毕业论文 35KV变电站电气部分设计.doc

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1、毕业设计论文35KV变电站电气局部设计 一题目35kV降压变电所电气局部设计二、设计资料 1建设性质及规模： 待设计变电所为一郊区变电所。电压等级：35/10kV进出线回路数：35kV为一回，10kV八回。2所址地理位置及地理、气象条件： 本变电所所址位于某中型城市边缘，所址地势平坦，进出线方便；空气污染轻微；土质为黄沙土壤，土壤电阻率500*M ；所区平均海拔190米，年最高温度+35。C，最低温度-10。C。3、系统情况：系统通过一条35kV架空线路向变电站供电，距离12公里，系统最大运行方式下折算至变电站高压侧母线的阻抗标幺值为1.5，S j=100MVA。 4. 负荷情况：负荷如下表：

2、电压负荷名称最大负荷kWCOS供电方式10kV出线170009架空出线270009架空出线370009架空出线470009架空出线570009架空出线670009架空出线770009架空出线870009架空 4电力系统结线图如下：110kV 35kV 待建变电站S= 15km 三、设计内容：1负荷分析及主变压器和所变压器的选择 2电气主接线35kv和10kv两局部选择及所用电接线3短路电流计算4导体及电器的选择510kv母线的选择610kv高压配电装置的型式7变电所防雷保护设计8主变压器的二次接线确实定四、设计成果：1设计说明书一份含计算书。2变电所电气主接线图一张。3主变压器二次接线图一张。

3、410kv高压配电装置配置图一张。摘 要本毕业设计是关于35kV降压变电站的设计。毕业论文是我们电力高等专科学校的学生在毕业前必须进行的一门课程，它将我们几年中年学的专业课程进行了一次串通，使我们能够灵活地运用自己所掌握的专业知识。所以说，毕业论文是对我们所学知识的一次全面的考评和补充。 本设计分为四章。第一章：电气主接线的设计。第二章：短路电流计算及电气设备选择。第三章：继电保护、测量仪表及配电装置的规划。第四章：防雷保护设计。及附录：防雷保护计算书。本设计由于时间短、内容多，再加上编者的能力有限，其中错误和缺乏之处再所难免，请老师批评、指导。 张军凯 2021年6月 目 录前言6第一章 电

4、气主接线的设计7第一节 负荷分析7第二节 主变压器的选择7第三节 主接线及所用电的选择8第二章 短路电流计算及电气设备选择 13第一节 短路电流计算 13第二节 电气设备选择 15第三章 继电保护、测量仪表及配电装置的规划 29第一节 继电保护规划 29第二节 测量仪表的配置 30第三节 互感器的配置 30第四节 配电装置的规划 31第四章 防雷保护设计34 参考书36前 言毕业设计是教学方案中很重要的环节，通过毕业设计，能使我们综合地运用所学的知识，独立分析问题、解决实际工程技术问题的初步能力。同时,也是学习电力工业有关方针政策、技术规程，进行某些根本技能训练。如绘图，计算，编写工程报告等的

5、时机。这次毕业设计是设计一个35kV的降压变电站，具体的情况在“设计任务书中己给出，在老师们的耐心辅导下，经过这半年的学习、设计过程，我们的设计己初步完成，由于我水平有限，在设计中可能会出现不少的问题，希望老师们、同学们批评指导。 张军凯 2021年6月 . . 第一章 主接线的设计 第一节 负荷分析 从设计任务书中知，本变电站仅有10kV侧的负荷，有市镇、机械、纺织及其他。可看出此变电站的重要性。供电负荷：出线1： 700 kW 出线2: 700 kW 出线3: 700kW 出线4： 700 kW 出线5： 800 kW出线6: 700 kW 出线7： 700 kW出线8： 700 kW 综

