变电所设计.docx
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变电所设计
摘要1
一、负荷统计和计算2
（一）负荷计算的意义2
（二）负荷计算方法2
（三）负荷统计及计算2
二、主接线设计方案5
（一）主变压器的选择5
（二）电气主接线的设计5
三、短路计算7
（一）短路的原因危害及类型7
（二）各元件电抗标幺值计算7
（三）短路点的确定8
四、电气设备选择和校验11
（一）母线的选择及校验11
（二）断路器的选择及校验14
（三）电压互感器的选择及校验15
（四）所用变设备的选择18
五、保护接地装置及防雷保护19
（一）接地部分及接地装置计算19
（二）防雷保护20
致谢24
参考文献25
黑龙江交通职业技术学院毕业论文09级电气自动化技术专业
摘要
本次设计的内容为35kV小型化变电站的设计。
文中对主接线的选择、高压设备的选
择、负荷计算、短路电流计算，动稳定和热稳定校验，各种继电保护选择和整定计算皆有充分说明。
特别对主接线的选择，变压器的选择，对设备的二次保护和防雷措施，还有一些电气设备如断路器、电压互感器等的选择校验作了详细的说明和分析。
本次设计为35kV常规变电所电气系统设计，主要满足当地农业生产和生活的需要。
经过查阅资料和老师的指导完成了以下设计内容：
主变的选择；主接线的设计；短路计算;
电气设备的选择及校验；接地装置及防雷保护设计；变电所继电保护设计；二次侧综合自动化系统设计。
完成的设计图纸如下：
①主接线图；②平面布置图；③防雷保护图；④接地网布置图；⑤室外电气设备断面图；⑥综合自动化系统结构框图；⑦电气平面布置图通过本次设计，使我对本专业的知识更加的了解熟悉，为我以后走向工作岗位奠定了
良好的基础，同时通过本次设计也能发现自己本身的不足和存在问题，使我在以后的工作中能避免犯同样的错误。
但由于自己的能力和经验有限，本次设计一样存在很多缺点和不足，希望各位老师提出指正。
关键词：
35kV变电所继电保护电气设备主接线
一、负荷统计和计算
目前，我国的城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造，与此相应，城乡变电
所也必须进行更新换代，我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所、微机监测变电所、综合自动化变电所相继出现，并取得了迅猛的发展。
随着改革的不断深化，经济的迅速发展。
各电力部门对变电所设计水平的要求将越来越高。
现在所设计的常规变电所最突出的问题是设备落后，结构不合理，占地多，投资大,
损耗高，效率低，尤其是在一次开关和二次设备造型问题上，基本停留在50—60年代的
水平上，从发展的观点来看，将越来越不适应我国城市和农村发展的要求。
国民经济不断发展，对电力能源需求也不断增大，致使变电所数量增加，电压等级提高，供电范围扩大及输配电容量增大，采用传统的变电站一次及二次设备已越来越难以满足变电站安全及经济运行，少人值班或者无人值班的要求。
现在已经大多采用了微机保护。
分级保护和常规保护相比，增加了人机对话功能，自控功能，通信功能和实时时钟等功能，因此如果通过电力监控综合自动化系统，可以使变电站内值班人员或调度中心的人员及时掌握变电站的运行情况，直接对设备进行操作，及时了解故障情况，并迅速进行处理，达到供电系统的管理科学化、规范化、并且还可以做到与其他自动化系统互换数据，充分发挥整体优势，进行全系统的信息综合管理。
（一）负荷计算的意义
计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷。
它是设计时作为选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的重要依据。
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。
（二）负荷计算方法
目前负荷计算常用需要系数法、二项式法、和利用系数法，前二种方法在国内设计单
位的使用最为普遍。
