35KV变电所设计配置方案

220kV云西变电站220kV隔离开关更换工程
广州华立科技职业学院毕业设计（论文）
中文题目：35KV变电所设计配置方案
英文题目：35KV substation design configuration program
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220kV云西变电站220kV隔离开关更换工程
内容摘要
变电所即改变电压的场所。

是介于发电与用电的环节，对于电力系统的稳定性、安全性和效率有着极为重要的作用。

35kV相比于110kV以及220kV来说，35kV属于小型容量的变电所。

这种小型的变电所在诸如北上广深等用电量大、经济发达的一线城市已不再进行建设，但在二、三、四线城市以及农村等依旧仍将长期存在。

本文依据总体情况，就县、乡（镇）以及农村35kV提出合理的设计解决方案以及适用范围。

关键字：小型化35kV变电所设计方案
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220kV云西变电站220kV隔离开关更换工程ABSTRACT
The place where the voltage changes. Is between the power generation and electricity links, for the stability of the power system, safety and efficiency has a very important role. 35kV compared to 110kV and 220kV, 35kV is a small capacity of the substation. This small substation, such as Beijing , Shanghai, Guangzhou and Shenzhen and other large electricity consumption, economically developed first-tier cities are no longer construction, but in the second, third and fourth tier cities and rural areas will still exist for a long time. Based on the general situation, this paper puts forward reasonable design solution and scope of application to county, township (town) and rural 35kV.
Keywords:miniaturization 35kV substation design
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目录
内容摘要............................................................................................................................ABSTRACT (I)
第一章绪论···········································································································- 0 -
一、35kv变电所概述·······················································································- 0 -
二、国内外发展情况························································································- 0 -
(一) 数字化变电所技术···············································································- 0 -
(二) 继电保护的未来发展···········································································- 0 -
(三) 防雷的发展前景···················································································- 0 -第二章设计方案····································································································- 1 -
一、设计目标···································································································- 1 -
二、设计方案···································································································- 1 -
(一) 变电所选址原则和作用········································································- 1 -
1. 变电所的选择原则···········································································- 1 -
2. 电力系统供电要求···········································································- 1 -
3. 电力系统的额定电压·······································································- 2 -
(二) 主接线设计··························································································- 2 -
1. 单母线分段接线方案·······································································- 2 -
2. 单母线接线方案···············································································- 3 -
3. 外桥接线方案··················································································- 4 -
4. 分析比较·························································································- 4 -
(三) 负荷计算·····························································································- 6 -
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(四) 短路电流的计算···················································································- 7 -
(五) 配电装置的平面设计···········································································- 9 -第三章结论·········································································································- 11 -参考文献··················································································································- 12 -
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第一章绪论
一、35kv变电所概述
在如今的生活中，电能是主要能源与动力，其以输送分配简单经济，易于实现生产过程自动化，方便控制、调节和测量等诸多优势称为世界上能量流通及使用的最主要形式，是今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源，应用在现代工业生产及国民经济生活中各个领域。

其可由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用。

故电力系统的设计与优化成为当今科学研究的重要方向。

虽然随着社会发展与科技的不断进步，35kV供电方式的容量对于类似北京，上海，广州，深圳等发达城市已明显不足，但其仍存在并可能长期存在于广大较不发达地区，且其具有用电负荷小，面积广的特点，因此对35kV的变电所的研究具有一定的实际意义。

本文结合电磁场与电机学等理论与实践基础，就35kV变电所设计方案进行探讨。

35kV（35000V）是高电压的场所，是把发电厂发出来的电能输送到较远的地方。

发电厂所发的电在输送到用户，有很长的距离，输送的过程也会产生损耗，损耗随着电流的增大而增加。

为了降低传送损耗，通常是通过变压来升高电压，进而使得电流降低，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。

变电所是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。

变电所在特定的环境中，是将AC—DC—AC转换过程。

由于直流输电能克服交流输电的容抗损耗，更具有节能效应，有些采用高压直流输变电形式，像海底输电电缆以及远距离的输送中应用。

电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好，便于扩建。

但是电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖地域辽阔。

因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。

故障中最常见、危害最大的是各种形式的短路。

为此，需要安装各种形式的保护装置，用分层控制方式实施安全监控系统，对包括正常运行在内的各种运行状态实施监控，以确保电力系统安全正常且更好的运行。

二、国内外发展情况
(一)数字化变电所技术
数字化变电所技术是变电所自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革，对变电所
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自动化系统的各方面将产生深远的影响。

数字化变电所三个主要的特征就是“一次设备智能化，二次设备网络化，符合IEC61850标准”，即数字化变电所内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台。

