35kv变电所设计.doc

1、21目 录目录 I1.1 符合分析41.2负荷计算4 1.2.1 负荷计算方法的选择4 1.2.2 负荷计算过程5 1.3 无功功率补偿71.3.1 功率因数的计算7第2章 主变容量及选择82.1 变压器台数的选择82.2 变压器的选择计算8第3章 主接线的设计93.1 电气主接线的设计原则93.2 变电所电气主接线的形式93.3 本变电所主接线的设计方案9第4章 短路电流的计算114.1 短路的原因114.2 短路的种类11 4.3短路电流的计算11 4.3.1 短路回路中各元件阻抗的计算11 4.3.2 等效短路电流计算12 4.4 短路电流的计算13第5章 电气设备的选择及检验145.1

2、 电气设备的概况145.2 选择电气设备原则145.3 电气设备的选择及检验145.3.1 35KV母线的选择145.3.2 10KV母线的选择155.3.3 断路器的选择155.3.4 隔离开关的选择16第6章 继电保护 176.1 继电保护的基本原理176.2 对继电保护的基本要求176.3 继电保护的配置186.3.1 输电线路的保护18 6.3.1 主变压器的保护及配置18第7章 防雷及接地的设计197.1 防雷保护剂设计197.1.1 直击雷的保护措施197.1.2 雷电侵入波的防护措施207.2 接地保护及设计20参考文献20一 负荷统计1.1 负荷分析负荷分析：根据负荷的用电程度

3、不同将电力负荷分为三级：一级负荷、二级负荷、三级负荷。一级负荷：中断供电将造成人身的伤亡，在政治上造成重大的经济损失如：重大的交通枢纽、通讯枢纽，经常于国际活动的大量人员集中的公共场所还使用设备损坏，产品报废重要负荷中断将发生爆炸，火灾和中毒等给人民的生活带来影响。二级负荷：中断供电在政治上经济上造成较大损失使连续的生产过程被打乱，需要长时间才能够恢复，使企业减产影响重要单位的正常工作使公共场所秩序混乱。三级负荷：中断供电后无重大的影响。1.对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。2.对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去

4、后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。 3.对于三级负荷，一般只需一个电源供电。1.2 负荷计算1.2.1负荷计算方法的选择目前，负荷计算常用需用系数法（公约法）、利用系数法和二项式法。二项式系数法的应用局限性较大，主要适用于设备台数较少而容量差别悬殊较大的场合。利用系数法以平均负荷作为计算的依据，其理论基础是概率论和数理统计，因而计算结果更接近实际情况，但因这种方法目前积累的实用数据不多，且计算比较繁琐，因此在工程设计中未得到普遍的应用。需用系数法是用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。需用系数法的特点是计算简单方便，

5、对于任何性质的企业负荷均适用，且计算结果基本上符合实际，尤其对各用电设备容量相差较小且用电设备数量较多的用电设备组，因此，这种方法是世界各国普遍采用的确定计算负荷的基本方法。本设计采用公约法进行负荷计算。1.2.2 负荷计算过程1、用电设备分组，并确定各组用电设备的总额定容量。2、用电设备组计算负荷的确定。用电设备组是由工艺性质相同需要系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。在一个车间中可根据具体情况将用电设备分为若干组，在分别计算各用电设备组的计算负荷。其计算公式为: （2-1） （2-2） （2-3） （2-4）、该用电设备组的有功（KW）、无功(Kvar)、视在功率计算负荷（KVA）；该

6、用电设备组的设备总额定容量；功率因数角的正切值；额定电压；该用电设备组的计算负荷电流；需要系数，根据资料查得。3、多组用电设备组的计算负荷在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数K。具体计算如下： （ i1、2、3，m ） （2-5） （2-6） （2-7） （2-8）式中P、Q、S为配电干线式变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷；同时系数,一般取0.85-0.95；该干线变电站低压母线上的计算负荷电流;该干线或低压母线上的额定电压;m该配电干线或变电站低

7、压母线上所接用电设备组总数；用电设备组的需要系数、功率因数角正切值、总设备容量；u 现只考虑一组用电设备例八号公寓： =0.9*1500=1350kw (K d一般取值0.85-0.9) =1350*0.75=1012kvar =1350/0.8=1687.5同理计算得到其他计算结果.经统计及计算得表1.1负荷名称额 定容 量（kW）额定电压（kV）负 荷特 性tan供电线路长度(m)P(kW)Q(kVar)S(kvA)负荷等级8号公寓1500100.80.751000m135010121687.51工程楼1200100.850.621000m1020632.412003海都餐厅500100.

