5KV变电站及低压配电系统设计

PAGE45KV变电站及低压配电系统设计

目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 5Abstrat 6第一章箱式变电站的类型、结构与技术特点 71.1变电站的总体布置设计 71.2

箱式变电站的种类 81.3

箱体变电站的整体结构 81.4

箱式变电站的技术特点 9第二章35KV箱式变电站主接线的设计 102.1变电站主接线的设计 102.235KV、10KV接线形式的选择 10第三章负荷计算 143.1负荷计算的意义 143.2负荷计算的方法 163.3无功补偿 193.4变压器的中性点设计 203.5主变容量的选择 20第四章：35KV箱式变电站一次设备的选择 224.1一次系统设计 224.2

设备选型应注意的事项 22第五章35kV箱式变电站二次系统设计 245.1

二次系统的定义比对 245.2控制回路的设计 255.3计算各短路点的短路电流 26第六章变电站对直击雷的的防护 296.1装设避雷针的原则 296.2直击雷防护装置的原理 306.3避雷针保护范围的计算方法 30致谢 36摘要随着科学技术情报，信息和自动化技术的飞速发展，我国在变电站技术研究方面也取得了巨大成就。电力行业是该国经济建设的电力供应保证。35KV箱式变电站作为电力系统中的重要变电站，符合国家大力提倡的节能减排的要求。通过三个方面的总体设计，结合我国研究和分析技术的现状，做好电气设备的选型，主电路接线方式的操作和维护以及事故处理。实现35KV箱式变电站的创新，系统平台的统一，结构的推广，产业化的市场化，安全生产，操作员的专业化，并节省电气自动化成本。关键词：35KV变电站结构总体设计AbstratWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnologyintelligence,informatizationandautomation,Chinahasalsomadegreatachievementsinsubstationtechnologyresearch.Thepowerindustryistheguaranteeofpowersupplyforthecountry'seconomicconstruction.Thecountrystronglyadvocatesenergyconservationandemissionreduction.Asanimportantsubstationequipmentinthepowersystem,35KVbox-typetransformersubstationconductsresearchandanalysisthroughtheoveralldesignofthreeaspectsandincombinationwiththecurrenttechnicalsituationinourcountry,soastodoagoodjobintheselectionofelectricalequipment,theoperationandmaintenanceofmaincircuitconnectionmodesandaccidenttreatment.Realizetheinnovationof35KVbox-typesubstation,theunificationofsystemplatform,thegeneralizationofstructure,themarketizationofindustry,thesafetyofproduction,thespecializationofoperatorsandthesavingofelectricalautomationcosts.Keywords:35KVsubstationstructureoveralldesign第一章箱式变电站的类型、结构与技术特点1.1变电站的总体布置设计总体布局设计基于相对关系和相对位置，主要是协调和解决整个车站建筑物和道路的畅通。一、工厂布局与电网的关联图图1工厂电网布局的关联图图1是办公楼Pe=58KW图2是热处理车间Pe=350KW图3、4是职工住宅Pe=150KW图5为加工车间Pe=800KW和保安值班室Pe=3KW1.2

箱式变电站的种类

箱式变电站的主要类型包括：组合式，组合式和大型变电站。组合式是为了减小箱式变压器的体积，并将高低压控制和保护电气设备直接装入箱中使其成为一个整体。组装变电站的箱体配电设备之间有一条操作走廊。这种类型的箱型变压器具有相对较大的体积，并且将高低压成套设备和变压器安装到金属箱中。大型变电站安装在变压器箱中，使其成为一个整体，这与相同容量的普通油浸式变压器相似。将高低压配电装置与变压器本体集成在一起。1.3

箱体变电站的整体结构箱式变电站的机壳经过防腐处理，箱体的底架部分全部采用优质冷轧钢板制成，经喷砂，热喷锌防腐。经建设部批准，内部填充材料由聚氨酯防火保温材料或不锈钢制成，框架钢板的厚度等于或大于2.5mm，门和屋顶钢板的厚度为等于或大于2毫米，并且底板厚度等于或大于3毫米，以确保整个配电箱的防火性能和变电站的保温性能。箱式变电站的内部装有专用于工程塑料的锁，采用阻燃绝缘隔板和钢板，并严格划分为每个隔室。防护等级为IP2X。在制造过程中，隔室之间的盒体不应尽可能暴露于螺钉紧固件，以防止水通过间隙进入壳体。散水坡度和滴水边缘均设置在箱体顶盖上，且斜率相对合理，使箱体可以有效地防止雨水倒流回去，确保箱体的密封性。机柜配有照明灯，易于访问和维护，并且可以随时监控温度和湿度测量仪，还配备了警报装置和信号探头，以确保整个集成自动化系统中通信设备的正常运行。1.4

