本科毕业设计---35kv降压变电站设计电力系统
重庆技术学院
专科生毕业设计
题目：35kV降压变电站设计系别电气工程系
专业发电厂及电力系统
目录
第一章引言 (4)
1.1原始资料分析 (5)
第二章电气主接线的设计 (4)
2.1电气主接线设计概述 (4)
2.2电气主接线的基本形式及特点 (5)
2.3电气主接线的选择 (7)
第三章主变器的选择 (11)
3.1主变台数的确定 (11)
3.2主变相数的选择 (11)
3.3主变压器选择的结果 (12)
第四章短路电流计算 (14)
4.1电路各元件、参数、标幺值的计算 (14)
4.2三相短路电流计算 (14)
第五章电气设备选择 (17)
5.1断路器、隔离开关的选择变压器保护 (16)
5.2电流互感器的选择母线保护 (25)
5.3电压互感器的选择 (31)
5.4导体的选择和校验自动装置 (33)
5.5互感器在主接线中的配置 (38)
第六章高压配电系统及配电装置的设计 (35)
6.1配电装置的要求 (35)
6.2配电装置的分类 (36)
6.3配电装置的应用 (36)
6.4屋内配电装置布置原则 (38)
6.5本设计中配电装置的确定 (40)
第七章防雷和接地设计 (41)
7.1防雷设计 (46)
7.2接地设计 (46)
第八章继电保护配置 (47)
8.1变压器的保护配置 (47)
8.2母线的保护配置 (47)
第九章设计总结 (49)
第十章致谢 (49)
第十一章参考文献 (51)
一引言
电力是以电能作为动力的能源。发明于19世纪70年代，电力的发明和应用掀起了第二次工业化高潮。成为人类历史18世纪以来，世界发生的三次科技革命之一，从此科技改变了人们的生活。20世纪出现的大规模电力系统是人类工程科学史上最重要的成就之一，是电力发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电力生产与消费系统。它将自然界的一次能源通过发电动力装置转换成电力，再经输电、变电和配电将电力供应到各用户。
1.1 原始资料简要分析
1.建设规模：该变电所电压等级为35/10KV 10KV进出线8回
根据建厂规模，对本变电站的电气主接线进行设计确定出2~3种方案，进行技术和经济比较，确定出最优方案。
2.该地区的负荷情况：10KV恻的出现容量为6400 kw,每条容量为800kw
3.系统短路容量为无穷大
根据以上两系统的短路容量，可计算两系统的综合电抗标幺值。进而进行短路电流的计算。收集国内外电气设备的现状和发展趋势，了解设备和导体选择的条件，对本变电站进行电气设备和导体的选择。
4.本设计中各级电压侧年最大负荷利用小时数为：
10KV侧Tmax=4000小时/年根据以上最大负荷小时数，可查表得出导体经济电流密度，进而按照经济电流密度进行母线截面的选择。
5.所址概括：该变电所地势交平，交通便利，环境无污染，位于市郊区荒土地。
根据以上所址概述，可了解到该设计中变电所的周边环境情况，可推测该所地处平原地区，占地面积大，由此根据变电所配电系统和配电装置的设计原则，对本变电所进行高压配电系统及配电装置设计，接近负荷中心，则要求供电的可靠性，调度的灵活性更高。
二电气主接线的设计
发电厂和变电站的电气主接线是指由发电机，变压器，断路器，隔离开关，互感器，母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产，汇集和分配电能的电路。电气主接线又城为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电所电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置，继电保护配置，自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性，灵活性和经济性起决定性的作用。
2.1 电气主接线设计概述
2.1. 1 对电气主接线的基本要求
⑴电气主接线应根据系统和用户的要求，保证供电的可靠性和电能质量，
对Ⅲ类负荷单个电源供电即可。对Ⅰ类负荷和Ⅱ类负荷占大多数的用户应由两
个独立电源供电，其中任一电源必须在另一个电源不能供电时，能保证向重要负荷供电。
电压和频率是电能质量的基本指标，在确定电气主接线时应保证电能质量在允许的变动范围之内。
⑵电气主接线应具有一定的灵活性和方便性，一适应电气装置的各种运行
状态。不仅要求在正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或设备检修
及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活，简便，迅速地倒换运行方式，使
停电时间最短，影响范围最小。
⑶电气主接线应在满足上述要求的前提下，尽可能经济。应尽量减少设备
投资费用和运行费用并尽量减少占地面积，同时注意搬迁费用，安装费用和外
汇费用。
⑷具有发展和扩建的可能性。电气主接线在设计时应尽量留有发展余地，
不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到从初期接线过度到最终接线的可
能和分阶段施工的可行方案，是其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短
的情况下完成过度的实施。
2.1. 2 变电所电气主接线的设计原则
变电所主接线的设计必须满足上述四个基本要求，以设计任务书为依据，一国家经济建设方针，政策及有关技术规范为准则，结合工程具体特点，准确的掌握基础资料，做到及要技术先进又要经济使用。
