毕业设计-35kV降压变电所电气部分设计

毕业设计--35kV降压变电所电气部分设计一、绪论1.1设计背景与意义在现代电力系统中，变电所作为连接发电厂与用户的关键环节，其作用至关重要。35kV降压变电所广泛分布于工业企业、城市配电网及一些中型用电区域，承担着将35kV电压等级降至10kV（或6kV）及以下，以满足中低压用户用电需求的重要功能。本次毕业设计选题为“35kV降压变电所电气部分设计”，旨在通过理论与实践相结合的方式，综合运用所学的电力系统分析、继电保护、高电压技术、电气设备等专业知识，完成一个功能完整、技术先进、经济合理且安全可靠的变电所电气设计方案。这不仅是对个人专业素养的全面检验，也为未来从事相关工程技术工作奠定坚实基础。1.2设计依据与原则本设计严格遵循国家及行业现行的有关标准、规范和规程，主要包括但不限于《35kV~110kV变电站设计规范》、《电力系统安全稳定导则》、《继电保护和安全自动装置技术规程》等。设计过程中，始终坚持以下原则：1.安全性原则：确保人身和设备安全是电气设计的首要前提，严格执行各项安全规程，合理选择保护配置。2.可靠性原则：主接线方案、设备选型及保护配置应能保证供电的连续性，满足用户对供电可靠性的要求。3.经济性原则：在满足安全可靠的前提下，进行必要的技术经济比较，优化设计方案，降低初期投资和运行维护费用。4.灵活性与适应性原则：主接线应具备一定的灵活性，能适应正常运行方式的改变及设备检修的需要，并考虑未来负荷增长和系统发展的可能性。5.技术先进性原则：在经济合理的基础上，积极采用成熟、先进的技术和设备，提高变电所的自动化水平和运行管理效率。1.3设计主要内容与范围本次35kV降压变电所电气部分设计的主要内容包括：1.负荷计算与主变压器选择；2.电气主接线方案设计与比较；3.主要电气设备（如断路器、隔离开关、互感器、母线等）的选择与校验；4.配电装置及总平面布置初步规划；5.继电保护及自动装置配置方案设计；6.二次回路及控制室设计概述；7.防雷与接地系统设计。设计范围限定在变电所内部的电气一次系统和部分二次系统，不包含外部输电线路的详细设计。二、负荷计算与主变压器选择2.1负荷资料分析与计算准确的负荷计算是变电所设计的基础。根据设计任务书提供的或假设的负荷资料（包括各用户的负荷性质、额定容量、功率因数等），首先对各出线回路的负荷进行统计。考虑到实际运行中各负荷并非同时满负荷运行，需引入同时率和负荷率进行修正。有功功率计算：将各回路的计算负荷相加，并乘以适当的同时率，得到变电所的总计算有功功率。无功功率计算：根据各回路的有功功率和功率因数，计算出各回路的无功功率，同样考虑同时率后得到总无功功率。视在功率计算：由总有功功率和总无功功率，通过矢量合成得到总视在功率。在缺乏详细用户资料时，也可采用单位产品耗电量法或需用系数法等进行估算。同时，需预留一定的负荷发展裕度，以适应未来用电增长的需求。2.2主变压器容量与台数选择主变压器的容量选择应满足变电所全部用电负荷的需要，并考虑一定的负荷增长和变压器的经济运行。通常按以下原则确定：1.变压器容量应能满足全部计算负荷，并留有10%-20%的裕度。2.对于重要负荷，应考虑一台变压器停运后，其余变压器能保证重要负荷的供电。变压器台数的选择需综合考虑供电可靠性要求、负荷大小及变化规律、运行维护费用等因素。对于35kV降压变电所，若负荷较小且不重要，可选用一台变压器；若负荷较大或对供电可靠性要求较高，宜选用两台变压器，以提高供电可靠性和运行灵活性。2.3主变压器型号与联结组别选择主变压器型号的选择应考虑其技术参数（如额定电压、额定电流、短路阻抗等）、损耗、效率、冷却方式及制造水平。常用的35kV级电力变压器有油浸式（如S11、S13系列）和干式（如SCB系列）两种。油浸式变压器性价比高，适用于户外布置；干式变压器防火性能好，适用于对防火要求高的场所（如地下变电所）。变压器的联结组别对系统的运行性能有影响。35kV/10kV降压变压器常用的联结组别为YNd11，即高压侧星形联结，低压侧三角形联结，中性点接地，这种联结组别可以有效抑制三次谐波，且便于低压侧中性点引出，满足配电系统接地要求。三、电气主接线设计3.1主接线设计基本要求电气主接线是变电所电气部分的核心，它反映了各电气设备之间的连接关系和电能的输送路径。主接线设计应满足以下基本要求：1.安全性：符合国家标准和规范，保证设备和人身安全。2.可靠性：根据变电所的重要程度，确保不间断供电。3.灵活性：能适应各种运行方式的转换，便于检修，满足负荷增长需求。