完整版35kV变电所电气部分设计说明书毕业设计.docx
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西安科技大学
毕业设计（论文）说明书题目35KV变电所电气部分设计
函授站榆林
专业及班级09级电气工程及其自动化
姓名吕永平
指导教师
日期2011.12.22
继续教育学院
35kV变电所电气部分设计
摘要：
1
Abstract：
2
1引言3
2原始资料4
2.1电力系统接线图错误！
未定义书签。
2.2系统情况4
2.310kV负荷情况4
2.4本地区气象条件5
3负荷统计和无功补偿的计算8
3.1负荷分析8
3.2负荷计算10
3.3无功补偿10
3.3.1无功补偿概述10
3.3.2无功补偿的计算11
3.3.3无功补偿装置11
3.3.4并联电容器装置的分组12
3.3.5并联电容器装置的接线12
4主变压器的选择13
4.1规程中的有关变电所主变压器选择的规定13
4.2主变台数的确定13
4.3主变容量的确定13
4.4主变形式的选择14
5电气主接线设计15
5.1电气主接线概述15
5.2主接线的设计原则15
5.3主接线设计的基本要求16
5.4主接线设计16
5.4.135kV侧主接线设计16
5.4.210kV侧主接线设计16
5.4.3主接线方案的比较选择17
6短路电流计算18
6.1概述18
6.1.1产生短路的原因和短路的定义18
6.1.2短路的种类18
6.1.3短路电流计算的目的19
6.2短路电流计算的方法和条件19
6.2.1短路电流计算方法20
6.2.2短路电流计算条件20
6.3短路电流的计算21
6.3.110kV侧短路电流的计算21
6.3.235kV侧短路电流的计算22
6.3.3三相短路电流计算结果表23
7电气设备的选择24
7.1电气设备选择的一般条件24
7.1.1电气设备选择的一般原则24
7.1.2电气设备选择的技术条件24
7.1.3环境条件26
7.2断路器隔离开关的选择27
7.2.135kV侧进线断路器、隔离开关的选择27
7.2.235kV主变压器侧断路器、隔离开关的选择29
7.2.310kV侧断路器、隔离开关的选择29
7.2.4选择的断路器、隔离开关型号表30
7.3母线的选择及校验31
7.3.1母线导体选择的一般要求31
7.3.235kV母线的选择32
7.3.310kV母线的选择32
7.3.4母线选择结果33
7.4互感器的选择34
7.4.1电流互感器的选择34
7.4.2电压互感器的选择35
7.5熔断器的选择36
7.5.1熔断器概述36
7.5.235kV侧熔断器的选择37
7.5.310kV侧熔断器的选择37
7.6配电装置的选择37
7.6.1配电装置概述37
7.6.235kV屋外配电装置37
7.6.310kV高压开关柜38
8继电保护的设置39
8.1电力变压器保护39
8.1.1电力变压器保护概述39
8.1.2电力变压器纵差保护接线39
8.1.3纵差动保护的整定计算40
8.1.4变压器瓦斯保护41
8.1.5过电流保护41
8.2母线保护42
9变电所的防雷保护42
9.1变电所防雷概述42
9.2避雷针的选择43
9.3避雷器的选择44
结论46
致谢47
参考文献48
摘要：
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所的合理设计和配置。
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。
出于这几方面的考虑，本文详细介绍了黄河水泥厂35kV降压变电所的设计。
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,继电保护选择和整定计算皆有详细的说明。
特别对主接线的选择,变压器的选择,还有一些电气设备如断路器、电流互感器、电压互感器等的选择校验作了详细的说明和分析。
其中还对变电所的主接线，平面布置等通过CAD制图直观的展现出来。
本次设计的内容紧密结合实际，通过查找大量相关资料，设计出了符合当前要求的变电所。
在设计的过程中，得到了学校老师、同学的耐心指导和大量帮助，在此对他们表示衷心的感谢和崇高的敬意。
关键词35kV变电所电气主接线、短路电流计算、高压电气设备、继电保护
Designof35kVStep-downSubstation
Abstract：
Alongwiththecontinuousdevelopmentofelectricindustry,peoplerequireincreasinglydemandofpowersupply,especiallythestability,reliabilityandcontinuityofit.Whilethestability,reliabilityandcontinuityofpowergridisdeterminedbytherationaldesignandconfigurationofsubstation.Thispaperdescribesthestep-downdesignsubstation35kVYellowCementDesign.Italsodiscussesthechoiceofmainwiring,ofrelay,thecalculationofload,shortcurrentandsoonindetail,especially,thechoiceofmainwiring,transformerandsomeelectricequipmentsuchascircuitbreaker,currentandVoltagesensor.Itshowsmainwiringofsubstation,thedistributionofplaneandsomeprotectionequipmentofmainelectricalconnectiontable,thecalculationofshortcurrent,theprotectionofrelay,High-voltageelectricalequipment.
