35kv变电所毕业设计.docx

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35kv变电所毕业设计

摘要

电能在生产、生活等方面发挥着越来越重要的作用，可以说：

电能正在改变整个世界。

对于电能消费这来说，变电所是用电负荷的核心。

本设计说明书主要对某机械修理厂的35kv变电所进行设计。

依据供电规则，着重解决了负荷统计、变电所主结线方案的选择、进出线的选择、变电所所址的选择、主变压器的台数和容量的选择、短路计算及开关设备的选择、二次回路方案及继电保护的选择与整定、防雷保护与接地装置的设计等问题，并结合本地区的供电规则和工程实际情况选择出最合适的方案及参数、各种设备型号及容量。

本设计还参考了老师推荐的参考书和其它一些国内外比较经典的文典。

关键词：

变电所、负荷计算、短路计算、变压器

第一章绪论

本设计主要是对某机修厂35千伏变电所供配电进行设计。

在此设计之前，查阅了许多参考资料，收集了一些技术数据，并且到相关部门了解了实际设计的要求，并询问了设计辅导老师，为设计的顺利完成打下了良好的基础。

本次设计共分三大章。

第一章《前言》主要是对此次设计进行总体的概述。

第二章《原始资料》是对本次设计一些必要数据的说明和设计要求的说明。

第三章《设计说明书》是对本次设计的具体设计和计算。

它共分为八节，分别为第一节负荷统计计算及无功补偿计算，第二节变电所主变压器的台数和容量的选择，第三节变电所主接线方案的选择，第四节变电所进出线的类型截面选择,第五节短路电流计算,第六节电气设备选择,第七节变电所的计量、测量，继电保护的确定及整定计算，第八节变电所的防雷和接地的设计计算。

在设计中，尽可能的采用最优方案和最新的设备，并对各种同时存在的情况进行经济分析。

在设计过程中易晓郑老师给了多方面的指导和耐心的讲解，在此深表谢意，本次设计虽然多次修改和审阅，但是错误还是难以完全避免的，请各位老师在检阅的过程中多提宝贵的意见。

第二章原始资料

2.1本厂的负荷性质

本厂为三班工作制最大有功负荷利用小时数为6000小时，属于二级负荷。

2.2厂的自然条件

1.气象条件

（1）最热月平均最高温度为30℃

（2）土壤中0.7-1米处一年中最热平均温度位20℃

（3）年雷暴日为31天

（4）土壤冻结深度为1-10米

（5）夏季主寻风向为南风

根据工程勘探资料获悉，工厂原为耕地，地势平坦，地层以砂质为主，地质条件较好，地下水位为2.8-5.3米，地耐压力为20吨/平方米。

第三章负荷统计计算及无功补偿计算

负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线，电缆，变压器，开关等。

负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者使影响供电系统的安全运行。

负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。

为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全，经济运行的必要手段。

3.1.负荷统计计算

各车间变电所的计算负荷均由公式:

Pca=Kd×Pe

Qca=Pca×tan

Sca=Pca/cos

计算求得,再算得全厂的总计算负荷,估算出所需无功补偿容量QC。

NO.1变电所

铸钢车间:

Pca=0.9×0.4×2000=720kw

Qca=0.9×800×1.17=842.4kvar

Sca=720/0.65=1107.69kva

NO.2变电所:

铸铁车间:

Pca

（1）=0.4×1000=400kw

Qca

（1）=400×1.02=408kvar

Sca

（1）=400/0.7=571.43kva

砂库:

Pca

（2）=0.7×110=77kw

Qca

（2）=77×1.33=102.4kvar

Sca

（2）=77/0.6=128.33kva

小计:

Pca=K∑×（Pca

（1）+Pca

（2））=0.9×（400+77）=429.3kw

Qca=K∑×（Qca

（1）+Qca

（2））=0.9×（408+102.41）=510.41kva

Sca=

=666.95kva

各车间6kv高压负荷:

电弧炉:

Pca

（1）=0.9×2×1250=2250kw

Qca

（1）=2250×0.57=1282.5kvar

Sca

（1）2250/0.87=2586.21kva

工频炉:

Pca

（2）=0.8×2×300=480kw

Qca

（2）=480×0.48=230.4kvar

Sca

（2）=480/0.9=533.3kva

空压机:

Pca（3）=0.85×2×250=425kw

Qca（3）=425×0.62=263.5kvar

Sca（3）=425/0.85=500kva

小计:

Pca=K∑×（Pca

（1）+Pca

（2）+Pca（3））=1×（2250+480+425）=3155kw

Qca=K∑（Qca

（1）+Qca

（2）+Qca（3））=1×（1282.5+230.4+263.5）=1776.4kvar

Sca=

=3620.72kva

同理算得:

NO.3变电所:

Pca=342.9kwQca=655.7kvarSca=739.95kva

NO.4变电所:

Pca=471.29kwQca=493.1kvarSca=682.1kva

NO.5变电所:

Pca=253.39kwQca=200kvarSca=322.81kva

第四章变电所主变压器台数和容量的选择

4.1变电所主变压器台数的选择

主变压器台数的选择原则见表4-1

表4-1主变压器台数的选择

主变压器台数

适用范围

一台

1.供总计算负荷不大于1250kva的三级负荷变电所

2.变电所另有低压联络线，或有其它备用电源，而总计算负荷不大于1250kva的含有部分一、二级负荷的变电所

两台

1.供含有大量一、二级负荷的变电所

2.供总计算负荷大于1250kva的三级负荷变电所

3.季节性负荷变化较大,从技术经济上考虑经济运行有利的三级负荷变电所

另外,在确定变电所主变压器台数时,应适当考虑负荷的发展,留有一定的余地。

工厂与电业部门所签订的供用电协议规定：

工厂电源从电业部门某220/35KV变电所输送，用35KV双回架空线引入本厂，其中一个做为工作电源，一个做为备用电源，两个电源不并列运行，该变电所距厂东侧8km处。

由选择主变压器的原则和工厂与电业部门签订的协议，毋需就设一台或两台变压器进行经济条件比较，结合本厂实际情况，拟采用两台变压器。

4.2变电所主变压器容量的选择

由原始资料知，该厂属于二级负荷，总计算负荷Sca为4897.27kva，且选用两台主变压器。

依据《工厂供电简明设计手册》，变配电所主接线方案的选择中设计原则的要求第3点，两路电源进线，装有两台主变压器的变电所，当只有一路电源供电，另一路电源备用时，则两台主变压器并列运行。

而两台变压器并列运行的变电所，随着负荷的变化需要调节变压器的运行台数，使变压器总的功率损耗最小，即变压器经济运行方式。

故每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件：

1一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷Sca大约70﹪的需要，即：

ST≈0.7Sca

⑵任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷Sca（Ⅰ+Ⅱ）的需要,即:

ST≥Sca（Ⅰ+Ⅱ）

且考虑今后的发展,应选用容量略大一些的变压器。

全部一、二级负荷Sca（Ⅰ+Ⅱ）=1107.69+571.43+281.25=1960.37kva

另外，ST≈0.7Sca=3428.09kva。

故选用两台S9—4000,35/6.3kv的变压器,联接组别为Y,d11。

S9—4000，35/6.3kv变压器的主要技术数据：

I0%=1.0%UK%=6.5%P0=5.65kwPK=32kw

以上数据选自《现代企业供用电设计》，李宗纲主编，辽宁科学技术出版社

第五章变电所主接线方案的选择

变电所主接线（一次接线）表示变电所接受,变换和分配电能的路径.它由各种电力设备（隔离开关,避雷器,短路器,互感器,变压器等）及其连接线组成，通常用单线图表示.

