35kV无人值守变电站分析与设计

V绪论在如今这个互联网将地球缩小成地球村的时代，我国经济也借助其力量飞速发展，对电力能源的需求也日益增加，大中型城市面临改造升级，35kV变电站和110kV变电站相比优势在于建设成本相对较低，位置上对于分散过于广泛的企业工厂等大客户便于供电，我国目前仍处于进一步缩小城乡及东部发达地区和西部落后地区经济差距的时期，用35kV变电站能够降低偏远落后地区的用电支出，能为社会主义建设做出一点贡献。35kV变电站在国内外的发展在国内微机综合自动化保护开发、设计、应用日渐成熟的型式下趋近于自动化，70年代末，80年代初保护和控制自动化系统的新技术开发研究工作就已经在国外展开。本设计旨在为云南偏远地区提供电能，缩小城市与偏远落后地区的差距，降低用电费用。

概述变电站电气设计的基本依据经查阅《发电厂电气部分》等针对变电站建设及设计所制定的规章制度之后明晰了变电站一次部分的主要设备——变压器、高压断路器、隔离开关、避雷器等。本设计将这些设备的选择和校验独立成章进行阐释。设计的主要目的还是建设变电站，所以应将建设和真正的工程进行适当考虑，并将经济，建设面积和安全稳定作为设计原则，要求效率更高，更接近建设的要求。这个35kV的变电站有两个电压等级35kV、10kV,进线分为两回，35kv侧进线，另一回向另一变电站供电.原始资料分析变电站在电网中的地位和作用以目前中国经济发展势头，能源供应也成为经济快速发展的要求之一，与此同时，改善大中型城市的环境的需求也日益增加，大部分主要电力客户居住地离变电所较远，明显增加线路损耗，大量用电企业基地不仅距变电所远，分布范围也十分广泛，所以会导致这两种供电方式成本渐增，再考虑到35kV供电各方面都有跨越式发展，比起110/10kV变电站成本较低，目前更适合国家和城市发展供电。考虑到变电站建设成本低于10kV的，并且针对像农村等经济发展落后的地区能实现减少用电费用的需求，对供电企业赚取的利润也能适当降低，与构建社会主义和谐社会的目标和任务要求不谋而合，也能为缩小城乡、区域经济发展差距起到促进作用。所以，35kV供电方式无论是从目前我国经济发展和落后地区用电需求，还是变电站建设成本方面来考虑，都有保留和进一步发展的必要性。本站进线情况基于我国现行《35kV-110kV变电站设计规范》（GB50059-2011）标准，实现对35kV变电站电气一次部分的设计。两侧采用单母线接线，10回出线方式；出线时保护控制主要采用保护控制器与断路器配合进行；主进线采用真空断路器（ZN28-12型）。设计变电站站址的自然环境条件1）靠近负荷中心；2）节约用地，耕地及具有高经济价值的土地尽可能少用或不用；3），在引入和引出架空和电缆线路时，避免和城乡或工矿企业规划相左，尽可能协商谦让；4）尽量选交通运输方便的地方；5）所址宜设环境宜无明显污秽的地方，对于空气浑浊，应尽量使其不受污源影响；6）若发现所选地址有重要文物或开采后对变电所有影响的矿藏地方，应在调查清楚后另外选址；7）变电所应建在防洪措施较好的地方，例如该区的防洪措施与地区的防洪标准相一致，还高于内涝水位；8）变电站的工人的居住地要能够正常饮食起居；9）除以上硬性的自然环境要求之外，变电所周围其他环境因素、邻近设施的相互影响也需要额外注意。综上所述，本所位于某较大城市近郊，该地区地势平坦，海拔1500m，由于本所附近建有高速公路故交通方便；地震烈度<5级；周围环境基本无污染。

