【《某35KV降压变电所主要电气设备的选择及校验计算案例》6800字】

某35KV降压变电所主要电气设备的选择及校验计算案例1负荷的统计与计算1.1变电站资料某电机厂为保证供电需求，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。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950MVA。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，其余为二类负荷，Tmax=4000h。本次设计的变电站处于土壤热阻系数120℃cm/W，土壤温度20℃。该地区年最高温度+40℃，年最低温度－15℃，年平均气温为+16℃。最热月平均最高温度＋32℃。最大风速35m/s，主导风向西北，覆冰厚度小于10mm。微风风速3.5cm/s。1.2负荷统计通过对电机厂用电负荷的调查统计，变电站供电范围内用电负荷情况统计如表1-1所示。表1-1负荷资料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7354873机械车间8085724装配车间10004915锻工车间9202766实验站13502977线圈车间7374968其他931675通过表1-1可以清晰的看出各个用电负荷的有功功率以及无功功率。由以上计算可知近期总的有功功率为7527kW，总的无功功率为3765kvar，总的视在负荷为8416kVA，计算电流。2主变压器以及所用变压器的选择2.1变压器台数的选择在变电站设计中，一般安装两台主变压器就可以确保供电的可靠性。在只有一个电源或者变电所的一级负荷有其他备用电源保证供电的情况时，也可以只安装一台主变压器。本次设计为了保证供电的可靠性，避免一台变压器故障或检修时，损失负荷，本次设计选择主变压器的台数为两台，为了保证所用电的可靠性，本次所用变也选为两台。2.2变压器容量的选择在选择主变压器容量的时候，由设计手册可知，一般按照变电所的远期规划负荷进行选择。由远期规划负荷计算出低压侧计算负荷的总和，以此来作为选择主变压器的容量的依据。其计算公式如下：（2-1）根据规程，对于安装两台变压器的变电站，要保证每台变压器的容量可以达到需要供电负荷总容量的70%。根据负荷计算结果可知，本次变电站负荷为8416kVA，所以变压器容量不应小于（2-2）按照年负荷增长率5%，变电站总负荷考虑五年发展规划，则总负荷为：（2-3）故选择容量为8000KVA的主变压器就能满足要求。本次所用变需要为电机厂生活和照明、保护室等设备供电，选择容量为500KVA的所用变压器。2.3变压器型式选择相数确定：三相变压器投资较小、占地面积少、损耗较少，配电装置结构比较简单，运行维护方便。故选用三相变压器。绕组连接方式确定：电力系统中,变压器绕组的连接方式分为两种：Y和△型，选择三角形接线目的为去除三次谐波对整个系统运行造成的不良影响，35kV采用YN的连接方式，10kV侧采用d11的连接方式，除此之外，设计时还考虑了绕组并列运行对其接线的限制是否满足所有要求。因此，主变压器采用YNd11的连接方式。所用变高压侧采用YN的连接方式，低压侧采用yn0的连接方式。综上考虑，选择主变压器以及所用变压器的具体型号如表2-1和表2-2所示。主变压器参数如表2-1所示。表2-1变压器数据项目技术参数备注型号S11-8000/35空载损耗13.2KW联结组别YNd11额定容量8000KV·A低压侧电压35/10.5KV空载电流0.39%阻抗电压8%调压方式有载调压表2-2所用变压器数据项目技术参数备注型号S9-500/10.5空载损耗7.3KW联结组别YNyn0额定容量500KV·A低压侧电压10.5/0.4KV空载电流0.29%阻抗电压6%调压方式无励磁调压3电气主接线的设计3.1电气主接线性能1）可靠性电力生产的首要任务即为安全可靠，对电气主接线最基本的要求就是保证供电可靠。而可靠性是指主接线长期稳定的运行工作，避免出现间断对用户供电的情况。同时我们注意到供电可靠性是一个相对的标准，对于不同的系统负荷具体分析。2）灵活性灵活性包括三个方面：操作方便简单。在保证可靠性的前提之下，操作简单方便，减少操作步骤，有利于减少操作中的差错。调度要方便。一是在正常运行时方便电气主接线改变运行方式，二是发生事故时方便切除故障，在最短时间，最小范围内控制住故障。考虑未来的扩建，留有发展扩建的余地。