35KV石化厂变电所一次部分设计论文

兰州理工大学毕业设计(论文) I 摘要 变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式 所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能 安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽， 变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社 会生活的发展趋势。 35KV 石化厂变电所是现在主要的小型变电所。本次我设计的35KV 变电所采用的是 单母分段内桥接线方式，这种接线方式有较好的经济性和较高的可靠性。由于有两个场 有一级负荷，因此两个供电所用变压器采用的是35KV 进线和10KV 母线上各一个。本文 中我进行了变压器的选择，短路电流计算，送配电网络及导线的选择，变电站高低压电 气设备的选择。本变电所的初步设计包括了： （1）总体方案的确定； （2）负荷分析;（3） 短路电流的计算;（4）防雷与接地保护等内容。 关键词：变电站；负荷；输电系统；配电系统 兰州理工大学毕业设计(论文) II Abstract The substation is an importance part of the electric power system, it is consisted of the electric appliances equipments and the Transmission and the Distribution. It obtains the electric power from the electric power system, through its function of transformation and assign, transport and safety. Then transport the power to every place with safe, dependable, and economical. 35 kv substation petrochemical factory is the main small substation now.I design the 35 kv substation usesa single bus with insidebridge connection mode,This kind of connection mode has better efficiency and higher reliability.Because there are two fields have level 1 load,the two power substation uses two transformers in 35 kv line into and 10 kv line into respectively. In this article I made the choice of the transformer， calculate the short-circuit electric current, choosing to send together with the electric wire method and the style of the wire, then proceeding the calculation of short-circuit electric current. This first step of design included:(1) ascertain the total project; (2) load analysis; (3) the calculation of the short-circuit electric current; (4) the design of an electric shock the system design to connect with system and the choice of line project. Keyword： substation ；load ；transmission system； power distribution system 兰州理工大学毕业设计(论文) III 目录 第一章 绪论.1 1.1 研究意义.1 1.2 国内外现状.1 1.3 变电站综合自动化技术新动向.2 1.4 主要研究内容和拟采用的方法.3 1.4.1 主要研究内容3 1.4.2 拟采用的方法4 1.5 本章小结.5 第二章 主接线的选择.6 2.1 主接线的设计原则与要求.6 2.2 技术比较.7 2.3 主接线的比较与选定.7 2.3.1 技术比较7 2.3.2 经济比较10 2.4 所用电设计.12 2.5 本章小结.13 第三章变压器的选择.15 3.1 变电站变压器台数的选择原则15 3.1.1 变电站主变压器台数的确定.15 3.1.2 变电所主变压器容量的确定原则15 3.1.3 待设计变电所主变压器容量的计算和确定15 3.1.4 主变压器绕组数的确定16 3.1.5 主变压器相数的确定16 3.1.6 