金峰机械厂降压变电所的电气设计毕业设计论文.pdf

金峰机械厂降压变电所的电气设计 -I- 金峰机械厂降压变电所的电气设计 摘要 电力行业作为国家经济的命脉之一，无论在工农业建设还是普通民用都扮 演着中流砥柱的作用，为社会主义现代建设奠定了坚实的基础。宏观意义电力行业需要 通过客观缜密的工厂供配电系统设计体现，这是本设计的价值所在。本设计内容针对金 峰机械厂降压所，据任务书要求，通过查阅相关资料文献，运用大学阶段学习成果，通 过具体讨论工厂配电系统方案设计的原理，进行总体设计和详细分析说明，包括选择变 电所主变压器台数、容量、形式，设计变电所主接线，论证设计方案是最佳方案，设计 变电所自用电，选择所用变压器，计算短路电流，选择主要电气设备及导体，设计 35kV、10kV 配电装置，全所继电保护的初步配置，初步规划变电所防雷设施。以科学严 谨的方法完成本设计的内容，达到设计任务书的要求，将电力行业中的单元组成工 厂供配电系统设计反应出来。 关键词：变压器选择 短路电流计算 主接线方案 继电保护整定 防雷和接 地 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -II- Electrical design of the substation of the Gold Peak Machinery Factory Abstract Power industry as one of the lifeblood of the national economy, both in the construction industry and agriculture still plays a mainstay of ordinary civil action, and laid a solid foundation for the construction of socialist modernization. Macro sense the power industry needs through objective careful plant design reflects the supply and distribution system, which is the value of the design lies. The Jinfeng Machinery Plant design content for the buck, according to the requirements of the mission statement, through access to relevant information document, use the university level learning outcomes through concrete factory to discuss the principle of power distribution system design, the overall design and detailed analysis shows, including the selection of number of main transformer substation, capacity, form design substation main connection, demonstration design is the best option, since electricity substation design, select the transformer, short-circuit current calculation, select the main electrical equipment and conductors, design 35kV, 10kV power distribution equipment, the full protection of the initial configuration, preliminary mine planning substation facilities. Rigorous scientific method to complete the contents of this design to meet the design requirements of the mission statement, the electric power industry units the factory for distribution system design reflected. keywords Transformer selection, short-circuit current calculation, the main wiring scheme, relay protection setting, lightning protection and grounding 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -III- 目录 引言 . 1 第一章 原始资料及设计要求 2 1.1 原始资料 2 1.2 设计的基本原则 3 1.3 本设计的主要内容及任务 3 第二章 负荷计算与变压器的选择 5 2.1 主变压器的选择 5 2.1.1 主变压器台数的选择 . 5 2.1.2 主变压器容量的选择 . 5 2.1.3 主变压器形式的选择 . 