毕业设计（论文）-35KV变电站系统设计.doc

河南理工大学万方科技学院河南理工大学万方科技学院35kv变电所系统设计姓 名： 学 号： 专业班级： 电气08-2 所在学院： 电气工程与自动化系 摘要变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。变电站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。我国电力系统的变电站大致分为四大类：升降压变电站，主网变电站，二次变电站，配电站。我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高，对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。从我国目前部分地区用电发展趋势来看，新建变电站应充分体现出安全性、可靠性、经济性和先进性。目录1绪论12电气主接线设计33短路电流计算84电气设备的选择145变电所的防雷保护266变电所配电装置287心得体会301绪论1.1已知资料1、变电所类型：终端一般用户2、变压器台数与容量：mva tmax=5000小时3、电力系统与本所连接情况（1） 该变电所在电力系统中的地位和作用：一般性终端变电所。（2）该变电所联入系统的接线如下图，接入电压等级为35kv，进线回路数2回，一回以20公里的线路与电力系统相连；另一回以15km与某电站35kv升压站相连。（3）电力系统出口短路容量：1000mva；电力系统总容量；500mva。（4）水电站资料：发电机 22000kw；cos=0.8；xd=0.2；变压器 5000kva；ud%=0.7； 图1-14、电力负荷：（1）10千伏电压等级；10回出线，每回最大输送1.5mw，cos=0.7，各回路出线的最小负荷按最大负荷的70%计算，负荷同时率取0.7。（2）10回中含预留2回备用。（3）所有电率取1%5、环境条件（1）当地最高温度41，年最低温度-1，最热月平均最高温度34，最热月平均地下温度21。（2）当地海拔高度200米；风向西南风势3-6级。（3）土壤电阻系数=1500.m；年雷暴日数为50天。1.2设计内容1、变电所电气主接线设计；1.1确定主变台数、容量和型式。1.2电气主接线的方案比较与确定。1.3确定所用变台数及其备用方式。1.4互感器的配置。2、短路电流计算3、电气设备选择4、绘制电气主接线图。5、绘制变电所电气布置图（35kv屋外配电装置平、断面布置图，10kv屋内配电装置平面布置图、订货图，所学总平面布置图）。6、保护设计6.1直击雷过电压保护的设计。6.2侵入波过电压保护的设计。6.3变电所接地装置的设计。6.4绘制全所防雷保护及接地网平面布置图。7、主要电气设备材料汇总表。8、确定变电所的控制、信号、测量、保护、自动装置及直流电源方案，对电气元件进行继电保护的配置，绘制所有电气元件的继电保护、自动装置及测量监察系统单线图。2电气主接线设计2.1变电所变压器的选择2.1.1主变压器型式的选择1.相数的确定330kv及一下的电力系统，在不受运输条件限制时，应选用三相变压器2.绕组数的确定对深入引进负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为容量简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。2.1.2主变压器容量和台数的确定 1.主变压器台数的确定由于变压器的运行可靠性高，检修周期长，损耗低，加上是小型变电所总容量不大和对可靠性的要求不太高，主变台数以12台为宜。台数过多引起综合投资和运行费用的显著增加，并使配电装置和电气布置变得复杂。更具实际情况，并经负荷统计及满足运行的要求，该变电所的主变选择2台。2.主变容量的确定变电所主变压器的容量一般按510年规划负荷来选择,根据城市规划,负荷性质电力网结构等综合考虑,确定共容量,对重要变电所应当考虑,一台主变压器停止运行时,其余变压器容量在计量及过负荷能力允许时间内,应满足以及及二级负荷的供电的一般性变电所,低昂一台主变压器停止运行时,其余变压器容量应能满足全部负荷的70%80%由于当变压器的容量占总容量50%70%之间的效率最高避免“大马拉小车”的现象存在其容量为： 考虑到1020年规划负荷来选择变压器的容量故选择12500kva。2.1.3主变压器的型号的确定根据其环境条件，工作供电的可靠性，运行的安全和灵活性以及经济综合指标考虑，可选择三相油浸式、风冷表或铝线变压器即s7-12500/35，其联合组别yndn22变电所主接线设计根据任务书的要求，在分析原始资料的基础上，参照变电站设计技术规程，拟定出各电压等级的可行方案，因为变电所在电力系统中的地位、负荷情况、出线回路数、设备特点等条件的不同，会出现多种接线方案。