35kv降压变电所(共58页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上大学本科生毕业论文（设计）题 目： 35kv降压变电所设计 姓 名： 学 院： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 指导教师： 完成时间： 2019年6 月18日 大 学 届本科生毕业论文（设计）立题审批表论文（设计）题目35KV降压变电所电气部分设计题目类型结合实际解决生产单位实际问题来自于生产实际已解决了的问题，重新让学生进行模拟的 来自科研项目的全部或部分研究内容，是结合科研任务进行的其他题目性质基础研究 应用研究 应用基础研究 其他题目完成形式毕业论文 毕业设计 指导教师职称从事专业协助指导教师职称从事专业立题理由（立题背景、目的和

2、意义，不少于300字）本变电站为某冶炼厂变电站，地处高寒地区，气候恶劣，环境污染严重，海拔2000米以上。由于该冶炼厂工业发展，负荷增大，该线路长期大负荷运行，同时由于单电源供电，供电可靠性得不到全面保障，为了解决该冶炼厂负荷增长带来的供电容量严重不足的矛盾，根据有关部门的批文和提供的可行性研究报告，再建一条35kV输电线路，形成双回路供电的形式，这样减轻了原一回线路的负荷压力，确保了供电可靠性，同时满足负荷不断增大的需求。拟新建一座35KV降压变电所。设计以实际工程技术水平为基础，从原始资料的分析做起，内容涵盖发电厂电气部分、电力系统分析、继电保护原理等电气工程及其自动化本科教育期间的主要专

3、业课。通过设计，使学生将书本上的知识融入到工程设计的实际运用之中。拉近了理论与实际的距离，同时也为今后走向工作岗位奠定基础。在设计过程中，初步体现了工程设计的精髓内容，如根据规程选择方案、用对比的方法对方案评价等。在工程中运用所学的专业知识，锻炼用实际工程的思维方法去分析和解决问题的能力。指导教师签名： 年 月 日毕业论文（设计）领导工作小组意见： 组长签名： 年 月 日注：经过双向选择后，最后确定的选题由指导教师填写此表备案。毕业论文（设计）任务书学生姓名 指导教师 论文（设计）题目 35KV降压变电所电气部分设计 论文（设计）内容（需明确列出研究的问题）：1.确定主接线：根据设计任务书，分

4、析原始资料与数据，列出技术上可能实现的23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、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等，选用设备的型号；5.主变压器继电保护的整定计算及配置资料、数据、技术水平等方面的要求：本变电站为某冶炼厂变电站，地处高寒地区，气候恶劣，环境污染严重，海拔2000米以上。由于该冶炼厂工业发展，负荷增大，该线路长期大负荷运行，同时由于单电源供电，供电可靠性得不到

5、全面保障，为了解决该冶炼厂负荷增长带来的供电容量严重不足的矛盾，根据有关部门的批文和提供的可行性研究报告，再建一条35kV输电线路，形成双回路供电的形式，这样减轻了原一回线路的负荷压力，确保了供电可靠性，同时满足负荷不断增大的需求。拟新建一座35KV降压变电所。1.出线回数：（1）35KV电压等级：2.5Km架空出线，近期1回，远期2回，短路容量为600MVA。（2）10KV电压等级：电缆馈线，本期8回，远期12回。每回平均传输容量3500KW，10KV最大负荷30MW，最小负荷25MW，cos=0.85，Tmax=5000h。2.气象条件：年最高温度：34 ,最低温度-15 ,平均气温 21

6、。年平均雷暴日数 24 日。3变电所功率因数不低于0.9。4. 绘制电气主接线图、主变保护原理图和展开图各一张；发出任务书日期 完成论文（设计）日期 学科组或教研室意见（签字） 学院院长意见（签字） 专心-专注-专业35KV降压变电所电气部分设计摘 要随着经济的发展和人民生活水平的提高，对电力的要求越来越高。作为地区供电重要组成部分的35kV区域降压变电所的设计显得更加重要。变电所技术经过几十年的发展，已逐步成熟，形成了一些的规范。本次35kV区域降压变电所电气系统的设计也是根据这些规范的进行的，首先对我国的电力工业发展现状、我国的方针和设计目的、任务做了一个简单的概括；然后通过数据的分析，进

