電子信息工程學院

發電廠變電所電氣部分設計

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指導教師評語;

《發電廠電氣部分》作業

題目5：試設計一110KV變電所電氣主接線

該變電所電壓等級為110/35/1OKV,其中U0KV側4回

線；35KV側4回，負荷為4-6MW；10KV側8回線，負

荷為1.5-4MW之間。

組員：

一、分析原始資料

該變電所向荊門市民供電，且是一座110/H0/35kV終端變電所。設計的重

點是對變電所電氣主接線的擬訂及配電裝置H勺選擇。荊門地區的整年平均氣溫為

18℃,年最高氣溫45c年最低氣溫?5?℃,年日照時間1997-2100h,年平均降

水量804T067nini；每年7、8月為雷雨集中期。UOkv的變電所應當考慮防雷等

措施。待建11OKV變電所從相距40km/、J荊門熱電廠受電（系統為無限大功率電

源）并采用架空線作為電能的傳播及配送;型號為LGJ-300電抗值為0.395Q/km,

其他線路阻抗忽視不計。

從負荷特點及電壓等級可知110/35/10kv為降壓變電所且滿足三繞組變壓

器的特點：高壓側為中壓側口勺近似3倍，中壓側為低壓側的近似3倍；110KV應

當考慮其供電可靠性、擴建等問題；從經濟遠性選擇三繞組變壓器。35及10kv

屬于一、二級負荷可靠性也有一定規定；35kv側每回線負荷為4-6MW；10kv側

負荷1.5-4MW。負荷的功率因數0.8講行詵擇變壓器：其運行功率因數不低于

0.92；不考慮網損。

二、主接方案的初步確定

根據對原始資料的分析。此變電站有三個電壓等級：110/35/10KV,故可初

選三相三繞組變壓器，根據變電所與系統連接的系統可知，變電所有兩條進線，

為保證供電可靠性，可裝設兩臺主變壓器。UOkV高壓側2進2出4回出線，可

選擇內橋型接線，單母線分段接線等。35kV和10kV側分別為4回出線、8回出

線，均可以采用單母分段接線，為保證設計出最優的接線方案，初步設計如下二

種接線方案供最優方案口勺選擇。

方案一（圖2-1）高壓側：內橋接線；中壓側，低壓側：單母分段接線。

方案二（圖2-2）高壓側：單母分段接線；中壓側，低壓側：單母分段接線。

圖2-2方案二主接線圖

三、主接線各方案的討論比較

L內橋形接線：

a）長處：高壓斷路器數量少，四個元件只需三臺斷路器。

b）缺陷：變壓器的切除和投入較復雜，需操作兩臺斷路器并影響一回線路

臨時停運；連接橋斷路器檢修時，兩個回路需解列運行：出現斷路器檢修時，線

路要在此期間停運。

c）合用范圍：合用容量較小的變電所，變壓器不常切換或線路較長、故障

率較高狀況。

2.單母線分段接線

（1）長處：

a）用斷路器把母線分段后，對重要顧客可從不一樣端引出兩個回路，有兩

個電源供電；

b）當一段母線發生故障時，分段斷路器能自動將故障切除，保證正常段母

線不間斷供電和不致使重要顧客停電。

（2）缺陷：

a）當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線內回路都在檢修期

間內停電；

b）當出線為雙回路時，常使架空線出現交叉跨越；

c）擴建時需向兩個方向均衡擴建。

（3）合用范圍：

a）35-63kV配電裝置出線同路數為4-8回時;

