制层次和对象设置全站控制级(站级)和就地单元控制级(段级)的 二层式分布控制系统结构。 站级系统大致包括站控系统(SCS)、站监视系统(SMS)、站工程师工作台(EWS) 及同调度中心的通信系统(RTU): 站控系统(SCS):应具有快速的信息响应能力及相应的信息处理分析功能,完成 站内的运行管理及控制(包括就地及远方控制管理两种方式),例如事件记录、开关控 制及 SCADA 的数据收集功能。 站监视系统(SMS):应对站内所有运行设备进行监测,为站控系统提供运行状态 及异常信息,即提供全面的运行信息功能,如扰动记录、站内设备运行状态、二次设备 投入/退出状态及设备的额定参数等。 站工程师工作台(EWS):可对站内设备进行状态检查、参数整定、调试检验等功 能,也可以用便携机进行就地及远端的维护工作。 上面是按大致功能基本分块,硬件可根据功能及信息特征在一台站控计算机中实现 4) 可扩展性和开放性较高,利于工程的设计及应用。 5) 站内二次设备所需的电缆大大减少,节约投资也简化了调试维护。 3.2 基本的模式 1).基本配置: (1) 集中处理集中布置:将集控式屏、台都集中布置在主控制室。 (2) 分布处理集中布置:将分布式单功能设备集中组屏仍集中布置在主控制室。 (3) 分布处理分散布置:将分布式单功能设备布置在一次设备的机柜内或采用就 地就近组屏分散设置的方式。 2).基本模式:

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110KV 变电站初步设计

(1) 对于新建变电站的自动化系统的设计方式: A.对于容量较大、设备进出线回路数较多、供电地位重要且投资较好的变电站,可 采用分层分布式结构的双机备用系统,辅之相应的保护、测量、控制及监测功能,并完 成远方RTU的功能。 B.对于容量较小,主接线简单,供电连续性要求不高的变电站,宜取消常规的配置 及前置机,采用单机系统,完成保护、测量、控制等功能的管理,并完成远方RTU的 功能。 (2) 对于扩建及改造现有的按常规二次系统设计的自动化系统设计方式: A.改造项目可采用新配置的具有三遥(或四遥)功能的 RTU,完成对老站保护动作 信息、设备运行状态及部分功能的测量,并对原有的常规二次设备进行必要的改造或R TU增加数据采集板,使之能与增设的自动化设备构成整体。 B.当扩建项目的范围较大,用户对自动化的要求较高,投资又允许时,通常采用自 动化系统方案。

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110KV 变电站初步设计

第二部分 110KV 变电所初步设计计算书 第七章 短路电流计算
1.选择基准值 基准电压 基准容量 基准电流 2.系统电抗标么值计算 短路系统标么值等效电路图 查表 1-12 得 SFSZ9-63000KVA/110KV 型变压器绕组电抗标么值为 XT1*=0.1706 3. f1 、 f 2 点短路计算 XT2*=-0.0039 XT3*=0.1071 Uj1=115KV Uj2=37KV Uj3=10.5KV

Sj=100MVA I j1=0.5KA I j2=1.56KA I j3=5.5KA

三相短路电流标么值:
* I* f1 ? I f 2 ?

1 1 ? ? 49.505 ? 2.708 ? 52.21 0.0202 0.3693

三相短路电流有名值:
* I "f 1 ? I "f 2 ? I * f 1 × SB ? I f 1 ? SB

3 ? U B ? 52.21? 100 3 ? 115 ? 26.21

短路冲击电流:

ich1 ? ich2 ? 2K m I "f 1 ? 2.55? 26.21 ? 66.84KA
全电流:
I ch ? I "f ? 1 ? 2 ? (1 ? 8 ?1 ) ? 26.21 ? 1 ? 2 ? 0.8 2 ? 39.58 KA

三相短路容量:

S K1 ? S K 2 ? 3U N I "f 1 ? 3 ? 110? 26.21 ? 4993 .53MVA
4.

f 3 点短路电流的计算

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110KV 变电站初步设计

f 3 点短路电流标么值:
I* f3 ? 1 1 ? ? 13.16 0.1035 0.286 短路电流有名值为:

I (f3) ? I * f ( 3 ) ? I B ? 13.16×
短路冲击电流:

100 3 ? 37

=20.53KA

ich3 ? 3K ch I "f 3 ? 2.55×20.53=52.36KA
全电流:
I ch3 ? I "f 3 ? 1 ? 2 ( K ch ? 1) 2 ? 30.9996 KA

三相短路容量:

S K 3 ? 3U N I (f3) ? 3 ? 35? 20.53 ? 1244 .53MVA
5. f 4 点短路电流计算(10KV 分裂)

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110KV 变电站初步设计

f 4 点短路电流标么值:
I* f4 ? 1 1 ? ? 6.095 0.210 0.75

f 4 点短路电流有名值为:

I "f 4 ? I * f 4 ? I B ? 33.52KA
短路冲击电流:

ich4 ? 3K m I "f 4 ? 2.55? 33.52 ? 85.46KA
全电流:
I ch4 ? I "f 4 ? 1 ? 2( K ch ? 1) 2 ? 50.61KA

三相短路容量:

