35kv变电所设计说明

农业大学本科毕业论文(设计)题目：任丘边村35KV降压变电站设计学院：机电工程学院专业班级：电气工程及其自动化0604班学号：05学生：牛海涛指导教师：东明指导教师职称：讲师2010年6月

摘要变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。本次设计建设一所35KV降压变电站，首先，根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较，选取灵活的最优接线方式。其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，对主要设备选择及校验，包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等作了初步的分析和选型。正确地选择电器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。在进行电器选择时，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，并注意节省投资，选择合适的电器。

最后，根据各电压等级的额定电压和最大长期工作电流，进行电气设备选择，然后进行校验并对二次部分进行预算编制！关键词：变电站.电气设备选择.短路电流计算.电气主接线.二次部分Abstract

Substationisanimportantcomponentofthepowersystem,whichdirectlyaffectthepowersystemsecurityandeconomicoperationofpowerplantsandcustomersarelinksinthemiddlepart,playaroleintransformationanddistributionofelectricenergy.Electricalpowerplantsubstationmainconnectionisthemainlinkinthedevelopmentofmainpowerisdirectlyrelatedtotheentireplant(the)selectionofelectricalequipment,powerdistributionequipmentlayout,relayprotectionandautomaticdevicestodetermine,istheelectricalpartofthesubstationInvestmentsizedeterminingfactor.

Thedesignandconstructionofa35KVsubstationstep-down,firstofall,accordingtothemainterminaloftheeconomicandreliableoperationandflexibleaskedtoselectvariousvoltagelevelsofthewiring,technicalandeconomicaspectsinthecomparison,selecttheoptimalflexiblewiring.

Thesimulationofshortcircuitcurrentcalculation,calculatedaccordingtothepointsshortpointsteady-statecurrentandshortcircuitshortcircuitsurgecurrent,majorequipmentselectionandcalibration,includingthecircuitbreaker,disconnectingswitch,currenttransformer,voltagetransformer,bus,andotherrelatedpreliminaryanalysisandselection.

