【S煤矿35kV变电站电气部分设计7200字（论文）】

S煤矿35kV变电站电气部分设计目录TOC\o"1-3"\h\u11565摘要 4100511、概述 7278381.1变电站设计发展趋势的现状与发展趋势 7233391.2变电站设计主题选择的背景 8219471.3变电站相关原始资料 9197672、负荷计算 10182192.1负荷分级 10138902.2负荷计算 1160382.3无功补偿 14224003、主变压器选型 15238043.1变压器容量、台数的确定 15271494电气主接线设计 16252804.1电气主接线设计基本要求 16285814.2电气主接线基本形式 1781694.3电气主接线方案的比较 1757425短路电流计算 19144335.1短路电流计算的一般概述 19122165.2标幺值 19105115.3短路电流计算过程 20312661、35kV短路电流的计算： 20322712、10kV母线短路电流计算 20167766主要电气设备选型、校验 21110866.1电气设备选择的条件 21111616.2汇流母线的选型 2290396.2.135kV母线选型 22322796.2.210KV母线选型 23258406.3高压断路器和隔离开关的选择 24215096.4互感器的选型 26摘要随着近年来人们生活质量水平的提高，电力质量也逐渐被人们重视起来，所以提高供电质量成为了重中之重，稳固、可靠和持续性是供电质量的基本要求。这在电网稳定、可靠和持续的运行中变电所的合理设计、分布、安置起着不可忽视的关键作用。其中一次部分是整个变电站设计过程中的重要环节。本文按照老师所给出的任务书内容，对35kV变电站进行初步设计。首先，对变电所的发展现状及未来发展趋势进行了介绍，对课题设计背景进行了说明。然后，对电气设计的概念及主要内容、相关内容的概念及意义进行了概述。之后，分析总体情况，确定了主变台数为2台，并做出系统图与等值阻抗图进行各短路点的短路电流计算，为后续选择、校验主要的电气设备提供数据支撑，最后按照以有的数据与要求完成设备的选型，最后加上继电、防雷保护等，成功完成对玉龙煤矿35kV变电站电气一次部分的设计。关键词：变电站；电气主接线；主变压器；短路电流；电气设备选择与校验；1、概述1.1变电站设计发展趋势的现状与发展趋势变电站设计是确保成功完成变电站基础设施建设的决策阶段之一。只有逐步改进设计思想和方法，才能满足供电系统持续发展的趋势和电网的不断完善的要求。传统的电气专业设计计划致力于完成各种电气设备的供电和配电系统的设计计划，并对机械设备的运行，终止和运行进行合理的维护。在传统的设计过程中，一般通过公司单独的机械设备来完成此角色。自动控制是一种系统软件，由基本模块组成，例如软件，可编程逻辑控制板，执行器和Internet操作，以完成多个机器和设备的所有功能的统一操作，并将它们一起完成。在将传统设计方案与自动化控制相结合的整个过程中，电气专业自动化技术的定义正日益为每个人所接受。随着我国经济快速发展,设备更新速度加快，我国供电系统越来越智能化,智能系统和自动化技术等多个层面。随着与自动化控制集成的逐渐增加，电气专业设计方案正朝着智能、环保和系统化的方向发展，以满足客户日益增长的应用需求。主要表现在：（1）智能设计理念。智能设计的概念基于以人为本和可持续发展的概念。随着市场需求的日益激烈，规定设计者在设计计划时必须以多种方式考虑用户的需求，并努力提高客户体验的满意度。（2）智能设计方案。越来越多的电气专业设计方案依靠电子计算机来进行协作设计，这促进了更方便，更有效的设计方案。借助软件工具，设计人员可以节省大量时间来执行更详细的设计计划，以防止无效劳动。（3）系统化设计计划人员。只有优秀人才的支持点，才能保证设计方案的质量和高效率，才能更好地满足客户的要求。设计计划必须具有强大的自主创新能力，以便可以满足不同客户的不同要求。在现阶段，我国电气专业设计行业缺乏相关人才的全面塑造，资金投入量不大，导致复合型人才的空缺。1.2变电站设计主题选择的背景电磁能的产生，转换，传输，分配和使用基本上是同时进行的。变压器是整个过程中非常关键的阶段。确保所有正常的基础设施和电网的发展趋势，非常重要。为了实现整个供电系统的供电要求，合理地减少工程投资和资源消耗，必须设计合理的变电站。变电站为生产和制造提供开关电源，这是电源系统中的关键步骤。此类变电站的正常运行与所有工业领域中生产和制造的稳定性和安全隐患有关：（1）变电站的设计方案应按照项目的5至10年建设计划进行，并与城市规划和部分城市建设的建设紧密结合，以确保一体化最远和最接近的地方，以最接近为主导，适当地处理近期的基础设施和长期发展趋势是相关的，并适当考虑了重建的可能性。