此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法和ABC法等.常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时，应将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需用系数Kx，然后按照上述公式求出该组用电设备的计算负荷。
（三）负荷统计及计算
本次设计主要为满足农村生产生活，其用电负荷统计表如表1-1
表1-1负荷统计表
回路序号
贿赂名称
用户类型
容量
（KVA
需用系数
变压器台数
线长（km
供电回路
负荷级别
生活用电
800
0.7
1
第一区
灌溉用电
800
0.85
25
15
1
3
农产品加工
700
0.7
生活用电
800
0.75
2
第二区
农产品加工
700
0.7
20
20
1
3
灌溉用电
700
0.85
3
第三区
生活用电
800
0.8
18
16
1
3
灌溉用电
900
0.7
4
第四区
生活用电
600
0.75
15
15
1
3
灌溉用电
700
0.7
第一供电区：
Sj$=
（0.7X800+0.85X800+0.7X700）x0.85=1470.5
（kVA）
第二供电区：
SjS2=
:
（0.75X800+0.7X700+0.85X700）
X0.8=1348
（kVA）
第三供电区：
Sjs3=
：
（0.8X800+0.9X900）X0.8=1160
（kVA
第四供电区：
SjS4=
:
（0.75X600+0.8X700）X0.75=705
（kVA）
变电所设计当年的计算负荷由：
4
Sjs=Ki_Sjsi（1'x%）
i=1
式中Kt――同时系数；一般取0.85-0.9
X%线损率：
高低压网络的综合线损率在8%^12%系统设计时采用10%
Sj^=Ki（Sjs1Sjs2Sjs3Sjs4）X（1+X%
=0.9=4905.32
X（1470.5+1348+1160+705）X（1+10%（kVA）
计算负荷增长后的变电所最大计算负荷为
Sjszd
=Sjs
式中n——年数取8年m年负荷增长率取5%
Sjszd――N年后的最大计算负荷
Sjszd=4905.32e85%=7317.87（kVA）
（一）主变压器的选择
为保证供电的可靠性，避免一台主变故障或检修时影响供电，变电所一般装设两台主变压器，但一般不超过两台变压器。
当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器
每台主变的额定容量：
Se_0.6Sjszd
即：
Se-0.6X7317.87=4390.772（kVA）
主变压器采用双绕组有载调压电力变压器，根据电力设计手册，可选择SZ9-5000/35
型有载调压变压器，其技术数据如表3-1o
表2-1SZ9—5000/35技术数据
额定电压
高压分接
联结组别
阻抗
空载
短路
空载
高
压
低
压
头范围
电压
损耗
损耗
电流
35
10.
5
±3X2.5
Yd11
7.0（%
6.9kw
45KW
1.1（%
（二）电气主接线的设计
电气主接线的设计原则
（1）考虑变电所在电力系统的地位和作用
变电所在电力系统的地位和作用是决定主接线的主要因素。
变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。
（2）考虑近期和远期的发展规模
变电所主接线设计应根据五到十年电力系统发展规划进行。
应根据负荷的大小及分布负荷增长速度和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。
（3）考虑主变台数对主接线的影响
变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将会产生直接的影响。
通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。
而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性的要求低。
（4）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响