7 2.1.4 主变压器的确定 . 8 2.2 设计变电所自用电与变压器 8 第三章 设计变电所主接线方案 10 第四章 短路电流的计算 14 第五章 电气设备及导体的选择 17 5.1 导体的选择 17 5.2 断路器和隔离开关的选择和校验 . 19 5.2.1. 35kV 母线侧 . 19 5.2.2 10kV 母线侧 20 5.3 互感器的选择 21 5.3.1 电压互感器的选择 21 5.3.2 电流互感器的选择 . 22 5.4 熔断器的选择 . 24 5.5 车间馈线的选择 . 24 4.6 高压开关柜的选择 . 25 第六章 变电所继电保护 26 6.1 变电所保护装置 26 6.2 电力线路的继电保护 27 第七章 变电所的防雷设施 29 7.1 防雷设置 29 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -IV- 7.2 防雷接地 29 结论 . 30 致谢语 . 31 参考文献 . 32 附录 . 33 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -1- 引言 众所周知，电力工业是国民经济建设的重要部门，也是国民经济建设的基础，它为 工业、商业、农业、交通运输业及社会生活提供能源。随着工农业生产机械化、自动化 水平的快速发展，对电能的需求量越来越大，对供电的可靠性、经济性、灵活性及电能 质量的要求也越来越高。 虽然电能消耗在工业生产中的产品成本中占的比重在 5%左右，供电设备在工业生产 的总投资中也占 5%左右。但是工厂供电却能提高劳动生产率、提高产品质量、降低生产 成本、减轻工人劳动强度等，有利于实现生产过程自动化。不过也同样存在巨大的风 险，当工厂供电中断，即使是短时间的中断都将有可能引起重大人身事故、机械设备损 坏、产生大量的报废品等严重后果，给人民、工厂、国家带来经济、环境的重大损失。 因此，做好工厂供电对于发展工业生产，实现工业现代化，减少事故伤害都有着重要的 意义。此外，在工厂供电的过程中，还要处理好局部和全局，当前与长远等关系，既要 照顾当前利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 为了使工厂供电工作更好地为生产服务，切实保证工厂生产和群众生活用电的需要 并节约能源，当电能从电网引入到工厂时就应满足供电的基本要求。 在工厂供电的基本要求中，安全性指在工厂供电的过程中，不应发生人身事故和设 备事故等重大损失。可靠性指连续供电的要求，负荷等级的不同对供电可靠性的要求也 不同，衡量供电可靠性的指标一般以全部平均供电时间占全年时间的百分数来表示。安 全性、可靠性也是对电力系统的基本要求，但是，绝对的安全性、可靠性是不存在的， 当电力系统发生故障时，应能借助保护装置把故障隔离，使事故停止扩大并尽快恢复供 电。衡量电能质量的标准是电压和频率，要保证供电的优质性，供电的电压和频率都必 须满足要求，在配电时需要知道线路、变电所的电压损耗，通过计算实现电气设备端电 压为额定电压，同时电力系统应对配电的频率给予保证。经济性指的是供电系统的投资 少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属的消耗量，能源不但是国民经济 的物质基础，同时也是国民经济发展的重要因素，降低能源消耗、提高有效利用程度是 一项重大政策，电能是高价的二次能源，它从一次能源的利用程度只有 30%，因此节约电 能是节约能源的重要方面，工业用电占电能消耗的 70%以上，所以工厂的电能节约有特别 重要的意义，节约电能需满足技术上可行、经济上合理和对环境保护无妨碍。 本次设计是为电机修造厂设计一个总降压变电所配电系统，在设计时不仅要满足工 厂生产工艺的具体要求，保证安全可靠的提供电能，同时要力求合理，投资少，运行费 用低。在满足这些要求后也要做到对环境无妨碍，对有色金属的消耗量小的原则。 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -2- 第 1 章 原始资料及设计要求 1.1 原始资料 金峰机械厂因供电需要，要求设计一座 35kV 降压变电所，以 10kV 电压给各车间供 电。一次设计并建成。该变电所的设计规模为： 1.距本变电所 6km 处有一系统变电所，由该变电所用 35kV 双回架空线路向待设计的 变电所供电，在最大运行方式下，待设计的变电所高压母线上的短路功率为 1000MVA。 2.待设计的变电所 10kV 侧无电源，考虑以后装设两组电容器，提高功率因数，要求 预留两个间隔。 3.本变电所 10kV 母线到一、二车间用电缆线供电。其余车间用架空线供电。= 4500。各馈线负荷如表 1-1 所示。 表 1-1 各馈线负荷如表 序号 车间名称 计算用有功功率（kW） 计算用无功功率（kvar） 负荷性质 1 一车间 890 400 1 2 二车间 850 560 1 3 机加工车间 960 680 2 4 装配车间 800 400 2 5 锻工车间 830 250 3 6 高压站 1350 283 2 7 高压泵房 820 550 3 8 其他 931 687 3 4.所用电的主要负荷如下表 1-2。 