35kV降压变电所电气一次部分初步设计.docx
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35kV降压变电所电气一次部分初步设计
四川理工学院成人教育学院
毕业设计（论文）
题目35kV降压变电所电气一次部分初步设计
教学点
专业
年级
姓名
指导教师
定稿日期：
2011年6月1日
摘要
本设计参考类似工程而做，共分三个部分。
第一部分为设计任务书，主要介绍新建变电所的基本资料、35kV和10kV用户负荷统计资料、主电路的设计，待建变电所与电力系统的连接情况、设计任务及要求。
第二部分为变电所计算部分，包括负荷计算、无功补偿计算、主变容量选择计算、所用电容量选择计算、短路电流计算；以及新建变电所主方案的确定、主要设备选择过程及结果等。
第三部分包括图纸和参考文献。
关键词：
变电所设计；设计说明书；短路电流计算；设备选择与设计
1绪论
电力已成为人类历史发展的主要动力资源，要科学合理地驾驭电力，必须从电力工程设计的设计原则和方法上来理解和掌握其精髓，提高电力系统的安全可靠性和运行效率，从而达到降低生产成本、提高经济效益的目的。
在高速发展的现代社会中，电力工业在国民经济中的作用已为人所共知：
它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大地影响人民的物资与文化生活水平的提高，影响整个社会的发展
2设计任务书
2.1设计题目
设计题目为35kV降压变电所电气一次部分初步设计。
2.2待建变电所基本资料
（1）设计变电所在城市郊外，主要向城市市区及变电所附近农村和工厂供电。
（2）确定本变电所的电压等级为35kV/10kV，35kV是本变电所的电源电压，10kV是二次电压。
（3）待设计变电所的电源，由单回35kV线路送到本变电所；在低压侧10kV母线送出四回线路，备用二回线路，在本所35kV母线有二回输出线路。
该变电所的所址在公路旁边，地势平坦，交通方便。
2.335kV和10kV用户负荷统计资料
35kV和10kV用户负荷统计资料见表2-1和表2-2。
最大负荷利用小时数4800h，同时率取0.9，线路损耗取6%。
表2-135kV用户负荷统计资料
用户名称
最大负荷
cos
回路数
重要负荷百分数（%）
35kV黑山线
1650
0.85
1
30%
35kV盐场线
2900
0.85
1
60%
表3-210kV用户负荷统计资料
序号
用户名称
最大负荷（kW）
cos
回路数
重要负荷百分数（%）
1
轧花一线
1000
0.9
1
70%
2
轧花二线
1900
0.9
1
70%
3
水泵站线
600
0.9
1
50%
4
皮革厂线
1100
0.9
1
90%
5
预计负荷
3300
0.9
1
70%
2.4待建变电所与电力系统的连接情况
待建变电所与电力系统的连接情况如图2-1所示。
2.5设计任务
（1）设计本变电所的电气主接线，选出数个电气主接线方案进行比较，确定一个较佳方案。
（2）选择本变电所主变的台数、容量和类型。
（3）进行必要的短路电流计算。
（4）选择所需要的电气设备。
2.6图纸要求
绘制变电所电气主接线图及所选“八”的有关图纸。
2.7设计中采用的原始资料及数据
（1）土壤电阻率：
600
·m；
（2）污秽等级：
Ⅱ级；（3）各级电压短路容量：
35kV三相短路电流≤20kA、10kV三相短路电流≤16kA；（4）地震基本烈度：
7级；（5）无功补偿装置的配置：
2×750kVar。
图2-1待建变电所与电力系统的连接图
3变电所主电路的设计
3.1变电所电气主接线的设计
电气主接线是变电所电气设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。
主接线方案的确定对电力系统整体及变电所运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响，因此，必须正确处理好各方面的关系。
全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，确定变电所主接线的最佳方案。
3.1.1主接线设计的依据
（1）变电所在电力系统中的地位和作用：
一般变电所的多为终端或分支变电所，电压一般为35kV。
（2）变电所的分期和最终建设规模：
变电所建设规模根据电力系统5—10年发展计划进行设计，一般装设两台主变压器。
（3）负荷大小和重要性：
对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部一级负荷不间断供电，对于二级负荷一般也要两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电，对于三级负荷一般只需一个独立电源供电。
（4）系统备用容量的大小：