发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。
电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时否允切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式
35kV侧采用隔离开关和断路器配合作为变压器的过负荷和短路保护。
10kV侧采用隔
离开关和断路器配合保护。
主接线形式采用单母线分段接线方式，这种接线方式本身简单、经济、方便，同时又克服了一些缺点，使可靠性和灵活性有所提高。
主接线图如图3-1所
示
图2-1变电所主接线图
二、短路计算
（一）短路的原因危害及类型
1.短路的原因
发生短路的主要原因是由于电力系统的绝缘被破坏。
在大多数情况下，绝缘的破坏多数是由于未及时发现和未及时消除设备中的缺陷，以及设计、安装和运行维护不当所，例如：
过电压、直接雷击、绝缘材料的陈旧、绝缘配合不好、机械损坏等，运行人员的错误操作，如带负荷拉开隔离开关，或者检修后未拆接地线就接通断路器；在长期过负荷元件中，由于电流过大，载流导体的温度升高到不能容许的程度，使绝缘加速老化或破坏；在小接地电流系统中未及时或消除一相接地的不正常工作状态，此时，其它两相对地电压升高3倍，造成绝缘损坏；在某些化工厂或沿海地区空气污秽，含有损坏绝缘的气体或固体物质，如不加强绝缘，经常进行维护检修或者采取其他特殊防护措施等，都很容易造成短路。
此外，在电力系统中，某些事故也可能直接导致短路，如杆塔塌导线断线等。
动物或飞禽跨接载流导体也会造成短路事故。
2.短路的危害
短路电流所产生的电动力能形成很大的破坏应力，如果导体和它们的支架不够坚固，则可能遭到严重破坏。
短路电流越大，通过的时间越长，对故障元件破坏的程度也越大。
由于短路电流很大，即使通过的时间很短，也会使短路电流所经过的元件和导体收起不能容许的发热，从而破坏绝缘甚至使载流部分退火、变形或烧毁。
既然发生短路时流通很大的短路电流（超过额定电流许多倍），这样大的短路电流一旦流经电气设备的载流导体，必然要产生很大的电动力和热的破坏作用，随着发生短路地点和持续时间的长短，其破坏作用可能局限于一小部分，也可能影响整个系统。
3.短路的类型
三相系统中短路的基本类型有：
三相短路、两相短路、单相短路（单相接地短路）和两相接地短路。
除了上述各种短路以外，变压器或电机还可能发生一相绕组匝间或层间短路等。
根据运行经验统计，最常见的是单相接地短路，约占故障总数的60%两相短路约
占15%两相接地短路约占20%三相短路约占5%三相短路虽少，但不能不考虑，因为它毕竟有发生的可能，并且对系统的稳定运行有着十分不利的影响。
单相短路虽然机会多短路电流也大，但可以人为的减小单相短路电流数值，使单相短路电流最大可能值不超过三相短路电流的最大值。
这就使全部电气设备可以只根据三相或两相短路电流来选择，况且三相短路又是不对称短路的计算基础，尤其是工业企业供电系统中大接地电流系统又很少，因此应该掌握交流三相短路电流的计算。
（二）各元件电抗标幺值计算
取Sb=100MVAUB=Uav系统电源电势标幺值为1，系统电抗标幺值最大运行方式
Xmin=0.2，最小运行方式Xmax=0.3,主变的等效阻抗标幺值
XTi=x%/100XSb/S=7/100X100X103/5000X103=1.4
当系统处于最大运行方式下，即两台主变并列运行：
XT2=XT1X0.5=0.7
高压侧电源进线的阻抗标幺值：
X0*=x1*XLXSB/UB=0.4X20X100/372=0.73
低压侧各出线的阻抗标幺值：
Xs
Xt
X
1
X1
X2
X4
*
ds
d4
d5
d6
XL
[d1
图3-1短路点确定图
ich=2KchXId1⑶max=■2X1.8X2.03=2.55X2..03=5.17（kA）
Ich=Id1⑶maxX.12（Kch-1）2=1.51X2.03=3.07（kA）
產二型=130（MVA）
Xjs*0.20.584
最小运行方式各短路电流
E〃1
Id1min*
===1.27（kA）