表 1-2 所用电的主要负荷 序号 名称 额定容量（kW） 功率因数 安装台数 工作台数 备注 1 主充电机 20 0.88 1 1 周期 2 浮充电机 4.5 0.85 1 1 经常 3 蓄电池通风 2.7 0.88 1 1 经常 4 屋内配电装置通风 1.1 0.79 2 2 周期 5 交流焊机 10.5 0.5 1 1 周期 6 检修、试验用电 14 0.8 1 1 经常 7 照明负荷 15 经常 8 生活水泵 10 经常 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -3- 5.供电部门对功率因数的要求值为：0.9 6.环境条件 (1)当地最热月平均最高温度 31，最低温度-6.5，最热月地面 0.8m 处土壤平均 温度 26.5。 (2)电缆出线净距 100mm (3)当地海拔高度 520m，雷暴日数 35 日/年；无空气污染。变电所地处500.m 的黄土上。 7.电费制度 本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按 两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量计为 18 元kVA。动力电费为 0.20 元kWh，照明电费为 0.50 元/kWh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于 0.9。此外。电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费： 610kV 为 800 元/kV.A。 1.2 设计的基本原则 1.变电所的设计应该根据工程 5 到 10 年的发展进行规划，与城建部分的城市规划相 结合。做到远期与近期的结合，以近期为主，正确的处理近期建设与远期发展之间的关 系，适当考虑扩建的可能性。 2.变电所的设计，必须要从全局考虑出发，统筹兼顾。按照负荷的性质、用电的容 量、工程的特点与地区供电条件，结合本地情况合理地确定设计方案，做到因地制宜， 兼顾变电所经济、安全、可靠、灵活的特点。 3.对变电所的选址有以下几点要求： (1)靠近负荷中心； (2)要节用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地 (3)是与城区或企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出； (4)是交通运输方便； (5)是具有适宜的地质，并且周围环境无明显污染。 1.3 本设计的主要内容及任务 1.选择变电所主变压器台数、容量、形式 2.设计变电所主接线，论证设计方案是最佳方案 3.设计变电所自用电，选择所用变压器 4.计算短路电流 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -4- 5.选择主要电气设备及导体 6.设计 35kV、10kV 配电装置 7.全所继电保护的初步配置 8.初步规划变电所防雷设施 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -5- 第 2 章 负荷计算与变压器的选择 2.1 主变压器的选择 2.1.1 主变压器台数的选择 在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。 35 110kV 变电所设计规范规定，主变压器的台数与容量，应根据地区供电的条件、用电的 容量、运行方式与负荷的性质等条件进行综合考虑然后确定。 在有一、二级负荷的变电所当中一般适宜装设 2 台主变压器，如果技术经济较合理 时，可以装设两台以上的主变压器。当装有 2 台及以上的主变压器的变电所，断开其中 一台时，其余的主变压器容量不能小于 60的全部负荷，并应保证一、二级负荷供电。 主变压器台数与容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构。 正确选择变压器的台数，对实现系统安全经济和合理供电具有重要意义。目前一般 的选择原则是：一般用户装设 12 台变压器；为了提高供电可靠性，对于、级用 户，可设置两台变压器，防止一台主变故障或检修时影响整个变电所的供电，所以本所 选用两台主变，互为备用，当其中一台变压器故障检修时由另一台主变压器承担全部负 荷的 75%，保证了正常供电。根据原始资料，本变电所主的变压器应配置两台。 2.1.2 主变压器容量的选择 1.说明 （1）主变压器容量的一般按照变电所建成后 5-10 年的规划进行负荷选择，并适当 考虑到远期 10-20 年的负荷发展。 （2）根据变电所带负荷性质和电网结构确定主变器的容量。对有重要负荷的变电 所，应当考虑其中一台主变压器停止运行时，剩余变压器容量在过负荷后的所允许的时 间内，应保证用户的一级和二级负荷供电，保证供电可靠性。 （3）同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列 化、标准化。 （4）装有两台变压器的变电站，采用暗备用方式，当其中一台主变因事故断开，另 一台主变的容量应满足全部负荷的 70%，考虑变压器的事故过负荷能力为 40%，则可保证 80%负荷供电。 2.计算 根据设计任务的各馈线负荷，如表 2-1 所示。 