35kV总降压变电所及高压配电系统初步设计.docx

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35kV总降压变电所及高压配电系统初步设计

1前言1

1.1毕业设计背景1

1.2毕业设计意义1

1.3设计要求1

235kV变电所一次系统负荷计算2

2.1变电所电力负荷分组与计算2

2.2需要系数法的计算2

2.2.1设备负荷计算举例3

2.2.2总配电所和车间变电所数量的确定4

2.2.3各车间变电所负荷计算及无功功率补偿5

2.3低压变压器的选择与损耗计算8

2.3.1低压变压器的选择8

2.3.2各低压变压器的损耗计算9

2.4主变压器的选择11

2.4.2主变压器损耗计算12

3系统主接线设计13

3.1主接线设计的基本要求13

3.1.1供电电源的确定13

3.2电气主接线方案的确定13

3.2.1确定35kV、10kV电气主接线13

3.2.2供电系统简图14

4短路电流的计算15

4.1短路电流15

4.1.1短路的原因15

4.1.2短路的危害15

4.1.3短路电流计算的目的15

4.1.4短路电流计算的标幺值法15

4.2计算各元件的电抗标幺值16

4.2.1选取基准值16

4.2.2供配电系统中各主要元件电抗标么值16

4.2.3短路电流具体计算短路电路中各主要元件的电抗标么值..17

4.2.4在最大运行方式下18

4.2.5在最小运行方式下19

5变电所高压电气设备的选择与校验21

5.1.35KV高压开关柜的选择21

5.1.1短路校验的原则21

5.2高压设备选择及校验21

5.2.135KV断路器的选择22

5.2.235KV隔离开关的选择23

5.2.335KV电流互感器的选择23

5.2.435KV电压互感器的选择24

5.2.535KV熔断器的选择24

5.2.635KV避雷器的选择24

5.310KV电气设备的选择24

5.3.110KV开关柜的选择24

5.3.210KV断路器的选择24

5.3.3隔离开关的选择25

5.3.4电流互感器的选择26

5.3.5电压互感器的选择26

6高压配电线路的设计26

6.1高压配电线路接线方式的选择26

6.2高压配电线路截面的选择与校验27

62135KV高压进线的选择27

6.2.2截面积的校验27

6.2.310KV高压出线线路的选择与校验28

7防雷与接地设计29

7.1防雷保护29

7.1.1电力线路的防雷措施29

7.1.2变配电所的防雷措施30

7.1.3雷电侵入波的防护30

7.2接地设计30

8继电保护的整定计算31

8.1继电保护的基本任务及要求31

8.1.1继电保护的基本任务31

8.1.2继电保护的基本要求31

8.2变压器的继电保护设置32

8.3变电所主变压器继电保护的计算32

8.3.1装设瓦斯保护32

8.3.2装设定时限过电流保护32

8.3.3装设电流速断保护33

8.3.4装设过负荷保护34

8.3.510kV母线断路器的保护34

8.3.610kV出线各支路的保护35

结论35

致谢36

参考文献37

本设计是为某矿山起重机有限公司设计一座35kV变电所及其配电系统。

其内容包括有:

1、总降压变电所一次部分的初步设计

①变电所主接线方案的确定；②负荷计算及无功补偿容量和补偿方案的确定；③

主变压器的选择计算；④短路电流计算；⑤总降压变电所各种高压电气设备的选择；⑥防雷接地的设计。

2、高压配电线路的设计

①高压配电线路接线方式的确定；②高压配电线路的类型和结构的确定；③导线或电缆截面的选择。

关键字：

负荷计算；电气主接线；短路计算；电气设备选择；继电保护

ABSTRACT

Thisdesignforacertainminecraneco.,LTD.Isa35kvsubstationandpowerdistributensystemdesign.ltscontentsinclude:

1,thegeneralvoltagesubstationforpreliminarydesignofapart

Thedetermineofsubstationmainwiringscheme;

（2）theloadcalculationandtheschemeofreactivepowercompensationcapacityandcompensation;（3）thechoiceofmaintransformercalculation;（4）shortcircuitcurrentcalculation;（5）generalvoltagesubstationhigh-voltageelectricalequipmentchoice;6.Thedesignoflightningprotectiongrounding.

2,thedesignofhighpressuredistributionline

（1）thedeterminationofhighpressuredistributionlineconnectionmode;

（2）thetypeofhighpressuredistributionlineandthedeterminationofstructure;（3）thechoiceofwireorcable.

