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35kv变电站设计毕业论文doc
电气装备课程设计说明书
（35KV电气主接线设计）
院（系）名称
工学院机械系
专业名称
电气工程及其自动化
学生姓名
指导教师
201年6月20日
摘要
随着工业时代的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电的稳固性、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设计和配置。
一个典型的变电站的主接线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，本论文设计了一个降压变电站。
本次设计根据某氧化铝公司的电力负荷资料，作出了该公司35KV、10KV变电所的初步设计，工厂总降压变电所及配电系统设计是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对各部门的安全可靠，经济技术的分配电能力问题，论文主要对变电站进行了主接线设计、负荷计算、短路电流的计算和高压电气设备的选择。
本设计以实际负荷为依据，以变电所的最佳运行为基础，按照有关规定和规范，作出了满足该区供电要求的35kV变电所初步设计。
设计中首先对负荷进行了统计与计算，选出了所需的主变型号，然后根据负荷性质及对供电可靠性要求拟定主接线设计，设计中还进行了短路计算和对主要高压电器设备进行了选择与计算，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。
关键词：
35KV变电站总体设计
摘要Ⅱ
目录Ⅲ
前言
变电站是电力网中线路的连接点，作用是变换电压、交换功率和汇集、分配电能，它直接影响影响整个电力系统的安全与经济运行。
变电站中的电气部分通常被分为一次部分和二次部分。
电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，具有同时性。
35kv降压变电站作为供用网络中重要的变电一环，它设计质量的好坏直接关系到一个企业的用电可靠性和经济性。
本次设计是在学习了相关专业课程（如《发电厂电气部分》、《电力系统分析》、《电力系统继电保护原理》等），且对各类变电站了解后设计的。
本次设计为我们走上工作岗位前对工程设计有细致的了解，并为掌握一定的工程设计方法打下了基础。
根据有关规定，依据安全、可靠、优质、经济、合理等的要求，为保证对用户不间断地供给充足、优质又经济的电能设计方案。
本次设计主要包括变电站总体分析、电力系统分析、主接线选择、主变选择、无功补偿设备选择、短路电流的计算、电气设备的选择、防雷设计、配电装置和平面设置等。
在主接线设计中，在35kV侧我们把两种接线方式在经济性、灵活性、可靠性三个方面进行比较，最后选择35kV采用单母线分段接线方式。
1变电站站址的选择原则和作用
1.1变电站的选择原则
变电所的设计应根据工程
年发展规划进行，做到远、近期结合，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；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，结合国情合理地确定设计方案；变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。
变电所应建在靠近负荷中心位置，这样可以节省线材，降低电能损耗，提高电压质量，这是供配电系统设计的一条重要原则。
本设计的变电站位于烟台龙口某企业，地理坐标北纬37.39东经120.21。
该地区地势平坦，无高山丘陵，气候宜人，属温带季风型气候，冬无严寒，夏无酷暑，四季分明，气候宜人，年平均气温12℃左右，冬天不低于-10℃，夏天不超过30℃；年平均降雨量600毫米左右，无霜期190多天。
本设计变电站靠近负荷中心，交通运输较为便利。
综上所述，可满足建所的要求。
1.2电力系统供电要求
（1）保证可靠的持续供电：
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。
（2）保证良好的电能质量：
电能质量包含电压质量，频率质量，和波形质量三个方面，电压质量和频率质量均以偏移是否超过给定值来衡量，例如给定的允许电压偏移为额定值的
，给定的允许频率偏移为
等，波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。
所有这些质量指标，都必须采取一切手段来予以保证。
（3）保证系统运行的经济性：