在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的。它
将根据国家经济发展及电力负荷增长率的规划，给出所设计的变电所的容量，
电压等级，出线回路数。主要是负荷要求，电流系统参数和对变电所的而具体
要求，以及设计的内容和范围，这些原始资料是设计的依据，必须进行详细的
分析和研究，从而可以初步拟定一些主接线方案，国家方针政策，技术规范和
标准是根据国家实际状况，结合电流工业的技术特点而制定的准则，设计时必
须严格遵循。结合对主接线的基本要求，设计的主接线应供电可靠，灵活，经
济，留有扩建和发展的余地。设计时，在进行论证分析阶段，更应该辩证的同
意供电可靠性与经济性的关系，以使设计的主接线具有先进性和可靠性。
在满足运行要求使，变压器高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线。旁路设施可按主接线基本形式中所述的情况设置。
2.1. 3 电气主接线的设计步骤
电气主接线的设计伴随着发电厂或变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，经历可行性研究阶段，技术设计阶段和施工设计等四个阶段，在各阶段中随要求，任务的不同，其深度，广度也有所差异，但总的设计思路，方法和步骤相同。
⑴对变电站进行综合分析：
①变电所的情况，包括变电所的类型，在电力系统中的地位和作用，近期及远
景规划容量，近期和远景与电力系统的连接方式和各级电压中性点接地方
式，最大负荷利用小时数及可能运行的方式等。
②负荷情况，包括负荷的性质及地理位置、输电电压等级、出线回数及输送容
量等。电力负荷的原始资料室设计主接线的基础数据，应在电力负荷预测的
基础上确定，其准确性直接影响主接线的设计质量。
③环境条件，包括当地的气温，湿度，风向，水文，递质，海拔高度及地震等
因素，这些对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响，必须予以重
视；此外对重型设备的运输，也应充分考虑。
④设备情况，为使所设计的主接线可行，必须对各主要电器的性能，制造能力，
供货情况和价格等资料汇集并进行分析比较，保证设计具有先进性和可行
性。
⑵确定变压器的容量和台数
变电所主变压器的容量，一般应按5—10年规划负荷来选择，根据城市规划，负荷性质、电网结构等综合考虑确定，对重要变电所，应考虑当一台变压器停运时；其余变压器容量在记及过负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的供电；对一般性变电所，当1台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%至80%。
变电所主变的台数，对于枢纽变电所在中，低压测以形成环网的情况下，以设置2台主变压器为宜；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器，以提高供电可靠性。
⑶主接线方案的拟定与选择
根据设计任务书的要求，在变电站资料分析的基础上，根据对电源和出线回数，电压等级，变压器台数，容量以及母线结构等，可拟定出若干个主接线方案，依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2—3各技术相当，又都能满足任务要求的方案，在进行经济比较，对于在系统中占有重要地位的大容量变电所的主接线，还应进行可靠性定量分析计算比较，最终确定在技术上合理，经济上可行的最终方案。
⑷所用电源的引线，确定所用电源的引线方式。
⑸短路电流计算和主要电气选择，对所选的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。
⑹绘制电气主接线图，对最终确定的主接线，按工程要求绘制工程图。
2.2 主接线的基本接线形式及其特点
电气主接线的型式是多种多样的，按有无母线可分为有母线型的主接线和无母线型的主接线两大类。
2.2. 1 有母线型的电气主接线
1、单母线接线及单母线分段接线
（1）单母线接线
单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。
单母接线的优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便和采用成套配电装置。
缺点：①可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就成了全厂或全站长期停电。②调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。
适用范围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况：
①6～10kV配电装置的出线回路数不超过5回；
②35～63kV配电装置的出线回路数不超过3回；
③110～220kV配电装置的出线回路数不超过两回。
（2）单母分段接线
单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。
单母线分段接线的缺点是当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。
（3）单母线带旁路母线的接线
为了检修出线断路器，但不中断对该出线的供电，可增设旁路母线。当检修电源回路断路器期间不允许断开电源时，旁路母线还可以与电源回路连接，此时还需在电源回路加装旁路隔离开关。有了旁路母线，提高了供电的可靠性，但旁路系统造价昂贵，同时使配电装置运行复杂化，另外检修母线或母线故障期间中断供电。