7、行的负荷统计和计算；再利用结果对主变压器台数和容量进行选择和主接线方案的确定；然后通过对短路计算，选择高压开关设备；考虑到系统发生故障时，需要相应的保护装置，因此也对主变压器继电保护做了详细说明；同时，进行了电气布置和配电装置的设计；最后，对于雷电过电压，进行了防雷保护和接地装置的简单设计。关键词：短路电流计算；主变压器；继电保护 The Design of Electrical System of The 35kV Region Step-down Transformer SubstationAbstractWith the development of economy and the im

8、provement of peoples life level, people are more and more demanding with electricity. As the 35kV region step-down transformer is the main constituent of the local power supply, the design of it becomes more important. Through several dozens of years of development, the technology of the transformer

9、 substation has gradually become more mature and there has been some standards. The design of the electrical system of the 35kV region step-down transformer substation is carried according to these standards. Firstly, I make a brief summary of the present situation of our countrys electric power ind

10、ustry, the policy of our country, the goal and the duty of my design. Secondly, I carried on the burthen statistics and calculation of the transformer substation by analyzing the data. Thirdly I made use of the result of the calculation to select the capacity, the quantity of the main transformer se

11、t, and the main knot line project. Fourthly I chose the high-pressure switch equipments after the short-circuit calculation. Considering a homologous protection device is need when the system breaks down, therefore I gave a detailed introduction of the relay protection. Fifthly, I carried on the ele

12、ctrical arrangement and the power distribution equipment. Last, considering the electricity press which comes from exterior thunder and lightning, I also designed the protecting device. Keywords: the calculation of short current; main transformer; relay protection目 录摘 要.ABSTRACT. 第一章 绪论1.1 引言电力是国民经济

13、的基础，是一种无形的，不能大量储存的二次能源。电能的发、变、 送、配和用电几乎是在一瞬间完成，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界电力工业大发展规律，因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。我国电力工业近几年来发展迅速，目前已取得了巨大的成就。但是，在发展的同时我们也应看到不足，我国的电能仍然满足不了国民经济增长的需要。在能源紧缺的现代社会，由于我国电能的生产多依赖于热能发电，而煤炭资源在逐步减少，电力不足的现象已经初显端倪，并且呈现越来越严重的趋势，电力的不足将阻碍国民经济的发展。同时由于电力生产和传输引起的环境问题也越来越严重。作为新世纪的电力

14、工作者，我们要从国家长远发展需要出发，从节约能源、保护环境、可持续发展的角度认真思考我国电力事业面临的挑战，努力发展我国的电力事业。根据无人值班变电站要求,提出35kV变电站应从电力系统整体出发，力求电气主接线简化，配置与电网结构相应的保护系统。1.2 我国目前电力工业的发展方针1.在发展能源工业的基本方针指导下发展电力工业。2.电力工业发展速度必须与国民经济发展速度相适应。3.因地制宜，多能互补，综合利用，讲求利益。4.低能耗结构，低环境污染，高效率运营。5.在煤、水能源缺乏地区，有重点有步骤地建设核电厂。6.政企分开，省为实体，联合电网，统一调度，集资办电。1.3 毕业设计的目的 1.巩固

15、大学期间所学的专业知识，并在毕业设计的实践中应用；2.学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法，树立正确的设计思想；3.培养独立分析和解决问题的能力及解决实际工程设计的基本技能；4.提高查阅有关设计手册、规范及其他有关参考资料的技能。1.4 设计任务本次设计的内容是35kV区域降压变电所的电气系统，其技术参数为：35kV侧两回进线，进线长度为25km； 10kV出线12条，每条出线长度为2.5km。设计内容主要包括负荷的统计及计算，主变压器的选择及主接线的设计，短路点的选择计算，电气设备的选择及校验，接地装置及防雷保护设计，继电保护的设计和整定校验以及电气布置和配电装置的确定。其中最主要的是进行