（2）变电站的设计方案必须从整体的角度考虑，并根据负荷特性，容量，工程特性和区域供电系统标准进行协调，并结合当地实际情况，有效地阐明方案设计，确保适应当前情况，兼具变电站的经济发展，安全性，可靠性和灵活性的特点。1.3变电站相关原始资料1、煤矿为保证供电需求，要求设计一座35kV降压变电所，以10KV电缆给各车间供电，一次设计并建成。2、距本变电所6Km处有一系统变电所，由该变电所用35KV双回路架空线路向待定设计的变电所供电，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。3、待设计的变电所10KV无电源，考虑以后装设的组电容器，提高功率因素，故要求预留两个间隔。4、本变电所10KV母线到各个车间均用电缆供电，其中一车间和二车间为一类负荷，其余为三类负荷，Tmax=400h，各馈线负荷如表1—1表1-1馈线负荷表序号车间名称计算用有功功率（kw）计算用无功功率（kvar）1一车间10464712二车间735487所用电的主要负荷见表1—2表1-2主要负荷表序号名称额定容量（KW）功率因数（cosφ）安装台数工作台数备注1主充电机200.8811周期性负荷2浮充电机4.50.8511经常性负荷3蓄电池室通风2.70.8811经常性负荷4室内配电装置通风1.10.7922周期性负荷5照明负荷14经常性负荷6生活水泵等用电10经常性负荷2、负荷计算2.1负荷分级一级负荷：中断电源系统将导致人身安全，死亡或伤害，或损坏无法维修的重型和超大型机械设备，造成特大经济损失。一级负载规定有两个外部电源系统。二次负荷：电源系统的中断将导致机械设备的部分破坏或生产过程中的混乱，维修时间长或许多商品被损坏，许多关键商品的生产将受到限制并造成巨大的财产损失；次级负载应由两条路径供电。三级负荷：可以允许较长时间停电，也不会直接影响到生产，只是会使得生产不方便的负载；一般的三级负载由一个电源供电。2.2负荷计算在一般的供电设计中，计算负荷时通常有需要、二项、利用系数法等，这里用需要系数法。此方法计算过程较为简单，而且对于本站情况较为适用。下面列出计算公式表2-1用电设备组：有功功率无功功率视在功率计算电流表2-2配电干线或变电所：有功功率无功功率视在功率计算电流以上各式子中：-总额定容量-需要系数-设备额定电压-同时系数，有功取0.8-1.0，无功取0.93-1.0-功率因数对应的正切值本次计算中，为使计算简便，特取需要系数为1，有功、无功的同时系数都取0.95计算过程：馈线负荷:=10一车间：二车间：2、所用电主要负荷：=0.4主充电机：浮充电机：蓄电池室通风：室内配电装置通风：照明负荷：生活水泵等用电：整理数据并绘制表2-3表2-3负荷计算表序号名称额定容量（KW）功率因数（cosφ）视在功率（kVA）无功功率（kvar）安装台数工作台数备注1一车间用电10460.911150471一类负荷2二车间用电7350.83886487一类负荷3主充电机200.88231111周期性负荷4浮充电机4.50.855.3311经常性负荷5蓄电池室通风2.70.883.11.511经常性负荷6室内配电装置通风1.10.791.40.8522周期性负荷7照明负荷14140经常性负荷8生活水泵等用电10100经常性负荷9总计1833.32076974.35由表1-3可得本站总计有功负荷1833.3，无功负荷974.35，现进行母线负荷计算：10kV侧：35kV侧：因为变压器在运行过程中会有损耗，所以需要加入损耗变量则自然功率因数所用电总负荷：根据表2-3，只需从总负荷减去一级负荷视在功率即为站用变用电负荷，经计算P所用变=56.8KVA；2.3无功补偿在制造企业的供配电系统中，由于大多数用电机械设备属于合理负荷，因此这种用电机械设备不仅取自供配电系统的功率因数P在运行过程中，这样的冲击载荷可能是所有正常反作用载荷的5-6倍。35kV侧计算负荷为补偿方式选择使用并联电容器进行补偿。式中-自然功率因数正切值-补偿后功率因数正切值现设补偿后功率因数余弦值为0.95则全站总无功负荷经计算需补偿无功电源395Kvar，考虑到以后负荷增长的可能性（留一定的无功备用容量）和网络无功功率损耗，本次采用两组1000Kvar的框架式并联电容器成套装置。其型号如表2-4所示：表2-4TBB10.5-1000/50技术参数型号额定电压（KV）总标称容量（KVar）单台标称容量（KVar）额定频率（HZ）TBB10.5-1000/5010.510005050计算补偿后功率因数余弦值，符合上述假设要求。