毕业设计--35kV降压变电所电气部分设计

毕业设计(论文)

题目榆林西沙35kV降压变电所电气部分设计

教学点

专业电气工程及其自动化

年级

姓名

指导教师

定稿日期： 20 年月日

目录

摘要： (5)

Abstract： (6)

1 引言 (7)

2 原始资料 (8)

2.1电力系统接线图 (8)

2.2系统情况 (8)

2.3 10kV负荷情况 (8)

2.4 本地区气象条件 (9)

3 负荷统计和无功补偿的计算 (8)

3.1 负荷分析 (8)

3.2 负荷计算 (10)

3.3 无功补偿 (10)

3.3.1 无功补偿概述 (10)

3.3.2 无功补偿的计算 (11)

3.3.3 无功补偿装置 (11)

3.3.4 并联电容器装置的分组 (12)

3.3.5 并联电容器装置的接线 (12)

4 主变压器的选择 (13)

4.1 规程中的有关变电所主变压器选择的规定 (13)

4.2 主变台数的确定 (11)

4.3 主变容量的确定 (11)

4.4 主变形式的选择 (11)

5 电气主接线设计 (12)

5.1 电气主接线概述 (12)

5.2 主接线的设计原则 (12)

5.3 主接线设计的基本要求 (13)

5.4 主接线设计.................................... 错误！未定义书签。

5.4.1 35kV侧主接线设计 (13)

5.4.2 10kV侧主接线设计 (13)

5.4.3主接线方案的比较选择 (14)

6 短路电流计算 (14)

6.1 概述 (14)

6.1.1 产生短路的原因和短路的定义 (14)

6.1.2 短路的种类 (14)

6.1.3 短路电流计算的目的 (14)

6.2 短路电流计算的方法和条件 (15)

6.2.1 短路电流计算方法 (20)

6.2.2 短路电流计算条件 (20)

6.3 短路电流的计算 (21)

6.3.1 10kV侧短路电流的计算 (21)

6.3.2 35kV侧短路电流的计算 (22)

6.3.3 三相短路电流计算结果表 (23)

7 电气设备的选择 (17)

7.1 电气设备选择的一般条件 (17)

7.1.1 电气设备选择的一般原则 (17)

7.1.2 电气设备选择的技术条件 (18)

7.1.3 环境条件................................. 错误！未定义书签。

7.2 断路器隔离开关的选择 (20)

7.2.1 35kV侧进线断路器、隔离开关的选择 (20)

7.2.2 35kV主变压器侧断路器、隔离开关的选择 (20)

7.2.3 10kV侧断路器、隔离开关的选择 (20)

7.2.4 选择的断路器、隔离开关型号表 (30)

7.3 母线的选择及校验 (31)

7.3.1 母线导体选择的一般要求 (31)

7.3.2 35kV母线的选择 (32)

7.3.3 10kV母线的选择 (32)

7.3.4 母线选择结果 (33)

7.4 互感器的选择 (21)

7.4.1 电流互感器的选择 (21)

7.4.2 电压互感器的选择 (21)

7.5 熔断器的选择 (21)

7.5.1 熔断器概述 (21)

7.5.2 35kV侧熔断器的选择 (22)

7.5.3 10kV侧熔断器的选择 (22)

7.6 配电装置的选择 (22)

7.6.1 配电装置概述 (22)

7.6.2 35kV屋外配电装置 (22)

7.6.3 10kV高压开关柜 (22)

8 继电保护的设置 (22)

8.1 电力变压器保护................................ 错误！未定义书签。

8.1.1 电力变压器保护概述....................... 错误！未定义书签。

8.1.2 电力变压器纵差保护接线 (39)

8.1.3 纵差动保护的整定计算 (40)

8.1.4 变压器瓦斯保护 (41)

8.1.5 过电流保护 (41)

8.2 母线保护 (42)

9 变电所的防雷保护 (42)

9.1 变电所防雷概述 (42)

9.2 避雷针的选择 (43)