主变压器的选择主变台数的确定考虑到国家对变电所变压器的相关规程还有变电站运行的节省成本原则，还有在负荷上季节变化也会引起负荷变化同时设备运行过于集中那么负荷也会超出控制范围，所以，原则上和负荷上主变应选择两台及以上变压器。《供配电系统设计规范》中说明:用电单位的供电电压在35kv及以上时，电压进入配电装置通过一次分配从分支配出开关出来应为10kv，若变压器电压有偏差无法满足用户要求时需要调压变压器来进行调节。变压器容量的确定两台变压器的容量不能过大也不能过小，主要的决定性因素有其本身的负荷大小以及线路的运行状况。所以，线路中主变压器首先应能满足自身负荷的同时也要能够在供电可靠性上满足国家规定负荷要求最终要能够稳定不中断的供电。所以变压器容量至少要给负荷留出60%；使用两台变压器还应将电压和容量的差距所带来的影响考虑在内，一台的电压若低至0.4kv，那么另一台的容量不能超过1600kvA。并且变压器容量也要和运行的电路相适配才能更好地运行。主接线的形式和配电单元的结构取决于变压器的容量和单元的数量。由此看来，变压器容量除了以输电容量的基本原始数据为参考数据进行研究之外，还应进一步综合分析电力系统5-10年发展规划，输电功率，馈电电路数，电压等级和接入系统精度。如果变压器的容量和单元数量太大，则设备无法在不增加投资的情况下充分发挥其优势，增加占地面积并进一步增加运行功率损耗，如果太小，发电机剩余部分就会被堵塞。装设两台变压器：主变型式选择火线的使用数量，变压器的电压，容量怎样组合，变压器两种线圈的结构挑选，变压器本身所带有的损耗导致的发热现象的冷却方式，线路中不同端口近高远低所需的调压方式，变压器内不同材料绕组的挑选连接组别，主变中性点接点接地方式等共同构成了主变型式的主要部分。相数选择当变电站电压在以下，运输条件对其又几乎无影响时，必须用三相变压器如果采用单相变压器组，维护工作的负担会随着占用面积和运行规模的扩大而增加，并且配电装置结构也较为复杂，故而从经济上来说投资花费更多。接下来，该变电站的主变压器选择三相变压器。所以变压器采用可带负荷调整电压的变压器设备名称：三相双绕组有载调压变压器（冷风式）；规格型号：；容量：=；变比：；组别：；阻抗：。

短路电流的计算短路在电力系统中是常见的故障表现，而电力系统发生故障的原因往往是很复杂的综合性原因，而就短路而言，就是在两相之间的电流并未按照既定的轨道流过的情况，如果中性点接地系统中发生短路，就是电流在相与地之间未按照既定的轨道流过。短路电流计算目的短路故障对正常运行中的电力系统会产生非常严重的故障，故而采取措施来防止这种情况的发生是很有必要的。在系统设计，设备选择和系统运行中，应注意防止短路故障和短路故障，尽量限制冲击范围，短路问题一直是电源技术的基本问题之一。对于短路电流的计算方法和计算流程，应该先充分了解在设计，制造，装配，操作和维护方面短路在发电过程中出现的常见情况和这些情况里短路电流的变化趋势。短路电流近似计算假设此35kV变电站目前还处于设计阶段，要精准计算实际电路运行过程中的短路电流不太可能，同时，该变电站一次部分设计若要落实到实际建设的变电所还需要很多步骤，所以目前的短路电流计算仅供参考即可，无需极其精确的数据，所以，只需计算出来的数据具备一定实用性就可以，所以近似计算法也称为实用计算法。而实用性则表现在可以用于变电站设备的选择和动热稳定校验过程中。这种计算方法的主要弊端就是其结果不够准确（偏大），但基于目前仅限于估算，所以不必过于执着。以下是在计算之前应做出的假设：短路计算既然是近似计算，那么采用最简单的计算电路对结果也不会有太大的影响，所以假设电力系统在正常运行时为三相系统。为了排除额外的干扰因素，假设发电机在短路和正常运行时其转速和转动所输出的频率相同。同样也是排除其他变量，变压器运行过程中由直流电动机加在转子上的的电流及其电阻，还有电流传输过程中的电阻及其电容大于电动势等类似情况，全都忽略不计。此假设将复数运算简化为代数运算。电力系统中带铁芯的电气设备的电抗值或是其参数不随电流变化而变化，所以计算时可将多种原因所形成的结果相加来进行计算。因为是近似计算，所以对短路电流影响微乎其微的量几乎可以忽略不计，比如离短路的位置较远的负荷，但如果是离短路位置很近的元器件对短路电流的影响就要考虑在内了。短路故障时金属性短路，即短路点的阻抗为零。电力系统故障可分为短路和断路，短路又可以称为横向故障，断路又称为纵向故障。与此同时，按照故障出现的地点数又分为简单故障和复杂故障，有一处发生故障是简单故障，两处或两处以上则为复杂故障。短路电流的一些其他概念为求短路电流，在计算时规定两个假设：短路电流的计算与短路发生的地方无关，都取发生短路的线路其电压等级电压的平均值。==式(3.1)从电源到发生短路的位置由于电器短路而形成的电阻，常见的元器件的电容也会对直流电产生阻碍作用，所以也称为阻抗，所以短路阻抗由电阻和电抗来组成。高压电网运行过程中电阻甚至比1/3倍的电抗还要小，所以计算时单独计算电抗即可。