3、主变压器选型3.1变压器容量、台数的确定对于底部电压侧已形成双回路的主要配电站，建议在配电站中安装两个主变压器。对于区域独立的一次配电站，建议安装三个主变压器。对于总体计划中只有两个主变压器的配电站，基本上应根据超出变压器的1级至2级设计方案来设计变压器。主变压器容量、台数直接影响主接线形式和配电装置结构。除按照原始资料外,还应按照系统发展规划等因素,进行选择和确定。通过前面负荷的计算，可以得出，待建变电站所有的容量大小为2130KVA，为防止变压器检修或故障导致停电，选择两台变压器，这样即使一台停电，另一台也可以满足需要。则，但因为考虑变电站之后的发展、扩建，所以最终选取变压器容量为2500KVA，型号为SLZ7-2500/35。所用变压器分别在变电站高压母线侧和低压母线侧各放置一台，互为备用。10kV侧选用S6-100/10；35kV侧选用S6-100/35;技术参数详见下表。表3-1SLZ7-2500/35型变压器技术参数容量kVA高压额定值kV低压额定值kV阻抗电压％空载电流％空载损耗kW短路损耗kW250035±3x2.5%10.56.52.24.2524.15表3-2S6-100/10型变压器技术参数容量kVA高压额定值kV低压额定值kV阻抗电压％空载电流％空载损耗kW短路损耗kW10010.50.442.0/40.31.47表3-3S6-100/35型变压器技术参数容量kVA高压额定值kV低压额定值kV阻抗电压％空载电流％空载损耗kW短路损耗kW100350.46.53.00.351.64电气主接线设计4.1电气主接线设计基本要求(1)可靠性:不容易发生故障，突然停运时，不会影响到电网的稳定运行；检修时不影响系统供电。(2)灵活性：适应性强，能够灵活转换。包括：1）操作简便。2）调度灵活。3）扩建方便。(3)经济性：在满足可靠性的前提下，尽量使用经济实惠、新型的设备，注意投运成本，主要以以下几个方面考虑：1）投资省。2）年运行费小。3）占地面积小。4.2电气主接线基本形式主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线为主体。各个发电厂或变电站的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样，因而采用母线作为纽带，通常分为一下几类：有汇流母线：单母线接线、双母线接线无汇流母线：单元接线、桥形接线、角形接线等4.3电气主接线方案的比较根据现有的待建变电站的资料，现拟用下列两种主接线方案：方案一:单母线分段接线如图所示：图1单母线分段接线图优点：发生故障的概率较低：即使一条母线停电，另一条也可以正常给设备供电，两段母线各自独立。缺点：停电范围大：当母线在不正常工作状态中时，该母线的所有支路断开，停电范围较大。适用范围：35-63kV：出线回路数为4-8回方案二:一台半断路器接线如图所示：图2一台半断路器接线图优点：供电发生故障的概率较低：可以构成环形供电，各支路供电各自独立。操作方便故障影响范围小：一台母线侧断路器不正常工作时，只影响一个回路；只有联络断路器不正常工作时两条母线停电。缺点：二次接线复杂，成本高。接线至少应有三个串。适用范围：大型发电厂和变电所(330-500kV)。综上在第一个方案中，具有单个母线槽和逐段布线的2区段母线槽可以用作两个单独的开关电源，从而提高了电源系统的稳定性。而方案二因为投资巨大则不做考虑。所以本变电站采用单母线分段接线方式，具体详见附图一。5短路电流计算5.1短路电流计算的一般概述对于无限大电源供电的系统三相短路时,认为短路后电源电压和频率均保持不变,忽略电源内部暂态变化过程,但是当短路点距电源较近时,必须考虑。对于实际电力系统,工程计算只要求计算次暂态电流。5.2标幺值进行计算时，为了使计算简化，采用没有单位的电气量的相对值进行运算，称为标幺值。定义为，下面列出计算公式：发电机：变压器：电抗器：架空线路：做出系统图与等值电抗图如下：5.3短路电流计算过程选取选基准容量取=100MVA已知=1000MVA架空线路单位电抗为0.424(Ω/km)计算电抗标幺值：1、35kV短路电流的计算：则短路电流周期分量初始值为：短路电流周期分量有效值为：冲击电流：冲击电流峰值：2、10kV母线短路电流计算则短路电流周期分量初始值为：短路电流周期分量有效值为：冲击电流：冲击电流峰值：本次短路电流计算结果详见下表：35kV母线处（kA）10kV母线处（kA）冲击电流14.5749.367短路电流12.3075.5936主要电气设备选型、校验6.1电气设备选择的条件一、按正常工作条件选择