6、合最大负荷：Sid=70080.91.05=5.292MVA第二节 主变压器的选择 根据?变电所设计规程?及实际需求，最终装设两台变压器，有两个电压等级，应选用双圈变压器。 根据近期负荷情况，装设一台主变，考虑到当地远期负荷开展的情况，预留出一台主变的位置场地。选择主变压器应保证供电可靠性，在选择时，要满足最大负荷情况， 应选择一台变压器容量的80%不小于供电的最大负荷，那么所选主变的容量为：5.292/0.8=6.615MVA。 查产品目录试选一台SFZ9-10000/35变压器。其容量：10000 5292MVA满足最大负荷要求。主变的技术参数：型号：SFZ9-10000/35 空载损耗：

7、10.4kW 负载损耗：50.58kW 短路阻抗：7.5% 空载电流：0.4%。连接组别：YNd11故我们选取SFZ9-10000/35的变压器作为本变电所的主变压器。 第三节 主接线及所用电的选择对主接线的根本要求：1根据系统与用户的要求，应保证供电的可靠性和电能的质量。2接线应力求简单、清晰、操作简便，不应有多余的设备，并尽量减少操作次序，以防止发生误操作。3能保证进行一切倒闸操作的工作人员及设备的平安，并能保证维护、检修工作的平安进行。4应使接线的投资和运行的费用最经济。5具有扩建的可能性。总的来说，对主接线的要求是要可靠灵活而经济。 一、35kV侧主接线的选择1单母线分段接线 单母线接

8、线具有简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便，且有利于扩建等优点。但可靠性和灵活性较差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所接的电源。2.带旁母的双母线接线此接线方式的可靠性和灵活性均有了提高，但投资大、接线复杂，操作比拟繁琐。 根据规程，可采用单母分段的户外主接线方案一。也可采用带旁母的双母线接线方案二。下面对两种方案作一比拟，来确定35kV侧接线。 方案二的接线如以下图。供电的可靠性高，检修任一台DL时，都不停止供电，并且，检修隔离开关可不带电操作。有较高的灵活性，考虑到检出线断路器可能造成用户停电。我们加设旁路母线，以母联断路器代替旁路母线断路器。 方案二的缺点是接线较复杂。倒

9、闸操作繁琐，并且误操作送成事故多。没有设专门的旁路断路器，如果加装旁路断路器，那么又增加了设备的投资，且比接线的占地面积大。方案一的接线如以下图 该断路器的运行操作很方便，代替了复杂的旁路设施。防止了无法检修断路器时，只需对用户短时间停电。方案一从经济方面故虑比方案二节省，减少母线故障的故障率。配电设备的投资却比方案二少。初步估算两方案的投资大小差不多，方案一由于运行操作很方便，减少了由于事故引发的损失，且方案一运行、维护比方案二要方便。据上比拟，我们选用方案一单母分段接线作为35kV侧的主接线。二、10kV侧主接线的选择 方案1单母线接线 单母线接线具有简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便

10、，且有利于扩建等优点。但可靠性和灵活性较差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所接的电源；与之相接的所有电力装置，在整个检修期间的均需停止工作。方案2双母线接线1供电可靠2调度灵活但设备较多操作复杂，易发生误操作等事故。两种方案的比拟：方案1设备少，运行操作方便；方案2设备较多，操作复杂。考虑到本期只上一台主变，适合采用运行操作方便的方案1。故根据规程，10kV侧可采用方案1单母线接线。 三、所用电接线：站用变的选择： 选用一台额定容量为50kVA的站用变压器。接于10kV母线上，选用10kV干式变压器，型号为SC9-50/105%/0.4kV，接线组别为Y,yno, 并布置在开关柜

11、内。变压器采用RN1-10型户内式熔断器作保护。第二章 短路电流计算第一节 短路电流计算10MVA35/10.5kVUk(%)=7.5220M VA110/38.5kVUk(%)=10.5 己知：1=4/km首先计算各元件参数的标值电流 UR(PO) 10.5 100*1=SB= 0.525 SN100 20 100 SB 100x2=X1L =0.415 =0.4 VA2VN 38.52 UR% SB 7.5 100XX3= = =0.75 100 SN 100 10取E*=1.作成等值网络如图：d1点短路时： 其短路回路的等值电抗为： X*1/2*0.525+0.4=0.6625 短路电流