1引言
变电所作为变电站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。
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，主变选择，主接线选择，短路电流计算，设备选择和校验，继电保护，防雷措施等几大块。
并依据相关规定和章程设计其中个个步骤，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。
2原始资料
2.2系统情况
待设计变电所通过一条架空线路由正南方向5km处的一座110kV变电所A送电，回路最大传输功率不大于11.7MW，A变电所系统容量为3000MW。
西北方向20km处一座35kV变电所B通过一条架空出线与待设计变电所联系，平时本所与B变电所有少量功率交换。
本所投运后功率因数要求到达0.9。
2.310kV负荷情况
10kV负荷情况如表1所示
表1.1用电负荷
负荷名称
额定容量
（kV）
额定电压
（kV）
负荷特性
Cosφ
供电线路长度
（m）
1#出线
760
10
0.84
180
2#出线
500
10
0.8
230
3#出线
660
10
0.75
100
4#出线
1400
10
0.82
80
原料粉磨
1600
10
0.85
120
摇头
1800
10
0.8
90
窑尾
1100
10
0.83
100
水泥磨
1400
10
0.8
80
10kV侧负荷同时率：
0.85；10kV侧最小负荷是最大负荷的45％；
10kV侧最大负荷利用小时数=4800H；待设计变电所年负荷增长率为5%。
2.4本地区气象条件
最高气温；最低气温；年平均气温；最热月平均最高温度。
设计的基本原则：
工业园区变电所直接为生产提供电源，是电力系统的一个重要环节，此类变电所能否正确运行关系到整个工业园区生产的稳定和安全问题，因此设计一个优质、安全、可靠、灵活的变电所至关重要。
设计原则有以下几点：
（1）变电所的设计应根据工程的5～10年发展规划进行，与城建部分的城市规划相结合，做到远、近期的结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。
（2）变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合本地情况合理地确定设计方案，做到因地制宜，兼顾变电所经济、安全、可靠、灵活的特点。
（3）对变电所的选址有以下几点要求：
一是靠近负荷中心；二是要节约用地，不占或不占耕地及经济效益高的土地；三是与城区或企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出；四是交通运输方便；五是具有适宜的地质，并且周围环境无明显污秽。
1.3本设计的主要内容
本次设计完成了某工业园区35kV降压变电所设计的总过程，设计过程中遵循国家的法律、法规，按照国家标准及规范，明确设计的目的，逐步完成了电气主接线的选择、负荷的计算和无功补偿、主变的选择、短路电流的计算、高压设备的选择、继电保护选择及整定、防雷保护规划、图纸绘制等工作，特别是对电气主接线的选择、变压器的选择和高压电气设备（如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、母线等）的选择及校验作了详细的说明和分析，形成了较为完整的论文。
2主接线的设计
2.1电气主接线的概述
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，故又称为一次接线或电气主系统。
电气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。
2.2电气主接线基本要求
（1）可靠性：
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。
停电会给国民经济各部门带来严重的损失，在经济发达地区，故障停电的经济损失是难以保量的，甚于会导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等。
电气主接线的可靠性不是绝对的，在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。
（2）灵活性：
电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。
灵活性应该满足以下几个方面，一是操作的方便性；二是高度的方便性；三是扩建的方便性。
（3）经济性：
在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。
通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。
经济性主要从以下几个方面考虑，一是节省一次投资；二是占地面积少；三是电能损耗少。
2.3电气主接线设计的原则
电气主接线的设计是变电站电气设计的主体，其设计必须结合电力系统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，经过技术、经济比较、合理地选择主接线方案。
电气主接线设计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、调试灵活、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，就近取材同，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济的原则。
