35KV变电站的选型设计

1、毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目： 姓 名： 学 号： XXXXX职业技术学院2014年5月8日XXXXX职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 专业班级 任 务 下 达 日 期 2014 年 2 月 18 日设计（论文）开始日期 2014 年 2 月 25 日设计（论文）完成日期 2014 年 4 月 30 日设计（论文）题目： 指 导 教 师 院（部） 主 任 2014 年5 月8日XXXXX职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 电力工程 学院 专业，学生 于2014年 6 月 10 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 专题（论文）题目： 指导老师： 答

2、辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， , 。XXXXX职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 专业班级 年级 毕业设计（论文）题目： 评 阅 人： 指导教师： （签字） 2014 年6 月12日成 绩： 系（科）主任： （签字） 2014 年6 月12日毕业设计（论文）及答辩评语： 摘 要电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源。变电站（Substation）是电力系统在实际运

3、用中的重要组成部分，它直接影响着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。变电站是供电系统的枢纽，它通过变压器将进线电压变成用户需要的各级电压，以满足供电需求，在生产和生活中占据着重要的作用。本课题来源于神火集团泉店煤矿35KV变电站建设需要，并结合工作实际进行35KV变电站的初步一次设计。本设计以实际负荷为依据，以变电站的最佳运行为基础，按照有关规定和规范，完成了满足该区供电要求的35KV变电站的设计。 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，进行了短路计算

4、。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。从而完成了35kV电气一次部分的设计。关键词：变电站，变压器，接线，总体设计。第一章 引言1.1我国目前电力工业的发展方针变电站是接受电能、变换电压、分配电能的环节，是供配电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。电力系统是由发电机，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，它们对电能进行生产（发电机），变换（变压器，整

5、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。电气主接线是发电厂变电站的主要环节，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。 随着国民经济的快速稳定发展，电能需求迅速增长，我国电网的规模日益扩大。做好供配电工作，对促进工业生产、降低产品成本、实现生产自动化和工业现代化都有着十分重要的意义。而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

6、力系统本身的损失。因此，电力系统运行首先要满足可靠，持续供电的要求。我国目前电力工业的发展方针是：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. 发挥水电优势，加快水电建设。 4. 建设大型矿口电厂，搞好煤、电、运平衡。 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。 7. 因地制宜，多能互补，综合利用，讲求利益。 8. 节约能源，降低消耗。9. 重视环境保护，积极防止对环境的污染。1.2 变电站主要构成及分类1.2.1 变电站构成变电站由一次回路和二次回路构成。一

7、次回路：配电系统中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次回路，也称为主电路或主接线。一次电路中所有的设备称为一次设备，如变压器、断路器、互感器等。 1. 变换设备。按电力系统的要求，改变电压或电流大小的设备，如变压器、断路器、互感器等。2. 控制设备。用来控制一次电路通断的设备，如高低压断路器、开关等。 3. 保护设备。用来对电力系统进行过电流和过电压保护的设备，如熔断器。 4. 补偿设备。用来补偿电力系统中无功功率以提高功率因数的设备。如并联电容器等。 5. 成套设备。为了节省空间，按一次电路接线方案的要求，将有关的一次设备及其二次设备组合成一体的电气装置，如高低压开关柜、低压配电箱等。 二

8、次回路：凡用到来控制、指示、监测和保护一次设备运行的电路，称为二次回路，也叫二次接线。二次回路中所有的电气设备称为二次设备，如仪表、继电器、操作电源等。1.2.2变电站的分类变电站根据它在系统中的地位，可分为下列几类：1. 枢纽变电站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的变电站，称为枢纽变电站。全站停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。2. 中间变电站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，同时又降压供当地用电，这样的变电站起中间环节的作用，所以叫中间变电站。全站停电

9、后，将引起区域电网解列。3. 地区变电站高压侧一般为110220kV，向地区用户供电为主的变电站，这是一个地区或城市的主要变电站。全站停电后，仅使该地区中供电。 4. 终端变电站在输电线路的终端，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站，即为终端变电站。全站停电后，只是用户受到损失。第二章 负荷计算与变压器的选择2.1负荷分级与负荷曲线2.1.1 供电负荷分级及其对供电的要求根据用电设备在工艺生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常可分为三个等级：一级负荷：为中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复带来极大的政治经济损失者。一级负荷要求有两

10、个独立电源供电。神火集团泉店煤矿属于国有能源部门，其中断供电将有可能造成人员伤亡及重大经济损失，属于一级负荷。 二级负荷：为中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱且需较长时间才能恢复或大量产品报废，重要产品大量减产造成较大经济损失者。二级负荷应由两回线路供电，但当两回线路有困难时（如边远地区）允许由一回架空线路供电。 三级负荷：不属于一级和二级负荷的一般电力负荷，三级负荷对供电无特殊要求，允许长时间停电，可用单回线路供电。神火集团泉店煤矿属于比较重要的工业部门，其供配电采用三条进线，下设三个35KV的电力变压器，平常用一台主变，当地下水丰富的春夏季一般采用两台运行，一台备用。2.1.2 负荷

