35kV降压变电站电气主接线设计

课程设计(论文)
机械与电气工程学院系（院）电气工程及其自动化专业课程设计（论文）题目35kV降压变电站电气主接线设计
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完成日期2012年12 月12日
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35KV降压变电站电气主接线设计
The 35KV the buck substation electrical main wiring design
总计课程设计（论文） 18 页
表格个
插图幅
目录
摘要··································································- 1
- 前言 (1)
第一章主接线的选择 (4)
1.1变电站主接线选择的基本要求 (4)
1.2主接线的方案的拟定 (5)
1.3主接线的比较与选定 (7)
第二章短路电流的计算 (10)
2.2短路计算的目的 (10)
2.2短路电流的计算步骤及结果 (10)
2.3无功补偿计算校验 (15)
第三章主要电气设备的选择 (16)
3.135KV断路器和隔离开关的选择 (16)
3.235KV互感器的选择 (17)
3.310KV母线及35K V线路的选择 (19)
3.410KV开关柜选择 (19)
第四章车间变压器的选择 (21)
4.1所用变的选择 (21)
4.2.1所用变台数的选择 (21)
4.2.2所用变容量的选择 (22)
摘要
变电站，改变电压的场所。

为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，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。

变电站的主要设备是开关和变压器。

按规模大小不同，称为变电所、配电室等。

对于35KV降压变电站，要根据运行可靠、灵活、且经济的原则进行比较，首先应选取可靠性高且经济性好的最优的电气主接线方式；其次选择本变电站主变的台数、容量和型号。

根据所选的变压器进行短路电流计算校验，由各短路电流算出短路稳态电流和短路冲击电流，对主要设备选择及校验，其中包括断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等；最后根据各电压等级的额定电压和最大长期工作电流进行电气设备的选择。

关键词：主变压器电气主接线短路电流电气设备
前言
本次课程设计为35KV降压变电站电气主接线设计，原始资料及设计技术要求如下：1. 全厂用电设备情况
（1）负载大小
用电设备总安装容量：6630kW
计算负荷（10KV侧）有功：4522kW
无功：1405kVAR
各车间负荷统计见表1。

表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
P
js
（kW）Q
js
(kVAR) S
js
（kVA）
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
厂区其他负荷（一）
厂区其他负荷（二）
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ～Ⅲ
Ⅱ～Ⅲ
780
560
590
650
560
360
420
400
440
180
150
170
220
150
100
110
168
200
800
580
614
686
580
374
434
434
483 共计
同时系数
全厂计算负荷
4760
0.95
4522
1448
0.97
1405 4735.24
（2）负荷类型
本厂绝大部分用电设备均属于长期连续负荷，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：见厂区平面示意图（图1） 5 3 8
6 4 2
7
1
电源
9
图1 厂区平面示意图
2. 电源情况 （1）工作电源
本厂拟由距其5公里处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1918MVA ，基准容量为1000MVA ，A 变电站安装两台SFSLZ 1—31500 kVA/110kV 三卷变压器，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示意图
（图2）。

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路作为备用电源。

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：
以35KV供电时，cosφ=0.9
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10元计费。

电度电价：35KV β=0.40元/kwh
10KV β=0.41元/kwh
课程设计任务及设计大纲
1.高压供电系统的设计
根据供电部门提供的资料，选择本厂最优供电电压等级。

2.总压降变电站设计
（1）主接线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术可能实现的多个方案，经概略分析比较，留下2~3个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，确定最优方案。

（2）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算短路电流，计算结果列出汇总表。

（3）主要电气设备选择:主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线型号的选择和校验。

选用的设备型号、数量汇成设备一览表。

3.车间变电所设计
根据负荷情况，选择车间变压器的台数、容量以及变电所的位置的原则考虑。

4.厂区10kv配电系统设计
根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。

第一章电气主接线的选择
一、变电站主接线基本要求
1、运行的可靠性
断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。

因此主接线的接线形式必须保证供电可靠。

2、具有一定的灵活性
主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。

切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。

3、操作应尽可能简单、方便
主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。

复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。

但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。

4、经济上的合理性
主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。

5、应具有扩建的可能性
由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。

因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。

变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。

二、厂最优供电电压等级的选择
根据所给资料可知，本所电源分为35kV、10kV的两种，则可供选择的供电方案有三种，分别为：
方案一：工作35kV，备用35kV；
方案二：工作10kV，备用10kV；
方案三：工作35kV，备用10kV。

