课题成果KV变电站设计方案.docx

1、课题成果KV变电站设计方案原始资料分析一、设计任务35KV企业变电所电气一次设计二、待建变电所基本资料1、某企业为保证供电需要，要求设计一座35KV降压变电所，以10KV电缆给各车间供电，一次设计并建成。2、距离本变电所6KM处有一系统变电所，用35KV双回架空线路向待设计的变电所供电。在最大运行方式下，待设计变电所高压母线上的短路功率为1000MVA。3、待设计变电所10KV侧无电源，考虑以后装设两组电容器，提高功率因数，故要求预留两个间隔。4、本变电所10KV母线到各车间均用电缆供电，其中一车间和二车间为类负荷，其余为类负荷，Tmax=4000h。各馈线负荷如下表所示：序号车间名称有功功率

2、KW）无功功率KVAR）1一车间11004802二车间7405003机加工车间8505804装配车间 10005005 锻工车间9503006高压站14003207高压泵房7505308其他9507005、所用电的主要负荷如下表所示：序号 设备名称额定容量KW）功率因数台数1主充电机200.8812浮充电机4.50.8513蓄电池室通风 3.00.8814屋内配电装置通风 1.50.7925交流电焊机 110.516检修实验用电 13.00.817载波 0.950.6918照明负荷 15.09生活用电 126、环境条件当地海拔高度507.4m，年雷电日36.9个，空气质量优良，无污染，历年平均

3、最高气温29.9，土壤电阻率500m。1-1主接线的设计原则和要求发电厂和变电所的电气主接线是保证电网安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。 电气主接线的设计原则： 应根据发电厂和变电所所在电力系统的地位和作用。首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求，根据规则容量，本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性，保证供需平衡，电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规则与要求等条件确定，应满足可靠性、灵活性和经济型的要求。电气主接线的主要要求：1、 可靠性：可靠性的客观衡量标准时运行实践主接线的可靠性是其组合元件包括一次

4、不分和二次部分）在运行中可靠性的综合，因此要考虑一次设备和二次部分的故障及其对供电的影响，衡量电气主接线运行可靠性的一般准则是：（1） 断路器检修时，是否影响供电、停电的范围和时间（2） 线路、断路器或母线故障以及母线检修时，停电出线回路数的多少和停电时间长短，能否保证对重要用户的不间断供电。（3） 发电厂、变电所全部停电的可能性。、2、 灵活性：投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便，调度灵活，电气主接线的灵活性要求有以下几方面：（1） 调度灵活、操作方便，应能灵活地投切某些元件，调配电源和负荷能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调整要求。（2） 检修安全，应能容易地从初期过渡到

5、最终接线，并在扩建过渡时使一次和二次设备等所需的改造最少。3、 控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资，要适当限制经济型：通过优化比选，应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗少，在满足技术要求的前提下，要做到经济合理。（1） 投资省，电气主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关等一次设备投资，要使短路电流，一边选择价格合理的电气设备。（2） 占地面积小，电气主接线的设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约地和节省架构、导线、绝缘小及安装费用，在运输调节许可的地方都应采用三相变压器。（3） 电能损耗少，经济合理的选择变压器的型式、容量和台数，避免因两次变压而增加投资。1-2

6、主接线的拟定 待设计变压所为一座35KV降压变电所，以10KV电缆线各车间供电，距改变电所6KM处有一系统变电所，用35KV双回架空线向待设计的变电所供电，在最大运行方式下，待设计变电所高压母线上的短路功率为1000MVA，待设计变电所的高压部分为二进二出回路，为减少断路器数量及缩小占地面积，可采用内桥接线和外桥接线，变电所的低压部分为二进八处回路，同时考虑以后装设两组电容量要预留两个出线间隔，故10KV回路应至少设有10回出线，其中，一车间和二车间为类负荷，其余为类负荷，其主接线可采用单母不分段接线，单母分段接线和单母分段带旁路接线1-3主接线的比较与选定1-3-1技术比较1、内桥线路的特点

