35kV降压变电站电气部分设计毕业设计.docx
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35kV降压变电站电气部分设计毕业设计
35kV降压变电站电气部分设计毕业设计
摘要
ABSTRACT
毕业设计任务书
前言
一毕业设计概述1
1.1毕业设计题目1
1.2毕业设计目的1
1.3毕业设计容1
二35kV降压变电站设计2
2.1设计原则及特点2
2.2设计原则2
2.3设计特点2
2.3设计说明2
三主变压器的选择3
3.1主变压器容量、台数、型号选择3
3.2站用变压器选择4
3.3低损耗配电变压器的结构5
3.4低损耗配电变压器的特点6
3.5油浸式变压器防火安全措施6
四变电站电气主接线设计8
4.1电气主接线的基本要求和原则8
4.2电气主接线设计程序9
4.3电气主接线设计11
五短路电流计算15
5.1短路概述15
5.2造成短路原因15
5.3短路危害15
5.4短路计算16
六电气设备的选择22
6.1电气设备及分类22
6.2电气设备的选择23
七防雷保护设计32
7.1雷电过电压32
7.2雷电的危害32
7.3防雷保护装置32
7.4防雷设计33
7.5防雷保护计算33
结论36
致谢37
参考文献38
附录39
35kV降压变电站图纸目录40
一、毕业设计的目的和要求
1、培养学生综合运用所学理论知识和技能，分析解决实际问题的能力。
2、培养学生掌握设计电力系统课题的思想和方法，树立严肃认真工作作风。
3、培养学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术文献能力。
4、通过毕业设计，要求学生在指导教师的指导下，独立完成所分担的设计课题的全部容，包括：
1）、通过调查研究和毕业实习，收集和调查有关技术资料。
2）、进行方案选择、系统的性能分析以及参数的计算。
3）、正确编写设计说明书。
二、毕业设计的任务
1、熟悉题目要求，查阅相关科技文献
2、主接线方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等容）
3、选择主变压器
4、短路电流计算
5、电气设备的选择
6、继电保护设计
7、防雷保护设计
8、撰写设计说明书，绘制图纸
三、毕业设计的主要容
1.确定主接线：
根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的2—3个方案，经过技术经济比较，确定最优方案。
2.选择主变压器：
选择变压器的容量、台数、型号等。
3.短路电流计算：
根据电气设备选择和继电保护整定的需要，选择短路计算点，绘制等值网络图，计算短路电流，并列表汇总。
4.电气设备的选择：
选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等，选用设备的型号、数量汇总成设备一览表；
5.主要设备继电保护设计
6.防雷保护设计
前言
在加快基础设施建设、扩大需、拉动国民经济增长的前提下，我国偏远山区和边疆地区小型水电站建设已步入一个新的时期，与之配套的电网建设工程也随之加快。
偏远山区和边疆地区35kV降压变电站顺应经济的发展而产生，同时也随着我国经济的进一步提高而改善，35kV降压变电站微机综合自动化的发展必然促进变电站无人值守，但因偏远山区和边疆地区管理能力以及通信信息较落后等原因，在此设计的35kV降压变电站，是少人值守降压变电站，该变电站具有经济合理、技术先进、安全可靠等优点，对偏远山区和边疆地区经济发展具有十分重要的意义。
此题目的设计涉及《发电厂电气部分》、《电力系统分析》、《电力系统继电保护》、《电力系统自动化》等所学习过的课程及相关容。
此设计的题目是针对35kV降压变电站电气部分设计。
经自己查阅资料了解学习，并把所设计的有关容做了整体的记录，查阅资料了解过程中通过在资料上技术人员的指导和结合自身的实际情况，选择变电站电气部分设计，这部分设计相信对自己将来的工作也会有很大的帮助。
本设计按照以下的步骤进行：
首先：
根据主变压器台数，设计电气主接线，并绘制电气主接线图；
其次：
进行短路电流计算，根据短路点计算三相短路稳态电流、冲击电流。
再次：
选择电气设备，根据所选的电气设备，进行电气设备的布置。
以上是理论知识的体现，而更重要的一点是在设计中，培养自己运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，增强工程观，在设计过程中主要立足于应用所学基本理论和专业知识，大胆地运用新理论、新技术去分析解决实际问题，以便更好地适应以后工作的需要。
设计过程中，查阅资料是必不可少的，而资料的获取应以实际为准，作为一名初次设计者，设计之前应具备一定的设计能力，但是由于缺乏经验，知识体系不够完善等多种原因，适用于估算。
在估算的过程中，所得理论结果与实际偏差不大，对整个电力系统不产生重大的影响，是可行的。
明确了自己设计目的，立即进行设计资料的准备。
资料准备主要通过查阅（包括上网查阅、书籍查阅等）文献资料和咨询工程技术人员两条渠道进行。
