35kv变电站设计毕业论文
设计资料
某××厂总降压变电所及配电系统设计
一、基础资料
1、全厂用电设备情况
〈1〉负荷大小
用电设备总安装容量：6630kW
计算负荷（10kV侧）有功：4522 kW
无功：1405kVar
各车间负荷统计见表8—1
〈2〉负荷类型
本厂绝大部分用电设备均属长期连续负荷，要求不间断供电。停电时间超过两分钟将造成产品报废；停电时间超过半小时，主要设备池，炉将会损坏；全厂停电将造成严重经济损失，故主要车间及辅助设施均为I类负荷。
〈3〉本厂为三班工作制，全年工作时数8760小时，最大负荷利用小时数5600小时。
〈4〉全厂负荷分布，见厂区平面布置图。（图8—1）
表8—1 全厂各车间负荷统计表
序号车间名称
负荷
类型
计算负荷
Pjs(kW) Qjs(kVar) Sjs(kV A)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
空气压缩车间 熔制成型（模具）车间 熔制成型（熔制）车间 后加工（磨抛）车间 后加工（封接）车间
配料车间 锅炉房
厂区其它负荷（一） 厂区其它负荷（二）
共计 同时系数 全厂计算负荷
I I I I I I I II-III II-III
780 560 590 650 560 360 420 400 440 4760 0. 95 4522
180 150 170 220 150 100 110 168 200 1448 0. 97 1405 800 580 614 686 580 374 434 434 483 4985 4735.24
2、电源情况 〈1〉 工作电源
本厂拟由距其5公里处的A 变电站接一回架空线路供电，A 变电站110kV 母线短路容量为1918MV A ，基准容量为1000 MV A ，A 变电站安装两台SFSLZ 1—31500kV A ／110kV 三圈变压器，其短路电压u 高—中=10.5%，u 高—低17，u 低—中=6%。详见电力系统与本厂联接图（图8—2）。
图8—1 厂区平面布置示意图 8—2 电力系统与本厂联接示意图
供电电压等级，由用户选用35kV 或10kV 的一种电压供电。 最大运行方式：按A 变电站两台变压器并列运行考虑。 最小运行方式：按A 变电站两台变压器分列运行考虑。 〈2〉 备用电源
拟由B 变电站接一回架空线作为备用电源。系统要求，只有在工作电源停电时，才允许备用电源供电。 〈3〉 功率因数
供电部门对本厂功率因数要求值为：
当以35kV供电时，cosφ=0.9
当以10kV供电时，cosφ=0.95
〈4〉电价
供电局实行两部电价。
基本电价：按变压器安装容量每1千伏安每月4元计费。
电度电价：35kV β=0.05元／kWh
10kV β=0.06元／kWh
〈5〉线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按每千瓦1000元。
第一部分：高压供电系统设计
第一节供电方案的论证及确定
该所电源进线可分为35KV和10KV两路，按照要求正常情况下一路运行，一路备用；配电母线为10KV，负荷出线有9回，且主要用电设备均要求不间断供电，停电时间超过两分钟就会造成产品报废，对供电可靠性要求较高，因此考虑配电母线采用单母线分段接线，为了提高供电可靠性，10KV拟采用成套开关柜单层布置。而对于电源进线，则可取两路35KV，两路10KV或一路35KV、一路10KV 三种不同的供电方案。
一、方案一：工作电源与备用电源均采用35KV电压供电。
在这个方案中，总降压变电所内装设两台主变压器。工厂总降压变电所的高压侧接线方式可采用单母线分段接线、内桥和外桥接线三种方式。
单母线分段接线
（a）内桥接线（b)外桥接线
单母线分段接线可靠性和灵活性高，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保护正常段母线不间断供电，不致使总要用户停电；而两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。
当只有两台变压器和两条线路时，宜采用桥形接线。内桥接线在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作，并且操作简单；而在变
压器故障或切除、投入时，要使相应线路短时停电且操作复杂。因而该接线一般适用于线路较长的情况。
外桥接线在运行中的特点与内桥接线相反，适用于线路较短和变压器需要经常切换的情况。当系统中有穿越功率通过主接线为桥形接线的发电厂或变电站高压侧，或者桥形接线的2条线路接入环形电网时，通常宜采用外桥接线。
二、方案二：工作电源与备用电源均10KV电源供电，两路电源进线均采用断路器分别接在10KVⅠ、Ⅱ段母线上。
三、方案三：工作电源采用35KV电源供电，备用电源采用10KV电源供电。
