35kv变电所设计.pdf.docx

《35kv变电所设计.pdf.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《35kv变电所设计.pdf.docx（58页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、35kv 变电所的设计摘 要本次设计的内容为 35kv 变电站的设计。文中对主接线的选择,高压设备的选择,负荷计算，短路电流计算，动稳定和热稳定校验，各种继电保护选择和整定计算皆有充分说明。特别对主接线的选择，变压器的选择，对设备的二次保护和防雷措施，还有一些电气设备如断路器，电压互感器等的选择校验作了详细的说明和分析。关键词：35kv 变电所；继电保护；电气设备；主接线AbstractThe design of the content of 35kv substation design.The article on the main connection ofchoice, high-vol

2、tage equipment selection, load calculations, short circuit current calculation,dynamic stability and thermal stability test, a variety of relay setting calculation options, andhave fully explained.Especially on the main connection of choice, the choice of transformer onthe secondary protection devic

3、es and lightning protection measures, and some electricalequipment such as circuit breakers, voltage transformers and choice of calibration detaileddescription and analysis.Keyword: 35kv substation ; relay protection ; the electrical equipment operator ; mainwirtingIIIIV太原科技大学毕业设计（论文）前言目前，我国的城市电力网和农

4、村电力网正在进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所也必须进行更新换代，我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监测变电所，综合自动化变电所相继出现，并取得迅猛的发展。随着改革的不断深入，经济的迅速发展各电力部门对变电所设计水平的要求将越来越高。现在所设计的常规变电所最突出的问题是设备落后，结构不合理，占地多投资大，损耗高，效率低，尤其是在一次开关和二次设备造型问题上，基本停留在 50-60 年代的水平上，从发展的观点来看，将越来越不适应我国城市和农村发展的要求。国民经济不断发展，对电力能源需求也不断增大，致使变电所数量增加，电压等级提高，供电范围扩大及输配电容量增大，采用传统

5、的变电站一次及二次设备已越来越难以满足变电站安全及经济运行，少人值班或无人值班的要求。现在已经大多采用了微机保护。分级保护和常规保护相比，增加了人机对话功能，自控功能，通信功能和实时时钟等功能，因此如果通过电力监测综合自动化系统，可以使变电站内值班人员或调度中心的人员及时掌握变电站的运行情况，直接对设备进行操作，及时了解故障情况，并迅速进行处理，达到供电系统的管理科学化，规范化，并且还可以做到与其他自动化系统互换数据，充分发挥整体优势，进行全系统的信息综合管理。- 1 -太原科技大学毕业设计（论文）第 1 章地面变电站接线方式的确定为了保证对一二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中广泛采用两回电

6、源线路受电和装设两台变压器的桥式主接线。桥式接线分为内桥,外桥和全桥三种.变电所主接线的要求：变电所的主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，在变电所主接线图中将导线或电缆、电力变压器、母线、各种开关、避雷器、电容器等电气设备有序地连接起来，只表示相对电气连接关系而不表示实际位置。通常以单线来表示三相系统。对变电所主接线主要有以下几个基本要求：（1）安全主接线的设计应符合国家标准有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全；（2）可靠（3）灵活（4）经济应满足用电单位对供电可靠性的要求；能适应各种不同的运行方式，操作检修方便；在满足以上要求的前提下，主接线设计应简单，投资少，运行管理费用低

7、，一般情况下，应考虑节约电能和有色金属消耗量。单母线分段式接线适应性强，对线路、变压器的操作均方便，运行灵活,所以本所采用单母线分段式结构。1.1变电所常用主接线供配电系统变电所常用的主接线基本形式有线路一变压器组接线、单母线接线和桥式接线3种类型。1.1.1线路一变压器组接线当只有一路电源供电线路和一台变压器时，可采用线路一变压器组接线，如图1.1所示。图1.1 变压器接线图根据变压器高压侧情况的不同，可以选择如图1-1所示4种开关电器。当电源侧继电保- 2 -太原科技大学毕业设计（论文）护装置能保护变压器且灵敏度满足要求时，变压器高压侧可只装设隔离开关；当变压器高压侧短路容量不超过高压熔断