表3-SEQ表3-\*ARABIC1标准电压与平均电压值标准电压0.1270.220.38361035110平均电压0.1330.230.403.156.310.537115暂态电流与无限大电源相连时，可以分为周期分量和非周期分量，其中，周期分量的大小取决于电源电压和短路回路阻抗，而暂态过程中它的幅值是保持稳定状态，所以其值不变。而此时短路电流就等于==式（3.2)在无穷大容量系统中若发生三相短路，那么稳态电流和此暂态电流相等。由于在发生短路的地方各个元件的电容和电阻对电流有阻碍作用，所以在发生短路的地方所有原件都要进行这种对电流阻碍作用大小的计算。电力系统中由于之前假设是容量无限大的系统，所以无论负荷的变化如何，抑或是发生短路，母线的电压幅值和频率都不会有太大的变化，所以其电抗可忽略不计。变压器在短路情况下两侧中一侧电压为短路时的电压，另一侧通额定电流产生的电压，两侧电压的差距和变压器的电抗成正比，所以=式（3.3）为等效阻抗，；为额定容量，VA；为额定电压，V；为额定电流，A。阻抗可由下式求得：=式（3.4）变压器电阻在被忽略时，其电抗及其阻抗相等。则阻抗计算公式为=式（3.5）为了更方便地计算短路电流和把变压器的阻抗归算到短路发生点，变压器的额定电压应替换为短路发生点的额定电压。低压供电系统中无法忽略电阻的原因在于目前电缆线路的频繁使用，而这种线路的电阻较大，所以低压电网中短路电流的计算是不可以忽略电阻的。线路每相电阻值可用下式计算：=式（3.6）为输电电缆线路的长短，;为导线截面积，；为电导率，当已知线路单位长度电阻值时，线路每相电阻也可由下式求得=式（3.7）为每千米电阻值，；为输电电缆线路的长短，。在短路回路中若有变压器存在，应将不同电压等级下的各元件阻抗都归算到同一电压等级下（短路点所在电压等级），才能做出等效电路，计算出总阻抗。图3-SEQ图3\*ARABIC\s11短路变压器存在举例阻抗归算公式如下：=式（3.8）为归算到电压等级下的阻抗；为电压等级的相应阻抗。上面说到发生短路的地方元件阻抗对电流的阻碍作用是短路电流计算的关键性问题，而三相短路电流计算通常采用对称分量法，所以三相参数在对称时，元件两序电压和电流的比值即序阻抗是不需要的，因为已有正序分量，所以序阻抗概念的提出就显得多此一举了。表3—SEQ表3\*ARABIC\s11各元件阻抗标幺值计算公式阻抗标幺值计算公式变压器=线路=35kV变电站短路电流计算图3-SEQ图3\*ARABIC\s12短路线路整体图图3-SEQ图3\*ARABIC\s13K1短路位置图K1处发生短路35kV降压变电站用无限大容量电源供电，35kV电源用LGJ-95/20型的导线连接隔离开关和电流互感器，电流互感器用LGJ-120/20型20m导线连接1#主变。若K1处发生三相短路，那么计算方式如下。无论短路点发生在何处，在计算短路电流时均取该电压等级线路电压的平均值。35kV电压等级根据查表可知，其平均电压为=37kV.35kV是低电压电网，阻抗计算过程中用不到，所以无需进行电抗计算。短路冲击系数=1.8稳态短路电流=10kA。不同元件电抗标幺值的求解：=,=变压器：===式（3.9）当三相短路发生在处时，容量电源E=1，则有名值为===式（3.10）短路电流周期分量的标幺值式（3.11）==式（3.12）冲击电流==式（3.13）短路全电流最大的有效值=式（3.14）K2处发生短路图3-SEQ图3\*ARABIC\s14K2短路位置图处发生短路则应将变压器和线路的阻抗考虑在内。