此设计充分利用所学专业理论知识，考虑自己毕业设计的选题方向，有目的、有计划地查阅与选题方向有关的文献资料，特别是在查阅的过程中，有意识地搜集变电站的新技术、新设备等方面资料，这也是为毕业设计课题收集资料的重要途径。
题目选定后，我有针对性地查阅一些相关资料，最后对所收集的资料进行整理。
本次35kV降压变电站设计主要是从电气一次到电气二次设计、从户外配电装置设计到户配电装置设计，最终是对35kV降压变电站作了整体的框架设计。
通过这次设计，使我对我所学的电气专业从感知到认识、从认识到理解，为我以后的工作奠定了一定的理论基础。
本设计中，由于设计者的水平有限，难免有不足，希望老师给予批评指正，使本设计更加完善。
一毕业设计概述
1.1毕业设计题目
《35kV降压变电站电气部分设计》
1.2毕业设计目的
本设计是针对我国偏远山区和边疆地区35kV降压变电站设计，设计中涉及“发电厂电气部分”、“电力系统分析”、“电力系统继电保护”等有关课程容，通过设计培养学生综合运用所学理论知识和技能，分析解决实际问题的能力；培养学生掌握设计电力系统课题的思想和方法，树立严肃认真的工作作风；培养学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术文献的能力；包括：
调查研究和毕业实习，收集和调查有关技术资料；进行方案选择、系统的性能分析以及参数的计算；正确编写设计说明书。
1.3毕业设计容
设计的主要容包括：
35/10.5kV变电站主变压器选择；变电站电气主接线设计；短路电流计算；电气设备选择（母线、电缆、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器和避雷器）；；变电站微机综合自动化；电气设备的布置（户外35kV高压配电装置的布置和户10kV箱式变电站的布置）；防雷设计等。
1、进行35kV降压变电站电气部分设计；
2、完成任务书中的全部容；
3、绘制出相关的图纸；
4、毕业设计说明书按统一格式打印、装订成册；
5、说明书采取A4纸，不少于50页；
6、完成与设计有关的英文资料翻译。
二35kV降压变电站设计
2.1设计原则及特点
35kV降压变电站的设计是结合项目区总体规划，预留10年的发展余地，做到远、近期结合，又以近期发展为主。
从全局出发，统筹兼顾，按负荷性质、用电容量、工程特点、县城供电条件等因素，对35kV降压变电站进行合理的设计。
2.2设计原则
1、电气设备整体布置力求合理，少占耕地；
2、基建工程量小，施工方便、周期短、工程投资少；
3、所选电气设备安全，供电安全性强、可靠性高；
4、主接线简单，施工方便；
5、留有发展余地。
2.3设计特点
1、靠近负荷中心、便于管理；
2、35kV进线和10kV出线架设方便；
3、降压变电站交通运输便利；
4、降压变电站周围环境无污染，无易燃、易爆、剧烈振动的场所。
2.3设计说明
该35kV降压变电站用电负荷主要是日常生产、生活用电，无工业用电，用电负荷较集中，由于受地形地势的制约，该35kV降压变电站由一个发电站供电，发电站装机容量为2×1250kW，降压变电站距发电站15km。
三主变压器的选择
在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。
在输配电系统中，变压器起到桥梁作用，变压器是借助电磁感应原理，以相同的频率，交换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。
3.1主变压器容量、台数、型号选择
3.1.1主变压器容量
变压器空载运行时需用较大的无功功率，这些无功功率需由供电系统供给，变压器容量如选的过大，不但增加投资，而且使变压器长期处于轻载运行，出现“大马拉小车”现象，使空载的损耗增加，功率因数降低，网络损耗增加。
若容量选的小，会使变压器长期过负载，易损坏设备。
变压器的最佳负载率在40%-70%之间，负载过高，损耗明显增加，另一方面，由于变压器容量裕度小，负载稍有增长，便需要增容，更换大容量的变压器，势必增加投资，且影响供电。
总之，选择变压器的容量，要以现有的负荷为依据，按照5-10年的发展计划来确定，根据电力系统的线图可知，该35kV降压变电站是由一个发电站供电，发电站装机容量为2×1250kW，因此，初选该降压变电站主变压器容量3150kVA。
变压器容量计算为：
经查阅有关变压器资料后，变压器容量中没有3125kVA的，只有接近的3150kVA。
所以，初选主变压器容量3150kVA。
3.1.2主变压器台数和型号
1、台数
变压器的台数应根据负荷的特点和经济运行进行选择，要由负荷大小，对供电的可靠性和电能质量的要求来决定，并兼顾节约电能、降低运行造价、维护设备等因素，确定变压器台数应综合考虑，进行认真的技术经济比较。
按负荷的等级和大小来说，对于带一、二级负荷的变电站，当一、二级负荷较多时，应选两台或两台以上变压器，如只有少量的一、二级负荷并能从相邻的变电站取得低压备用电源，可以只采用一台变压器。