b)110-220kV配電裝置出線回路數為3-4回時。

主接線所選時二個初步方案，主接線中壓、低壓二次側方案相似，只比較

一次側方案。

方案一的特點如下：當本所高壓斷路器數量少，節省斷路器的成本投入；

但不利于擴建、可靠性不高。

方案二口勺特點如下:此后擴建也以便；提高供電的可靠性在任意一段母

線故障時可保證正常母線不間斷供電。

四、主接線最終方案確實定

在對原始資料的分析和主接線兩種方案的對比下；從經濟性來看，由

于方案二增長了隔離開關，占地面積較有所增長，從設備上來綜合投及費用

和運行費增長增長。

從可靠性來看，方案一變壓器的切除和投入較復雜，需操作兩臺斷路器并

影響一回線路臨時停運：連接橋斷路器檢修時，兩個回路需解列運行：出現新路

器檢修時，線路要在此期間停運。方案二當一段母線發生故障時，分段斷路器能

自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要顧客停電。

從變化運行方式靈活性來看，在配電裝置的綜合投資，包括控制設備，

電纜，母線及土建費用上，在運行靈活性上110KV側單母分段接線接線比橋

型線接線有很大的靈活性旦方案二能適應系統中多種運行方式調度和時尚

變化需要，試驗以便。綜上所述最終選擇方案二

五、主變壓器容量確實定及無功賠償

5.1原始資料分析可知

1、待建110KV荊門變電站從相距40km的熱電廠受電。

2、待建H0KV荊門變電站年負荷增長率為5%,變電站總負荷考慮五年發展

規劃。

3、待建110KV制門變電所各電壓級負荷數據如下表：

電壓線路名稱最大負荷COS中Tmx及

等級(MW)同步率

1#出線50.8

2#出線4.50.8

35kv3#出線60.8

4#出線5.50.8

1#出線3.50.8

2#出線20.8

3#出線3.50.86000/0.9

10KV4#出線40.8

5#出線1.80.8

6#出線2.20.8

7#出線3.50.8

8#出線40.8

5.2無功賠償電容器的型號選擇及負荷計算

一、無功賠償

l).35kv側無功賠償容量分析

實際功率因數為0.8(0=37°),賠償后功率因數為0.92(夕=23°)可知無

功賠償率=0.33則賠償容量2

0c=Pc(tanarccos0.8—tanarccos0.92)

=Pmax*△心

=21*0.33=6.93Mvar

故選用:TBB35-8016/334CCW：額定電壓：35,額定容量:8016kvar

臺數確實定：n=&/伏二6930/8016=1(臺)

2).10kv側無功賠償容量分析

實際功率因數為0.8(。=37°),賠償后功率因數為0.92(夕=23°)可知無

功賠償率4%=0.33則賠償容量2

0c=Pc(tanarccos0.8—tanarccos0.92)

=Pmax*

=24.5A0.33=8.085Mvar

故選用：TB^3610-4200/100BL：額定電壓：10,額定容量：4200kvar

臺數確實定：n=2./伙=8.085/4200=2(臺)

二、變電所的負荷計算

為滿足電力系統對無功的需要，需要在顧客側裝設電容器，進行無功賠償，

使顧客日勺功率因數至少提高到0.92o

根據原始資料中的最大有功及調整后的功率因數，算出最大無功，可得出如

卜.數據：｛S"=，R2+(Q-n%)2)COS中"二P/S”)

電壓線路最大有功最大無功同步率

等級名稱(MW)(MVAr)C0SG

1#出線51.840.92

2#出線4.51.660.92

35KV3#出線62.210.92

4#出線5.52.030.92

1#出線3.51.420.92

2#出線20.810.926000/0.9

3#出線3.51.420.92

10KV4#出線41.620.92

5#出線1.80.730.92

6#出線2.20.890.92

7#出線3.51.40.92

8#出線41.620.92

5.3待建UOKV荊門變電所總負荷的計算(無功賠償后)

另5=P35+jQ：/5+4.5+6+5.5+j(l.84+1.66+2.21+2.03)=21+j7.74(tanM=o.36)

?5

S35(1+5%)=(21+j7.74)XI.28=26.88+J9.02

S35=28.35(MVA)

S10=P1(1+jQl0=4*2+3.5*3+2+L8+2.2+j(l.42*3+1.62*2+0.89+0.81+0.73)

=24.5+j9.93(tan<PM=O.406)

~5

Sl0(1+5%)=(24.5+j9.93)X1.28=31.36+jl2.71

S10=33.84(MVA)

,o=跖。[除MjKioE。](1+5%)5

=0.9[0.9(21+J7.74)+0.9(24.5+j9.93)]*L05°

=47.17+jl8.32

22

Sll0=V(47.17+18.32)=50.9(MVA)