=+=式（3.15）=式（3.16）==；式（3.17）标幺值===式（3.18）有名值===式（3.19）短路全电流最大有效值===式（3.20）短路容量==式（3.21）表3—SEQ表3\*ARABIC\s12短路计算结果短路点电源至短路点电抗标幺值短路电流周期分量标幺值稳态短路电流有效值短路冲击电流短路全电流最大有效值短路容量K10.1566.411025.4515.1641K20.07313.6921.3754.3832.271369

电气主接线方案选择电气主接线设计目的及要求变电站主接线在其设计过程中关系到电力系统的正常运行，而一次接线整个的连续电路是完整地连接高压电气设备，借助一次接线，我们可以非常清晰的看清楚设备在系统运行中所发挥的作用及其与不同设备相互之间的关系，电气主接线的性能会对变电站连续供电质量产生十分重大的影响，同时其还会直接影响到很多其他设备的选用，所以对此设计的基本要求如下。主接线要具备灵活性和便捷性电气主接线除在正常运行时可以安全可靠地供电，同时还要在检修或即将检修的状态下也具备较好的便捷性和灵活性，这样才能灵活，便捷，迅速地倒换运行模式，满足系统运行过程中的不同需求，减少停电检修时间，缩小影响范围。确保供电可靠性及电能质量35kv变电站一次部分设计最核心的任务是安全可靠地进行电力生产，因此主接线设计也是核心任务的主要执行部分，如果停电，那么从国家经济层面来说是极其严重的事故，有可能会导致产品报废，城市生活混乱等等一系列的损失和影响，这种损失是无法计算的。所以主接线的设计要以保证供电可靠，安全和连续为原则性前提。而再细化这一原则的主要执行参数则是电压，频率和供电是否连续可靠这几个基本指标，故而主接线设计应综合考虑这几个基本指标，并且一定要在各个方面以这几个基本指标为设计基础。具备经济性和发展扩建可能性主接线除了在电力系统运行过程中占据重要地位以外，它仍然在节省投资成本上有很大的作用，其中包括：（1）尽可能节约成本。节约成本应从多方面进行，线路的安排要能够让人觉得一目了然，准备用来替换的元件应尽可能节省，电气设备或轻型设备在保证质量的前提下尽可能使用便宜的。（2）占地面积少。主要线路的安排设计从占地面积和经济节约两方面来考虑，占用空间应按照避免栏到配电装置放置的原则，应尽力缩小范围；而在经济成本上看搬迁费用，安装费用和外汇成本应该注意节省。（3）电能和许多能源一样，在使用过程中难免出现由于电压变化而导致的能量损耗，所以在变压器的选择上要注意经济上的电压变化损失。留有余地地设计主接线则是留下发展和扩大变电所应有的界限，还应将分时间段过渡接线的可能性和便于施工的设计考虑在内。通过上文对电气主接线性质的描述，可以看出电气主接线的设计及方案的选择是建立在很多由它所牵涉的问题进行综合考虑的基础之上的，而以上所描述的性质也包含要求，所以，针对这些性质及要求都应该在设计时有所体现。电气主接线设计的注意事项运行中的变电站随时可能会发生一些故障，这些故障会对变电站的正常运行产生负面影响，所以在变电站一次主接线设计过程中每个机组都应加设一台能够快速启动的柴油发电机组，其容量要能够满足变电站运行需要，同时机组中应设置两个能充分结合在一起的保安段，这样才可以防止变电站在运行过程中出现一下不必要的安全问题。变电站能够正常运行主要靠机组两侧的锅炉对其进行同时供电，而从安全稳定角度考虑，采用柴油供电模式能够更好的应对间断或故障现象的发生，才能让用户觉得电能安全可靠，不必担心停电。在变电站中，柴油发电机组在经济上投资少，使用条件上在多个地区都能够很好地适应周围环境，并且启动速度快，发生故障便于维修，所以选用，主要用两台共同工作，一台失电时，另一台可以立刻启动开始工作；除了这种方法可以有效避免电力系统运行故障之外，还可以在发电机组上设置避免其停电的系统来维持变电站的正常运行。