3）经济性经济性与可靠性的矛盾为主要矛盾，在保证可靠性和灵活性的前提下也要使主接线经济合理。从三个方面来分析经济性：节省投资。用节约开关电器数量，使用便宜的电器等方法来降低成本。减少占地面积。设计主接线时为配电装置的布置创造减少土地使用的条件。对于大容量变电站或发电厂，分批投资建设。减少电能损耗。变压器为电能损耗主要来源，变压器的容量，台数和型号的选择应经济合理，避免增加电能损耗。3.2主接线的基本接线形式3.2.1单母线接线，单母线分段接线单母线接线接线简单，便于操作，由于母线向两端延伸的特点，所以容易扩建。但是当检修或故障时，所有回路无法正常工作。同时因为电源不能分列运行，只能并列运行，不利于调度。此接线方式适用于出现回路少，发电机变压器不承担重要负荷的情况。单母线分段接线相比较于单母线接线保证了当某一段母线退出工作时，不会导致所有母线停止工作。而且当段数分的越多，故障的波及范围就越小。小容量发电厂适合采用单母线分段接线。3.2.2双母线接线，双母线分段接线双母线接线特点：1.保证可靠供电。一组母线出现故障或是进行检修时，通过倒换操作两组母线的隔离开关，可以使另一组母线保证其他电路的正常工作。2.灵活地进行调度。不同电源，各路负荷和每一组母线都可以进行任意分配，对于电力系统的运行和潮流变化能能灵活的适应。3.方便扩建。可以向左右两个方向扩建，对于原来的电源负荷分配不会产生影响。双母线接线适用于容量较大，进出线回数较多的系统。双母线分段接线比双母线接线拥有更高的可靠性，而且拥有备用母线，可靠性和灵活性更高。3.2.3带旁路母线的接线单母线分段带旁路母线的接线适用于进出线不多，容量不大的中小型变电站，可靠性与灵活性较高。3.2.4一台半断路器接线一台半断路器体现出很高的灵活性和可靠性在接线运行时，避免了大量的使用隔离开关在检修母线或回路断路器时进行倒闸操作，也方便进行扩建和调度。所以广泛应用于超高压电网中。3.2.5单元接线单元接线在无母线接线中形式最简单，开关设备少，便于操作。在系统容量允许以及发电机单机容量较小情况下，可以一台变压器连接两个发电机，组成扩大单元接线，这样可以减少占地面积，也减少了断路器和变压器数目，比较经济。3.2.6桥形接线桥形接线适用于只有两条线路和两台变压器的情况。根据桥断路器的安装位置，分为内外两种接线。内桥优点是其余正常回路的工作不会受到线路故障检修的影响，但变压器故障时则影响到了相应线路。所以内桥接线适用于较长的线路或不需要经常切换变压器的情况。外侨接线不同于内桥接线，其适合需要经常切换变压器的线路或较短线路。可靠性较差，故不经常选用。3.2.7多角形接线多角形接线的断路器数＝电源回路＋出线回路。优点就是断路器数目少但可靠性高，因为没有母线所以不考虑母线故障，操作简便，检修时不会发生隔离开关被系统带负荷时断开的情况。缺点是由于运行方式变化大，工作电流受到影响差别较大。选择电气设备难度加大，建成后也不利于扩建。因此没有大规模推广使用。3.335kV侧主接线设计根据本次任务书中的要求：35kV进线两条，由相邻变电所双回架空线路供电，结合考虑各方面因素，选择两种35kV主接线方案进行比较，如下表：表3-135kV侧主接线方案选择项目方案方案一单母线接线方案二桥型接线可靠性本次35千伏进线两回，采用单母线接线可满足要求，但当母线发生故障或停电检修时，不能可靠供电采用此种接线方式可靠性较好，当任一回进线检修时，都可由另一条进线带出负荷灵活性采用此种接线灵活性较差，但有利于后期扩建采用此种接线灵活性较好，主变压器可由任一条进线供电，但不利于后期扩建经济型采用此种接线经济性较差，需要进行母线的选择采用此种接线经济性较好，不需要母线综合考虑企业的利益与电力负荷分配情况，考虑可靠性、灵活性、经济性，选择方案二桥型接线比较合适。3.410kV侧主接线设计根据本次任务书中的要求：10千伏出线需要代送的负荷较多，并且有一、二级负荷，结合考虑各方面因素，选择两种10kV主接线方案进行比较，如下表：表3-210kv侧主接线方案选择项目方案方案一单母线接线方案二单母线分段接线可靠性在母线无故障时，采用单母线接线可保证供电的可靠性采用单母线分段接线可以很好的保证供电的可靠性灵活性采用单母线接线能很好地保证灵活性，有利于后期扩建，在增加10千伏负荷采用单母线分段接线灵活性较好经济型需要使用一条母线，经济性有所增加采用单母线分段接线，需要选择分段断路器，经济性较单母线差综合考虑企业的利益与电力负荷分配情况，选择方案二单母线分段接线比较合适。