箱式变电站的技术特点

首先是可靠和先进的安全技术。高压电路通常采用“四个遥控器”，配备高压保险丝保护器来控制负载开关或真空接触器，即通过遥控，遥测，遥调和遥信来实现远程监控，即完全封闭全绝缘结构可以完全实现零电击事故。可用于工矿企业，居民小区等的交流35KV配电系统。每个单元具有独立的运行功能，可满足无人值守运行的要求。也可以根据变电站的实际需求，例如箱式变电站的规格，型号等进行设计，使安装设备真正实现变电站建设的一次性调试，缩短了设计制造周期；施工期。其次，35KV配电箱便于开关操作和维护，非常适合城市建设。第二章35KV箱式变电站主接线的设计2.1变电站主接线的设计根据项目要求绘制电气主接线图。根据工程变电站的类型和规划容量，电气主接线的设计原则是基于设计任务书，基于国家经济建设政策和技术准则以及各级零线的。电压接地方法用于开发当前和长期的工程和电力系统。连接方式满足多项技术要求，结合项目实际情况，以保证供电的可靠性，调度的灵活性，并合理制定多种主接线方案。坚持可靠性，先进性，应用性，经济性和美观性的原则，并考虑到方便的操作和维护。主配线的设计不仅代表变电站的电气部分，而且还是电力系统网络结构的重要组成部分。高压电气设备在对原始数据进行分析的基础上，通过连接线的电气主接线根据其功能要求选择合适的电气设备。电气选择主要包括母线，隔离开关，高压断路器等，抑制自动设备和控制方法是一个关键决定。其操作与电气设备的选择以及配电设备的布局之间的关系使电气设备成为继电保护网络，可传输大电流和高压。最后，根据工程要求绘制了电器的主接线图。2.235KV、10KV接线形式的选择根据设计原理，变电站有35kV线路的2回，可以采用单母线分段布线形式。10KV输出回路的数量为6回，直接采用单总线部分。当通过母联断路器并联运行时，功率和负载平均分配，因此两组母线中的两组母线同时工作。表1接线形式方案对比单母线分段双母线分段供电可靠性对于重要的用户，可以从不同的部分提取两个反馈电路，并由两个电源供电。当一个母排发生故障时，可以保证另一母排的正常供电。电源可靠性高。电源可靠，母线分段，因此任何回路维护都无需断电。一组母线发生故障后，可以快速恢复电源。运行灵活性可以从不同的部分抽出两个回路，有两个电源，接线简单明了，操作方便。每个电源和每个回路负载可以任意分配给一组母线，接线相对复杂，调度灵活节约投资功率和负载均匀分布，不使用断路器和隔离开关，占地面积小且经济。双母线段占地面积大，土建投资大，隔离开关使用很多。不够经济。经过综合比较后工厂采用单母线用断路器分段接线既既外侨的接线方式。总接线图如图2。图2总接线图第三章负荷计算3.1负荷计算的意义计算的负载也称为所需负载或最大负载。在配电设计中，由于载流导体在通电后半小时后可以达到稳定的温度上升，因此，根据加热条件选择的计算负载用于计算电源系统中每个组件的负载值。以“半小时最大负载”为基础，选择用于加热条件的电器或导体以计算电气组件的负载。P30表示有功负载，Q30表示无功功率计算负载，I30表示计算电流。表2原始负荷资料：电压等级线路名称最大负荷MVA负荷组成（%）自然力率Ifmax(A)线长km备注一级二级三级10KV黄市村线6213.32570%20%0.781825.1沟岸线6320.8520%20%0.7846.78.168康贾村线6331.0620%0.755813.436南王里线6341.95520%30%0.7210713.404河庄线6311.59030%30%0.75879.968贾吕线6232.0830%30%0.7811411.627备用一备用二备用三表3机械负荷统计见表表2.3各车间负荷结果表序号车间（单位）名称设备容量(kW)Kdcosφtgφ计算负荷P30(kW)Q30(kVar)S30(kVA)I30(A)1办公楼850.50.80.7538.2528.6847.8692热处理车间3500.60.71.02189192.8269.9389.73职工住宅1500.50.80.7567.550.6384.4121.84金属加工车间800.50.51.733662.2871.9103.85保安室30.50.80.751.351.011.682.43小计332.1335.4475.7686.73计算负载的目的是合理选择变压器和电线。正确配置变压器和负载后，变压器即可安全运行。其含义是实现高效率，节能降耗，使每个负载都能在交流电压下工作（电压降小，电流波动小，设备输出最大）。在某些条件下，所有电气设备都使用所有电气负载的总和来计算整个工厂的功耗。电气设备不可能同时工作。因此，电气过载会造成一定的浪费和经济故障。3.2负荷计算的方法计算出的负载也称为所需负载或最大负载。负荷计算有几种方法，如需求系数法，利用率系数法和二项式法。计算出的负载是一个假想的连续负载。当有更多的耗电部门且电气设备的数量大于电气设备的数量和每个单元的容量时，热效应等于同时实际可变负载产生的最大热效应。，因此使用系数法来计算负荷。在配电设计中，当电气设备数量少且容量差异很大时，通常以30分钟的最大平均值作为根据加热条件根据原始数据选择电器或导体的基础。设计采用需求因子法确定平均负荷，计算出最大负荷和电能消耗。