2.2.1电气主接线方案的比较为正确选择电气主接线在满足技术系数和系统提供的有关资料基本要求的情况下，允许几种方案有所差异，然后对其技术上和经济上比较。最后选择技术上先进经济上合理分期过流方便，便于运行管理维护的最佳方案。电气主接线技术比较一览表如图2-1 图2-1四种可能性接线方案由表2-1得知结论为：从经济费用比较，内桥接线简单，布置占地小，比外桥接线更经济。故所确定的主接线为方案二 表2-1方案一二三四接线图abcd设计方案及其可靠性高压侧采用内桥接线，线路开断很方便但变压器切除不方便，低压侧采用不分段支路单母线接线，旁路断路器可代替线路断路器工作检修任意回路的断路器，该回路可以不停电但母线出现故障选择全场停电，故供电不可靠。高压侧采用内桥接线线路断开很方便，变压器检修切除不方便。低压侧采用分段母线接线，母线上出现故障，只要断一半线路，线路检修只导致这一回路停电，可划一类负荷做负荷备用，故此接县供电可靠性较高。高压侧采用外桥接线变压器切除方便，但线路检修切除方便。低压侧采用不分断带旁路母线接线旁路断路器可代替线路断路器工作，检修任意回路的断路器该回路可以不停电，当母线上出现故障，造成全场停电故供电不可靠。高压侧采用外桥接线。变压器切除方便，当线路检修切除不方便，且外桥接线可用在穿越功率通过的线路低压侧采用分段单母线界限母线出线故障只需断一半。线路检修只导致这一路停电，可对一类负荷备用，所以此接线供电可靠性高。灵活性不分段单母线检修时，必须全场停电故灵活性不高。分段单母线检修时不需要全场停电，灵活性好且运行安全。不分段单母线检修时必须全场停电，故灵活性不高。分段单母线检修时不需要全场停电，灵活性好且运行安全。维护与检修不方便方便不方便方便结论不采用采用不采用采用2.3所用电的设计所用电设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全所的发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进、保证机组供电的安全。2.3.1所用变压器的选择一、所用变压器型式选择目前，生产的所用的变压器有油浸式和干式两种。油浸式变压器的有点是订货容易价格便宜，缺点是需在屋内且要设置防爆、通风散热及事故排油等设施，干式变压器的冷却介质湿空气，没有爆炸和火灾蔓延的危险，布置灵活，维护方便。但干式变压器的绝缘水平逼向同等级的油浸式变压器低，因此不允许直接与架空线连接。故与主变压器接线方式相结合，可知所选用的变压器型式为油浸式变压器。二、所用变压器得台数及容量的选择所用变压器容量的选择应保证在政策情况下满足用电负荷的供电，不应由于过负荷过热而影响其使用寿命。在一般故障或检修条件下，应有足够的备用容量，以保证供电正常运行。所用变压器容量与所用电变压器选用2台。所用电率取1%；且采用油浸式变压器，每台可按70%的计算负荷来选择，其中一台所用变压器停止运行时，另一台所用变压器暂时过负荷30%故选择容量为101.51%=0.15mva。采用三相油浸自冷式铝线变压器，其低压侧采用的联结组别标号为接线。综上所述：所用变如下表2-2所示 表2-2主要技术参数（0.4kv油浸式电力变压器）产品型号额定容量额定电压及分接范围（kv）相数空载损耗负载损耗短路阻抗空 载电流（%）联 结组标号高压低压s9-160/100.160100.430.42.64.01.42.3.2所用电源的连接方式所用电母线的接线可按所用变压器台数进行分段或不分段。但必须装设备用电源自动投入装置。按主变压器的连线方式，看从电源系统连接，也可用变压器低压侧引出分支线供所用变压器电源。当负荷出线回数超过一回时，一般平均分布在单母线两侧。3短路电流计算31概述3.1.1短路发生的原因及后果在电力系统中，不仅要考虑正常运行情况，而且要考虑发生故障的情况，其中最重要的就短路故障。相与相或相与地之间直接金属性连接称为短路。短路发生的远远是多种多样的，主要有：元件损坏气象条件恶化人为事故其他，如挖沟损伤电缆。随着短路类型、发生地点和持续时间的不同短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行，短路的危险后果一般有以下的几方面：短路故障使短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力。如果导体和它们的支架不够坚韧，则可能遭到破坏，事故进一步扩大。