主变压器调压方式的确定16 3.1.7 主变压器绕组联接组别的确定16 3.1.8 主变压器冷却方式的选择.16 3.2 所用变的选择.17 3.2.1 所用变台数的选择.18 3.2.2 所用变容量的选择18 3.3 本章小结.18 第四章短路电流计算.19 兰州理工大学毕业设计(论文) IV 4.1 短路的基本知识.19 4.2 计算短路电流的目的.19 4.3 短路电流实用计算的基本假设.20 4.4 短路电流的计算步骤.20 4.5 本章小结.23 第五章 设备的选择与校验.25 5.1 断路器的选择：.25 5.1.1 额定电流的计算25 5.1.2 高压断路器的选择结果及校验26 5.2 高压熔断器的选择及校验.30 5.2.1 熔体的选择30 5.2.2 参数的选择31 5.3 进线与出线的选择.32 5.3.1 母线及电缆的选择原则32 5.3.2 敞母线及电缆的选型32 5.3.3 母线及电缆截面的选择33 5.3.4 35 kV 架空线路的选择与校验33 5.3.5 10 kV 电缆的选择与校验34 5.4 互感器的选择.35 5.4.1 电流互感器的选择35 5.4.2 电压互感器的选择37 5.4.3 互感器的配置37 5.5 本章小结.38 第六章无功补偿装置.39 6.1 补偿装置的种类和作用39 6.2 并联电容器容量的计算.40 6.3 并联电容器装置容量选择和主要要求.41 6.4 本章小结.41 第七章继电保护规划.42 7.1 继电保护的基本知识.42 7.2 输电线路的保护配置.42 7.2.1 相间短路保护的配置43 7.2.2 过负荷保护的配置43 7.2.3 单相接地保护43 兰州理工大学毕业设计(论文) V 7.2.4 输电线路的保护配置结果44 7.3 变压器的保护.44 7.4 母线保护.45 7.5 备自投和自动重合闸的设置46 7.5.1 备用电源自动投入装置的含义和作用46 7.5.2 自动重合闸装置.46 7.6 本章小结.47 第八章防雷与接地规划设计.48 8.1 防雷保护的必要48 8.2 变电所中可能出现大气过电压的种类.48 8.3 变电所的直击雷保护.48 8.4 变电所入侵波的保护.49 8.5 本章小结.50 设计总结.51 参考文献.52 外文原文及译文.54 致谢.63 兰州理工大学毕业设计(论文) 1 第一章 绪论 1.1 研究意义 电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源。变电所是电力系统在实际运 用中的重要组成部分，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。变电所在生产和生活中占有特殊重要的地 位。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。 这次设计以 35KV 降压变电所为主要设计对象，分析变电所的原始资料确定变电所 的主接线，通过负荷计算确定主变压器的台数、容量及型号，根据短路计算的结果，对 变电所的一次设备进行了选择和校验，同时完成配电装置的布置、防雷保护及接地装置 方案的设计，最后进行有效的系统保护。 1.2 国内外现状 随着经济的发展我国电力系统建设已经成为一个值得探讨的问题根据我国变 电站的发展情况以及我国的国情来看我国的变电站设计的发展趋势。 尤其是计算机及网 络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些 新的趋势。 1.变电所接线方案趋于简单 随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加， 变电所接线简化趋 于可能。 例如断路器是变电所的主要电气设备其制造技术近年来有了较大发展可靠性大 为提高检修时间少。特别国外一些知名厂家生产的超高压断路器均可达到 20 年不大修 更换部件费时很短。为了进一步控制工程造价提高经济效益经过专家反复论证。我国少 数变电所设计已逐渐采用一些新的更为简单的接线方案。 2.大量采用新的电气一次设备 近年来电气一次设备制造有了较大发展大量高性能、 新型设备不断出现设备趋于无 油化采用 SF6 气体绝缘的设备价格不断下降伴随着国产 GIS 向高电压、大容量、三相 共箱体方面发展性能不断完善应用面不断扩大许多城网建设工程、 用户工程都考 虑采用 GIS 配电装置。 变电站设计的电气设备档次不断提高配电装置也从传统的形式 兰州理工大学毕业设计(论文) 2 走向无油化、真空开关、SF6 开关和机、电组合一体化的小型设备发展。 单运行维护方便价格介于常规电气设备与 GIS 之间， 是电气设备今后发展的一个方 向，符合我国目前的国情和技术发展方向。 1.3 变电站综合自动化技术新动向 1.全分散式变电所自动化系统 新型的全分散式变电所自动化系统，系 统不再单纯考虑某一个量而是为某一设备 配置完备的保护、监控和测量功能装置以完成特定的功能，从而并保证了系统的分布式 开放性。 其特点是各现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附 近现场单元部件可以是保护、监控和测量功能的集成装置亦可以是现场的保护、监 控和测量部件分别保持其独立性。