35KV变电站设计.docx
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35KV变电站设计
毕业设计论文
课题名称：
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班级：
起止日期：
指导教师：
前言
变电所是接受电能、变换电压、分配电能的环节，是供配电系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行。
电力系统是由发电机，变压器，输电线路，用电设备（负荷）组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。
电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机），变换（变压器，整流器，逆变器），输送和分配（电力传输线，配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。
电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。
随着国民经济的快速稳定发展，电能需求迅速增长，我国电网的规模日益扩大。
做好供配电工作，对促进工业生产、降低产品成本、实现生产自动化和工业现代化有着十分重要的意义，供配电系统的安全运行。
供电的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危及人身和设备安全，形成十分严重的后果。
停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。
因此，电力系统运行首先要满足可靠，持续供电的要求。
经过两年的系统理论知识的学习，及各种实习操作，还有老师精心培育下，我们对电力系统各部分有了初步的认识与了解。
在认真阅读原始材料，分析材料，参考阅读《工厂供电》、《工厂供配电技术答问》、《工厂供电设计指导》、《配电设备及系统》、和《电力系统继电保护》以及《电力系统分析》等参考书籍，在指导老师的指导下，经过周密的计算，完成了此次课程设计。
设计内容由以下：
第一部分：
35/10KV降压变压所初步设计说明书（主接线部分）；
第二部分：
：
35/10KV降压变电所的计算书；
第三部分：
变电所电气主接线图和所用电路图；
前言
第一篇设计说明书………………………………………………………………（5）
第一章概述………………………………………………………………（7）
第二章电气主接线设计方案……………………………………………（8）
第一节主接线的设计原则…………………………………………（8）
第二节主接线的设计和论证……………………………………（10）
第三章主变台数和容量的选择…………………………………………（18）
第四章所用变的选择和所用电的设计…………………………………（21）
第五章短路电流计算……………………………………………………（22）
第六章电气设备的选择…………………………………………………（25）
第七章变电所的防雷保护………………………………………………（29）
第二篇计算书…………………………………………………………………（32）
致谢………………………………………………………………………（35）
参考资料………………………………………………………………………（35）
附录
电气主接线图………………………………………………………………………
第一章绪论
第一节我国目前电力工业的发展方针
我国目前电力工业的发展方针是：
1）在发展能源工业的基本方针指导下发展电力工业。
2）电力工业发展速度必须与国民经济发展速度相适应。
3）发挥水电优势，加快水电建设。
4）建设大型矿口电厂，搞好煤、电、运平衡。
5）在煤，水能源缺乏地区，有重点有步骤地建设核电厂。
6）政企分开，省为实体，联合电网，统一调度，集资办电。
7）因地制宜，多能互补，综合利用，讲求利益。
8）节约能源，降低消耗。
9）重视环境保护，积极防止对环境的污染。
第二节本次设计的主要任务
本次的设计是在国家和地方的规划下进行的，是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资、就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性。
本所的设计包括电气一次系统和电气二次系统中的主要部分。
变电站设计以实际工程技术水平为基础，以虚拟的变电站资料为背景，从原始资料的分析做起，内容涵盖《发电厂电气部分》、《电力系统分析》、《继电保护原理》等电气工程及其自动化本科教育期间的主要专业课。
通过设计，使书本上的知识融入到工程设计的实际运用之中。
拉近了理论与实际的距离，同时也为今后走向工作岗位奠定了夯实的基础。
在设计过程中，初步体现了工程设计的精髓内容，如根据规程选择方案、用对比的方法对方案评价等。
教会了我们在工程中运用所学的专业知识，锻炼了我们用实际工程的思维方法去分析和解决问题的能力
第二章变电所总体设计及电力系统分析
第一节变电站主要构成及分类
一、变电站构成：
变电站由一次回路和二次回路构成。
一次回路：
配电系统中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次回路，也称为主电路或主接线。
一次电路中所有的设备称为一次设备，如变压器、断路器、互感器等。
（1）变换设备。
按电力系统的要求，改变电压或电流大小的设备，如变压器、断路器、互感器等。
（2）控制设备。
用来控制一次电路通断的设备，如高低压断路器、开关等。
（3）保护设备。
用来对电力系统进行过电流和过电压保护的设备，如熔断器、避雷器等。
（4）补偿设备。
用来补偿电力系统中无功功率以提高功率因数的设备。
如并联电容器等。
（5）成套设备。
为了节省空间，按一次电路接线方案的要求，将有关的一次设备及其二次设备组合成一体的电气装置，如高低压开关柜、低压配电箱等。
二次回路：
凡用到来控制、指示、监测和保护一次设备运行的电路，称为二次回路，也叫二次接线。
二次回路中所有的电气设备称为二次设备，如仪表、继电器、操作电源等。
二、变电站的分类
变电所根据它在系统中的地位，可分为下列几类：
1）枢纽变电所