装有两台及以上主变电器的变电所，当其中一台事故断开时其余主变压器的容量应保证该变电所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、二级负荷供电。
3.1.2主接线设计的基本要求
我国《变电所设计的技术规程》规定：
“变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位，回路数，设备特点，及负荷性质等条件的确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节省投资等要求”。
3.1.3变电所主接线设计的基本原则
（1）一般变电所接线
特点：
一般变电所多为终端或分支变电所，降压供电给附近用户或一个企业，
全所停电后，只影响附近用户或一个企业供电。
（2）电压等及接线
一般变电所电压等级多为35—110kV。
35—110kV配电装置中当出线为两回时，一般采用桥形接线，在变电所6—10kV配电装置中：
一般采用分段单母线或单母线接线。
（3）变压器台数及型式
一般为两台主变压器，当只有一个电源时，也可只装一台主变压器，主变压器一般为双绕组或三绕组变压器。
（4）补偿装置
一般不装设调相机或静止补偿装置，有些变电所内装有提高功率因数为目的的并联电容器补偿装置。
3.1.4变电所6—10kV侧短路电流的限制
限制变电所6—10kV侧短路电流不超过16—31、5kA，以便选用断路器，并且使选用的电缆面积不致过大、一般采用下列措施之一：
（1）变压器分列运行
在变电所中，母线分段电抗器的限流作用小，故采用简便的两台变压器分列运行的办法来限制短路电流。
（2）在变压器回路装设电抗器或分裂电抗器
当变压器容量大，分列运行还不能满足限制短路电流的要求时，可以在变压器回路装设分列电抗器或电抗器。
（3）在出线上装设电抗器
当6—10kV侧短路电流很大时，采用其他限流措施不能满足要求时，就要采用在出线上装设线路电抗器的接线，但这种接线投资大，需要建设两层配电装置楼，故在变电所中一般不采用出线装设电抗器的接线。
3.1.5主接线中的设备配置
（1）隔离开关的配置
断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。
桥形接线中的跨条宜用两组隔离开关串联，以便于进行不停电检修。
中性点直接接地的普通变压器均应通过隔离开关接地。
接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。
（2）接地刀闸的配置
为保证电器和母线的检修安全，35KV及以上母线每段根据长度装设1—2组接地刀闸，母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关上和母联隔离开关上。
（3）电压互感器的配置
①电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并满足测量、保护、同期和自动装置的要求，电压互感器配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取电压。
②6—35kV电压等级的每组主母线的三相上都应装设电压互感器。
（4）电流互感器的配置
①凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置的要求。
②在未装设断路器的回路的下列地点也应装设电流互感器：
变压器中性点、变压器的出口、桥形接线的跨条上等。
（5）避雷器的配置
①配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器时除外。
②下列情况的变压器中性点应装设避雷器：
直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时，对中性点为全绝缘的变压器，若变电所为单进线且单变压器运行时；在中性点不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。
③变电所10kV及以下进线段避雷器的配置应遵照<<电力设备过电压保护设计技术规程>>执行。
3.2电源进线选择与比较
根据设计题目给定的条件和《变电所设计技术规程》的有关规定，现进行待设计的变电部分的初步设计如下：
3.2.1电路的设计及主变压器的选择
按照《变电所设计技术规程》（SDJ2—79）的第23条规定“35～60kV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥型接线时，当出线为2回以上时，一般采用分段单母线或单母线接线。
出线回路数较多、连接的电源较多、负荷大或污秽环境中的35～60kV屋外配电装置，可采用双母线接线”。
本变电所可考虑以下几个方案，并进行经济和技术比较。
（1）方案1：