COS①二PHO/Sll0=47.17/50.9=0.927滿足功率因數提高到0.92

5.4變壓器型號確實定

所有負荷均由兩臺電壓為110KV/35KV/10KV變壓器供電，其中一臺主變事

故停運后，另一臺主變壓器H勺容量應保證所有顧客的60%所有負荷的供電。

顧客歐I60%所有總容量：^0.6SHO=30.54MVA因此可選擇

SFSZ7-31500/110型三相三繞組有載調壓變壓器，接線組別：YN,ynO,dll。

由于15%Sno=15%X50.9(MVA)=7.635(MVA)<S10=33.84(MVA),

15%S110=15%X50.9(MVA)=7.635(MVA)<S35=28.35(MVA),

因此主變110KV、35KV、10KV三側容量分別為100%/100%/100%

結論：荊門變電所三繞組變壓器，由以上計算，查《發電廠電氣部分》

型額定電壓(kV)

高壓側中壓側低壓側

號容量U.1-2%U”盜U?2-3%

SFSZ7-31500100/1C0/]0012138.510.510.5186.5

六.短路電流的計算(最大工作方式)

6.1短路計算點的選擇

方案二口勺短路計算的系統化簡圖如下(圖6-1)所示本設計選dl、d2和d3分別

為UOkv35kv10kv母上短路點計算且短路電流最大選擇主接線上的設備

系統

系統

圖6T主接線短路點選擇簡圖

6.2網絡的等值變換與簡化

方案二日勺短路計算的系統化簡阻抗圖及各阻抗值，短路點均同樣：如下圖為系統

阻抗圖（圖6-2）

叵］10kV

圖6-2系統阻抗圖

首先應用星-三角變換，將每臺變壓器日勺阻抗化簡，其轉化圖如圖6-3

圖6-3系統阻抗轉化圖

6.3短路點的選擇與各短路點的短路電流的計算

選C/1,虎,C/3為短路點進行計算。（近似計算法）

已知，由SB=100MVA,UAv=115kV,系統為無窮大功率電源。

因此

系統短路電抗Sd*i=°°

Xd*i=0

線路電抗XL*I=1/2XXoXLXSb/Ub2

=1/2X0.395X40X100/1152=0.0597

總電抗Xd*=0+0.0597=0.0597

又由所選的變壓器參數阻抗電壓：10.5%（高?中），18%（高■低），6.5%（中.

低）算得

UK1%=\/2[t/(l-2)%+Wl-3)%-(/(2-3)%]=11%

UK2%=\/2[{/(1-2)%+(/(2.3)%-(/(1-3)%/=-0.5%

UK3%=\/2{U(l.3)%+U(2-3)%-(/(1-2)%}=7%

主變容量為50MVA,

標幺值：X,.=UKI%/100X(SBZV,V)=0.349

X”=UK2%/100X(SBZS.V)=-0.016

乂苧=UK3%/I00X(SBZSN)=0.222

簡化后H勺阻抗圖如圖5-3：

圖5-3系統阻抗簡化圖

最終等效電抗標幺值：X.=0.0597

X14=0.154

X”=0.098

XJv=-2.136

(1)當dl點短路(110KV)時:

Xj鏟i=0.0597

/d尸1/Xjs-i=1/0.0597=16.75

Ih=Sb/y/3U/A=100/(73x115)=0.502(kA)

=16.75x0.502=8.409(kA)

7^=/"ji=8.409(kA)

/c/FV2KchX/'\/i=21.4429(kA)(1lOkv及以上網絡Kch取1.8)

Ss=gUb\xl=6XH5X8.409=1672.9706My/A

其中，Xjs*——計算電抗；/di*——短路電流周期分量標幺值；

r,d——起始次暫態電流；七一一七8時的穩態電流；

"h----短路電流沖擊值；Seo----短路容量。

(2)當成短路(35KV)時有:

Xjs2*=0.226

二1/Xjs2?=1/0.226=4.425

Ib2=Sb/73Ub2=100/(V3x37)=1.56(kA)

I"di=I"d2*xlb2=4.425x1.56=6.9(kA)

Zx=/”成=6.9(加)

ich=VIKehXr(n=2.55x6<9=17.595(kA)

