探究 110kV 变电站电气一次设计.doc

1、探究 110kV 变电站电气一次设计【摘 要】变电站在输配电的系统中是重要环节，它是电网中非常重要的监控点，变电站对提高电网供电可靠性起着关键性作用。对 110kV的变电站的一次部分进行科学合理的设计，可以有效地保证电网的相关供电环节正常运行，对电网建设的经济性也有着非常重要的意义。本文结合工作实例 110kV 变电站电气一次设计进行了相关探究。 【关键词】110kV 变电站；一次设计 中图分类号： TM4 文献标识码： A 1.变电站的地位和作用 变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。 变电站的主要作用就是在高低

2、压之间进行转换，有些变电站是将发电厂发出的电压进行升压，这样有利于电能远距离传输的同时还能够降低输电时在线路上的损耗；其他一些变电站是将高压转换成低压再传输给用户端。 变电站中最重要的设施是变压器，它能够将变电站接受的高电压进行变换，转换成用户使用的安全电压。除了变压器之外，变电站中的设备还有控制开闭电路的开关设备、互感器、母线、仪表、调度通信装置、防雷保护装置和继电保护装置等。 110kV 变电站是直接面向用户的，因此其数量较多，分布也较广。因此在对变电站进行设计时应考虑其经济性、灵活性以及可靠性，这样才能够在某个区域内减少变电站所在单位的投资，且能够灵活地应对各种停电需求和电网故障，还能够

3、提高该区域内供电的可靠性。变电站能够满足各区域的需求，就能够提高 110kV 变电站分布点的合理性以满足社会发展的需求。 2.电气主接线设计 2.1 主接线的设计原则 主接线的基本要求：应满足可靠性、灵活性和经济性。 2.1.1 可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。可靠性的具体要求： (1)断路器检修时，不影响对系统和负荷的供电。 (2)线路、断路器或母线故障以及母线等设备检修时应尽量减少停运线路回数及停电时间，并要保证一级负荷及大部分二级负荷的供电。 (3)尽量避免全站停运、停电的可能性。 2.1.2 灵活性 主接线应满足在

4、调度、检修及扩建时的灵活性。 (1)调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。 (2)检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电网的运行和对用户的供电。 (3)扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。 2.1.3 经济性 主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，做到经济合理。 (1)投资省 a 主接线应力求简单清晰，以节省断路器、隔离开关、电压和电流互感器、避雷

5、器等一次设备。b 要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。c 要能有效限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。d 如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV 及以下终端或分支变电站可采用简易电器。 (2)占地面积小主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽量使占地面积减少。 (3)电能损失少经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。 2.2 主接线的设计依据 在选择变电站电气主接线时应以下列各点作为设计依据： (1)变电站在电力系统中的地位和作用。 (2)变电站的分期和最终建设规模。 (3)负荷大小和重要性 对于一级负荷

6、必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对大部分二级负荷的供电。 对于三级负荷一般只需一个电源供电。 (4)系统备用容量大小。装有 2 台（组）及以上主变压器的变电站，其中一台（组）事故断开，其余主变压器的容量应保证该站 70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内， 应保证用户的一级和二级负荷。 (5)系统专业对电气主接线提出的其它具体要求。 2.3 110kV 主接线的选择 以某变电站地处较偏僻的工业区，其工业区内还将规划建设一座110kV 变电站为例，且附近没有 220kV

7、变电站电源，规划站需从本站获取110kV 电源，为此选择本站主接线方式及总体出线。根据变电站设计技术规程第 22 条：110220kV 配电装置中，当出线数为 2 回时，一般采用桥形接线，当出线不超过 4 回时，一般采用分段单母线接线。同时规程第 24 条规定：采用单母分段或双母线的 110220kV 配电装置中除断路器允许停电检修外，一般设置旁路设施。为明确选用哪种接线方式更为合理、可靠，现对两种方案作一比较： 由于本站 110kV 电源来自附近 Z1、Z2 两座 110kV 变电站（电源站）形成环网结构，对本站的电源运行可靠性有足够保证。因此经过比较后，决定采用单母分段接线作为 110kV