采用单母线分段接线
其优缺点：
①对重要用户，可采用从不同母线分段引出双回线供电电源。
②当母线发生故障或检修时，仅断开该段电源和变压器，非故障段仍可继续工作，但需限制一部分用户的供电。
③单母线分段任一回路断路器检修时，该回路必须停止工作。
④单母线分段便于过度为双母线接线。
（2）方案2：
四角形接线
其优缺点如下：
①断路器数等于回路数，比相同回路数的单母线分段接线少一台断路器，即经济灵活而可靠性又高。
②检修任一断路器时，全部电源和引出线仍可继续工作。
③检修任一断路器和两侧隔离开关时，多角形接线的环形被断开，此时，其他回路发生短路故障时，多角形接线就可分裂成两个独立部分。
④由于在不同运行方式下，通过每个回路电流不同，使继电保护整定也较复杂。
（3）方案3：
采用内桥接线
其优缺点如下：
①两台断路器1DL和2DL接在引出线上，线路的切除和投入是比较方便的。
②当线路发生故障时，仅故障线路的断路器断开，其它回路仍可继续工作。
③当变压器故障时，列如：
变压器1B故障，与变压器1B连接的两台断路器1DL和3DL都将断开，当切除和投入变压器时，操作也比较复杂。
内桥接线适用于故障较多的长线路，且变压器不需要经常切换运行方式的变电所。
（4）方案4：
采用外桥接线
其优缺点如下：
①当变压器发生故障或需要切除时，只断开本回路的断路器即可。
②当线路故障时，列如引出线1X故障，断路器1DL和3DL都将断开，因而变压器也被断开。
外桥接线适用于线路较短，变压器按经济运行需要经常切换且有穿越性功率经过的变电所。
以上四个方案，所需35kV断路器和隔离开关的数量的比较说明其经济性。
方案比较
单母线分段
四角形
内桥
外桥
断路器台数
5
4
3
3
隔离开关组数
8
12
8
6
分析比较：
方案1所用设备多，不经济，当任一回路的断路器检修时，该回路全部停电。
方案2虽供电可靠，但仍有开环运行的可能，且继电保护装置整定复杂，所以这两种方案不符合本设计要求。
桥式接线且有工作可靠、灵活，使用电器最少，且装置简单清晰和建造费用低等特点。
因此，为了节省投资，引出线数目不多时，宜采用桥式接线，考虑该变电所为了经济运行，变压器需要经常切换，35kV线路发生故障的机会少。
所以选择方案4为最佳接线。
变电所10kV母线侧的馈线多，为了提高单母线接线供电的可靠性和灵活性，在母线故障或检修时不致对所有车间全部停电，宜采用单母线分段的接线对重要的一、二类负荷，采用双回路送电，分别接在10kVⅠ段和Ⅱ段，经过经济和技术比较，淘汰了设备多、投资大、运行操作不便的双母线接线和单母线经分段带旁路母线的接线，正常运行时，分段断路器是接通的。
变电所10kV接线图
3.3变电所主变压器的选择
3.3.1主变压器容量和台数的确定
（1）主变压器容量的确定
主变压器的容量一般按变电所建成后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。
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，当有两台变压器时，每台变压器应能负担起总负荷的70%左右，以便在一台变压器停止工作时，另一台变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应能保证用户的一级和二级负荷供电的连续性。
（2）主变压器台数的确定
为保证供电的可靠性，避免一台变压器故障或检修时，影响对用户的供电，变电所一般应装设两台主变压器。
3.3.2负荷计算
（1）负荷计算的目的
在变电所设计中，通过广泛的负荷调查，掌握了该变电所供电范围内的全部用电设备的额定容量，那么这些设备容量的总和是否就等于计算负荷呢？
显然不是！
这是因为用电设备不可能全部运行，其中一定有些设备处于检修状态，有些停止工作，有些处于空载或轻载运行等等，况且每台设备也不可能全部满负荷，各种用电设备的功率因数也不可能完全相同。
因而，计算负荷的确定是否合理，直接影响到电气设备选择的合理性、经济性。
如果计算负荷确定的过大，将使电气设备选的过大，造成投资和有色金属的浪费；而计算负荷确定的过小，则电气设备运行时电能损耗增加，并产生过热，使其绝缘老化，甚至烧毁，造成经济损失。
因此，考虑以上种种因素，可知在工程设计中计算负荷通常比设备容量总和要小些，并应根据不同的情况，选择正确的计算方法来确定计算负荷，之后根据计算负荷选择变压器的容量及有关电气设备。
（2）负荷计算中用到的主要公式：
有功计算负荷：
P30=Kd·∑Pe；无功计算负荷：
Q30=P30·tg
；视在计算负荷：
S30=P30/cos
；计算电流：
I30=S30/（
UN）；总的有功计算负荷：
P30=K∑P·∑P30；总的无功计算负荷：
Q30=K∑Q·∑Q30；总的视在计算负荷：
S30=
；总的计算电流；I30=S30/（
UN）。