8、80.751000m425318.853.1251主楼2000100.850.621500m1700105420003文经楼1200100.90.48500m1020489.61133.32所用电200100.80.75100m170127.5212.52 表1.1 负荷统计表1.3无功功率补偿1.3.1无功补偿原因 在工业企业供电系统中，由于绝大多数用电设备均属于感性负荷，这些用电设备不仅需要从电力系统吸收有功功率，还要吸收无功功率以产生正常工作所必须的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，将带来一下许多不良的后果：1) 引起线路的总电流增大，使供电网络中的功率损耗和电能损

9、耗增大。2) 使供电网络的电压损耗增大，影响负荷端的电压质量3) 使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。4) 使发电机的输出能力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。综上所述，无功功率对电源及工业企业内部供配电系统都有不良影响。从节约电能、改善变配电设备的利用情况和提高电能质量等方面考虑若功率因数偏低，在保证供用电设备的有功功率不便的前提下，电流将增大。这样电能损耗和导线截面增加，提高了电网初期投资的运行费用。电流增大同样会引起电压损失的增大。为了减少电能转化的损耗，降低投资，一般采用电力电容器进行补偿。优点是操作方便、可靠、运行经济，投资少以及有功损耗少。1.3.1 功率因数的

10、计算在供电设计中考虑无功功率补偿时，应按最大负荷时的功率因数来计算，最大负荷时的功率因数是指在负荷计算中按有功计算负荷和视在计算负荷计算而得的功率因数，即 =/根据本变电所负荷统计结果可知：根据变压器损耗公式：P=0.02P10kv Q=0.1Q10kv则有:P=163.88(KW) Q=460(KVar)35KV侧的计算负荷=8194+163.88=8357.88(KW)，其自然功率因数为=/=0.855。现利用电容器补偿，假设补偿后的功率因数为0.9，根据安装电容器容量公式：变电所计算负荷；自然功率因数的正切值；补偿后的正切值。因此电容器补偿的无功功率为：=8357.88(tanarcco

11、s0.855tanarccos0.9=1022(KVar)则全所总无功计算负荷为：=50601022=4038（KVar）二 主变容量及选择2.1变压器台数的选择变电所主变压器台数的选择应根据负荷大小、负荷对供电可靠性的要求、经济性及用电发展规划等因素综合考虑确定。变压器台数越多，供电可靠性越高，但设备投资大，运行费用高。因此，在满足供电可靠性的前提下，变压器台数越少越好。为了保证供电可靠性，一般应装两台主变压器。若只有一条电源进线，或变电所可由低压侧电网取得备用电源时，可装一台主变压器。本变电所采用两台主变，平时只用一台，一台备用。2.2 变压器的选择计算考虑变压器损耗后全变电所计算负荷，即

12、35KV母线处计算负荷：=8194+163.88=8357.88(KW)=4600+460=5060(Kvar)=9770.25(KVA)则母线视在负荷=9770.25(KVA)因为变电所要求预留部分主变容量，所以每台主变压器的容量应选10000 KVA 。故经过以上的验证，选用两台35/10kv，额定容量为10000KVA的SF710000/35变器。 表2-2 SF7-10000/35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kW1000035107.50.813.653三 主接线的设计3.1 电气主接线的设计原则和要求3.1.1电气主接

13、线的设计原则包括：(1)考虑变电所在电力系统的地位和作用(2)考虑近期和远期的发展规模(3)考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响(4)考虑主变台数对主接线的影响(5)考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响3.1.2电气主接线设计的基本要求：(1)可靠实用；(2)运行灵活；(3)简单经济；(4)操作方便；(5)便于发展。3.2 变电所电气主接线的形式变电所电气主接线基本形式有四种，分别为线路-变压器组接线、桥式接线、单母线分段式接线、双母线接线。3.3 本变电所主接线设计方案方案一：单母线不分段接线如图3.3.1所上图为单母线不分段接线，它的主要特点是电源和引出线都接在一组母线上