这使得数字化变电所在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电所有大幅度提升。

(二)继电保护的未来发展
继电保护技术发展趋势向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。

随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，出现了一些引人注目的新趋势。

(三)防雷的发展前景
长期以来，国内外学者在雷电活动规律、雷击线路物理过程方面做了大量的研究工作，建立起较为完善的输电线路防雷理论体系。

雷电流幅值、波形、地闪密度以及线路落雷次数对于分析线路防雷性能极为重要。

上世纪70年代中期发展起来的基于磁场定位和时差定位原理的雷电定位系统，使雷电测量更为准确和及时。

目前，雷电定位系统组成的雷电监测网络已在我国和北美、日本、韩国、欧洲等世界许多国家得到运用，它能帮助电力部门实现故障定位、分类、准确计算地面落雷密度等雷电参数，但雷电数据分散性较大，需要长期统计雷电数据。

但总体上变电所的防雷安全形势不容乐观，主要表现在：一是社会公众防雷安全意识不强,对雷电灾害的危害性认识不够,存在侥幸心理；二是随着社会经济的发展,雷电灾害的危害途径增多,防雷安全理念已发生巨大变化,不仅要有传统的防御直击雷,还要防感应雷的新时代,而许多措施仍然停留在传统的防雷阶段。

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第二章设计方案
一、设计目标
根据发电厂和变电所所在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求，根据规则容量，本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性，保证供需平衡，电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规则与要求等条件确定，应满足可靠性、灵活性和经济型的要求。

二、设计方案
(一)变电所选址原则和作用
1.变电所的选择原则
依据《GB50059－92》标准总则应达到以下标准：
(1)变电所的设计应根据工程的5～10年发展规划进行，做到远、近期结合，以近期
为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能；
(2)变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点
和地区供电条件，结合国情合理地确定设计方案；
(3)变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。

变电所应建在靠近负荷中心位置，这样可以节省线材，降低电能损耗，提高电压质量。

在35kV输电线路时，其最为重要的一个阶段即是初步设计，在初步设计时需要明确设计原则，同时分析比较不同的线路路径方案，从中选择出最佳的方案，确保设计的最优化及预算的最经济化。

2.电力系统供电要求
(1)保证可靠的持续供电：供电的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危及人身和设备
安全，形成十分严重的后果。

停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。

因此，电力系统运行首先要满足可靠，持续供电的要求。

(2)保证良好的电能质量：电能质量包含电压质量，频率质量，和波形质量三个方面，
电压质量和频率质量均以偏移是否超过给定值来衡量，例如给定的允许电压偏移为额定值的，给定的允许频率偏移为等，波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。

所有这些质量指标，都必须采取一切手段来予以保证。

(3)保证系统运行的经济性：电能生产的规模很大，消耗的一次能源在国民经济一次能
源总消耗占的比重约为1/3，而且电能在变换，输送，分配时的损耗绝对值也相当客观。

因此，降低每生产一度电能消耗的能源和降低变换，输送，分配时的损耗，有极其重要的意义。

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3. 电力系统的额定电压
(1) 额定电压是指能使电气设备长期运行的最经济的电压。

在系统中，各部分电压等级
是不同的。

三相交流系统中，三相视在功率S=3UI 。

当输出功率一定时，电压越高，
电流越小，线路，电气等的载流部分所需的截面积就越小，有色金属的投资也越小，
同是由于电流小，传输线路上的功率损耗和电压损失也较小。

另一方面，电压越高，
对绝缘水平的要求则越高，变压器，开关等设备的投资也越大。

综合考虑这些因素，
对应一定的输送功率和输送距离都有一个最为经济合理的输电电压，但从设备制造
角度考虑，为保证产品的标准化和系列化，又不应随意确定输电电压。

(2) 用电设备的额定电压：经线路向用电设备输送电能时，由于用电设备大都是感性负
荷，沿线路的电压分布往往是首段高于末端，，系统标称电压于用电设备的额定电
压取值一致，使线路沿线的实际电压于用电设备要求的额定电压之间的偏差不致太
大。

(3) 变压器额定电压：变压器一次侧接电源，相当于用电设备，二次侧向负荷供电，又
相当于电源，因此变压器一次侧额定电压应等于用电设备额定电压。

由于变压器二
次侧额定电压规定为空载时的电压，额定负载下变压器内部的电压降落约为 ，当
供电线路较长时，为使正常运行时变压器二次测电压较系统标称电压高 ，以便补偿线路电压损失。

变压器二次测额定电压应较用电设备额定电压高 ，只有当变压
器二次测与用电设备间电气距离很近时，其二次侧额定电压才取为用电设备额定电
压的%)1)(cos (max .αϕ
+=∑i t js P K S 倍。