变电站遥测遥信采集及处理、遥控命令执行和继电保 护功能等均由现场单元部件独立完成并将这些信息通过网络送至后台主计算机。 采用 全分散式系统结构后变电所内将不再具有规模庞大的测控屏和大量连接信号源和测控 屏之间的铜芯电缆全部测控装置下放在就地而在控制室取而代之的是一个计算机显示 器甚至仅为一台临时监视、操作使用的便携机。从技术发展的趋势看，将来的测控设备 还将和一次设备完全融合即实现所谓的智能一次设备每个对象均含有保护、监控、计 费、操作、闭锁等一系列功能及信息库面向外界的仅是一个通信口采用全分散式变电所 自动化系统将是必然的结果。 2.引入先进的网络技术 通信网络是综合自动化变电所与常规的最明显的区别之一只有采用通信网络才可 能省大量电缆。因此必须保证通信网络安全、可靠传输速度满足变电所综合自动化系统 的要求。全分散式变电所自动化系统的实现尤其依托于如今发展很快的计算机网络技 术。引入先进的网络技术使得自动化系统的实现更加简单，性能也大大优于以往的系统 并可解决以往系统中链路信息传输的实时性问题以及信号传输的容量问题。 随着计算机网络技术的发展和信息技术的不断进步变电所的发展看来已经越来越 快。目前我国变电所的发展方向趋于以下几个方面 1.数字化 数字化变电所技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革， 对变电 所自动化系统的各方面将产生深远的影响。数字化变电站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”即数字化变电站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站有大幅度提 升。 2.装配化 兰州理工大学毕业设计(论文) 3 装配式变电所，配式变电站是变电所建设的一场变革,改变了传统的变电所电气布 局、土建设计和施工模式。采用全预制装配结构的建筑形式,通过工厂生产预制和现场 装配安装两阶段来建设变电站,大幅缩短了设计及建设周期,减少了变电站占地面积,节 约了土地资源。随着国网公司“两型一化”的推广,装配式变电所在全国各地均成功试 点,成为今后变电所建设的一种新型模式。 3.智能化 智能化电所的发展,特别是智能化开关、 光电式互感器等机电一体化设备的出现,以 及计算机高速网络在实时系统中的开发应用,使变电站所有信息的采集、传输实现全智 能化处理提供了理论和物质基础。技术的发展是没有止境的,随着智能化开关、光电式 电流电压互感器、 一次运行设备在线状态检测、 变电所运行作培训仿真等技术日趋成熟, 以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用,势必对已有的变所自动化技术产生深刻 的影响,全智能化的变电所自动化系统即将出现。但是目前国内外还没有真正意义上智 能化一次设备一次设备的智能化仍然需要通过一定的二次设备来转化实现一般采 用智能终端的模式。 国内目前进行的数字化变电所项目虽然大多采用此种方式但是普 遍没有对开关内部的二次回路进行集成化改造智能终端与开关整合度较低。 4.自动化 自 20 世纪 80、90 年代起，国外和国内先后开发研制成功了变电所必须的集继电保 护、故障录波、远动功能、站内监控等功能为一体的变电站综合自动化系统取代了变电 站常规的测量系统如变送器、录波器、指针式仪表等取代了常规的操作控制盘、手控 无功补偿等装置以及常规的报警装置如中央信号系统和光字牌等取代了常规的远动装 置等使变电所的各种装置和保护的信息融合为一体， 并可与上级调度中心进行实时通信 把变电站的自动化程度提高到一个崭新阶段， 现在国内大多数变电所已达到无人值守的 程度。 1.4 主要研究内容和拟采用的方法 1.4.1 主要研究内容 某石油化工厂为保证生产规模扩建的供电需要，拟建设一座 35kV 降压变电所，以 10kV 电缆给各分厂供电，一次设计并建成。 电源情况 电压等级： 石化厂变电所的电压等级为 35/10kV， 35kV 是本变电所的电源电压， 10kV 是二次电压。 电源进线：距离本变电所 9km 处有一地区变电所，用 35kV 双回架空线路向本变电 所供电。在最大运行方式下，本变电所高压母线上的短路容量为 1080MVA。 10kV 侧出线：电缆线路出线 8 回（备用 1 回） ，负荷数据如下表所示。 兰州理工大学毕业设计(论文) 4 序号序号车间名称车间名称用电类别用电类别有功功率（有功功率（kWkW）无功功率（无功功率（kVarkVar） 1炼油分厂1100480 2化肥分厂740500 3催化剂分厂850580 4合成橡胶分厂1000500 5储运分厂950300 6动力分厂1400320 7污水处理分厂750530 8其他、950700 注：负荷同时率 Kt=0.9，Tmax=3500h，网损率为 A%=5%。 所用电的主要负荷如下表所示： 序号序号设备名称设备名称额定容量（额定容量（kWkW） 功率功率 因数因数 台数台数备注备注 1主充电机200.881周期性负荷 2浮充电机5.80.851经常性负荷 3通风110.882周期性负荷 4交流焊机10.50.791周期性负荷 5检修试验用电14.60.51经常性负荷 6照明负荷14经常性负荷 7生活水泵等用电11经常性负荷 环境条件：当地海拔高度 650m，年雷暴日数 22 日，无特殊环境污染。