14、，为便于每回路的投入和切除，在每条引线上均装有断路器和隔离开关。它的优点是接线简单，使用设备少，操作方便，投资少，便于扩建。缺点是当母线及母线隔离开关故障或检修时，必须断开全部电源，造成整个配电装置停电；当检修一回路时，该回路要停电。因此它的可靠性和灵活性均较差，一般只适用于三级负荷或者备用电源的二级负荷。方案二：单母线分段接线如图3.3.2所示。 当出线回路数较多且有两路电源进线时，可采用断路器或隔离开关将母线分段，成为单母线分段接线。分段后可进行分段检修，对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，如本变电所有一类负荷采用双回路供电。由两个电源供电。单母线分段接线既保留了单母线接线简单、经济、

15、方便等优点，又在一定程度上提高了供电的可靠性，因此这种接线得到广泛应用。方案项目 方案1 单母线不分段接线方案2 单母分段接线可靠性 较差 较高灵活性 较差 较高经济性 投资少 投资少综合考虑：方案一较方案二灵活性、可靠性较差，本变电所选择方案二电气主接线。 四 短路电流的计算 4.1 短路的原因主要原因是电气设备载流部分绝缘所致。其他如操作人员带负荷拉闸或者检修后未拆除地线就送电等误操作；鸟兽在裸露的载流部分上跨越以及风雪等现象也能引起短路。4.2 短路的种类三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相短路（单相接地短路）和两相接地短路。4.3 短路电流计算4.3.1 短路回路中各元

16、件阻抗的计算表4-1电气设备阻抗计算公式序号元件名称标幺值有名值（）短路功率（MVA）1发电机（或电动机）=2变压器RT=XT=3电抗器4线路(1)4.3.2等效短路电流计算选取选基准容量取=100MVA 系统电抗为X*s计算点，选取=37kV 则kA计算点及其其它短路点时，选取=10kv则Id2=5.77kA主变压器电抗= =0.075100/10 =0.7535KV架空线路电抗=350.4100/372=1.023八号公寓线路电抗X*3=10.4100/102 =4工程楼线路电抗 X*4=10.8100/102 =8海都餐厅线路电抗X*5=10.4100/102 =4主楼线路电抗X*6=1

17、.50.08100/102 =0.12文经楼线路电抗X*7=0.50.4100/102 =0.2所用电线路电抗X*8=0.10.4100/102 =0.044.4 短路电流的计算一般选取各线路始、末端为短路计算点，线路时段的最大三相短路电流常用来校验电气设备的动、热稳定性，并作为上一级继电保护的整定参数之一，线路末端的最小两相短路电流常用来校验相关继电保护的灵敏度。在接下来的计算中可选35KV母线、10KV母线和各10KV母线末端为短路计算点. 4.4.1由短路电流的简化计算公式 简化公式： 6KV，9.2除电抗；10KV，5.5除电抗; 35KV，1.6除电抗; 110KV，0.5除电抗。0

18、.4KV，150除电抗。所以 K3点的短路电流：Id3=5.5/0.23+0.117+4=1.265 kA K4点的短路电流：Id4=5.5/0.23+0.117+8=0.659 KA K5点的短路电流：Id5=5.5/0.23+0.117+4=1.265 KA K6点的短路电流：Id6=5.5/0.23+0.117+0.12= 11.78 KA K7点的短路电流：Id7=5.5/0.23+0.117+0.2= 10.05 KA K8点的短路电流：Id8=5.5/0.23+0.117+0.04= 14.21 KA五 电气设备的选择及检验 5.1 电气设备概述电力系统按其作用不同可分为一次系统和

19、二次系统。其中担负电能输送和分配任务的系统，称为一次系统，一次系统中的所有电气设备，称为一次设备；对一次系统进行监视、控制、测量和保护的系统，称为二次系统，二次系统中的所有电气设备，称为二次设备。5.2选择电气设备应遵守以下几项共同原则：按正常工作条件选择额定电压和额定电流（1）电气设备的额定电压应符合电器装设点的电网额定电压，并且大于或等于正常时最大工作电压，即：。电气设备的额定电流应大于或等于正常时最大的工作电流，即：(2)按短路情况来校正电气设备的动稳定和热稳定。动稳定应满足下式：，式中，制造厂规定的电气设备额定动稳定电流的峰值和有效值（KA），按三相短路计算所得的短路冲击电流峰值及其有