一、电气设备35KV段负荷的计算=0.95×（3.325+0.85+1.06+1.955+1.590+2.08）/0.9×（1+5%）=12.03MVA二、10KV段负荷的计算=0.85[3.325/0.78+（0.85+1.590/0.75+1.06/0.72+(1.955+2.08)/0.8]×（1+5%）=12.52MVA综上：总的计算负荷：12.03+12.52=24.55MVA三、综合最大计算负荷：当电气设备组的总设备容量KT为同时系数时，电气设备组的需求系数在出线回数较小时可以为0.9-0.95，在出线回数较大时可以为0.85-0.9。在此设计中，在10KV中采用0.95，在6KV线路损耗中采用0.85%，采用5％，4、10KV侧电容电流的计算a：架空线路的电容电流可按下式计算：变电站增加的接地电容电流为35KV：计算出的电流附加值13％;10KV：附加值16％。同一极上的双回路线的电容电流是单回路的电容电流的1.3至1.6倍。3.3——适用于带有架空接地线的线路，以及不带架空接地线的电气设备组的额定电压。b：因为出线上为架空出线=2.7×10×(5.1+8.108+13.436+13.404+9.968+11.627)×10-3×1.16=1.93A<30A所以不用加装消弧线圈接地。多组用电设备无功计算负荷每回架空线的最大输送功率为2000KVA，当变电站低压侧有8回10KV架空出线，对应于用电设备组功率因数即每一回的计算电流为：I=S\1.732U=2000\1.732×10.5=35A因此，电气设备组的功率因数是将一个系统的变电站转换为变电站时，由于第i个变电站在另一个系统中时处于待机状态，因此计算出的电流过高。1、有功计算负荷(单位为kW)的计算公式为： 式中—P30是所有设备组有功计算负荷p30i之和。2、无功计算负荷(单位为kvar)的计算公式： 式中—对应于用电设备组功率因数的正切值，本设计资料有提供。视在计算负荷（单位为kVA）的计算公式： 计算电流（单位为A）的计算公式：有功功率损耗：0.015S=12872×0.015=194KW无功功率损耗：0.06S=12872×0.06=772Kvar式子中12240+194和的平方再加上3986+772的和的平方然后在开方，是属于无功补偿后高压侧的负荷，等于13313KVA为的平方。则I=S\1.732×U=13313\1.732×37=207A导线是两个变压器的结果。我选择LGJ-70，其室外载流量为275A。当电源的可靠性不高时，可以使用隔离开关分段。当电路出现故障时，35KV侧的两个电路由两个不同的系统组成。根据设计需要，计算每个负载的有功功率，无功功率和视觉功率。用电，计算电流等。表中生活区的照明负载已经包括生活区中每个用户的家庭用电负载。一台设备监视和控制变电站的两个电路，作为彼此的备用和保护，另一个设备为辅助设备供电。对于10kV侧的单个母线，当母线的任何部分出现故障时，都会导致两条断开的母线同时断开。判断故障后，将列出负载计算表并将其分开，并且多组电气设备将计算负载。可以在完整部分恢复电源，这些设备称为二次设备电源设备组的额定电压。3.3无功补偿功率因数水平是衡量工厂电能质量的重要指标。根据最大负载大于0.9时工厂的功率因数值，低功率因数表示系统中无功功率不足，这将导致系统电压下降并导致功率损耗增加，因此并联电容器用于工厂的供电和配电系统以补偿先前的线路，因此应使用必要的无功功率补偿设备来进一步提高工厂的功率因数。补偿方法包括：高压集中补偿，低压集中补偿和低压分散补偿。补偿前功率的因数： 功率因数通过电容器自动补偿大于0.9。补偿后的功率因数是根据系统要求使变压器成为高压侧的。因此，在对变电站的低压侧进行补偿之后，需要安装在变电站的低压总线上的并联电容器的功率因数：补偿容量： (2.6)取标准值Qc=240kvar。根据上面的计算可以初步选出主变压器可选变压器S9-250/10 。补偿后总降压变电所低压侧计算负荷：有功功率补偿前后不变： 无功功率变化为： 视在功率变化为： 其中Qc为无功补偿。3.4变压器的中性点设计接地线和接地体统称为电网的中性点接地装置。接地方法为：中性点不直接接地。由接地中的几个接地体与接地线连接的整体称为接地网。初步认为，在变电站大楼周围，应将直径为50mm，长度为2.5m的钢管接地体绕成直径为50mm，长度为2.5m的钢管接地体环。管道应使用40×4mm扁钢焊接。配电站的总接地电阻应RE≤10Ω。如果没有中性点，则必须添加一个接地变压器，以使中性点连接到消弧线圈。接地变压器的容量应大于消弧线圈的容量。通常，相同的型号和相同的容量安装在10KV总线的每个部分上。更改。3.5主变容量的选择充分发挥双能源的作用，可以保证用户的一级和二级负荷满足供电的灵活性和可靠性。即SB=S*60%=6.9MVA。Ⅰ、Ⅱ类负荷的总和为：SB=3.325×0.7＋3.325×0.2＋0.85×0.4＋0.85×0.2＋1.06×0.2＋1.955×0.2＋1.955×0.3＋1.59×0.3＋1.59×0.3＋2.08×0.3＋2.08×0.3＝6.7MVA，综合以上考虑到变压器的容量必须大于，经过综合分析，选择变压器容量=10000MVA为两台其参数如下表：表4型号的选择型号编号电压组合