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -6- 表 2-1 各馈线负荷 序号 车间名称 计算用有功功率（kW） 计算用无功功率（kvar） 负荷性质 1 一车间 890 400 1 2 二车间 850 560 1 3 机加工车间 960 680 2 4 装配车间 800 400 2 5 锻工车间 830 250 3 6 高压站 1350 283 2 7 高压泵房 820 550 3 8 其他 931 687 3 可得： P = 890 + 850 + 960 + 800 + 830 + 1350 + 820 + 931 = 7431(kW) Q = 400 + 560 + 680 + 400 + 250 + 283 + 550 + 687 = 3810(kvar) 因车间高压线杆上的负荷在 5000-10000kW 之间，故取同时系数： 有功负荷 kP= 0.9，无功负荷 kQ= 0.95；故计算负荷为： Pjs= KP P = 0.9 7431 = 6687.9(kW) Qjs= KQ Q = 0.95 3810 = 3619.5(kvar) 所以： SI= Pjs2+ Qjs2= 6687.92+ 3619.52= 7604.5(kVA) cos = Pjs SI = 6687.9 7604.5 = 0.87 0.9，所以采用并联电容器的方式进行无功补 偿，取 cos = 0.92，则tan = 0.426，则系统供给的无功功率为： = tan = 6840.0 0.426 = 2913.84(kvar) 则需补偿的无功功率为： = = 3619.5 2913.84 = 705.66(kvar) 取= 700(kvar) 所以： SI= Pjs2+ Qjs2= 6687.92+ (3619.5 700)2= 7297.3(kVA) 在计算负荷中，变压器的有功损耗和无功损耗分别为： PT 0.015 SI= 0.015 7295.1 = 109.4(kW) QT 0.06 SI= 0.06 7295.1 = 437.7(kvar) 变电所 35kV 侧总高压负荷为： P= Pjs+ PT= 6687.9 + 109.4 = 6797.3(kW) Q= Qjs+ QT= 2913.84 + 437.7 = 3351.51(kvar) 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -7- 所以变电所主变压器的总容量为： SZ= P2+ Q2= 6797.32+ 3351.512= 7489.1(kVA) cos = P SZ = 6797.3 7489.1 = 0.91 0.9 负荷功率因数要求。 通过查表可选择补偿电容器的型号为 BWF10.5-100-1，额定容量为 100kvar。所以并 联 7 个补偿电容器进行无功补偿。 为保证重要车间供电，待设计的变电所宜选择两台主变压器。若每台变压器的容量 要求能带全部负荷的 70%-80%计算。 SNT= SZ 80% = 7489.1 0.8 = 5991(kVA) 2.1.3 主变压器形式的选择 1变压器绕组的连接方式 变压器绕组的连接方式必须与系统的电压相一致，否则不可以并列运行。该变电所 有二个电压等级，所以选用双绕组变压器，其连接方式须与系统的电压相位相一致，否 则不可以并列运行。 电力系统所采用绕组的连接方式只有星形三角形，高、中、低三侧绕组如何进行组 合要根据实际的工程来确定。 我国 35kV 及以上电压，变压器的绕组采用星形连接，其中性点多通过消弧线圈接 地，35kV 以下电压，变压器绕组都采用三角形连接。 由于 35kV 采用星形连接方式与 220kV、110kV 系统的线电压相位角为零度（相位 12 点） ，这样当电压为 22011035kV，高、中压为自耦连接时，变压器的第三绕组加接线方 式就不能三角形连接，否则就不能与现有 35kV 系统并网。因而就出现所谓三个或两个绕 组全星形连接的变压器。 变压器采用绕组连接方式有 D 和 Y，我国 35kV 采用 Y 连接，35kV 以下电压的变压器 有国标 Y/d11、Y/Y0 等变电所选用主变的连接组别为 Y/d11 连接方式。所以本次设计的 降压变电所选用主变的连接组别为 YN/d11 型。 2.冷却方式的选择 主变压器采用的冷却方式有强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却，自然风冷却。 本次设计选择的是小容量的变压器，故采用自然风冷却。 3.调压方式的选择 变压器电压调整是用分接开关对变压器分接头进行切换，从而改变变压器的变比来 实现的。切换方式有两种：载调压，调整范围可达 30%；另一种是无激励调压，调整范围 通常在5%以内，设置有载调压的原则如下： （1） 对于 220kV 及以上的降压变压器，反在电网电压可能有较大变化的情况下， 采用有载调压方式，一般不宜采用。当电力系统运行确有需要时，在降压变电所亦可装 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -8- 设单独的调压变压器或串联变压器。 （2）对于 110kV 及以上的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器，调压方式采用 有载调压。 普通型的变压器调压范围小，仅为5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反 （如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。另外，普通变压 器的调整很不方便，而有载调压变压器可以解决这些问题。它的调压范围较大，一般在 15%以上，而且要向系统传输功率，又可能从系统反送功率，要求母线电压恒定，保证供 电质量情况下，有载调压变压器，可以实现，特别是在潮流方向不固定，而要求变压器 可以副边电压保持一定范围时，有载调压可解决，因此选用有载调压变压器。