Keywords:

loadcalculation;Themainelectricalwiring;Shortcircuit

calculation.Electricalequipmentchoice;Relayprotection

1前言

1.1毕业设计背景

供电工程，就是指工厂所电能的供应和分配，亦称工厂配电。

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力电能是现代工业生产的主要能源和动力。

电能既易

于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；而电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。

因而，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中必不可少。

1.2毕业设计意义

通过此次对变电所的设计，不仅使我加深了对专业的理解和应用，还培养了我树立工程的观点。

初步地掌握生产工厂、变电站电气主系统的设计方法，且在分析、计算和解决实际工程能力等方便得到训练，熟悉了CAD制图软件的应用，为我今后从事电力工程设计、建设、运行及管理工作打下了必要基础。

1.3设计要求

供电工程要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好的供应工作，就必须达到以下基本要求：

1、安全性：

在供应、分配和使用电能中，不应发生人身事故和设备事故。

2、可靠性：

应满足电能用户对供电可靠性的要求。

3、优质性：

应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。

4、经济性：

必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。

235kV变电所一次系统负荷计算

2.1变电所电力负荷分组与计算

我国目前普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法，有需要系数法和二项式法。

需要系数法简单方便，计算结果基本符合实际，用电设备台数较多，各台设备容量相差不悬殊时，宜采用需要系数法，一般用于干线、配变电所的负荷计算。

下面介绍需要系数法的计算。

2.2需要系数法的计算

（1）用电设备组计算负荷的确定

用电设备组是由工艺性质相同、需用系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。

在一个车间中，可以根据具体情况将用电设备分为若干组，再分别计算各用电设备组的计算负荷。

其计算公式为：

有功计算负荷（kW

PcKdPe

（2-12）

无功计算负荷（kvar）

QcPctan

（2-13）

视在计算负荷（kV.A）

Sc巳2Q；c

cos

（2-14）

计算电流（A）

I旦

c

（2-15）

式中Pc、Qc、Sc——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷；

Pe――该用电设备组的设备总额定容量，kW

Un——额定电压，V

tan――功率因数角的正切值

Ica该用电设备组的计算负荷电流，A

Kd需用系数

（2）多个用电设备组的计算负荷

在配电干线上或矿山变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或矿山变电所低的计算符

合时，应再计入一个同时系数Ksi。

具体计算公式如下：

m

PcaKsi（KdiPni）i=1,2,3…….m（2-16）

im

QcaKSi（KdiPnitani）（2-17）

i1

Sca“aQca（2-18）

式中FCa、Qca、Sca——为配电干线或变电站低压母线有功、无功、视在功率计

算负荷；

Ksi――同时系数

m――为配电干线或变电站低压母线上所接用电设备总数；

Un――该干线或低压母线上的额定电压，V

Ica――该干线变电站低压母线上的计算负荷电流，A

Kd――需用系数

©、tani、Px――分别对应于某一用电设备组的需用系数、功率因数角的正切值、总设备容量。

2.2.1设备负荷计算举例

计算举例：

（1）机械加工车间1

已知：

Pe=1150kw,Kx=0.25,CO®=0.65

贝Utan©=tan（artCOS©）=1.17

P=Kx•Pe=0.25X1150=287.5kW

Q1=R•tan©=287.5X1.17=336.4kvar

S=R/CO®=JR2Q12=287.5/0.65=442.3kV•A

h=S/3Un=442.3/0.38X.3=672A

（2）机械加工车间2

已知：

Pe=850kw,Kx=0.25,CO®=0.65

贝Utan©=tan（artCOS©）=1.17

F2=Kx•Pe=0.25X850=212.5kW

Q2=F2•tan©=212.5X1.17=248.6kvar

S2=P2/CO©=Jr2Q；=212.5/0.65=326.9kV•A

I2=S2/.3Un=326.9/0.38X3=496.7A

（3）金属结构车间

已知：

Pe=1345kw,Kx=0.40,COS|）=0.65

贝Utan©=tan（artCOS©）=1.17

R=Kx•Pe=0.40X1345=538kW

Q^R•tan©=538X1.17=629.5kvar

S=R/CO©=JR2Q；=538/0.65=827.7kV•A

h=S/.3UN=827.7/0.38X,3=1257.6A

其它车间负荷计算过程不再一一列举同理可得，计算结果列表如下

表2-1全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表

序

号

车间名称

Pe/

kW

Kd

Cos©

补偿前计算负荷

Pc/kW

Qc/kvar

Sc/kV•A

Ic/A

1

机械加工车间1

1150

0.25

0.65

287.5

336.4

442.3

672

2

机械加工车间2

850

0.25

0.65

212.5

248.6

326.9

496.7

3

金属结构车间

1345

0.40

0.65

538

629.5

827.7

1257.6

4

装配车间1

680

0.40

0.65

272

318.2

418.5

635.8

5

装配车间2

458

0.40

0.65

183.2

214.3

281.8

428.2

6

热处理车间

620

0.60

0.70

372

379.5

531.4

807.4

7

喷漆车间

570

0.40

0.70

228

232.6

325.7

494.9

8

试验车间

260

0.40

0.80

104

78

130

197.5

9

起重电器分厂

1860

0.50

0.70

930

948.8

1328.6

2018.6

10

办公楼

220

0.50

0.85

110

68.2

129.4

196.6

11

仓库

88

0.35

0.90

30.8

14.9

34.2

52.0

2.2.2总配电所和车间变电所数量的确定

（一）高压配电所的确定

该厂属于大中型用户，设一个高压配电所

（二）车间变电所的确定

般情况每个车间均单独设立变电所，根据负荷容量大小分六个车间变电所

表2-2车间变电所分配

车间变电所

车间名称

号标

NO1

机械加工车间1

D1

机械加工车间2

D2

NO2

装配车间1

D3

装配车间2

D4

N03

金属结构车间

D5

N04

热处理车间

D6

喷漆车间

D7

试验车间

D8

N05

起重电器分厂

D9

N06

办公楼

D10

仓库

D11

2.2.3各车间变电所负荷计算及无功功率补偿

以第一车间变电所来计算求解，确定D1、D2点的计算负荷，见表2-3.