(二) 主接线设计
按照《变电站设计技术规程》的第23条规定：“35kV~60 kV 配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线；当出线为2回以上时，一般采用单母线分段或单母线接线。

出线回路数较多、连接的电源较多、负荷大或污秽环境中的35~60 kV 室外配电装置，可采用双母线接线”。

本变电站35 kV 侧可考虑以下3种方案，并进行经济和技术分析。

1. 单母线分段接线方案
如图1所示。

220kV
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图1 单母线分段接线
优点：用断路器把母线分段后，重要用户可从不同母线分段引出双回线供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电，保证重要用户不停电。

缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建；分段断路器故障造成35 kV 两段母线停电。

适用范围：6～10 kV 配电装置出线回路数为6回及以上时；
35～60 kV 配电装置出线回路数为4～8回及以上时；
110～220 kV 配电装置出线回路数为
3～4回时。

2. 单母线接线方案
如图2所示。

图2 单母线接线
优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。

缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。

单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。

适用范围：6～10 kV配电装置出线回路数不超过5回；
35～60 kV配电装置出线回路数不超过3回；
110～220 kV配电装置出线回路数不超过2回。

3.外桥接线方案
如图3所示。

图3 外桥接线
外桥接线的特点：当变压器发生故障或运行中需要切除时，只断开本回路的断路器即可，不影响其他回路的工作。

当线路故障时，例如引出线1U故障，断路器1DL和3DL都将断开，因而变压器1B也被切除。

为了恢复变压器1B的正常运行，必须在断开隔离开关2G后，再接通断路器1DL和3DL。

外桥接线适用于线路较短和变压器按经济运行需要经常切换的情况。

4.分析比较
分别分析以上单母分段、单母线和外桥三个方案，所需35 kV断路器和隔离开关数量统计如表1所示。

表1 35KV断路器和隔离开关数量表
从经济性来看：由于三种方案所选变压器型号和容量相同，占地面积基本相同，所以只比较设备，单母线分段接线方案所用设备最多，造价最高，故最不经济；外桥接线方案所用设备最少，造价最低，故最经济；单母线接线方案介于其他两个方案中间，较经济。

从可靠性来看：单母线分段接线方案，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电，可以满足一、二、三类用户负荷的要求，可靠性高；单母线接线方案，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电，不能满足一、二类用户负荷的要求。

外桥接线方案当线路发生故障时，需动作与之相连的两台断路器，从而影响一台未发生故障的变压器运行。

因此单母线分段接线方案为最佳选择。

从改变运行方式的灵活性来看：单母线分段接线方案因接线简单，所以投切变压器，倒闸操作最简便。

通过以上比较，可以发现单母线分段接线方案以供电可靠性高为主要优点；单母线接线方案以设备少，较经济，倒闸操作简便为主要优点；外桥接线方案以投资少，经济性好为主要优点。

因本变电站无一类负荷，二类负荷所占比例较少（18.8％），所以考虑综合因素，选择单母线分段接线方案为35 kV侧主接线。

根据设计原则，电厂至35KV线路2回可采用单母线分段的接线形式，如图4所示。

B C B C B C B C
图4 电厂至35KV线路2回
6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。

而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。

本文假定10KV出线回路数为12回，采用单母线分段，如图5所示。

A B C A B C A B C A B C A B C
A B C A B
C
B C
图5 出线回路
(三) 负荷计算
表2 负荷原始资料
1. 综合最大计算负荷：
%)1)(cos (max
.αϕ
+=∑
i t js P K S K t ：同时系数，对于出线回数较少的情况，可取0.9~0.95,出线回数较多时，取0.85~0.9;在本设计中，10KV 中取0.95，6KV 中取0.85
α%：线损，取5%
2. 对于35KV 段负荷的计算：
.max
35()(1%)cos i t P S K αϕ
=+∑
MVA
=0.95×（3.1+3.39+4.6116+3.624+1.649+1.4625）/0.9×（1+5%）
=19.77 MVA
3. 对于10KV 段负荷的计算
.max
6()(1%)cos i t P S K αϕ
=+∑
=0.85[3.1/0.78+（3.39+1.649）/0.75+4.6116/0.72+(3.624+1.4625)/0.8]×（1+5%） =20.93 MVA
综上：总的计算负荷：∑=
js js s s =19.77+20.93=40.70 MVA
(四) 短路电流的计算
供配电系统中的短路，是指相导体之间或相导体与地之间不通过负载阻抗而发生的电气连接。