故本次设 计选用主变的调压方式为有载调压。 2.1.4 主变压器的确定 综合上述对变压器的要求，最终选择两台 SL7-6300/35 型变压器，该变压器的参数 如下表 1-2 所示。 表 2-2 变压器参数表 型号 额定容量 (kW) 额定电压(kV) 连接 组别 损耗(kW) 空载电 流(%) 阻抗电 压(%) 高压 低压 空载 负载 SL7-6300/35 6300 38.55% 6.3 Y,d11 8.2 41 0.9 7.5 2.2 设计变电所自用电与变压器 所用变的设计应以设计任务书为依据，结合工程具体的特点设计所用变的接线方 式，因变电站在电力系统中所处的地位，设备复杂程度以及电网特性而定。而所用变压 器和所用配电装置的布置，则常结合变电站重要电工构建物的布置来确定。一般有重要 负荷的大型变电所，采用单母线分段接线，两台所用变压器各接一段母线，正常运行情 况下可分列运行，分段开关设有自动投入装置。每台所用变压器应能担负本段负荷的正 常供电，在另一台所用变压器故障或检修停电时，工作着的所用变压器还能担负另一段 母线上的重要负荷，以保证变电所正常运行。 所用电的主要负荷如下表2-3： 表 2-3 所用电的主要负荷 序号 名称 额定容量（kW） 功率因数 安装台数 工作台数 备注 1 主充电机 20 0.88 1 1 周期 2 浮充电机 4.5 0.85 1 1 经常 3 蓄电池通风 2.7 0.88 1 1 经常 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -9- 序号 名称 额定容量（kW） 功率因数 安装台数 工作台数 备注 4 屋内配电装置通风 1.1 0.79 2 2 周期 5 交流焊机 10.5 0.5 1 1 周期 6 检修、试验用电 14 0.8 1 1 经常 7 照明负荷 15 经常 8 生活水泵 10 经常 变电所自动电容量为： S = 20 0.88 + 4.5 0.85 + 2.7 0.88 + 1.1 0.79 2 + 10.5 0.5 14 0.8 + 15 + 10 = 66.99(kVA) 所以选择 S9-80/10 型变压器两台，其参数见下表 2-4。 表 2-4 变压器参数表 型号 额定容量 (kW) 额定电压(kV) 连接组别 损耗(kW) 空载电 流(%) 阻抗电 压(%) 高压 低压 空载 负载 S9-80/10 80 105% 0.4 Y,yn0 0.25 1.25 2.4 4 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -10- 第 3 章 设计变电所主接线方案 在 35kV 变电所主接线设计应根据负荷性质、负荷容量大小、电源条件、变压器容量 及台数、设备特点以及进出线回路数等综合分析来确定。主接线应力求简单、操作方 便、设备少并便于维修，节约投资和便于扩建等要求，同时主接线方案还应满足安全、 可靠、灵活、经济的基本要求。本变电所考虑以下几个方案，进行经济和技术比较。 1.方案一：单母线分段接线 采用断路器分段的单母线分段接线，并将重要用户采用分别接于不同母线段的双回 路供电。如图 3.1 所示。 QF 图 3.1 单母线分段接线 单母线分段接线的特点为: 优点： （1）具有单母接线简单、清晰、方便、经济、安全等优点。 （2）与不分段单母线相比供电的可靠性高，母线或母线的隔离开关进行检修或故障 时候停电的范围缩小了一半。和用隔离开关进行分段的单母线接线对比，母线或母线隔 离开关发生短路时，非故障母线段可实现完全不停电，而后者需要短时的停电。 （3）运行较灵活。分段的断路器可接通运行，也可以断开运行。 （4）可对重要用户采用双回线路供电。方法是在不同分段母线上接引双回路。 缺点： （1）当任一分段的母线或母线的隔离进行开关检修或发生故障时，连接在该分段母 线上所有的进出回路都需停止工作，这对于出线回路数较多、容量大的配电装置仍然是 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -11- 严重的缺点。 （2）检修任意一电源或出线断路器时候，该回路须停电。这对于电压等级高的配电 装置是严重的缺点。因为电压等级高的断路器检修时间需较长，对用户影响较大。 2.方案二：双母线接线 具有两组结构相同的母线，每一回路都经一台断路器、两组隔离开关分别连接到两 组母线上，两组母线之间通过母联断路器来实现联络。如图 3.2 所示。 QF 图 3.2 双母线接线 双母线接线的特点为: （1）可靠性高。可轮流检修母线而不影响正常供电。当采用一组母线工作、一组母 线备用方式运行时，需要检修工作母线，可将工作母线转换为备用状态后，便可进行母 线停电检修工作；检修任一母线侧隔离开关时，只影响该回路供电；工作母线发生故障 后，所有回路短时停电并能迅速恢复供电；可利用母联断路器代替引出线断路器工作， 使引出线断路器检修期间能继续向负荷供电。 （2）灵活性好。为了克服上述单母线分段接线的缺点，发展了双母线接线。按每一 回路所连接的断路器数目不同，双母线接线有单断路器双母线接线、双断路器双母线接 线、一台半断路器接线三种基本形式。后两种又称双重连接的接线，意即一个回路与两 台断路器相连接，在超高压配电装置中被日益广泛地采用。 2.3 方案三：外桥型接线 外桥接线，桥回路置于线路断路器外侧，变压器经断路器和隔离开关接至桥接电， 而线路支路只经隔离开关与桥接点相连。如图 3。3 所示。 