35KV企业变电所设备选型设计(共40页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上存档日期： 存档编号： 徐 州 师 范 大 学本科生毕业论文（设计）论 文 题 目：35KV企业变电所设备选型设计 姓 名： 吴 科 庆 院 系： 电气工程及自动化学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 09（Z）电气 指 导 教 师： 姜 来 东 徐州师范大学教务处印制专心-专注-专业摘 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，本论文设计了一个35kV/10k

2、V变电站。本设计主要从35kV变电所一次系统设计出发，对35kV变电所各个车间进行简单的设计和计算，作出了该区地面35kV变电所的初步设计。设计内容包括主接线的设计、负荷计算与变压器选择、高压电器的选择、变电所的防雷及变电所的布置等。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，完成了满足该区供电要求的35kV变电所初步设计。设计中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，考虑到短路对系统的严重影响，设计中进行了短路计算。设计中还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。此外

3、还进行了防雷保护的设计和计算，提高了整个变电所的安全性。关键词：35KV 变电站 总体设计AbstractWith the continuous development of electric power industry, people on the power supply of demand is higher and higher, especially for fixedness reliability and persistent however grid fixedness reliability and persistent often depends on reasonabl

4、e design and configuration of the substation of a typical substations requirements substation equipment operation and reliable operation is flexible economic rational expansion convenient for this in several aspects to consider, this paper designed a 35kV/ 10kV substationThis design mainly from 35kV

5、 substation based on first system design, simple 35kV substation each workshop, the design and calculating, made the ground 35kV substation the preliminary design design content including main wiring design load calculation and transformer choice high voltage electrical choice of substation of light

6、ning protection and substation decorate etc this design to the actual load as the basis, the best operation in substation based in accordance with the relevant regulations and standard, and finished in the power supply requirement meet 35kV substation preliminary designDesign of the first load of st

7、atistics and calculations, elected for the change models, and then load according to the nature and reliability of electricity for the development of the wiring design, taking into account the short-circuit serious impact on the system design of a short-circuit basis. Design of the main high voltage

8、 electrical equipment on the choices and calculations, such as circuit breakers, isolation switches, voltage transformer, current transformer. In addition, the design and calculation of mine-protected and enhanced the security of the entire substations.Key words: 35KV, Substation, Overall design目 录摘

9、要Abstract1 原始资料1.1 负荷原始资料 各馈线负荷如下表所示表1.1 负荷原始资料：序号线路名称最大负荷MVA负荷组成（%）自然力率Ifmax (A)线长km一级二级1铸钢车间3.32570%20%0.781825.12锻造车间0.8520%20%0.7846.78.1683模型车间1.0620%0.755813.4364机加车间1.95520%30%0.7210713.4045铸铁车间1.59030%30%0.75879.9686铆焊车间2.0830%30%0.7811411.6271.2 环境条件本设计的变电站位于某某县北王里乡，地理坐标北纬37050,东经。该地区地势平坦，无

10、高山丘陵，气候宜人，年平均气温在12.6度，年平均降雨量562毫米，全年平均日照时间1916.4小时，无霜期191天，地势在海拔33.946.6米之间。本设计变电站靠近负荷中心，交通运输较为便利，赵元公路横贯全区。综上所述，可满足建所的要求，建站地基是天然地基。2 变电站站址的选择和作用2.1 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

11、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。变电所的总平面布置应紧凑合理，依据35-110KV变电站设计规范，变电站站址的选择，根据下列要求综合考虑确定：（1）靠近负荷中心。（2）节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地。（3）与乡或工矿企业规划相协调，便于架空线和电缆线路的引入和引出。交通运输方便。（4）具有适应地形，地貌，地址条件。2.2 变电所在电力系统的地位电力系统是由变压器，输电线路，用电设备（负荷）组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行

12、生产（发电机），变换（变压器，整流器，逆变器），输送和分配（电力传输线，配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。其中变电所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。变电所根据它在系统中的地位，可分为下列几类：（1）枢纽变电所：位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330500KV的变电所，称为枢纽变电所。全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。（2）中间变电所：高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集23个电源，电压为220330KV

13、，同时又降压供当地用电，这样的变电所起中间环节的作用，所以叫中间变电所。全所停电后，将引起区域电网解列。（3）地区变电所：高压侧一般为110220KV，向地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。全所停电后，仅使该地区中断供电。（4）终端变电所：在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压为110KV，经降压后直接向用户供电的变电所，即为终端变电所。全所停电后，只是用户受到损失。2.3 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

14、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。2.4 电力系统运行的特点（1）电能生产的重要性：电能与其它能

15、量之间转换方便，易于大量生产，集中管理，远距离输送，自动控制，因此电能是国民经济各部门使用的主要能源，电能供应的中断或不足将直接影响国民经济各部门的正常运行。这就要求系统运行的可靠性。（2）系统暂态过程的快速性：发电机，变压器，电力线路，电动机等原件的投入和退出，电力系统的短路等故障都在一瞬间完成，并伴随暂态过程的出现，该过程非常短促，这就要求系统有一套非常迅速和灵敏的监视，检测，控制，和保护装置。（3）电能发，输，配，用的同时性： 电能的生产，分配，输送和使用几乎是同时进行，即发电厂任何时候生产的电能必须等于该时刻用电设备使用的电能与分配，输送过程中损耗的电能之和，这就要求系统结构合理，便于