S K 4 ? 3U N I "f 4 ? 3 ? 10? 33.52 ? 580.57KVA
6、 f 4 (并列)

f 4 点短路电流标么值:
I "f 4* ? 1 1 ? ? 10.68 0.1113 0.5899

f 4 点短路电流有名值为:
I "f 4 ? I * f 4 ? SB 3 U B ? 10.68? 100 3 ? 10.5 ? 58.72KA

短路冲击电流:
' " ich .75KA 4 ? I f 4' ? 3K ch ? 2.55? 58.72 ? 149

合电流:
I ch5 ? I "f 4' ? 1 ? 2( K ch ? 1) 2 ? 88.67 KA

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110KV 变电站初步设计

三相短路容量:

S f 4' ? 3U B I "f 4' ? 3 ? 10 ? 58.72 ? 1017.03KVA

三侧三相短路电流计算值:
短路点 K1 K2 K3 K4
' K4

短路电流周期分量 有效值 Ik 26.22 20.53 33.54 58.72 稳定值 I ? 52.22 13.17 6.095 10.69 表1

短路冲击电流 有效值 Ib 39.59 30.98 50.61 88.59 最大值 ib 63.118 52.36 85.44 149.76

短路容量 4993.53MVA 1244.53MVA 580.57MVA 1017.03MVA

110 侧 35 侧 10 侧 10 侧

第八章 计算各回路最大持续工作电流
1、三相变压器回路 110KV:

I g max ? 1.05S N / 3U N =1.05×6300/( 3 ×110)=347.2A
35KV:

I g max ? 1.05S N / 3U N =1.05×6300/( 3 ×35)=1091.2A
10KV:

I g max ? 1.05S N / 3U N =1.05×6300 /( 3 ×10)=1909.59A
2、母联断路器回路 110KV:

I g max ? 1.05S N / 3U N =1.05×6300/( 3 ×110)=347.2A
35KV:

I g max ? 1.05S N / 3U N =1.05×6300 /( 3 ×35)=1091.2A
3、分段断路器回路 10KV:

I g max ? 1.05S N / 3U N =1.05×6300 /( 3 ×10)=1909.59A
4、馈线回路 110KV:

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110KV 变电站初步设计

I g max ? 1.05S N / 3U N =1.05×6300 /( 3 ×110)=104.98A
35KV:

I g max = Pmax / 3 U N cos ? =15 ? 103/( 3 ×35×0.85)=291.11A
10KV:架空线

I g max = Pmax / 3 U N cos ? =3000/( 3 ×10×0.85)=203.78A
电缆线

I g max = Pmax / 3 U N cos ? =2000/( 3 ×10×0.8)=144.34A
最大持续工作电流一览表
回路名称 三相变压器 电压等级 110KV 35KV 10KV 母联断路器 110KV 35KV 计算公式 最大持续工作电 流 347.2 1091.2 1909.59

I g max =1.05 I N =

SN / 3 U N

I g max 一般为该母
线上一组变压器 的持续工作电流

347.2

1091.2 分段断路器 馈线回路 10KV 110KV 35KV 10KV 1909.59

I g max

=

Pmax

104.98 291.11 203.78/144.34

/ 3 U N cos ?

第九章 高压断路器选择和校验
按正常运行条件进行选择,并按各短路点三项短路条件进行校验。 一、主变侧断路器校验。 1、110kv(LW6—1110/3150—40) 额定短路关合电流 100KA, 峰值耐受电流 100KA,
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110KV 变电站初步设计

短时耐受电流 40KA/4S
电压: 电流: 开合电流 动稳定: 热稳定:

U g =110KV I g max =347.34A

≤ < < <

U N =110KV I N =3150A

I dt " =26.21KA ich =66.84KA

I kd =40KA
im a =100KA x

Q K = t k ( I "2 +10 I 2 t k /2+ I 2 t k )/12
=26.212× 4=2747.86 KA ? S
2

Qt = I t2 ×t=402×4=6400 KA2 ? S

QK

<

Qt

∴所选 LW6—110/3150—40 型断路器合格 2、35kv(LW8—35/1600—25) 额定短路关合电流 63KA, 峰值耐受电流 63KA, 短时耐受电流 25KA/4S
电压 电流 开合电流 动稳定: 热稳定:

U g =35KV I g max =1091.2A

≤ < < <

U N =35KV I N =1600A

I dt " =20.53KA ich =52.36KA

I kd =25KA
imax =63KA

Q K = t k ( I "2 +10 I 2 t k /2+ I 2 t k )/12
2 =20.532× 4=1685.92 KA ? S

Qt = I t2 ×t =252×4=2500 KA2 ? S

QK

<

Qt

∴所选 LW8—35/1600—25 型断路器合格 3、10kv ZS1 型开关柜

U N =12KV
125KA,

I N =4000A

额定短路关合电流

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110KV 变电站初步设计

峰值耐受电流 短时耐受电流 开断电流 两台主变分裂运行: 电压 电流 开合电流 动稳定: 热稳定:

125KA, 50KA/4S 50KA

U g =10KV I g max =1909.59A

< < < <

U N =12KV I N =4000A

I dt " =33.52KA ich =85.46KA

I kd =50KA
imax =125KA

Q K = t k ( I "2 +10 I 2 t k /2+ I 2 t k )/12
=33.522× 4=4494.36 KA2 ? S

Qt = I t2 ×t =502×4=10000 KA2 ? S

QK
两台主变并列运行 电压 电流 开合电流 动稳定: 热稳定:

<

Qt

U g =10KV I g max =1909.59A

< < > >

U N =12KV I N =4000A

I dt " =58.75KA ich =149.75KA

I kd =50KA
imax =125KA

Q K = t k ( I "2 +10 I 2 t k /2+ I 2 t k )/12
=58.752× 4=13806.25 KA2 ? S

Qt = I t2 ×t =502×4=10000 KA2 ? S

QK
∴所选开关柜不合格

>

Qt

Igm a = max / 3 U N cos ? 经校验,其所选开关柜的开合电流、动稳定、热稳定均不满足动 x P
稳定要求,所以要在两台主变压器 10KV 母线侧各加装一台电抗器,用来限制短路电流,将冲击电 流限制在 120KA 以内。

I ch 4 =120KA
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110KV 变电站初步设计



I f 4 " = I ch 4 / 2 Kch=120/ 2 ×1.8=47.15KA
I f 4 *= I f 4 × 3 U B / S B =47.15× 3 ×10.5/100=8.57

4、计算所加电抗器的电抗值:

I f 4 *=1/(0.094+×R*)=8.57×R*=0.0235
选用×KK—10—2500—4 型电抗器 动稳定电流 128KA 短时耐受电流 50KA/4S 应满足

X K *≥( I b /I”— X ? ’) I N U b U N ×100
X K % —电抗器百分电抗值
、基准电压(KV) U b —基准电流(A)

I N 、 U N —电抗器的额定电流、额定电压.

X ? ’—以 I b U b 为基准的计算值所选用电抗器前的网络电抗标么值 X K % =( I b /I”— X ? ’) I N U b U N ×100
=(5.5/47.15-0.094)×2500×10.5/(5500×10) ×100 =0.103

X K % =4

>

0.103
2

X L *= U R % /100 × U N / 3 I N × S N / U B
= 4/100×10/ 3 ×2500×100/ 10.5
2

=0.0838 1)计算加入电抗器后的短路电流值: a.f3 点短路计算(10KV 主变分裂运行) 短路电流标么值: I f 3 *= 1/0.2477 = 短路电流有名值: I f 3 = I f 3 * I B = I f 3 * S B /( 3 × U N ) = 4.04×100/( 3 ×10.5) =22.22KA 冲击电流: 4.04

ich = √2Kch I f 3 = 2 ×1.8×22.22=56.66KA
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110KV 变电站初步设计

全电流:

I ch3 = I f 3 " 1 ? 2( Kch ? 1) 2 =22.22 1 ? 2 ? 0.82 =33.52KA

b f 4 点短路电流计算(10KV 两台主变并列运行) : 短路电流标么值: I f 4 *=1/0.135=7.41KA 短路电流有名值: I f 4 = I f 4 * I B = I f 4 * S B /( 3 × U B ) = 7.41×100/( 3 ×10.5) = 40.73KA 冲击电流: 全电流:

ich4 =

2 Kch I f 4 =√2×1.8×40.73=103.86KA

I ch 4 = If4" 1 ? 2( Kch ? 1) 2 =40.73× 1 ? 2 ? 0.82
=61.5KA

短路电流一览表 短路类 型 编号 标么 值 52.21 基准值

I B = S B / 3 U B (KA)
有名值

冲击电流 (KA) 66.84

全电流 (KA) 39.58

d1

0.5

26.21

d2 未 装 DK 加 d3 装 D 未 装 DK 加 d4 装 DK ④电抗器的校验 对 称 三 相 短 路 电压 电流

13.16

1.56

20.53

52.36

31

6.095

5.50

33.52

85.46

50.61

4.04

5.50

22.22

56.66

33.52

10.68

5.50

58.75

149.75

7.41

5.50

40.73

03.86

61.5

U g =10KV I g max =1909.59

≤ <

U N =10KV I N =2500A

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110KV 变电站初步设计

动稳定:

分裂 并列:

ich =56.66KA ich =103.86KA

< <

idw =128KA idw =128KA

热稳定

分裂

Q K = t k ( I "2 +10 I 2 t k /2+ I 2 t k )/12
=22.222× 4=1974.91 KA2 ? S

并列

Q K = t k ( I "2 +10 I 2 t k /2+ I 2 t k )/12
=40.732× 4=6635.73 KA2 ? S

Qt = I t2 ×t=502×4=10000 KA2 ? S

QK

>

Qt

电压损失: X U % = X K % × I g × sin ? / I N =4%× 1909.59× 0.6/2500=0.018 0.05 U N =0.05× 10=0.5 XKK—10—2500—4 型的电抗器 X K % <0.05 U N ∴所选 XKK—10—2500—4 型电抗器合格 电抗器选择结果表: 计算数据 XKK—10—2500—4

U g (KV) I g max (A)

10; 1909.59;

U N (KV) I N (A) I max (KA)

10 2500 128

ich (KA)分裂 56.66
并列 103.86

Q K ( KA2 ? S ) 分裂 1974.91
并列 6635.73

Qt ( KA2 ? S )