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -12- QS21 QS22 QF2 T2 QS31QF3QS32 QS11 QS12 QF1 T1 图 3.3 外桥形接线 外桥接线的特点为: （1）变压器操作方便。如变压器发生故障时，仅故障变压器回路的断路器自动跳 闸，其余三回路可继续工作，并保持相互的联系。 （2）线路投入与切除时，操作复杂。如线路检修或故障时，需断开两台断路器，并 使该侧变压器停止运行，需经倒闸操作恢复变压器工作，造成变压器短时停电。 （3）桥回路故障或检修时两个单元之间失去联系，出线侧断路器故障或检修时，造 成该侧变压器停电，在实际接线中可采用设内跨条来解决这个问题。 （4）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，而且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。 2.4 方案四：内桥型接线 内桥接线，桥回路置于线路断路器内侧（靠变压器侧） ，此时线路经断路器和隔离开 关接至桥接点，构成独立单元；而变压器支路只经隔离开关与桥接电相连，是非独立单 元。如图 3.4 所示。 QS11 QS12 QF1 T1 QS21 QS22 QF2 T2 QS31QF3QS32 图 3.4 内桥形接线 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -13- 内桥接线的特点： （1）线路操作方便。如线路发生故障，仅故障线路的断路器跳闸，其余三回线路可 继续工作，并保持相互的联系。 （2）正常运行时变压器操作复杂。 （3）桥回路故障或检修时两个单元之间失去联系；同时，出线断路器故障或检修 时，造成该回路停电。为此，在实际接线中可采用设外跨条来提高运行灵活性。 （4）内桥接线适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。 （5）桥形接线具有接线简单清晰、设备少、造价低、易于发展成为单母线分段或双 母线接线，为节省投资，在发电厂或变电站建设初期，可先采用桥形接线，并预留位 置，随着发展逐步建成单母线分段或双母线接线。 2.5 接线方案的选择 35kV 侧出线 2 回，10kV 侧出线 8 回。通过分析比较，四种接线方式中采用单母线分 段连线，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。对重要用 户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证 正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。 变电所的主接线图如图 3.5。 35KV电源进线 10KV QS11 QF11 T1 QF21 QS21 QS12 QF12 T2 QF22 QS22 图 3.5 变电所的主接线图 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -14- 第 4 章 短路电流的计算 为选择配电装置和电气设备及导体，需计算在最大运行方式下流过电气设备的短路电 流，选两个短路点。如图 4.1 所示。 LGJ-70，6km （1） （2）SL7-6300/35 SL7-6300/35 （3） （4） 系统 K-1 K-2 35kv 10kv 图 4.1 短路计算电路 短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺制法。短路电路中各主要元件的电抗 标幺值求出以后，即可利用其等效电路图进行电路化简，求出其总的电抗标幺值。由于 各元件均采用相对值，与短路计算点的电压无关，因此电抗标幺值无需进行电压换算， 而在欧姆法中需要进行换算，这也是标幺制法较之欧姆法的优越之处。因此在本次设计 中采用标幺制法计算短路电流 系统为无限大容量 Sc= SJ= 100MVA 根据设计任务书的要求，待设计变电所高压母线上的短路功率为： Sd= 1000MVA 则系统电抗为： XC= SJ Sd = 100 1000 = 0.1 线路电抗为：查表可得0= 0.4/ Xl= x0l SJ UC2 = 0.4 6 100 372 = 0.175 变压器电抗为： XB= Ud% 100 SJ SN = 7.5 100 100 103 6300 = 1.19 短路等效电路如图 4.2 所示。 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -15- K-1 K-2 1/0.12/0.175 3/1.19 4/1.19 图 4.2 短路等效电路 1.工厂总降压变 35kV 母线的短路电流（短路点 k-1） UC= 37kV Ik1= SJ 3 UC = 100 3 37 = 1.56(KA) X1= XC+ Xl= 0.1 + 0.175 = 0.275 三相短路电流为： Ik1 (3) = Ik1 X1 = 1.56 0.275 = 5.67(KA) 其他三相短路电流为： I(3)= I (3) = Ik1 (3) = 5.67(KA) ish (3) = 2.55I= 2.55 5.67 = 14.46(KA) Ish (3) = 1.51I= 1.51 5.67 = 8.56(KA) 短路容量为： SK (3) = 3UPI= 3 37 5.67 = 363.37(MVA) 2.10kV 母线的短路电流（短路点 k-2） UP= 10.5kV