变电所一次系统电气主接线的设计.docx

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变电所一次系统电气主接线的设计

变电所一次系统电气主接线的设计

课程设计目的、设计原始资料及分析、设计任务及要求………………………………………………………………………3

主接线方案论证………………………………………………………5

变压器台数及容量选择………………………………………………7

短路电流计算…………………………………………………………9

无功补偿分析…………………………………………………………10

设计小结………………………………………………………………12

参考文献………………………………………………………………12

A.课程设计目的、设计原始资料及分析、设计任务及要求

（一）设计目的

本课程设计是高校工科电气类相关专业的一门专业实践课。

其目的是：

1．巩固和扩大所学的专业理论知识，并在课程设计的实践中得到灵活应用；

2．学习和掌握发电厂、变电所电气部分设计的基本方法，树立正确的设计思想；

3．培养独立分析和解决问题的工作能力及解决实际工程设计的基本技能；

4．学习查阅有关设计手册、规范及其他参考资料的技能。

（二）设计条件（原始资料）

1、某企业为保证供电需要，要求设计一座35KV降压变电所，以10KV电缆给各车间供电，一次设计并建成。

2、距该变电所65KM处有一系统变电所，用35KV双回架空线路向待设计的变电所供电。

在最大运行方式下，待设计变电所高压母线上的短路功率为1000MVA。

3、待设计变电所10KV侧无电源，考虑以后装设两组电容器，提高功率因数，故要求预留两个间隔。

4、35KV出线7回，最大负荷10000KVA，cos∮＝0.8，Tmax＝4000h；10KV出线10回，最大负荷3600KVA，cos∮＝0.8，Tmax＝3000h。

5、本变电所10KV母线到各车间均用电缆供电，其中一车间和二车间为Ⅰ级负荷，其余为Ⅱ级负荷。

各馈线负荷如表1所示。

表1各馈线负荷

序号

车间名称

有功功率（KW）

无功功率（KVAR）

1

一车间

1046

471

2

二车间

735

487

3

机械加工车间

808

572

4

装配车间

1000

491

5

锻工车间

920

276

6

高压站

1350

297

7

高压泵房

737

496

8

其他

931

675

6、所用电的主要负荷见表2。

表2所用电的主要负荷

序号

设备名称

额定容量（KW）

功率因数

台数

1

主充电机

20

0.88

1

2

浮充电机

4.5

0.85

1

3

蓄电池室通风

2.7

0.88

1

4

屋内配电装置通风

1.2

0.79

2

5

交流电焊机

15.5

0.5

2

6

检修试验用电

13

0.8

1

7

载波

0.96

0.69

1

8

照明负荷

18

0.8

9

生活用电

14

0.8

7、环境条件：

当地海拔高度507.4m，年雷电日36.9个，空气质量优良，无污染，历年平均最高气温29.9℃，土壤电阻率ρ≤500Ω•m。

（三）原始资料分析

1.本站经2回35KV线路与系统相连，分别用35KV和10KV向本地用户供电。

2.环境参数：

海拔<1000米，地震级<5级，最低温度0℃，最高温度35℃，雷暴20日/年。

3.系统参数：

110KV系统为无穷大系统，距离本站65KM，线路阻抗按0.4欧/KM计算。

4.35KV出线7回，最大负荷10000KVA，cos∮＝0.8，Tmax＝4000h；10KV出线10回，最大负荷3600KVA，cos∮＝0.8，Tmax＝3000h，均为一般用户。

5.站用电为160KVA。

根据本站为2回110KV线路进线，35KV、10KV最大负荷时间分别为4000h、3000h，可以判断本站为重要变电站，在进行设计时，应该侧重于供电的可靠性和灵活性。

（四）设计任务

1、电气主接线方案论证及制图；

2、主变压器容量、型式及台数的选择；

3、所用变压器容量、台数的选择；

4、短路电流计算；

5、导体及主要电气设备的选择（选做）；

6、无功补偿分析。

（五）设计要求

1、主接线方案论证：

《变电所设计技术规程》规定：

35KV配电装置中，当进线为2回时，一般采用桥行接线；当出线为2回以上时，一般采用单母线分段或单母线接线。

应考虑几个方案，进行经济和技术比较并选择最终方案。

这里给出单母线接线、单母分段接线、内桥接线、外桥接线四个方案。

2、主变压器容量的选择：

一般选用两台以上主变压器，每台主变压器的容量要求能带全部负荷的70%~80%。

3、所用变压器容量的选择：

所用变压器一般选用两台以上，每台容量S≥K1·∑P1＋∑P2.