短路电流通过设备使发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电厂可能是去同步，破坏系统稳定，造成成片地区停电。发生不对称短路时，不平衡电流产生足够的磁通在邻近的电路内感应出很打的电动势，这对于架设在高压电力线路附近的通信线路或铁道信号等会产生严重的影响。32短路电流计算3.2.1等值电路图简化计算 图3-1计算电路图 图3-2等值电路图当短路时，设=100mva. = =1.05系统 水电站 35kv架空线路系统20km： 水电站15km：变压器： 系统流到短路点的短路电流为：系统短路冲击电流：系统的短路容量：水电站查表得： 瞬时值：水电站短路冲击电流：水电站短路容量：由此可知：3.2.2 短路点的三相短路电流图3-3短路点的三相短路电流当点短路时，设 由短路点短路计算得出： 系统水电站：查表得： 瞬时值：水电站短路冲击电流：水电站短路容量：由此可知：3.3短路电流计算成果表分组电源支路计算数据1短路点2平均额定电压kv3710.53分组电源名称系统系统4分组电源额定容量mva短路电流计算数据5t=0(s)标么值5.11.386有名值ka0.3980.387t=0.1(s)标么值3.81.278有名值ka0.2960.359t=0.2(s)标么值3.71.3210有名值ka0.2890.36311t=1(s)标么值3.41.5212有名值ka0.2650.41813t=2(s)标么值3.31.6514有名值ka0.2570.4515t=4(s)标么值3.21.716有名值ka0.250.4717冲击短路电流ka0.6440.6218冲击短路电流有效值ka15.94414.3619短路容量mva410.026104.94 表3-14电气设备的选择电器选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一,在电力系统中各电器的作用和工作条件不同,具体选择方法也不完全相同,但对他们的基本要求是一致的,电器要能可靠地工作必须按正常工作条件进行选择,并按短路状态校验.热稳定和动稳定。4.1 10kv配电装置电气设备的选择4.1.1 10kv侧母线、绝缘子和电缆、架空线路的选择。10kv侧母线选择1、选择号：10kv母线装设于屋内，采用单片矩形。2、 按经济电流密度和初选母线的经济截面 查表 1) 按长期发热条件校验或选择母线的载流截面选择条件： 即查表 单片矩形铝母线的载流量：表4-1 母线尺寸hb截面积截面系数w载流量动稳定kw避免共振时最大跨度100101.0810001.61568814572) 热稳定校验再留道题的截面最小值条件：只要所选导体的截面不小于则短路终止温度便不会起过短时发热允许温度。硬铝在41时c值99。3) 动稳定校验三线短路时的最大冲击电流弯曲应力g不小于母线的允许弯曲应力。即动稳定的校验可参照即母线绝缘子之间的距离小于母线的动稳定就可以满足要求。4.1.2支柱绝缘子的选择支柱绝缘子用来将母线固定于开关柜上：1) 型号：产品支柱绝缘子、外胶装 2a-10y 型支柱绝缘子2) 额定电压：4.1.3电力电缆的选择电缆芯线材料及型号铝芯电缆zlq（p）0 额定电压10kv4.1.4架空线路的选择1) 线路输送的最大电流查资料得 lvj-35导线在环境温度41的长期允许电流140a，因此选择lgj-35以上导线均满足发热导体。2) 按经济截面电流密度选择架空导线截面 故选择lgj-120型的钢芯铝绞线。4.2 10kv变压器侧断路器、隔离开关、电流互感器的选择4.2.1 10kv变压器侧断路器的选择1) 型式选择在10kv屋内配电装置中采用户内真空断路器（zn-系列）2) 从前面的短路电流计算可知点短路： 10kv变压器侧隔离开关技术参数 表4-2型号额定电压一次额定电流（a）二次额定电流（a）准确度二次组合额定二次负荷额定动稳定电流lmzbj-10w110600050.2/0.5/0.5/10p0.2/0.5/0.5/10p607210kv馈线贿赂选择lzzbj9-10h1型电流互感器其变比为300/5a准确的等级为0.5s/5p104.3 10kv侧出现成套开关柜的选择4.3.1 断路器的选择和校验1） 选型：真空断路器2）根据以上条件所选择的35kv断路器的选择技术参 表4-3型号额定电压（kv）额定电流（a）额定开断电流（ka）动稳定电流（ka）额定关合短路电流（峰值）4s热稳定电流（kv）额定绝缘水平工频耐压1分钟（kv）雷击冲击耐压斜波(kv）zn21121280031.5808031.542751 断路器开断电流的校验真空断路器的额定开断电流 超瞬变短路电流 故满足开断条件2 短路关合电流校验断路器的额定关合电流（最大短路电流峰值）短路冲击电流故 满足关合条件3 