11、曲线年最大负荷：就是指一年中典型日负荷曲线（全年至少出现3次的最大工作班负荷曲线）中的最大负荷，即30min内消耗电能最大时的平均负荷。如图2-1所示，分别用符号、表示年有功、无功和视在最大负荷。年最大负荷小时是这样一个假想时间，电力负荷按照年最大负荷持续运行时间所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗电能。如图2-2所示，年最大负荷延伸到的横线与两坐标轴所包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积，既全年实际消耗的电能。如图2-2所示，年最大负荷延伸到的横线与两坐标轴所包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积，既全年实际消耗的电能。因此年最大负荷利用小时： ，

12、 h （2-1）式中全年消耗的有功电能，kw.h 。而一般计算矿用最大负荷利用小时可以用公式近似计算： （2-2）其中W既为矿井年产煤量（万吨/年），神火集团泉店煤矿年产量设计为120万吨，实际年产量106万吨。为三班制企业，按公式2-2计算其年耗电量为4000小时左右。2.2 负荷计算2.2.1 变电站的负荷计算表2.1 用电负荷统计序号负荷名称负荷统计（KW）负荷类别1主扇风机1000I2副井绞车1000I3一水平中央900I4二水平中央1000I5低压变700II6四姬变电所1400I7瓦斯抽放900I8压风机1000I合计7900I2.1.2 负荷计算1.有功功率 P =K1P=0.8

13、57900=6715KW2.无功功率 Q = K1Q=K1Ptg=0.8579000.82=5506.Kvar3.视在功率 S 1= =8683KVA4.自然功率因数： Cos= P /S= 6715/8683 = 0.77式中：K1同时系数按0.85取。 电力系统中的无功功率就是要使系统中无功电源所发出的无功功率与系统的无功负荷及网络中的无功损耗相平衡；按系统供电负荷的功率因数达到0.9考虑无功功率平衡。变电站所供负荷的总数：P=7900KW变电站所供I类负荷总数：PI=7200KWI类负荷占总负荷的百分比：= PI/ P=72007900100%=91%变电站所供II类负荷总数：PII=7

14、00KWII类负荷占总负荷的百分比：= PII /P=7007900100%=9%为确保煤矿供电的安全性，以上八类负荷均按双回路设计。2.2.3 负荷性质表2.2 负荷性质分析结果表负荷等级负荷值（KW）占总负荷百分比（%）I720091II70092.3 主变压器选型为了保证煤矿供电，主变压器应选用一主一备，在一台主变压器故障或者检修时，另一台变压器必须保证煤矿的安全生产用电的原则。根据煤矿电工手册取事故负荷保证系数则每台变压器为：kVA考虑到本矿区的发展情况，矿井不断延伸，负荷不断增加，选用SF710000/35型电力变压器两台，作为主变压器。SF-10000/35型电力变压器技术数据如下

15、： 表2.3 SF-10000/35型电力变压器技术数据容量kVA高压额定值kV低压额定值kV阻抗电压空载电流空载损耗kW负载损耗kW10000356.37.50.813.653矿井变电所主变压器两台采样分列同时运行，所以主变压器损耗计算如下： 有功损耗： kW无功损耗： kvar由以上计算，则35千伏母线总负荷为： kW kvar Kva2.4 气象条件本所在地区的年最高温度为, 年平均气温为,年最热月平均最高气温为, 年最热月平均气温为, 年最热月地下0.8m处平均温度为.当地主导风向为东北风, 年雷暴日数为45。第三章 电气主接线的设计3.1 电气主接线的设计基础变电站中安装有各种电气设

16、备，并依照相应的技术要求连接起来。把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。电气主接线是各种电器设备如发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、电缆、线路等按照一定的要求和顺序连接起来，完成电能的输送和分配的电路。电气主接线是传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用国家统一的图形和文字符号表示各种电气设备，并按工作顺序排列，详细地表示电气主接线的全部基本组成和连接关系的接线图，称为主接线图。主接线的设计必须根据电力系统、发电厂或变电站的具体情况，全面分析，正确处理好各方面关系，通过技术经济比较，合理地选择主接线方案。3.2 电气主接线的设计原则 电气主

17、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。3.3 电气主接线的设计步骤 1. 原始资料的分析,变电站的类型：根据变电站在电力系统中的地位和作用，可分为枢纽变电站、中间变电站、地区变电站、和终端变电站等类型；变电站在电力系统中的地位和作用：分析变电站在系统中处的地位，与系统的联系情况，本站停电对系统供电可靠性的影响等有关；当地的环境、气温、海拔、污染程度、地震烈度等都影响电气设备和配电装置的选择。变电站今后的发展方向

18、是向小型化、无油化、自动化方向发展。2. 对拟定的各方案进行技术、经济比较，选出最好的方案。各主接线方案都应该满足系统和用户对供电可靠性的要求，在兼顾到今后的扩容和发展前提下，通过经济比较，得出最终方案。3. 绘制电气主接线图。3.4 电气主接线设计的基本要求1. 可靠性1) 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。 2) 断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。 3) 尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。 4) 大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。 2. 灵活性 1) 在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路原件，合