年最高气 温 38.5，年最低气温-13，年平均气温 10.6，年最热月平均最高气温 30，土壤 电阻率500m。 1.4.2 拟采用的方法 单母线分段接线的优点： 单母线分段接线比较简单、清晰，当母线发生故障时，仅故障母线段停止工作,另 一段母线仍继续工作，两段母线可看成是两个独立的电源，挺高了供电可靠性.重要用 户供电，当一段母线故障或检修时，必须断开接在该段母线上的所有支路，使之停止工 作，任一支断路器检修时，该支路必须停止工作。 内桥线路的特点： （1）线路操作方便 （2）正常运行时变压器操作复杂 兰州理工大学毕业设计(论文) 5 （3）桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元间失去联系内桥接线试 用于两回进线两回出线且线路较长， 故障可能性较大和变压器不需要经常切换运行方式 的发电厂和变电站中。 图 1.1 单母分段内桥接线方式 经济性： 由于当该变电所的两台主变压器都发生故障时，一号变电所有外部电源接入，可以 保证所用电正常，投资成本也低。 因此对于本次35KV石化厂变电所一次部分设计 ， 我采用当单母分段内桥接线方式。 1.5 本章小结 本章的主要内容有研究的意义、 国内外发展的趋势以及变电站综合自动化的新动向 和主要研究的内容与拟采用的方法，下一章主要的研究内容是主接线的选择。 兰州理工大学毕业设计(论文) 6 第二章 主接线的选择 2.1 主接线的设计原则与要求 发电厂和变电所的电气主接线是保证电网安全可靠、经济运行的关键，是电气设备 布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。 电气主接线的设计原则： 应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。 电气主接线的主要要求： 1、可靠性：可靠性的客观衡量标准时运行实践主接线的可靠性是其组合元件（包 括一次不分和二次部分）在运行中可靠性的综合，因此要考虑一次设备和二次部分的故 障及其对供电的影响，衡量电气主接线运行可靠性的一般准则是： （1）断路器检修时，是否影响供电、停电的范围和时间 （2）线路、断路器或母线故障以及母线检修时，停电出线回路数的多少和停电时 间长短，能否保证对重要用户的不间断供电。 （3）发电厂、变电所全部停电的可能性。 、 2、灵活性：投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便，调度灵活，电 气主接线的灵活性要求有以下几方面： （1）调度灵活、操作方便，应能灵活地投切某些元件，调配电源和负荷能满足系 统在事故、检修及特殊运行方式下的调整要求。 （2）检修安全，应能容易地从初期过渡到最终接线，并在扩建过渡时使一次和二 次设备等所需的改造最少。 3、控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资，要适当 限制经济型：通过优化比选，应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗少，在满足技 术要求的前提下，要做到经济合理。 （1）投资省，电气主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关等一次设备投资， 要使短路电流，一边选择价格合理的电气设备。 （2）占地面积小，电气主接线的设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约地 和节省架构、导线、绝缘小及安装费用，在运输调节许可的地方都应采用三相变压器。 （3）少，经济合理的选择变压器的型式、容量和台数，避免因两次变压而增加投 资。 兰州理工大学毕业设计(论文) 7 2.2 技术比较 待设计变电所为一座 35KV 降压变电所， 以 10KV 电缆线各车间供电， 距改变电所 9KM 处有一系统变电所，用 35KV 双回架空线向待设计的变电所供电，在最大运行方式下， 待设计变电所高压母线上的短路功率为 1000MVA，待设计变电所的高压部分为二进二出 回路，为减少断路器数量及缩小占地面积，可采用内桥接线和外桥接线，变电所的低压 部分为二进八处回路， ，故 10KV 回路应至少设有 8 回出线，其中，炼油分厂和化肥分厂 为类负荷，其他为类负荷，其余为类负荷，其主接线可采用单母不分段接线， 单母分段接线和单母分段带旁路接线，综上所述，该变电所的主接线形式初步拟定为 6 种，如下图所示： 图 2-1方案一单母线内桥接线方式 2.3 主接线的比较与选定 2.3.1 技术比较 1、内桥线路的特点： （1）线路操作方便 （2）正常运行时变压器操作复杂 （3）桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元间失去联系 内桥接线试用于两回进线两回出线且线路较长， 故障可能性较大和变压器不需要经 常切换运行方式的发电厂和变电站中。 2、外桥接线的特点： （1）变压器操作方便 （2）线路投入与切除时，操作复杂 兰州理工大学毕业设计(论文) 8 （3）桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元之间失去联系。 