7、：1）线路操作方便2）正常运行时变压器操作复杂变压器操作方便2）线路投入与切除时，操作复杂3）桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元之间失去联系。外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短故障可能性小和变压器需要经常切换，且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。待设变电所35KV回路进线为6KM，进线较长，且没有穿越功率通过，正常运行时两台变压器不需要经常切换，经比较，内桥接线的线路投入与切除操作方便，故以上6种设计方案中，方案一、方案二和方案三为优。3、单母线不分段接线的特点：接线简单、清晰、设备少、操作方便、投资少、便于扩建，但其不够灵活可靠，接到母线上任一元件故障时，均使整个配电装

8、置停电。4、单母线分段接线的特点： 单母线分段接线也比较简单、清晰，当母线发生故障时，仅故障母线段停止工作，另一段母线仍继续工作，两段母线可看成是两个独立的电源，挺高了供电可靠性，可对重要用户供电，当一段母线故障或检修时，必须断开接在该段母线上的所有支路，使之停止工作，任一支断路器检修时，该支路必须停止工作。5、单母线分段带旁路接线的特点：在母线引出各元件的断路器，保护装置需停电检修时，通过旁路木母线由旁路断路器及其保护代替，而引出元件可不停电，加旁路母线虽然解决了断路器和保护装置检修不停电的问题，提高了供电的可靠性，但也带来了一些负面影响。a) 旁路母线、旁路断路器及在各回路的旁路隔离开关，

9、增加了配电装置的设备，增加了占地，也增加了工程投资。b) 旁路断路器代替各回路断路器的倒闸操作复杂，容易产生误操作，酿成事故。c) 保护及二次回路接线复杂。d) 用旁路代替个回路断路器的倒闸操作，需要人来完成，因此带旁路母线的界限不利于实现变电所的无人值班。1-3-2 经济比较1、 综合投资比较该变电所为35KV等级，故不明显的附加费用比例系数a取100式中包括变压器、开关设备。配电装置等设备的费用，由式子可知，综合投资与成正比。方案三语方案二相比，方案三多设了一条10KV母线，1台旁路母联断路器及隔离开关。即方案三中的大于方案二中的。故方案二的综合投资Z小于方案三的综合投资Z。2、 年运行费

10、用U的比较式中为折旧费，为损耗费式中C为折旧维护检修费，对主变及配电装置可取8%10%.对水泥杆线路可取5%，对铁塔线路可取4%，故与Z成正比。式中为电能电价常数）。双绕组主变的年电能损耗该变电所采用2台主变，故n=2式中为主变压器的空载损耗和短路损耗t为变压器年运行小时数为变压器的额定容量，为变压器持续最大负荷为最大负荷年损耗小时数，决定于最大负荷年利用小时数T与平均功率因数。由于方案二与方案三都选用同样两台型号相同的主变，故主变的年电能损耗相同。架空输电线路的年电能损耗。式中为通过线路的最大持续功率，L为线路长度，K为线路有功损耗系数。方案二与方案三中都从距变电所6KM处的系统变电所用35

11、KV双回架空线路向带设变电所供电。故其、L、K相同，即架空输电线路的年电能损耗相同。由于U=+当损耗费用相同时，大的年运行费高，故方案二与方案三相比，方案二的经济性较优。而且近年来，系统的发展，电力系统接线的可靠性有了较大提高，220KV以下电网建设的目标是逐步实现N-1或N-2的配置，这样有计划地进行设备检修，不会对用户的供电产生影响，不需要通过旁路断路器来代替检修断路器；由于设备制造水平的提高，高质量的断路器不断出现，例如现在广泛采用的SF6断路器，真空断路器，运行可靠性大幅度提高，使旁路母线的使用几率也在逐年下降；由于现今的变电站都有向无人值班方式设计趋势，旁路母线给无人值班带来不便，故

12、新建工程中基本上不再采用带旁路母线的接线方式，所以经综合分析比较后，最终确定方案二为该变电所的电气主接线方式，即35KV高压部分采用内桥接线，10KV低压部分采用单母分段接线方式。如下图所示：2-1主变的选择2-1-1变电站变压器台数的选择原则1）对于只供给二类、三类负荷的变电站，原则上只装设一台变压器。2）对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站，应选用两台两台相同容量的主变压器，每台变压器的容量应满足一台变压器停运后，另一台变压器能供给全部一类负荷；在无法确定一类负荷所占比重时，每台变压器的容量可按计算负荷的70%80%选择。3）对大城市郊区的一次变电站，如果中、低压侧已构成环