9.3 避雷器的选择.................................. 错误！未定义书签。结论.................................................. 错误！未定义书签。致谢.................................................. 错误！未定义书签。参考文献.............................................. 错误！未定义书签。

摘要：随着电力行业的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供稳固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往

往取决于变电所的合理设计和配置。一个典型的变电站要求变电设备运

行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。出于这几方面的考虑，本论

文设计了一个35kV降压变电所,此变电所有两个电压等级，一个是35kV，一个是10kV。同时对于变电站内的主设备进行合理的选型。本设计选择

选择两台主变压器，其他设备如断路器，隔离开关，电流互感器，电压

互感器，无功补偿装置和继电保护装置等等也按照具体要求进行选型、

设计和配置，力求做到运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩

建的可能性和改变运行方式时的灵活性。使其更加贴合实际，更具现实

意义。

关键词 35kV 变电所继电保护

Abstract：Along with the continuous development of electric industry, people require increasingly demand of power supply, especially the stability, reliability and continuity of it. While the stability, reliability and

continuity of power grid is determined by the rational design and

configuration of substation. A typical substation needs the reliable and

flexible operation, the economic rationality and free expansion of the

equipments. For the consideration of these aspects, the paper designs a

transformer substation of 35kV which has tow level of voltage, one is

35kV, and the other is 10kV. At the same time, choose the rational

selection as to the main equipments in substation. This design chooses

two main transformers. As to other equipments such as Circuit Breaker,

Isolating switch, Current Transformer, V oltage Transformer, Reactive

power compensation device, Protective Relay and so on are to be

selected, designed, and configured in accordance with specific

requirements. In order to make it reliable to operate, easy and simple to

manipulate, economical, with the possibility of expansion and flexibility

of changing its operation. As to make it more actual and practical

significant.

Key words：35kV substation main electrical connection table,

High-voltage electrical equipment.

1 引言

电力已成为人类历史发展的主要动力资源，要科学合理地驾驭电力，必须从电力工程设计的设计原则和方法上来理解和掌握其精髓，提高电力系统的安全可靠性和运行效率，从而达到降低生产成本、提高经济效益的目的

电能是发展国民经济的基础，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，几乎是在同一瞬间完成的，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，这是世界电力工业发展规律，因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。

变电所作为变电站作为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。对其进行设计势在必行，合理的变电所不仅能充分地满足当地的供电需求，还能有效地减少投资和资源浪费。

2 原始资料

2.1电力系统接线图

35kv变电所

2.2系统情况

（1）设计变电所在城市郊外，主要向城市市区及变电所附近农村和工厂供电。

（2）确定本变电所的电压等级为35kV/10kV，35kV是本变电所的电源电压，10kV是二次电压。

（3）待设计变电所的电源，由单回35kV线路送到本变电所；在低压侧10kV 母线送出四回线路，备用二回线路，在本所35kV母线有二回输出线路。

2.3 负荷情况

回路数供电方式功率因数

负荷名称

最大负荷

（kW）

1#出线

2#出线

3#出线

4#出线

5#出线

6#出线

10kV侧最大负荷利用小时数

T=4800H；变电所年负荷增长率为5%。

max

2.4 本地区气象条件

最高气温是34℃，最低气温是－20℃，

3 负荷统计和无功补偿的计算

3.1 负荷分析

根据用电的重要性和突然中断供电造成的损失程度可以将负荷分为以下三类：

1一类负荷

一类负荷，又称为一级负荷，是指突然中断供电将造成人身伤亡或引起对周围环境的严重污染，造成经济上的巨大损失。如重要大型设备损失、重要产品或重要原料生产的产品大量报废、连续生产过程被打乱且需要长时间才能恢复、造成社会秩序严重混乱或产生政治上的重大影响、重要的交通和通讯枢纽中断、国际社交场所没有照明等。

2 二类负荷

二类负荷，又称为二级负荷，是指突然中断供电会造成经济上的较大损失。如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产、连续生产过程需要较长时间才能恢复、造成社会秩序混乱、在政治上产生较大影响、交通和通讯枢纽以及城市供水中断、广播电视、商贸中心被迫停止运营等。