8、器断流容量，而又允许采用高压熔断器保护变压器时，变压器高压侧可装设跌落式熔断器：或负荷开关-熔断器；一般情况下，在变压器高压侧装设隔离开关和断路器。当高压侧装断路开关时，变压器容量不大与 1250KVA；高压侧装设隔离开关或跌落式熔断器时，变压器容量一般不大于 630KVA。优点：接线简单，所用电器设备少，配电装置简单，节约投资。缺点：该单元中任一设备发生故障或检修时，变电所全部停电，可靠性不高。适用范围：适用于小容量三级负荷、小型企业或非生产性用户。1.1.2单母线分段接线：当有双电源供电时，常采用单母线分段接线，可采用隔离开关或断路器分段，隔离开关分断因操作不便，目前已不采用。单母线分段接

9、线可以分段单独运行，也可以并列同时运行。采用分段单独运行时，各段相当于单母线不分段接线的运行状态，各段母线的电气系统互相影响。当任一段母线发生故障或检修时，仅停止对该母线所带负荷的供电。当任一电源线路故障或检修时，如另一电源能负担全部引出线的负荷时，则可经倒闸操作恢复该段母线所带负荷的供电，否则由该电源所带的负荷仍应停止运行或部分停止运行。倒闸操作的原则：接通电路时先闭合隔离开关，后闭合断路器；切断电路时先断开断路器，后断开隔离开关。这是因为带负荷操作过程中要产生电弧，而隔离开关没有灭弧功能，所以隔离开关不能带负荷操作。采用并列运行时，若遇电源检修，无需母线停电，只需断开电源的断路器及其隔离开

10、关，调整另外电源的负荷就行。但是当母线故障或检修时，就会引起正常母线的短时停电。隔离开关分段因倒闸操作不便，现已不再采用，通常采用断路器分段的单母线接线。当某段母线发生故障时，分段断路器与电源进线断路器将同时切断故障，非故障部分继续供电。当对某段母线检修时，操作分段断路器和相应的电源进线断路器、隔离开关，而不影响另段母线的正常运行。- 3 -太原科技大学毕业设计（论文）图 1.2 单母线接线图优点：供电可靠性较高，操作灵活，除母线故障或检修外，可对用户连续供电。缺点：母线故障或检修时，仍有50%左右的用户停电。适用范围：在具有两路电源进线时，采用单母线分段接线，可对一、二级负荷供电，特别是装设

11、了备用电源自动投入装置后，更加提高了用断路器分段单母线接线的供电可靠性。1.1.3桥式接线所谓桥式接线是指在两路电源进线之间跨接一个断路器，犹如一座桥。断路器跨在进线断路器的内侧，靠近变压器，称为内桥式接线，如图1.3（a）所示。若断路器跨在进线断路器的外侧，靠近电源侧，称为外桥式接线，如图1.3（b）所示。- 4 -太原科技大学毕业设计（论文）图1.3 桥式接线图桥式接线的特点是：1、接线简单2、经济3、可靠性高4、安全5、灵活高压侧无母线，没有多余设备；由于不需设母线，4个回路只用了3只断路器，省去了1-2台断路器，节约了投资。无论哪条回路故障或检修，均可通过倒闸操作迅速切除该回路，不至使

12、二次侧母线长时间停电；每台断路器两侧均装有隔离开关，可形成明显的断开点，以保证设备安全检修。操作灵活，能适应多种运行方式。适用范围：对35KV及以上总降压变电所，有两路电源供电及两台变压器时，一般采用桥式接线。1.2供电系统变电所受电于两回35kv架空线路,35kv侧为具有两位主变压器的单母线分段式结构,所内35kv母线由断路器分段,电源进线处设置有两台35/0.4kv小容量所用变压器,供变电所直流操作电源等用。- 5 -太原科技大学毕业设计（论文）为了防止雷电入侵波的危害和提供测量信号,在两段35kv母线上分别设置有避雷器和电压互感器,并在各35kv断路器上设置有带接地刀闸的隔离开关,以满足