2.4主接线的基本接线形式
（1）有汇流母线：
单母线接线及单母线分段接线；双母线接线及双母线分段接线；带旁路母线的单母线和双母线接线。
（2）无汇流母线：
桥形接线；角形接线；单元接线。
2.5主接线的设计
（1）35kV侧主接线的设计：
由原始资料知，35kV侧设计规模为进线2回，出线2回，最终出线四回。
由《电力工程电气设计手册》可知：
当35—63kV配电装置出线回路数为4—8回，采用单母分段连接。
故35kV可采用单母分段连接方式。
（2）10kV侧主接线的设计：
由原始资料知，10kV侧设计规模为进线2回，出线8回。
由《电力工程电气设计手册》可知：
当6-10kV配电装置出线回路数为6回及以上时，采用单母分段连接；当负荷较大、短路电流较大、出线需要带电抗器时可采用双母线接线。
故10kV可采用单母分段连接方式，也可采用双母线连接方式。
2.6电气主接线方案的比较
方案一：
35kV和10kV侧均采用单母分段接线方式；
方案二：
35kV侧采用单母分段接线方式，10kV侧采用双母线接线方式。
方案一的优点：
接线简单，供电可靠，高度灵活，操作方便，设备少，经济性好，并且母线便于向两端延伸，便于扩建，对于重要的用户可以从不同的段引出两个回路，当一段线路发生故障时，分段断路器可以自动将故障切除，保证正常母线的供电。
该方案兼顾了可靠性，经济性和灵活性的要求。
方案二与方案一相比较，虽然供电更加可靠，高度更灵活，但是设备增多，投资大，占地面积大，操作复杂，配电装置布置复杂。
故选用方案一，35kV和10kV侧都采用单线分段接线方式。
方案一的主接线图如图2.1；方案二的主接线图如图2.2。
图2.1方案一电气主接线图主接线图
图2.2方案二电气主接线图3负荷统计和无功补偿的计算
3.1负荷分析
根据用电的重要性和突然中断供电造成的损失程度可以将负荷分为以下三类：
1一类负荷
一类负荷，又称为一级负荷，是指突然中断供电将造成人身伤亡或引起对周围环境的严重污染，造成经济上的巨大损失。
如重要大型设备损失、重要产品或重要原料生产的产品大量报废、连续生产过程被打乱且需要长时间才能恢复、造成社会秩序严重混乱或产生政治上的重大影响、重要的交通和通讯枢纽中断、国际社交场所没有照明等。
2二类负荷
二类负荷，又称为二级负荷，是指突然中断供电会造成经济上的较大损失。
如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产、连续生产过程需要较长时间才能恢复、造成社会秩序混乱、在政治上产生较大影响、交通和通讯枢纽以及城市供水中断、广播电视、商贸中心被迫停止运营等。
3三类负荷
三类负荷，又称为三级负荷，是指不属于以上一类和二类负荷的其他用电负荷。
对于这类负荷，供电所所造成的损失不大或不会直接造成损失。
用电负荷的分类，其主要目的是确定供电工程设计和建设的标准，保证建成投入运行工程供电的可靠性，能满足生产或社会安定的需要。
对于一级负荷的用电设备，应有两个及以上的独立电源供电，并辅之一其他必要的非电保安设施。
二级负荷应由两回线供电，但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。
三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。
这次设计的变电所所带的负荷均为三级负荷，因此可以用单回线路供电。
3.2负荷计算
10kV侧的负荷计算
1.6+0.8+0.81+1+1.5+1.3=7.01MW
1.6*0.62+0.8*0.62+0.81*0.75+1*0.62+1.5*0.48+1.3*0.62=4.446MVar
（3-1）
==7.98MVA
功率因数cos=0.87
3.3无功补偿
3.3.1无功补偿概述
电力系统中有许多根据电磁感应原理工作的电气设备，如变压器、电动机、感应炉等。
都是依靠磁场来传送和转换电能的电感性负载，在电力系统中感应电动机约占全部负荷的50%以上。
电力系统中的无功功率很大，必须有足够的无功电源，才能维持一定的电压水平，满足系统安全稳定运行的要求。
电力系统中的无功电源由三部分组成：
1发电机可能发出的无功功率（一般为有功功率的40%~50%）。
2无功功率补偿装置（并联电容器和同步调相机）输出无功功率。
3110kV及以上电压线路的充电功率。
电力系统中如无功功率小，将引起供电电网的电压降低。
电压低于额定电压值时，将使发电、送电、变电设备均不能达到正常的出力，电网的电能损失增大，并容易导致电网震荡而解列，造成大面积停电，产生严重的经济损失和政治影响。
电压下降到额定电压值的60%~70%时，用户的电动机将不能启动甚至造成烧毁。
所以进行无功补偿是非常有必要的。
3.3.2无功补偿的计算
补偿前cos=0.86，求补偿后达到0.9。
因此可以如下计算：
设需要补偿XMva的无功
则cos=（3-2）
==0.9
解得X=0.82MVar
3.3.3无功补偿装置
无功补偿装置分为串联补偿装置和并联补偿装置两大类。
并联补偿装置又可分为同期调相机、并联电容补偿装置、静补装置等几大类。
同期调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供可无级连续调节的容性和感性无功，维持电网电压，并可以强励补偿容性无功，提高电网的稳定性。
在我国经常在枢纽变电所安装同步调相机，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。
静止补偿器有电力电容器与可调电抗并联组成。