13、网的情况下，变电站以装设两台为宜；对地区性孤立的一次变电站，在设计时应考虑装设三台主变的可能性；对于规划只装两台主变的变电站，其变压器的基础宜按大于变压器容量的12级设计。2-1-2变电站主变压器台数的确定待设计变电站由6KM处的系统变电所用35KV双回架空线路供电，以10KV电缆供各车间供电。该变电所的一车间和二车间为类负荷，其余的为类负荷。类负荷要求有很高的供电可靠性，对于类用户通常应设置两路以上相互独立的电源供电，同时类负荷也要求有较高的供电可靠性，由选择原则的第2点结合待设计变电站的实际情况，为提高对用户的供电可靠性，确定该变电站选用两台相同容量的主变压器。2-1-3变电所主变压器容量

14、的确定原则1）按变电所建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑1020年的负荷发展。2）对重要变电所，应考虑一台主要变压器停运后，其余变压器在计算过负荷能力及允许时间内，满足、类负荷的供电；对一般性变电所，一台主变压器停运后，其余变压器应能满足全部供电负荷的70%80%。2-1-4主变压器绕组数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、自耦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，宜选用双绕组普通式变压器。2-1-5主变压器相数的确定在330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对来说投资

15、大、占地多、运行规模也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量，待设计变电所谓35KV降压变电所，在满足供电可靠性的前提下，为减少投资，故选用三项变压器。2-1-6主变压器调压方式的确定为了确保变电所供电量，电压必须维持在允许范围内，通过变压器的分接头开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常在22.5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%，但其结构较复杂，价格较贵，由于待设计变电所的符合均为、类重要负荷，为确保供电质量，有较大的调整范围，我们选用有载调压方式。2-1-7主变压器绕组连接

16、组别的确定变压器的连接组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行，电力系统采用的绕组连接方式只有星形和三角形两种，因此对于三相双绕组变压器的高压侧，110KV及以上电压等级，三相绕组都采用“YN”连接，35KV及以下采用“Y”连接；对于三相双绕组变压器的低压侧，三相绕组采用“d”连接，若低电压侧电压等级为380/220V，则三相绕组采用“yn”连接，在变电所中，为了限制三次谐波，我们选用“Ynd11”常规连接的变压器连接组别。2-1-8主变压器冷却方式的选择电力变压器的冷却方式，随其型号和容量不同而异，一般有以下几种类型：（1） 自然风冷却：一般适用于7500KVR一下小容量变压器，为使热

17、量散发到空气中，装有片状或管型辐射式冷却器，以增大油箱冷却面积。（2） 强迫油循环水冷却：对于大容量变压器，单方面加强表面冷却还打不到预期的冷却效果。故采用潜油泵强迫油循环，让水对油管道进行冷却，把变压器中热量带走。在水源充足的条件下，采用这种冷却方式极为有利散热效率高、节省材料、减少变压器本体尺寸，但要一套水冷却系统和有关附件且对冷却器的密封性能要求较高。即使只有极微量的水渗入油中，也会严重地影响油的绝缘性能。故油压应高于水压0.10.15Mpa，以免水渗入油中。（3） 强迫空气冷却：又简称风冷式。容量大于等于8000KVA的变压器，在绝缘允许的油箱尺寸下，即使有辐射器的散热装置仍达不到要求

18、时，常采用人工风冷。在辐射器管间加装数台电动风扇，用风吹冷却器，使油迅速冷却，加速热量散出，风扇的启停可以自动控制，亦可人工操作。（4） 强迫油循环导向风冷却：近年来大型变压器都采用这种冷却方式。它是利用潜油泵将冷油压入线圈之间、线饼之间和铁芯的油管中，使铁芯和绕组中的热量直接由具有一定流速的油带走，二变压器上层热油用潜油泵抽出，经过水冷却器冷却后，再由潜油泵注入变压器油箱底部，构成变压器的油循环。（5） 强迫油循环风冷却：其原理与强迫油循环水冷相同。（6） 水内冷变压器：变压器绕组用空心导体制成，在运行中将纯水注入空心绕组中，借助水的不断循环将变压器中热量带走，但水系统比较复杂且变压器价格比