8、 侧的主接线，并且规划总体四回 110kV出线，首期两回，终期完善，这样既达到手拉手效果，也可以满足该站扩建及附近 110kV 变电站规划建设需求。 3.主变压器选择 3.1 主变压器选型主要考虑原则 (1)确定相数，一般在 330kV 以下变电站均采用三相主变。 (2)确定绕组数，有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等型式，当能满足供电规划要求时，宜选用双绕组变压器。 (3)确定绕组接线组别，110kV 以上绕组接线采用“YN” ，35kV 采用“Y”，10kV 采用“D” 。 (4)确定调压方式，主要有无激磁调压和有载调压，目前一般采用有载调压。 (5)选择合适的冷却方式，应

9、根据主变容量、主变本体结构特点和外部运行环境不同确定。 3.2 根据以上原则，确定了某变电站的主变选型由于某变电站位于工业区，深入负荷中心，远期规划负荷为 9 万千瓦，无 35kV 用户用电需求，主要为金属加工（冷轧钢）负荷，负荷变化较大，因此选定：本期主变2 台，终期 3 台，容量 5 万千伏安，三相双绕组，有载调压， 自然冷却方式。 （即：SZ11-50000 110，11081.25 10.5kV Uk16；YN, d11） 4.110kV 断路器选择 高压断路器是变电站主系统的重要设备之一，断路器的选择十分重要，选择时应满足以下基本要求： 4.1 在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过

10、负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。 4.2 在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。 4.3 应有足够的断路能力和尽可能短的分断时间。 4.4 应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便、少检修或免检修。根据以上案例 110kV 变电站实际情况，选择 110kV 侧断路器并核算如下： (1)该变电站主接线为 110 kV 单母分段接线，可选用额定电压UN110kV 的断路器，即 ：126kV 六氟化硫断路器。 (2)断路器安装在户外，故选户外式断路器。 (3)断路器的额定电流，IN=3150(A)Imax=1.05(50000/(311

11、5)0.2636（kA）=263.6(A). (5)对所选的断路器进行校验根据以上假设变压器及选择该工业区变电站首期建设两回 110kV 出线同时已取得该站地调区内相关数据，选择夏大正常运行为其中一回线路供电，一回备用。 (归算至 110kV 母线侧阻抗 11.3)可算得 110kV 母线短路电流为 5.87kA。 断流能力校验 I0= 40kAI“=5.87kA，断流能力满足要求。 短路关合电流（动稳定）的校验所选断路器的额定关合电流，即动稳定电流为 100kA，流过断路器的冲击电流为2.55I“2.555.8714.97kA，短路关合电流满足要求，动稳定也满足要求。 热稳定校验设备后保护动

12、作时间 1s，所选断路器的固有分闸时间0.03s，选择熄弧时间 t =0.03S。短路持续时间 t =1+0.03+0.03 =1.06s，则： 短路热效应 Qk = I2t =5.8721.06=36.524kA2s 允许热效应 Ir2t =402 4 = 6400 kA2s 比 较 Ir2tQk 热稳定满足要求。 以上各参数经校验均满足要求，故选用 LW30-126/3150-40 断路器合理。 5.其它主要电气设备选择 由于电气设备和载流导体的用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不同。但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作（或动作） ，为此，它们的

13、选择都有一个共同的原则。电气设备选择的一般原则为： 5.1 应满足正常运行、检修短路和过电压情况下的各项要求并考虑远景发展。 5.2 应满足安装地点和当地环境条件校核。 5.3 应力求技术先进和经济合理。 5.4 同类设备应尽量减少品种。 5.5 与整个工程的建设标准协调一致。 5.6 选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合的，特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。 6.结语 随着社会经济的快速发展，大型现代工业区的快速崛起，工厂用电迅速增长，高端精密机械设备越来越多，对电力系统的要求越来越高，对供电可靠性、电能质量和经济技术指标要求不断提高，因此，对供电系统设计，特别是变电站的设计有了更高的要求。 110kV 变电站的设计是否合理，不仅关系到电网基建投资和今后运行维护费用，还直接影响该变电站的扩建升级，影响区域内 110kV 变电站的规划建设和电网系统的升级完善，同时也反映到供电的可靠性和安全生产上，它与供电企业的设备安全、人身安全、经济效益和社会效益密切相关。 【参考文献】 1黄纯华.工厂供电M.天津：天津大学出版社 2戈东方.电力工程电气设计手册M.北京：水利电力出版社