短路是电力系统中常发生的故障，短路电流直接影响电器的安全，危害电力系统的安全运行，假如短路电流较大，为了使电器能承受短路电流的冲击，往往需要选择重型电器。

这不仅会增加投资，甚至会因开断电流不满足而选择不到合适的高压电器，为了能合理选择轻型电器，在主接线设计时，应考虑限制的措施I d ，即而需要计算I d 。

1. 各回路电抗的计算
计算各回路电抗：（取基准功率S d =100 MVA ，U d =U ar ）。

根据前面所选变压器各参数得：
122
100
0.4250.075115d ar S X X
U ==⨯⨯= X 1=0.1
X 2=0 (纯电缆线路)
=⨯=100
1
33N d K S S U X 7.4/10=0.74 =⨯=
100
1
%%44N d K K S S U U X 7.29/10=0.729
2. 计算各短路点的短路电流
在配电系统中，当发生三相短路时，后果最严重。

因而以此验算电器设备的能力。

(1) K 1点短路时，对于35KV 系统电源（无穷大容量）：
图6 K 点短路时网络简化
KA I X I d K 8.155
.363100
1.0111)3(=⨯⨯==
KA I i sh 29.408.1555.255.2''=⨯== KA I I sh 02.248.1552.152.1''=⨯==
(2) K 2点短路时：
KA I X X X I d K 5.65
.103100
74.001.011321)
3(2
=⨯⨯++=++=
KA I i sh 575.165.655.255.2''2=⨯== KA I I sh 88.95.652.152.1''2=⨯==
K 3点短路时：
KA I X X X I d K 63.65
.103100
729.001.011421)
3(3
=⨯⨯++=++=
KA I i sh 91.1663.655.255.2''3=⨯== KA I I sh 78.1263.652.152.1''3=⨯==
(五) 配电装置的平面设计
结合变电所的实际情况，35kV 采用户内开关柜单列布置，采用电缆进线，架空出线。

10kV 采用室内开关柜单列布置，采用电缆出线，主变位于35kV 配电室及10kV
配电室之
间，主变前留有四米宽运输通道。

35kV配电室东侧建有综合保护室.10KV配电室东侧为电容器室,电容器采用户内布置。

第三章结论
时光在悄悄的流逝，不知不觉中到了大学生活尾声。

回顾得得失失的大学生涯，在老师和同学们的关心帮助下，我完全融入到了大学校园这个大家庭。

在此，我向关心帮助过我的老师和同学们表示真诚的感谢。

大家都知道变电站是电力系统中接受电能和分配电能并能改变电压的场所，在电气一次部分设计中，需要重点考虑供电可靠性，能满足该区不断增长的负荷和人民生活的需要。

通过对该变电站的设计，加深了对发电厂电气部分，电力系统高电压技术，变电站综合自动化等课程全面的了解和认识，并把书面知识和和实际变电站运行进行了一次有机且印象深刻的结合，提高了查阅各种资料及处理某些问题的能力，受益匪浅。

在本次变电站的设计过程中，参考和借鉴了许多教材和资料中的部分论述，对本论文的完成起到了很大的作用。

在此次设计中虽充分采纳了老师和同学们的经验和意见，几经修改，但由于经验不足，尚不能纵观全局以至不能很好的理解老师们的教诲和同学们的建议，这就使本次设计及论述过程中难免有错误和不妥之处，敬请各位老师批评指正。

参考文献
1. 刘介才.《工厂供电》.北京：机械工业出版社，2004年5月
2. 陈连生.《发电厂电气工程》.北京：水利电力出版社，1992年8月
3. 杨有启.《电气安全规程》.北京：北京出版社，1991年5月
4. 应智大.《高电压技术》.杭州：浙江大学出版社，1999年5月
5. 杨洋.《供配电技术》.北京：机械工业出版社，2007年8月
6. 熊信银.《发电厂电气部分》.北京：水利电力出版社，1992年8月
7. 王崇林主编.《供电技术》.北京：煤炭工业出版社，1996年3月
8. 李军年.《电力系统继电保护》.北京：水利电力出版社，1991年8月
9. 张冠生.《电器理论基础》.北京：机械工业出版社，1991年11月
10.贺家李.《电力系统及电保护原理》.北京：水利电力出版社，2010年8月
11.何仰赞.《电力系统分析》.武汉：华中理工大学电力出版社，2002年3月
12.赵春梅. 35kV线路雷击过电压的原因分析与处理.北京：中国科技信息，2010（14）
13.王子午.《常用供配电设备选型手册》第三、四分册.武汉：煤炭工业出版社，1998年2月
14. 国家标准GB50059-1992.《35-110kV变电所设计规范》.北京：中国标准出版社，1992年4月。