10000

XU %
XK %

0.018 0.103

0.05 U N =0.5

XK %

4

二、负荷侧断路器校验: 1、35KV(LW8—35/1250—25) 额定短路关合电流 63KA,

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110KV 变电站初步设计

短时耐受电流 电压 电流 开合电流 动稳定: 热稳定:

25KA/4S

U g =35KV I g max =291.11A

≤ < < <

U N =35KV I N =1250A

I dt " =20.53KA ich =52.36KA

I kd =25KA
imax =63KA

Q K = t k ( I "2 +10 I 2 t k /2+ I 2 t k )/12
=20.532× 4=1685.92 KA2 ? S

Qt = I t2 ×t=252×4=2500 KA2 ? S
∴ QK <

Qt

∴所选 LW8—35/1250—25 型断路器合格 2、10KV(ZS1 型开关柜)

U N =12KV

I N =630A

I kd =50KA

额定短路关合电流 短时耐受电流 电压 电流 开断电流:分裂 并列 动稳定: 分裂 并列 热稳定

125KA, 50KA/4S

U g =10KV I g max =203.78A

< < < < < <

U N =12KV I N =630A

I dt " =22.22KA I dt " =40.73KA ich =50.66KA ich =103.86KA

I kd =50KA I kd =50KA
imax =125KA imax =125KA

Q K = t k ( I "2 +10 I 2 t k /2+ I 2 t k )/12
2 =22.222× 4=1974.91 KA ? S

并列

Q K = t k ( I "2 +10 I 2 t k /2+ I 2 t k )/12
2 =40.732× 4=6635.73 KA ? S

Qt = I t2 ×t =502×4=10000 KA2 ? S
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110KV 变电站初步设计

∴ QK

<

Qt

∴所选 ZS1 型开关柜型合格 110KV、35KV、1KV 电压等级断路器选择结果如下: 电压等级 计算结果 选择结果 110KV 主变侧 LW6—110/3150—40

U g (KV) I g max (A)

110 347.2 26.21 66.84

U N (KV) 110 IN
(KA) 3150

I dt (KA)

I kd (KA) 40
I max (KA)
100

ich (KA)

Q K ( KA2 ? S ) 2747.86
35KV 主变侧 LW8—35/1600—25

Qt ( KA2 ? S ) 6400

U g (KV) I g max (A)

35 1091.2 20.53 52.36

U N (KV) I N (KA)

35 1600 25 63

I dt (KA)

I kd (KA)
imax (KA)

ich (KA)

Q K ( KA2 ? S )1 685.92
35KV 负荷侧 LW8—35/1250—25

Qt ( KA2 ? S ) 2500

U g (KV) I g max (A)

35 291.11 20.53 52.36

U N (KV) I N (KA)

35 1250 25 63

I dt (KA)

I kd (KA)
imax (KA)

ich (KA)

Q K ( KA2 ? S )1685.92

Qt ( KA2 ? S ) 2500

10KV 侧加电抗器与未加电抗器主变侧与负荷侧的对比 10KV 主变侧 ZS1 型开关柜

U g (KV) 10 I g max (A)
1909.59

U N (KV) I N (KA)
- 33 -

12 4000

110KV 变电站初步设计

未加装电抗器

I dt (KA)

分裂 并列

33.52 58.75 85.46 149.75 4494.36 13806.25 22.22 40.73 50.66 103.86 1974.91 6635.73

I kd (KA)

50

ich (KA)

分裂 并列

imax (KA) 125

Q K ( KA2 ? S )分裂
并列 加装电抗器

Qt ( KA2 ? S ) 10000

I dt (KA)

分裂 并列

I kd (KA)

50

ich (KA)

分裂 并列

imax (KA) 125

Q K (KA2×S)
10KV 负荷侧 ZS1 型开关柜

分裂 并列

Qt (KA2×S) 10000

U g (KV) I g max (A)

10 203.78 分裂 并列 22.22 40.73 50.66

U N (KV) I N (KA)

12 630 50

I dt (KA)

I kd (KA)

ich (KA)

分裂

imax (KA)

125

并列 103.86

Q K ( KA2 ? S ) 分裂

1974.91

Qt ( KA2 ? S ) 10000

并列 6635.73

第十章 隔离开关的选择和校验
一、主变侧隔离开关校验 1、110KV(GW4—110(D)/2000A) 动稳定电流 100KA, 热稳定电流 40KA/4S 电压 电流 动稳定:

U g =110KV I g max =347.2A

≤ < <

U N =110KV I N =2000A imax =100KA

ich =66.84KA

- 34 -

110KV 变电站初步设计

热稳定:

2 QK = I ? ×t=26.212×4 =2747.86 KA2 ? S

Qt = I t2 ? t =402×4=6400 KA2 ? S
∴ QK <

Qt

∴所选隔离开关 GW4—110(D)/2000 合格 2、35KV (GW4—35(D)/2000A) 动稳定电流 80KA, 热稳定电流 31.5KA/4S 电压 电流