16、主变压器的选择及主接线的设计，短路点的选择计算，电气设备的选择及校验，继电保护的设计和整定校验四个部分。在保证安全可靠供电的前提下，使变电所的运行具有较高的经济性；尽可能采用电气性能好、价格低廉的新型电气设备；注意环境保护，使变电所的设计满足环境保护的要求；注意可持续发展的要求，力争今后变电所在改造或扩容时操作简单，资源再利用率高；使自己的设计有一定的参考价值。第二章 负荷计算本次设计的是冶炼厂变电站。35kv进线两回，10kv出线12回，每回出线平均传输容量3500kw，10kv最大负荷30MW，最小负荷25MW，=0.85。厂用电负荷的确定有功计算符合 （KW） Pjs=n* Pe *Kd

17、* KtPe每回出线平均传输容量Kd用电设备需用系数，取0.85Kt 同时系数，一般取0.850.9，这里取0.9Pjs=120.8535000.9=32.13MW视在计算负荷 （KVA） Sjs=Sjs= =37.8MVA 计算电流 Ijs=623.5A10kV侧变电所当年最大计算负荷：考虑5年，年负荷平均增长率8%10%，这里取10%计算负荷增长后的变电所最大计算负荷为： Sjs*zd= SJSem*n 公式（2-1）式中n年数，n=5m年平均增长率，m=10%5年后的最大计算负荷：Sjs*zd= SJSem*n=37.8e510%=37.81.649 =62.33MVA第三章 主变压器的

18、选择主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统510年发展规划，输送功率大小，馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。3.1 主变压器类型的选择由于油浸变压器以变压器油为主要绝缘材料,而变压器油是一种易燃易爆物质,变压器故障往往会引起变压器燃烧甚至爆炸。为了保证城市建设和居民的安全,对城网变电所供电的安全性、可靠性,特别是变电所的防火问题等提出了更高的要求1。3.2 主变台数的选择主变压器台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：1） 满足用电负

19、荷对可靠性的要求；2） 对季节性负荷或昼夜负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所，技术经济合理时可选择两台主变压器；3） 三级负荷一般选择一台主变压器，负荷较大时，也可以选择两台主变压器2。3.3 主变容量的选择主变压器容量必须满足电网中各种可能的运行方式时的最大负荷的需要，并且要考虑到负荷的发展规划，使所选变压器容量切合实际的需要。这里装设两台变压器，变压器的总容量应大于计算负荷，其中一台变压器退出运行时，另一台保证满足二类负荷的用电，满足最大冲击负荷的要求。所以，这里应该选择两台容量略小于最大计算负荷的变压器。根据我国变压器运行的实际条件、实践经验，并参考国外的实践经验，Se按下式进行选

20、择较为合适：主变的额定容量： Se0.7Sjs*zd 公式（3-1）Se主变压器的额定容量，MVA即：Se0.762.33MVA=43.631 MVA主变压器选用具有低损耗、低噪音、检修周期长等性能的产品。可S9-50000/35型变压器3，其技术数据见下表。表3-1 S9-50000/35变压器技术参数产品型号额定容量（MVA）额定电压空载损耗（KW）空载电流（%）负载损耗(Kw)短地阻抗（%）连接组标号高压低压S9-50000/35503510.535.80.25168.08.0YN，d11第四章 电气主接线及设计电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传输方式和运