X2= XC+ Xl+ XB 2 = 0.1 + 0.175 + 1.19 2 = 0.87 则 Ik2= SJ 3 UP = 100 3 10.5 = 5.5(kA) Ik2 (3) = Ik2 X3 = 5.5 0.87 = 6.32(kA) 其他三相短路电流为： I(3)= I (3) = Ik2 (3) = 6.32(KA) ish (3) = 2.55I= 2.55 6.32 = 16.12(KA) Ish (3) = 1.51I= 1.51 6.32 = 9.54(KA) 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -16- 短路容量为： SK (3) = 3UPI= 3 10.5 6.32 = 114.94(MVA) 三相短路电流计算结果如下表 4-1。 表 4-1 三相短路电流计算列表 短路点 三相短路电流(kA) 三相短路容量 (3) (MVA) (3) (3) (3) 35kV k-1 5.67 14.46 8.56 363.37 10kV k-2 6.32 16.12 9.54 114.94 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -17- 第 5 章 电气设备及导体的选择 导体和电气设备的选择设计、必须执行国家的有关技术、经济的政策，并应做到技 术先进、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的 需求。 1.应满足正常的运行、检修、短路与过电压情况下的需求，并考虑到远景发展需要 2.按当地的环境条件进行校核 3.应该力求技术先进与经济合理 4.同类的设备应该尽量减少品种 5.扩建工程应尽量使新老电器型号一致 6.选用新产品，应该具备可靠的测试数据，并经正式鉴定合格 7.与整个的工程建设标准应协调一致 5.1 导体的选择 1. 35kV 母线导体选择 根据设计任务书得知，该变电所= 4500，查表可得钢芯铝绞线的经济电流密 度为J = 1.20A/2。 最大持续工作电流为： IWmax= 1.05S 3 U = 1.05 6300 3 35 = 109.12(A) 导体的经济截面为： Ssec= IWmax J = 109.12 1.20 = 90.93(mm2) 选取 LGJ-95 的钢芯铝绞线，其长期允许载流量为 330A。故符合最大持续工作电流的 要求。 校验在短路点 1 的短路情况下的热稳定： Smin= I2T C 103 查表可得 C=97，短路点 1 的三相短路稳态电流 (3)为 5.76A，设线路主保护动作时间 为 0.2S，断路器全分闸时间为 0.15S，所以 T=0.2+0.15=0.35S。 所以 Amin= I2T C 103= 5.672 0.35 97 103= 34.58(mm2) 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -18- 符合热稳定校验。 2. 10kV 母线导体选择 最大持续工作电流为： IWmax= 1.05S 3 U = 1.05 6300 3 10 = 381.92(A) 查表选择40 4单片矩形铝母线，平放时长期允许载流量为 480A。温度修正系数为 0.95。 I = 0.95 480 = 456(A) 381.92(A) 则符合最大持续工作电流的要求。 校验在短路点 2 的短路情况下的热稳定： Smin= I2T C 103 查表可得 C=97，短路点 1 的三相短路稳态电流 (3)为 6.32A，设线路主保护动作时间 为 0.2S，断路器全分闸时间为 0.15S，所以 T=0.2+0.15=0.35S。 所以 Amin= I2T C 103= 6.922 0.35 97 103= 42.21(mm2) 符合热稳定校验。 动稳定校验：取 L=1m,a=0.25m。 W = bh2 6 = 4 103 (4 103)2 6 = 106.67 108(m2) max= 1.73ish (3)2 L2 aW 108 = 1.73 (16.12 103)2 12 0.25 106.67 108 108= 16.85 106(pa) 硬铝的最大应力 = 10 106(pa) 故符合动稳定校验。 3. 35kV 进线的导体选择 考虑到一回线路故障或者检修时，由另一回线路给两台变压器供电的运行方式，其 最大电流负荷为 IWmax= 2S 3 U = 2 6300 3 35 = 207.85(A) 按照其短路条件下的热稳定选择： Amin= I2T C 103= 5.672 0.35 97 103= 34.58(mm2) 查表后选择 LGJ-70 钢芯铝绞线，其长期允许载流量为 289A。综合校正系数为 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -19- 0.95，则I = 0.95 289 = 274.56(A)。负荷最大负荷电流。 电压损耗校验： 查表的 LGJ-70 的r0= 0.45/km,x0= 0.42/km。 U = P30r0l + Q30x0l UN = 6840 0.45 6 + 3312 0.42 6 37 = 723.71(V) U% = U UN 100% = 723.71 37 1000 = 1.96% ish (3) 电流互感器短路时热稳定应大于或等于系统短路时的短时热稳定电流。 2.