因此，本次变电站主接线，35千伏侧采用桥型接线，10千伏侧采用单母线分段接线。4短路电流计算4.1短路电流简介电力系统在运行中相与相之间或相与地(或中性线)之间发生非正常连接(短路)时流过的电流称为短路电流。在三相系统中发生短路的基本类型有三相短路、两相短路、单相对地短路和两相对地短路。三相短路因短路时的三相回路依旧是对称的，故称为对称短路；其他几种短路均使三相电路不对称，故称为不对称短路。在中性点直接接地的电网中，以一相对地的短路故障为最多，约占全部短路故障的90%。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。发生短路时，由于电源供电回路阻抗的减小以及突然短路时的暂态过程，使短路回路中的电流大大增加，可能超过回路的额定电流许多倍。短路电流的大小取决于短路点距电源的电气距离，例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达发电机额定电流的10～15倍，在大容量的电力系统中，短路电流可高达数万安培。4.2短路电流计算4.2.1计算基准值与标幺值1）选择并计算所要用到的基准值选基准容量，选基准电压，高压侧基准电压，低压侧基准电压，依据所选的基准容量和基准电压可求得各侧基准电流为（4-1） （4-2）2）线路电抗35kV进线标幺电抗 （4-3）主变压器标幺电抗 （4-4）4.2.2计算短路电流1）35千伏短路电流计算三相短路电流（最大运行方式下）此时高压侧的桥断路器、低压侧的分段断路器处于合闸状态已知待设计的变电所高压母线上的短路功率为950MVA，则（4-6） （4-7） （4-6） （4-8） （4-9） （4-10）1）10千伏母线短路电流计算a三相短路电流（最大运行方式下）此时高压侧的桥断路器、低压侧的分段断路器处于合闸状态 （4-16） （4-17） （4-18） （4-19） （4-20）5主要电气设备的选择及校验选择设备需考虑的主要因素有设备的工作条件、短路条件、承受过压能力、操作性能及环境条件等因素对设备造成的影响，首要满足的即为如何保证设备的安全可靠运行。5.1电气设备选择的一般条件5.1.1按照正常工作条件选择电气设备额定电压。受到电网调压和负荷的影响，运行电压会出现高于额定电压的情况。所以选择的电气设备工作时最高工作电压要大于等于电网最高运行电压。额定电流。在额定的温度下，电气设备能承受长期运行的电流即为电气设备的额定电流。电气设备正常运行时的电流为最大持续工作电流。要求额定电流大于等于最大持续工作电流。环境条件影响设备的选择。电气设备安装地点的环境不应超过一般电器的正常使用条件。主要影响因素有：温度、污秽等级、覆冰厚度、海拔高度、风速及地震烈度等。除了以上三点，还要按照电气设备环境保护、装设地点、运行、使用条件及检修等要求选择电气设备的型式和种类。5.1.2按短路状态校验短路热稳定校验。标准为符合电气设备允许的热稳定电流平方与时间的乘积大于等于短路电流产生的热效应。电动力稳定校验。标准为符合电气设备允许的动稳定电流的有效值或幅值不小于短路冲击电流有效值或幅值。但有三种不需要热稳定或动稳定校验的情况。情况一是电气设备被熔断器保护，无需验算热稳定；情况二是设备被限流电阻的熔断器保护，无需验算动稳定；情况三是电气设备和裸导体装设在电压互感器回路中，无需验算热、动稳定性。短路电流计算条件。需要考虑容量和接线，计算短路点和短路种类。短路计算时间。由热稳定短路计算时间检验电气设备短路状态下的热稳定。继电保护动作时间与断路器全断开时间之和为热稳定短路计算时间。而断路器全断开时间由断路器固有分闸时间与断路器开断时电弧持续时间相累积。5.2母线的选择与校验母线在整个电力系统功率传输中起到了非常重要的作用，母线起到了汇集和分散电功率的作用。在发电厂、输电线路及变电站中，导体种类的选择与电压的不同有着直接直接的关系。本设计采用汇流母线，利用最大持续工作电流选择导线截面。5.2.110kV母线的选择（1）母线型号选择10kV侧最大持续工作电流为：本设计选用矩形铜导体，由《工业与民用配电设计手册》附录表可知，10kV母线选用型号为TMY－20×5型导体，其载流量是800A。（2）热稳定校验而，显然满足要求。（3）动稳定校验母线上所受的最大相间电动力为：经校验，满足要求。