13、停电检修的安全作业的要求。主变压器二次侧6kv采用单母线分段,当某回路受电线路或变压器因故障及检修停止运行时,可通过母线分段断路器的联络,保证继续对两段母线上的重要负荷供电。大型企业的35kv总降压变电所无功补偿常采用高压集中补偿方式,以提高企业电力负荷的功率因数。我国3-10kv电网,一般采用中性点不接地方式,因为在这类电网中,单相接地故障占的比例很大,采用中性点不接地方式可以减少单相接地电流,从而减轻其危害。(2) 确定供电系统的运行方式35KV 侧电源进线受用双回路架空线从而保障可靠，根据供电部门所签定的供电协议，35KV 侧进线不同时运行，正常情况下，一趟运行，一趟备用；变压器的正常运

14、行方式是两台都运行，6KV 分段短路器闭合。本所为正常运行时，是供电系统的最大运行方式。本所一台变压器工作或 6KV 分段短路器断开时，是供电系统的最小运行方式。变电所主接线图如图 1.4：3501#WL13505#WL23502#3503#T1601#603#3504#T2602#6KV图 1.4 变电所主接线图- 6 -太原科技大学毕业设计（论文）第 2 章补偿电容及主变压器的选择计算功率因数对供配电系统的影响：所有具有电感特性的用电设备都需要从供配电系统中吸收无功功率，从而减低功率因素。功率因素太低将会给供配电系统带来电能损耗增加、电压损失增大和供电设备利用率降低等不良影响。正是由于功率

15、因数在供配电中影响很大，所以要求电力用户功率因数达到一定的值，低于某一定值时就必须进行补偿。为了方便管理,本所采用 6KV 侧集中补偿, 35kV 侧功率因数提高到 0.95 计算。2.12.1.1补偿电容的计算补偿前的计算负荷和功率因数：6kV 侧的有功计算负荷为6kV 侧的无功计算负荷为6kV 侧的计算视在功率为226kV 侧的功率因数为Pc =3243.4 kWQc =2439.7 k var(2-1)(2-2)(2-3)cosj =PcSc=3243.4/4058.6=0.8(2-4)变压器的功率损耗为由于变压器上未选出，所以变压器损耗按如下方法估算：Pr = 0.015Sc= 0.0

16、15 4058.6 = 60.88kWDQT = 0.06Sc = 0.06 4058.6 = 243.5k var- 7 -(2-5)(2-6)S在此处键入公式。c = P + Q2 = 3243.42 + 2439.72 =4058.6 kVA太原科技大学毕业设计（论文）35kV 侧总的计算负荷为Pc1 = Pc + DPT = 3243.4 + 60.88 =3304.28 kWQc1 = Pc + DQT =2439.7+243.5=2683.2 k varSc1= Pc21 + Qc21 = 3304.282 + 2683.22 =4256.5 kVA35kV 侧的功率因数为(2-7

17、)(2-8)(2-9)2.1.2确定补偿容量cosj1=Pc1Sc1=3304.28/4256.5=0.78(2-10)现要求在 35kV 侧不低于 0.95，而补偿在 6kV 侧进行，所以我们考虑变压器损耗，可设 6kV 侧补偿后的功率因数为 0.97 来计算需补偿的容量。Qcc = Pc （ tan j - tan j1）=3243.4 tan(arccos 0.8) - tan(arccos 0.97) =1621.7 k var选择 GR-1-01 高压电力电容器柜,容量为 450KVAR,内装 BWF10.5-30-1W 电力电容器 15台。需要的柜数：n=1621.7450=3，取

18、 4 个，实际补偿容量为Qcc = 4450=1800 k var(2-11)所选电容器柜及配套互感器柜一次方案和电气设备见表 2.1:表 2.1 一次方案和电气设备表2.1.3补偿后的计算负荷和功率因数：6kV 侧视在计算负荷为Sc =23243.42 + (2439.7 -1800)2 =3305.9 kVA(2-12)- 8 -项目额定电压(KV)方案编号一次线路方案主要设备柜数电容器柜6.30.1BWF10.5-30-1W15RN1-6/5互感器柜6.30.3JSJB-61P + (Qc - Qcc )2 =太原科技大学毕业设计（论文）此时变压器的功率损耗为DPT =0.015 Sc