12、周期分量的有效值为： 1 1 I*W = = =1.5 X* 0.6625 假设取冲击系数kimp=1.8,那么冲击电流为： Iimp=1.8 2 1/2Iw=2.552.25=5.74kAd2点短路时： 其短路回路的等值电抗为：X*0.6625+0.75=1.41 短路电流周期分量的有效值为： I*W=1/1.41=0.7 Iw=0.7100/310.5=3.85(kA)假设取kimp=1.8,那么冲击电流为： iimp=1.821/23.85=9.8(kA) . 第二节 电气设备的选择理论局部一、电器设备选择的一般条件 正确选择电器是使电气接线和配电装置到达平安、经济运行的重要条件，电器要

13、能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来检验热稳定和动稳定。1按正常工作条件选择电器额定电压和最高工作电压 电器允许最高工作电压UOLm不得低于所接电网的最高运行电压，即UOLmUSM一般电器允许的最高工作电压:当额定电压在220kV及以下时为1.15UX,额定电压为330500kV时为1.1UX，而实际电网的最高运行电压USM一般不超过1.1UNS，因此在选择电器时，一般可按照电器的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择。即UNUNS额定电流电器的额定电流IN是指在额定周围环境Q0温度下，电器的长期允许电流，IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作

14、电流Imax，即INImax 由于变压器在电压下降5%时出力保持不变，故其相应回路的Imax为变压器的额定电流的1.05倍，假设变压器有过负荷运行的可能时，Imax应按过负荷确定，母联断路器回路一般可取母线上最大一台变压器的Imax。2按短路情况校验短路热稳定校验 短路电流通过电器时，电器各部件温度不超过允许值，满足热稳定的条件为：I2ctQk 其中式中：QK-短路电流产生的热效应Ict电器允许通过的热稳定电流和时间。电动力稳定校验 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定，满足动稳定的条件为： iesiSh 或IesIsh 式中Ish. ish断路冲击电流幅值及其有效值 Ies

15、. ies-电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值以下情况可不校验热稳定或动稳定(1)用熔断器保护的电器，其热能稳定由熔断时间保证,故可不校验热稳定(2)采用限流电阻熔断器保护的设备可不校验动稳定(3)装设有电压互感器回路中的裸导体和电器可不校验动热稳定.二、高压断路器的选择1断路器种类的型式的选择 按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为多油式断路器，少油式断路器，压缩空气高压断路器SF6断路器，真空断路器。(2)额定电压的选择： UeUg(3)额定电流的选择:IeImax(4)开断电流的选择 高压断路器的额定开断电流INbr不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量,即InbrIpt当

16、断路器的INbr较系统短路电流大很多时,为了简化计算,也可用次暂态电流I进行选择,即INbrI(5)ixd的选择 断路器的额定关合电流不应小于短路最大冲击值ish 即incLish(6)热稳定校验 I2ctQk(7)动稳定校验 iesish三、隔离开关的选择1种类和形式的选择 隔离开关的形式很多，按安装地点可分为屋内式和屋外式,按绝缘支柱数目又分为单柱式、双柱式和三相五柱式。2额定电流选择：INImax3额定电压选择: UNUNS (4)热稳定校验:I2ctQK (5)动稳定校验:iesish四、电流互感器的选择（1） 一次回路额定电压和电流的选择即应满足：UNUNS INImax(2)二次回

17、路额定电流有5A和1A两种,一般弱电流系统用1A,强电流系统用5A。当配电装置距控制室较远时，为提高准确级，应尽量用1A。3电流互感器种类和形式的选择在选择互感器时，应根据安装地点如屋内、屋外和安装方式如穿墙式、支持式、装入式等选择其型式。4电流互感器的准确级和额定容量的选择 为了保证电感器的准确级，互感器二次测所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量SN2 即 SN2S2=I2N2Z2 互感器二次负荷包括测量仪表,电流线圈电阻,连接导线电阻和接触电阻,即ZH=ra+ rre +r1+rc式中ra 、rre可由回路是所接仪表和继电器的参数求得rc一般取0.1,仅连线电阻r1为未知数 sN2

18、-I2N2 (ra+rre+rc) r1 I2N2(5)热稳定和动稳定校验 电流互感器热稳定能力常以1s所允许的热稳定电流It或一次额定电流IN1的倍数Ke表示。故热稳定应按下式校验。即I2ttQk或ktIN12QK (t=1)电流互感器内部动稳定能力可用以下校验：iesish或21/2INkesish 对于瓷绝缘型电流互感器应校验瓷套管的机械强度,故外部动稳定应满足: Fal0.51.7310-7i2shL/a 电气设备的选择与计算：. . 一. 35kV侧电器设备的选择及检验：1. 断路器的选择 主变选择容量为10MVA，Un35kV，母线侧发生短路 时，iw2.25kA,iimp= 5.