动稳定校验电气 允许通过的动稳定电流的幅值，（表明断路器在冲击电流作用下，承受电动力的能力，该值不小于开断电流的2.55倍）即短路冲击电流，显然故 满足热稳定条件4.3.2 电压互感器的选择1、 选型：根据用途安装地点等来选择，故10kv侧电压互感器选择户内型2、 额定电压的选择：（线电压） 3、 准确度等级选择：应满足二次测量仪表对其的最高要求副边容量校验：计算出负荷该准确度对应的互感器 表4-4型号额定工作电压（kv）额定容量（mva）一次线圈二次线圈辅助线圈0.5级1级3级jdzj-10508920004.3.3 电流互感器的现在1、 选型：户内式2、 表4-5型号额定电压（kv）设备最高电压（kv）额定一次电流（a）额定二次电流（a）额定短时热电流1s（ka）额定动稳定电流倍数lzzbj1-351012150512753、 动稳定校验满足动稳定要求的条件为，且故，满足动稳定要求4、 热稳定校验满足热稳定要求的条件为： 故 满足热稳定要求5、 准确度的等级选择和副边容量校验保护用电流互感器一般可选用3级，差动保护对电流互感器的特性有特殊要求，要求选用d级，零序保护也有专用电流互感器4.3.4 避雷器选择 表4-6型号额定电压（有效值）灭弧电压（有效值）fs410kv12.7kv4.3.5 熔断器选择1、 选型：户内式2、 熔断器技术参数表4-7型号额定工作电压最大切断电流熔丝额定电流（ka）额定断流容量（mva）备注rnz-1010500.51000用于保护电压互感器4.4 10kv 侧母线侧pt柜电压互感器的选择4.4.1 1、 选型：根据用途安装地点等来选择，故10kv侧电压互感器选择户内型2、 额定电压的选择：（线电压）3、 准确度等级选择：应满足二次侧所连接测量仪表对其的最高要求副边容量校验：计算出负荷该准确度对应的互感器 表4-8型号额定工作电压（kv）额定容量（mva）一次线圈二次线圈辅助线圈0.5级1级3级jdzj-10508920004.4.2 10kv 等级侧pt柜熔断器的选择1、选型：户内式2、熔断器技术参数 表4-9型号额定工作电流（a）最大切断电流（ka）熔丝额定电流（ka）额定断流容量（mva）备注rnz-1010500.51000用于保护电压互感器 4.4.3 pt柜避雷器的选择 选型：合成绝缘无间隙氧化锌避雷器 型号：hy5wz10/304.4.4 10kv母线侧所用变熔断器的选择 选型：rn310/504.5 35kv变压器侧高压开关电器的选择高压断路器、隔离开关及高压熔断器的选择校验项目 表4-10项目额定电压额定电流开断电流断路关合电流热稳定动稳定高压断路器隔离开关-高压断路器-4.5.1 35kv变压器侧断路器的选择 1、选型：户外型 ，少油断路器 操作机构：优先采用电磁式操作机构2、 根据以上数据条件的选择的35kv断路器技术参数 表4-11型号电压额定电流（ka）额定开断电流（ka）额定断开容量（mva）极限通过电流（ka）热稳定电流（ka）合闸时间（s）固有分闸时间额定峰值有效值4ssw3-35356006.6400179.86.60.120.063、断路器开断电流的校验 高压断路器的额定开断电流： 超瞬变短路电流有效值： 故满足开断条件4、短路关合电流校验 断路器的额定关合电流（最大短路电流峰值）： 短路冲击电流，故满足关合条件 5、动稳定校验电器允许通过的动稳定电流幅值：（表明断路器在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力，该值不小于开断电流的2.55倍，即，显然满足动稳定条件6、热稳定校验 短时发热量： 断路器热稳定电流下的热量： 故满足 满足热稳定条件4.5.3 35kv变压器侧高压熔断器的选择 选型：户外熔断器的型式决定于电压等级 35kv可选用rw535 rw535/50系列跌落式：非限流型，用于保护配电变压器和线路 rxw035/0.5系列限流型非跌落式，用于保护电压互感器表4-12型号额定工作电压（kv）额定工作电流（kv）额定断流容量（mva）备注rw535/503550200用于保护配电变压器和线路rw1035/0.5350.51000用于保护电压互感器4.5.4 35kv变压器侧互感器的选择4.5.4.1 35kv变压器侧电压互感器的选择 1、选型：根据用途安装地点来选择故35kv侧电压互感器选择户外型，且为3台单相电压互感器，1台三相五柱式及3个单相tv用于同期测量、保护及绝缘监察及单相接地保护 2、额定电压的选择 （线电压） 3、准确度等级选择：应该满足二次侧所接测量仪表对其的最高要求副边容量校验：计算出电荷该准确度对应的互感器 