110kV变电所电气二次部分初步设计

第一部分设计说明书
1 原始资料介绍及分析
某地区随着各行业的发展，原有的供电能力已经无法满足用电需求，决定在该地区新建仙桥变电站，站区采用一个场地标高，所址坐北朝南。

东西长62.4米（比省公司典型设计A-2方案多4.7米），南北长64米（比省公司典型设计A-2方案多2米）。

进所道路从所址东侧进入本变电站。

根据出线走廊规划，110kV4回出线均由本所北侧出线，35kV4回出线由本所西侧出线，10kV出线通过电缆沟均由本所南
侧出线。

得出系统接线图如图1.1。

110kV35kV
10kV 至九龙至大石
无穷大系统T
L1
L2
L3
L4L5L6L7L8
仙青线仙
镇
线
仙
灵
线
仙
工
线
仙
玻
线
a b
c
图1.1系统接线示意图
该变电站有110/35/10kV三级电压，主变容量2×31.5MW，本期1×31.5MW；本站选用三圈自冷有载调压节能型变压器，型号为SSZ10-31500/110，组别为YN, yn0，d11，电压比为110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5kV，短路电压为U k1—2% =10.5、U k1—3%=17.5、U k2—3%=6.5，其110kV中性点电压为60kV，35kV中性点电压为35kV。

110kV进出线4回，且按架空出线的方案设计，本期1回（至系统），长度19.5公里，接线方案为单母线双隔离开关分段，110千伏设备按户外布置，断路器选择六氟化硫断路器。

35kV出线远期4回，架空出线，本期2回，即至九龙35kV变电站一回，线路采用LGJ-120/25砼杆架设，线路总长度10公里；至大石35kV变电站一回，线路采用LGJ-120/25砼杆架设，线路总长度10公里，备用2回。

接线方案为单母线断路器分段，35kV开关设备按户外布置，断路器选用六氟化硫断路器（带外置干式
TA）。

10kV出线终期16回，本期8回。

线路为电缆沟出线。

采用单母线断路器分段接线，每段10kV出线8回，其中主变1回、电容器1回、TV1回，I段母线另有所用变1回，本期安装全部I段母线和分段隔离柜。

开关设备户内式，10kV开关柜采用中置式，全金属铠装开关柜，断路器则选用引进技术生产的VS1型真空断路器。

无功补偿容量：本期4200千乏，终期2×4200千乏，线路参数见表1.1。

短路电流计算基本条件为系统当前水平年，阻抗标幺值按基准容
j
S=100MV A，U j= U av来进行计算。

110kV母线发生三相短路时的起始次暂态电流''I=3.4kA。

站用电采用380/220V、动力照明共用的中性点直接接地的三相四线制系，站用电接线为单母线接线，一台100kV A站用变接于35kV II段母线上，另一台50kV A 站用变接于10kV I段母线，两台站用变互为备用。

表1.1线路参数
线路名称电缆型号导线型号线路全长（km）进站段杆基数
仙青线仙镇线YJV22-3×240
YJV22-3×240
LGJ-120
LGJ-120
6.8
5
11
9
仙工线YJV22-3×240 LGJ-120 6.5 10 仙灵线YJV22-3×240 LGJ-120 5 11 仙玻线YJV22-3×95 LGJ-70 3.9 8 合计27.2 49
2 短路计算
电力系统的电气设备在运行时都必须考虑可能发生的各种故障和不正常运行状态，尤其是各种形式的短路，因为它们会破坏电力系统的正常供电和电气设备的正常运行。

短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或者相与地之间（对于中性点接地系统）发生通路的现象。

在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。

其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。

电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的发生的可能性最小。

但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。

一般情况下我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性,但是在某些特殊情况下，两相短路或单相短路的短路电流会比三相短路情况下的短路电流还大。

因此，本次设计中采用最大短路电流对电气设备的进行校验[6]。

2.1 短路计算的目的和原则
2.1.1短路计算的目的
（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。

（4）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。

（5）按接地装置的设计，也需用短路电流。

2.1.2 短路电流计算的一般原则
（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5～10年）。

确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用
的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。

