35kV变电站电气设计

1、摘要随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工 厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对 供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响基建投资，也会反映 在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所 构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全 可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽，变电所必 须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现

2、代化工业生产和社会生活的发 展趋势。35kV 变电所属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担 负的任务及用户负荷等情况，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。 同时进行各种变压器的选择，从而确定变电所的接线方式，再进行短路电流计算，选择送 配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电所高低压电气设备，为变电所平面及剖面 图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）总体方案的确定;（2）负荷分析;（3）短 路电流的计算;（4）高低压配电系统设计与系统接线方案选择;（5）防雷与接地保护等内 容。关键词：变电所 负荷 输电系统 配电系统目录摘 要 TOC o 1-

3、5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第1章 变电所原始资料及负荷统计 0原始数据 010kV负荷统计1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第2章 主接线的设计22.1电气主接线的设计原则22.2对主接线设计的基本要求22.3待建变电所的主接线方式32.4 方案比较52.5主变压器的选择5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第3章 短路电流的计算63.1短路计算的基本知识和目的63.2短路电流计算8 HYPERLINK l bookmark5

4、8 o Current Document 第4章 电气设备的选择与校验104.1 电气设备选择的一般原则与技术条件11导体的选择和检验134.3断路器的选择164.4 隔离开关的选择184.5互感器的选择214.6 电气设备选择一览表23 HYPERLINK l bookmark158 o Current Document 主要参考文献资料23致 谢 24附 录 错误!未定义书签。附录 1 电气主接线图第 1 章 变电所原始资料及负荷统计原始数据电力系统部分本变电所通过一回 10km 的 35kV 线路，和与电力系统相连接的另一变电所 35kV电压级侧相连，并由其供电；另一回35kV向工厂供电

5、，线路长度5km，最 大负荷 10MVA。系统对本变电所的技术要求主变容量：2X31.5MVA (本期 1 X31.5MVA)电压等级：35/10.5kV主变型式：三相双绕组电力变压器，调压范围：354X1.25%/10.5kV进出线回路数：35kV两回，10kV本期4回，远期8回主变中性点不直接接地电能部分供电方式35kV 侧共有两回进线，由系统转另一变电所供电10kV侧本期4回，远期8回符合资料全区用电负荷本期为28MW，4回，每回按7MW记，远期60MW，8回，每 回按7.5MW，最小负荷按70%计算，供电距离3km负荷同时率取0.85，cosd=0.8，年最大利用小时数T=4000小时

6、/年所用电率取 1%地形资料海拔23.8m，所址出于砂质粘土的丘陵，地势平坦开阔。土壤电阻率P=1X104Q/cm。土壤地下深处(0.8m)温度28C。1.1.5气象资料最热月最高气温月平均值32.25 月份最冷月最低气温月平均值1O.3C/1月份年平均温度21.07C( 4)年最高温度 38.4C( 5)年最低温度 2.02C( 6 )主导风向东南风(7)雷暴日数 62.3 日/年10kV负荷统计考虑负荷同时率取0. 85， cosd=0.8。10kV计算负荷如下本期：工S = 28*0.85/0.8 = 29.7MVA远期：工S = 60*0.85/0.8 = 63.7MVA第2章主接线的

7、设计2.1电气主接线的设计原则电气主接线设计的基本原则为：以下达的设计任务书为依据，根据国家现行 的“安全可靠、经济适用、符合国情”的电力建设与发展的方针，严格按照技术 规定和标准，结合工程实际的具体特点，准确地掌握原始资料，保证设计方案的 可靠性、灵活性和经济性。2.2对主接线设计的基本要求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送 和运行等要求而设计的表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路 。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它 们的连接方式对供电可靠性运行灵活性及经济合理性、发展性等起着决定性作 用。一般在研究主接线方