电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据电压需要，向电网提供快速无级连续调节的容性和感性的无功，降低电压波动和波形畸变率，全面提高电压质量，并兼有减少有功损耗，提高系统稳定性，降低工频过电压的功能。
其运行维护简单，功耗小，能做到分相补偿，对冲击负荷也有较强的适应性，因此在电力系统中得到越来越广泛的应用。
但设备造价太高，本设计中不宜采用。
电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。
既可集中安装，又可分散装设来接地供应无功功率，运行时功率损耗亦较小。
综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置，并且采用集中补偿的方式。
3.3.4并联电容器装置的分组
1分组原则
（1）对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可直接与该设备相连接，并与该设备同时投切。
（2）配电所装设的并联电容器装置的主要目的是为了改善电网的功率因数。
此时，为保证一定的功率因数，各组应能随负荷的变化实行自动投切。
负荷变化不大时，可按主变压器台数分组，手动投切。
（3）终端变电所的并联电容器装置，主要是为了提高电压和补偿主变压器的无功损耗。
此时，各组应能随电压波动实行自动投切。
投切任一组电容器时引起的电压波动不应超过2.5%。
2分组方式
并联电容器的分组方式主要有等容量分组、等差级数容量分组、带总断路器的等容量分组、带总断路器的等差级数容量分组。
这几种方式中等容量分组方式，分组断路器不仅要满足频繁切合并联电容器的要求，而且还要满足开断短路的要求，这种分组方式应用较多，因此采用等容量分组方式。
3.3.5并联电容器装置的接线
并联电容器装置的接线基本形式有星形和三角形两种。
经常采用的还有由星形派生出的双星形，在某种场合下，也有采用由三角形派生出的双三角形。
从《电力工程电气设计手册》（一次部分）502页表9—17可比较得出，应采用Y形接线，因为这种接线适用于6kV及以上的并联电容器组，并且容易布置，布置清晰。
并联电容器组装设在变电所低压侧，主要是补偿主变和负荷的无功功率，为了在发生单相接地故障时不产生零序电流，所以采用中性点不接地方式。
选用BFM11—500—3型号的高压并联电容器2台。
额定电压11kV。
额定容量500kVar。
4主变压器的选择
4.1规程中的有关变电所主变压器选择的规定
1主变容量和台数的选择，应根据《电力系统设计技术规程》SDJ161—85有关规定和审批的电力规划设计决定进行。
凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的70%，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。
若变电所所有其他能源可保证在主变停运后用户的一级负荷，则可装设一台主变压器。
2与电力系统连接的220~330kV变压器，若不受运输条件限制，应选用三相变压器。
3根据电力负荷的发展及潮流的变化，结合系统短路电流、系统稳定、系统继电保护、对通信线路的影响、调压和设备制造等条件允许时，应采用自耦变压器。
4在220~330kV具有三种电压的变电所中，若通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。
5主变调压方式的选择，应符合《电力系统设计技术规程》SDJ161的有关规定。
4.2主变台数的确定
为保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变，但一般不超过两台主变。
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。
对大型枢纽变电所，根据工程的具体情况，应安装2~4台主变。
本次设计的变电所没有一级负荷，所以采用两台主变。
4.3主变容量的确定
主变容量的确定应根据电力系统5~10年发展规划进行。
当变电所装设两台及以上主变时，每台容量的选择应按照其中任一台停运时，其余容量至少能保证所供一级负荷或为变电所全部负荷的60~75%。
由3.2的负荷计算得知10kV侧的负荷总量为7.95MVA。
考虑5%的年负荷增长率，5年规划年限内计算负荷可表示为：
（4-1）
式中—第一年的负荷；
—年负荷增长率；
n—规划年数；
i—年利率。
带入i=0.1，n=5，=5%，=7.95MVA得=11.98MVA。
再考虑同时系数时，可按下式算：
（4-2）
式中—负荷同时系数
带入=0.85得=10.18MVA。
对于两台变压器的变电所，其变压器的额定容量可按下式确定：
=0.7=0.7*10.18=7.13MVA
总安装容量为2*（0.7）=1.4
如此当一台变压器停运，考虑变压器的过负荷能力为40%，则可保证98的负荷供电。
所以应选容量为7500kVA的变压器。
4.4主变形式的选择
主变一般采用三相变压器，若因制造和运输条件限制，在220kV的变电所中，可采用单相变压器组。
当今社会科技日新月异，制造运输以不成问题，因此采用三相变压器。
在关于绕组上，只有220~330kV具有三种电压的变电所中，若通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。
此次设计的变电所只有35kV和10kV两个电压等级，所以采用双绕组变压器。
我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地
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