3 三类负荷

三类负荷，又称为三级负荷，是指不属于以上一类和二类负荷的其他用电负荷。对于这类负荷，供电所所造成的损失不大或不会直接造成损失。

用电负荷的分类，其主要目的是确定供电工程设计和建设的标准，保证建成投入运行工程供电的可靠性，能满足生产或社会安定的需要。对于一级负荷的用电设备，应有两个及以上的独立电源供电，并辅之一其他必要的非电保安设施。二级负荷应由两回线供电，但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。这次设计的变电所所带的负荷均为三级负荷，因此可以用单回线路供电。

3.2 负荷计算

（2）负荷计算中用到的主要公式：

有功计算负荷：P30=Kd ·∑Pe ；无功计算负荷：Q30=P30·tg ?；视在计算负荷：S30=P30/cos ?；计算电流：I30=S30/(3UN)；总的有功计算负荷：P30=K ∑P ·∑P30；总的无功计算负荷：Q30=K ∑Q ·∑Q30；总的视在计算负荷：S30=

230

230Q P +；总的计算电流；I30=S30/(3UN)。

3.3 无功补偿

3.3.1 无功补偿概述

功率因数cos ?值的大小反映了用电设备在消耗了一定数量有功功率的同时向供电系统取用无功功率的多少，功率因数高（如cos ?=0.9），则取用的无功功率少，功率因数低（如cos ?=0.5），则取用的无功功率大。

功率因数过低对供电系统是很不利的，它使供电设备（如变压器、输电线路等）电能损耗增加，供电电网的电压损失加大，同时降低了供电设备的供电能力。因此提高功率因数对节约电能，提高经济效益具有重要的意义。

3.3.2 无功补偿的计算

4 主变压器的选择

4.1 规程中的有关变电所主变压器选择的规定

主变容量和台数的选择，应根据《电力系统设计技术规程》SDJ161—85有关规定和审批的电力规划设计决定进行。凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的70%，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。若变电所所有其他能源可保证在主变停运后用户的一级负荷，则可装设一台主变压器。

根据电力负荷的发展及潮流的变化，结合系统短路电流、系统稳定、系统继电保护、对通信线路的影响、调压和设备制造等条件允许时，应采用自耦变压器。

主变调压方式的选择，应符合《电力系统设计技术规程》SDJ161的有关规定。

4.2 主变台数的确定

正确选择变压器的台数，对实现系统安全经济和合理供电具有重要意义。目前一般的选择原则是：一般用户装设1—2台变压器；为了提高供电可靠性，对于Ⅰ、Ⅱ级用户，可设置两台变压器，防止一台主变故障或检修时影响整个变电所的供电，所以本所选用两台主变，互为备用，当一台变压器故障检修时由另一台主变压器承担全部负荷的70%，保证了正常供电。根据原始资料，本所主变压器配置两台。

4.3 主变容量的确定

4.4 主变形式的选择

主变一般采用三相变压器，若因制造和运输条件限制，在220kV的变电所中，可采用单相变压器组。当今社会科技日新月异，制造运输以不成问题，因此采用三相变压器。

在关于绕组上，只有220~330kV具有三种电压的变电所中，若通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。此次设计的变电所只有35kV和10kV两个电压等级，所以采用双绕组变压器。

我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。因此35kV侧采用Y连接，10kV侧采用△接线。

根据上述的讨论选用35kV铝线双绕组电力变压器，该变压器的型号为SJL

1—7500/35.具体技术数据如下表：

表4.1 变压器技术参数

型号SJL

1

—7500/35

额定容量(kVA) 7500

额定电压(kV) 高压35 低压10.5

损耗(KW) 空载9.6 短路57

短路电压(%) 7.5

空载电流(%) 0.9

5 电气主接线设计

5.1 气主接线概述

电发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统得安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会长生直接的影响

5.2 主接线的设计原则

设计变电所电气主接线时，所遵循的总原则：①符合设计任务的要求；②符合有关的方针、政策和技术规范、规程；③结合具体工程的特点，设计出技术经济合理的主接线。为此，应考虑下列情况：