外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短故障可能性小和变压器需要经常切 换，且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。待设变电所 35KV 回路进线为 6KM，进 线较长，且没有穿越功率通过，正常运行时两台变压器不需要经常切换，经比较，内桥 接线的线路投入与切除操作方便，故以上 6 种设计方案中，方案一、方案二和方案三为 优。 3、单母线不分段接线的特点： 图 2-1 方案二 单母分段内桥接线方式 接线简单、清晰、设备少、操作方便、投资少、便于扩建，但其不够灵活可靠，接 到母线上任意元件故障时，均使整个配电装置停电。 4、单母线分段接线的特点： 单母线分段接线也比较简单、清晰，当母线发生故障时，仅故障母线停止工作， 另一段母线仍继续工作，两段母线可看成是两个独立的电源，挺高了供电可靠性，可对 重要用户供电，当一段母线故障或检修时，必须断开接在该段母线上的所有支路，使之 停止工作，任一支断路器检修时，该支路必须停止工作。 兰州理工大学毕业设计(论文) 9 图 2-1 方案三双母分段内桥接线方式 5、单母线分段带旁路接线的特点： 在母线引出各元件的断路器，保护装置需停电检修时，通过旁路木母线由旁路断路 器及其保护代替，而引出元件可不停电，加旁路母线虽然解决了断路器和保护装置检修 不停电的问题，提高了供电的可靠性，但也带来了一些负面影响。 (a)旁路母线、旁路断路器及在各回路的旁路隔离开关，增加了配电装置的设备， 增加了占地，也增加了工程投资。 (b)旁路断路器代替各回路断路器的倒闸操作复杂，容易产生误操作，酿成事故。 图 2-1 方案四单母线外桥接线方式 图 2-1 方案五 单母分段外桥接线方式 (c)保护及二次回路接线复杂。 (d)用旁路代替个回路断路器的倒闸操作，需要人来完成，因此带旁路母线的界限 兰州理工大学毕业设计(论文) 10 不利于实现变电所的无人值班。 方案一种采用单母线不分段接线，虽然简单灵活，但其可靠性不高，当接到母线上 任意元件公章时，均使整个配电装置停电，且带设变电所的符合均为类、类中药符 合，因此方案一种的单母线不分段接线不能满足类、类负荷供电可靠性的要求。 图 2-1 方案六双母分段外桥接线方式 方案二与方案三中采用单母线分段接线的两段母线可看成是两个独 立的电源，提高了供电的可靠性，为了确保当任何一路电源发生故障或检修时，都 不回中断对重要用户类负荷的用电， 可分别在每段母线上都设有一车间与二车间的出 现间隔。方案二与方案三的可靠性都较高，加设旁路母线的方案三可使出现线路上断路 器故障或检修时，通过旁路母线使用电不用中断，相比之下，方案三的供电可靠性要比 方案二高，但由于加设旁路母线也带来了倒闸操作复杂等负面影响，即方案三灵活性要 低于方案二，为最终确定带设变电所的主接线方式，下面对方案二与方案三进行经济比 较。 2.3.2 经济比较 1.综合投资比较 ) 100 1 ( 0 a ZZ(2.1) 该变电所为 35KV 等级，故不明显的附加费用比例系数 a 取 100 0 2ZZ (2.2) 式中 0 Z包括变压器、开关设备。配电装置等设备的费用，由式 2.2 可知，综合投资 与 0 Z成正比。 方案三语方案二相比， 方案三多设了一条 10KV 母线， 1 台旁路母联断路器及隔离开 关。即方案三中的 0 Z大于方案二中的 0 Z。故方案二的综合投资 Z 小于方案三的综合投 资 Z。 兰州理工大学毕业设计(论文) 11 1、年运行费用 U 的比较 AZ UUU (2.3) 式中 Z U为折旧费， A U为损耗费 CZUZ(2.4) 式中 C 为折旧维护检修费，对主变及配电装置可取 8%10%.对水泥杆线路可取 5%， 对铁塔线路可取 4%，故 Z U与 Z 成正比。 U(2.5) 式中为电能电价（常数） 。 双绕组主变的年电能损耗 )( 2 0 e m K S S PtPn(2.6) 该变电所采用 2 台主变，故 n=2 式中 0 P为主变压器的空载损耗和短路损耗 e S为变压器的额定容量， m S为变压器持续最大负荷 为最大负荷年损耗小时数，决定于最大负荷年利用小时数 T 与平均功率因数 COS。 由于方案二与方案三都选用同样两台型号相同的主变，故主变的年电能损耗相同。 架空输电线路的年电能损耗。 LKPm 式中 m P为通过线路的最大持续功率，L 为线路长度，K 为线路有功损耗系数。方案 二与方案三中都从距变电所 6KM 处的系统变电所用 35KV 双回架空线路向带设变电所供 电。故其 m P、L、K 相同，即架空输电线路的年电能损耗相同。 由于 U= Z U+ A U 当损耗费用相同时， Z U大的年运行费高，故方案二与方案三相比，方案二的经济 性较优。而且近年来，系统的发展，电力系统接线的可靠性有了较大提高，220KV 以下 电网建设的目标是逐步实现 N-1 或 N-2 的配置，这样有计划地进行设备检修，不会对用 户的供电产生影响，不需要通过旁路断路器来代替检修断路器；由于设备制造水平的提 高，高质量的断路器不断出现，例如现在广泛采用的 SF6 断路器，真空断路器，运行可 靠性大幅度提高，使旁路母线的使用几率也在逐年下降；由于现今的变电站都有向无人 值班方式设计趋势，旁路母线给无人值班带来不便，故新建工程中基本上不再采用带旁 路母线的接线方式，所以经综合分析比较后，最终确定方案二为该变电所的电气主接线 方式，即 35KV 高压部分采用内桥接线，10KV 低压部分采用单母分段接线方式。