表4-13型号额定工作电压（kv）额定容量（mva）最大容量（mva）连接组别一次线圈二次线圈辅助线圈0.5级1级3级jdjj3515025060012001/1/112124.5.4.2 35kv变压器侧电流互感器的选择 1、选型：户外油浸独立式 2、 表4-14型号额定电压（kv）额定一次电流（a）一次电流变化范围额定二次负荷动稳定倍数1秒热稳定倍数10%倍数lcwd3535600157501.21506515 3、动稳定校验满足动稳定要求的条件： 且 满足懂稳定要求 4、热稳定校验 满足热稳定要求的条件 5、准确度等级选择和副边容量校验 保护用电流互感器一般可选用3级，差动保护对电流互感器的特性有特殊要求，要求选用d级，零序保护也有专用电流互感器4.5.5 35kv变压器侧高压避雷器的选择 表4-15型号额定工作电压（kv）灭弧电压（kv）fz353541 设备清单 表4-16序 号名 称规 格单位台数备 注1主变压器s712500/35台22所用变（35kv）sjl1200/35台13所用变（10kv）s27200/10台1435kv母线断路器sw335台2535kv母线隔离开关gw535gd台2635kv侧所用变熔断器rw535/50台1用于保护配电变压器735kv熔断器rxw035/0.5台1用于保护电压互感器835kv电压互感器jdjj35台935kv电流互感器lcwd35台41035kv避雷器fz35台31110kv单片矩形铝母线hxb（10010）条31210kv母线支柱绝缘子za10y个1310kv主变出线电缆zlq(p)20条11410kv架空线lgj120条101510kv母线pt柜kyn28台11610kv出现开关柜kyn28台101710kv所用变高压熔断器rn310/50台15变电所的防雷保护变电所是重要的电力枢，一旦发声雷击事故，就会造成大面积的停电，一些重要的设备如变压器等多半不是自恢复绝缘，其内部绝缘如果发生闪络，就会损坏设备，因而从防雷保护的设计来看，要求变电所实际是爱犬耐雷的，变电所的雷害事故来自两个方面：意识雷击变电所；二是雷击输电线路产生的雷电波沿线路侵入变电所。5.1 变电所的雷击保护为了防止变电所遭受直击雷击，需要装设避雷针、避雷线和辅助设良好的接地网，装设避雷针应使变电所有设备和建筑物处于保护范围之内。还应该使被保护物体与避雷针之间留有一定的距离，而避雷针的装设可分为独立避雷针和构架避雷针两种，根据规程可知，35kv及以下配电装置的绝缘较弱，所以其构架或屋顶上不宜装设构架避雷针，而应该装设独立避雷针。 若变电所的四角装设等高的避雷针，则能保护变电站全部的范围 所以最大的避雷针之间距离为2.25m5.2 避雷器的选择5.2.1 35kv避雷器的选择 选择y5cz42型避雷器 表5-1额定电压(kv）系统标称电压（kv)工频放电电压（kv）1.2/5us充放电压（kv）标称电流下残电压（kv)系统标称电压下直流导电流us343kv/us冲前冲放电压（kv）通流容量4235801341681001682000us8/20us4/10us30010405.2.2 10kv避雷器的选择10kv避雷器的灭弧电压为： 1.11.15lw=1.11.1510=12.7（kv）根据安装环境及工作电压，可选用hy5wz17/45型无间隙金属氧化锌避雷器可满足要求： 表5-2型号系统额定电压（kv）避雷针额定电压（kv）持续运行电压（kv）标称放电电流（ka）操作冲击电流下残流2ms方波通流量ahy5wz17/45101712.75354006变电所配电装置6.1 配电装置设计原则与要求6.1.1 配电装置设计总的原则1、高压配电装置的设计应用根据电力系统条件，自然条件特点和运行检修，施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，以便配置设计不断创新。做到技术先进，经济合理，运行可靠维护方便。2、变电所的配电装置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用电，并结合运行检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。在确定配电装置形式时，必须满足下列四项要求：节约用地；运行安全和操作巡视方便；便于检修和安装；节约材料，降低造价；3、户内型配电装置布置安全性，可靠性高、占地面积少，设备寿命长等优点，但其结构复杂、造价较高，配电楼建筑费用及三材增加甚多。户内型配电装置的特点将母线、隔离开关、断路器等电气设备上下重叠布置在屋内这样可以改善运行和检修条件，同时，由于屋内配电装置布置紧凑，可以大大缩小占地面积。6.1.2 配电装置设计的基本要求1、保证运行可靠性，按系统和自