电能生产的规模很大，消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗占的比重约为1/3，而且电能在变换，输送，分配时的损耗绝对值也相当客观。
因此，降低每生产一度电能消耗的能源和降低变换，输送，分配时的损耗，有极其重要的意义。
1.3电力系统的额定电压
（1）额定电压是指能使电气设备长期运行的最经济的电压。
在系统中，各部分电压等级是不同的。
三相交流系统中，三相视在功率S=3UI。
当输出功率一定时，电压越高，电流越小，线路，电气等的载流部分所需的截面积就越小，有色金属的投资也越小，同是由于电流小，传输线路上的功率损耗和电压损失也较小。
另一方面，电压越高，对绝缘水平的要求则越高，变压器，开关等设备的投资也越大。
综合考虑这些因素，对应一定的输送功率和输送距离都有一个最为经济合理的输电电压，但从设备制造角度考虑，为保证产品的标准化和系列化，又不应随意确定输电电压。
（2）用电设备的额定电压：
经线路向用电设备输送电能时，由于用电设备大都是感性负荷，沿线路的电压分布往往是首段高于末端，，系统标称电压于用电设备的额定电压取值一致，使线路沿线的实际电压于用电设备要求的额定电压之间的偏差不致太大。
（3）变压器额定电压：
变压器一次侧接电源，相当于用电设备，二次侧向负荷供电，又相当于电源，因此变压器一次侧额定电压应等于用电设备额定电压。
由于变压器二次侧额定电压规定为空载时的电压，额定负载下变压器内部的电压降落约为
，当供电线路较长时，为使正常运行时变压器二次测电压较系统标称电压高
，以便补偿线路电压损失。
变压器二次测额定电压应较用电设备额定电压高
，只有当变压器二次测与用电设备间电气距离很近时，其二次侧额定电压才取为用电设备额定电压的
倍。
2主接线设计
2.1对电气主接线的基本要求
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。
主接线设计代表了变电所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。
它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抑定都有决定性的关系，对电气主接线的基本要求，概括的说包括可靠性，灵活性和经济性三方面。
2.2所要选择的主接线形式
由负荷资料知，35KV上近期无负荷。
而10KV的负荷中有原料、溶出、沉降、分解、蒸发、焙烧车间等负荷，若断电将造成较大的经济损失和资源浪费，因而需要保证供电的可靠性；同时，由于10KV分解车间分解搅拌属对电力供应的可靠性要求也是较高的，综合考虑35KV站的投资规模，故而在设计过程中应在保证供电的可靠性的基础上考虑经济因素。
2.2.135KV、10KV接线形式的选择
按照《变电站设计技术规程》的第23条规定：
“35~60kV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线；当出线为2回以上时，一般采用单母线分段或单母线接线。
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室外配电装置，可采用双母线接线”。
本变电站35kV侧可考虑以下3种方案，并进行经济和技术分析。
方案1：
采用单母线分段接线，如图1所示
图1
优点：
用断路器把母线分段后，重要用户可从不同母线分段引出双回线供电；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，保证重要用户不停电。
缺点：
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；当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建；分段断路器故障造成35kV两段母线停电。
适用范围：
6～10kV配电装置出线回路数为6回及以上时；
35～60kV配电装置出线回路数为4～8回及以上时；
110～220kV配电装置出线回路数为3～4回时。
方案2：
采用单母线接线，如图2所示。
图2
优点：
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：
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。
适用范围：
6～10kV配电装置出线回路数不超过5回；
35～60kV配电装置出线回路数不超过3回；
110～220kV配电装置出线回路数不超过2回。
方案3：
采用外桥
图3
外桥接线的特点：
当变压器发生故障或运行中需要切除时，只断开本回路的断路器即可，不影响其他回路的工作。
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1B也被切除。
