35kV变电站一次部分设计论文上.docx
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35kV变电站一次部分设计论文上
前言
随着我国经济的不断发展，对能源的需求量也越来越大，然而能源的不足与需求之间的矛盾在近几年不断恶化，国家急需电力事业的发展，为我国经济的发展提供保障。
电能是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量储存的二次能源。
电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。
要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界电力工业发展规律，因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。
变电所作为电力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，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。
对其进行设计势在必行，合理的变电所不仅能充分地满足当地的供电需求，还能有效地减少投资和资源浪费。
电力系统中，发电厂将天然的一次能源转变成电能，向远方的电力用户送电，为了减小输电线路上的电能损耗及线路阻抗压降，需要将电压升高；为了满足电力用户安全的需要，又要将电压降低，并分配给各个用户，这就需要能升高和降低电压，并能分配电能的变电所。
所以变电所是电力系统中通过其变换电压、接受和分配电能的电工装置，它是联系发电厂和电力用户的中间环节，同时通过变电所将各电压等级的电网联系起来，变电所的作用是变换电压，传输和分配电能。
变电所由电力变压器、配电装置、二次系统及必要的附属设备组成。
变压器是变电所的中心设备，它利用电磁感应原理。
配电装置是变电所中所有的开关电器、载流导体辅助设备连接在一起的装置。
其作用是接受和分配电能。
配电装置主要由母线、高压断路器开关、电抗器线圈、互感器、电力电容器、避雷器、高压熔断器、二次设备及必要的其他辅助设备所组成。
二次设备是指一次系统状态测量、控制、监察和保护的设备装置。
由这些设备构成的回路叫二次回路，总称二次系统。
二次系统的设备包含测量装置、控制装置、继电保护装置、自动控制装置、直流系统及必要的附属设备。
变电所根据其在电力系统中的地位和作用，可以分为枢纽变电所、中间变电所、区域（地方）变电所、企业变电所和末端（用户）变电所。
（1）枢纽变电所：
枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，电压等级一般为330kV及以上，联系多个电源，出现回路多，变电容量大；全所停电后将造成大面积停电，或系统瓦解，枢纽变电所对电力系统运行的稳定和可靠性起到重要作用；
（2）中间变电所：
中间变电所位于系统主干环行线路或系统主要干线的接口处，电压等级一般为330～220kV，汇集2～3个电源和若干线路。
全所停电后，将引起区域电网的解列；（3）地区变电所：
地区变电所是一个地区和一个中、小城市的主要变电所，电压等级一般为220kV，全所停电后将造成该地区或城市供电的紊乱。
（4）企业变电所：
企业变电所是大、中型企业的专用变电所，电压等级35～220kV，1～2回进线。
本次设计根据一般变电所设计的步骤进行设计，包括负荷统计，变电站主变台数、容量和类型的选择，主接线选择，短路电流计算，设备选择和校验，总平面布置，无功补偿，防雷保护等几大块。
并依据相关规定和章程设计其中每个步骤，所以能满足一般变电所的需求。
根据我国变电所目前现有电气设备状况以及今后发展趋势，应选用新型号、低损耗、低噪声的电力变压器及性能好、时间长、免维护的SF6断路器及高压开关柜。
为此新的设备选择也在设计中得以体现。
由于时间仓促和自身知识的局限，导致在设计中难免有遗漏和错误之处，望读者予以批评指正。
第一部分设计说明书
第二部分设计计算书
摘要
电能是现代工业生产的主要能源和动力.随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。
电力行业是国民经济的基础工业,它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。
随着电力行业的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电稳固性、可靠性和持续性。
然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站的合理设计和配置。
一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。
本论文设计了一个35kV降压变电站,此变电站有两个电压等级，一个是35kV，一个是10kV。
同时对于变电站内的主设备进行合理的选型。
本设计选择选择两台主变压器，其他设备如断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，无功补偿装置和防雷保护装置等等也按照具体要求进行选型、设计和配置，力求做到运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性。
使其更加贴合实际，更具现实意义。
关键词:
35kV变电站，电气设计，短路计算
ABSTRACT
Energymodernindustrialproductionisthemajorenergyandpower.Withthedevelopmentofmoderncivilizationandprogress,socialproductionandlifetothequalityofpowersupplyandmanagementoftheincreasinglyhighdemands.Theelectricpowerprofessionistheprimaryindustryofnationaleconomy,itsdevelopmentrelatestonationaleconomicconstructiondirectlyoftheriseandfallsuccessorfailure,itprovidesthemotiveofessentialtohaveforthemodernindustry,agriculture,sciencetechniqueandnationaldefense.Alongwiththecontinuousdevelopmentofelectricindustry,peoplerequireincreasinglydemandofpowersupply,especiallythestability,reliabilityandcontinuityofit.Whilethestability,reliabilityandcontinuityofpowergridisdeterminedbytherationaldesignandconfigurationofsubstation.Atypicalsubstationneedsthereliableandflexibleoperation,theeconomicrationalityandfreeexpansionoftheequipments.