（KV）联接组别损耗（KW）空载电流(%)阻抗电压高低空载负载SZ10-10000/351#3510.549.92130.86高—低：7.4

SZ10-10000/352#3510.549.92130.86高—低：7.29

第四章：35KV箱式变电站一次设备的选择4.1一次系统设计根据正常工作条件进行选择，包括电压，电流，频率，分断电流等。首先是断路器类型的选择。根据短路条件，包括动态稳定性和热稳定性，必须满足各种技术条件和环境条件。在此基础上，环境条件和温度，湿度，海拔以及是否有灰尘，腐蚀，火灾，爆炸等要求。为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按下列条件选择和校验：1.；2.；3.热稳定校验；4.动稳定校验。其次是隔离开关的选择，隔离开关选择和校验原则是：1.；2.；3.；4.。4.2

设备选型应注意的事项一、按工作电压选择首先是低压断路器的选择与效验设备的额定电压不应小于所在线路的额定电压，即二、按工作电流选择额定的电压应大于或等于安装的额定电压，设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，额定电流应大于或等于它所安装过的额定电流，即三、按断流能力选择电流互感器应按以下条件选择，还应满足安装处对断流能力的要求。设备的额定开断电流I或断流容量S不应小于设备分断额定的电压应大于或等于所接电网的额定电压，瞬间的短路电流有效值I或短路容量S，电流应大于或等于所接线路的额定电流即或电流互感器应满足准确度等级的要求。即：S2NS2式中——电流互感器二次侧额定电流，一般为5A——电流互感器二次侧总阴抗；——可由相关的产品样本查得二次回路中所有串联的仪表、继电器电流线圈阻抗之和，——电流互感器二次侧连接导线的电阻；——电流互感器二次回路中的接触电阻，一般取0.1.其次电流互感器的校验动、热稳定度，多数电流器给出了相对于额定一次电流的动稳定倍数（）和1秒钟热稳定倍数（）,因此其动稳定度可按此式校验：其热稳定度可按此式校验：第五章35kV箱式变电站二次系统设计5.1