Thecorrectchoiceofappliancesistomakeelectricalmainwiringandpowerdistributionequipmentissafe,animportantconditionforeconomicoperation.Whenmakingelectricchoiceshouldbebasedonactualprojects,whileensuringsafeandreliableunderthepremiseofapositiveandsafeuseofnewtechnology,andpayattentiontosavinginvestment,selecttheappropriateappliances.

Finally,accordingtothevoltageleveloftheratedvoltageandthemaximumlong-termoperatingcurrent,theelectricalequipmentselection,andthencheckthesecondpartandbudget!

Keywords:substation.ElectricEquipmentSelection.Short-circuitcurrentcalculation.Electricalmainconnection.Thesecondpartofthe

目录第一节变电站总体说明 51.1工程名称及地址 51.2自然情况 51.3建站的必要性 51.4自然条件 5第二节电器主接线设计方案 52.1电气一次部分 52.1.1电气一次部分主接线 52.1.2平面设置 62.2主变压器容量的确定 6第三节短路电流的计算 103.1画出等效电路图，如图3-1所示 103.2求出各元件的等效电抗 113.3各点的短路电流 113.3.1系统在最大运行方式下的各点短路电流 113.3.2最小运行方式下各点的短路电流 133.3.3冲击电流瞬时值： 143.3.4冲击电流有效值 15第四节电气设备的选择 164.1断路器的选择 164.1.135KV侧高压侧断路器的选择 164.1.210KV侧断路器的选择 174.2隔离开关的选择 184.2.135KV侧隔离开关选择 194.2.210KV侧隔离开关选择 194.3母线的选择 194.3.135KV侧母线的选择 194.3.210KV侧母线的选择 204.4穿墙套管的选择 204.535KV悬式绝缘子的选择 214.6电压互感器的选择 214.7电流互感器的选择 224.7.135KV电流互感器的选择 224.7.210KV侧电流互感器的选择 23第五节接地装置与防雷保护 245.1保护接地装置 245.1.1接地电阻的确定 245.1.2接地电阻的计算： 245.2防雷接地保护装置 255.2.1防雷接地保护装置的确定 255.2.2防雷保护计算 26第六节变电站继电保护部分 266.1电气二次部分 266.210KV出线三段式电流保护整定 266.3主变压器的保护整定计算 296.3.14000KV主变压器的纵连差动保护 296.3.24000KV变压器的过负荷保护 316.3.34000KV变压的电流速段保护 316.3.47500KV主变压器的纵联差动保护 316.3.57500KV变压器的过负荷保护 346.3.67500KV变压的电流速段保护 34第七节附图 35结束语 43致 44参考文献 45第一节变电站总体说明1.1工程名称及地址工程名称：任丘边村35KV降压变电站设计。工程所址：边村东1KM处左右。1.2自然情况该站建在106国道西边2KM处，该村有3000多户，本村主要以农业为主，但也有部分企业及加工厂，目前这一地区以水泥、造纸、砖瓦生产为主，现状的用电设备为12000KW，其中水泥厂两个，装机容量为4000KW。造纸厂两个，装机容量为3000KW，饲料加工厂35处，装机容量为1500KW。脱谷用电150处，装机容量为2000KW。照明用电及家用电器用电1500KM。1.3建站的必要性1）供电电压低，严重影响用电设备的运行。2）地区电网的弊病和改造的要求，有管理不善的现象。3）近几年仍会有企业加工厂在增加，为更好的满足当地的用电需要。1.4自然条件该地区地势平坦，交通方便有公路，最高气温40℃，最低气温-15℃，年平均气温25℃，最大风速20M/S。覆冰厚度10MM,土壤电阻率6×103第二节电器主接线设计方案2.1电气一次部分2.1.1电气一次部分主接线：采用35KV进线，主变压器两台，35KV母线采用采用单母线接线方式，35KV主变压器侧采用隔离开关和断路器配合作控制器保护，10KV母线采用单母线分段母线接线方式，出线为6回路。