式中K1=0.85，∑P1——所用动力负荷之和；∑P2——电热及照明负荷之和。

4、短路电流计算：

（1）做出系统网络图。

选定两个短路点K1、K2（主变高压侧、10KV母线上）；

（2）变压器参数计算；

（3）计算短路电流周期分量ich、短路电流最大有效值Ich。

5、导体与电气设备的选择：

（选做，不作硬性要求）

包括35KV输电线路、10KV电缆；35KV断路器及隔离开关、10KV断路器及隔离开关；电流互感器、电压互感器的配置；避雷器的配置。

6、无功补偿：

这里仅要求阐述无功补偿的意义和补偿方式，并对各种补偿方式的优缺点进行分析，不作具体计算。

B.主接线方案论证

方案一：

单母线接线

各电源和出线都接在同一条公共母线上，其电源在发电厂是发电机或变压器，在变电所是变压器或高压进线回路。

1.单母线接线的优点

简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便，有利于扩建和采用成套配电装置。

2.单母线接线的主要缺点

母线或母线隔离开关检修时，连接在母线上的所有回路都将停止工作；当母线或母线隔离开关上发生短路故障或断路器靠母线侧绝缘套管损坏时，所有断路器都将自动断开，造成全部停电；检修任一电源或出线断路器时，该回路必须停电。

3.单母线接线对出线的要求

单母线接线方式，10kV出线一般不超过5回，35出线不超

过5回，110～220出险不超过2回。

方案二单母线分段接线

出线回路数增多时，可用断路器或隔离开关将母线分段，成为单母线分段接线，如图8-3所示。

根据电源的数目和功率，母线可分为2～3段。

1.单母线分段接线的优点

该接线方式由双电源供电，故供电可靠性高，同时具有接线简单、操作方便、投资少等优点。

当一段母线发生故障时，分段断路器或隔离开关将故障切除，保证正常母线不间断供电，不致使重要的用户停电，提高了供电的可靠性。

2.单母线分段接线的缺点

当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开接在该分段上的全部电源和出线，这样就减少了系统的发电量，并使该段单回路供电的用户停电；任一出线断路器检修

时，该回路必须停止工作。

方案三内桥接线

内桥接线如图8-15（a）所示，桥臂置于线路断路器的内侧。

其特点如下：

（1）线路发生故障时，仅故障线路的断路器跳闸，其余三条支路可继续工作，并保持相互间的联系。

（2）变压器故障时，联络断路器及与故障变压器同侧的线路断路器均自动跳闸，使未故障线路的供电受到影响，需经倒闸操作后，方可恢复对该线路的供电。

（3）线路运行时变压器操作复杂。

内桥接线适用于输电线路较长、线路故障率较高、穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式的场合。

方案四外桥接线

外桥接线如图8-15（b）所示，桥臂置于线路断路器的外侧。

其特点如下：

（1）变压器发生故障时，仅跳故障变压器支路的断路器,其余支路可继续工作，并保持相互间的联系。

（2）线路发生故障时，联络断路器及与故障线路同侧的变压器支路的断路器均自动跳闸，需经倒闸操作后，方可恢复被切除变压器的工作。

（3）线路投入与切除时，操作复杂，影响变压器的运行。

这种接线适用于线路较短、故障率较低、主变压器需按经济运行要求经常投切以及电力系统有较大的穿越功率通过桥臂回路的场合。

综上分析，变电所负荷均为一、二级负荷，要安全可靠性高，因此，35KV进线采用内桥接线方式最优，母线采用单母线分段接线方式最优。

C.变压器台数及容量选择

一、变电站主变压器台数及容量选择

（一）变电所主变压器台数的选择

选择主变压器台数应考虑下列原则:

1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。

对供有大量一，二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另外一台变压器能对一，二级负荷继续供电。

2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两台变压器。

综上，选取两台主变压器。

（二）变电所主变压器容量选择。

每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：

任一台变压器单独运行时，宜满足：

任一台变压器单独运行时，应满足：

，即满足全部一、二级负荷需求。

为满足以后扩建的需要，还应同时满足：

3600 KVA× ＝5737.85 KVA

所以选取两台S9-6300/35型号变压器。

二、站用变压器台数及容量的选择

站用变容量的计算：

S=20/0.88+4.5/0.85+2.7/0.88+2*1.2/0.79+2*15.5/0.5+13/0.8+0.96/0.69+18/0.8+14/0.8=153.77KVA

根据上述计算结果，可以直接选用两台S9-160/35型号变压器（其中，一台备用）。

所选变压器技术参数如下表所示：

变压器

型号

额定

容量

/kVA

额定

电压

/kV

联结组别

损耗/kW

空载

电流

%

短路

阻抗

%

一次

二次

空载

负载

S9-6300/35

6300

35

10.5

Yd11

7.9

34.5

0.7

7.5

S9-160/35

160

35

0.4

Yyn0

0.45

2.8

1.8

6.5

D.短路电流的计算

一、确定基准值

Sd=100MV·AUc1=35KV+355%KV=36.75KVUc2=10KV+105%KV=10.5KV

Id1===1.57KA

Id2===5.5KA

二、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

1）.电力系统电抗标幺值：

Soc=1000MV﹒A

==0.1

2）.架空线路的电抗标幺值：

X0=0.4Ω/Km

3）.电力变压器的电抗标幺值：

==

绘短路等效电路图如下图所示：

三、计算k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量

1）.总电抗标幺值

由于是采用两回进线，所以

2）.三相短路电流周期分量有效值：

3）.其他三相短路电流

4）.三相短路容量

四、计算k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量

1）.总电抗标幺值：

2）.三相短路电流周期分量有效值：

3）.其他三相短路电流：

4）.三相短路容量：

E.无功补偿分析

一、无功补偿的原理

   电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90℃.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压