8、案和运行方式时，为了清晰和方便,通常将三相电路图描 绘成单线图。在绘制主接线全图时，将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载 波通信用的通道加工元件(也称高频阻波器)等也表示出来。主接线应满足可靠性、灵活性、经济性和发展性等四方面的要求。可靠性。为了向用户供应持续、优质的电力，主接线首先必须满足这一可 靠性的要求。主接线的可靠性的衡量标准是运行实践，要充分地做好调研工作， 力求避免决策事物，鉴于进行可靠性的定量计算分析的基础数据尚不完善的情 况，充分地作好调查研究工作显得尤为重要。主接线的可靠性不仅包括开关、母线等一次设备，而且包括相对的继电保护、 自动装置等二次设备。为了提高主接线的可靠性

9、，选用运行可靠性高的设备是条 捷径，这就要兼顾可靠性和经济性两方面，做出切合实际的决定灵活性。电气主接线的设计，应适合在运行、热备用、冷备用和检修等各 种方式下的运行要求。在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路 等元件，合理调配电源和负荷。在检修时，可以方便地停运断路器、母线及二次 设备，并方便地设置安全措施，不影响电网的正常运行和对其他用户的供电。3 .经济性。方案的经济性体现在以下几个方面。投资省。主接线要力求简单，以节省一次设备的使用数量；继电保护和 二次回路在满足技术要求的前提下，简化配置、优化控制电缆的走向，以节省二 次设备和控制电缆的长度；采取措施，限制短路电流，得以选

10、用价廉的轻型设备， 节省开支。占地面积小。主接线的选型和布置方式，直接影响到整个配电装置的占地面积。（3）电能损耗小。经济合理地选择变压器的类型（双绕组、三绕组、自耦变、 有载调压等）、容量、数量和电压等级。（4）发展性。主接线可以容易地从初期接线方式过度到最终接线。在不影响 连续供电或停电时间短的情况下，完成过度期的改扩建，且对一次和二次部分的 改动工作量最少。23待建变电所的主接线方式拟定可行的主接线方案3种，内容包括主变的形式，台数以及各级电压配电 装置的接线方式等，并依据对主接线的基本要求，从技术经济上论证各方案的优 缺点，淘汰差的方案，保留较好的方案。2.3.1方案（一）单母分段接线

11、优点：1）用断路器把母线分段后，对重要负荷可以从不同段引出两个回路，有两 个电源供电。2）当一段母线故障时，分段断路器自动将故障隔离，保证了正常段母线不 间断供电和不致使重要用户停电。缺点：1）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段的回路都要在检修期间 内停电。2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。3）扩建时，需要向两个方向均衡扩建。图2-3-2单母分段接线2.3.2方案（二）单母接线优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电设备。缺点：不够灵活可靠、任一单元（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均 需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时

12、，全部 回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障母线分开后才能恢复非故障段的供电。图2-3-3单母接线2.3.3方案（三）内桥接线优点：断路器数量少，四个回路只需要三台断路器。缺点：变压器的切除和投入较复杂，需要动作两台断路器，影响一回线路的暂时停2）桥断路器检修时，两个回路需解列运行。3）出线断路器检修时，线路需较长期停运。图2-3-4内桥接线2.4方案比较本变电所35kV侧2回进线，1回接上级电源，另一回转供电给另外一个35kV 变电所，即35kV有穿越功率。该变电所属于一个区域变电所，由于进出线少不 考虑双母，而内桥不适用于有穿越功率的场合，所以35kV侧采用可靠性较高的 单母接线。10kV

13、狈0,单分段母线比单母线，具有更高可靠性和灵活性，可以防止母线 故障扩大化，分段可以使两台变压器分列运行，降低了短路电流。故10kV主接 线采用单母分段接线。图2-4变电所主接线2.5主变压器的选择主变压器是发电厂和变电所中最主要的设备之一，它在电气设备的投资中所 占的比例较大，同时与之相配的电气装置的投资也与之密切相关。因此，对变压 器的台数，容量和型式的选择是至关重要的，它对发电厂变电所的技术经济影响 很大时，它也是主接线方案确定的基础。一、主变台数的确定本期工程负荷总量较大，为提高供电可靠性，设主变两台，互为备用。二、主变压器容量的选择容量选择的要求：站用变电所的容量应满足正常的负荷需要