16、运行调度。2.5 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

17、，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

18、定电压的倍。3 主接线设计3.1 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。电气主接线的设计原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针，政策，技术规定为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠，调度灵活，满足多项技术要求的前提下，

19、兼顾运行维护方便，尽可能节省投资，就地取材，力争设备元件先进性和可靠性，坚持可靠，先进，适用，经济，美观的原则。3.2 所要选择的主接线形式3.2.1 35KV、10KV接线形式的选择根据设计任务书的要求和设计规模。在分析原始资料的基础上，参照电气主接线设计参考资料。依据对主接线的基本要求和适用范围，确定一个技术合理，经济可靠的主接线最佳方案。 1、10kV出线接线方式设计 对于10KV有六回出线，可选母线连接方式有分段的单母线接线，单母线带旁路母线接线，双母线接线及分段的双母线接线。根据要求，单母线带旁路母线接线方式满足“不进行停电检修”和经济性的要求，因此10KV母线端选择单母线带旁路母线

20、接线方式。2、35kV进线方式设计本题目中有两台变压器和两回输电线路，故需采用桥形接线，可使断路最少。可采用的桥式接线种类有内桥接线和外桥接线。外桥形接线的特点为：供电线路的切入和投入较复杂，需动作两台断路器并有一台变压器停运。桥连断路器检修时，两个回路需并列运行，变压器检修时，变压器需较长时间停运。内桥形接线的特点为：变压器的投入和切除较为复杂，需动作两台断器，影响一回线路的暂时供电桥连断路器检修时，两个回路需并列运行，出线断路器检修时，线路需较长时间停运。其中外桥形接线满足本题目中“输电线路较短，两变压器需要切换运行”的要求，因此选择外桥接线。3、总主接线设计图本期从网里变电站出35KV线

21、路2回，根据设计原则可采用单母线分段的接线形式。本期10KV出线回路数为6回，可采用单母线分段。表3.1 接线形式方案对比接线形式项目单母线分段双母线分段供电可靠性对重要用户可以从不同分段引出两回馈电线路，由两个电源供电。当一条母线发生故障是还能保证另一条母线的正常供电。供电可靠性较高。供电可靠，母线分段使检修任一回路都不用停电。运行灵活性接线简单清晰，运行操作方便。接线相对复杂，调度灵活节约投资少用了断路器、隔离开关，占地面积小，较经济。双母分段占地面积大，土建投资大，所用的隔离开关多。不够经济。图3-1 电气主接线设计4 负荷计算4.1 计算负荷综合最大计算负荷：K同时系数，对于出线回数较

22、少的情况，可取0.90.95,出线回数较多时，取0.850.9;在本设计中，10KV中取0.95，6KV中取0.85%线损，取5%4.1.1 对于35KV段负荷的计算=0.95（3.325+0.85+1.06+1.955+1.590+2.08）/0.9（1+5%）=12.03MVA4.1.2 对于10KV段负荷的计算=0.853.325/0.78+（0.85+1.590）/0.75+1.06/0.72+(1.955+2.08)/0.8（1+5%）=12.52MVA综上：总的计算负荷：12.03+12.52=24.55MVA5 变电站主变压器的选择5.1 绕组数量和连接方式的确定5.1.1 绕组

23、数量确定原则本变电所有35kV、10kV两个电压等级，根据设计规程规定，“具有两个电压等级的变电所中，首先考虑双绕组变压器。根据以上条件，选择双绕组变压器。5.1.2 连接方式的选择依据电力工程设计手册规定指出：变压器绕组的连接方式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和型两种。高中低三侧绕组如何组合，要根据具体工程来定。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用0连接，35KV亦采用型，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 调压方式的选择为保证供电所

24、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22.5%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 电容电流的计算电网的电容电流计算应包括电气连接的所有架空线路、电缆回路、发电机、变压器以及母线和电器的电容电流，并考虑电网510年的发展。架空线路的电容电流可按下式计算：式中 2.7适用于无架空地线的线路；3.3适用于有架空地线的线

25、路。同杆双回线路的电容电流为单回路的1.31.6倍。由电气工程手册变电所增加的接地电容电流35KV：附加值13；10KV：附加值16。5.3.1 10KV侧电容电流的计算由于出线上为架空出线：=2.710(5.1+8.108+13.436+13.404+9.968+11.627)10-31.16=1.93A6KV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：表7.2 ZN65A-12/T630-25型断路器参数型号额定电压（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

26、有分闸时间合闸时间ZN65A-12/T630-251263031.54031.50.150.12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

27、-12/T630-25断路器。7.4 隔离开关的选择7.4.1 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。 7.4.2 35KV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

28、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：表7.3 GN27-40.5型接地高压隔离开关参数型号额定电压（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GN27-40.540.5125040.52850202000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

29、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。7.4.3 10KV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10KV，因此所选的隔离开关的额定电压Ue10KV，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：表7.4 GN30-12型接地高压隔离开关参数型号额定电压额定电流允许的热效应动稳定电流GN30-121212503200100下面校验所选择的隔离开关，短路时通过该隔离开关

30、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。7.5 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。7.5.1 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，电压互感器应按工作电压来选择：一般电压互感器一次绕组所接电网的电压应在（0.81.2）范围内变动，即应满足：，本设计中根据主变的参数选择的电压互感器的型号为： 35KV电压互感器选择JDZX9-35Q，10KV电压互感器选择JDZX9-12G。