21、行等要求而设计的，表明高电压电气设备之间相互连接关系的传送电能电路。变、配电所的主接线图，是表示变、配电所的电能接受、分配关系的主电路，或者说是变、配电所一次高压线路、设备，如主母线、变压器、互感器、断路器、隔离开关、避雷器等连接方式的主电路图。地方电网中小型35kV变电站的电气主接线选择,应本着具体问题具体分析的原则，根据变电站在电力系统中的地位和作用、负荷性质、出线回路数、设备特点、周围环境及变电站规划容量等条件和具体情况，在满足供电可靠性、功能性、具有一定灵活性、拥有一定发展裕度的前提下，尽量选择经济、简单实用的电气主接线。电力网络的复杂性和多样性决定了我们不能教条地选择变电站的电气主接

22、线，要具体问题具体分析，选择具有自己特色的电气主接线。变电所的接线应从安全、可靠、灵活、经济出发。本次设计的变电站为某冶炼厂变电站，地处高寒地区，气候恶劣，环境污染严重，海拔2000米以上。由于该冶炼厂工业发展，负荷增大，该线路长期大负荷运行，同时由于单电源供电，供电可靠性得不到全面保障。所以，新建的35kv变电所应尽量保证供电的可靠性。 (1) 高压侧为内桥式接线的总降变电所主接线 这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷。这种内桥式接线多用于电源线路较长而主变压器不须经常切换的总降压变电所。(2) 高压侧为外桥式接线的总降变电所主接线这种主接线也适用于一、二级负荷。这

23、种外桥式接线多用于电源线路不长而主变压器需经常切换以适应经济运行的总降压变电所。(3) 高压侧和低压侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线这种主接线兼有上述内桥式和外桥式两种接线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，投资较大。可供一、二级负荷，适用于高压侧和低压侧进出线较多的情况4。因为本变电所有三类负荷，所以要求接线形式首先要保证其安全性和可靠性，在此前提下变电所主接线方案采用下述接线方式：35kV侧采用单母线分段母线接线，以保证两台主变压器供电的可靠性，在一台变压器发生故障时或一段母线故障时另一台仍可以继续运行；10kV侧采用单母线分段母线接线，这样既能保证安全、可靠又能节约建设资金

24、，减少占地；由于变压器是高可靠性设备，所以直接接入母线，对母线的运行不产生明显影响，一旦变压器故障时，连接于母线上的断路器跳开，但不影响其他回路供电。第五章 短路电流的计算5.1 短路电流计算的目的为了确定线路接线是否需要采取限制短路电流的措施，保证各种电气设备和导体在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，为选择继电保护方法和整定计算提供依据，验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流计算，应考虑10年的远景发展规划。5.2 短路点的确定图5-1短路点示意图5.3 短路电流的计算已知条件基准值SB=100MVA，VB=VAVXmax=0.06（最大运行方式） Xmin=0

25、.04（最小运行方式）Us%=8.0进线长度为25km,每公里电抗0.4/km，各段线路电抗标么值XT= =0.082=0.16XL*=0.4L0=0.4 25 (100/352) =0.816XLi*=0.4L2=0.4 2.5 (100/10.52)=0.907XLi*12 回路中的任意一路。5.3.1 f1点短路时 （1）最小运行方式下 Id1min=1/( Xmax+ XL*)= 1/(0.06+0.816)=1.141kAId1min(3)= Id1min =1.141=1.882kAIch1=2.55Id1min(3)=2.551.882=4.779kAId1min(2)= Id1

26、min(3) =1.882=1.629kA（2）最大运行方式下 Id1max=1/( Xmin+ XL*)= 1/(0.04+0.816)=1.219kAId1max(3)= Id1max =1.219=2.012kA Ich1=2.55Id1max(3)=2.552.012=5.130kAId1max(2)= Id1max(3) =2.012 =1.742kA5.3.2 f2点短路时（1）最小运行方式下 Id2min=1/( Xmax+ XL*+ XT)= 1/(0.06+0.123+0.16)=2.915Id2min(3)= Id2min =2.915=16.03kA Ich2=2.55I