表2-3计算点D1、D2的负荷

计算点

Pe/kW

Kd

Cos©

计算负荷

Pc/kW

Qc/kvar

Sc/kVA

Ic/A

D1

1150

0.25

0.65

287.5

336.4

442.3

672.0

D2

850

0.25

0.65

212.5

248.6

326.9

496.7

（1）确定C1点的计算负荷

由于本设计中要求功率因数应不低于0.90，所以先需要求各车间变电所自然

功率因数：

cos，如果cos0.90就需要进行无功补偿。

本设计中取cos'0.95，

在低压母线上设置无功自动补偿装置进行补偿。

取kP0.90，取kq0.95。

1补偿前计算负荷

Pc287.5212.5500kW

Qc336.4248.6585kvar

Pc

K2pPc.i

0.90

500

450kW

Qc

KqQc

0.95585

555.75kvar

Sc

Pc2q2

715.1kV

A

Ic

Sc/C.3Un）

715.1/（、3

0.38）1086.5A

cos

Pc/Sc

450/715.1

0.63<0.95

②补偿容量计算：

QnC

Pc（tan

tan）

450

1.230.33405kvar

因此选用方案号为RC450F的大容量无功补偿柜进行补偿，其补偿容量为

450kvar。

③补偿后计算负荷：

Sc'..Pc2（Qc-Qnc）2462.3kVA

cosPc/Sc'0.970.95，满足要求。

同理可以算出其余车变计算负荷

表2-4计算点C1-C6的负荷

计算点

刀Pc/kW

刀Qc/kv

ar

同时系数

Pc/kW

Qc/kvar

Sc/kVA

Ic/A

cos

0

补偿前C1

500

585

k刀P=0.90kEQ=0.95

450

555.75

715.1

1086.5

0.63

补偿量

-450

补偿后C1

450

105.75

462.3

702.3

0.97

补偿前C2

455.2

532.5

kEP=0.90

kEQ=0.95

409.7

505.9

651

989.1

0.63

补偿量

-360

补偿后C2

409.7

145.9

434.9

660.8

0.94

补偿前C3

538

629.5

kEP=1.0

kEQ=1.0

538

629.5

827.7

1257.5

0.65

补偿量

-450

补偿后C3

538

179.5

567.2

861.7

0.95

补偿前C4

704

690.1

kEP=0.90

kEQ=0.95

633.6

655.6

911.7

1385.2

0.69

补偿量

-450

补偿后C4

633.6

205.6

666.1

1012.1

0.95

补偿前C5

930

948.8

kEP=1.0

kEQ=1.0

930

948.8

1328.6

2018.6

0.70

补偿量

-640

补偿后C5

930

308.8

979.9

1488.8

0.95

补偿前C6

140.8

83.1

kEP=0.90

kEQ=0.95

126.7

78.9

149.3

226.8

0.85

补偿量

-40

补偿后C6

126.7

38.9

132.5

201.4

0.96

表2-5各车间变电所无功补偿柜选择情况

车间变电所

无功功率补偿柜方案号

补偿容量

1

RC450F

450kvar

2

RC360F

360kvar

3

RC450F

450kvar

4

RC450F

450kvar

5

WZ0.4-160/8-JX4

640kvar

6

BSMJ0.4-40

40kvar

2.3低压变压器的选择与损耗计算

2.3.1低压变压器的选择

车间变电所①变压器的选择

根据附录表可知其计算容量为462.3kVA,工作电压为380V,故选择S11-M-630/10

型的变压器，变压器额定容量Sn.t630kVA，查表得