Thepaperdesignsatransformersubstationof35kVwhichhastowlevelofvoltage,oneis35kV,andtheotheris10kV.Atthesametime,choosetherationalselectionastothemainequipmentsinsubstation.Thisdesignchoosestwomaintransformers.AstootherequipmentssuchasCircuitBreaker,Isolatingswitch,CurrentTransformer,VoltageTransformer,Reactivepowercompensationdevice,ProtectionAgainstLightningandsoonaretobeselected,designed,andconfiguredinaccordancewithspecificrequirements.Inordertomakeitreliabletooperate,easyandsimpletomanipulate,economical,withthepossibilityofexpansionandflexibilityofchangingitsoperation.Astomakeitmoreactualandpracticalsignificant.
KEYWORDS：
35kVsubstation，Electricaldesign，Shortcircuitcalculation
第一部分设计说明书
第1章概述
1.1设计依据及原则
根据《35-110kV变电所设计规范》（GB50059-1992）、《高压配电装置设计技术规程（DL/T5352-2006）》以及给定的《毕业设计任务书》，并依据5-10年电力系统发展规划进行设计，力求做到供电可靠、调度灵活、检修方便和投资经济。
1.2系统概况
待建变电所的电压等级为35kV/10kV，35kV是本变电所的电源电压，10kV是二次电压。
待建变电所，地势平坦，交通方便。
35kV2回进线作为本所电源，2回线来自系统，10kV3回出线供五堡、龙兴、鱼咀。
该变电所为枢纽变电所。
1.3设计规模
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
回路
用户类型
容量
需用
变压器
线长
供电
负荷
序号
名称
（kVA）
系数
台数
（km）
回路
级别
1
五堡
生活用电
2000
0.7
25
15
1
3
灌溉用电
1900
0.85
农产品加工
800
0.7
2
龙兴
生活用电
1500
0.75
20
20
1
3
农产品加工
700
0.7
灌溉用电
1700
0.85
3
鱼咀
生活用电
1800
0.8
18
16
1
3
农产品加工
600
0.7
灌溉用电
900
0.7
1.4环境条件
1.当地年最高温度41℃；
2.最热月（7月）平均温度36℃。
第2章主变压器的选择
2.1主变压器形式的选择
1）相数的确定
本变电所“地势平坦，交通方便”，应当选用三相变压器。
2）绕组数确定
根据待建变电所电压等级和负荷情况，选择双绕组变压器。
3）调压方式的确定
用户为广大农村用户，在配网中采用小容量的有载调压器，已成为唯一经济合理的调压方法。
2.2主变容量和台数的确定
相关的设计规范规定：
选择的变压器容量Se需要满足下列两个条件：
①
;②
。
其中，
为变电所的最大负荷容量；
为变电所的全部重要负荷容量。
通过计算（详见计算书），最后选择变压器的容量Se=8000kVA。
考虑到今后的发展，故选择2台主变压器。
综上所述：
该变电所选择2台3相2绕组有载调压变压器。
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—8000/35型有载调压变压器，其技术数据如表2-1。
表2-1SZ9—8000/35技术数据
额定电压
高压分接
头范围
联结组别
阻抗
电压
空载
损耗
短路
损耗
空载
电流
高压
低压
35
10.5
±3×2.5
Yd11
7.0（%）
9.2kw
40.5kw
1.1（%）
第3章电气主接线的设计
3.1主接线概述
电气主接线是由电气设备通过连接线，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。
用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图。
主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。
3.1.1单母线接线及单母线分段接线
3.1.1.1单母线接线
单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。
母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。
各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。
单母接线的优点：
接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便。
缺点：
①可靠性差。
母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就成了全厂或全站长期停电。