电流互感器的选择和校验 (1) 主变压器 35kV 侧最大负荷电流为： IWmax= 1.05S 3 U = 1.05 6300 3 35 = 109.12（A） 查表试选 LCZ-35 型电流互感器。 动稳定校验 2KesI1N 103= 2 100 800 103= 113.14(KV) ish (3)14.46(kA) 热稳定校验 I (3)tima t = 5.670.25 1 = 2.84 型号 额定电压（kV） 二次绕组额定容量（VA） 最大容量 （VA） 一次绕组 二次绕组 0.5 级 JDJ-35 35 0.1 150 1200 JDJ-10 10 0.1 80 640 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -23- KtI1N= 65 800 103= 52 I (3)tima t 该电流互感器负荷动热稳定的校验。 (2) 主变压器 10kV 侧最大负荷电流为： IWmax= 1.05S 3 U = 1.05 6300 3 10 = 381.92(A) 查表试选 LAJ-10 型电流互感器。 动稳定校验 2KesI1N 103= 2 135 1500 103= 286.38(KV) ish (3)16.12(kA) 热稳定校验 I (3)tima t = 6.320.25 1 = 3.16 KtI1N= 75 1500 103= 112.5 I (3)tima t 该电流互感器负荷动热稳定的校验。 (3)10kV 侧出线的最大负荷电流为： IWmax= 1.05S 3 U = 1.05 1370.82 3 10 = 83.1(A) 查表试选 LAJ-10 型电流互感器。 动稳定校验 2KesI1N 103= 2 215 200 103= 60.81(kV) ish (3)16.12(kA) 动稳定校验 I (3)tima t = 6.320.25 1 = 3.16 KtI1N= 120 200 103= 24 I (3)tima t 该电流互感器负荷动热稳定的校验。 对各级电压的电流互感器选择结果如下表 5-6。 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -24- 表 5-6 电流互感器的选择结果 安装地点 型号 级次组 合 额定电压 (kV) 额定电流 比(A) 额定二次 负荷() 1S 热稳定倍 数 动稳定 倍数 35kV 侧 LCZ-35 0.5/D 35 800/5 2 65 100 10kV 侧 LAJ-10 0.5/D 10 1500/5 1.6 50 90 10kV 侧出线 LAJ-10 0.5/D 10 200/5 0.8 120 215 5.4 熔断器的选择 变电所 35kV 和 10kV 电压互感器以及所用变压器都需用高压熔断器进行保护，不许 装设断路器。保护电压互感器的熔断器，只需要按断流容量和额定电压来选择。 查表后选择高压熔断器如下表 5-7 所示。 表 5-7 高压熔断器的选择结果 型号 额定电压 (kV) 额定电流(A) 断流容量 （MVA） 切断极限电 流(kA) 最大分断电流 (kA) RW9-35 35 0.5 2000 60 RN2-10 10 0.5 1000 50 5.5 车间馈线的选择 1.母线至一车间变电所电缆线的选择 一车间变电所 10kV 侧计算电流为 I30= S30 3UN S30=P302+ Q302= 8902+ 4002= 975.76(KVA) I30= 975.76 3 10.5 = 53.65(A) 根据发热条件选择电缆，因为30= 53.65以及当地最热月最高平均最高气温 31， 地面 0.8m 处土壤平均温度为 26.5。因此查表好选择电缆芯截面为 1202。= 212A 30，故满足发热条件。 短路热稳定校验： Amin= I (3) T C 103 = 6.32 0.75 76 103= 72(mm2) 符合热稳定校验。 电压损耗校验： 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -25- 由工厂平面图得变电所距离一车间约为 100m，查表的 1202的铝芯电缆的0= 0.31/km,0= 0.07/km。 U = P30r0l + Q30x0l UN = 890 0.31 0.1 + 400 0.07 0.1 10 = 3.039(V) U% = U UN 100% = 3.039 10.5 1000 = 0.03% 1.5 满足灵敏系数要求。 3.装设电流速断保护。利用 DL 电磁式电流继电器的速断装置。 （1）速断电流整定。 Ik.max= 2I1NT= 2 6300 3 35 = 207.8（A） 金峰机械厂降压变电所的电气设计 -27- Iqb= KrelKw KiKt Ik.max Krel= 1.2，Kw= 1，Ki= 800 5 = 160，Kt= 35 10.5=3.33 Ik.max= Ik2 (3) = 6.32(KA) Iqb= 1.2 1 160 3.33 6320 = 14.23(A) 速断电流的倍数整定为 Kqb= Iqb IOP = 14.23 2 = 7.12 （2）电流速断保护灵敏系数校验。 Sp= Ik.min Iqb.1 Ik.min= Ik1 (2) = 0.866 5.67 = 4.9(kA) Iqb.1= IqbKi Kw = 14.23 160 1 = 2276.8(A) Sp= 4900 2276.8 = 2.15 1.5 满足灵敏系数的要求。 6.2 电力线路的继电保护 1.过电流保护 (1)过电流保护动作电流