2、双母线接线及分段接线
（1）双母线接线
双母接线有两组母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。由于有了两组母线，时运行的可靠性和灵活性大为提高。
其优点主要有：①检修母线时不影响正常供电；②检修任一组母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属回路和与此隔离开关相连的该组母线，其他回路均可通过另一组母线继续运行；③工作母线发生故障后，所有回路能迅速恢复供电；④检修任一出线断路器时，可用母联断路器代替检修的断路器，回路只需短时停电；⑤调度灵活；⑥扩建方便等特点。
缺点:①在倒母线的操作过程中，隔离开关作为操作电器，容易发生误操作；②检修任一回路的断路器或母线故障时，仍将短时停电；③所使用的设备多（母线隔离开关的数目多），并且使配电装置结构复杂，所以经济性能差。
（2）双母线分段接线
为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母线分段接线，用分段断路器将工作母线分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。这种接线具有单母线分段和双母线的特点，较双母线接线具有更高的可靠性和灵活性。正常运行时工作母线工作，备用母线不工作，它是单母线分段接线方式，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路倒至备用母线上，即可恢复供电，这样，只是部分短时停电，而不必短期停电，仍是单母线分段运行方式。
双母线分段接线主要用于大容量进出线较多的配电装置中，如220KV进出线达10～
14回时，就可采用双母线三分段的接线。在330～500KV的配电装置中，也有采用双母线四分段的。
（3）双母线带旁路母线的接线
为了不停电检修出线断路器，双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。这种接线运行操作方便，不影响双母线正常运行，但多装了一组断路器和隔离开关，增加了投资和配电装置的占地面积，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。
2.2. 2 无母线型的电气主接线
无母线型的电气主接线在电源与引出线之间或接线中各元件之间没有母线连接，常用的有桥型接线、多角形接线和单元接线。
1、桥型接线适用于仅有两台变压器和两条引出线的发电厂和变电所中。因此，它不适合本设计中对主接线进出线的要求。
2、多角形接线没有集中地母线，相当于将单母线用断路器按电源和引出线的数目分段，且连接成环形的接线。这种接线一般适用于最终规模已确定的110kV及以上的配电装置中，且以不超过六角形为宜。多角形接线的缺点之一就是扩建困难，因此，此接线型式亦不适合本设计的要求。
3、单元接线一般适用于只有一台变压器和一回线路时的小容量终端变电所和小容量的农村变电所，因此，此接线也不适合本设计的要求。
2.3 电气主接线的选择
根据对原始资料的分析以及对主接线的认识，现列出以下三种主接线方案。
方案一： 10KV侧单母线分段接线。
10KV进出线8回，可向重要用户采用双回路供电。选择单母线分段接线方式。
方案二： 10KV侧单母线带旁路母线接线。
10KV侧单母线带旁路母线接线，检修出线断路器时，可不中断对该出线的供电，提
高了供电的可靠性。
方案三： 10KV侧单母线分段接线。
现对三种方案列表2-1比较如下：
表2-1 电气主接线方案比较
综合考虑三种电气主接线的可靠性，灵活性和经济性，结合实际情况，确定第三种种方案为设计的最终方案.
三主变压器的选择
在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本所（厂）用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。
3.1 主变压器台数和容量的确定
3.1. 1 主变压器台数的确定
（1）对大城市郊区的一次变电所，在中、低侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。
（2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
（3）对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压器的容量。
根据以上主变压器台数的选择原则以及本设计的要求，该变电所装设2台主变压器。
3.1. 2 主变压器容量的选择
主变压器容量的确定原则
（1）主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。
（2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%。
（3）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。
根据主变压器容量的确定原则，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%，可以确定单台变压器的额定容量。
S总的容量为800*8=6400kwA
综合考虑以上选择原则和本变电所的负荷情况，确定变电所单台主变压器的额定容量：S
=4000KVA.