1、额定电压

一般来说，电网运行时由于负荷侧的波动、调度等问题，导致电压波动，进而影响设备的正常运行。所以在设备选择时，设备的耐受电压要大于或等于电网电压，即满足下式：。额定电流在设备选择时，设备的额定电流要大于或等于回路中可能通过的最大电流，即满足下式：。环境条件对设备选择的影响

当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和海冰厚度等环境条件超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。

(1)海拔高度

(2)温度

规定一般环境条件为:裸导体和电缆为25℃,断路器、隔离开关、互感器、等电器的为40℃,但由于实际温度不同，所以需要引入修正系数K，满足下式：式中为长期发热所允许的最高温度，为实际温度，为额定温度。按短路条件校验短路热稳定校验：当短路电流通过电气设备时，设备能够耐受热效应的能力。即满足下列两式：(导体)；(电器)短路动稳定校验：当短路电流通过电气设备时，设备能够耐受电动力效应的能力。即满足下列两式：(硬导体)；(电器)6.2汇流母线的选型6.2.135kV母线选型总负荷电流为：A已知=400h,查表得知经济电流密度J=1.65，因此截面积：(mm2)35kV母线（采用钢芯铝绞线）的热稳定校验按最大传输功率下导线长期的允许最大载流量计算。经《电力系统设计手册》查得：最大传输功率下LGJ-50的长期容许电流为220A（最高温度为70℃）导体长期发热允许电流选择：综合修正系数计算：=取70℃，取30℃，取25℃；代入公式计算=0.94;计算值代入6.2-1计算：43.3A≤0.94×220=206.8A（满足）正常运行时导体温度计算：带入计算得:=31.75℃6.2.210KV母线选型已知10KV侧最大长时负荷电流:A已知=400h，经济电流密度J=1.65；导线截面(mm2)查得钢芯铝绞母线LGJ-95在最大传输功率（70℃）下最大允许载流量为330A,>所选型号满足要求。热稳定校验:导体长期发热允许电流选择：综合修正系数计算：=取70℃，取30℃，取25℃；代入公式计算=0.94;计算值代入计算：152A≤0.94×330=310.2A（满足）正常运行时导体温度计算：带入计算得:=33.5℃6.3高压断路器和隔离开关的选择一、断路器种类和型式的选择根据环境、使用技术条件以及各设备的不同特点进行选择。一般断路器的选型参照表6-1所示：表6-1断路器的选型参考场所形式参考型号发电机回路中小型机组少油断路器SN10-10Ⅲ、SN4-10G大型机组专用SF6、空气断路器配电装置6-10kV少油、真空、SF6断路器SN10-10、ZN10-10、LN10-10系列35kV多油、少油、真空、SF6断路器DW-35、ZN35、LN35、LW35系列110-330kV少油、空气、SF6断路器SW-110-330、KW-110-330系列500kVSF6断路器LW-500系列选用ZW-35(ab-35/40.5)型户外真空高压断路器，其技术参数如下：额定电压额定电流雷电冲击耐受电流(峰值)额定短路开断电流额定峰值耐受电流4S短时耐受电流40.5kV1250A185kA31.5kA80kA31.5kA下面进行动热稳定校验：该型断路器的额定电压高于35kV，满足条件。A，该断路器额定电流大于该数值，满足条件。=80>=14.574，满足动稳定条件。二、隔离开关种类和型式的选择根据配电装置的结构、要求及技术和经济条件选择。一般隔离开关在实用中的选型如表6-2所示。表6-2隔离开关的选型参考场所特点参考型号屋内配电装置、成套高压开关柜三级，10kV及以下，手动GN2，GN6，GN8，GN19屋内发电机回路，大电流回路单级，10kV，20kV，大电流，手、电动GN10，GN23单级，插入式结构，带封闭罩，20kV，大电流，电动GN21三级，10kV，大电流，电动GN2，GN3三级，15kV，手动GN11屋外220kV及以下各型配电装置双柱式，220kV及以下，手动，电动GW4高型，硬母线布置V型，35-110kV，属双柱式，手动，电动GW5硬母线布置单柱式，110-500kV，可分相布置，电动GW6、GW10、GW16220kV及以上中型配电装置三柱式，双柱式，220-500kV，电动GW7、GW11、GW12、GW17变压器中性点单级，35-110kVGW8、GW13现35kV侧选用GW5-35G/600型，其技术参数如下：额定电压额定电流额定峰值耐受电流5s热稳定电流35KV600KA50KA14KA下面进行动热稳定校验：1、该型隔离开关的额定电压35kV，满足条件。2、A，该型隔离开关额定电流大于该数值，满足条件。3、=50>=14.574，满足动稳定条件。10kV侧选用GW1-10W/600型，其技术参数如下：额定电压额定电流额定峰值耐受电流5s热稳定电流10KV60