2.1.2平面设置本方案构架采用高层或半高层布置，站所有一次设备均布置户外，二次设备集中布置于控制室。2.2主变压器容量的确定根据当地的负荷资料和将来的发展，最大负荷可达到8000KW，考虑出线损耗为10%,平均功率因数为0.8，几年后满足最大负荷的变压器容量为：主变压器的台数为两台，根据当地的负荷情况表明，本变电站的用电设备主要是农业提水、排灌和工业。提水和排灌是季节性负荷，具有年负荷波动较大的特点，因此，考虑到供电的可靠性和经济性，选择两台变压器为宜，在负荷较小的季节可以也以用一台运行，负荷较大的季节用两台主变压器的型号如图表2-1所示，表中给出了不同的变压器参数，在表中选择两台变压器应满足最大负荷的条件下，根据年负荷曲线年运行费用最低的原则，经计算确定，如图表所示2-1为变压器的技术参数。图2-1主变压器型号型号额定电压（KV）损耗（KW）短路电压%空载电流%连接组别高压低压高压低压SJL-4000/3535/38.510/10.55.93971.1Ｙ/△-11SJL-500/3535/38.510/10.56.94571.1Ｙ/△-11SJL-63/3535/38.510/10.58.2527.51.0Ｙ/△-11SJL-75/3535/38.510/10.59.6577.50.9Ｙ/△-11SFL-8000/3535/38.510/10.511587.51.5Ｙ/△-11注:SJL-三相油侵自冷式铝线变压器SFJ-三相油侵风冷式铝线变压器根据地区的负荷运行资料统计，年负荷曲线如图表2-2=1800=4500=1800=4500=80003500=2000h2260h图2-2年负荷运行曲线由于本变电站为10KV设有并联电容器，补偿了变压器的部分无功损耗，使输电线传输系统的无功很小，所以在变压器电能损耗计算过程当中，不考虑传输无功所消耗的有功损耗分量。由于年运行曲线可知，最小负荷为1800KW，最大负荷8000KW。考虑本变电站无功补偿以后平均功率因数为0.9以上，故各段负荷与运行时间为：变压器容量应满足最大负荷的要求，选择两台变压器有以下几种组合：两台5000KVA，4000KVA与6300KVA各一台，4000KVA与7500KVA各一台。下面分别计算它们的电能损耗两台5000KVA的变压器=5000×=2768.87KVA变压器运行方式有两种：当负荷小于2768.87KVA时，一台变压器运行超过2768.87KVA时，两台变压器并列运行。年电能损耗计算如下A==[6.9×45×]×2＋[2×6.9＋]×3000＋[2×6.9+]×2260＝35.0149万KW·h(2)4000KVA与6300KVA变压器从4000KVA改变到6300KVA电能损耗最小的临界负荷容量为:=6300×－=1428.35KVA=6300×=2085.85KVA由年负荷曲线可知，最小负荷为2000KVA，而SJ1为1428.35KVA，小于最小负荷。刚开始时投入6300KVA变压器。当负荷增加到2085.85KVA以上时，两台变压器并列运行。年电能损耗计算如下：△A==24.33万KW·h（3）4000KVA与7500KVA变压器=7500×－=1612.9KVA=7500×=4554.35KVA由以上可知：变压器的运行方式：由年负荷曲线可知，最小负荷为2000KVA，而SJ1为1612.9KVA。变压器开始时7500KVA变压器投入。当负荷增加到SJ2时，两台变压器并列运行。年电能损耗的计算如下：△A==21.03万KW·h通过以上分析可得以下结论：针对已知的年负荷曲线，主变压器选为4000KVA与7500KVA各一台最为合适，不仅年运行损耗最小，而且随负荷的变化可实现两种运行方式。第三节短路电流的计算3.1画出等效电路图~Ⅰ~ⅠⅡⅢⅣⅤⅥf8f7f1f3f2f4f6f5图3-1系统等效电路图3.2求出各元件的等效电抗选取基准容量为SJ=100MVA，基准电压为各段的平均电压UJ=UAV,输电线路单位电抗为0.4Ω/KM.已知上级系统至变电站线路长度为5KM。10KV出线长度：Ⅰ区为10KM，为Ⅱ区为14KM，Ⅲ区为7MK，Ⅳ区为9KM，Ⅴ区为11KM，Ⅵ区为12KM。