5.3断路器的选择5.3.135kV侧断路器的选择和校验额定电压：UNs=37.5kV；按照变压器二次侧额定电流进行考虑，且在满足变压器完全不过载的状态下，则出线处的最大持续工作电流为：A；经查阅相关设备说明手册可选择SN10-35/200型真空断路器。表5-4110kV变压器低压侧断路器选择校验表安装点的电气参数条件35kVA14.63kA37.31kA校验结果如表5-5所示。表5-5低压侧断路器校验结果SN10-35/2000断路器的参数表校验结论35kV满足要求200A满足要求31.5kA满足要求80kA满足要求满足要求5.3.310kV侧断路器的选择和校验额定电压：kV；按照变压器二次侧额定电流进行考虑，且在满足变压器完全不过载的状态下，则出线处的最大持续工作电流为：A；经查阅相关设备说明手册可选择ZN28-10/600型的真空断路器。表5-610kV变压器低压侧断路器选择校验表表5-610kV变压器低压侧断路器选择校验表安装点的电气参数条件10kVA9.08kA23.15kA校验结果如表5-7所示。表5-7低压侧断路器校验结果ZN28-10/600断路器的参数表校验结论12kV满足要求600A满足要求31.5kA满足要求80kA满足要求满足要求5.4隔离开关的选择5.4.135kV侧隔离开关的选择及校验（1）额定电压的选择：UN≥UNs=35kV（2）额定电流的选择：（3）极限通过电流选择：故选GN1-35/200户外型高压隔离开关。（4）热稳定校验：结果如表5-9。表5-9校验计算结果与所选隔离开关列表比较表表5-9校验计算结果与所选隔离开关列表比较表计算结果GN1-35/200U(kV)35U(kV)35I(A)129.33I(A)200Q(kA)s857It(kA)s3969(kA)37.13(kA)805.4.210kV侧隔离开关的选择及校验（1）额定电压的选择：（2）额定电流的选择：（3）极限通过电流选择：故选KYN28-12/600户外型高压隔离开关。（4）热稳定校验：结果如表5-10。表5-10校验计算结果与所选隔离开关列表比较表表5-10校验计算结果与所选隔离开关列表比较表计算结果KYN28-12/600U(kV)10U(kV)10I(A)461.89I(A)600Q(kA)s329.79t(kA)s3969(kA)23.15(kA)805.5电压互感器的选择（1）电压互感器的型式进行选择应按照上述标准：=1\*GB3①准确度等级。=2\*GB3②继电保护及测量的要求。=3\*GB3③6～35kV屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构或者浇注式绝缘结构。（2）具体选择步骤如下：=1\*GB3①电压互感器一次绕组所接电网电压的变动范围如下：=2\*GB3②参考实际工程应用的电压互感器参数知一次额定电压UN1应选定：35kV侧：kV10kV侧：kV=3\*GB3③选择如下，具体参数见下表5-11。表5-11电压互感器参数型号额定一次电压(kV)1a二次电压(kV)准确级da二次电压(kV)准确级TYD0.20.15P0.50.110P5.6电流互感器的选择5.6.135kV侧电流互感器的选择和校验=1\*GB3①一次回路额定电压的选择：UN>UNS=35kV即：kV；=2\*GB3②一次回路额定电流的选择：=129.33A，eq\o\ac(○,3)准确级选择根据保护需要确定电流互感器的准确级如下：10P/10P/0.5选则LBJ-110电流互感器，主要技术参数见表5-11。表5-11LBJ-110电流互感器主要技术参数型号额定电压(kV)设备最高压(kV)额定电流比额定一次电流(A)额定二次电流(A)级次组合1s热稳定倍数动稳定电倍数LBJ-353537.5200/5200510P/10P/0.55090根据热稳定要求热稳定校验：Kt=50，Kes=90动稳定校验： ，满足要求。5.5.310kV侧电流互感器的选择和校验（1）变压器低压侧TA的选择和校验=1\*GB3①一次回路额定电压的选择：kV即：kV；=2\*GB3②一次回路额定电流的选择：=461.89A，=3\*GB3③二次回路额定电流选择5A。=4\*GB3④准确级选择根据保护需要确定电流互感器的准确级如下：10P/10P/0.5选则LBJ-10户内型支柱式环氧树脂浇注绝缘电流互感器，主要技术参数见表5-11。表5-11LBJ-10电流互感器主要技术参数型号额定电压(kV)设备最高电(kV)压额定电流比额定一次电流(A)额定二次电流(A)级次组合1s热稳定倍数动稳定电倍数