U g =35KV
=1091.2A Igm a x

≤ < <

U N =35KV I N =2000A imax =80KA

动稳定: ich =52.36KA
2

热稳定: Q K = I ? ×t =20.532×4 =1685.92 KA2 ? S

Qt = I t2 ? t =31.52×4=3969 KA2 ? S
∴ QK <

Qt

∴所选隔离开关 GW4—35(D)/2000 合格 二、负荷侧隔离开关校验 1、35KV (GW4—35(D)—35/2000A) 动稳定电流 80KA, 热稳定电流 31.5KA/4S 电压 电流 动稳定:

U g =35KV I g max =1091.2A

≤ < <

U N =35KV I N =2000A imax =80KA Qt = I t2 ? t =31.52×4=3969 KA2 ? S

ich =52.36KA

2 热稳定:Q K = I ? ×t=20.532×4=1685.92 KA2 ? S

QK

< Qt

∴所选隔离开关 GW4—35(D)/2000 合格 隔离开关选择结果 电压等级 110KV: GW4—110(D)/2000

U g (KV)

110

U N (KV) 126 I N (KA)
- 35 -

I g m a x (A) 413.34

315

110KV 变电站初步设计

ich (KA)

66.89

imax (KA) 100 Qt ( KA2 ? S ) 6400

Q K ( KA2 ? S ) 2762.55
35KV: GW4—35(D)—35/2000

U g (KV) I g m a x (A) 主变侧 1299.08
负荷侧 291.1

35 U N (KV)

40.5

I N (KA) 主变侧 2000
负荷侧 2000

ich (KA)

60.5

imax (KA) 80 Qt ( KA2 ? S )
2500

Q K ( KA2 ? S )2260.05

第十一章 母线的选择和校验
110KV 母线 一,主母线选择: (汇流母线只能按最大持续工作电流选择导线截面,软导线不做动稳 定校验) 按最大持续工作电流选择导线截面 S,即 I g max ≤ K I Y

I g max = 413.34A
温度修正系数 K=

Qal ? ? 70 ? 35 = =0.88 Qal ? ? 0 70 ? 25

? al —导体长期发热允许最高温度;


?0 —导体的额定环境温度;
? —导体的实际温度。
I Y —在额定环境温度时导体的允许电流

I Y ≥ I g max /K=413.34/0.88 = 469.70
据此选择导体的型号为:LGJQ—600,其长期允许载流量为 1050A; K I Y =0.88× 1050=924A 热稳定校验 S min ≤ S > =413.34A Igm a x

Q K = t k ( I "2 +10 I 2 t k /2+ I 2 t k )/12
2 =26.282× 4=2762.55 KA ? S

- 36 -

110KV 变电站初步设计

正常运行时导体温度

? = ?0 + ? al — ?0 ) I g max 2 / I Y 2 =25+(70-25) 4134 .342 / 9242 =34℃
查表得热稳定系数

C =99

导体最小截面 S min = QK ? K S /C= 2762 .55?1 /99 =531 m m <S-(标 )= 600 m m2 ∴热稳定校验合格 旁母选择与主母线相同 二:主变引线 按经济电流密度选择 查表得经济电流密度 J =1.15A/ m m
2

2

导体截面 S = I g max / J =413.34/1.15 = 359.43 m m2 据此选择导体的型号为:LGJQ—600 软母线,其长期允许载流量为 1050A K I Y =0.88× 1050=924A> I g max =413.34A 热稳定校验同主母线热稳定校验 ∴热稳定校验合格 35KV 母线 一:主母线选择: (汇流母线只能按最大持续工作电流选择导线截面,软导线不做动稳定校验) 按最大持续工作电流选择导线截面 S,即 I g max ≤K I Y

I g max =1299.08A
温度修正系数 K==

Qal ? ? 70 ? 35 = =0.88 Qal ? ? 0 70 ? 25

? al —导体长期发热允许最高温度

?0 —导体的额定环境温度;
? —导体的实际温度;
I Y —在额定环境温度时导体的允许电流。

I Y ≥ I g max /K=1299.08/0.88=1476.23A
据此选择导体的型号为:单条 100×8 矩形铝导体,平放允许电流为 1547A,Ks=1.05

I Y ( 250 C )= K I Y =0.88×1547=1361.36A > I g max =1299.08A
1:热稳定校验—

S min ≤S 标

- 37 -

110KV 变电站初步设计

Q K = t k ( I "2 +10 I 2 t k /2+ I 2 t k )/12
=23.772× 4=2260.05KA2× S 正常运行时导体温度

? = ?0 +( ? al - ?0 ) I g max 2 / I Y 2 =25+(70-25) 1299.082 / 1361.362 =66℃
查表得热稳定系数 导体最小截面

C =89

S min = QK ? K S /C= 2260 .05?1.05 /89
=547.35 m m2 <S_(标 )= 800 m m2

∴热稳定校验合格 2:动稳定校验——

? max ≤ ? Y

? Y —母线材料允许应力 ; (铝: ? Y =70×106Pa)
? max —作用在母线上的最大计算应力。
已知:绝缘子跨距为 1.2m,相见距离为 a=0.75m a. 单条矩形母线,导体自振频率 f1 单位长度的质量: m = bh ? ? w =0.1×0.008×2700=2.16kg/m 导体的断面二次矩: I = bh /12=0.008×0.13/12=6.66× 10 导体的一阶固有频率为: f1 = N f / I ?
2