假设上级系统为无穷大电源，最大运行方式=0.2129，最小运行方式=0.5261Ⅰ区：Ⅱ区：Ⅲ区：Ⅳ区：Ⅴ区：Ⅵ区：3.3各点的短路电流3.3.1系统在最大运行方式下的各点短路电流处短路时处短路时处短路时处短路时处短路时处短路时处短路时处短路时将标么值转化为有名值3.3.2最小运行方式下各点的短路电流将标么值改写成有名值各点发生短路的最大冲击电流：3.3.3冲击电流瞬时值：取1.83.3.4冲击电流有效值将上述所有数据列于表中，各点的最大短路电流应用于设备热稳定性校验，开关电器开断电流及继电保护整定，冲击电流用于设备动稳定性校验，最小短路电流作为继电保护灵敏度校验，如图表3-2为短路电流数据表。图表3-2短路电流数据表运行方式短路计算点基准容量（MVA）基准电压(KV)短路电流标么值短路电流（KA）冲击电流有效值(KA)冲击电流瞬时值(KA)最大运行方式f110010.50.21.1001.6722.805f210010.50.1640.9051.3762.308f310010.50.2831.5552.3643.965f410010.50.2351.2911.9623.292f510010.50.2011.1031.6772.813f610010.50.1871.0281.5632.621f710010.51.0055.5268.40014.091f8100372.7864.3466.00611.08最小运行方式f110010.50.1650.907f210010.50.1460.805f310010.50.2021.108f410010.50.1760.967f510010.50.1560.857f610010.50.1480.811f710010.50.4132.271f8100371.4882.321第四节电气设备的选择4.1断路器的选择该设备的选择应该以最大运行方式下的短路电流为依据，由于设计中把系统容量是为无穷大电源，故短路电流周期分量不衰减，故,其短路电流周期分量衰减系数β"=14.1.135KV侧高压侧断路器的选择35KV侧高压侧的最大长期电流控制4000KV变压器的断路器控制7500KV变压器的断路器根据以上最大长期工作电流，选择ZW8-35/1000的断路器参数列表如图4-14-1图表ZW8-35/1000的断路器参数列表型号额定电压额定电流额定开断电流额定开断容量极限通过电流热稳定电流KV固有分闸时间合闸时间ZW-35/1000KVAKAMVA有效值峰值1S4S<0.6<0.13510002520004255532535KV侧继电保护动作时间为0.5S，燃烧时间为0.03S由于β”=1查由t=0.59S查得图4-235KV计算列表与zw8-35/1000参数对照表计算结果比较zw8-35/100035KV≤U35KV214.28A≤1000A2.322KA≤25KA11.08KA≤53KA*0.6≤4.1.210KV侧断路器的选择控制4000KV变压器的断路器控制7500KV变压器的断路器由于β”=1查由t=0.58S查得ZW10-10/630参数表，ZW10-10/630与计算数据对照表，如图表4-3，4-4图表4-3ZW10-10/630参数表型号额定电压额定电流额定开断电流额定开断容量极限通过电流热稳定电流KV固有分闸时间合闸时间Zw10-10/630KVAKAMVA有效值峰值1S4S<0.6<0.11063016100032401637图表4-4ZW10-10/630与计算数据对照表计算结果比较zw8-35/100010KV≤U10KV454.68A≤630A4.009KA≤16KA14.097KA≤40KA≤4.2隔离开关的选择隔离开关的选择和断路器起的选择大致相似，如图所示4.2.135KV侧隔离开关选择图表4-5GW5-35/630与计算数据的对照表计算结果比较GW5-35/63035KV≤U35KV214.28A≤630A11.08KA≤50KA14.097KA≤GW5-35/630满足上述要求4.2.210KV侧隔离开关选择图表4-6GW4-10/600与计算数据的对照表计算结果比较GW4-10/60010KV≤U10KV454.68A≤630A4.009KA≤16KA14.097KA≤40KAGW5-10/600满足上述要求母线的选择4.3母线的选择4.3.135KV侧母线的选择=+=69.28+214.28=283.56A选择LGJ-120型D=热稳定校验：查表C=89*热稳定校验：满足热稳定要求4.3.210KV侧母线的选择7500KVA变压器的最大长期工作电流为454.68A选择LGJ-240型D=热稳定校验：满足热稳定要求动稳定校验：已知绝缘子宽度L=1.2,相间距离为0.25mF=母线所受最大弯矩：N·M母线采用水平放置，截面系数：母线最大计算应力：Pa查手册铝硬母线的允许应力：故满足动稳定要求则4000KVA变压器的回路和主母线也选用LGJ-240的母线。