主接线是否合理,对变电所设备选择和布局,运行的灵活性,安全性和经济性,以及继电保护和控制方式都有密切关系.它是供电设计中的主要环节.设计变电所主接线时需注意下述基本要求:

⑴满足负荷对供电可靠性和电能质量要求的前提下,尽量作出简单,灵活,操作方便和经济合理

⑵能满足运行要求时,变电所高压侧尽量少用价格昂贵的断路器或采用高压熔断器保护方式以降低造价,在设备布局上,要考虑是否有扩建需要,要为过渡到最终接线准备条件.

⑶35-110kv供电时如为两路电源对重要负荷供电,应尽量采用桥式结构,负荷容量最大或污秽环境中的35-60kv室外配电装置可以考虑用双母线结线方式,可采用线路—变压器组接线方式.6—10kv装置中一般采用分段母线或单母线接线方式,重要负荷采用双母线.

⑷大容量变电所中,为限制6—10kv出线上的短路电流,应采取下述任意措施

①出线侧装设电抗器

②变压器分裂运行

③采用低压侧为分裂绕组的变压器

④在变压器回路中装设分裂电抗器

⑸接在母线上的阀门避雷器和电压互感器一般合用彝族隔离开关.接在变压器引出线上的阀型避雷器回路,一般不装设隔离开关.

⑹如能满足供电系统安全运行及其保护的要求，35～60kv的终端变电所和分支变电所的高压侧可以采用熔断器或接地开关。

熔断器应尽量避免装设在剧烈振动的地点。

熔断器如装在严重污染或沿海地区应加强其外绝缘。

故依据基本要求⑶及工厂负荷的类型，供电及配电电压，电源进线的数目及主变压器的数目可确定主接线类型。

由本厂负荷计算结果，且存在一、二级负荷和与供电部门协定，由距该厂东侧的区域降压变电所，采用35kv双回线架空线路引入本厂，两个电源不并列运行，在该厂设置35/6kv

总降压变电所，拟在35kv总降压变电所设置两台35/6.3kv，4000kva电力变压器。

故由以上所述采用桥式接线，桥式接线分三种类型：

外桥接线，内桥接线及全桥接线。

外桥接线，对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到全桥或单母线分段的接线，且投资少、占地面积小。

缺点是倒换线路时操作不方便，变电所一侧无线路保护，所以这种接线适用于进线短而倒闸次数少的变电所或变压器采取经济运行需经常切换的终端变电所，以及可能发展为有穿越负荷的变电所。

内桥接线，一次侧可设线路保护，倒换线路时操作方便，设备投资与占地面积均较全桥少，缺点是操作变压器和扩建成全桥或单母线分段不如外桥方便，所以适用于进线距离长，变压器切换少的终端变电所。

全桥接线，适应性强，对线路、变压器的操作均简便，运行灵活，且易于扩展成单母线分段式的中间变电所（高压有穿越负荷时）。

缺点是设备多、投资大、变电所占地面积较大。

依据《工厂供电简明设计手册》，刘介才主编，机械工业出版社，变配电所主接线方案的选择中设计原则的要求第3点，且考虑到35kv双回架空线路长度8km，线路较长，因此采用全桥接线。