XmaxX00.30.73
⑶
min=
Idlmin*
SB
=1.27"00
1337
=1.98（kA）
I
（2）idimin
=仝XId1⑶min=3X1.98=1.71（kA）
22
ich=2XKchXI''=2X1.8X1.92=2.55X1.98=5.04（kA）
Ich=I"X12（Kch—1）2=1.51X1.98=2.99（kA）
SB100
Sd=—==127（MVA）
Xjs*0.30.73
d2点发生短路时：
最大运行方式各短路电流
//
I
（2）max=^Xld2⑶max=^X3.74=3.24（kA）
22
ich=.2KchXId2⑶max=2X1.8X3.74=2.55X3.74=9.52（kA）
Ich=Id2（3）max.,1-2（Kch一1）2=3.74X1.51=5.65（kA）
SB100—A\
Sd===68（MVA）
Xjs*0.20.730.7
最小运行方式各短路电流
（3）
d2min:
=Id2minSB=0.46100=2.53（kA）
3Uav310.5
（2）d2min
=出X2.53=2.19（kA）
2
ich=2KchXId2min=乜2X1.8X2.53=2.55X2.53=6.44（kA）
Ich=Id2（3）12（心-1）2=2.53X1.51=3.82（kA）
Sd=丑=100=46（MVA）
Xjs*0.30.731.4
各短路点短路电流如表3-1所示。
表3-1短路电流表
短路点
最大运行方式
Id（3）
I
（2）
Id
ich
Ich
Sd（MVA
d1
2.03
1.3
72
5.17
3.07
130
d2
3.74
3.2
4
9.52
5.65
68
da
0.93
0.8
1
2.37
1.40
17
d4
0.63
0.5
4
1.6
0.95
11.4
d5
0.88
0.7
6
2.24
1.33
16
d6
0.69
0.6
1.76
1.04
12.5
四、电气设备选择和校验
电气设备的选择及校验是变电站设计的重要内容之一，本设计电气设备的选择从我国实际情况出发，根据设计规程要求进行，力求做到了技术先进，安全可靠，运行灵活方便,留有适当的余度的要求。
并在选择后按设备的额定电压，额定电流，短路时动稳定和热稳定等方面对所选的设备进行了校验。
高压电器选择的主要任务是选择满足变电所及输、配电线路正常和故障状态下工作要求的合理的电器，以保证系统安全、可靠、经济的运行条件。
要使企业供电系统的安全可靠，必须正确合理的选择各种电气设备，选择企业供电系统中高压电气设备的一般原则，除按正常运行下的额定电压、额定电流等条件外，还应按短路情况下进行校验，但各种电气设备的选择与校验项目也不尽一样。
（1）母线的选择及校验
铝线具有价格低、重量轻、加工方便等特点。
因此，选用铝母线要比铜母线经济。
为了使农村发电厂和变电站的屋外配电装置结构和布置简单，投资少，在高压侧一般采用钢芯铝绞线。
1.35kV侧母线截面积的选择及校验
若一台变压器停止工作，想满足整个负荷的需要，则另一台变压器必工作在过负荷状态，由于变压器容量按Sb>0.6Sjszd来选择的，所以只需要一台过负荷为原来的1/0.6=1.67
倍，即S=1.67Sb
按通过高压侧母线的最大长期工作电流
Igzd=1.67汇1.052=1.67域1.°5><5000=i44.63Ag3Ue、335
按经济电流密度选择母线截面
经济截面m2
J――经济电流密度A/m2
取变压器最大负荷利用小时数h=3000~5000小时，查表选择J=1.15X106A/m"Sj144.636-125.77mm2
1.15M0
经计算选择LGJ-120mA型钢芯铝绞线，其25E时最大允许持续电流
Iy=380A
温度修正系数为:
以；。
=：
70127=0.86
则实际环境温度为37r时的母线允许电流:
I^=0.86X380=327（A）
大于其长期最大工作电流（144.63A），满足长期工作时的发热条件校验热稳定：
I"
短路计算时间t=tb-tg-thu=1.50.060.0^1.6s。
因|"=|二，所以［"=丄-=1，经
1oO
查表得tz=1.3s。
因t1s，所以tfz=0，