位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330～500kV的变电所，称为枢纽变电所。
全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。
2）中间变电所
高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集2～3个电源，电压为220～330kV，同时又降压供当地用电，这样的变电所起中间环节的作用，所以叫中间变电所。
全所停电后，将引起区域电网解列。
3）地区变电所
高压侧一般为110～220kV，向地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。
全所停电后，仅使该地区中供电。
4）终端变电所
在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压为110kV，经降压后直接向用户供电的变电所，即为终端变电所。
全所停电后，只是用户受到损失。
第二节变电站设计原则及必要性
一、变电站设计原则:
1、必须严格遵守国家的法律、法规、标准和规范，执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，特别是应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针。
2、必须从全局出发，按照负荷的等级、用电容量、工程特点和地区供电规划统筹规划，合理确定整体设计方案。
3、应做到供电可靠、保证人身和设备安全。
要求供电电能质量合格、优质、技术先进和经济合理。
设计应采用符合国家现行标准的效率高、能耗低、性能先进的设备。
4、应根据整体工程的特点、规模和发展规划，正确处理工程的近、远期的建设发展关系，以近期为主，远、近结合，适当考虑扩建的可能性。
二、变电站建设的必要性
为了加强企业供电可靠性，减少线路损耗，适应日益增长的负荷发展需要，35KV变电所的选址于距离一电力系统变电所6KV处，其近邻工厂，其主要供电对象是企业的各个车间，这样设计减小了供电半径，供电线损大幅下降，供电量增加，适应现代化建设与发展的需要，有利于企业的经济发展
第三节设计变电所总体分析
一、所址概况与所址条件
1）所址概况
所处地区地势平坦，海拔高度为200m，交通方便，周围空气无污染，年最高气温+40℃，年最低气温-20℃，年平均气温+15℃,最热月平均最高温度+32℃。
最大风速25m/s,最大覆冰厚度b＝10mm。
土壤热阻系数＝120℃.cm/W，土温+20℃。
2）所址条件
依据《35—110kV变电站设计规范》第2.0.1条，变电站所址的选择，根据下列要求综合考虑确定：
1）靠近负荷中心。
2）节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地。
3）与乡或工矿企业规划相协调，便于架空线和电缆线路的引入和引出。
4）交通运输方便。
5）具有适应地形，地貌，地址条件。
XF市110kV变电站所址在市区东郊，临近公路，交通方便，地价相对较便宜，是供地方用电的地区变电站。
在建站时应遵循节约用地，少占良田的原则，可建成中型规模变电站。
二、负荷分析
1、某企业为保证供电需求，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、距本变电所6Km处有一系统变电所，由该变电所用35KV双回路架空线路向待定设计的变电所供电，在最大运行方式下，待设计的变电所高压母线上的短路功率为1000MVA。
3、待设计的变电所10KV无电源，考虑以后装设的组电容器，提高功率因素，故要求预留两个间隔。
4、本变电所10KV母线到各个车间均用电缆供电，其中一车间和二车间为一类负荷，其余为三类负荷，Tmax=400h，各馈线负荷如表1—1
序号
车间名称
计算用有功功率（kw）
计算用无功功率（kvar）
1
一车间
1046
471
2
二车间
735
487
3
机械车间
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
（表1—1）
5、所用电的主要负荷见表1—2
序号
名称
额定容量（KW）
功率因数（cosφ）
安装台数
工作台数
备注
1
主充电机
20
0.88
1
1
周期性负荷
2
浮充电机
4.5
0.85
1
1
经常性负荷
3
蓄电池室通风
2.7
0.88
1
1
经常性负荷
4
室内配电装置通风
1.1
0.79
2
2
周期性负荷
5
交流焊机
10.5
0.5
1
1
周期性负荷
6
检修试验用电
13
0.8
1
1
经常性负荷
7
载波远动
0.96
0.69
1
1
经常性负荷
8
照明负荷
14
经常性负荷
9
生活水泵等用电
10
经常性负荷
（表1—2）
三负荷的分类与重要性
一类负荷:
对供电要求最高，要求不断电或可极短时间断电。
必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源断开后，能保证对全部一级负荷不间断供电；
二类负荷:
对供电要求较高，要求基本不断电或可短时间断电。
一般要有两个独立的电源供电，且当任何一个电源断开后，能保证全部或大部分二级负荷不间断供电；
三类负荷:
对供电要求相对较低，可为一、二类负荷的紧急用电让路。
对三级负荷一般只需要一个电源供电。
。
第三章电气主接线设计方案
电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。
变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。
为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。
把变电站、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。
电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。
用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装备的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。