工厂总降压变电所6kv侧一般采用单母线（单台变压器时），单母线分段或双母线制。

单母线的可靠性及灵活性都很差，仅适用于三级负荷或另有低压备用电源的一、二级负荷。

此种接线，当母线所连接的任何隔离开关发生故障时，整个系统将停止供电。

单母线分段方式，用于两台或多台变压器的变电所。

接通分段断路器电路，可使两台变压器副方并联运行，任一段母线上的设备发生故障，分段断路器与有关保护装置同时跳闸，可保护无故障母线照常运行，提高了配电的可靠性。

正常工作时如断开分段断路器，由两台变压器分别供电，可以降低6—10kv侧短路电流。

故本厂6—10kv侧采用单母线分段接线方式，分为两段。

其系统接线图见图5-1,所内用电设备均在图纸上标出,此处仅给出主接线图方案的初步拟定。

该接线的主要特点如下：

⑴总降压变电所的6kv侧采用单母线分段接线，用6kv少油断路器将母线分为两段，提高了供电的可靠性和灵活性。

2车间的一级负荷都由两段母线来供电，以保证供电可靠性。

3图5-1系统接线图

⑶为了便于维护和控制，35kv进线装设隔离开关和断路器。

⑷为了适应变压器经济运行的需要，变压器高压侧装设隔离开关和断路器。

⑸按电业部门在35kv侧计量电能的要求，在35kv侧设置电压互感器和电流互感器。

⑹为了防止沿导线传来的雷电冲击波损坏设备绝缘，35kv进线处设置一组阀型避雷器。

⑺总降压变电所对各车间变电所采用高压电缆进行供电。

⑻根据规定，备用电源只有在主电源停止运行及变压器故障或检修时才能投入，因此，备用电源进线开关在正常时是断开的，而6kv母线的分段断路器在正常时则是闭合的。

⑼在6kv母线侧，工作电源与备用电源之间设有备用电源自动投入装置，当工作电源因故障断开时，备用电源会立即投入使用。

⑽采用蓄能整流器提供220v直流操作电源。

当主电源发生故障时，变电所的直流操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。

第六章变配电所进出线的类型截面选择

6.1概述

为了保证供电系统安全，可靠，优质，经济地运行，选择导线和电缆截面时必须满足下列条件：

1发热条件

导线和电缆包括母线在通过正常最大负荷电流（即计算电流）时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。

2电压损耗条件

导线和电缆在通过正常最大负荷电流时产生的电压损耗不应该超过正常运行时允许的电压损耗。

对于工厂内较短的高压线路，可以不进行电压损耗校验。

3经济电流密度

高压线路及特大电流的低压线路，一般应按规定的经济电流密度选择导线和电缆的截面，以是线路的年运行费用接近最小，节约电能和有色金属。

但对于工厂内的很短的10kv及其以下的高压线路和母线，可以不按经济电流密度选择。

4机械强度

导线的截面不应小于最小允许截面。

对于电缆，不必检验机械强度，但是需要校验短路热稳定度。

6.2高压架空线的类型截面选择

根据本厂与供用电部门的协议及结合本厂的实际情况考虑，并依据《工厂供电简明设计手册》有关变配电所进出线的选择范围与线路方式的选择的说明，35kv出线宜采用架空线路，并采用钢芯铝绞线。