19、=0.0153305.9=49.6 kWDQT =0.06 Sc =0.063305.9=198.4 k var35kV 侧总的计算负荷为Pc1 = Pc + DPT =3243.4+49.6=3293 kWQc 1 = Qc + DQT =（2439.7-1800）+198.4=838.1 k varSc 1= Pc12 + Qc 12 = 32932 + 838.12 =3398 kVADS =4256.5-3398=858.5 kVA35kV 侧的功率因数为(2-13)(2-14)(2-15)(2-16)(2-17)(2-18)cosj =0.969(2-19)符合要求。表 2-2 无功

20、补偿后的计算负荷2.2主变压器的选择：（1） 总变压器台数的确定：1. 应满足用电负荷对可靠性的要求.在有一、二级负荷的变电所中,选择两台主变压器,当在技术、经济上比较合理时,主变压器选择也可多于两台；2. 对季节性负荷或昼夜负荷变化较大的宜采用经济运行方式的边点所，技术经济合理时可选择两台主变压器；3. 三级负荷一般选择一台主变压器，负荷较大时，也可选择两台主变压器。（2） 变压器容量的确定：- 9 -项目cosj计算负荷Pc / kWQc / k varSc / kVA6 kV 侧补偿前负荷0.83243.42439.74058.66 kV 侧无功补偿容量18006 kV 侧补偿后负荷0.

21、973243.4639.73305.9主变压器功率损耗49.6198.435 kV 侧负荷总计0.9693293838.13398P 1 3293=Sc1 3398太原科技大学毕业设计（论文）装单台变压器时，其额定容量 Sn 应能满足全部用电设备的计算负荷 Sc,考虑负荷发展应留有一定的容量裕度，并考虑变压器的经济运行，即Sn（1.151.4）Sc(2-20)装有两台主变压器时，其中任意一台主变压器容量 Sn 应同时满足下列两个条件：1、任一台主变压器单独运行时，应满足总计算负荷的 60%70%的要求，即Sn=（0.60.7）Sc(2-21)2、任一台主变压器单独运行时，应能满足全部一、二级负

22、荷 Sc(I+II)的需要，即SnSc（I+II）(2-22)一般来讲，变压器容量和台数的确定是与边电所主接线方案一起确定的，在设计主接线方案时，也要靠到用电单位对变压器台数和容量的要求。本设计采用装设两台主变压器。为保证对一、二级负荷安全可靠供电，采用两台主变压器，一台供电，一台备用。装有两台主变压器时，其中任意一台主变压器容量S N T （0.70.8）3465=（2425.52772） kVA选 SF89-50/35/6 型变压器两台，其主要技术数据如下：表 2.3 变压器的主要参数表 2.4 用电负荷统计- 10 -(2-23)用电单位负荷统计（KW）车站250洗衣机厂350首饰厂10

23、0宝元鞋厂120学校100水泥厂170型号额定容量(MVA)额定电压(kV)损耗(kW)阻抗电压(%)空载电流(%)联结号高低空载负载SF89-50/35/650356.35.4933.07.00.6Yd11太原科技大学毕业设计（论文）- 11 -旅馆酒店180百惠商城200政府165博爱医院750公安局180中心广场100百乐休闲中心300其他散户500合计3465太原科技大学毕业设计（论文）第 3 章变电站进出线的选择本变电所的电源是从两处变电站由 35KV 双回路架空线引人的，其中一个作为工作电源，另一个作为备用电源，两回线不并联运行，两回电源一回引自距本变电站西北 6.8km处某变电站

24、 35kV,另一回引自距本变电站北 5.1km 处温池变电站 35kV。导线和电缆的选择是供配电设计中的重要内容之一。导线和电缆是分配电能的主要器件，选择的合理与否，直接影响到有色金属的消耗量与线路投资，以及电力网的安全经济运行。选择导线和电缆以前应贯彻以铝代铜的技术政策，尽量采用铝心导线，目前提倡采用铜线，以减少损耗，节约电能，而在易爆炸、腐蚀严重的场所，以及用与移动设备、检测仪表、配电盘的二次接线等，必须采用铜线。导线和电缆的选择，必须满足用电设备对供电安全可靠和电能质量的要求，尽量节省投资，降低年运行费，布局合理，维修方便。导线和电缆的选择包括两方面内容：1、型号选择；2、截面选择。3.