35KV线路经架空线引入总降压变电所，装设一台主变压器，高低压侧各装设一台断路器，接在100KVⅠ段母线上，10KV备用电源经一台断路器接在10KVⅡ段母线上。
第二节供电系统方案的论证
工厂供电设计不仅要满足生产工艺提出的各项具体要求，保证安全可靠供电，而且应力求经济合理，投资少，运行维护费用低。对此，需要对上述三个方案进行技术和经济比较，选择一个经济合理的最佳方案。
技术经济比较一般包括技术指标、经济计算和有色金属消耗量三个方面。
一、方案的优缺点分析
1、方案一：工作电源与备用电源均采用35KV电压供电。
优点：供电电压高，线路功率损耗少，电压损失小，调压易解决，要求的功率因数值低，所需补偿容量小，可减少投资，供电安全可靠性高。
缺点：工厂内要设总降压变电所，占用的土地面积大，总降压变电所要装设两台主变压器，投资及运行维护费用高。
2、方案二：工作电源与备用电源均10KV电源供电。
优点：工厂内不设主变压器，可以简化接线，降低了投资及运行维护费用。工厂内不设总降压变电所，可以减少占地面积，减少管理人员及维护工程量。
缺点；供电电压低，线路的功率损耗大，电压损失也大，要求的功率因数值高，需增加补偿装置及相关投资，工厂内设总配电所，供电的安全可靠性不如35KV电源。
3、方案三：工作电源采用35KV电源供电，备用电源采用10KV电源供电。
本方案的技术经济指标介于方案一和方案二之间，但是由于原始资料要求两路电源正常时用35KV电源供电，35KV电源停运时采用10KV备用电源供电，10KV备用电源供电时间较少，因此该方案既能满足供电可靠性的要求，而投资也相对较少。
二、技术指标计算
1、方案一工作电源与备用电源均采用35kv电压供电
根据全场计算复核4735.24KV A，考虑原始资料要求两路电源正常时只用一路供电，工作电源停运时才用备用电源供电，本方案选用
5000KV A 的变压器两台，型号为S11-5000/35，电压为35/10KV ，查表得到变压器的主要技术数据如下：空载短路损耗：KW P 32.40=Δ，负载短路损耗48.0%,7%38.310k ===I U KW P K 空载电流，阻抗电压Δ。 变压器的有功功率损耗
2b )/(1
n be js k S S P n
Po P ΔΔΔ+=
已知：n=2，n 为变压器台数，S js =4735.24KV A ，S be =5000KV A 。 所以，.23)500024.4735(38.312
132.422b KW P =÷??+?=Δ 变压器的无功功率损耗
KVA
S S S U n Q be js be k 205500024.4735500010072
1500010048.02)/()100/%(1
%/100)S I n 2
2be 0b =÷??÷?+?÷?=+
=）
（）（）（（Δ 35KV 线路的功率
KVA Q P S Q Q KW P P P 482216104545'''1610KW 2051405Q ',4545234522'222js 2js js b js js b js js =+=+==+=+==+=+=，ΔΔ
35KV 线路的功率因数：
，合格。
＞φφ9.094.0cos 94.04822/4545'/js'cos ====Sjs P
导线在运行中，因其中有电流流过，将使导线温度升高，温度升高将会降低导线的机械强度，加大导线接头处的接触电阻，增大导线的弧垂。为保证导线在运行中不致过热，要求导线的最大负荷电流必须小于导线的允许载流量，即I js '＜I yx 。
按照国家电线产品技术标准规定，经过查表，35KV 线路选用
LGJ-35钢芯铝绞线架设，几何均距确定为2.5m 。查表得：r 0=0.85Ω/km,x0=0.417Ω/km 。
电压损失：
电压损失合格。
＜Δ）（Δ,75.1%53565.035/)51672417.05455685.0()5(/js'0js'0r KV U KV
km L Ue L Q x L P U =?=??+??==??+??=
2、方案二 工作电源与备用电源均10KV 电源供电。
根据全厂计算负荷S js =4735.24KV A ，可以计算出10KV 线路的负荷电流。
，合格
φ功率因数：95.024.4735/4522/cos 273)103/(24.47353/js js js js ====?==S P A
U S I e
根据导体的发热条件，10KV 线路选用LGJ-70钢芯铝绞线架设，几何均距确定为1.5米。查表得：r 0=0.46Ω/km ，x 0=0.365Ω/km 。
电压损失：
电压损失不合格。
＞Δ）（Δ,5.0%103.110/)51405365.05452246.0()5(/js x0js 0r KV U kv
km L Ue L Q L P U =?=??+??==??+??=5
电压损失过大，为了降低电压损失，10kv 线路考虑选用LGJ-120钢芯铝绞线架设，几何均距确定为 1.5m 。查表得：r 0=0.27Ω/km ，x 0=0.335Ω/km 。