如下图 2-2 所示： 变电所用电系统设计和设备选择， 直接关系到变电所的安全运行和设备的可靠。最 近几年设计的变电所大都不采用蓄电池作为直流电源， 而是广泛采用晶闸管整流或复式 兰州理工大学毕业设计(论文) 12 整流装置取得直流电源，这就要求交流所用电源可靠连续、电压稳定，因此要求有两个 电源。其电源的引入方式有内接和外接两种。其接入方式有三种，如下图 2-3 所示 2.4 所用电设计 图 2-2 10KV 侧单母分段接线方式 图 2-3 两变电所从 35kv 进线引入 其中图 2-3 两台所用变均从外部电源引进，其供电可靠性最高，但由于接入电源电 压较高（35KV）,投资成本也较大；图 2-5 的所用变投资成本最低但其可靠性较低；图 兰州理工大学毕业设计(论文) 13 2-4 的所用电源接入形式，当该变电站的两台主变压器都发生故障时，一号所用变又外 不电源接入，可以保证变电所的所用电正常。其成本投资低于图 2-3，是在保证了可靠 性的前提下最优经济方案。因此本变电所的所用变接线形式如图 2-4 所示。 图 2-4 两变电所一个从 35kv 进线引入另一个接 10kv 母线 图 2-5 两变电所都接到 10kv 母线 2.5 本章小结 本章主要是对主接线的选择，我对资料学习后，经过经济性比较，我选择了单母分 段内桥接线方式。 兰州理工大学毕业设计(论文) 14 兰州理工大学毕业设计(论文) 15 第三章变压器的选择 3.1 变电站变压器台数的选择原则 1、对于只供给二类、三类负荷的变电站，原则上只装设一台变压器。 2、对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站，应选用两台两台 相同容量的主变压器，每台变压器的容量应满足一台变压器停运后，另一台变压器能供 给全部一类负荷；在无法确定一类负荷所占比重时，每台变压器的容量可按计算负荷的 70%80%选择。 3、对大城市郊区的一次变电站，如果中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以 装设两台为宜；对地区性孤立的一次变电站，在设计时应考虑装设三台主变的可能性； 对于规划只装两台主变的变电站， 其变压器的基础宜按大于变压器容量的 12 级设计。 3.1.1 变电站主变压器台数的确定 待设计变电站由 9KM 处的系统变电所用 35KV 双回架空线路供电， 以 10KV 电缆供各 车间供电。该变电所的炼油分厂和化肥分厂为类负荷，其他为、类负荷，其余的 为类负荷。类负荷要求有很高的供电可靠性，对于类用户通常应设置两路以上相 互独立的电源供电，同时类负荷也要求有较高的供电可靠性，由选择原则的第 2 点结 合待设计变电站的实际情况，为提高对用户的供电可靠性，确定该变电站选用两台相同 容量的主变压器。 3.1.2 变电所主变压器容量的确定原则 1、按变电所建成后 510 年的规划负荷选择，并适当考虑 1020 年的负荷发展。 2、对重要变电所，应考虑一台主要变压器停运后，其余变压器在计算过负荷能力 及允许时间内，满足、类负荷的供电；对一般性变电所，一台主变压器停运后，其 余变压器应能满足全部供电负荷的 70%80%。 3.1.3 待设计变电所主变压器容量的计算和确定 变电所主变的容量是由供电负荷（综合最大负荷）决定的。 )(3910700530320300500580500480 )(7740950750140095010008507401100 KWQ KWP )(867139107740 2222 KVAQPS 每台变压器的容量计算按计算负荷的 80%选择。 兰州理工大学毕业设计(论文) 16 6937%808671*%80SST(3.1) 经查表选择变压器型号为 SZ9800035， 即额定容量为 8000KVA,因为 Sn/S=(8000 8671)100%=92%80%,即选择变压器的容量满足要求。 3.1.4 主变压器绕组数的确定 国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以 及低压绕组分裂式等变压器，待设计变电所有 35KV、10KV 两个电压等级且是一座降压 变电所，宜选用双绕组普通式变压器。 3.1.5 主变压器相数的确定 在 330KV 及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对来 说投资大、占地多、运行规模也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量， 待设计变电所谓 35KV 降压变电所，在满足供电可靠性的前提下，为减少投资，故选用 三项变压器。 3.1.6 主变压器调压方式的确定 为了确保变电所供电量，电压必须维持在允许范围内，通过变压器的分接头开关切 换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种： 不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常在22.5%以内；另一种是带负荷切换， 称为有载调压，调整范围可达 30%，但其结构较复杂，价格较贵，由于待设计变电所的 负荷为、类重要负荷，为确保供电质量，有较大的调整范围，我们选用有载调 压方式。 