19、较高。待设计变电所主变的容量为8000KVA,为使主变的冷却方式既能达到预期的冷却效果，有简单、经济，我们选用强迫空气冷却，简称风冷却。综上得该变电所的主变型号及相关参数如下表1-1所示：表2-1变压器型号额定容量KVA）额定电压KV）连接组标号损耗KW）阻抗电压）空载电流）高压低压空载负载SZ9-8000/3580003510.5Ynd119.8442.757.50.92-2所用变的选择目前可供选择的所用变压器的型式有油浸式和干式两种，后者又分为普通干式和环氧树脂浇注式等。三种变压器作为自用变各具有特点。油浸式的特点是过载能力强，屋内外均可布置，维修简便，价格便宜，但由于采用油为绝缘和冷却介

20、质，屋内外必须要有防火防爆小间，同时检修、维护复杂；干式变压器的特点是无油，防火性能较好，布置简单，可就近布置在中压开关柜附近，缩短了电缆长度并提高供电可靠性，还可节省间隔及土建费用，但过载能力低，绝缘余度小，在有架空线路直接连接的场合不宜使用，一面遭受感应雷过电压；环氧树脂浇注式的特点是具有一定的防尘耐潮和难燃的优点，比普通干式变更佳，但价格相对昂贵。随着干式变压器生产技术的不断进步，已能生产出散热性能更好、体积小、过载能力大的干式变压器。由于油浸式变压器屋内布置需要防火防爆小间，且要考虑通风散热以及事故排油设施，因此，待设计变电所采用干式变压器。2-2-1所用变台数的选择待设计的变电所中采

21、用2台所用变。且分别接在两个独立引接点。正常运行时各分担一半的自用负荷；当其中一个电源停电或发生故障时，由另一台所用变担负全部自用负荷。2-2-2所用变容量的选择所用变压器负荷计算采用换算系数法，不经常短时及不经常断续运行的负荷均可不列入计算负荷。当有备用所用变压器时，其容量应与工作变压器相同。所用变压器容量按下式计算： SK1P1+P2式中 S所用变压器容量KVA）。P1所用动力负荷之和KW）。K1所用动力负荷换算系数，一般取K1=0.85；P2电热及照明负荷之和KW）。经分析，我们把所用电的主要负荷中：主充电机、浮充电机、蓄电池室通风、屋内配电装置通风归为动力负荷，把交流电焊机、检修实验用

22、电、载波、照明负荷和生活用电归为电热及照明负荷。则：额定容量KVA）连接组别损耗KW）阻抗电压空载电流高压低压空载负载S9-100/350.4100Yyn00.32.036.5%2.1%S910.50.480Yyn00.241.254.0%1.8%第三章 短路电流的计算3-1短路的基本知识电力系统正常运行方式的破坏多数是由于短路故障引起的，系统中将出现比正常运行时的额定电流大许多倍的短路电流，其数值可达几万甚至几十万安。因此，在变电所设计中必须全面地考虑短路故障各种影响。变电所中各种电器设备必须能承受短路电流的作用，不致因过热或电动力的影响而损坏。例如，断路器必须能断开可能通过的最大短路电流；

23、电流互感器应有足够的过电流倍数；母线效验短路时要承受最大应力；接地装置的选择也与短路电流的大小有关等。短路电流的大小也是比较主接线方案、分析运行方式时必须考虑的因素。系统短路时还会出现电压降低，靠近短路点处尤为严重，这将直接危害用户供电的安全性及可靠性。为限制故障范围，保护设备安全，继电保护装置必须整定在主回路通过短路电流的准确动作。由于上述原因，短路电流计算称谓变电所电气部分设计的基础。选择电气设备时通常用三相短路电流，效验继电保护动作灵敏度时用两相短路、单相短路电流或单相接地电流。工程设计主要计算三相短路电流。3-2计算短路电流的目的短路故障对电力系统的正常运行影响很大，所造成的后果也十分