三个方案的主接线图
图1-1 两路都是35KV的供电方案（方案一）
图1-2 两路都是10KV的供电方案（方案二）
图1-3 工作电源采用35KV 备用电源采用10KV的供电方案（方案三）
按照要求正常情况下两路电源一路供运行，另一路作为备用，厂内配电母线为10kV。

根据负荷情况出线有5条，且对供电可靠性要求较高，因此考虑配电母线采用单母分段接线，为了提高供电可靠性，10kV拟采用成套开关柜布置。

现对各方案进行分析比较
（1）方案一工作电源和备用电源均采取35kv供电。

优点：供电时电压高，线路功率损耗少，要求的功率因数值低，所需补偿容量少，供电可靠性高。

缺点：总降压变电所装设两台主变压器，投资及运行维护费用高，备用35kV正常情况下不工作，使得能源利用率较低，不够经济。

（2）方案二工作电源和备用电源均采用10kv供电。

优点：工厂内不设主变压器，可以简化线路，降低了投资及运行维护费，可以减少占地面积，减少管理人员及维护的工作量。

缺点：供电电压低，线路的功率损耗增大，电压损失也大，要求的功率因数值高，还需增加补偿装置及相关的投资，工厂内设总配电所供电的安全可靠性不如35kv。

（3）方案三工作电源采用35kv供电，备用电源采用10kv供电。

本方案的技术经济指标介于方案一和方案三之间，但是由于原始资料要求两路电源正常时只用一路供电，工作电源停运时才使用备用电源进行供电，因此该方案适合。

因为备用电源供电时间较少，所以该方案既能满足供电可靠性要求，投资也相对较少。

根据所给资料及要求进行分析，决定该变电所进行主接线设计方案采用方案三。

如下图
图1-3 工作电源采用35KV 备用电源采用10KV的供电方案（方案三）
第二章短路电流计算
一、计算短路电流的目的
计算短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。

在变电所和供电系统的设计和运行中，基于如下用途必须进行短路电流的计算：
⑴选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。

⑵选择和整定继电保护装置，使之能正确的切除短路故障。

⑶确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。

⑷保护电力系统的电气设备在最严重的短路状态下不损坏，尽量减少因短路故障产生的危害。

二、短路电流计算步骤
1．确定计算条件，画计算电路图
1）计算条件：系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后采取的措施。

2）运行方式：
根据计算目的确定系统运行方式，画相应的计算电路图。

选电气设备：选择正常运行方式画计算图；
短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。

2．画等值电路，计算参数；
分别画各段路点对应的等值电路。

等值电路图
图2-2 短路等值电路图
图2-3 最大运行方式等值电路图
图2-4 最小运行方式等值电路图
此次35kV 侧主变压器选用SZ9-5000/35型有载调压变压器
据网上资料得知SZ9—5000/35型有载调压变压器，额定容量为5000kVA,电压为35kV ，主要技术数据：
空载损耗为5.8kw ，短路损耗36kw ，空载电流I%=1.2，阻抗电压7%=K U 由所给资料可得
电力系统的电抗标幺值
92.110001918===
*MVA MVA
S S X B d d
2
1%2=
Us （U 高-中%+U 高-底%-U 中-底%） =)6175.10(21
-+=10.75
21%3=Us （U 高-中%+U 底-中%-U 高-底%）)1765.10(21
-+==-0.25
线路L ：
6.135
351000
2***=⨯⨯==
*Un Un S l x X B l
主变压器： 41.35
.311001000
75.10100%2=⨯⨯==
*N B k S S U X
08.05.311001000
25.0100%3-=⨯⨯-==
*N B k S S U X
145
1001000
7100%1=⨯⨯==
*
N B k S S U X
最大运行方式下
K1点短路电流：
总电抗标幺值：X*=1.92+(3.41-0.08)/2+1.6=5.18
kA U S I av B B 3.1537
31000
3=⨯==
kA x I I B K 95.218.5/3.15*/1===
三相短路次暂态电流和稳态电流
kA I I I K 95.21)3()3(''===∞
三相短路冲击电流：查电力系统分析P160得sm K =1.8
kA I K i sm sh 5.795.28.122)3('')
3(=⨯⨯==
三相短路容量: MVA x S S d K 1.193
18.5/1000*/)
3(1===
K2点短路电流：
总电抗标幺值：18.191418.5'*=++=x
kA U S I av B B 1.545
.1031000
3=⨯==
kA x I I d K 8.218.19/1.54'*/22===
三相短路次暂态电流和稳态电流：
kA I I I K 8.22)3()3(''===∞
三相短路冲击电流：查电力系统分析P160得sm K =1.8
kA I K i sm sh 13.78.28.122)3('')3(=⨯⨯==
三相短路容量:
MVA
x S S d K 14.5218.19/1000'*/)
3(1===
表2-1 最大运行方式下，三相短路，各点计算值 短路点计算点
)3(k I （kA ）
)3(''I (kA)
)
3(∞I (kA) 3
sh
i (kA)
k1点 2.95 2.95 2.95 7.5 193.1 k2点 2.8
2.8
2.8
7.13
52.14
三、系统无功补偿校验 1.无功补偿的原理
电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90℃.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理.
2.无功补偿的意义
(1)补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数
(2)减少发,供电设备的设计容量,减少投资 (3)降低线损
所以提高功率因数后,线损率也下降了.减少设计容量,减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益.所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行.
整个厂区无功功率补偿计算:
由前言可得该厂区计算负荷P=4522kW ，Q=1405kVA
9
.0954967.0140545224522cos 22≥=+==
S P ϕ
由公式计算可知，该系统无需进行无功补偿。