25、1按经济电流密度初选导线截面：本变电站供电，最大有功负荷年利用小时数大于 5000 小时，查电力工程设计手册可知架空线钢芯铝线的经济密度为 0.9A/ mm2 。补偿后 35KV 侧的计算负荷为:Pc1 =3293 kWQc 1 =838.1 k varSc 1=3398 kVADS =858.5 kVA35kV 侧的功率因数为cosj =0.969由负荷统计求线路正常运行时的最大工作电流为:- 12 -(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)(3-5)太原科技大学毕业设计（论文）I c =S c3U N=33983 35=56.05A(3-6)架空线经济截面为:Sec =I cjec=56.

26、 050.9=62.28 mm2(3-7)初选标准截面为 70 mm2 ，型号为 LGJ - 70 的钢心铝绞线。3.2按时长允许电流校验:查高压电器设备手册可知, 架空线 LGJ - 70 在室外温度为 25时的允许载流量为I a1=275A，其正常最高允许温度为 70考虑温度修正系数有:Kq =q a1 - q 0q a1 - q 0=70 - 3070 - 25=0.9(3-8)导线的实际允许载流量为I a 1= Kq I a1=0.9275=247.5A满足 I a 1 I c ,所以满足条件。式中: I a 1-环境温度为qo 时的长时允许电流I a1-环境温度为qo 时的长时允许电

27、流q 0 -实际环境温度q 0 -标准环境温度q a1 -导线最高允许温度(3-9)3.3按允许电压损失校验:由于线路有阻抗，所以在负荷电流通过线路时有一定的电压损失。电压损失愈大，则用电设备段子上的电压偏移就愈大，当电压偏移超过允许值时将严重影响电气设备的正常运行。所以按规范要求，线路的电压损失不宜超过规定值。高压配电线路的电压损失，一- 13 -太原科技大学毕业设计（论文）般不超过线路额定电压的 5%。如果线路电压损失超过了允许值，应适当加大导线截面，使之小于允许电压损失。查高压电器设备手册可知, 架空线 LGJ - 70 的单位阻抗为 R0 =0.48 W/km ，X 0 =0.41 W

28、/km (线间几何均距为 3000 mm )DU =lU N( Pc1 R0 + Qc 1 X 0 )=6 . 835(32930.48+838.10.41)=373.86 V (3-10)DU %=DU10U N=373.8610 35=1.075(3-11)故所选导线 LGJ - 70 满足允许电压损失的要求。3.4按机械强度进行校验:查表可知，高压架空裸铝绞线的最小允许截面为 35 mm2 ，所以，所选 LGJ - 70 的钢心铝绞线满足要求。综上可知，35kV 架空线选择 6.8km、5.1km 各一段的 LGJ - 70 钢心铝绞线即可满足系统要求。- 14 -太原科技大学毕业设计（

29、论文）第 4 章短路电流的计算短路的原因：短路发生的主要原因是电力系统中电气设备载流导体的绝缘损坏。造成绝缘损坏的原因主要有设备长期运行，绝缘自然老化，操作过电压，雷电过电压，绝缘受到机械损伤等。运行人员不遵守操作规程发生的误操作，如带负荷拉、合隔离开关，检修后忘拆除地线合闸等，或者鸟兽跨越在裸露导体上也是引起短路的原因。短路的危害：发生短路时，由于短路回路的阻抗很小，产生的短路电流较正常电流大数十倍，有时可能高达数万甚至数十万安培。同时，系统电压降低，离短路点越近，电压降低越大；三相短路时，短路点的电压可能降到零。因此，短路将造成严重危害。（1） 短路产生很大的热量，导体温度升高，将绝缘损坏