27、d2min(3)=2.5516.03=40.88kAId1min(2)= Id2min(3) =16.03=13.88kA（2）最大运行方式下 Id2max=1/( Xmin+ XL*+ XT)= 1/(0.04+0.123+0.16)=3.095Id2max(3)= Id2max =3.095=17.01kA Ich2=2.55Id1max(3)=2.5517.01=43.39kAId2max(2)= Id2max(3) =17.01=14.73kA5.3.3 f3点短路时（1）最小运行方式下 Id3min=1/( Xmax+ XL*+ XT*+ XLi*)= 1/(0.06+0.816+0

28、.16+0.907)=1/1.943=0.514kA Id3min(3)= Id3min =0.514=2.826kA Ich3=2.55Id3min(3)=2.552.826=7.207kAId3min(2)= Id3min(3)=2.286 =1.979kA（2）最大运行方式下 Id3max=1/( Xmin+ XL*+ XT*+ XLi*)= 1/(0.04+0.816+0.16+0.907)=1/1.923=0.520kAId3max(3)= Id3max =0.520=2.859kA Ich3=2.55Id3max(3)=2.552.859=7.291kAId3max(2)= Id3

29、max(3) =2.859 =2.475kA表5-1短路电流统计表三相短路电流冲击电流两相短路电流短路点最大运行方式Idimax(3)最小运行方式Idimin(3)最大运行方式Ichi(max)最小运行方式Ichi(min)最大运行方式Idimax(2)最小运行方式Idimin(2)f12.0121.8825.1304.7791.7421.629f217.0116.0343.3940.8814.7313.88f32.8592.8267.2917.2072.4751.979第六章 电气设备的选择6.1 导体的选择导体和电缆是输配电系统传输电能的主要组成部分，根据结构和用途，导体可分为裸硬导体(矩

30、形铜、槽形、圆管形)和裸软导体（钢绞线、铝绞线、钢芯铝绞线）及封闭导体。硬母线机械强度高、载流量大，布置上要求的相间距离较小，故主要作为发电机至变压器的引出线及屋内高低压配电装置。软母线施工方便，主要适用于架空电力线路及各型户外配电装置。母线的材料主要有铜、铝、钢三种，除在特殊场合使用铜母线外，一般采用铝母线的较多。母线的形状有圆形、管形、长方形，长方形截面用的较多。选择母线截面形状的原则是：集肤效应系数尽量低；散热好；机械强度高；连接方便；安装方便。35KV和10KV均为屋内配电装置，选择矩形截面母线，其原因是：同样截面的矩形母线周长比圆形母线的周长要长，散热面积大，冷却条件好；其次，由于集

31、肤效应的影响，矩形母线的电阻比圆形的小，因而，在同一允许工作电流下，矩形母线截面要比圆形母线的截面积小，用金属量少。因此，屋内配电装置中采用矩形截面母线比圆形截面母线优越。（1）选择母线的形式：由于钢芯铝绞线的耐张性能比单股铝母线好，在允许电流相同时，其直径比单股母线直径大，其表面附近的电场强度小于单股母线，机械强度较大，集肤效应大，可以防止电晕的产生，并且起可以使变电站的屋外配电装置简单、投资少、比较经济，所以可采用钢芯铝绞线。（2）放置形式：水平放置 相间距离： a =0.25m L=1m（3）按经济电流密度法来选择母线截面积,所谓经济电流密度，它是根据线路投资、年运行费用及节约有色金属等

32、综合计算而得出的。6.1.1 10kV母线选择及校验按经济电流密度选择母线截面： S= I/J 公式（6-1）式中：S经济截面 ，单位 mm2I工作电流，即正常工作情况下，不计过负荷能力及故障管理的电路中的最大持续负荷电流，单位 AJ经济电流密度 ，单位 A/最大长期工用电流 I =1.05= 公式（6-2）=3031.177(A)查得：Tmax=5000h/a取J=1.08A/mm2= =2806.6(mm2)查=20时母线载流量表选取截面为3143 mm2圆管形铝锰合金导体,其技术数据3见表6-1所示。表6-1 圆管形铝锰合金导体参数表导体尺寸D1/D2(mm)导体截面（mm2）导体最高允