电气主接线设计主要步骤主要是将变电站主要特性复杂性考虑在内，所以严格遵循设计步骤逐步进行是保证其科学性和合理性的重要前提。步骤主要为：（1）变电站在设计其主接线之前通常需查阅很多资料，通过主接线设计的例子大概了解它设计的要点，并将设计之前的原则性问题，关键性问题进行复习，并在每一步设计中检查是否有遗漏问题；（2）降压变电站的主要作用是降低电压以便更好地发电，所以发电机的容量，类型等参数都会影响变电站的运行，所以应确定发电机的各方面参数，才能在主接线设计上有思路；（3）电源的连接关系变电站运行的核心，所以应该慎重设置；（4）第三章短路电流的计算足以见得短路对电力系统的影响，所以在设计过程中将短路的发生进行提前感知，从多方面对短路电流进行限制；（5）综合考虑以上问题，多角度考虑问题，设计侧重点不同的方案，权衡利弊，选择最佳方案。

电气设备的选择此设计只包含一次设备，它们主要用来生产，输送，分配电能，主要是变压器，断路器和熔断器等。高压设备选择的一般原则35kV是高电压，所以这些设备应能承受高电压。主要设备有主变压器，断路器，负荷开关，隔离开关，电压/电流互感器及变电所输配电线路等。查询有关技术规范，规程及规定后，可知国家技术经济政策对此的要求有留出安全净距，遵循施工运行和检修章程，恰当安排布置方案和使用设备，来达到电力系统条件，自然环境特点和运行检修，施工方面的标准。参照上述基本要求，电器设备不同，所发挥的作用和其运行的条件自然也不尽相同，同时其选择的方法也不一样，但让其稳定可靠地工作是一样的，设备大部分时间都处于正常工作状态，所以我们应该以此为首要标准来选择设备，而设备选择过后还要通过检验它在电路中是否能正常运行来确定选择是否正确（注：以短路电流为基准）。高压电器的选择过程选择条件设备在电路中正常运行并缩小发生短路的可能性要从多个方面考虑其运行条件，从设备自身来看，设备各方面参数有额定电压，电流和频率等；从电路环境来看，短路时过电压承受能力；从外部条件来看，绝缘水平，温度和海拔等也应作为选择的排除参考项之一。高压电器选择电器在电路中运作有其“上限”和“下限”，“下限”就是线路无负载也无电流输出时的电压值（标称电压），也就是；而“上限”就是电器的最高电压；，式(5.1)而“上限”经查阅（见附录1高压电器的最高电压表）应低于。（注意：熔断器的额定电压应符合所在系统的标称电压，从操作过电压方面考虑，限流式熔断器不宜使用在标称电压低于其额定电压的系统中。（2）额定电流与最大持续工作电流是本质相同，所属对象不同的两个量，额定电流是电气设备的，而最大持续工作电流是电路的，也就是说，设备与电路在电流上的符合程度决定了电气设备在电路中的运行状况和损耗程度，所以额定电流与最大持续工作电流：式（5.2）在各种可能运行方式下回路中高压开断电器的额定电流无法承受过大的负载，进而所持续的工作电流不同，因此选择时应一一满足。并且高压电器和导体工作的环境温度和额定温度不同时应校正电流至最大允许电流。第三，按开断电流选择时，具体操作时用短路电流校验开关设备的开断能力，这时，短路点应选择系统中流经开断设备的最大短路电流进行校验。第四，高压电器的选用过程中如果将环境条件纳入考虑范围，那么正常环境条件和特殊环境条件应该分开校验。由于变电站建在昆明绕城高速路边，周围空气温度不超过40℃（当温度高于40℃但低于60℃时，温度每增高1℃，额定电流减少1.8%；反之，额定电流的变化同样是与温度成反比，你降我增，只不过百分比是降时的一半，极限是负荷应是该电流的0.2倍），同时温度平均值在未来24h之内不得大于35℃。变电站建在高原地区，海拔在1500m和1000m之间，同时是在城郊，故空气中尘埃，烟，腐蚀性或可燃性气体，蒸汽或盐雾等污染物质较少，从降雨量来看，每月湿度的平均值在90%以下，至于受二次系统干扰的幅值是否超过1.6kV需要进一步检测，故户内正常使用条件基本符合高压开关设备和导体尽