（1）确定变电所在电力系统中的地位和作用

各类变电所在电力系统中的地位是不同的，所以对主接线的可靠性、灵活性和经济性等的要求也不同，因此，就决定了有不同的电气主接线。

（2）确定变压器的运行方式

有重要负荷的农村变电所，应装设两台容量相同或不同的变压器。农闲季节负荷低时，可以切除一台，以减少空载损耗。

（3）合理地确定电压等级

农村变电所高压侧电压普遍采用一个等级，低压侧电压一般为1—2个等级，目前多为一个等级。

（4）变电所的分期和最终建设规模

变电所根据5—10年电力系统发展规划进行设计。一般装设两台主变压器。当技术经济比较合理时，终端或分支变电所如只有一个电源时，也可只装设一台主变压器。

（5）开关电器的设置

在满足供电可靠性要求的条件下，变电所应根据自身的特点，尽量减少断路器的数目。特别是农村终端变电所，可适当采用熔断器或接地开关等简易开关电器，以达到提高经济性的目的。

（6）电气参数的确定

最小负荷为最大负荷的60%—70%，如果主要负荷是农业负荷，其值为20%—30%；按不同用户，确定最大负荷利用小时数；负荷同时系数Kt：35kV以下的负荷，取0.85—0.9；大型工矿企业的负荷，取0.9—1；综合负荷功率因数取0.8，大型冶金企业功率因数取0.95；线损率平均值取8%—12%，有实际值时按实际值计算。

5.3 主接线设计的基本要求

1可靠性；2灵活性；3经济性。

5.4 主接线设计

5.4.1 35kV侧主接线设计

5.4.2 10kV侧主接线设计

5.4.3主接线方案的比较选择

6 短路电流计算

6.1 概述

6.1.1 产生短路的原因和短路的定义

在电力系统中运行的电器设备，在其运行中都必须考虑到会发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时最危险的故障是各种形式的短路，它会破坏电力系统对用户正常供电和电气设备的正常运行。

短路是电力系统中的严重故障，所谓短路，是指一切属于不正常运行的相与相间或相与地间发生通路的情况。

产生短路的主要原因是电器设备载流部分的绝缘损坏。绝缘损坏的原因多因设备过电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路倒杆也能造成短路事故。

6.1.2 短路的种类

在35、10KV的电力系统中，可能发生短路有三相、两相、两相接地和单相接地的故障，其中三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样，仍属对称状态，其他类型的短路是不对称短路。

电力系统中常发生的单相短路占大多数，二相短路较少，三相短路就更少了。三相短路虽然很少发生，但其后果最为严重，应引起足够的重视。因此本次采用三相短路来计算短路电流，并检测电气设备的稳定性。

6.1.3 短路电流计算的目的

短路问题是电力技术的基本问题之一。短路电流及其电动力效应和分效应，短路时的电力的降低，是电气结线方案比较，电气设备和载流导线选择、接地计算以及继电保护选择和整定等的基础。

在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。其短路电流

计算的目的主要有以下几方面：

①在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确实某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需要进行必要的短路计算。

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。

③在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。

在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时短路电流为依据。

④接地装置的设计，也需要短路电流。

6.2 短路电流计算的方法和条件

6.2.1 短路电流计算方法

电力系统供电的工业企业内部发生短路时，由于工业企业内所装置的元件，其容量比较小，而其阻抗较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路情况时，系统母线上的电压变动很小，可以认为电压维持不变，即系统容量为无穷大。所谓无限容量系统是指容量为无限大的电力系统，在该系统中，当发生短路时，母线电业维持不变，短路电流的周期分量不衰减。当然，容量所以们

在这里进行短路电流计算方法，以无穷大容量电力系统供电作为前提计算的，其步骤如下：

①对各等值网络进行化简，求出计算电抗；

②求出短路电流的标么值；

③归算到各电压等级求出有名值。

6.2.2 短路电流计算条件

①短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则：

<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>系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响，转子结构完全对称，定子三相绕组空间位置相差120