30、。（2） 短路产生巨大的电动力，使电气设备受到机械损坏。（3） 短路使系统电压严重降低，电气设备正常工作受到破坏。例如，异步电动机的转矩与外施压力的平方成正比，当电压降低时，其转矩降低使转速减慢，造成电动机过热而烧坏。（4） 短路造成停电，给国民经济带来损失，给人民生活带来不便。（5） 严重的短路将影响电力系统运行的稳定性，使并联运行的同步发电机失去同步，严重的可能造成系统解列，甚至崩溃。（6） 单相短路产生的不平衡磁场，对附近的通信线路和弱电设备产生严重的电磁干扰，影响其正常工作。由上可见，短路产生的后果极为严重，在供配电系统的设计和运行中应采取有效措施，设法消除可能引起短路的一切因素，使系

31、统安全可靠地运行。同时，为了减轻短路的严重后果和防止故障扩大，需要计算短路电流，以便正确地选择和校验各种电气设备、计算和整定保护短路的继电保护装置及选择限制短路电流的电气设备（如电抗器）等。4.1最大运行方式下的短路电流1.绘制计算电路图（图 4.1）- 15 -太原科技大学毕业设计（论文）图 4.1 最大运行方式下的短路电流2.确定基准值取基准容量 Sd =100 MVA，基准电压U d =U av ，电压等级的基准电压分别为U d1=37 kV ，U d 2 =6.3 kV ，相应的基准电流分别为 I d 1 、 I d 2I d 1 =I d 2 =Sd3U d1Sd3U d 2=100

32、3 371003 6.3=1.56 kA=9.16 kA(4-1)(4-2)3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统 SX 1* =Soc 1000=0.1(4-3)（2）线路 1WLLGJ - 70 的 X 0 =0.41 W/km ，而线路长 5.1 km ，故X 2* = X 0 l Sd2=0.415.110037 2=0.153(4-4)（3）电力变压器 1T 和 2TU K %=7.0， SN =5000 kVA，故- 16 -(4-5)Sd 100U d 1太原科技大学毕业设计（论文）X 3* = X 4* =U K %100S 7.0 100SN 100 5=1.4(

33、4-6)因此绘等效电路，如图 4.2 所示图 4.2 最大运行方式的等效电路4. K1 点短路电流和容量的计算（1）计算短路回路总阻抗标幺值X K* 1 = X 1* + X 2* =0.1+0.153=0.253（2）计算 K1 点短路电流各值(4-7)I K* 1=1*=10.253=3.953(4-8)I K1(3) = I d 1 I K* 1=1.563.953=6.167 kAish.K1(3) =2.55 I K1(3) =2.556.167=15.726 kAI sh.K1(3) =1.52 I K1(3) =1.526.167=9.374 kAI K1(2) =0.866 I

34、 K1(3) =0.8666.167=5.341 kAish.K1(2) =0.866 ish.K1(3) =0.86615.726=13.619 kAI sh.K1(2) =0.866 I sh.K1(3) =0.8669.374=8.118 kA（3）三相短路容量计算(4-9)(4-10)(4-11)(4-12)(4-13)(4-14)S K 1 =SdX K* 1=1003.953=395.3 MVA(4-15)5. K 2 点短路电流和容量的计算- 17 - d =X K 1太原科技大学毕业设计（论文）（1）计算短路回路总阻抗标幺值X K* 2 = X 1* + X 2* + X 3* / X 4* =0.1+0.153+0.7=0.953（2）计算 K 2 点短路电流各值(4-16)I K* 2 =1*=10.953=1.049(4-17)I K 2(3) = I d 2 I K* 2 =9.161.049=9.609 kAish.K 2(3) =2.55 I K 2(3) =2.559.609=24.503 kAI sh.K 2(3) =1.52 I K 2(3) =1.529.609=14.606 kAI K 2(2) =0.866 I K 2(3) =0.8669.609=8.321 kAish.K 2(2