第三章 电气设备的选择
一、35KV 断路器和隔离开关的选择
高压断路器主要功能是：正常运行时用来切换线路运行方式，把设备或线路投入运行或退出运行，起控制作用；当设备或线路发生故障时，因为有灭弧作用，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起保护作用。

高压短路器最大特点是能断开电气设备中负荷电流和短路电流。

而隔离开关的主要功能是保证高压电气设备及装置在检修工作时的安全，形成明显的电气隔离，但不能用于切断或投入负荷电流或开断短路电流，仅可允许用于开断小电流。

高压断路器的额定电压和电流选择需满足
,SN N U U ≥ max I I N ≥
式中：N U 、SN U 分别为断路器和电网的额定电压（KV ）；N I 、max I 分别为断路器的额定电流和电网的最大负荷电流（A ）。

A U S I N N 6.863535000
05.1305.1max =⨯⨯==
kV U SN 35=
根据35K 断路器和隔离开关的N U 、max I 及安装在屋外的要求，查表，可选择LW —35/630
型断路器，固有分闸时间和燃弧时间均为0.065s ，主保护时间1.5s ，后备保护时间0.065s ，根据上面计算出的短路电流值为：
kA
I I k 95.2"
==∞
kA I K I k im sh 5.72==
s t t t t a in pr k 65.1=++=
短路电流周期分量的热效应：)(36.1412
1022
22/2''s kA I I I t Q tk
tk k K ⋅=++⨯
=
由于设计手册规定：远离发电厂的变电站和配电网无需考虑非周期分量的影响，故不计非周期热应。

因此短路电流引起的热效应:
])[(36.142S KA Q k ⋅=
表3-1 LW —35/630型断路器和GW2—35G 型隔离开关的相关参数与计算的数据
计算数据
LW —35/630型断路器
GW2—35G 型隔离开关
SN U 35KV N U 35/40.5KV N U 35KV nax I
86.6A N I 630A N I 600A ''I
2.95KA Nbr I 25KA Nbr I — sh i 7.5KA
Ncl i 63KA
Ncl i
—
k Q
])[(36.142S KA ⋅
t I t 2
]
)[(75.101863.1252
2S KA ⋅=⨯
t I t 2
]
)[(16004202
2S KA ⋅=⨯
es
i
7.5KA
es i
63KA
es i
42KA
二、35kv 互感器的选择
1、按额定电流的选择：
max 5000
1.05 1.05 1.058
2.4886.63335
N N
S I A U =⨯=⨯
=⨯=⨯
max I I N ≥ KA I I 95.2)
3()3(''==∞ KA i sh 5.7)3(=
2、按额定电压选择： NS N U U ≥=35kV
上网查资料获得 ：LCWD-35 10P/0.5电流互感器的技术参数
型号
额定电流比A 准确等级
额定二次负荷
10%倍数 1s 热稳定kA 动稳定
kA 0.8
35
90
150
LCWD-35 10P/0.5
600/5 10p 因各参数符合要求，则选择LCWD-35 10P/0.5型电流互感器
3、热稳定校验:
S kA I K N t ⋅=⨯=222)(25.70490)95.290()(
热稳定满足条件
4、动稳定校验：
kA kA I K N es 5.77.62515095.222 =⨯⨯= 动稳定满足要求 所选的电流互感器合
格
5、电压互感器的选择
上网查得JDZXW2-35型电
压互感器主要技术
数据
三、10kv 母线及35kV 线路的选择
A U S I I N N n 1.303)103/(500005.1)3/(05.105.1max =⨯⨯===母 A U S I I N N n l 6.86)353/(500005.1)3/(05.105.1max =⨯⨯===
线路：采用LGJ-95的钢芯铝绞线架设，其电抗率km x /40.00Ω=,载流量335A 求得线路35kV 线路最大电流为86.6A ，则满足要求。