Sky/3//A2X/.=431.03MVA

(3)當d3點短路：

Xjs3*=0.286

/n^=l/Xjs3?=l/0.286=3.5

Ih3=Sb/6Ub3=100/(73x10.5)=5.5(kA)

r'd3=r',/3*x//,=3.5x5.5=19.25(kA)

I?=/"d3=19.25(kA)

如尸2.55xr%=2.55x19.25=49.088(kA)

S3oo=-x/3Ub3X、=73X10.5X19.25=349.65MVA

6.4各短路點計算參數

短路電流

短路短路電基準電

電抗短路電

點編平均電流L

X.流標么r）（kA）以(kA)loo(kA;Sd(MVA)

號IkUj（kV）（kA）

值

d.1150.5020.059716.758.04921.44296.307

1672.97

d2371.50.2264.4256.917.5956.9

431.03

d：510.55.50.2863.519.2549.08819.25

349.65

七.一次系統的電氣設備選擇

7.1斷路器的選擇

7.1.1斷路器選擇原則與技術條件

1）電壓：Ue>U

2)電流：Igmax

10kV側:N—ax=L05Sn/(6Un)=1.05*31500/(^*110)=173.8A

1n--ax=匕3“此cos。)二21/(6*35*0.92)=376,6A

35kV側:

10kVffiiJ：/'之會《^=*/(而小05嘰24.5/(6*10*0.92)=1537.5人

3）開斷電流：locNioo

4)動穩定：imax^ich

式中ich一一三相短路電流沖擊值；

彳皿一一斷路器極限通過電流峰值。

5）熱穩定：心也辦

式中《一一穩態三相短路電流；

〃一一短路電流發熱等值時間（又稱假想時間）；

4——斷路器t秒熱穩定電流。（根據《電力設備實用技術手冊》選擇設備

t會給出）

其中心=%+0。54，由B”=1.0和短路電流計算時間t,

從《發電廠電氣部分》中查找短路電流周期分量等值時間L算出3。

7.1.2斷路器型號的選擇及校驗

110KV側選定為LW25T26.各項技術數據如下表：

設備參數安裝地點條件

結論

項目參數項目參數

Ue(KV)110Ug(KV)110合格

Ie(A)1250Igw(A)173.8合格

loc(KA)31.5loo(KA)8.409合格

It2t(3s)[(KA2.S]31.52X3182dt(2.65)[(KA2.S]8.4092X2.65合格

Ls(KA)83Ish(KA)21.4429合格

35kV側選定為ZW30-40.5各項技術數據如下:

設備參數安裝地點條件

結論

項目參數項目參數

Ue(KV)35Ug(KV)35合格

Ie(A)2023Igncv(A)376.6合格

Toe(KA)31.5T....(KA)6.9合格

It2t(4s)[(KA2.S]313X4Ioo2dt(3.45)[(KA2.S]6.92X3.45合格

Ls(KA)83U(KA)17.595合格

10kVffiij選定為ZN12-12各項技術數據如下:

設備參數安裝地點條件結論

項目參數項目參數

Ue(KV)10Ug(KV)10合格

Ie(A)2023Igw(A)1537.5合格

loc(KA)31.5I,...(KA)19.25合格

It2t(4s)[(KA2.S]31.52X3Ioo2dt(3.45)[(KA2.S]19.252X2.65合格

I...(KA)1001.(KA)49.088合格

7.2隔離開關時選擇

UOkV側選定為G例-126D,各項技術數據如下:

設備參數安裝地點條件

結論

項目參數項目參數

(Ie(KV)110Ug(KV)110合格

Ie(A)1250Igmx(A)188.69合格

It2t(4s)[(KA2.S]3L52X4Ioo2dt(3.45)[(KA2.S]8.4092X3.45合格

I.(KA)80Ish(KA)21.4429合格

35AP側選定設備為GW'4-40.5D,各項技術數據如下:

設備參數安裝地點條件

結論

項目參數項目參數

Ue(KV)35Ug(KV)35合格

Ie(A)630Igmx(A)430.3合格

It2t(4s)[(KA2.S]252X4Ioo2dt(2.65)[(KA2.S]6.92X3.45合格

L(KA)63l-i(KA)17.595合格

10"側選定設備為6『12,各項技術數據如下:

設備參數安裝地點條件

結論

項目參數項目參數

Ue(KV)10Ug(KV)10合格

Ie(A)2023Igmx(A)1537.5合格

It2t(4s)[(KA2.S]31.52X4Ioo2dt(3.45)[(KA2.S]19.252X3.45合格

Ies(KA)801-,(KA)49.088合格

7.3電流互感器的選擇

選擇如下電流互感器的型號及參數

參.次負荷

10%倍數動穩

數額定電級次精確（。）1S熱穩

型號定倍

流比（A）組合級次二次負荷倍定倍數

0.5級1級數

位置（Q）數

noKv進LQZ-11D/DD/0.

2x300/52.02.01575135

線側0(W2)0.55

變壓器15-1000/0.5/

LCD-350.5/32423565150

35KV側53

0.5/

35KV出

LB6-35300/50.5/DD2.01.61575135

線側

變壓器LDZJT-0.5/30.5/

3000/50.40.6105090

10KV側101

LA-600-10000.5/30.5/

10KV出線側0.55090

10/51

電流互感器的校驗

項目設備參數（額定值）安裝地的條件（計算值）結論

41IXuKA)(l?K.)2r(KA2.SlL(KA)-dL.s]

110KV進線114.55(0.6*75)221.44298.4092*0.85合格

T35KV212.32(1*65)217.5956.9%0.85合格

35KV出線114.55(0.5*75)217.5956.9&0.85合格

T-10KV60.1154(1.5*65)249.0885.52*0.85合格

10KV出線127.279(1*50尸49.08819.252*0.85合格

7.4電壓互感器的選擇

在下列精確等級

最大容量

型號額定變比下額定容量(VA)

■：VA)

0.5級1級3級

110000/100

JCC-110V3/V3/10050010002023

單相

JDJ-35W35000/1001503601000

JDZ8-10.T10000/100305090500

7.5避雷器時選擇

額定電壓滅弧電壓工頻放電電壓(KV)

型號組合方式

(kV)(kV)不不不小J''不不小于

FZ-110J4XFZ-30J110100215268

FZ-352XFZ/p>

110側檢查:

(1)滅弧電壓校驗：

最高工作容許電壓：=1.15t/Ar=1.15x110=126.5kV

直接接地:Utnh>CdLJm=0.8x126.5=101.2kV,滿足規定。

(2)工頻放電電壓校驗：

下限值：U姆>他必=3x署=219kV

上限值：U：小=12U;<fx=1.2x219=262kV<268kV

上、下限值均滿足規定。

35kv側檢查

(1)滅弧電壓校驗：

最高工作容許電壓：U,“=1.15UN=1.15X35=4().25kV

直接接地：>CdUm=0.8x40.25=32.2kV,滿足規定。

(2)工頻放電電壓校驗：

下限值：>自//卬=3x絲40好75=69.72kV

上限值：U小=1.2。珈=1.2X69.72=83.664kV<104kV

上、下限值均滿足規定。

7.6高壓熔斷器的選擇

項目設備參數(額定值)安裝地的條件(計算值)結論

額定電

額定電流斷流容量(三相)Se——短路容量(MVA)

壓(kV)

(A)(MVA)

RW6-1101101032001672.9706合格

RW6-35350.52023431.03合格

RN2-10100.51000349.65合格

7.7母線與導線的選擇與校驗(荊門年平均溫度18。

HOkV側進線的校驗

根據任務書已知llOkV側架空線路采用LGJ-300o查表得LGJ-300型導線

\Qai-0180-18

參數如下表所示：(修正系數k,2,一°。二180-25=1.06%—導體長期發熱

容許最高溫度；“一導體的I額定環境溫度；6—導體日勺實際溫度；右一在額定環

境溫度時導體的容許電流；熱穩定系數C=87)

長期容許截流量(A)