电压损失：
电压损耗仍然偏高。
＞Δ）（Δ,5.0%1085.010/)51405335.05452227.0()5(/x r js 0js 0KV U kv
km L Ue L Q L P U =?=??+??==??+??=5
3、方案三 工作电源采用35kv 电源供电，备用电源采用10kv 电源供电。
1）35kv 电源供电时：
根据全厂计算负荷为4735.24KV A ，厂内总降压变电所设一台容量为5000KV A 的主变压器，型号为S11-5000/35，查表得到变压器的主要技术数据如下：
空载损耗ΔP 0=4.32KW ，短路损耗ΔP k =31.38KW ，阻抗电压U k %=7，空载电流I 0%=0.48。
变压器的有功功率损耗
2be js k 0b /n
1n ）（ΔΔΔS S P P P += 已知：n=1，n 为变压器台数，S js =4735.24KV A ，S be =5000KV A 。
所以，。）（ΔKW P 325000/24.473538.31132.412
b =??+?=
变压器的无功功率损耗
KVA
S S S U n
Q be js be k 338500024.4735500010071500010048.01)/()100/%(1
%/100)S I n 2
2be 0b =÷??÷?+?÷?=+=）（）（）（（Δ
35KV 线路的功率
KVA Q P S Q Q KW P P P 487617434554'''1743KW 3831405Q ',4554324522'222js 2js js b js js b js js =+=+==+=+==+=+=，ΔΔ
35KV 线路的功率因数：
，合格。
＞φφ9.093.0cos 93.04876/4554'/js'cos ====Sjs P
导线在运行中，因其中有电流流过，将使导线温度升高，温度升
高将会降低导线的机械强度，加大导线接头处的接触电阻，增大导线的弧垂。为保证导线在运行中不致过热，要求导线的最大负荷电流必须小于导线的允许载流量，即I js '＜I yx 。
按照国家电线产品技术标准规定，经过查表，35KV 线路选用LGJ-35钢芯铝绞线架设，几何均距确定为2.5m 。查表得：r 0=0.85Ω/km ，x 0=0.417Ω/km 。
电压损失：
电压损失合格。
＜Δ）（Δ,75.1%3566.066.035/)51774417.05456985.0()5(/x r js 0js 0KV KV U kv
km L Ue L Q L P U =?==??+??==??+??=5
2）10kv 备用线路供电时：
计算负荷仅考虑一级负荷之用，根据设计任务书要P js =3724KW ，Q js =1047.6KV A ，
,5.38656.10472724222
js 2
js js KVA Q P S =+=+=
由此可计算出10kv 备用线路的负荷电流I js 。
A U S I 35.223103/5.38683/e js js =?==）（
根据导体的发热条件，10kv 线路考虑选用LGJ-120钢芯铝绞线架设，几何均距确定为1.5m ，L=7km ，查表得：r 0=0.27Ω/km ，x 0=0.335Ω/km 。可以计算出10kv 备用线路的电压损失。
,
5.0%1059.059.010/)7
6.1047335.0737262
7.0()7(/x r js 0js 0KV KV U kv
km L Ue L Q L P U =?==??+??==??+??=5＞Δ）（Δ
电压损耗仍然偏高。但是作为备用电源，因其工作时间较短，基
本能满足要求。
4、方案比较
通过对三个方案的技术指标进行分析计算，得出以下结论：
方案一：供电可靠，运行灵活，线路损失小，但因装设两台主变压器和三台35kv断路器，导致投资增大。
方案二：工作和备用电源均采用10kv线路，无须装设主变压器，投资小，但线路损耗大，电压损失严重，无法满足一级负荷长期正常运行的要求，故不予考虑。
方案三：介于方案一和方案二之间，正常运行时，线路损耗低，电压损失小，能满足一级负荷长期正常工作的要求。35kv线路故障和检修时，10kv备用线路运行期间，电压损失较大，但这种情况出现的几率较小，且运行时间不长。从设备投资来看，方案三比方案一减少一台主变压器和两台35kv断路器，投资大为降低，至于备用线路电压损失问题，可以采用提高线路导线截面的办法来降低电压损失。
综上所述，选定方案一和方案三，由经济估算比较可知，方案三的综合投资及年运行费均低于方案一。从供电的可靠性、灵活性、经济性三方面综合考虑，决定采用方案三，即采用正常运行时35kv单回路供电，备用电源10kv线路供电的方案。
第二部分：电气主接线的设计
一、设计原则：
电气主接线设计的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和