P00.81kW,Pk6.2kWI0%0.9Uk%4.5

。

车间变电所②变压器的选择

根据附录表可知其计算容量为434.9kVA,工作电压为380V,故选择S11-M-630/10

型的变压器，变压器额定容量Sn.t630kV.A，查表得

P。

0.81kW,Pk6.2kWI。

％0.9Uk%4.5

。

车间变电所③的选择

根据附录表可知其计算容量为567.2kVA,工作电压为380V,故选择S11-M-800/10

型的变压器，变压器额定容量Sn.t800kVA，查表得

Po0.98kW,Pk7.5kW1°%0.7Uk%4.5。

车间变电所④变压器的选择

根据附录表可知其计算容量为666.1kVA,工作电压为380V,故选择S11-M-800/10

型的变压器，变压器额定容量Sn.t800kVA,查表得

Po0.98kW,Pk7.5kW1°%0.7Uk%4.5。

车间变电所⑤变压器的选择

根据表附录可知其计算容量为979.9kVA,工作电压为380V,故选择

S11-M-1250/10型的变压器，变压器额定容量Sn.t1250kVA，查表得

P01.36kW,Pk12kW10%0.5Uk%4.5。

车间变电所⑥变压器的选择

根据附录表2可知其计算容量为132.5kVA，工作电压为380V,故选择

S11-M-200/10型的变压器，变压器额定容量Sn.t200kVA，查表得

P00.34kW,Pk2.6kWI0%1.3Uk%4.0。

表2-6各车间变压器选择情况如下

车间变

电所

型号

额定电压/kV

连接组

别

损耗/kW

空载电流

（%

阻抗

电压

（%

高压

低压

空载

短路

NO1

S11-M-630/10

10

0.4

Dyn11

0.81

6.2

0.9

4.5

NO2

S11-M-630/10

10

0.4

Dyn11

0.81

6.2

0.9

4.5

NO3

S11-M-800/10

10

0.4

Dyn11

0.98

7.5

0.7

4.5

NO4

S11-M-800/10

10

0.4

Dyn11

0.98

7.5

0.7

4.5

NO5

S11-M-1250/10

10

0.4

Dyn11

1.36

12

0.5

4.5

NO6

S11-M-200/10

10

0.4

Dyn11

0.34

2.6

1.3

4.0

2.3.2各低压变压器的损耗计算

1变压器的损耗可按以下公式进行计算:

空载无功损耗：

Q。

“％SN

100

11%

额定短路无功损耗：

QkNSn

100

变压器负荷率：

J（两台同时运行时）

变压器的有功功率损耗：

PtPo2Pk

变压器的无功功率损耗：

QtQo2QkN

2计算举例（车间变电所1）

1变压器功率损耗：

PTPoPk（Sc/SN.T）20.816.2462.3/63024.15kW

2

QtQ2Qk5.6715.2620.9kvar

2B1点的负荷计算：

Pc.B1Pc.C1PT14504.15454.15kW

Qc.B1Qc.C1QT1105.7520.9126.65kvar

/22

Sc.B1:

Pj.b1Qc.B1471.5kVA

cosPc.B1/Sc.B10.96

同理可计算出其它车间变电所负荷则

表3-7计算点B1-B6的负荷

计

算

占

八、、

变压器功率损耗

咼压侧（10kV）

cos

0

△PO

/kW

△P

k

/kW

10%

Uk%

△PT

/kW

△QT

/kvar

Pc/kW

Qc/kvar

Sc/kVA

Ic/A

B1

0.81

6.2

0.9

4.5

4.15

20.9

454.15

126.65

471.5:

72

0.96

B2

0.81

6.2

0.9

4.5

3.76

19.2

413.46

165.1

445.2:

!

5.7

0.93

B3

0.98

7.5

0.7

4.5

4.75

23.7

542.75

203.2

579.5

33.5

0.94

B4

0.