14、和留有10%左右 的裕度，以备加接临时负荷之用。主变压器容量的确定主变压器容量一般按变电所建成后 510 年的规划负荷选择,并适当考虑 到远期 1020 年的负荷发展.对于城郊变电所,主变压器容量应于城市规划相结 合.同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多,应从全网出发,推行系 列化,标准化.为了提高变电所运行的稳定性和可靠性，应选用2 台变压器，对于一般的变 电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部I、II类负荷，或 者全部负荷的 50%60%。则变压器总容量应选择为S=50%x63.7二 31.8M VA所以单台主变变压器的容量为 31500kVA 根据容量以及查阅相关的

15、规程选择 SZ9-31500/35 型号的变压器，变压器的 选择如表 2-5：表 2-5 主变压器参数型号及容量(kVA)连接组别容量比空载电流(%)SZ9-31500/35Y/A100/1001.1电压组合及分接范围(kV)损耗(kW)阻抗电压()高压低压空载短路7.5354X1.25%10.59.8542.75第 3 章 短路电流的计算短路计算的基本知识和目的短路计算的基本知识所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。供电系统应该正常的不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。电 力系统正常运行方式的破坏，多数是由短路故障引起的，系统中将出现比正

16、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培。变电所 设计中不能不全面地考虑短路故障的各种影响。变电所中的各种电气设备必须能承受短路电流的作用，不致因过热或电动力 的影响造成设备损坏。例如：断路器必须能断开可能通过的最大短路电流；电流 互感器应有足够的过电流倍数；母线要校验短路时承受的最大应力；接地装置的 选择也与短路电流大小有关等。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，继电保护装置整定必须在主 回路通过短路电流时准确动作。

17、由于上述原因，短路电流计算成为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；校验继电保护动作灵敏度时用两相短路、单相短路 电流或或单相接地电流。工程设计中主要计算三相短路电流。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；选择电气设备。电气

18、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。（1）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。（2）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

19、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。（3）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。（4）确定分裂导线间隔棒的间距。在500KV配电装置中，普遍采用分裂导线做 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

20、。（5）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。3.2短路电流计算3.2.1系统接线图与系统阻抗图与待设计变电所连接的对侧电源母线视为无穷大电源系统。最大运行方式, 按终期两台主变并列运行。系统等值电路图如下图所示：电力系统图3-2-1系统阻抗图3.2.2短路电流计算S = 31500kVANSjS dSX = X l-j-L *0 U 21AU % ( S 100 I S：N号二 100 MVAAU% 二 7.51-2J 35 = = 1-56(kA)J10二化=叫）各参数标幺

21、值线路：线路阻抗Xl*=号S-二 0.4 x10 x U 23721100 =0.292待设计变电所：变压器X =X 二(U %/100%) x(S /S )二 7.5% x100/31.5 =0.238T1* T 2* 1-2 B N35kV侧三相短路当在DI处发生三相短路时，电源点和短路点之间的阻抗即为线路阻抗X 中二 X =0.292yd1*L *短路电流周期分量的有名值I/ =二 =5.34kAX 0.292冲击电流 i = 2.25I / = 2.25 x 5.34=12.02kAimp短路全电流最大有效值I = 1.51I / =1.51x5.34 =8.06kAimp短路容量算法

22、Sd1 =J3UnI =、运 x 37 x 5.34 =342MVA10kV侧三相短路当在D2处发生三相短路时，电源点和短路点之间的阻抗为线路阻抗+2台 主变阻抗的并联。电源至短路点的总电抗的标么值为：X 护 * = X Ed1 * + XT1 */XT 2 * = 0292 + 238 /0-238 =.411 短路电流周期分量的有名值I / = -Ad =仝50 =i3.38kAX d2 0.411护*冲击电流 i = 2.25I / = 2.25x13.38=30.11kA imp短路全电流最大有效值I=1.51I/ =1.51x13.38=20.20kAimp短路容量算法S =3UI