二次系统的定义比对表5二次回路方案的选择及继电保护的比对优点缺点供电可靠性重要的用户可以从不同的部分绘制两个反馈电路，它们由两个电源供电。当一个母线发生故障时，可以保证另一母线的不间断电源。出线回路数较多，断路器故障或检修较多，母联断路器长期被占用，对变电站不利。运行灵活性可以将其任意分配给某一组母线，以从不同部分引出两个回路。有两个电源。接线简单明了，操作方便。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。经济可靠型电源和负荷均匀分配，少用了断路器、隔离开关，占地面积小较经济。单母线分段接线方式较适合本设计要求，单母线分段接线所用的断路器和隔离开关少于双母线接线，不够经济。5.2控制回路的设计各回路电抗的计算：（取基准功率，）X4K1KX4K1K系统35KV35KVK3X2X1X3图3短路计算图35KK2根据前面所选变压器各参数得：X1=0.1X2=0(纯电缆线路)7.4/10=0.747.29/10=0.7295.3计算各短路点的短路电流当K点短路时，对于35KV系统电源（无穷大容量）KK系统X135KV图4K点短路时网络简化图当点短路时，K2系统K2系统X2X1X335KV10KV图5K2点短路时网络简化图当点短路时，K3K3系统X2X1X435KV10KVX5图6K3点短路时网络简化图第六章变电站对直击雷的的防护避雷器是一种电气设备，可以释放雷电或两个电源系统运行的过电压能量，保护电气设备免受瞬时过电压危害，并可以切断连续电流，以免引起系统接地短路。根据《高压配电装置技术规程》规定：第七十条独立避雷针（线）应配备独立接地装置。独立避雷针不应放置在人们经常经过的地方。避雷针与其接地装置，道路或出入口之间的距离不应超过，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面。第七十一条及以下配电装置的结构和顶板均不得安装避雷针。第七十二条配电装置，在土壤电阻率不大于区域，允许将线路的避雷针引至出闸结构，但应安装集中接地装置。第七十八条变电站的各相母线应安装阀式避雷器，并在配电装置的主接地线上连接最短的接地线，并在其附近竖设集中式接地装置。第八十条大接地短路电流系统中的中性点不接地变压器，如根据线路电压进行中性点绝缘设计，应在中性点处配备保护装置。第八十三条所连接的三绕组变压器的绕组，如果有开路的可能，应采取措施防止绕组的绝缘受到静电感应电压的损害。在单相出口上安装一个阀门避雷器。6.1装设避雷针的原则避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。避雷针必须在所保护对象的保护范围之内。通常有几种方法：1、为了防止避雷针对被保护对象发生反击，避雷针与被保护对象之间的空气间隙应具有足够的距离，两者接地体之间的间距也应具有足够的距离采用独立式避雷针，2、把避雷针装于配电装的架构上，这样可以节省投资，也便于布置。接闪器引下线接闪器引下线接地装置图7直击雷防护装置的组成6.2直击雷防护装置的原理当过电压值达到指定的工作电压时，避雷器将立即动作，并且电荷将流动以限制过电压的幅度并保护设备绝缘；当电压值正常时，避雷器迅速恢复到原始状态，以确保系统正常供电。6.3避雷针保护范围的计算方法在被保护物高度hx水平面上、其保护半径rx单支避雷针的保护范围如图8所示。可按下式计算当hx≥时，rx＝(h—hx)P当hx<时,rx＝(1.5h—2hx)P式中h-避雷针高度，单位为m；Hx-被保护物高度，单位为m；P-高度修正系数．当h≤30m时,P=1；当30m＜h≤120m时，P＝。θ=45°θhrhxθ=45°θhrhxhh/2rxhPhPrx图8单根避雷线的保护范围两针联合保护范围如图9所示保护范围按单针的方法确定，两针的保护范围由通过1、0、2三点的圆弧画出，O点的高度h0按下式计算：式中D——两针之间的距离，mP——高度影响系数，其值的确定同上。在O—O’截面上高度为hx的水平保护宽度为2bx,bx由下式计算hhx水平面上保护范围的截面1.5hPDbxbxrxh/2O’Oh0D/7PrxhhxhaHa图9两等高避雷针的保护范围当bx0时要使两针能有效构成联合保护两针间的距离太大，即使被保护高度为0，两针的距离必须小于7hP，而当被保护物高度为hx时，两针间的距离必须小于7(h-hx)P。通过使用在35KV箱式变电站设计中获得的知识，可以调整负载分配并明确补偿方法。遵循电气工程设计的一般步骤和方法来锻炼其实践能力。调查并了解电源系统的结构，以确定系统的电源计划。通过负载计算，短路电流计算和动态热稳定性验证计算获得相应的数据，