33、许温度为下值时的截流量（A）截面系数W(cm3)惯性半径ri(cm)惯性矩J(cm4)质量（/m）7080150/136314331408.58最小截面积： = 公式（6-3）母线平放和母线计算环境温度0=21查母线载流量表，允许最高温度为34。温度修正系数为： =0.88 公式（6-4）热稳定性校验查得C=8310A/m2=83A/ mm2主保护动作时间=1.5s,全分闸时间(包括断路器固有分闸时间和燃弧时间)取=00.4s，=0.04s；短路时间 t=+=1.5+0.04+0.04=1.58s1s所以要考虑短路电流非周期分量的影响 按三相短路校验热稳定性=1,t=1.58s由短路电流周期分

34、量等值曲线查的=1.3s=1.3s按热稳定条件所需最小母线截面为：=224.5满足热稳定要求。动稳定性校验母线所受的电动力 F=1.7310 公式（6-5）F=1.7310 =1.7310-7443.392106 =1302.82N 母线所受的最大弯矩M=130.282（Nm） 截面系数：W=213.33310-6(m3)母线最大计算应力为：zd=0.611106Pa 95满足动稳定要求。6.1.2 10kV侧出线选择及校验在12回出线中，以其中任意的一条出线截面积的选择计算作为依据，其他线路一定能满足要求。由于12回出线的负荷相差不大，因此不会造成太大的浪费。= =249.6(A)最大利用小

35、时数：(h/a)5000h/a取J=0.9106A/m2=0.9A/mm2= =277.3(mm2)查=25时母线载流量表选取截面为277.75mm2钢芯铝绞线LGJ-185,其技术数据3见表6-2所示。表6-2 LGJ-185型钢芯铝绞线参数表标称截面（mm2）结构尺寸（mm）计算截面（mm2）计算外径（mm）计算拉断力（N）铝股钢芯铝股钢芯240/407/2.7626/3.42238.8538.9021.6683370查得 C=8710A/m2=87A/mm2按热稳定条件所需最小母线截面为：负荷最大处出线的I=2.859kA= =37.46mm2= Ig*zd=623.5A Ue=Uw =

36、35kV Iekd=Idt=I=5.130 kA选择ZN-35/1000-12.5型真空室内断路器，其技术数据3如下表6-4：表6-4 ZN-35/1000-12.5 型真空断路器技术数据型 号额定电压（kV）额定电流（A）额定短路开断电流（kA）2S热稳定电流（kA）额定短路开断电流开断次数（次）最高工作电压（KV）额定关合电流（峰值）动稳定电流（峰值）ZN-35/1000-12.535100012.512.51240.53232型 号固有分闸 时间（S）合闸时间（S）一次自动重合闸无电流间隔时间（S）操动机构额定电压（V）机械寿命（分合循环）（不少于）（次）操动机构额定电流合闸（A）分闸（

37、A）ZN-35/1000-12.50.060.20.5直流220V5000982.5从表中得：Ue=35kV Ie=1000A 极限通过电流峰值ij=63kA 额定短路开断电流：Iekd=12.5kA I2rt=322 1 kA2s tg=0.06s th=0.2s tb=0.5s热稳定校验： 短路时间：t=tb+tg+th=0.5+0.06+0.2=0.76s B”=1 tfz=0.05s B”=0.05s 查短路电流周期分量等值曲线得 tz=0.3s tdz= tz+ tfz=0.3+0.05=0.35s I(3)2tdz=5.13020.35ich=5.130kA 满足动稳定要求。6.2.2 10kV侧断路器的选择为满足安全需要，节省投资、节约占地面积，选择整体结构比较简单、体积小、重量轻、检修间隔时间长，维护方便的真空断路器。该类型断路器