（4）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验算。

2.2 短路电流计算的基本假设和步骤 2.2.1 在计算短路电流时通常会做如下基本假设
（1）正常工作时，三相系统对称运行； （2）所有电源的电动势相位角相同；
（3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；
（4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；
（5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，且不计负荷的影响； （6）系统短路时是金属性短路[3]。

2.2.2 短路电流计算的步骤
（1）确定系统的运行方式； （2）确定短路点及短路类型；
（3）计算各元件电抗标幺值，并折算到同一基准容量下；
（4）对确定的短路点经过网络的合并，化简求出归算到短路点的各序综合阻抗
)
1(ff X
、)2(ff X 、)0(ff X ；
（5）利用短路类型及电力系统故障的知识求出短路点的总电流； （6）按网络结构求出流过被整定保护装置的短路电流。

2.2.3 系统运行方式的确定说明
最大、最小运行方式的选择，目的在于计算通过保护装置的最大、最小短路电流。

在线路末端发生短路时，流过保护的短路电流与下列因素有关：
（1）系统的运行方式，包括机组、变压器、线路的投入情况，环网的开环闭环，平行线路是双回运行还是单回运行。

（2）短路类型。

（3）电流分配系数。

由于在本次设计中，该变电站本期1台主变压器投入运行，终期2台，故运行
方式按只有一台主变压器运行的方式来确定。

因此只需算出各个短路点发生四种短路情况下的最大、最小短路电流，作为二次部分继电保护整定的条件。

2.2.4 短路计算过程
（1）参数计算：选取的基准容量为j S ，基准电压为j U 得其基准电流为：
j
j j U S I ⨯=
3 （2.1）
主变压器参数的计算：
阻抗电压百分比：%)%%(21
%3231211----+=
K K K K U U U U （2.2） %)%%(21
%3132212----+=K K K K U U U U （2.3）
%)%%(2
1
%2132313----+=K K K K U U U U （2.4）
电抗标幺值：
X =100%K U ×N
N
S V 2
×2j j V S （2.5）
式中 %1K U —主变压器高压侧电抗的标幺值； %2K U —主变压器中压侧电抗的标幺值； %3K U —主变压器低压侧电抗的标幺值。

线路电抗标幺值：
20j
j U S L X X ⨯⨯= （2.6）
式中 0X —每千米线路的电抗；
%2K U —主变压器中压侧电抗的标幺值。

系统各参数的计算值如表2.1所示。

表2.1 各元件阻抗值的计算公式
序号
元件名称
给定参数
计算公式
(j S =100MV A)
计算值 1
变压器
阻抗电压百分
比%K U
X =
100%K U ×N
N
S V
2×2j j V S 高压侧:0.34
中压侧:－0.008 低压侧:0.21
2 110kV 侧线路 线路长度L1
2
0j
j U
S L X X ⨯
⨯=
0.06
3 35kV 侧线路 线路长度L2、L3
20j
j
U
S L X X ⨯⨯= 0.29
4 10kV 侧线路
线路长度L4、
L5、L6、L7、L8
20j
j U S L X X ⨯
⨯=
.28
036.047.036.09.40、、
、、
（2）短路电流计算
①故障点的选择：本次设计中，为了确保继电保护设备能经受住各种故障，在
任何故障下都不出现误动作和拒动，因此此次短路计算的短路点选择为110kV 、
35kV 、10kV 母线上以及35kV 线路的末端。

②以110kV 母线短路为例,其正序、负序、零序等值网络图分别如图2.1、图2.2、图2.3所示。

其三相短路电流的计算：
j ff eq fa I X E I
）
（13
)
1(=
（2.7）
式中 3)1(fa I —系统中发生三相短路时，短路点的短路电流；
)1(ff X
—归算到短路点的综合正序等值电抗。

两相短路电流的计算：
j
ff ff eq
fa I X X E I ⨯+⨯=
)
2()1(23
（2.8）
式中 2fa I —两相短路时短路点的全电流；
)2(ff X —归算到短路点的负序综合电抗。