4.4穿墙套管的选择根据7500KVA和4000KVA变压器的最大长期工作电流及额定电压，选择CWLB-10/600型号的穿墙套管图表4-7CWLB-10/600穿墙套管与计算数据的对照表计算结果比较CWLB-10/60010KV≤U10KV454.68A≤600A≤F90.41N≤动稳定校验;已知a=0.25m,绝缘子跨距为，穿墙套管本身长度F=F<0.6=750*0.6满足动稳定要求满足热稳定要求4.535KV悬式绝缘子的选择选用XP-7,泄漏距离为1.7cm/KV应该选用n=考虑出现一片故障情况应加1个取个4.6电压互感器的选择根据额定电压、装置种类、构造形式、准确等级，初步选择如下4-8图表电压互感器参数表型号额定电压二次额定容量（VA）最大容量一次绕组二次绕组0.5级1级3级JDJ-35350.11502506001200JDJW-10100.112020048096004.7电流互感器的选择根据电压等级和安装处的最大长期工作电流，选择电流互感器4.7.135KV电流互感器的选择已知：图表4-935KV电流互感器表参数表型号额定电流比级次组合额定二次阻抗一秒热稳定倍数动稳定倍数0.513LCWD-35150/50.5/31.23365150LCWD-35电流互感器安装于7500KV动稳定校验：热稳定校验：<故动稳定热稳定满足要求图表4-1035KV电流互感器表参数表型号额定电流比级次组合额定二次阻抗一秒热稳定倍数动稳定倍数0.513LCWD-35300/50.5/31.23365150该LCWD-35安装于4000KVA变压器动稳定校验：热稳定校验：<故动稳定热稳定满足要求4.7.210KV侧电流互感器的选择图表4-1110KV电流互感器表参数表型号额定电流比级次组合额定二次阻抗一秒热稳定倍数动稳定倍数0.513LA-10300/50.5/30.40.40.675135LA-10300/51/30.40.40.65090LF21-10600/50.5/10.40.40.690160LA-10的电流互感器安装于4000KVA变压器回路中LA-10的电流互感器安装于4000KVA变压器回路中LF21-10电流互感器安装于10KV不同馈线处动稳定校验：LA-10LA-10LF21-10热稳定校验：LA-10型300/5<LA-10型600/5<LF21-10<以上设备均满足动稳定热稳定要求第五节接地装置与防雷保护5.1保护接地装置5.1.1接地电阻的确定35KV采用中性点不接地系统，其计算接地电容电流为接地电阻要求值为：10KV采用中性点不接地系统，其计算接地电容电流为接地电阻要求值为：共用接地装置的接地电阻R≤4Ω5.1.2接地电阻的计算：因为 在八月份的其采用材料为，钢管为l=2.5M,用20*4扁钢连成环形，其入土深度为1M，为简单计算，不单独计算连接扁钢的电阻值，利用公式直接求得接地的数目：首先假设管距a=7.5M假设n=20根3由手册查得根围绕配电装置接地回路总长为180M由手册查得5.2防雷接地保护装置5.2.1防雷接地保护装置的确定一般雷电流设100KVA，为0.6*Ω*CM,两根20MM*4MM扁钢，600CM长的水平接地体和三根钢管300CM长的垂直接地体,水平接地体埋没深度为0.5M。对水平接地体：对垂直接地体：单根垂直接地体的电阻：单根水平接地体的电阻：由于认为每个水平垂直接地体流向的电流相同KA查得手册可知：当钢管L=300CM时，L=20KA,冲击系数a=0.75通过以上计算，接地装置满足要求5.2.2防雷保护计算变电站共设计两根避雷针，被保护的最高高度为7M，两根针之间距离为55M,初选h=30M因此两根30M的避雷针能满足要求第六节变电站继电保护部分6.1电气二次部分二次部分的综合自动控制保护器，多功能侧计量装置等设备安装在室外端子箱，并就近布置保护装置6.210KV出线三段式电流保护整定负荷情况：10KV侧共6条出线，供电负荷分别为Ⅰ区30A,Ⅱ区100A,Ⅲ区80A,Ⅳ区90A,Ⅴ区80A,Ⅵ区,Ⅶ区50A,每条线路的下一条线路的电流Ⅲ动作电流为1.5S整定参