主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。
它表明了变压器，线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。
它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。
由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用户是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。
因此，主接线的设计是一个综合性的问题。
必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。
第一节主接线的设计原则
电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
一、主接线的设计依据
1、负荷大小的重要性
2、系统备用容量大小
（1）运行备用容量不宜少于8-10%，以适应负荷突变，机组检修和事故停运等情况的调频需要。
（2）装有两台及以上的变压器的变电所，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60%~70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证车间的一、二级负荷供电。
二、主接线的基本要求
电气主接线设计应满足安全性、可靠性、灵活性、经济性四项基本要求，其具体要求如下：
1、安全性应符合国家标准和有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。
（1）在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设高压隔离开关；
（2）在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设低压隔离开关（刀开关）；
（3）在装设高压熔断器、负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离隔离开关；
（4）35KV及以上的线路末端，应装设与隔离开关连锁的接地刀闸。
（5）变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。
装于母线上的避雷器，宜与电压互感器共用一组隔离开关；接与变压器引出的避雷器，不宜装设隔离开关。
2、可靠性研究可靠性应该重视国内外长期运行的实践经验和定性分析，要考虑发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用、所采用的设备的可靠性以及结合一次设备和相应的二次部分在运行中的可靠性进行综合分析。
其具体要求如下：
（1）断路器检修时不应影响供电。
系统有重要负荷，应能保证安全、可靠的供电。
（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运出线回数及停电时间，并且要保证全部一级负荷和部分二级负荷的供电。
（3）尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。
防止系统因为某设备出现故障而导致系统解裂。
（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。
3、灵活性应能适应供电系统所需要的各种运行方式，便于操作维护，并能适应负荷的发展，有扩充改建的可能性。
其具体要求如下：
（1）变配电所的高低压母线，一般采用单母线或单母线分段接线；
（2）35KV及以上电源进线为双2网络时，宜采用桥型接线或线路变压器组接线；
（3）电气主接线方案应与主变压器经济运行的要求相适应；
（4）需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关；
（5）调度时应该可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。
（6）检修时可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对车间的供电。
（7）扩建时可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
在不影响连续供电或停运时间最短的情况下，投入新装机组，变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作最少。
4、经济性在满足上述要求的前提下，应尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量，应尽可能选用技术先进又经济适用的节能产品。
其具体要求如下：
（1）主接线应力求简单，经节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。
（2）要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。
（3）要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。
（4）如能满足系统的安全运行及继电保护要求，35kV及其以下终端或分支变电所可采用简易电器。
（5）占地面积少：
主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。
（6）电能损失少：
经济合理地选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变压器）、容量、数量，要避免因两次变压而增加的电能损失。
（7）中、小型工厂变配电所一般采用高压少油断路器，在需要频繁操作场合，应采用真空断路器或SF
断路器
第二节主接线的设计和论证
依据变电站的性质可选择单母线接线、单母线分段接线、双母线接线、外桥型接线、内桥型接线、五种主接线方案，下面逐一论证其接线的利弊。
一、单母线接线