（3）根据设计任务书及博州电力公司提供的有关数据，负荷计算如下：
10kV侧：
a.轧花厂一、二线
Pe
（1）=1000+1900=2900kWKd=0.7cos
=0.9tg
=0.484
有功计算负荷：
P30
（1）=0.7×2900=2030kW
无功计算负荷：
Q30
（1）=2030×0.484=982.52kVar
视在计算负荷：
S30
（1）=2030/0.9=2255.56kVA
计算电流：
I30
（1）=2255.56/（
×10.5）=124.02A
b.水泵站线
Pe
（2）=600kWKd=0.9cos
=0.9tg
=0.484
有功计算负荷：
P30
（2）=0.9×600=540kW
无功计算负荷：
Q30
（2）=540×0.484=261.36kVar
视在计算负荷：
S30
（2）=540/0.9=600kVA
计算电流：
I30
（2）=600/（
×10.5）=32.99A
c.皮革厂线
Pe（3）=1100kWKd=0.6cos
=0.9tg
=0.484
有功计算负荷：
P30（3）=0.6×1100=660kW
无功计算负荷：
Q30（3）=660×0.484=319.44kVar
视在计算负荷：
S30（3）=660/0.9=733.33kVA
计算电流：
I30（3）=733.33/（
×10.5）=40.32A
d.其它线（预测负荷）
Pe（4）=3300kWKd=0.7cos
=0.8tg
=0.75
有功计算负荷：
P30（4）=0.7×3300=2310kW
无功计算负荷：
Q30（4）=2310×0.75=1732.5kVar
视在计算负荷：
S30（4）=2310/0.8=2887.5kVA
计算电流：
I30（4）=2887.5/（
×10.5）=158.78A
e.10kV侧总的计算负荷
有功、无功同时系数可取：
K∑P=0.9K∑Q=0.9
根据公式（1-5），总的有功计算负荷
P30（10）=0.9×（2030+540+660+2310）=4986kW
根据公式（1-6），总的无功计算负荷
Q30（10）=0.9×（982.52+261.36+319.44+1732.5）=2966.24kVar
根据公式（1-7），总的视在计算负荷
S30（10）=
=5801.62kVA
根据公式（1-8），总的计算电流
I30（10）=5801.62/（
×10.5）=319.02A
35kV侧：
a.黑山线
Pe
（1）=1650kWKd=0.3cos
=0.85tg
=0.62
有功计算负荷：
P30
（1）=0.3×1650=495kW
无功计算负荷：
Q30
（1）=495×0.62=306.9kVar
视在计算负荷：
S30
（1）=495/0.85=582.4kVA
计算电流：
I30
（1）=582.4/（
×37）=9.09A
b.盐场线
Pe
（2）=2900kWKd=0.7cos
=0.85tg
=0.62
有功计算负荷：
P30
（2）=0.7×2900=2030kW
无功计算负荷：
Q30
（2）=2030×0.62=1258.6kVar
视在计算负荷：
S30
（2）=2030/0.85=2388.2kVA
计算电流：
I30
（2）=2388.2/（
×37）=37.27A
c.35kV侧总的计算负荷
有功、无功同时系数可取：
K∑P=0.9K∑Q=0.9
根据公式（1-5），总的有功计算负荷
P30（35）=0.9×（2030+495）=2272.5kW
根据公式（1-6），总的无功计算负荷
Q30（35）=0.9×（306.9+1258.6）=1408.95kVar
根据公式（1-7），总的视在计算负荷
S30（35）=
=2673.84kVA
根据公式（1-8），总的计算电流
I30（35）=2673.84/（
×37）=41.72A
3.4无功补偿的计算
功率因数cos
值的大小反映了用电设备在消耗了一定数量有功功率的同时向供电系统取用无功功率的多少，功率因数高（如cos
=0.9），则取用的无功功率少，功率因数低（如cos
=0.5），则取用的无功功率大。
功率因数过低对供电系统是很不利的，它使供电设备（如变压器、输电线路等）电能损耗增加，供电电网的电压损失加大，同时降低了供电设备的供电能力。
因此提高功率因数对节约电能，提高经济效益具有重要的意义。
（1）未补偿前
由第一章计算可知：
10kV侧P30（10）=4986kWS30（10）=5801.62kVA
cos
=P30（10）/S30（10）=4986/5801.62=0.86
考虑到变压器也要消耗掉一定的无功功率，按电力部门的具体要求，若35kV侧的功率因数不得低于0.9，则10kV侧功率因数取cos
’=0.92—0.93,才能满足要求。
现取0.93。
根据公式Qc=P30（tg
-tg
’）可得10kV侧无功补偿容量为：
Qc=P30（10）（tg