3.1.7 主变压器绕组联接组别的确定 变压器的连接组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行，电力系统采用 的绕组连接方式只有星形和三角形两种，因此对于三相双绕组变压器的高压侧，110KV 及以上电压等级，三相绕组都采用“YN”连接，35KV 及以下采用“Y”连接；对于三相 双绕组变压器的低压侧，三相绕组采用“d”连接，若低电压侧电压等级为 380/220V， 则三相绕组采用“yn”连接，在变电所中，为了限制三次谐波，我们选用“Ynd11”常 规连接的变压器连接组别。 3.1.8 主变压器冷却方式的选择 电力变压器的冷却方式，随其型号和容量不同而异，一般有以下几种类型： 1、自然风冷却：一般适用于 7500KVR 一下小容量变压器，为使热量散发到空气中， 装有片状或管型辐射式冷却器，以增大油箱冷却面积。 2、强迫油循环水冷却：对于大容量变压器，单方面加强表面冷却还打不到预期的 冷却效果。故采用潜油泵强迫油循环，让水对油管道进行冷却，把变压器中热量带走。 兰州理工大学毕业设计(论文) 17 在水源充足的条件下，采用这种冷却方式极为有利散热效率高、节省材料、减少变压器 本体尺寸，但要一套水冷却系统和有关附件且对冷却器的密封性能要求较高。即使只有 极微量的水渗入油中， 也会严重地影响油的绝缘性能。 故油压应高于水压 0.10.15Mpa， 以免水渗入油中。 3、强迫空气冷却：又简称风冷式。容量大于等于 8000KVA 的变压器，在绝缘允许 的油箱尺寸下，即使有辐射器的散热装置仍达不到要求时，常采用人工风冷。在辐射器 管间加装数台电动风扇，用风吹冷却器，使油迅速冷却，加速热量散出，风扇的启停可 以自动控制，亦可人工操作。 4、强迫油循环导向风冷却：近年来大型变压器都采用这种冷却方式。它是利用潜 油泵将冷油压入线圈之间、线饼之间和铁芯的油管中，使铁芯和绕组中的热量直接由具 有一定流速的油带走，二变压器上层热油用潜油泵抽出，经过水冷却器冷却后，再由潜 油泵注入变压器油箱底部，构成变压器的油循环。 5、水内冷变压器：变压器绕组用空心导体制成，在运行中将纯水注入空心绕组中， 借助水的不断循环将变压器中热量带走，但水系统比较复杂且变压器价格比较高。 待设计变电所主变的短路容量为 1080KVA,为使主变的冷却方式既能达到预期的冷 却效果，有简单、经济，我们选用强迫空气冷却，简称风冷却。 综上得该变电所的主变型号及相关参数如下表 3-1 所示： 表 3-1 变压器型号 额定容量 （KVA） 额定电压 （KV） 连接组 标号 损耗（KW） 阻抗 电压 （） 空载电 流 （） 高压低压空载负载 SZ9-8000/3580003510.5Ynd119.8442.757.50.9 3.2 所用变的选择 目前可供选择的所用变压器的型式有油浸式和干式两种， 后者又分为普通干式和环 氧树脂浇注式等。三种变压器作为自用变各具有特点。油浸式的特点是过载能力强，屋 内外均可布置，维修简便，价格便宜，但由于采用油为绝缘和冷却介质，屋内外必须要 有防火防爆小间，同时检修、维护复杂；干式变压器的特点是无油，防火性能较好，布 置简单，可就近布置在中压开关柜附近，缩短了电缆长度并提高供电可靠性，还可节省 间隔及土建费用， 但过载能力低， 绝缘余度小， 在有架空线路直接连接的场合不宜使用， 一面遭受感应雷过电压；环氧树脂浇注式的特点是具有一定的防尘耐潮和难燃的优点， 比普通干式变更佳，但价格相对昂贵。随着干式变压器生产技术的不断进步，已能生产 出散热性能更好、体积小、过载能力大的干式变压器。由于油浸式变压器屋内布置需要 防火防爆小间，且要考虑通风散热以及事故排油设施，因此，待设计变电所采用干式变 兰州理工大学毕业设计(论文) 18 压器。 3.2.1 所用变台数的选择 待设计的变电所中采用 2 台所用变。且分别接在两个独立引接点。正常运行时各分 担一半的自用负荷；当其中一个电源停电或发生故障时，由另一台所用变担负全部自用 负荷。 3.2.2 所用变容量的选择 所用变压器负荷计算采用换算系数法， 不经常短时及不经常断续运行的负荷均可不 列入计算负荷。当有备用所用变压器时，其容量应与工作变压器相同。 所用变压器容量按下式计算： SK1P1+P2（3.2） 式中S所用变压器容量（KVA）; P1所用动力负荷之和（KW）; K1所用动力负荷换算系数，一般取 K1=0.85； 经分析，我们把所用电的主要负荷中：主充电机、浮充电机、蓄电池室通风、屋内 配电装置通风归为动力负荷，把交流电焊机、检修实验用电、载波、照明负荷和生活用 电归为电热及照明负荷。则： )(5 .3025 . 10 . 35 . 420 1 KWP （3.3） )(95.51120 .1595. 00 .1311 2 KWP （3.4） 88.7795.5185. 05 .30 211 PPKS（KVA）（3.5） 由以上数据查表得选择所用变的型号及相关参数如下表 3-2 所示： 表 3-2 型号 额定电压(kV) 额定容 量 （KVA） 连接 组别 损耗（KW） 阻抗 电压 空载电 流 高压低压空载负载 S9-100/35%5350.4100Yyn00.32.036.5%2.1% S910.50.480Yyn00.241.254.0%1.8% 3.33.3 本章小结本章小结 由于上一章对主接线方案进行了比较与选择， 这一章主要是对变压器台数相数以及 绕组连接组别的确定。 