+70℃+80℃

LGJ-300753742

它在Qy=80℃,Q0=25℃時，ly=753A

已知綜合校正系數K0=1.06

KOly=1.06X753=805.71A

因此Ig.max=188.69A<KOIy

因此所選導線滿足規定。

UOkV母線的選擇及校驗

HOkV進線最大持續工作電流Ig.max=173.8A

按Tma、=6000h/a,查表，可得經濟電流密度JR.97A/〃〃/

則母線經濟截面為：

S=Ig.max/J=l73.8/0.97=179.2mm2

按最大持續工作電流選擇，查設備手冊選LGJ-185型鋼芯鋁絞線，其標稱截

面為185小〃/，+80℃長期容許載流量為510A。

已知綜合修正系數K=1.06實際環境溫度18C,綜合修正系數K=1.06

故KIy=540.6>Ig.max=173.8A,可滿足長期發熱規定

熱穩定校驗：S>Sin!n=—TcT(ninr)

tdz為主保護動作時間加斷路器全分閘時間

取t(iz=3.45s

其中熱穩定系數C=87,滿足熱穩定規定的最小截面為：

Smin=—y[t^=^11V345=167.41(mm2)

C87

可見，前面所選導線截面S=185mm2>Smin=167.41mm2,熱穩定規定。

35kV母線的選擇及校驗

1.按經濟電流密度選擇母線截面

35kV最大持續工作電流Ig.max=376.6A

按Tmax=6000h/a,杳表，可得經濟電流密度」=0.97A/m療

則母線經濟截面為：

S=Ig.max/J=376.6/0.97=388.24mm2

按最大持續工作電流選擇，查設備手冊選LGJ-400型鋼芯鋁絞線，其標稱截

面為400加加，+80℃長期容許載流量為835A。

因實際環境溫度Q=18°C,綜合修正系數K=I.O6

故KTy=885.1>Ig.max=388.24A,可滿足長期發熱規定。

2.熱穩定校驗：SNSmin=4n(團〃/)

tdz為短路電流等值時間，即tdz=3.4+0.05=3.45s

查《發電廠電氣》，其中熱穩定系數C=87,滿足熱穩定規定的最小截面為：

Sinin=%幾=(6900/87)X7345=492.6(機62)

可見，前面所選母線截面S=2x(80x8)=1280(/??w2)>Smin=492.6/??/??2

能滿足短路熱穩定規定。

35kV進線的選擇及校驗

35kV進線有兩回，最大持續工作電流Ig.max=376.6/2=188.3A

按Tmax=6000h/a,查表，可得經濟電流密度J=0.97A/""?」

則母線經濟截面為：

S=Ig.max/J=188.3/0.97=194.1〃而

查《LGJ鋼芯名品絞線參數型號》選LGJ-240/35鋼芯鋁絞線，+80℃長期

容許載流量為651A。

實際環境溫度18℃,綜合修正系數kl.06

故Kly=690>Ig.max=376.6A,可滿足長期發熱規定

紜仁

熱穩定校驗：S'Smin二0(mm2)

tdz為主保護動作時間加斷路淵全分閘時間

取tdz=3.45s

其中熱穩定系數087,滿足熱穩定規定日勺最小截面為：

Smin=c=(6900/87/2)X,3.45=79.11(歷〃廠)

可見，前面所選導線截面S=300nm2>Smin=79.11mm2,滿足熱穩定規定。

35kV出線的選擇及校驗

35kV進線有4回，最大持續工作電流Ig.max=376.6/4=94.15A

按Tmax=6000h/a,查表，可得經濟電流密度尸0.97A/〃〃后

則母線經濟截面為：

S=Ig.max/J=94.15/0.97=97.06〃〃〃

查設備手冊選LGJ-120鋼芯鋁絞線，+80℃長期容許載流量為380Ao

實際環境溫度18C,綜合修正系數K=1.06

故KL=402.8>Ig.max=94.15A,可滿足長期發熱規定。

熱穩定校驗：S2Smin=&n（mm2）

td7為主保護動作時間加斷路器全分閘時間

取tdz=3.45s

其中熱穩定系數C=87,滿足熱穩定規定的最小截面為：

Smin=%=（6900/87/4）X7345=36.82mm2）

可見，前面所選導線截面S=12Omm2>Sn1in=36.82mm2,滿足熱穩定規定。

10kV母線的選擇及校驗

1.按經濟電流密度選擇母線截面Ig.max=1537.5A

按Tmax=6000h/a,查表，可得經濟電流容度J=0.97A/〃必？