由于该降压变电站只有一个电源点供电，电源点的容量为2500kW，为检修主变压器时，不致使整个负荷区停电，设计时选用2台变压器并列运行。
根据《35-110kV变电站设计规》GB50059-92中规定：
装有两台及以上的主变压器的变电站，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。
因此，该降压变电站选用2台主变，容量分别为2000kVA。
2、型号
主变压器型号为2台S11-2000/35，容量分别为2000kVA，电压为35±5%/10.5kV，连接组标号Yd11，阻抗电压Ud=6.5%。
主变压器主要技术参数见表3-1。
表3-1S11-2000/35主压器技术参数
序号
型号
额定
容量
（KVA）
额定电压（KV）
空载
损耗
（W）
负载
损耗
（W）
短路
阻抗
（%）
空载
电流
（%）
变压
器连
接组
高压
低压
1
S11-2000/35
2000
35
10.5
2720
17820
6.5
0.9
Yd11
3.2站用变压器选择
站用变压器的选择主要考虑站用高压工作变压器和启动兼备用变压器的选择。
选择容一般包括：
变压器的台数、型式、额定电压、容量和阻抗。
额定电压，根据站用电系统的电压等级和电源引接处的电压而确定。
因此，该降压变电站的站用变压器设在35kV进线段，高压隔离开关之前设一台站用站用变压器，站用变压器型号为S11-50/35，其容量为50kVA，连接组标号Yyn0，容量为50kVA，电压35±5%/0.4kV，阻抗电压Ud=6.5%。
站用变压器主要技术参数见表3-2。
表3-2S11-50/35站用变压器技术参数
序号
型号
额定
容量
（KVA）
额定电压（KV）
空载
损耗
（W）
负载
损耗
（W）
短路
阻抗
（%）
空载
电流
（%）
变压
器连
接组
高压
低压
1
S11-50/35
50
35
0.4
210
1215
6.5
2.2
Yyn0
3.3低损耗配电变压器的结构
S11型是低损耗配电变压器，变压器铁心为圆形三级接缝叠片结构，对产品绝缘结构进行了一些局部改进，扩大了高压圆筒式绕组的应用围，改变了高压和低压绕组端面的有效支撑，采用了新的吊板和引线的夹持方式等等。
同时，采用了一些新材料、新组件和新的紧固件等，使产品在性能和结构方面都达到一个较高的水平。
S11系列低损耗配电变压器按铁心材料和结构的不同，有以下三种:
1、叠积式铁心结构的S11系列配电变压器。
在S9型产品结构与制造经验的基础上，开发的叠片式S11系列配电变压器，采用优质取向冷轧硅钢片，采用新的叠片形式，改善了磁路结构。
该系列产品在生产制造上可以充分利用现有设备资源，不必增加新的设备和新的投入；产品结构相对S9型产品没有大的变化，可以充分发挥原有制造经验，有利于保持产品质量的稳定。
2、非晶合金铁心的S11系列配电变压器。
非晶合金材料片极薄，磁密低，硬度是硅钢片的5倍，加工剪切很困难，一般是以边缘剪切处加温而获得良好的剪切面，故非晶合金变压器铁心截面呈长方形，相应地绕组也呈长方形。
单相非晶合金铁心变压器的铁心结构是一个框，三相变压器的结构是由四个框合并成类似三相五柱式结构，一般三相非晶合金变压器的高压联结组为D接法。
3、R型卷铁心结构的S11系列配电变压器。
应用电子计算机技术，将冷轧取向硅钢片经过专用计算机控制的曲线滚剪机加工，裁剪成一条宽度连续变化的线性钢带，再卷绕成封闭形铁心，其截面形状近似为纯圆形，故称为R型铁心。
用这种铁心制成的R型铁心变压器的结构特点有:
1）、铁心。
三相R型铁心变压器的铁心结构是由两个长方形其截面为凸的铁心和包围在其外的截面为外凸的铁心组成的三相带外框双框卷铁心。
2）、绕组。
R型铁心变压器的高低压绕组是在铁心柱上直接绕制的，因此，一般采用层式或螺旋式线圈，层间绝缘全部采用网格点胶纸，绕组同心度好，径向机械强度高。
3）、器身。
采用新的器身绕组端面有效支撑结构，夹件上的吊板和箱盖下的吊板各开可移动的槽孔，解决器身悬空顶箱盖问题。
4）、油箱。
油箱有管状散热器油箱、片式散热器油箱、波纹油箱等几种。
3.4低损耗配电变压器的特点
S11型变压器卷铁心改变了传统的叠片式铁心结构。
有以下几个特点:
1、硅钢片连续卷制，铁心无接缝，大大减少了磁阻，空载电流减少了60%～80%，提高了功率因数，降低了电网线损，改善了电网的供电品质。
2、连续卷绕充分利用了硅钢片的取向性，空载损耗降低20%～35%。
3、卷铁心经退火工艺后，其导磁性能可恢复到机加工前的原有水平。
4、卷铁心结构成自然紧固状态，无需夹件紧固，避免了因铁心夹紧所带来的铁心性能恶化，损耗增加。
5、卷铁心自身是一个无接缝的整体，且结构紧凑，在运行时的噪音水平降低到30～45dB，保护了环境。
因此，很适合于建筑物和生活区安装使用。
6、卷铁心节约加工材料，硅钢片无横剪工序，边角废料少，材料利用率比S9型叠铁心变压器高。
卷铁心变压器的生产，目前我国主要集中在10kV电压等级，电力部门采购的卷铁心变压器以315kVA及以下的容量居多。
同国外产品空载损耗指标比较:
比日本东芝变压器空载损耗降低39%，比意大利变压器空载损耗降低39.6%。
因此，我国目前生产的S11卷铁心配电变压器在空载损耗方面在国际上具有领先地位。
卷铁心变压器的缺点:
一是铁心退火工艺要求较高；二是铁心卷绕和线圈绕制需要专用设备；三是铁心和绕组维修较困难。
3.5油浸式变压器防火安全措施
S11型变压器是低损耗油浸式变压器。
1、油量在2500kg以上的油浸式变压器与油量在600kg－2500kg的充油电气设备之间，其防火间距不应小于5m。
2、当相邻两台油浸式变压器之间的防火间距不满足要求时，应设置防火隔墙或防火隔墙顶部加防火水幕。
单相油浸式变压器之间可只设置防火隔墙或防火水幕。
3、当厂房外墙与屋外油浸式变压器外缘的距离小于规表规定时，该外墙应采用防火墙。
该墙与变压器外缘的距离不应小于0.8m。
4、厂房外墙距油浸式变压器外缘5m以时，在变压器总厚度加3m的水平线以下及两侧外缘各加3m的围，不应开设门窗和孔洞；在其围以外的该防火墙上的门和固定式窗，其耐火极限不应低于0.9h。
5、油浸式变压器及其它充油电气设备单台油量在1000Kg以上时，应设置贮油坑及公共集油池。
6、油浸式变压器应按现行的有关规规定，设置固定式水喷雾等灭火系统。
油浸式厂用变压器应设置在单独的房间，房间的门应为向外开启的乙级防火门，并直通屋外或走廊，不应开向其它房间。
四变电站电气主接线设计
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置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。
电气主接线是变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的首要环节。
对电气主接线的基本要求概括地说应包括电力系统整体及变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性。
4.1电气主接线的基本要求和原则
4.1.1基本要求
1、可靠性
所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。
衡量可靠性的客观标准是运行实践。
经过长期运行实践的考验，对变电站采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。
主接线的可靠性不仅要考虑—次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。
同时，可靠性不是绝对的，而是相对的。
一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站可能是不可靠的。
2、灵活性
主接线的灵活性有以下几方面要求：
1）、调度要求。
可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。
2）、检修要求。
可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，且不致影响对用户的供电。
3）、扩建要求。
可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改建量最小。
3、经济性
经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小
4.1.2原则
1、考虑变电站在电力系统中的地位和作用
变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。
变电站不管是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，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
变电站主接线设计应根据5—10年电力系统发展规划进行。
应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，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、考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响
对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。
三级负荷一般只需一个电源供电。
4、考虑主变台数对主接线的影响
变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。
通常对大型变电站，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。
而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。
5、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问。