为了恢复变压器1B的正常运行，必须在断开隔离开关2G后，再接通断路器1DL和3DL。
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。
以上三个方案，所需35kV断路器和隔离开关数量如表1所示。
表135KV断路器和隔离开关数量表
方案比较
单母分段
单母线
外桥
断路器台数
5
4
3
隔离开关总数
8
6
6
对以上三种方案分析比较。
从经济性来看：
由于3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1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2介于方案1和方案3之间较经济。
从可靠性来看：
方案1，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用户停电，可以满足一、二、三类用户负荷的要求，可靠性高；方案2，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，不能满足一、二类用户负荷的要求。
方案3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2、方案3可靠性均不如方案1。
从改变运行方式的灵活性来看：
方案1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1以供电可靠性高为主要优点；方案2以设备少，较经济，倒闸操作简便为主要优点；方案3以投资少，经济性好为主要优点。
因本变电站无一类负荷，二类负荷所占比例较少（18.8％），所以考虑综合因素，选方案1单母线接线为本变电站的35kV侧主接线。
本期从东海电厂出35KV线路2回，直接至氧化铝厂，根据设计原则可采用单母线分段的接线形式。
如下图
6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。
而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。
本期10KV出线回路数为12回，可采用单母线分段。
如下图
3负荷计算
表3.1负荷原始资料：
电压
等级
线路名称
最大负荷
MVA
负荷组成
（%）
自然功率
Ifmax
（A）
线长
km
备注
一级
二级
三级
10KV
原料车间
3.1
20%
20%
0.78
182
5.1
溶出车间
3.39
20%
20%
0.78
46.7
8.168
沉降车间
4.616
20%
0.75
58
13.436
分解车间
3.624
70%
30%
0.72
107
13.404
蒸发车间
1.649
30%
30%
0.75
87
9.968
被烧车间
1.4625
30%
30%
0.78
114
11.627
备用一
3.1计算负荷
综合最大计算负荷：
K
—同时系数，对于出线回数较少的情况，可取0.9~0.95,出线回数较多时，取0.85~0.9;在本设计中，10KV中取0.95，6KV中取0.85
%—线损，取5%
3.1.1对于35KV段负荷的计算
=0.95×（3.1+3.39+4.6116+3.624+1.649+1.4625）/0.9×（1+5%）=19.77MVA
3.1.2对于10KV段负荷的计算
=0.85[3.1/0.78+（3.39+1.649）/0.75+4.6116/0.72+（3.624+1.4625）/0.8]×（1+5%）
=20.93MVA
综上：
总的计算负荷：
19.77+20.93=40.70MVA
4短路电流的计算
4.1计算短路电流的意义
供配电系统中的短路，是指相导体之间或相导体与地之间不通过负载阻抗而发生的电气连接。
短路是电力系统中常发生的故障，短路电流直接影响电器的安全，危害电力系统的安全运行，假如短路电流较大，为了使电器能承受短路电流的冲击，往往需要选择重型电器。
这不仅会增加投资，甚至会因开断电流不满足而选择不到合适的高压电器，为了能合理选择轻型电器，在主接线设计时，应考虑限制的措施
，即而需要计算
。
4.2本次设计中短路电流的计算
4.2.1各回路电抗的计算
计算各回路电抗：
（取基准功率
，
）
X4
K1
K
根据前面所选变压器各参数得：
X1=0.1
X2=0（纯电缆线路）
7.4/10=0.74
7.29/10=0.729
4.2.2计算各短路点的短路电流
在配电系统中，当发生三相短路时，后果最严重。
因而以此验算电器设备的能力。
（1）K点短路时，对于35KV系统电源（无穷大容量）
图5.2K点短路时网络简化
（2）
点短路时，
（3）
点短路时，