20、效值（KA）热稳定性应满足下式：I2t，式中制造厂规定的电气设备在时间t秒内的热稳定电流；t短路稳态电流假相时间5.3 电气设备的选择及检验5.3.1 35kv母线的选择选取LGJ-150型钢芯铝绞线，因本变电所总负荷电流：=1.05/=1.0510000/35=173A，而LGJ-150型钢芯铝绞线载流量约为500A。所以可选择LGJ-150型钢芯铝绞线。5.3.2 10kv母线的选择已知10KV侧最大长时负荷电流(k为分配系数取0.8)=1.05/=1.0510000/10=606.2A=k=0.8606.2A=484.99A查得铝母线LMY1008平放在40，其最大允许载流量为1210A

21、, 所选型号满足要求。5.3.3 断路器的选择35kv侧初步选用高压断路器为户内式真空断路器，型号为ZN12-35型，额定电压为35KV，额定电流为1250KA。其技术参数如下表。表5-1断路器ZN12-35技术参数型号额定电压额定电流额定开断电流动稳定电流额定关合电流4S热稳定电流ZN12-3535KV1250A25KA63KA63KA25KA校验:(1) ZN12-35断路器额定电压为35kV,符合条件。(2) ZN12-35断路器额定电流为1250A,35KV侧变压器回路中最大长时负荷电流为=1.05/=1.0510000/35=173A即，因此符合技术条件。（3）断路器开断电流25kA

22、，4.50kA， 符合技术条件。（4）63kA，11.46kA满足动稳定校验。10kv侧初步选用断路器的型号为ZN12-10/1250。参数如下表5-2。表5-2断路器ZN12-10/1250技术参数型号额定电压额定电流额定开断电流动稳定电流额定关合电流4S热稳定电流ZN12-10/125010KV1250A20KA50KA50KA20KA(1)ZN12-10/1250断路器额定电压为10kV,符合条件。(2)ZN12-10/1250断路器额定电流为1250A,10KV侧变压器回路中最大长时负荷电流为=1.05/=10000/10=606.2A即Imax2，因此符合技术条件。（3）断路器开断电

23、流20kA，8.35kA，符合技术条件。（4）63kA，21.30kA 满足动稳定校验。(5) 热稳定电流=8.35=1.6(KA)=1.56KA符合要求。10KV侧选用GN6-10/600型隔离开关其技术参数如下表5-4。表5-4 GN6-10/600型隔离开关技术参数型号额定电压额定电流极限通过电流峰值5s热稳定电流GN6-10/60010KV600A50A20KA经过动热稳定校验符合要求。六 继电保护所谓继电保护装置，是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：1、 自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使其

24、损坏程度尽可能减少并最大限度地保护非故障部分迅速恢复正常运行。2、 能对电气元件的不正常运行状态做出反应，并根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出警报信号、减负荷或延时跳闸。 6.1继电保护的基本原理电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低、电流与电压之间的相位角改变、线路始端测量阻抗减小以及出现负序分量和零序分量等现象。因此，利用故障时这些电气量的变化特征，可以构成各种不同原理的继电保护装置。以上各种原理的保护，可以由一个或若干个继电器连接在一起组成继电保护装置来实现。继电保护装置一般由测量部分、逻辑部分和执行部分组成，框图如图6.1所示。图6.1 继电保护装置组成框图6.2对继

25、电保护的基本要求对作用于断路器跳闸的继电保护装置，在技术性能上必须满足一下四个基本要求。1. 选择性 选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，最大限度地保护系统中的非故障部分继续运行。2. 速动性 速动性是指继电保护装置应以尽可能快的速度将故障元件从电网中切除。3. 灵敏性 灵敏性是指保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反应能力。4. 可靠性 可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作；而在其他任何情况下发生了该保护装置不应该动作的故障时，则不应该错误动作。6.3 继电保护的配置6.3.1 输电线路的保护待设计变