单母线接线的特点是每一回线路均经过一台断路器和隔离开关接于一组母线上。
优点：
（1）、接线简单清晰、设备少、操作方便。
（2）、投资少，便于扩建和采用成套配电装置
缺点：
（1）、可靠性和灵活性较差。
任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修均需使整个配电装置停电。
（2）、单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需停电，在用隔离开关将故障的母线分开后才能恢复非故障段的供电。
适用范围：
单母线接线不能满足对不允许停电的重要用户的供电要求，一般用于6-220kV系统中，出线回路较少，对供电可靠性要求不高的中、小型发电厂与变电站中。
二、单母线分段接线
2.1、用隔离开关分段的单母线接线
这种界限实际上仍属不分段的单母线接线，只是将单母线截成两个分段，其间用分段隔离开关连接起来。
这样做的好处是两段母线可以轮流检修，缩小了检修母线时的停电范围，即检修任一段母线时，只需断开与该段母线连接的引出线和电源回路拉开分段隔离开关，另一段母线仍可继续运行。
但是，若两个电源取并列运行方式，则当某段母线故障时，所有电源开关都将自动跳闸，全部装置仍需短时停电，需待用分段隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障母线段的供电。
可见，采用隔离开关分段的单母线接线较之不分段的单母线，可以缩小母线检修或故障时的停电范围。
2.2、用断路器分段的单母线接线
用隔离开关奋斗的单母线接线，虽然可以缩小母线检修或故障时的停电范围，但当母线故障时，仍会短时全停电，需待分段隔离开关拉开后，才能恢复非故障母线段的运行，这对于重要用户而言是不允许的。
如采用断路器分段的单母线接线，并将重要用户采用分别接于不同母线段的双回路供电，足可以克服上诉缺点。
对用断路器分段的单母线的评价为:
2.21优点：
A.具有单母线接线简单、清晰、方便、经济、安全等优点。
B.较之不分段的单母线供电可靠性高，母线或母线隔离开关检修或故障时的停电范围缩小了一半。
与用隔离开关分段的单母线接线相比，母线或母线隔离开关短路时，非故障母线段可以实现完全不停电，而后者则需短时停电。
C.运行比较灵活。
分段断路器可以接通运行，也可断开运行。
D.可采用双回线路对重要用户供电。
方法是将双回路分别接引在不同分段母线上。
2.22缺点：
A.任一分段母线或母线隔离开关检修或故障时，连接在该分段母线上的所有进出回路都要停止工作，这对于容量大、出线回路数较多的配电装置仍是严重的缺点。
B.检修任一电源或出线断路器时，该回路必须停电。
这对于电压等级高的配电装置也是严要缺点。
因为电压等级高的断路器检修时间较长，对用户影响甚大。
单母线分段接线与单母线接线相比提高了供电可靠性和灵活性。
但是，当电源容量较大、出线数目较多时，其缺点更加明显。
因此，单母线分段接线用于：
（1）电压为6～10KV时，出线回路数为6回及以上，每段母线容量不超过25MW；否则，回路数过多时，影响供电可靠性。
（2）电压为35～63KV时，出线回路数为4～8回为宜。
（3）电压为110～220KV时，出线回路数为3～4回为宜。
2.3、单母线分段带旁路母线的接线
为克服出线断路器检修时该回路必须停电的缺点，可采用增设旁路母线的方法。
当母线回路数不多时，旁路断路器利用率不高，可与分段断路器合用，并有以下两种接线形式。
（1）分段断路器兼作旁路断路器接线。
（2）旁路断路器兼作分段断路器接线。
优点：
单母分段带旁路接线与单母分段相比，带来的唯一好处就是出线断路器故障或检修时可以用旁路断路器代路送电，使线路不停电。
单母线分段带旁路接线，主要用于电压为6～10KV出线较多而且对重要负荷供电的装置中；35KV及以上有重要联络线路或较多重要用户时也采用。
单母线分段接线，虽然缩小了母线或母线隔离开关检修或故障时的停电范围，在一定程度上提高了供电可靠性，但在母线或母线隔离开关检修期间，连接在该段母线上的所有回路都将长时间停电，这一缺点，对于重要的变电站和用户是不允许的。
三、双母线接线
优缺点分析：
（1）可靠性高。
可轮流检修母线而不影响正常供电。
当采用一组母线工作、一组母线备用方式运行时，需要检修工作母线，可将工作母线转换为备用状态后，便可进行母线停电检修工作；检修任一母线侧隔离开关时，只影响该回路供电；工作母线发生故障后，所有回路短时停电并能迅速恢复供电；可利用母联断路器代替引出线断路器工作，使引出线断路器检修期间能继续向负荷供电。
（2）灵活性好。
为了克服上述单母线分段接线的缺点，发展了双母线接线。
按每一回路所连接的断路器数目不同，双母线接线有单断路器双母线接线、双断路器双母线接线、一台半断路器接线（因两个回路共用三台断路器，又称二分之三接线）三种基本形式。
后两种又称双重连接的接线，意即一个回路与两台断路器相连接，在超高压配电装置中被日益广泛地采用。
3.1、单断路器双母线接线：
单断路器双母线接线器是双母线接线中最基本的接线形式。
它具有两组结构相同的母线，每一回路都经一台断路器、两组隔离开关分别连接到两组母线上，两组母线之间通过母联断路器来实现联络。
双母线接线有两种运行方式，一种运行方式是一组母线工作，一组母线备用，母联断路器在正常运行时是断开的；另一种运行方式是两组母线同时工作，母联断路器在正常运行时是接通的，这时每一回路都固定连接于某一组母线上运行，故亦称固定连接运行方式。
这两种运行方式在供电可靠性方面有所差异，当母线短路时，前者将短时全部停电；后者母线继电保护动作，只断开故障母线上电源回路的断路器和母联断路器，并不会使另一组母线中断工作。
单断路器双母线接线具有以下优缺点:
1）单断路器双母线接线的优点：
双母线接线有更高的可靠性，表现在以下几方面:
A．检修任一段母线时，可不中断供电，即通过倒闸操作将进出线回路都切换至其中一组母线上工作，便可检修另一组母线。
B．检修任一母线隔离开关时，只需停运该回路。
C．母线发生故障后，能迅速恢复供电。
D．线路断路器"拒动"时或不允许操作时，可经一定的操作顺序使母联断路器串入该线路代替线路断路器工作，而后用母联断路器切除核线路。
E.检修任一回路断路时，可用装接“跨条”的方法
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