②调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。
综上所述，这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。
3.1.1.2单母分段接线
单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。
在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。
这种接线广泛用于中、小容量发电厂和变电站6～10KV接线中。
但是，由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整体母线系统可靠性受到限制，所以，在重要负荷的出线回路较多、供电容量较大时，一般不予采用。
3.1.1.3单母线分段带旁路母线的接线
单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性，但这增加了一台旁路断路器，大大增加了投资。
3.1.2双母线接线及分段接线
3.1.2.1双母线接线
双母接线有两种母线，并且可以互为备用。
每一个电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线接线连接。
两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。
其特点有：
供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。
由于双母线有较高的可靠性，广泛用于：
出线带电抗器的6～10KV配电装置；35～60KV出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110～220KV出线数为5回及以上时。
3.1.2.2双母线分段接线
为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母分段接线，用分段断路器将工作母线分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。
双母接线分段接线比双母接线的可靠性更高，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上，即可恢复供电。
这样，只是部分短时停电，而不必短期停电。
双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中，同时在220～550KV大容量配电装置中，不仅常采用双母分段接线，也有采用双母线分四段接线的。
3.1.2.3双母线带旁路母线的接线
双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。
这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。
3.1.3内桥接线与外桥接线
3.1.3.1内桥接线
这种主接线，其一次侧的高压断路器跨接在两电路电源进线之间，犹如一架桥梁，而且处在两断路器的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式接线。
这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用一、二级负荷的工厂。
这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变压器不需经常切换的总降压变压器,其特点为:
设备简单,投资省.运行灵活,检修时操作稍显复杂且继电保护复杂。
3.1.3.2外桥接线
这种主接线，其一次侧的高压断路器也跨接在两路电源进线之间，但是在两线路断路器的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式接线。
这种主接线的运行灵活性也较好，供电可靠性也较高，适用于一、二级负荷的工厂。
但是与上述内桥式接线适用的场合有所不同。
这种外桥式接线适用于电源线路较短而变电所昼夜负荷变动较大、适用于经济运行需经常切换变压器的总降压变电所，其特点较内桥来讲检修操作方便,当主变断路器外侧短路时,影响整个系统供电可靠性。
3.2主接线设计原则
电气主接线是变电站由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路。
电气主接线根据变电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便、易于维护检修、利于远方监控和节约投资等要求。
因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案，需要遵循的原则有:
（1）保证必要的供电可靠性和电能质量
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本的要求。
在设计时，除对主接线形式予以定性评价外，对于比较重要的变电站需要进行定量分析和计算，必须满足必要的供电可靠性。
（2）具有经济性
在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。