24、严重，因此在系统的设计，设备的选择以及系统运行中，都应该着眼于防止短路故障的发生，以及在短路故障发生后腰尽量限制所影响的范围。短路的问题一直是电力技术的基本问题之一，无论从设计、制造、安装、运行和维护检修等各方面来说，都必须了解短路电流的产生和变化规律，掌握分析计算短路电流的方法。短路电流计算具体目的是；（1） 选择电气设备。电气设备，如开关电气、母线、绝缘子、电缆等，必须具有充分的电动力稳定性和热稳定性，而电气设备的电动力稳定性和热稳定性的效验是以短路电流计算结果为依据的。（2） 继电保护的配置和整定。系统中影配置哪些继电保护以及继电保护装置的参数整定，都必须对电力系统各种短路故障进行计算和

25、分析，而且不仅要计算短路点的短路电流，还要计算短路电流在网络各支路中的分布，并要作多种运行方式的短路计算。（3） 电气主接线方案的比较和选择。在发电厂和变电所的主接线设计中，往往遇到这样的情况：有的接线方案由于短路电流太大以致要选用贵重的电气设备，使该方案的投资太高而不合理，但如果适当改变接线或采取限制短路电流的措施就可能得到即可靠又经济的方案，因此，在比较和评价方案时，短路电流计算是必不可少的内容。（4） 通信干扰。在设计110KV及以上电压等级的架空输电线时，要计算短路电流，以确定电力线对临近架设的通信线是否存在危险及干扰影响。（5） 确定分裂导线间隔棒的间距。在500KV配电装置中，普遍

26、采用分裂导线做软导线。当发生短路故障时，分裂导线在巨大的短路电流作用下，同相次导线间的电磁力很大，使导线产生很大的张力和偏移，在严重情况下，该张力值可达故障前初始张力的几倍甚至几十倍，对导线、绝缘子、架构等的受力影响很大。因此，为了合理的限制架构受力，工程上要按最大可能出现的短路电流确定分裂导线间隔的安装距离。短路电流计算还有很多其他目的，如确定中性点的接地方式，验算接地装置的接触电压和跨步电压，计算软导线的短路摇摆，输电线路分裂导线间隔棒所承受的向心压力等。3-3短路电流实用计算的基本假设考虑到现代电力系统的实际情况，要进行准确的短路计算是相当复杂的，同时对解决大部分实际问题，并不要求十分精

27、确的计算结果。例如，选择效验电气设备时，一般只需近似计算通过该设备的最大可能的三相短路电流值。为简化计算，实用中多采用近似计算方法。这种近似计算法在电力工程中被称为短路电流实用计算。它是建立在一系列的假设基础上的，其计算结果稍偏大。短路电流实用计算的基本假设如下：（1） 短路发生前，电力系统是对称的三相系统。（2） 电力系统中所有发电机电势的相角在短路过程中都相同，频率与正常工作时相同。（3） 变压器的励磁电流和电阻、架空线的电阻和相对地电容均略去，都用纯电抗表示。次假设将复数运算简化为代数运算。（4） 电力系统中各元件的磁路不饱和。即各元件的参数不随电流而变化，计算可应用叠加原理。（5） 对

28、负荷只作近似估计，由于负荷电流一般比短路电流小得多，近似计算中，对离短路点较远的负荷忽略不计，只考虑在短路点附近的大容量电动机对短路电流的影响。（6） 短路故障时金属性短路，即短路点的阻抗为零。短路故障称为电力系统的横向故障，由断线造成的故障，称为电力系统的纵向故障。电力系统中仅有一处出现故障称简单故障，若同时有两处或两处以上发生故障，称复杂故障。第四章 设备的选择与校验4-1电气选择的一般条件正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。尽管电力系

29、统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是相同的。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。4-1-1按正常工作条件选择导体和电器、额定电流导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度下，导体和电器的长期允许电流或额定电流）应不小于该回路的最大持续工作电流，即：或）由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的=1.05为电机的额定电流）；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的；母线分段电抗器的应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流；出线回路的

30、除考虑线路正常负荷电流包括线路损耗）外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。此外，还应按电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对导体和电器进行种类屋内或屋外）和型式的选择。、额定电压和最高工作电压导体和电器所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即： 一般电缆和电器允许的最高工作电压：当额定电压在220KV及以下时为1.15；额定电压为330500KV时为1.1。而实际电网运行的一般不超过1.1，因此在选择设备时，一般可按照电器和电缆的额定电压，不低于装置地点电网额定电压的条件选择，即：、按当地环境条件校核在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境条