5变电站主变压器的选择
5.1绕组数量和连接方式的确定
国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分有双绕组普通式、三绕组式、自偶式、以及低压绕组分裂式等变压器，待设计变电所有35kv、10kv两个电压等级且是一座降压变电所，宜选用双绕组普通变压器。
我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Ｙ0连接，35KV亦采用Ｙ型，其中性点通过消弧线圈接地。
35KV以下电压变压器绕组都采用△连接。
本设计中变电站电压等级为35/10KV，接线方式采用YN/d11的接线方式。
5.2主变阻抗及调压方式选择
5.2.1主变阻抗的选择
根据《电力工程电气设计手册》（电气一次部分），变压器的阻抗实质就是绕组间的漏抗，阻抗的大小主要取决于变压器的结构和采用的材料。
从系统稳定和供电电压质量考虑，希望主变压器的阻抗越小越好；但阻抗偏小又使系统短路电流增加，高、低压电器设备选择遇到困难；另外阻抗的大小要考虑变压器并联运行的要求。
主变阻抗选择原则：
①各侧阻抗值的选择须从电力系统稳定、潮流计算、无功分配、继电保护、短路电流、系统内的调压手段和并联运行等方面进行综合考虑；②对普通两绕组变，目前有“降压型”一种；
5.2.2调压方式的选择
为保证供电所或发电厂的供电质量，电压必须维持在允许的范围内，调压方式有两种，一种称为无激磁调压，调整范围在±2×2.5%以内；另一种成为有载调压，调整范围达30%，其结构复杂，价格昂贵，在下例情况下选用：
接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证用电质量，要求母线电压恒定时，且随着各方面的发展，为了保证电压质量及提高变压器分接头质量。
所以选用有载调压。
5.3本设计中主变容量的选择
在本变电站中，当变电站的一台变压器停止运行时，另一台变压器能保证全部负荷的60%，即SB=S*60%=24.42MVA。
同时应该能保证用户的一级和二级负荷，Ⅰ、Ⅱ类负荷的总和为：
SB=3.1×0.2＋3.1×0.2＋3.39×0.4＋4.6116×0.2＋3.624×0.7＋3.624×0.3＋1.649×0.3＋1.649×0.3＋1.4625×0.3＋1.4625×0.3＝9.01MVA，综合以上并考虑变压器容量必须大于
，再综合分析，选择变压器容量
=40000kVA三台，查得35KV三相双绕组电力变压器技术数据表，选择变压器的型号为SFZ10-40000/35，其参数如下表：
表5.1主变型号选择
型号
编号
电压组合 （KV）
联接
组别
损耗（KW）
空载电流（%）
阻抗电压
高
低
空载
负载
SFZ10-10000/35
1#
35
10.5
23.5
117.8
0.72
高—低：
7.4
SFZ10-10000/35
2#
35
10.5
23.5
117.8
0.72
高—低：
7.4
SFZ10-10000/35
3#
35
10.5
23.5
117.8
0.72
高—低：
7.29
5.4主变台数选择原则
对城镇中的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变。
对地区性孤立的一次变或大工业的专用变电所，装三台主变。
对规划只装两台主变的变电所，其主变基础按大于主变容量的1～2级设计，以便负荷发展时更换主变。
在本变电站设计中，具有2个电压等级，由于本变电站为大工业的专用变电所，所以主变台数选择3台。
6高压电器设备的选择
6.1各电压等级侧断路器的选择
6.1.135KV侧断路器的选择
该回路安装在户外，选择户外型断路器，该回路电压为35KV，因此选择的断路器的额定电压
的断路器，且其额定电流大于通过断路器的最大持续电流
，，所以35KV段选择的断路器型号为ZN12，其基本参数如下表6.1：
表6.1ZN12基本参数：
型号
额定电压
（KV）
额定电流
（A）
额定开断电流
（KA）
动稳定电流（KA）
4S热稳定电流（KA）
固有分闸时间
合闸时间
ZN12
35
1250
25
50
25
0.15
0.12
下面对所选的断路器进行校验，通过断路器的短路电流Ik=15.8A，所选断路器的额定开断电流为25KA，故断流能力满足要求。
所选断路器的额定关合电流，即动稳定电流为50KA，流过断路器的冲击电流为40.29KA
所以所选断路器的短路关合电流满足要求，因而动稳定也满足要求。
最后进行热稳定校验，设后备保护动作时间为1.9s，所选断路器的分闸时间为0.15s，选择熄弧时间为0.03s，则短路持续电流时间
，短路热效应
。
所选断路器允许的热效应
，即
，热稳定也满足要求，以上各种参数校验均满足要求，故选择ZN12断路器。