其中选择了 2 台相同双绕组三相变压器， 其型号为 SZ9-8000/35. 兰州理工大学毕业设计(论文) 19 第四章短路电流计算 4.1 短路的基本知识 电力系统正常运行方式的破坏多数是由于短路故障引起的， 系统中将出现比正常运 行时的额定电流大许多倍的短路电流，其数值可达几万甚至几十万安。因此，在变电所 设计中必须全面地考虑短路故障各种影响。 变电所中各种电器设备必须能承受短路电流的作用， 不致因过热或电动力的影响而 损坏。例如，断路器必须能断开可能通过的最大短路电流；电流互感器应有足够的过电 流倍数； 母线效验短路时要承受最大应力； 接地装置的选择也与短路电流的大小有关等。 短路电流的大小也是比较主接线方案、分析运行方式时必须考虑的因素。系统短路 时还会出现电压降低，靠近短路点处尤为严重，这将直接危害用户供电的安全性及可靠 性。为限制故障范围，保护设备安全，继电保护装置必须整定在主回路通过短路电流的 准确动作。 由于上述原因，短路电流计算称谓变电所电气部分设计的基础。选择电气设备时通 常用三相短路电流，效验继电保护动作灵敏度时用两相短路、单相短路电流或单相接地 电流。工程设计主要计算三相短路电流。 4.2 计算短路电流的目的 短路故障对电力系统的正常运行影响很大，所造成的后果也十分严重，因此在系统 的设计，设备的选择以及系统运行中，都应该着眼于防止短路故障的发生，以及在短路 故障发生后腰尽量限制所影响的范围。短路的问题一直是电力技术的基本问题之一，无 论从设计、制造、安装、运行和维护检修等各方面来说，都必须了解短路电流的产生和 变化规律，掌握分析计算短路电流的方法。 短路电流计算具体目的是； （1）选择电气设备。电气设备，如开关电气、母线、绝缘子、电缆等，必须具有 充分的电动力稳定性和热稳定性， 而电气设备的电动力稳定性和热稳定性的效验是以短 路电流计算结果为依据的。 （2） 继电保护的配置和整定。系统中影配置哪些继电保护以及继电保护装置的参 数整定，都必须对电力系统各种短路故障进行计算和分析，而且不仅要计算短路点的短 路电流，还要计算短路电流在网络各支路中的分布，并要作多种运行方式的短路计算。 （3） 电气主接线方案的比较和选择。在发电厂和变电所的主接线设计中，往往遇 到这样的情况：有的接线方案由于短路电流太大以致要选用贵重的电气设备，使该方案 的投资太高而不合理， 但如果适当改变接线或采取限制短路电流的措施就可能得到即可 兰州理工大学毕业设计(论文) 20 靠又经济的方案，因此，在比较和评价方案时，短路电流计算是必不可少的内容。 （4） 通信干扰。 在设计 110KV 及以上电压等级的架空输电线时， 要计算短路电流， 以确定电力线对临近架设的通信线是否存在危险及干扰影响。 （5） 确定分裂导线间隔棒的间距。在 500KV 配电装置中，普遍采用分裂导线做软 导线。当发生短路故障时，分裂导线在巨大的短路电流作用下，同相次导线间的电磁力 很大，使导线产生很大的张力和偏移，在严重情况下，该张力值可达故障前初始张力的 几倍甚至几十倍，对导线、绝缘子、架构等的受力影响很大。因此，为了合理的限制架 构受力，工程上要按最大可能 出现的短路电流确定分裂导线间隔的安装距离。 短路电 流计算还有很多其他目的，如确定中性点的接地方式，验算接地装置的接触电压和跨步 电压，计算软导线的短路摇摆，输电线路分裂导线间隔棒所承受的向心压力等。 4.3 短路电流实用计算的基本假设 考虑到现代电力系统的实际情况，要进行准确的短路计算是相当复杂的，同时对解 决大部分实际问题，并不要求十分精确的计算结果。例如，选择效验电气设备时，一般 只需近似计算通过该设备的最大可能的三相短路电流值。为简化计算，实用中多采用近 似计算方法。这种近似计算法在电力工程中被称为短路电流实用计算。它是建立在一系 列的假设基础上的，其计算结果稍偏大。短路电流实用计算的基本假设如下： （1） 短路发生前，电力系统是对称的三相系统。 （2） 电力系统中所有发电机电势的相角在短路过程中都相同，频率与正常工作时 相同。 （3） 变压器的励磁电流和电阻、架空线的电阻和相对地电容均略去，都用纯电抗 表示。次假设将复数运算简化为代数运算。 （4） 电力系统中各元件的磁路不饱和。即各元件的参数不随电流而变化，计算可 应用叠加原理。 （5） 对负荷只作近似估计，由于负荷电流一般比短路电流小得多，近似计算中， 对离短路点较远的负荷忽略不计， 只考虑在短路点附近的大容量电动机对短路电流的影 响。 （6） 短路故障时金属性短路，即短路点的阻抗为零。 短路故障称为电力系统的 横向故障，由断线造成的故障，称为电力系统的纵向故障。电力系统中仅有一处出现故 障称简单故障，若同时有两处或两处以上发生故障，称复杂故障。 4.4 短路电流的计算步骤 （1）把该变电站主接线图中去掉不参与短路电流计算的开关设备，得到短路电流 计算图 4-1 所示： 兰州理工大学毕业设计(论文) 21 1 U=35kv 1 K 2 U=10 kV 2 K 图 4-1短路电流计算图 电力系统架空线路变压器 Skml9kvASN80