19、74kA 主变高压侧最大持续工作电流为： 1.0510 imax= 1000=163.84A 3 1/2 37 短路电流引起的热效应： Qk=Iw2. T (t=5s) =2.2525 =25.3(kA)2.5根据有关数据，查?发电厂及电气局部?，可选用LW8-40.5/1600型断路器 列表比拟有关数据：计算数据LW8-40.5/1600Uns 35(kV)Ux=40.5kVIwax 163.84(A) Ix=1600AIw t 2.25kA Inbr=25kAIimp 5.74kA Ind =63(kA) Qk 25.3(kA)2.S Ie2t =2500(kA)2.SIimp 5.74

20、kA Ies =63(kA)通过以上比拟，选择LW8-40.5/1600型断路器能满足设计要求。 2.隔离开关的选择： 根据35kV侧的计算数据Uns=35kV imax=163.84A QR=25.3(kA)2.S 查?发电厂电气局部?附表，可选用GW5-35GW/1000型号刀闸。列表比拟有关数据： 计算数据 GW5-35GW/1000 Uns 35kV Un 35kV Imax 163.84A In 1000A Qk 25.3 kA2.S Ie2t 980(kA)2.S Iimp 5.74kA ies 50kA由以上比拟可知选择GW5-35GW/1000型刀闸合格。3.电流互感器的选择在

21、35kV侧，主变最大工作电流Imax=163.84A Iw =2.25kA 根据电流互感器选择的原那么,由产品查得型号为LRB-35的电流互感器安装在断路器的套管上,一组用于变压器的差动保护，一组用于高后备保护，其准确级为10P15，一组用于测量，一组用于计量，其准确级分别为0.5级、0.2级， 参数为Un=35kV, Ix=5A 。 为了应对该地区以后负荷的变化，电流互感器的电流比可选用三变比的，由Imax=163.84A 可得选择电流比A 应分别为300/5、400/5、600/5。其额定一次电流均大于安装互感器电路的最大长期工作电流163.84A。这样其最大二次电流A分别为2.73、2.

22、048、1.365。 2 假设选择LRB-35型的电流互感器满足要求。4. 35kV侧的电压互感器的选择： 该互感器采用户外干式，需要测量线电压和相电压。可选用三只单相互感器接成Y0-Y0-接线，其额定一、二次电压应为相电压。可选择JDZX71-35型电压互感器。 技术数据：额定电压变比：35/31/2 /0.1/31/2 /0.1/3kV 准确级：0.5/3P 额定输出：150/150VA 负荷功率因数：0.8滞后。 所选JDZX71-35型电压互感器符合要求.其相应地可选择RXW0-35/0.5A熔断器与这配合使用.二、10kV侧电器设备的选择及校验1. 由于10kV侧的最大负荷为6.04

23、8MVA，所以母线侧发生短路时，短路电流Iw=3.85kA, 冲击电流Iimp=9.8kA 主变最大持续工作电流为： 1.0510000 Imax= =577.35A 31/210.5 根据Uns Imax及安装在屋内的要求 根据Imax Uxs及安装在屋内的要求，查?高压电器设备技术参数?， 可选择ZN-12/1600A-31.5kA型断路器。列表比拟有关数据：计算数据ZN-12/1600A-31.5kAUns 10(kV)Ux=12kVIwax 577.35 (A) Ix=1600AIw t 3.85kA Inbr=31.5kA Iimp 9.8kA Ind =80kA Qk 44.467