欲使主接线可靠、灵活，将导致投资增加。
所以必须把技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠、运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。
（3）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。
（4）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。
（5）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。
（6）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。
综上说述，电气主接线设计的要以设计任务为依据，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、先进、实用、经济、美观的原则。
3.3主接线选择
3.3.1变电站35kV侧接线型式的确定
按照《变电站设计技术规程》的有关规定，对电气主接线图的设计必须满足以下基本要求：
①保证供电可靠性和电能质量的基本要求；②应力求接线简单，运行灵活和操作方便；③保证运行、维护和检修的安全和方便；④应尽量降低投资，节约运行费用；⑤满足扩建的要求，实现分期过渡；⑥设备先进、经济合理。
结合设计任务书的要求，本变电站35kV主接线考虑以下3种方案。
3.3.1.1方案一：
单母线接线
图3.1单母线接线
如图3.1，采用单母线接线的优点是接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。
缺点是不够灵活可靠，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。
单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。
3.3.1.2方案二：
单母线分段接线
图3.2单母线分段接线
如图3.2，单母线分段接线就是将一段母线用断路器分为两段，它的优点是接线简单，投资省，操作方便。
单母线分段接线可以减少母线故障的影响范围，提高供电的可靠性。
当一段母线有故障时，分段断路器在继电保护的配合下自动跳闸，切除故障，从而使非故障母线能够保持正常供电。
缺点是当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。
3.3.1.3方案三：
外桥接线
图3.3外桥接线
外桥接线适用于线路较短和变压器按经济运行需要经常切换的情况。
其特点是当变压器发生故障或运行中需要切除时，只要断开本回路的断路器即可，不影响另一回路的工作。
当线路故障时，例如引出线1U故障，断路器1DL和3DL都将断开，因而变压器1TM也被切除。
为了恢复变压器1TM的正常运行，必须在断开隔离开关1G后，再接通断路器1DL和3DL。
3.3.1.4三种35kV母线接线方式分析
以上3个方案，所需35kV断路器和隔离开关数量如表2-1所示。
表2-135kV断路器和隔离开关数量表
方案比较
单母线接线
单母线分段接线
外桥接线
断路器台数
4
5
3
隔离开关总数
6
8
6
上述三种方案从经济性来看，由于三种方案所选变压器型号和容量相同，占地面积基本相同，所以只比较设备，方案二所用设备最多，造价最高，故最不经济；方案3所用设备最少，造价最低，故最经济；方案一介于方案二和方案三之间较经济。
从可靠性来看，方案一中，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，不能满足工厂负荷用电的要求。
方案二中，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要负荷停电，可以满足生产负荷的要求，可靠性高。
方案三中，当线路发生故障时，需动作与之相连的两台断路器，从而影响一台未发生故障的变压器运行。
因此方案一、方案三可靠性均不如方案二。
从改变运行方式的灵活性来看：
方案一因接线简单，所以投切变压器，倒闸操作最简便。
通过以上比较，可以发现方案一以设备少，较经济，倒闸操作简便为主要优点；方案二以供电可靠性高为主要优点；方案三以投资少，经济性好为主要优点。
结合原始资料，综合考虑，本设计35kV母线接线选择方案一：
单母线接线，接线简单，投切变压器，倒闸操作最简便。
3.3.2变电站10kV侧接线型式的确定
由于该变电所10kV母线侧的馈线多，为此在保证供电可靠性的情况下，可考虑以下两种种接线方式。
3.3.2.110kV侧双母线接线方式
双母线接线方式如图3.4所示。
该接线方式具有供电可靠、检修方便、调度灵活或便于扩建等优点。
但这种接线所用设备多（特别是隔离开关）、配电装置复杂、经济性较差。
在运行中隔离开关作为操作电器，容易发生误操作，且对实现自动化不便。
尤其当母线系统故障时，须短时切除较多电源和线路，这对大部分负荷是不允许的。
图3.410kV侧双母线接线方式
3.3.2.210kV侧单母线分段接线方式
对于直接影响电能产品质量和用户安全的重要负载采用双回路送电，分别接在10kV的Ⅰ段和Ⅱ段，车间变设联络柜，从而保证不中断
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