N
3.2 主变压器型式的选择
3.2.1 主变压器相数的的选择
选择主变压器的相数，需考虑如下原则：
1、当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电站，均应选用三相变压器。
2、当发电厂与系统连接的电压为500KV时，已经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台半容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为300MW、并直接升压到500KV的，宜选用三相变压器。
3、对于500KV变电所，除需考虑运输条件外，应根据所供负荷和系统情况，分析一台（或一组）变压器故障或停电检修时对系统的影响。尤其在建所初期，若主变压器为一组时，当一台单相变压器故障，会使整组变压器退出，造成全网停电；如用总容量相同的多台三相变压器，则不会造成所停电。为此要经过经济论证，来确定选用单相变压器还是三相变压器。
在发电厂或变电站还要根据可靠性、灵活性、经济性等，确定是否需要备用相。对于容量、阻抗、电压等技术参数相同的两台或多台主变压器，首先应考虑共用一台备用相。备用相是否需要采用隔离开关和切换母线与工作相相连接，可根据备用相在替代工作相的投入过程中，是否允许较长时间停电和变电所的布置条件等工程具体情况确定之。
根据以上选择原则以及原始资料分析，本变电站选用双绕组变压器作为主变压器。
3.2. 2绕组数量和连接方式的选择
在具有三种电压等级的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需要装设无功补偿设备时，主变压器一般选用三绕组变压器。
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丫和△，我国110KV及以上电压，变压器绕组多采用丫连接；35KV亦采用丫连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35KV以下电压，变压器绕组多采用△连接。
本设计中变电所具有两种电压等级，即35kV和10kV，需选用二绕组变压器，变压器绕组的连接方式为丫/△
3.3主变压器的选择结果
查《电力工程电气设备手册：电气一次部分》，选定变压器的额定容量为4000KVA。这里选择三绕组变压器，所选变压器的技术参数如下所示：
型号：GB -4000/35
额定容量(kV A)：4000
额定电压（kV）: 高压—35±8×1.25% ；；
低压—10.5
连接组标号：Y d11
空载损耗(kW)：4.52
负载损耗（kW）：28.80
阻抗电压（%）：高-低：22.8
所以选择两台GB-4000/35 型变压器为主变压器。
四 短路电流计算
高压短路电流计算一般只计及各元件（即发电机、变压器、电抗器、线路等）的电抗，采用标幺值计算。
在为选择电气设备而进行的短路电流计算中，如果系统阻抗（即等值电源阻抗）不超过短路回路总阻抗的5%～10%，就可以不考虑系统阻抗，将系统作为“无限大”电力系统处理，按这种假设所求得的短路电流虽较实际值偏大一些，但不会引起显著误差以致影响所选电气设备的型式。另外，由于按无限大电力系统计算得到的短路电流是电气装置所通过的最大短路电流，因此，在初步估算装置通过的最大短路电流或缺乏必需的系统参数时，都可认为短路回路所接的电源容量是无限大电力系统。本系统作无限大电源系统。
4.1 电路各元件参数标幺值的计算
⑴主变压器的各绕组电抗标幺值计算如下：
取av B U U =，100B S MVA =计算各元件参数，做等值电路。
发电机：
1231111220222%01000100100110
10040*0.40.1321110040*0.40.06622%10.5100*0.0525100100200
10015*0.4*0.4935%10.5100*100100100
l l t l t S B N B d B d k B N B d k B N U S X S S X xl U S X xl U U S X S S X x l U U S X S 222=?=?==?=?=110
=
?=?=110=?===?
===?=0.0525= 4.2 三相短路电流计算
4.2.1 35KV 母线发生三相短路时的短路电流计算：
短路点对电源的电抗为:
*1122110.0660.02620.490.5822522
L T L K X X X X =++=++= 短路电流周期分量的标幺值为：
2*2*11 1.720.59275
k k I X === 短路点的短路电流周期分量的有名值为：
22*9.94k k I I KA === 取冲击系数为1.80，短路冲击电流有名值为：
22 1.73*1.80*9.9430.95impk imp k i I ===
短路电流的最大有效值：
221.41 1.411.72 2.4impk I I
KA ==?=
短路容量： *22 1.72100172k B k S I S MVA ==?=
4.2.2 10KV 母线发生三相短路时的短路电流计算： 图及简化过程如下图4-2所示。
图4-3 等效电路图及化简过程
短路点对电源的电抗为:
*11223110.0660.02620.490.01050.5927522
L T L T K X X X X X =+++=+++= 短路电流周期分量的标幺值为：
3*3*11 1.6870.59275
k k I X === 短路点的短路电流周期分量的有名值为：
33*9.75k k I I KA === 取冲击系数为1.80，短路冲击电流有名值为：
22 1.73*1.80*9.7530.3615impk imp k i I ===
短路电流的最大有效值：
331.41 1.411.687 2.37867impk I I KA ==?=
短路容量：
*33 1.6875100168.75k B k S I
S MVA ==?=
短路电流计算结果列表于4-1下： 表4-1 短路电流计算结果表