经济性三方面。
1、可靠性
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电的可靠性是电气主接线最基本的要求。电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主接线对某些发电厂和变电站来说是可靠的，而对另外一些发电厂和变电站则不一定能满足可靠性要求。所以，在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。
2、灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面：
1）操作的方便性
2）调度的方便性
3）扩建的方便性
3、经济性
在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。通常涉及应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要总以下几个方面考虑：
1）节省一次投资
2）占地面积少
3）电能损耗少。
二、电气主接线图（见附图1）说明：
1、总降压变电所设一台主变压器，型号为S11-5000/35，以35kv架空线从电网中引入作为工作电源，在变压器的高压侧装设一台型号为ZN5-35/1000的真空断路器，便于变电所的控制和检修。
2、主变压器的低压侧经真空断路器接在10kv Ⅰ段母线上，10kv备用电源从架空线引入经真空断路器接在10kv Ⅱ段母线上，10kv Ⅰ、Ⅱ段母线上装设一台真空断路器，作为母联断路器，三台真空断路器型号均为ZN5-10/630。
3、10kv母线选用LMY型硬铝母线，10kv Ⅰ段母线接各车间的负荷出线共9条，10kv Ⅰ、Ⅱ段母线只接车间一级负荷出线共7条。
4、按照设计要求，10kv备用电源只有在35kv工作电源停运及主变压器故障和检修时才投入使用，因此，在正常运行时，主变压器两侧断路器都合上，10kv母联断路器合上，备用电源断路器起断开。在备用电源断路器上装设备用电源自动投入装置（APD），当工作电源故障时，自动投入备用电源，保证一级负荷车间的正常供电。
第三部分短路电流计算
一、简述短路的原因、种类：
用户供配电系统要求安全、可靠、不间断地供电，以保证生产和生活的需要。但是由于各种原因，系统难免出现故障，其中最严重的故障就是短路。所谓短路，是指供配电系统正常运行之外的相与相或相与地之间的“短接”。
短路发生的原因是多种多样的，主要有：
(1) 电气设备存在隐患，如设备的绝缘材料自然老化、绝缘材料机械
损伤、设备缺陷未被发现和消除、设计安装有误等。
(2) 运行、维护不当，如不遵守操作规程而发生误操作，技术水平低，管理不善等。
(3) 自然灾害，如雷电过电压击穿设备绝缘，特大的洪水、大风、冰雪、地震等引起的线路倒杆、断线，鸟、老鼠及蛇等小动物跨越裸露的导体等。
二、短路计算的目的
为确保电气设备在短路情况下不致损坏，减轻短路危害和防止故障扩大，必须事先对短路电流进行计算。计算短路电流的目的是：
(1) 选择和校验电气设备。
(2) 进行继电保护装置的选型与整定计算。
(3) 分析电力系统的故障及稳定性能，选择限制短路电流的措施。
(4) 确定电力线路对通信线路的影响等。
三、短路计算基本假设；
选择和校验电气设备时，一般只需近似计算在系统最大运行方式下可能通过设备的最大三相短路电流值。设计继电保护和分析电力系统故障时，应计算各种短路情况下的短路电流和各母线接点的电压。要准确计算短路电流是相当复杂的，在工程上多采用近似计算法。这种方法建立在一系列假设的基础上，计算结果稍偏大。基本假设有：
(1) 忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中各元件参数恒定。
(2) 忽略各元件的电阻。高压电网中各种电气元件的电阻一般都
比电抗小得多，各阻抗元件均可用一等值电抗表示。但短路回路的总电阻大于总电抗的1/3时，应计入电气元件的电阻。此外，在计算暂态过程的时间常数时，各元件的电阻不能忽略。
(3) 忽略短路点的过渡电阻。过渡电阻是指相与相或者相与地之间短接所经过的电阻。一般情况下，都以金属性短路对待，只是在某些继电保护的计算中才考虑过渡电阻。
(4) 除不对称故障处出现局部不对称外，实际的电力系统通常都可以看做三相对称的。
四、短路计算的方法;
1)根据主接线，绘制干线图。确定短路点、最大、最小两种运行方式。
2)选区基准值、计算各个单元的电抗标么值。
3)画出等值电抗图、网络简化图。对于无限大容量系统取短路点的等效电抗倒数作为短路电流标么值，然后乘以短路电流标准值求出短路电流实际值；对于有限容量系统根据各支路计算电抗查短路电流运算曲线得出各个支路短路电流标么值，然后乘以短路电流基准值得出各支路电流实际值。
4)根据短路电流计算出短路冲击电流i sh、短路电流的最大有效值I sh、短路电流热效应Q k。