-tg
’）=4986×（tg
tg
）
=4986×0.20=997.2kVar
（2）补偿后
10kV侧P30’（10）=4986kW不变
Q30’（10）=Q30（10）-Qc=2966.24-997.2=1969.04kVar
S30’（10）=
=
=5360.72kVA
变压器损耗△PT≈0.015S30’（10）=0.015×5360.72=80.41kW
△QT≈0.06S30’（10）=0.06×5360.72=321.64kVar
35kV侧S30’（35）=
=
=5560.19kVA
补偿后的功率因数cos
（1）=P30（35）/S30’（35）
=（4986+80.41）/5560.19=0.91>0.9
显然满足要求。
3.5主变压器容量的计算
主变压器容量的计算：
由第二章计算可知，无功补偿后变电所35kV侧总的视在计算负荷：
S30’（35）=5560.19kVA
因而，
（1）装设一台主变时主变容量可选为：
（一台S9-6300/35）
（2）装设两台主变时主变容量可选为：
（两台S9-4000/35）
本工程设计本期只上一台主变，型号为S9-6300/35。
变压器的技术数据
产品型号
S9-6300/35
额定容量（kVA）
6300
额定电压（kV）
高压
35
低压
10.5
连接组标号
Y,d11
空载损耗（kW）
7.9
空载电流（%）
0.7
负载损耗（kW.75℃）
高低
34.5
短路阻抗（%.75℃）
高低
7.5
冷却方式
油浸自冷
温升（K）
55
3.6所用变压器容量计算
所用变压器容量计算详见下表：
所用变压器容量计算表
序号
负荷名称
单位容量（kW）
台数
容量（kW）
安装
运行
安装
运行
一、动力负荷
1
综合自动化系统
1.8
1.8
1.8
2
通信电源
0.5
0.5
0.5
3
整流电源
3.3
2
1
6.6
3.3
4
空调机
1
5
3.5
3.5
5
检修用电
20kVA
1
动力负荷∑P1=（1.8+0.5+3.3+3.5）/0.85=10.7（kVA）
二、照明负荷
序号
负荷名称
面积（
）
单位面积照明功率（W/
）
负荷（W）
1
主控室
46.5
40
1860
2
户外场地照明
3000
照明负荷∑P2=4.86kW
Sjs=0.85P1+P2=13.955（kW）
Seb=
式中Kt---温度系数取0.95
Kf---负荷填充率允许负荷系数1.04
K---裕度系数1.1
因而选用容量为30kVA的所用变压器
4短路电流计算
4.1短路电流计算的目的
（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，确定某接线方案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，为了保证各种电气设备和导体，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，这就需要用短路电流进行校验。
（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。
（4）在选择继电保护方法和整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
4.2计算短路电流一般规定
验算导体和电器的动稳定，热稳定以及电器开断电流所用的短路电流应按本工程的设计规划容量计算。
确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式。
选择导全和电器用的短路电流，应考虑电容补偿装置放电电流的影响。
选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的点。
导体和电器的动稳定，热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路电流计算。
5电气设备的选择设计
5.1变电所主变压器容量和台数的确定
（1）主变压器容量确定原则
①主变压器容量一般按变电所建成后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。
对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。
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。
对于重要负荷的变电所，应考虑当一台主变停运时，其余变压器容量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；对一般性变电所，当一台主变压器停运时
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