3

?7

m4

EI m
7 ? 1010 ? 6.66 ? 10?7 2.16
135Hz

=3.56/ 1.2

2

=363.2Hz > ∴ ? =1

? —动应力系数

导体截面系数:查表得

w = bh 2 / ? =0.617×0.008×0.12=13.36×10?6 m 3
最大应力

? max ? max = 1.73 ich 2 ?I 2 × 10?8 /aw
=1.73× 60.53 ×
2

1 ? 1.2 ? 10?8 0.75 ? 13.36 ? 10?6

- 38 -

110KV 变电站初步设计

=9.1 ? 10 P a
6

? max ≤ ? Y
∴所选 35KV 主母线校验合格

二:主变引线 按经济电流密度选择 查表得经济电流密度 J =0.85A/ 导体截面 S = I g max / J =1299.08/0.85 = 1528.33 m m2 据此选择型号为:单条 100×8 矩形铝导体,平放允许电流为 1547A

I Y ( 250 C )= K I Y =0.88×1547=1361.36A > I g max =1091.22A
热稳定校验、动稳定校验同主母线热稳定、动稳定校验 ∴校验合格

10KV 母线 主母线选择:按最大持续工作电流选择导线截面 S,即 I g max ≤K I Y

I g max =1909.59A
温度修正系数 K=

Qal ? ? 70 ? 35 = =0.88 Qal ? ? 0 70 ? 25

? al —:导体长期发热允许最高温度

?0 —导体的额定环境温度
? —导体的实际温度
I Y —在额定环境温度时导体的允许电流
I Y ≥ I g max /K==2273.38/0.88=2583.39A
据此选择导体的型号为:单条 100×10 矩形铝导体,平放允许电流为 2613A,Ks=1.42

I Y ( 250 C )= K I Y =0.88×2613=2299.44A > I g max =1909.59A
1:热稳定校验 Smin≤S 标

Q K = t k ( I "2 +10 I 2 t k /2+ I 2 t k )/12
2 =35.872× 4=5146.63 KA ? S

正常运行时导体温度

- 39 -

110KV 变电站初步设计

? = ?0 +( ? al - ?0 ) I g max 2 / I Y 2 =25+(70-25)
查表得热稳定系数 C=87

1909 .592 =56.03℃ 2299 .442

导体最小截面 S min = QK ? K S / C = 5146 .63?1.42 /87 =982.62 m m2 <S_(标 )=100×10×2=2000 m m2 ∴热稳定校验合格 2:动稳定校验: ? max ≤ ? Y

? Y —母线材料允许应力 (铝 ? Y =70×106Pa)
? max —作用在母线上的最大计算应力
已知:绝缘子跨距为 1.2m,相见距离为 a=0.75m a.单条矩形母线,导体自振频率 f1 单位长度的质量: m = bh ? ? w =0.1×0.008×2700=2.16kg/m 导体的断面二次矩: I = bh 3 /12 =0.008×0.13/12=6.66× 10 导体的一阶固有频率为: f1 = N f / I ?
2

?7

m3

EI m

=3.56/ 1.2 ∴ ? =1 导体截面系数:查表得

2

7 ? 1010 ? 6.66 ? 10?7 =363.2Hz>135Hz ? 2.16

? —动应力系数

w = bh 2 / ? =0.617×0.008×0.12=13.36×10?6 m 3
最大应力

? max ? max = 1.73 ich 2 ? I 2 × 10?8 /aw
=1.73× 60.53 ×
2

1 ? 1.2 ? 10?8 0.75 ? 13.36 ? 10?6

=9.1×10 Pa
- 40 -

6

110KV 变电站初步设计

? max ≤

?Y

∴所选 35KV 主母线校验合格 主变引线 1、按最大持续工作电流选择导线截面 S,即 I g max ≤K I Y

I g max =2273.38A
温度修正系数 K=

Qal ? ? 70 ? 35 = =0.88 Qal ? ? 0 70 ? 25

? al —导体长期发热允许最高温度;

?0 —导体的额定环境温度;
? —导体的实际温度。
I Y —在额定环境温度时导体的允许电流

I Y ≥ I g max /K =2273.38/0.88=2583.39A
据此选择导体的型号为:双条 100×10 矩形铝导体,平放允许电流为 2613A,Ks=1.42

I Y ( 250 C )= K I Y =0.88×2613=2299.44A > I g max =2273.38A
热稳定校验、动稳定校验同主母线热稳定、动稳定校验,校验合格 2、按经济电流密度选择 查表得经济电流密度 J =0.85A/ m m
2

导体截面 S= I g max / J =2273.38/0.85 = 2674.56 m m

2

据此选择型号为:双条 100×10 矩形铝导体,平放允许电流为 2613A

I Y ( 250 C )= K I Y =0.88×2613=2299.44A > I g max =2273.38A
热稳定校验、动稳定校验同主母线热稳定、动稳定校验 ∴校验合格

第十二章 电压互感器的选择
.电压互感器的选择

(1)110KV 电压互感器,查表选用 JCC-110 型串级式瓷绝缘电压互感器,系统最 高 电 压 126KV , 额 定 绝 缘 水 平 200/480KV , 额 定 一 次 , 二 次 电 压 比 110/ 3 /0.1/ 3 /0.1/ 3 /0.1KV,额定负载 150VA/150VA/100VA,准确级 0.2/0.5/6P。 ( 2 ) 35KV 电压互感器,查表选择 JDJJ-35 型单相油侵式电压互感器,额定变比 35000/100,最大容量为:1200MVA。 (3)10KV 电压互感器,查表选择 JSJW-10 型三相五柱式电压互感器,额定变
- 41 -