24、5 (kA)2.S Ie2t =2976.75 (kA)2.SIimp 9.8kA Ies =80kA 将其参数与计算结果比拟可知：ZN-12/1600A-31.5kA型断路器满足要求。 2.隔离开关的选择： 根据10kV侧的计算数据Uns=10kV imax=577.35A Iw= 3.85kA QR=44.4675 (kA)2.S 查?发电厂电气局部?附表，可选用GN25-10/1600A型号刀闸。列表比拟有关数据： 计算数据 GN25-10/1600A Uns 10kV Un 10kV Imax 577.35A In 1600A Qk 44.4675 kA2.S Ie2t 2976.75

25、(kA)2.S Iimp 9.8kA ies 31.5kA 由以上比拟可知选择GN25-10/1600A型刀闸合格。3. 10kV低压侧电流互感器选择：10kV侧采用ZN12型断路器，变压器低压侧可装设四组LZZBJ7112型电流互感器。分别用于计量0.2级、测量0.5级、低后备保护和差动保护10P15。LZZBJ7112变比1000/5型电流互感器技术参数为：准确级组合：0.2S/0.5/10P 相应的输出容量：10/15/20VA热稳定电流kA：80 动稳定电流kA：200 1该电流互感器的最高工作电压12kV大于该电路的工作电压10 kV，即UeUg。2低压侧最大工作电流：Imax=57

26、7.35A由此可选择变比1000/5的电流互感器，其一次额定电流1000A大于该电路最大长期工作电流577.35A，即I1e Imax，这样其最大二次电流为2.887A。 (3) 动稳定校验：电流互感器的动稳定应满足以下条件：21/2 I1eKdich 式中：Kd 动稳定倍数，等于其极限通过电流igf与一次额定电流峰值之比，即Kd=igf/21/2 I1eich通过电流互感器的最大短路冲击电流kA。将Kd代入上式，得igf200 kA ich9.8 kA满足选择的要求. (4) 热稳定校验：电流互感器的热稳定应满足以下的条件： I1eKt2Iw2tj式中：Kt 热稳定倍数80 kA/1 kA=

27、80 Iw 低压侧短路电流9.8 kA tj 短路电流的假想时间3S。代入得： 18029.823 6400288.12 那么满足要求综合上述，LZZBJ7112型电流互感器满足选择的要求。4. 10kV出线电流互感器的选择 出线上都装设三段过电流保护,且八条出线负荷都相等。 故各条出线均可采用LZZBJ7112型电流互感器，下面根据出线的负荷电流，决定出线的电流互感器的变比。 一次最大负荷电流： 700(1+5%) I= 31/2 100.9 = 53.9A变比可取:200/5。LZZBJ7112变比200/5型电流互感器技术参数为：准确级组合：0.2S/10P 相应的输出容量：10/20V

28、A热稳定电流kA：20 动稳定电流kA：50 应选取电流变比为100/5的LZZBJ7112型电流互感器。5. 10kV侧的电压互感器的选择：该侧互感器也可接成Y0-Y0-接线， 可选择JDZX19-10型电压互感器。JDZX19-10型电压互感器。 技术数据：额定电压变比：10/31/2 /0.1/31/2 /0.1/3kV 准确级：0.5/3P 额定输出：90/150VA 负荷功率因数：0.8滞后。所选JDZX19-10型电压互感器符合要求.其相应地可选择RN2-10/0.5A熔断器与这配合使用.三、母线的选择：10kV侧的母线，采用单母分段的户内配电装置，初步确定考虑选取采用铝制矩型着色

29、LMY-1008母线，水平布置。选取母线间距离 ：Q=250mm 跨距L=1000mm1 二段负荷按15%的变压器过负荷运行时，母线上横向电流为最大。 101+15%Imax= 31/2 10 (1+15%) =0.7635kA=763.5ALMY-1008导线单条平放长期允许的载流量为Iy=1542A。其允许载流量Iy大于最大长期工作电流Imax ，周围环境介质温度j=40，将额定电流修正查手册得修正系数K=0.1570-j1/2=0.1570-401/2=0.82修正:Ie=15420.82=1264.44AImax故可选用LMY-1008导线作10kV侧的母线。 2. 热稳定校验: 按S