查《工厂供电》苏文成编著，附录表11，P380，母线选用 40*4mm 矩形铝导体，允许电流为480A ，允许电流为395A ， S=1602mm 满足最大持续工作电流的要求。

四、10KV 开关柜选择
A I 1.303max = KA I 95.2''= KA i sh 5.7= 计算数据与VD4断路器技术数据对比
计算数据
VD4断路器
Un
10KV
N U
10KV
一次线圈 二次线圈 辅助线圈 JDZXW2-35 35000/3 100/3
100/3
nax I
303.1 A N I 630A ''I
2.95KA Nbr I 16KA sh i
7.5KA
Ncl i
40KA
GZS1—12开关柜技术数据 回路名称
受电、馈电
联络（右） 电压测量+避雷器 隔离+联络（左） 所用变
方案号 004 011 041 055 078 额定电流 630A 630A 630A
630A 630A 断路器VD4 1
1
电流互感器AS12-150B/4
S 3 3
电压互感器RZL-10 3 2
熔断器RNZ-10 3 避雷器
3
第四章车间变电所设计
变压器容量选择时应遵循的原则
1、只装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要。

2、装有两台变压器的变电所，每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条件：
（1）、任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要；
（2）、任一台变压器单独运行时，宜满足全部用电容量设备的需要。

3、变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的70%~80%为宜，以提高运行率。

各车间变压器台数及容量选择和无功补偿。

根据所给全厂各车间负荷统计表可得出各负荷对应的变压器分配：
（1号空气压缩车间）配变压器一台
（2号熔制成型（模具）车间、3号熔制成型（熔制）车间）配变压器一台
（4号后加工（磨抛）车间、5号后加工（封接）车间）配变压器一台
（6号配料车间、8号厂区其他负荷（一））配变压器一台
（7号锅炉房、9号厂区其他负荷（二））配变压器一台
配电房a（1号空气压缩车间）变压器选择，由统计表可得该计算负荷为800KVA，为保证供电的可靠性，选用变压器SCB10-800/10，额定容量为800KVA
配电房b（2号和3号车间）变压器选择，由统计表可得该负荷的计算负荷为1194KVA，为保证供电的可靠性，选用变压器SCB10-1250/10，额定容量为1250KVA
配电房c（4号和5号车间）变压器选择，由统计表可得该负荷的计算负荷为1266KVA，为保证供电的可靠性，选用变压器SCB10-1250/10，额定容量为1250KVA
配电房d（6号和8号车间）变压器选择，由统计表可得该负荷的计算负荷为808KVA，为保证供电的可靠性，选用变压器SCB10-800/10，额定容量为800KVA
配电房e（7号和9号车间）变压器选择，由统计表可得该负荷的计算负荷为917KVA，为保证供电的可靠性，选用变压器SCB10-1000/10，额定容量为1000KVA
表4-1 SCB10系列各型号的参数
型号额定连电压（kV）损耗（W）阻抗空载电流（%）
容量kVA 接
组
标
号
高压
低
压
空载负载
电压
（%）
SCB10-800/10 800 Y．
yn0
10.5 0.4
1520 6960 6 1.0
SCB10-1000/10 1000 Y．
yn0
1770 8130 6 1.0
SCB10-1250/10 1250 Y．
yn0
2090 8690 6 1.0
参考文献
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