35kV降压变电站设计11Word文档下载推荐.docx
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2.1.2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”。
2.1.3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。
2.1.4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。
2.1.5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。
2.2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：
2.2.1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：
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。
（3）方案3：
采用外桥接线
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。
以上几个方案，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
内桥
外桥
断路器台数
5
3
隔离开关组数
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3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
2.3变电所主变压器的选择
2.3.1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。
2.3.2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；
UN）。
（3）根据设计任务书，负荷计算如下：
10kV侧：
（20条线路同）
10kv1线---10kv20线
S30=2000KVAKd=0.7cos
=0.9tg
=0.484
P30
（1）=2000*0.7=1400kW
Q30
（1）=1400×
0.484=677.6kVar
S30
（1）=1555kVA
I30
（1）=1555/（
×
10.5）=89.8A
a.10kV侧总的计算负荷
有功、无功同时系数可取：
K∑P=0.7K∑Q=0.7
根据公式（1-5），总的有功计算负荷
P30（10）=0.7×
（1400*20）=28000kW
根据公式（1-6），总的无功计算负荷
Q30（10）=0.7×
（677.6*20）=13552kVar
根据公式（1-7），总的视在计算负荷
S30（10）=
=31111kVA
根据公式（1-8），总的计算电流
I30（10）=31111/（
10.5）=1710.7A
35kV侧：
a.35kV侧总的计算电流
I30（35）=31111/（
37）=485.5A
2.4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）=28000kWS30（10）=31111kVA
cos
=P30（10）/S30（10）=28000/31111=0.9
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
’）=28000×
（tg
tg
）
=28000×
0.536=15008kVar
（2）补偿后
10kV侧P30’（10）=28000kW不变
Q30’（10）=Q30（10）-Qc=15008-13552=1456kVar
S30’（10）=
=
=28037kVA
变压器损耗△PT≈0.015S30’（10）=0.015×
28037=420kW
△QT≈0.06S30’（10）=0.06×
15006=900kVar
35kV侧S30’（35）=
=
=28941KVA
补偿后的功率因数cos
（1）=P30（35）/S30’（35）
=（28000+420）/28941=0.98>
0.9
显然满足要求。
2.5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）=28941kVA
因而，
（1）装设一台主变时主变容量可选为：
ST=31500KVA>
28941KVA（一台SFZ-31500/10）
（2）装设两台主变时主变容量可选为：
SN.T=0.7*28941kva=20258KVA
本工程设计两台主变，（一台运行一台备用）型号为S9-31500/35。
变压器的技术数据
产品型号
SFZ-31500/35
额定容量（kVA）
31500
额定电压（kV）
高压
35
低压
10.5
连接组标号
Y,d11
空载损耗（kW）
19.4
空载电流（%）
0.7
负载损耗（kW.75℃）
高低
69
短路阻抗（%.75℃）
17.5
冷却方式
油浸自冷
温升（K）
55
2.6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
一、动力负荷
1
综合自动化系统
1.8
2
通信电源
0.5
整流电源
3.3
6.6
4
空调机
3.5
检修用电
20kVA
动力负荷∑P1=（1.8+0.5+3.3+3.5）/0.85=10.7（kVA）
二、照明负荷
面积（
单位面积照明功率（W/
负荷（W）
主控室
46.5
40
1860
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
3.短路电流计算
3.1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。
3.2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。
4．电气设备的选择设计