110KV 变电站初步设计

比 10000/100,最大容量为 400MVA。

第十三章 电流互感器的选择
为防止电流互感器套管闪络造成母线故障,电流互感器通常布置在断路器的出线或变 压器侧,即尽可能不在紧靠母线侧装设电流互感器。所以,母线上不考虑装设电流互 感器。 一,110KV 1、主变侧、母联兼旁路电流互感器

U g =110KV

I g max =347.2A

所以初选 LCWB6—110B 型电流互感器 额定电流比 (27 ? 75)~(2 ? 600)/5 热稳定电流 I t =2 ? 11~2 ? 30KA/1s 动稳定电流 imax =2 ? 2.8~2 ? 76KA
1.1. 一次回路电压 1.2. 一次回路电流 1.3. 二次回路电流 1.4. 准确度等级 1.5. 热稳定校验

U N =110KV ? U g =110 KV I N 1 =1200A> I g max =347.2A I N 2 =5A
0.2 级

Qt = I t2 ×t= (2 ? 30) 2 ? 1 =3600 KA 2 ? S
2 QK = I ? ?t = 26.282 ? 1 =690.64 KA 2 ? S

Qt > Q K
1.6. 动稳定校验

满足热稳定要求

imax =2 ? 76=152KA> ich =66.89KA 满足动稳定要求.]

所以选择 LCWB6—110B 型电流互感器。 2. 出线电流互感器

U g =110KV

I g max =104.98A

所以初选 LCWB6—110B 型电流互感器 2.1. 一次回路电压 2.2. 一次回路电流

U N =110KV ? U g =110 KV I N 1 =1200A> I g max =104.98A

2.3. 热稳定、动稳定校验同上 二,35KV 1、主变侧、母联电流互感器

- 42 -

110KV 变电站初步设计

U g =35KV

I g max =1091.2A

所以初选 LB6-35 型电流互感器 额定电流比 5~2000/5 热稳定电流 动稳定电流

I t =40KA/1s

imax =102KA U N =35KV ? U g =35 KV I N 1 =2000A> I g max =1091.2A I N 2 =5A
0.5 级

1.1 一次回路电压 1.2 一次回路电流 1.3 二次回路电流 1.4 准确度等级 1.5 热稳定校验

Qt = I t2 ×t= 40 2 ? 1 =1600 KA 2 ? S
2 QK = I ? ?t = 23.772 ? 1 =560.01 KA 2 ? S

Qt > Q K
1.6 动稳定校验

满足热稳定要求

imax =102KA> ich =60.5KA 满足动稳定要求.

所以选择 LB6-35 型电流互感器。 2 出线电流互感器

U g =35KV

I g max =291.11A

所以初选 LCW-35 型电流互感器 2.1 额定电流比 15~1000/5 2.21S 热稳定倍数 K t =65 2.3 动稳定倍数 2.4. 一次回路电压 2.5. 一次回路电流 2.6. 二次回路电流 2.7. 准确度等级 2.8. 热稳定校验

Kes =100

U N =35KV ? U g =35 KV I N 1 =1000A> I g max =291.11A I N 2 =5A
0.5 级

Qt = ( K t ? I N1 ) 2 = (65 ?1) 2 =4225 KA 2 ? S
2 QK = I ? ?t = 23.772 ? 1 =565.01 KA 2 ? S

Qt > Q K

满足热稳定要求

- 43 -

110KV 变电站初步设计

2.9. 动稳定校验

imax = 2 ? I N ? K es = 2 ? 1 ? 100=141.42KA

ich =60.5KA
imax > ich
满足动稳定要求.

所以选择 LCW-35 型电流互感器。 三,10KV 1、主变侧、分段电流互感器

U g =10KV

I g max =1909.59A

所以初选 LBJ—10 型电流互感器 1.1 额定电流比 2000~6000/5 1.21S 热稳定倍数 K t =50 1.3 动稳定倍数 1.4 一次回路电压 1.5 一次回路电流 1.6 二次回路电流 1.7 准确度等级 1.8 热稳定校验

Kes =90

U N =10KV ? U g =10 KV I N 1 =2500A> I g max =1909.59A I N 2 =5A
0.5 级

Qt = ( K t ? I N1 ) 2 = (50 ? 2.5) 2 =15625 KA 2 ? S
2 QK = I ? ?t = 35.872 ? 1 =1286.66 KA 2 ? S

Qt > Q K
1.9 动稳定校验

满足热稳定要求

imax = 2 ? I N ? K es = 2 ? 2.5 ? 90=318.15KA

ich =91.31KA
imax > ich
2.出线电流互感器 满足动稳定要求.