度电气角度；

<4>电力系统中的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；

<5>电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧；

<6>同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；

<7>短路发生在短路电流为最大值的瞬间；

<8>不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

<9>除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的都略去不计；

<10>元件的计算参数均取为额定值，不考虑参数的误差和调整范围；

<11>输电线路的电容略去不计；

<12>用概率统计法制定短路电流运算曲线。

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，而不能用仅在切换过程中可能并联运行的接线方式。

③计算容量

应按本工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划。

④短路点的种类

一般按三相短路计算，若发电机的两相短路时，中性点有接地系统的以及自耦变压器的回路中发生单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况的时候进行计算。

⑤短路点位置的选择

短路电流的计算，为选择电气设备提供依据，使所选的电气设备能在各种情况下正常运行，因此短路点的选择应考虑到电器可能通过的最大短路电流。为了保证选择的合理性和经济性，不考虑极其稀有的运行方式。取最严重的短路情况分别在10kV侧的母线和35kV侧的母线上发生短路情况（点a和点b发生短路）。则选择这两处做短路计算。

b

a

6.3 短路电流的计算

6.3.1 10kV侧短路电流的计算

6.3.2 35kV侧短路电流的计算

7 电气设备的选择

7.1 电气设备选择的一般条件

7.1.1 电气设备选择的一般原则

1 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；

2 应按当地环境条件校核；

3 应力求技术先进和经济合理；

4 与整个工程的建设标准应协调一致；

5 同类设备应尽量减少品种；

6 选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。

7.1.2 电气设备选择的技术条件

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。

1长期工作条件 （1）电压

选用的电器允许最高工作电压Umax 不得低于该回路的最高运行电压Ug ，即

Umax ≥Ug （2）电流

选用的电器额定电流Ie 不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig ，即Ie ≥Ig

由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。

（3）机械荷载

所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。

2短路稳定条件 （1）校验的一般原则

① 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，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的单相、两相接地短路较三相严重时，应按严重情况校验。

② 用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。 （2）短路的热稳定条件

k t Q t I >2

(7-1)

式中 k Q —在计算时间t s 秒内，短路电流的热效应（kA 2*S ）；

I t —t 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA ）； t —设备允许通过的热稳定电流时间（s ）。

（3）短路的动稳定条件

df sh i i ≤

（7-2）

I sh ≤df I

（7-3）

式中sh i —短路冲击电流峰值（kA ）； I sh —短路全电流有效值（kA ）；

df i —电器允许的极限通过电流峰值（kA ）； df I —电器允许的极限通过电流有效值（kA ）。

3绝缘水平

在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保护设备。

表7.1 选择高压电器应校验的项目表

项目 电压 电流 断流容量

短路电流校验

动稳定

热稳定 断路器 负荷开关 隔离开关 熔断器 电抗器 电流互感器 电压互感器 支柱绝缘子 母线

消弧线圈 避雷器

表中 为应进行校验的项目

7.2 断路器隔离开关的选择

7.2.1 35kV 侧进线断路器、隔离开关的选择 7.2.2 35kV 主变压器侧断路器、隔离开关的选择 7.2.3 10kV 侧断路器、隔离开关的选择

7.2.4 选择的断路器、隔离开关型号表

7.3 母线的选择及校验

1一般要求

裸导体应根据具体情况，按下列技术条件分别进行选择或校验： （1）工作电流； （2）经济电流密度； （3）电晕；

（4）动稳定或机械强度； （5）热稳定。

裸导体尚应按下列使用环境条件校验：

（1）环境温度；（2）日照；（3）风速；（4）海拔高度。 2按回路持续工作电流

g xu I I

g I —导体回路持续工作电流，单位为A ；

xu I —相应于导体在某一运行温度、环境条件及安装方式下长期允许的载流量，单位为A 。

3按经济电流密度选择

一般母线较长，负荷较大，在综合考虑减少母线的电能损耗。减少投资和节