6.1.210KV侧断路器的选择
该回路安装在户外，选择户外型断路器，该回路电压为10KV，因此选择的断路器的额定电压UE>6KV的断路器，且其额定电流大于通过断路器的最大持续电流
，所以10KV段选择的断路器型号为ZN65A-12/T630-25，其基本参数如下表6.2：
表6.2ZN65A-12/T630-25基本参数：
型号
额定电压
（KV）
额定电流（A）
额定开断电流
（KA）
动稳定电流（KA）
4S热稳定电流（KA）
固有分闸时间
合闸时间
ZN65A-12/T630-25
12
630
31.5
40
31.5
0.15
0.12
下面对所选的断路器进行校验，通过断路器的短路电流Ik=6.63A，所选断路器的额定开断电流为31.5KA，故断流能力满足要求。
所选断路器的额定关合电流，即动稳定电流为40KA，流过断路器的冲击电流为16.91KA，所以所选断路器的短路关合电流满足要求，因而动稳定也满足要求。
最后进行热稳定校验，设后备保护动作时间为1.9s，所选断路器的分闸时间为0.15s，选择熄弧时间为0.03s，则短路持续电流时间
短路热效应
所选断路器允许的热效应
，即
，热稳定也满足要求，以上各种参数校验均满足要求，故选择ZN65A-12/T630-25断路器。
6.2隔离开关的选择
6.2.1隔离开关的作用
它的主要用途是隔离电源，保证电气设备与线路在检修时与电源有明显的断口。
隔离开关无灭弧装置，和断路器配合使用时，合闸操作应先和隔离开关，后合断路器，分闸操作应先断开断路器，后断开隔离开关。
运行中必须严格遵守“倒闸操作规定”，并应在隔离开关与断路器之间设置闭锁机构，以防止误操作。
隔离开关按电网电压，长时最大工作电流及环境条件选择，按短路电流校验其动、热稳定性。
6.2.235KV侧隔离开关的选择
为了保证电气设备和母线的检修安全，该回路选择隔离开关带接地刀闸，该隔离开关安装在户外，故选择户外型。
该回路额定电压为
，因此所选的隔离开关的额定电压
，而且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流
，因此选择GN27-40.5型接地高压隔离开关，其主要参数如下表6.3：
表6.3GN27-40.5型接地高压隔离开关主要参数：
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
最大工作电压（KV）
极限通过电流（KA）
2S热稳定电流（KA）
接地刀闸（A）
有效值
峰值
GN27-40.5
40.5
1250
40.5
28
50
20
2000
下面校验所选择的隔离开关，短路时通过该隔离开关的短路冲击电流ish=40.29KA，所选择的隔离开关的动稳定电流即极限通过电流的峰值50KA，即
，因此动稳定满足要求。
该隔离开关允许的热效应
短路时的热效应
即
，热稳定满足要求，经过以上校验，所选隔离开关满足要求，故确定选用GN27-40.5型高压隔离开关，该隔离开关配用手动式杠杆操作机构。
6.2.310KV侧隔离开关的选择
为了保证电气设备和母线的检修安全，该回路选择隔离开关带接地刀闸，该隔离开关安装在户外，故选择户外型。
该回路额定电压为
，因此所选的隔离开关的额定电压Ue>10KV，而且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流
，因此选择GN30-12型接地高压隔离开关，其主要参数如下表6.4：
表6.4GN30-12型接地高压隔离开关主要参数：
型号
额定电压
额定电流
允许的热效应
动稳定电流
GN30-12
12
1250
3200
100
下面校验所选择的隔离开关，短路时通过该隔离开关的短路冲击电流ish=16.91KA，所选择的隔离开关的动稳定电流为
，即
，因此动稳定满足要求。
该隔离开关允许的热效应为
短路时的热效应
，即
，热稳定满足要求，经过以上校验，所选隔离开关满足要求，故确定选用GN30-12型高压隔离开关，该隔离开关配用手动式杠杆操作机构。
6.3电压互感器和电流互感器的选择
互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反应电气设备的正常运行和故障情况。
互感器的作用是：
（1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜和便于屏内安装。
（2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。
6.3.1电压互感器的选择
变电站的每组母线上均安装电压互感器，电
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