所以选择 LBJ—10 型电流互感器合格

U g =10KV

I g max =203.78A

所以初选 LBJ-10 型电流互感器 2.1 额定电流比 600~800/5 2.21S 热稳定倍数 K t =50 2.3 动稳定倍数

Kes =90

- 44 -

110KV 变电站初步设计

2.4 一次回路电压 2.5 一次回路电流 2.6 二次回路电流 2.7 准确度等级 2.8 热稳定校验

U N =10KV ? U g =10 KV I N 1 =800A> I g max =203.78A I N 2 =5A
0.5 级

Qt = ( K t ? I N1 ) 2 = (50 ? 0.8) 2 =1600 KA 2 ? S
2 QK = I ? ?t = 35.872 ? 1 =1286.66 KA 2 ? S

Qt > Q K
2.9 动稳定校验

满足热稳定要求

imax = 2 ? I N ? K es = 2 ? 0.8 ? 90=101.81KA

ich =91.31KA
imax > ich
满足动稳定要求.

所以选择 LBJ-10 型电流互感器。

第十四章.配置全所的继电保护
电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分,对保证电力系统的安全经 济运行,防止事故发生或扩大起重大作用。 第一节 110kv 侧进出线及母线的继电保护 依据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》分析,对变电所的 35~110kV 电压 母线,在 110kV 双母线接线情况下应装设专用的母线保护。
安装地点 保 护 分 类 保护类型 动作条件 常用作单 母线或只 有一组母 线经常运 行的双母 线的保护 动作结果 故障范围

110kV 侧 母 线上

完全电流差动 保护

动作于跳 闸

反应各电流互感器 之间的电气设备故 障时的短路电流

- 45 -

110KV 变电站初步设计

接地短路保护

发生单相 接地

发出预告 信号

主保护

由于接地故障电流 很小,而且三相之 间线电压仍然保持 对称对负荷供电没 有影响,因此在一 般情况下允许带一 个接地点继续运行 1~2 小时,不必立 即跳闸 故障相中流过很大 的短路电流时,要 求继电保护装置尽 快切除故障,可以 保护线路全长 零序电流保护和相 间电流保护一样, 广泛采用三段式零 序电流保护,可以 保护线路全长并与 相邻线路保护配合

110kV 侧 进 出线上

相间短路保护

线路上发 生三相短 路或两相 短路 发 短 生 不 流 生 路 很 平 相 时 大 衡 间 产 的 电

动作于跳 闸

零序电流保护

动作于跳 闸

第二节 35kV 侧进出线及母线的继电保护
安装地点 保 护 分 类 保护类型 动作条件 常用做单 母线或只 有一组母 线经常运 行的双母 线的保护 线路上发 生三相短 路或两相 短路 动作结果 故障范围 反应各电流互感器 之间的电气设备故 障时的短路电流

35kV 侧母线 上

完全电流差动 保护

动作于跳 闸

相间短路保护 35kV 侧进出 线 主保护

动作于跳 闸

故障相中流过很大 的短路电流时,要 求继电保护装置尽 快切除故障,可以 保护线路全长 由于接地故障电流 很小,而且三相之 间线电压仍然保持 对称对负荷供电没 有影响,因此在一

接地短路保护

发生单相
- 46 -

发出预告

110KV 变电站初步设计

接地

信号

般情况下允许带一 个接地点继续运行 1~2 小时,不必立 即跳闸 过负荷保护只用一 个电流继电器接于 一相电流,经延时 作用于信号

后 备 保 护

过负荷保护

线路产生 过负荷引 起电流过 大

作用于信 号

第三节 10kV 侧出线的继电保护
安装地点 保 护 分 类 保护类型 动作条件 动作结果 故障范围 故障相中流过很大 的短路电流时,要 求继电保护装置尽 快切除故障,可以 保护线路全长 由于接地故障电流 很小,而且三相之 间线电压仍然保持 对称对负荷供电没 有影响,因此在一 般情况下允许带一 个接地点继续运行 1~2 小时,不必立 即跳闸 过负荷保护只用一 个电流继电器接于 一相电流,经延时 作用于信号

相间短路保护 10kV 侧出线 主保护

线路上发 生三相短 路或两相 短路

动作于跳 闸

接地短路保护

发生单相 接地

发出预告 信号

后 备 保 护

过负荷保护

线路产生 过负荷引 起电流过 大

作用于信 号

第四节.变压器的继电保护
安装地点 保护分类 保护类型 瓦斯保护 主保护 变压器 后备保护 纵联差动保护 过电流保护 零序保护 过负荷保护 重合闸方式 三相一次重合闸 三相一次重合闸 三相一次重合闸 三相一次重合闸 三相一次重合闸

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110KV 变电站初步设计

参 考 文 献
[1] 《电力工程电气设计手册电气部分 1》 戈东方 [2] 《发电厂变电所电气设备》 卢文鹏 中国电力出版社 2004 上册 1987

水利电力部西北电力设计院

[3]

《电力工程电气设计手册电气部分 1 》 下册 戈东方 水利电力部西北电力设计院 1987

[4]

《高压互感器技术手册》 凌子恕 中国电力出版社 上册 1998 2004

[5] 《电力工程电气设备手册电气部分 1》 戈东方

中国电力出版社 下册

[6] 《电力工程电气设备手册电气部分 1》

戈东方 中国电力出版社 [7] 《电力系统分析》 李建华 [8] 《变电站综合自动化技术》 丁书文 中国电力出版社

1998

西安交通大学出版社

1994

2005

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