30、 (tj.kf)1/2 校验 C =3.85kA C值查表数:C=88kf由手册查得为1.0 tj=3s (tj.kf)1/2 = 3.85 (31) 1/2 1000 C 88 =75.78 mm2 矩形 线面积：S=1008=800mm275.78mm2 所以,该导体满足热稳定的要求. 3动稳定校验：按 = 来校验。 Im=9.8kA xu=700kg/cm2w=bh2/6=0.8102/6=13.33333 =1.77I2ch Im 2 /aw10-2 1002 =1.779.82 25w 10-2=51kg/cm2 =70051 即母线材料的允许应力大于母线的最大计算应力。动稳定满足要

31、求. 第三章 继电保护测量仪表及配电装置的规划. 第一节 继电保护规划一、变压器保护： 变压器是变电站中的重要设备，它的故障将影响到变电站的运行。必须对变压器进行可靠的保护。可对主变采用下面几种保护：1.瓦斯保护：防止变压器内部短路和油面的降低。分轻瓦斯保护和重瓦斯保护。轻瓦斯保护是当变压器发生轻微故障时，动作于信号。重瓦斯保护是当变压器发生比拟严重的故障时，动作于跳闸。2.差动保护：防止变压器的内部、套管及引线上的各种短路故障。采用BCH-2型继电器，三相式构成完全差动保护。3.过流保护：防止外部的故障并作为瓦斯保护和纵差保护的后备保护。4.过负荷保护：动作于信号。二、10kV线路保护：可架

32、用三段过电流保护，有配备自动重合闸装置。 第二节 测量仪表的配置 测量仪表反映一次回路工作的情况，控制一次系统并使一次系统发生事故时，使其纷纷迅速退出工作。一. 变压器的仪表配置： 变压器的低压侧仪表配置： 一个电流表。 有功一无功功率表具有一边刻度并带切换开关 变压器高压侧可由线路测量仪表带用。二、10kV回路仪表配置： 10kV母线：每段装设一个电压表。 母线联络开关回路只装设一个电流表。 10kV线路装设：一个电流表。有功电度表。无功电度表。三、变电站同期的配置，装设：两个电压表。两个周率表。一个周期表。第三节 互感器的配置1变压器高压侧断路器套管中装有四组电流互感器，一组作为变压器差动

33、保护，一组作为高后备保护，一组作为计量，一组作为测量。2变压器低压侧装设四组电流互感器，一组用于变压器差动保护，一组作为低后备保护，一组作为计量，一组作为测量。3在35kV母线上，装设一台电压互感器。4. 在10kV 母线上，每段装一台电压互感器。5. 在10kV侧，每段出线装设两组电流互感器。 第四节 配电装置规划 本变电站的10 kV采用单母线分段的接线方式。一. 设计原那么与要求：1.总的原那么 节约用地,节约用地是我国现代化建设的一项战略性方针。 各型配电装置占地面积的比拟，以屋外普通中型为100%，那么屋外分相中型70%-80%，屋外半高型50%-60%，屋外高型40%-50%，屋内

34、型25%-30%。运行安装和操作巡视方便便于检修和安装节约投资、降低费用2设计要求满足平安净距的要求施工、运行和检修的要求满足噪音的允许标准控制电晕无线电干扰二、配电装置的分类配电装置按电气安装地点，可分为屋内配电装置和屋外配电装置，按组装的方式，可分为装配式装置和成套装置。屋内配电装置特点是：占地面积小，运行维护和操作条件好，电气设备受污染和气候条件影响小，但需建房屋，投资较大。屋外配电装置的特点是：土建工程量小，投资小，建造工期短、易扩建，但占地面积大，运行维护条件较差，易受污染和气候条件影响。在发电厂和变电所中，一般35kV及以下的配电装置采用屋内配电装置。110kV及以上多采用屋外配电装置。1.屋内配电装置的类型屋内配电装置的结构形式有单层式和双层式，一般6kV、10kV屋内配电装置为单层式，35kV多采用双层式。 为了表示整个配电装置的结构以及其中设备的布置和安装情况