因35kv架空线路拟采用钢芯铝绞线，Tmax=6000h，故jec=0.9A/mm2。

全厂的总计算负荷为4566.1kw，功率因数为0.91。

从而线路正常工作时的最大长时工作电流为

Ica=Pca/UNcos=4566.1/35×0.91×=82.77A

故Aec=82.77/0.9=91.97mm2，取标准截面70mm2，故初选LGJ-型钢芯铝绞线。

⑴校验发热条件

一般决定导线允许载流量时，周围环境温度均取+25℃，而是

时，导线的长时允许电流应进行修正，即：

Ial=Iac×K

K=

其中，

—导线正常工作时饿最高允许温度；

—导线的允许载流量所采用的环境温度；

—导线敖设地点实际的环境。

K为电流修正系数，查表。

故Ial=275×0.94=259A＞Ica=82.77A因此满足发热条件。

⑵校验机械强度

查表得架空钢芯铝绞线最小允许截面为16mm2＜A=70mm2，因此所选LGJ-型钢芯铝绞线满足机械强度要求。

⑶校验电压损失

U%=100∑P×L/UN2A

其中，为电导率[m/（·mm2）]，铜为53，铝为32

UN为额定线电压，kv

P为有功负荷，Kw

L为从负荷点到线路首端的长度，km

故U%=100×4566.1×8/3×352×32×70=0.45%

正常运行的高压输电线路允许电压损失百分数为5-8%，故电压损失符合要求。

6.36kv母线的选择及校验

母线材料有铜、铝、钢等。

铜的导电率高，抗腐蚀；铝质轻、价廉。

在选择母线材料时，应遵循“以铝代铜”的技术政策，除规程只允许采用铜的特殊环境外，均采用铝母线。

铜母线只用于负荷电流很小、年利用小时少的地方。

母线形状有矩形、管形和多股绞线等种类。

室外电压在35kv以下，室内在10kv以下，通常采用矩形母线，因它较实心圆母线具有冷却条件好，交流电阻小，在相同条件下，截面较小的优点。

矩形母线从冷却条件、集肤效应、机械强度等因素综合考虑，通常采用高、宽比为1/5～1/12矩形材料。

35kv以上的室外配电母线，一般采用多股绞线（如钢芯铝绞线），并用耐张绝缘子串固定在构件上，使得室外母线的结构和布置简单、投资少、维护方便。

因而35kv母线，采用钢芯铝绞线，用耐张绝缘子串固定在构件上，6kv母线采用矩形母线，矩形母线平放。

汇流母线截面，一般按长时最大工作电流选，用短路条件校验其动、热稳定性，但对年平均负荷较大，线路较长的铝母线（如变压器回路等），则按经济电流密度选。

⑴按长时最大工作电流选择母线截面

Ica=Pca/UNcos=4566.1/6×0.93=472.44A

根据最大长时允许电流选50×5的矩形母线，查得其额定电流为625A（30℃）。

由于环境最高温度为30℃，其长时允许电流为

Ial‘=625×

=589.26A

考虑到动稳定性，母线采用平放，其允许电流值应再降低5%，故为

Ial=589.26×0.95=559.8＞472.44A

长时允许电流符合要求。

⑵按短路条件进行校验（各相关参数见下节短路电流计算）

母线最小热稳定截面

Smin=I∞

/C=5917×

/97=90mm2

小于所选铝母线截面50×5=250mm2，故热稳定符合要求。

GG-1A配电柜宽1.2m，柜间空隙为0.018m，母线中心距为0.25m。

母线所受的电动力最大值

F=0.172ish2L/a=0.172×15.12×1.218/0.25=191N

母线的最大弯矩为

Mmax=FL/10=23.3Nm

母线的计算应力为

c=Mmax/W=23.3×6/502×5×10-9=0.11×10-8N/m2

小于铝材料的允许弯曲应力0.686×10-3N/m2，故动稳定符合要求。

第七章短路电流计算

供电系统的设计，除考虑正常运行状态，还要考虑可能发生短路故障及不正常运行状况。

短路的主要原因是电气设备绝缘损坏或是操作人员未按照规程操作造成的。

短路时，短路电流大大超过正常工作电流，将会引起电气设备绝缘过热，甚至烧毁。

此外，还将影响其它电气设备的正常工作。

基于上述原因，在设计时，要计算短路电流值，以便为正确选择电气设备及保护装置设计提供依据。

短路类型主要有三相短路

，两相短路

，单相短路

和两相接地短路，其中三相短路电流对电气设备影响最大。

一般情况下都计算三相短路电流。

短路电流计算的方法有欧姆法，标幺值法和短路容量法。

这里采用标幺值法。

短路计算点的选择见下图7-1。

选定基准值：

Sd=100MVAUd1=37kvUd2=6.3kv

计算公式如下：

Ik（3）=Id/X∑*

式中,Ik（3）—三相短路电流

Id—基准电流

图7-1短路计算点选择示意图

X∑*—总电抗标幺值

ish=2.55I=2.55Ik（3）

Ish=1.52I=1.52Ik（3）

IK

（2）=0.866Ik（3）

Xs*=Sd/Sk

式中,ish—短路电流冲击值,KA

Ish—冲击电流有效值,KA

IK

（2）—两相短路电流,KA

Sd—基准功率,MVA

Sk—短路容量,MVA

短路计算等效图见下图7-2。

⑴系统最大运行方式下短路电流计算

Xs*=Sd/Sk=100/200=0.5

Xl*=X0LSd/Ud12=0.4×8×100/372=0.234

图7-2短路计算等效图

XT*=Uk%Sd/SNT=0.065×100×103/4000=1.625

1K—1点短路时:

Id1=100/

×37=1.56KA

X∑k–1*=0.5+0.234=0.734

IK–1*=1/X∑可–1*=1/0.734=1.362

IK–1（3）=IK–1*×Id1=1.362×1.56=2.125KA

I=I∞=IK–1（3）=2.125KA

ishk–1=2.55×2.125=5.419KA

Ishk–1=1.52×2.125=3.23KA

Sk–1=Sd/X∑k–1*=100/0.734=136.24MVA

IK–1

（2）=0.866IK–1（3）=0.866×2.125=1.84KA

2K—2点短路时:

Id2=100/

×6.3=9.16KA

X∑k–2*=0.5+0.234+1.625/2=1.547

IK–2*=1/X∑k–2*=0.646

IK–2（3）=IK–2*×Id2=5.917KA

I=I∞=IK–2（3）=5.917KA

ishk–2=2.55×5.917=15.088KA

Ishk–2=1.52×5.917=8.99KA

Sk–2==Sd/X∑k–2*=100/0.547=64.64MVA

IK–2

（2）=0.866IK–2（3）=0.866×5.917=5.12KA

⑵系统最小运行方式下短路电流计算

Xs*=Sd/Sk=100/175=0.57

Xl*=X0LSd/Ud12=0.4×8×100/372=0.234

XT*=Uk%Sd/SNT=0.065×100×103/4000=1.625

（1）K—1点短路时:

Id1=100/

×37=1.56KA

X∑k–1*=0.57+0.234=0.804

IK–1*=1/X∑可–1*=1/0.804=1.244

IK–1（3）=IK–1*×Id1=1.94KA

I=I∞=IK–1（3）=1.94KA

ishk–1=2.55×1.94=4.947KA

shk–1=1.52×1.94=2.95KA

Sk–1=Sd/X∑k–1*=100/0.804=124.4MVA

IK–1

（2）=0.866IK–1（3）=0.866×1.94=1.68KA

（2）K—2点短路时:

Id2=100/

×6.3=9.16KA

X∑k–2*=0.57+0.234+1.625=2.429

IK–2*=1/X∑k–2*=1/2.429=0.412

IK–2（3）=IK–2*×Id2=3.77KA

I=I∞=IK–2（3）=3.77KA

ishk–2=2.55×3.77=9.16KA

Ishk–2=1.52×3.77=5.73KA

Sk–2==Sd/X∑k–2*=100/2.429=41.17MVA

IK–2

（2）=0.866IK–2（3）=0.866×3.77=3.26KA

第八章电气设备选择

高压电气设备的选择原则:

变电所用的高压设备一般有断路器,隔离开关,负荷开关,高压断路器等,它们各有特点,根据安装地点和环境的不同,电气设备分室内型和室外型两种.在选择电气设备时应该注意安全可靠和有适当发展的裕度.除了考虑它们的型式及安装地点外,还应注意以下原则:

⑴额定电压

电器设备的额定电压

不小于电器设备安装地点的工作电压

即

⑵额定电流

电器设备的额定电流

不小于电器设备工作时的长期工作电流

即

设计时取周围空气温度40℃作为计算值,如果安装地点气温大于40℃.则因冷却条件较差,工作电流应适当降低,如果安装地点气温小于40℃,则每降低1℃,可允许电流增加0.5%,但是增加总数不得大于额定电流的2