数：I区：故满足要求Ⅱ区：故满足要求Ⅲ区：故满足要求Ⅳ区：故满足要求Ⅴ区：故满足要求Ⅵ区：故满足要求6.3主变压器的保护整定计算6.3.14000KV主变压器的纵连差动保护（1）确定基本侧图表6-1确定基本侧技术参数名称各侧数值额定电压（KV）额定电流（A）电流互感器接线方式电流互感器计算变比电流互感器实际变比流入差动臂电流（A）不平衡电流（A）3566△66/5010.5220Y220/5300/50.14故35KV为基本侧（2）确定制动绕组的接线方式：因为在35KV侧发生外部短路时，流过变压器的穿越性短路电流最大，所以将制动绕组接在该侧电流互感器的循环电流回路臂（3）差动保护无制动情况下的一次动作电流如下：1)躲过励磁电流:2)躲开电流互感器二次侧短线产生的不平衡电流：3)躲过外部短路时的最大不平衡电流;（4）确定基本侧差动绕组和平衡绕组接法，差动绕组匝数1)对双绕组变压器，两侧电流互感器分别经继电保护的两个不平衡绕组介入差动绕组2)基本侧差动继电器动作电流值：3)差动线圈匝数，差动绕组计算匝数:差动绕组的实际匝数向小调整整定匝数4）基本侧差动绕组继电器实际动作电流计算值为：5）计算非基本侧平衡绕组的匝数10KV平衡绕组的匝数计算取=0匝6)计算由差动继电器实选匝数与计算匝数不等而产生的相对误差7)计算制动绕组匝数1.制动绕组匝数为2.制动绕组匝数制动绕组的实际匝数向上调整取(5)灵敏度的校验1)相间短路的最先令名都：在系统最小运行方式10KV侧出口发生两相短路时，保护的灵敏度最低2)计算继电保护的动作安匝3)根据计算出的安匝，由LCD-4型差动继电器制动特性曲线，求出校验最小灵敏度所用的动作安匝4)相间短路最小灵敏系数为:故符合灵敏度要求6.3.24000KV变压器的过负荷保护对双绕组变压器过负荷保护装在电源侧保护的动作时限应考虑，后备保护最长动作时间，一般取9~10S6.3.34000KV变压的电流速段保护1）躲过变压器负荷侧母线短路时，流过保护装置的最大短路电流整定2)按躲过变压器空载时的励磁涌流计算:3)灵敏度校验电流速度按保护的优点是接线简单，动作迅速，但其灵敏度较低，并且受系统运行方式的影响比较大，往往不能满足要求。6.3.47500KV主变压器的纵联差动保护（1）确定基本侧图表6-2确定基本侧技术参数名称各侧数值额定电压（KV）额定电流（A）电流互感器接线方式电流互感器计算变比电流互感器实际变比流入差动臂电流（A）不平衡电流（A）35124△300/5010.5412Y412/50.14故35KV为基本侧（2）确定制动绕组的接线方式：因为在35KV侧发生外部短路时，流过变压器的穿越性短路电流最大，所以将制动绕组接在该侧电流互感器的循环电流回路臂（3）差动保护无制动情况下的一次动作电流如下：1)躲过励磁电流:2)躲开电流互感器二次侧短线产生的不平衡电流：3)躲过外部短路时的最大不平衡电流;（4）确定基本侧差动绕组和平衡绕组接法，差动绕组匝数1)对双绕组变压器，两侧电流互感器分别经继电保护的两个不平衡绕组介入差动绕组2)基本侧差动继电器动作电流值：3)差动线圈匝数，差动绕组计算匝数:差动绕组的实际匝数向小调整整定匝数4）基本侧差动绕组继电器实际动作电流计算值为：5）计算非基本侧平衡绕组的匝数10KV平衡绕组的匝数计算取=0匝6)计算由差动继电器实选匝数与计算匝数不等而产生的相对误差7)计算制动绕组匝数1.制动绕组匝数为2.制动绕组匝数制动绕组的实际匝数向上调整取(5)灵敏度的校验1)相间短路的最先令名都：在系统最小运行方式10KV侧出口发生两相短路时，保护的灵敏度最低2)计算继电保护的动作安匝3)根据计算出的安匝，由LCD-4型差动继电器制动特性曲线，求出校验最小灵敏度所用的动作安匝4)相间短路最小灵敏系数为:故符合灵敏度要求6.3.57500KV变压器的过负荷保护对双绕组变压器过负荷保护装在电源侧保护的动作时限应考虑，后备保护最长动作时间，一般取9~10S6.3.67500KV变压的电流速段保护1）躲过变压器负荷侧母线短路时，流过保护装置的最大短路电流整定2)按躲过变压器空载时的励磁涌流计算:3)灵敏度校验电流速度按保护的优点是接线简单，动作迅速，但其灵敏度较低，并且受系统运行方式的影响比较大，往往不能满足要求。3.47500KV主变压器的纵联差动保护第七节附图附图1.35KV变电所一次主接线附图1.35KV变电所一次主接线附图2.总平面布