23、= J3 X10.5 X13.38 =243MVAd2N表 3-2-2 短路电流计算结果表电压 等级短路点短路电流周期分 量有名值I （ kA）冲击电流 imp （kA）全电流 imp (kA)短路容量S（MVA）35kVD15.3412.028.0634210kVD213.3830.1120.20243第 4章 电气设备的选择与校验本次设计中电器选择的主要任务：导体和绝缘子。导体的选择主要有：各电压等级的汇流母线，主变引下线， 出线以及各电压级的绝缘子。电气设备。 电气设备包括各电压等级的出线断路器，旁路断路器，分段 断路器，以及相应的隔离开关，熔断器等。用于保护和测量用的电流互感器，包 括

24、穿墙套管，开关柜的选择及其一次接线的编号。国家电力部有关高压配电装置设计规程SDJ585规定：第3.0.1 条：选用导体和电器，其允许的最高工作电压不得低于该回路的最 高运行电压，其长期允许电流不得小于该回路的最大持续工作电流。第3.0.5 条：验算裸导体短路热效应的计算时间，宜采用主保护动作时间加 相应的断路器全分闸时间，如主保护有死区时，则采用能对该死区起作用的后备 保护动作时间并采用相应的短路电流值。第3.0.5 条：除配电装置的汇流母线外，较长导体的截面应按经济电流密度选择。电气设备选择的一般原则与技术条件电气设备选择的一般原则（1）应力求安全使用、技术先进、质量合格和经济合理；（2）

25、应满足正常运行、检修、短路和过电压状态下的要求，并考虑远景发展（3）应按当地环境条件长期工作条件下选择，按短路条件下校验，保证任何 过电压情况下能正常运行；（4）应与整个工程的建设标准协调一致；（5）选择同类设备的品种不宜过多；（6）选用新产品应积极慎重，新产品应具有可靠的实验数据，并经过正式鉴 定合格。电气设备选择的一般技术条件4.1.2.1 按正常工作条件选择电气设备（1）额定电压电器允许最高工作电压（U ）不得低于所接电网的最高运行电压（U ）,alm Sm即U 三U 。一般情况下，可按电器的额定电压（U ）不低于装设地点电网 alm Sm N额定电压（U ）的条件选择，即U三U。NS

26、N NS（2）额定电流电气设备的额定电流（I ）,即在额定周围温度（0 ）下的长期允许电流，N0考虑实际温度后，应不小于回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流（ I ），即maxKI三I 或KI三IN max al max式中 K 综合校正系数。 以下列出主要回路的最大持续工作电流的计算公式：变压器回路：I= 1.05I = 1.05S “U = 35kVe ew（3）35kV电源进线额定电流的选择为：(nS + S +S ) (2x31 5 +10 + 0)丄.= n 穿迅= 1139A，故：I 二 1250A 1139AJ3 x 37gmaxJ3U不 x 37eN主变35kV引下线额定

27、电流的选择为:S=1.05= gmax3i31500=1.05 x=516A,故：I 二 1250A 516AV3 x 37e(4)额定开断电流的检验条件为：It二I= 5.34kAI二31.5kAek动稳定的校验条件：i二12.02 Qdt 二 57.03kA2 * sLW36-40.5/1250的断路器，可满足技术条件要求432 10kV侧断路器的选择(1)预选VBD1-12的断路器表4-3-2 VBD1-12真空断路器参数型号 项目VBD1-12计算数据技术参数额定电压(kV)1012额定电流(A)1817 (433)2500动稳定电流(KA)30.1180热稳定电流(KA)13.38(