19、理调配电源和和负荷。2) 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 1) 主接线应力求简单，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。 2) 要能使继电保护和二次贿赂不过与复杂，以节省二次设备和控制电缆。 3) 要能限制短路电流，以便选择廉价的电气设备或轻型电器。 4) 占地面积小。 5) 电能损耗小。积经济合理地选择变压器的类型、容量、数量和电压等级。4. 发展性主接线可以容易地从楚漆器接线方式过渡到最终接线。3.5本站电气主接线设计3.5.1单元接线发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电

20、机变压器组，称为单元接线。它具有接线简单，开关设备少，操作简便，以及因不设发电机电压级母线，使得在发电机和变压器低压侧短路时，短路电流相对于母线，有减小的特点；这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。3.5.2 桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，多采用桥形接线，使用断路器数目最少；桥形接线可分为内桥式和外桥式；内桥式桥连断路器设置在变压器侧，外桥式桥连断路器则设置在线路侧。桥连断路器正常运行时处于闭合状态。当输电线路较长，故障几率较多，而变压器又不需经常切除时，用用内桥式接线比较合适；外桥式接线则在出线较短，且变压器

21、随经济运行的需要需经常切换，或系统有穿越功率流经本厂时，就更为适宜。外桥接线对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到全桥或单母分段接线，且投资少，占地面积小，缺点是倒换线路时操作不方便，变电所一侧无线路保护，适用于进线短而倒闸次数少的变电所或变压器经常需要切换的变电站。内桥结线一次侧可设线路保护，倒换线路时操作方便，设备投资与占地面积无较全桥少，缺点是操作变压器和扩建成全桥或单母分段不如外桥方便，适用于进线距离短，变压器切换少的终端变电所。桥型接线见图3.1所示3.5.3 单母线分段式接线有穿越负荷的两回电源进线的中间变电站，其受、配电母线以及桥式接线变电站主变二交侧

22、的配电母线，多采用单母分段，多用于具有一二级负荷，且进出线较多的变电站，不足之处是当其中任一段母线需要检修或发生故障时，接于该母线的全部进出线均应停止运行。方案比较：单元接线当其中一元件发生故障时整个单元都要停电检修，不能满足该矿供电的要求。单母线分段接线一般用于进出线回路较多的中间变电所。我们在35千伏侧选用全桥型接线，全桥型接线灵活可靠，也可扩展成为单母线分段接线。而6千伏侧我们则选用单母线分段接线。综合比较神火集团泉店煤矿的35kv侧采取外桥形式的主接线，而其6kv线路上采取单母分段，共分三段，每段之间用断路器，隔离开关连接。图3.2 神火集团泉店煤矿供电系统简图第四章 短路电流计算书4

23、.1短路电流的计算4.1.1短路电流计算的目的在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几方面：在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。在设计屋外高压配电装置时，需按短路条

24、件校验软导线的相间和相相对地的安全距离。在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。接地装置的设计，也需用短路电流。4.1.2短路电流计算的一般规定1.计算的基本情况：电力系统中所有电源均在额定负载下运行。所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。所有电源的电动势相位角相等。 应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。2.接线方式：计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），不能用仅在切换

25、过程中可能并列运行的接线方式。3.计算容量：应按本工程设计规划容量计算，考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑工程建成后510年）4.短路种类：一般按三相短路计算，若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应该按严重情况的进行校验5.短路计算点：在正常接线方式中，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。对于带电抗器的610KV出线与厂用分支线回路母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取电抗器前。选择其导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。4.1.3短路电流计算原则在电力系的电气设备，在其运行中都必须考

26、虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相

27、短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。4.1.4短路计算的目的及假设短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节。一、短路电流计算目的1.在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。2.在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。3.在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。4.按接地装置的设计，也需用短路电流。二、短路计算基本假设1.正常工作时，三相系统对称运行；2.所有电源的电动势相位角相同；3.电力系统中

28、各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4.不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；5.元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；6.系统短路时是金属性短路。4.1.5 短路电流的计算步骤一、设定基准值高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：基准容量：Sj = 100MVA基准电压：Vg（KV） 35 6.3取 则取=6.3KV 则进行短路电流计算时，首先应收集相关的资料，如电力系统接线图、运行方式和各元件的技术参数等。然后绘制计算电路图。然后再根据对短路点做出等值电路图，利用网络变化规则，将其逐步简化，求出短路回路总电抗。最后根据总电抗即可求出短路电流值。以下分别讨论计算电路图、等值电路图和短路回路总电抗的确定。二、绘制计算电路7KM图 4-1 短路电流计算图三、短路电流计算进行计算的物理量，不是用具体单位的值，而是用其相对值表示，这种计算方法叫做标幺值法。标幺值的概念是：某量的标幺值=所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度，用标幺值表示的物理量是没有单位的。供电系统中的元件包括电源、输电线路、变压器、电抗器和用户电力线路，为了求出电源至短路点电抗标幺值，需要逐一地求出这些元件的电抗标幺值