26、电站35KV和10KV侧的线路相间短路保护应配置三段式电流保护；单相接地保护应配置绝缘监视信号装置。输电线路保护配置结果表：35KV进线10KV出线相间短路保护三段式电流保护三段式电流保护单相接地保护绝缘监视信号装置绝缘监视信号装置6.3.2 主变压器的保护及配置待设计变电站主变压器的保护配置如下：主保护：瓦斯保护和纵联差动保护相间后备保护：过电流保护和复合电压启动的过流保护接地短路保护：零序电流保护其他保护：过负荷保护所用变的保护配置与主变压器基本相同。由于所用变的容量较小，其住保护为瓦斯保护和电流速断保护。变压器的保护配置结果表：主变所用变主保护瓦斯、纵联差动瓦斯、电流速断保护相间后备保护

27、复合电压启动过电流复合电压过电流接地后备保护零序过电流、电压零序过电流、电压其他保护过负荷、过励磁保护过负荷保护七 防雷及接地的设计7.1 防雷保护及设计由于电力系统的导线或电气设备受到直接雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压所形成的雷电流及其冲击波可高达几十万安和上亿伏。因此，对电力系统的破坏性极大，必须加以防护。 7.1.1 直击雷的防护措施雷电直接击中电气设备、线路、建筑物等物体时，其过电压引起的强大雷电流通过这些物体放电入地，从而产生破坏性很大的热效应和机械效应。为了避免直击雷的危害应装设避雷针，本设计采用两支等高避雷针，两支等高避雷针联合的保护范围要比两针各自保护范围的叠加还要大

28、。两针联合保护范围如图7.1所示。两针外侧的保护范围按单针的方法确定。两针之间的保护范围由通过1、0、2三点的圆弧画出，O点的高度h0按下式计算： (7-1)式中 D两针之间的距离 m； P高度影响系数。水平面上保护范围的截面在OO截面上高度为的水平保护宽度为2, 由下式计算 1.5hPDrxh/2OOh0D/7PrxhhxhaHa图7.1两等高避雷针的保护范围当0时，两针联合保护范围比两单针保护范围叠加还有所扩大。由此可见，要使两针能有效构成联合保护，两针间的距离太大是不行的。即使被保护高度为0，两针的距离必须小于7hP，而当被保护物高度为时，两针间的距离必须小于7(h-)P。7.1.2 雷

29、电侵入波的防护措施变电所中限制雷电入侵波过电压的主要措施是装设避雷器。（1）在变电所进出线端分别装设一组避雷器；（2）在10母线上装设一组避雷器；（3）在主变上分别装设一组避雷器；（4）该变电所进线为35双回架空线路，在距离变电所1.5范围内架设避雷线，提高线路耐雷水平，防止由雷击线路引起的过电压波入侵变电所。避雷器和避雷线的型号及安装点如下表6-2所示：种类避雷器避雷线型号FZ-35FZ-10FCZ-35LGJ-30安装点35进线端10母线主变压器35线路7.2 接地保护及设计（1）接地体的设计避雷针的接地体采用长3 规格为 的角钢制成独立垂直接地体。土壤电阻率取200，则接地电阻：从安全的

30、角度考虑，接地体电阻应小于10，故采用多根垂直接地体并联来降低接地电阻，则需要的角钢根数为：避雷针的独立接地体为9根角钢并联制成的垂直接地体。（2）接地网的设计变电所内需要有良好的接地装置以满足工作接地、保护接地和防雷接地的要求，一般做法是根据保护接地和工作接地要求敷设一个统一的接地网，然后再在避雷器与地网的连接点增加接地体以满足防雷接地的要求。接地网通常用的扁钢或直径为20的圆钢水平敷设，埋入地下。深度不宜小于0.6。在水平距离与避雷针相距5的地方敷设地网。敷设地网的面积：接地网的总体接地电阻：变电所接地网的工频接地电阻一般在0.5-5之间。在该范围内，符合要求。参考文献1.张保会.电力系统继电保护M.北京:中国电力出版社,2005.99-2452.熊信银.发电厂电气部分M.北京:中国电力出版社,2004.102-223.3.许建安.电力系统微机继电保护M.北京：中国水利水电出版社，2007.74.工厂常用电气设备手册 上、下册.中国水利水电出版社，2006.75.赵林楠.变电站自动化系统简述J.电站系统工程，2008，24（4）：69-70.6.沈培坤 刘顺喜 防雷与接地装置 .化学工业出版社，2005.12