例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。
4.2电气主接线设计程序
电气主接线的设计伴随着变电站的整体设计，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。
在各阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。
1、对原始资料进行分析，具体容如下：
1）、本工程情况。
主要包括：
变电站类型；设计规划容量；变压器容量及台数；运行方式等。
2）、电力系统情况。
电力系统近期及远景发展规划（5—10年）；变电站在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用；本期工程和远景规划与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。
3）、负荷情况。
负荷的性质及地理位置、电压等级、出线回路数及输送容量等。
电力负荷在原始资料中虽已提供，但设计时应该认真地辩证地分析。
因为负荷的发展和增长速度受政治、经济、工业水平和自然条件等方面影响。
如果设计时，只依据负荷计划数字，而投产时实际负荷小了，就等于积压资金，否则电量供应不足，就会影响其他工业的发展。
4）、环境条件。
当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、地震等因素对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。
特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差甚大，应子以重视。
对重型设备的运输条件也应充分考虑。
5）、设备制造情况。
为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。
2、拟定主接线方案
根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定若干个主接线方案。
因为对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑的不同，会出现多种接线方案（近期和远期）。
应依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优缺点，淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2—3个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，再进行可靠性定量分析计算比较，最后获得技术合理、经济可行的主接线方案。
3、主接线经济比较
4、短路电流计算
对拟定的电气主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。
5、电气设备的选择。
6、绘制电气主接线图及其他必要的图纸。
7、工程概算。
包括：
主要设备器材费；安装工程费；其他费用。
4.3电气主接线设计
主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种形式，分为两大类：
有汇流母线的接线形式、无汇流母线的接线形式。
变电站电气主接线的基本环节是电源（变压器）、母线和出线（馈线）。
各个变电站的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样。
在进出线数较多时（一般超过4回），为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便有利于安装和扩建。
但有母线后，配电装置占地面积较大，使用断路器等设备增多。
无汇流母线的接线使用开关电器较少，占地面积小，但只适用于进出线回路少，不再扩建和发展的变电站。
有汇流母线的接线形式主要有：
单母线接线和双母线接线。
设计中仅以单母线接线为例。
1、单母线接线
图5-1单母线接线
如图5-1所示，单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出
图4-1单母线接线
如图4-1所示，单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。
供电电源是变压器或高压进线回路。
母线既可以保证电源并列工作，又能使任一条出线回路都可以从电源l或2获得电能。
每条引出线回路中部装有断路器和隔离开关，靠近母线侧的隔离开关QS2称作母线隔离开关，靠近线路侧的QS3称为线路隔离开关（在实际变电站中，通常把靠近电源侧的隔离开关称为甲刀闸，把靠近负荷侧的隔离开关称为乙刀闸）。
由于断路器具有开合电路的专用灭弧装置
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