4.1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，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%—80%。
③同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多。
应从全网出发，推行系列化、标准化。
（2）主变压器台数确定原则
①对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。
②对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
③对于规划只装设两台主变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1—2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。
根据《电力工程电气设计手册⑴》（电气一次部分）的要求，并根据本变电所的具体情况和可靠性的要求，以及今后5～10年城市负荷的增长，由于该变电所为城郊变电所，主变压器容量应于城市规划相结合，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展要求，选用同型号的三相双绕组变压器两台。
（3）主变容量的选择
经计算知，主变压器的最大负荷为S30’（35）=5560.19kVA。
对具有两台主变的变电所，其中一台主变的容量应大于等于70%的全部负荷或全部重要负荷，两者中取最大值作为确定主变容量的依据。
根据S30’（35）可求出主变容量应为3892.13kVA（计算过程见第二章第三节），可选用S9-4000/35节能型电力变压器;
对装设一台主变，其容量应为6300kVA，但考虑到今后5—10年内的发展情况并根据《精河县“十五”国民经济发展规划》报告，“十五”期间精河县计划投产有较大耗电项目，并结合规划要求，且由绪论中负荷预测可知需加大主变压器容量，因而选用两台S9-6300/35型变压器作为主变，二次电压为10kV。
本期只上一台主变，型号为S9-6300/35。
（4）过负荷能力校验
关于过负载能力校验的计算略去，因所选主变容量6300kVA>
3892.13kVA。
4.2电气主接线的确定
4.2.1主接线的设计原则
设计变电所电气主接线时，所遵循的总原则：
①符合设计任务的要求；
②符合有关的方针、政策和技术规范、规程；
③结合具体工程的特点，设计出技术经济合理的主接线。
为此，应考虑下列情况：
（1）确定变电所在电力系统中的地位和作用
各类变电所在电力系统中的地位是不同的，所以对主接线的可靠性、灵活性和经济性等的要求也不同，因此，就决定了有不同的电气主接线。
（2）确定变压器的运行方式
有重要负荷的农村变电所，应装设两台容量相同或不同的变压器。
农闲季节负荷低时，可以切除一台，以减少空载损耗。
（3）合理地确定电压等级
农村变电所高压侧电压普遍采用一个等级，低压侧电压一般为1—2个等级，目前多为一个等级。
（4）变电所的分期和最终建设规模
变电所根据5—10年电力系统发展规划进行设计。
一般装设两台主变压器。
当技术经济比较合理时，终端或分支变电所如只有一个电源时，也可只装设一台主变压器。
（5）开关电器的设置
在满足供电可靠性要求的条件下，变电所应根据自身的特点，尽量减少断路器的数目。
特别是农村终端变电所，可适当采用熔断器或接地开关等简易开关电器，以达到提高经济性的目的。
（6）电气参数的确定
最小负荷为最大负荷的60%—70%，如果主要负荷是农业负荷，其值为20%—30%；
按不同用户，确定最大负荷利用小时数；
负荷同时系数Kt：
35kV以下的负荷，取0.85—0.9；
大型工矿企业的负荷，取0.9—1；
综合负荷功率因数取0.8，大型冶金企业功率因数取0.95；
线损率平均值取8%—12%，有实际值时按实际值计算。
按GB50059—92《35～110kV变电所设计规范》（国家标准）的有关规定，本变电所为简易变电所，从投资方面考虑要减少投资，但要保证供电可靠性，因而按照规程要求：
4.2.235kV侧的接线方式
出线为三回，考虑到主变不会经常投切，线路检修操作方便、便于扩建和采用成套配电装置等因素，采用单母线接线方式。
单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。
供电电源是变压器或高压进线回路。
母线既可以保证电源并列工作，又能使任一条出线回路都可以从电源1或电源2获得电能。
每条引出线回路中都装有断路器和隔离开关，靠近母线侧的隔离开关称作母线隔离开关，靠近线路侧的隔离开关称作线路隔离开关。
按照规程要求，单母线接线35—66kV配电装置的出线回路数不超过3回。
断路器选用六氟化硫断路器。
4.2.310kV侧的接线方式
对10kV侧的接线方式，按照规程要求，采用单母线简易分段接线方式。
单母线分段接线的优点：
①用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；
②当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线不间断供电和不致使大面积停电。
按照规程要求，单母线简易分段接线35—66kV配电装置的出线回路数为4—8回时。
不对重要用户回路，均以双回线路供电，以保证供电的可靠性。
考虑到减小配电装置的占地和占用空间，消除火灾、爆炸的隐患及环境保护的要求，断路器选用性能比少油断路器更好的户外高压真空断路器。
4.3短路电流水平
4.3.1短路的危害
发生短路时，由于部分负荷阻抗被短接掉，供电系统的总阻抗减小，因而短路回路中短路电流比正常工作电流大得多。
在大容量电力系统中，短路电流可达几万安培甚至几十万安培。
如此大的短路电流会对供电系统产生极大的危害。
（1）短路电流通过导体时，使导体大量发热，温度急剧升高，从而设备绝缘；
同时，通过短路电流的
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