28、2S)31.5(4S)额定开断电流(KA)13.3831.5 额定电压的选择为：U二12kV U二10kVeew主变10k V引下线额定电流的选择为：S31500I= 1.05-n = 1.05x =1817A,故：I 二 2500A 1817Agmax3U3 x 10.5eN10k V出线额定电流的选择为：S 7500I= 1.05 = 1.05x =一 =433A，故：I 二2500A433Agmax.：3U3 X 10.5eN额定开断电流的检验条件为：I = I= 13.38kAI二31.5kAtek动稳定的校验条件：i二30.11 Qdt = 358kA2 * sVBD1-12的断路器

29、，可满足技术条件要求4.4隔离开关的选择隔离开关的主要用途：隔离电压，在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压 隔离，以确保检修的安全。倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开 关配合断路器，协同操作来完成。分、合小电流。 隔离开关的型式应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术、经济比较，再根据其校验计算结果后确定。 隔离开关选择的技术条件：、电压UgWUe、电流IgMAXWIe、动稳定ichWiMAX、热稳定ItdzWIt2t35kV侧隔离开关的选择(1) 35kV隔离开关的工作条件如下表所示表4-4-1-1 35kV隔离开关工作条件:序号项

30、目内容符号单位数值备注1电网工作电压UgkV352最大工作电流IgMAXA1139 (516)3最大暂态短路电流IdtkA5.344动稳定电流ichkA12.025热稳定电流I ookA5.34(2)预选GW4-40.5D1250的隔离开关表4-4-1-2 GW4-40.5D1250的隔离开关参数型号 项目GW4-40.5D1250计算数据技术参数额定电压(kV)3540.5额定电流(A)1139 (516)1250动稳定电(kA)12.0280热稳定(kA)5.34(2s)31.5(3S)(2)额定电压的选择为：U二40.5kV U二35kV e ew(3)主变35kV引下线额定电流的选择为

31、： 35kV电源进线额定电流的选择为: TOC o 1-5 h z (nS + S +S) (2x31 5 +10 + 0)丄.= N 穿 35 = 1139A，故：I = 1250A 1139A516A gmax3U3x37eN动稳定的校验条件：i = 12.02 Qdt 二 57.03kA2 * s根据上述计算35kV可选用：GW4-40.5D1250的隔离开关，可满足技术条件 要求。10kV侧隔离开关的选择(1)10kV隔离开关的工作条件如下表所示：表4-4-2-1 10kV隔离开关工作条件一序号项目内容符号单位数值备注1电网工作电压UgkV62最大工作电流IgMAXA1817 (433

32、)3最大暂态短路电流IdtkA13.384动稳定电流ichkA30.115热稳定电流I ookA13.38（2）预选GN10-10T隔离开关表4-4-2-2 GN10-10T户内隔离开关参数型号项目GN10-10T隔离开关计算数据技术参数额定电压（kV）612额定电流（A）1817 (433)2500动稳定电流（kA）30.1180热稳定（kA）13.38(2s)31.5(4s)（2）额定电压的选择为：U二12kV U 二10kVe ew（3）主变10k V引下线额定电流的选择为：S 31500I= 1.05-n = 1.05x =1817A,故：I 二 2500A 1817A TOC o 1

33、-5 h z HYPERLINK l bookmark102 o Current Document gmax3U3 x 10.5eN10k V出线额定电流的选择为： HYPERLINK l bookmark16 o Current Document S7500 HYPERLINK l bookmark120 o Current Document I = 1.05 = 1.05x -一 =433A，故：I 二2500A433A gmax3U3 X10.5eN(4)动稳定的校验条件：i二30.11 Qdt = 358kA2 * s根据上述计算10kV可选用：GN10-10T隔离开关，可满足技术条件要求。4.5互感器的选择电压互感器的选择1、一次电压 U1： l.lUnUl0.9UnUn电压互感器额定一次线电压，1.1和0.9是允许的一次电压的波动范围， 即为 10%Un。2、二次电压U2：电压互感器在高压侧接入方式接入相电压。因此，所选电 压互感器副绕组二次额定电压为100/ aT3 , 35kV、10kV电压互感器辅助绕组二 次额定电压为100/3 V依据以上条件，所选各电压等级电压互感器如下表：型号额定电