五、短路点的确定
为了选择高压电气设备、整定继电保护，需要计算总降压变电所35kv侧、10kv母线以及厂区高压配电线路末端（即车间变电所高压侧）的短路电流，但是又去工厂厂区不大，总降压变电所到最远的车
间距离不过几百米，因此，10kv母线与10kv配电线路末端的短路电流差别较小，故只计算主变压器高压侧和低压侧两边的短路电流，即短路点确定在主变压器的高低压两侧，如图3-1所示。
图3-1 短路电流计算接线图
六、短路电流计算
1、基本等值电路图
计算各元件的电抗标么值
设基准容量S j=1000MV A，基准电压Uj1=37kv，Uj2=10.5kv，根据已知条件就可以求出元件的电抗标么值：（为书写方便，标么值符号*省略）
1）电源X x
52.01918/1000/d j x ===S S X
2）三卷变压器
X 1=0.5×（U k1-2+U k1-3+U k2-3）/100×（S j /S bn ） =0.5×（10.5+17-6）/100×（1000/31.5) =3.49
X 2=0.5×（U k1-2+U k2-3+U k1-3）/100×（S j /S bn ） =0.5×（10.5+6-17）/100×（1000/31.5) =-0.08(计算式按正值计算） 3）线路：
X 1=x 0L Sj /U j12=(0.4×5×1000)/372=1.46 4）双卷变压器
X b =（u k /100）×（S j /S tn ）=（7/100）×（1000/5）=14 2、最大运行方式下的短路电流I k 1）等值电路图
2）短路电流I k 因为j
j k j k k k
k j
j j 3X 1
*X 1
*3U S I I I I U S I ?=?==
=
∑∑，得到，
765.171446.108.049.32
1
52.021765.346.108.049.321
52.021b
121x k21
21x k1=++++=++++==+++=+++=∑∑）（）（）（）（X X X X X X X X X X X
当K 1点发生短路时：
MVA S I S KA I I KA
I KA I j k 2691000*765
.31
*3.62.451.151.17.102.455.255.2i 2.437
31000
765.31k11k1sh k1sh
k1==
?==?===?===??= 当K 2点发生短路时：
MVA S I S KA I I KA
I KA I j k 561000*765
7.11
*67.41.351.151.19.71.355.255.2i 1.35
.1031000
7657.11k22k2sh k2sh
k2==
?==?===?===??=
3、最小运行方式下的等值电路图 1）等值电路图
MVA S I S j k 511000*55
.191
*k22==
?= 4、短路电流计算结果表 运行方式 短路点 短路电流I k （KA ） 冲击电流i sh （KA ） 短路容量S d （MV A ） 最大运行方
式 K 1 4.2 10.7 269 K 2 3.1 7.9 56 最小运行方
式
K 1 2.81 7.17 180 K 2
2.8 7.1
51
第四部分主要电气设备选择
第一节电气设备选择的一般原则
一、概述
电气设备的选择是电气设计的主要内容之一，尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。
二、电气设备选择的一般条件及原则
1、按正常条件选择电气设备
1）额定电压；
2）额定电流；
3）当地环境条件；
2、按短路条件校验电气设备
1）热稳定校验
I t2t≥Q k
Q------短路电流产生的热效应
I t、t-----电气设备允许通过的热稳定电流和时间
2）动稳定校验
i es≥i sh
I es-------电气设备允许通过的动稳定电流幅值；
I sh-------短路冲击电流幅值
第二节35kv侧电气设备的选择
主要设备包括：高压断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器和避雷器。
举例：一、35kv断路器选择
1、高压断路器的选择及校验原则
高压断路器的选择主要考虑一下方面：
1）断路器种类和型式的选择
一般35kv回路的断路器多选用真空断路器，也可用SF6断路器。2）额定电压、额定电流选择
U n≥U ns、I n≥I max
3）开断电流选择
高压断路器的额定开断电流I nbr，不应小于实际开断瞬间的短路次暂态电流I''，即
I nbr≥I''
4）短路关合电流的选择
为了保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流i nc1不应小于短路电流最大单击值i nc1。
i nc1≥i nc1
5）短路热稳定和动稳定