故tdz=tz=1.3s
母线正常运行时的最高温度为:
fi\2
-1gzd
1y日j
查表知C=97106，按热稳定条件所需最小母线截面为
Szx_CtdzKj
式中
C
热稳定系数；
Kj
-集肤效应系数
（取1）;
I
3
Oc。
V4n
Szx-
tdz
2.U310
Kj6
1.31=23.86mm2
C9710
小于所选母线的截面积，满足热稳定要求，因所选母线为绞线，故不需动稳定校验
2.10kV侧母线截面积的选择及校验
按通过低压侧母线的最大长期工作电流
按经济电流密度选择母线截面
=440.2mm
506.2
6
1.1510
经查表选LMY60X8mm型铝母线，其25C时最大允许持续电流Iy=788A
则实际环境温度为37E时的母线允许电流
I山=0.86X788=677.68（A）
大于其长期最大负荷电流（506.2A），满足长期工作时的发热条件。
校验
①热稳定性校验
I"
短路计算时间t=tbtg-thu=10.060.0^1.1s。
因I"=|：
：
，所以「，一=1,经查
IoO
表得tz=0.9s。
因t1s，所以tfz=0，
故tdz-tz=0.9s
查表知C=93106，按热稳定条件所需最小母线截面为
I
Szx
C
3
3.74102.tdzKj610.91-38.15mm
'93S06
小于所选母线的截面积，故满足热稳定要求。
②动稳定性校验
10kV侧截面为矩形的母线水平放置，相间距离a=0.25mL=1.2m
短路冲击电流：
Ich二9.52kA
母线所受的电动力：
F-1.7310^丄ICh
a
式中：
L——绝缘子间的跨距;
相间距：
F=1.7310”-套=72.8N
a
母线所受的最大弯矩：
-FL72.8X1.2Q升"
M8.74Nm
1010
截面系数：
bh28汉10°汉（40汉10,f丄3
W2.1310m
66
母线最大计算应力为：
M8.74”6；l
-zd6=4.1710Pa
W2.1310
小于铝母线的允许应力
69X106Pa，故满足动稳定性要求。
经校验所选母线满足热稳定
及动稳定要求。
故选择LMY60X8mm的铝母线
3.10kV侧出线截面积的选择及校验
在四回出线中，以最大负荷的一条出线路为出线截面积选择的计算依据，其它线路则一定能满足。
由于四回出线的负荷相差不大，故不会造成太大的浪费，并且出线路负荷要求考虑今后5年的增长，其增长率为5%
Sjszd=0.9X（1+8%）X1095走5x5%=1496.4（kVA）
按通过10kV侧出线的最大长期工作电流
按经济电流密度选择母线截面
经计算选择LGJ-70mm型钢芯铝绞线，其25C时最大允许持续电流ly=295A
则实际环境温度为37C时的出线允许电流
I口=0.86X295=236.5（A）
大于其长期最大负荷电流（86.4A）,满足长期工作时的发热条件。
校验
I"短路计算时间t=tbtgthu=0.50.050.02=0.57s。
因|J，所以=1,
G
经查表得tz=0.5s。
因t:
:
1s，所以tfz=0.05厂"=0.05s，故tdz二tz•tfz=0.55s
母线正常运行时的最高温度
查表知C=97106，按热稳定条件所需最小母线截面为
3
G.0.93述103•2
Szxtdz心厂.0.551-7.1mm2
zxC一j97106
小于所选母线的截面积，故满足热稳定要求，因所选母线为绞线，故不需动
稳定校验
（2）断路器的选择及校验
高压断路器是变电所主要电气设备之一，其选择的好坏，不但直接影响变电所的正常状态下运行，而且也影响在故障条件下是否能可靠地分断。
断路器的选择根据额定电压、额定电流、装置种类、构造型式、开断电流或开断容量各技术参数，并且进行动稳定和热稳定校验。
35kV侧断路器的选择及校验
根据UHUW35kV,Igzd=144.6A，Iekd三Idt=I"=2.03（kA）查手册选择LW16-35型户
外SF6断路器，其技术参数见表4-1。
表4-1LW16-35型SF6断路器参数
型号
额定电压
（kV
）
额定电流
（A）
Iekd（kA）
ij（kA）
tg（s）
Ir（4s）
（kA）
LW16
-35
35
1600
升级会员 