4.经济性：在满足安全可靠和灵活的前提下，降低投资和运行成本。3.235kV侧主接线方案比较与选择35kV侧常用的主接线方案有：1.单母线不分段接线：结构简单，设备少，投资省，但可靠性和灵活性较差，适用于出线回路少、负荷不重要的小型变电所。2.单母线分段接线：将母线分为两段，可提高供电可靠性和灵活性，一段母线故障或检修时，另一段母线可继续运行。适用于出线回路较多、对供电可靠性有一定要求的变电所。3.桥式接线（内桥、外桥）：适用于只有两台变压器和两条进出线的情况。内桥接线适用于线路较长、故障几率较高，而变压器不需要经常切换的场合；外桥接线则适用于线路较短、变压器需要经常切换或系统有穿越功率的场合。根据本设计变电所的规模、负荷性质及进出线情况（假设为两回35kV进线，一回或两回出线至地区电网），经过技术经济比较，选择单母线分段接线或桥式接线作为35kV侧的主接线方案。3.310kV侧主接线方案比较与选择10kV侧通常是变电所的负荷侧，出线回路较多。常用的主接线方案有：1.单母线分段接线：应用最为广泛，可靠性和灵活性较高，能满足大多数中低压变电所的要求。母线分段可采用断路器或隔离开关，断路器分段可实现自动投切，可靠性更高。2.双母线接线：可靠性和灵活性最高，但设备多，投资大，占地面积广，一般用于对供电可靠性要求极高的大型变电所，35kV降压变电所10kV侧较少采用。考虑到10kV出线回路可能较多（假设有8-12回），且包含一些重要负荷，本设计10kV侧宜采用单母线分段接线，分段断路器可配置备自投装置，以提高供电可靠性。3.4主接线最终方案确定综合35kV侧和10kV侧的接线方案选择，并考虑所用电源的引接方式，绘制出变电所完整的电气主接线图。该图应清晰标注各设备的型号、规格及回路编号。四、主要电气设备选择与校验4.1短路电流计算电气设备的选择和校验离不开短路电流数据。需根据系统参数（假设35kV电源侧为无穷大系统或给定系统阻抗）和主接线图，计算变电所内各关键节点（如35kV母线、10kV母线、变压器各侧）在最大运行方式下的三相短路电流和两相短路电流（必要时）。计算内容包括短路电流周期分量有效值、冲击电流、短路容量等。短路电流计算可采用标幺值法或有名值法，利用网络简化和对称分量法进行。4.2高压断路器的选择与校验断路器是最重要的开关设备，其选择需考虑：1.额定电压：不低于其安装处的电网额定电压。2.额定电流：大于等于其所在回路的最大持续工作电流。3.额定短路开断电流：大于等于其安装处的最大短路电流周期分量有效值。4.动稳定校验：断路器的极限通过电流峰值应大于等于短路冲击电流。5.热稳定校验：断路器的热稳定电流和热稳定时间应能承受短路电流产生的热量。此外，还需考虑操作方式（手动、电动）、灭弧介质（SF6、真空等）及操作次数等因素。35kV和10kV侧断路器分别进行选择。4.3隔离开关的选择与校验隔离开关没有灭弧能力，主要用于隔离电源、倒闸操作和切合小电流电路。其选择校验项目与断路器类似，但无需开断电流校验，只需进行额定电压、额定电流、动稳定和热稳定校验。4.4电流互感器（CT）的选择与校验CT用于将大电流变换为小电流，供测量、保护使用。选择时考虑：1.额定电压：与安装处电网电压匹配。2.额定一次电流：根据回路正常工作电流选择，通常使额定一次电流略大于最大工作电流。3.准确等级：测量用CT选择较高准确等级（如0.5级、0.2S级），保护用CT选择保护级（如5P、10P）。4.额定二次负荷：CT二次侧所接负荷（仪表、继电器线圈等）应小于其额定二次负荷。5.动稳定和热稳定校验：应能承受短路电流的作用。4.5电压互感器（PT）的选择与校验PT用于将高电压变换为低电压。选择时考虑：1.额定电压：一次侧额定电压与电网额定电压相符，二次侧额定电压通常为100V（线电压）或100/√3V（相电压）。2.接线方式：根据测量、保护和绝缘监察的要求选择，如星形接线、V-V接线、开口三角形接线等。3.准确等级：同CT。4.6母线的选择与校验母线用于汇集和分配电能。常用的母线材料有铜和铝，截面形状有矩形、槽形、管形等。选择时考虑：1.导体材料和截面：根据最大持续工作电流、允许载流量、机械强度、散热条件等选择。2.动稳定校验：短路时母线受到巨大的电动力，应保证母线不发生变形或损坏。3.热稳定校验：短路电流产生的热量不应使母线温度超过允许值。对35kV和10kV母线分别进行选择和校验。4.7避雷器的选择避雷器用于限制过电压，保护电气设备绝缘。应根据安装地点（如母线侧、变压器侧）和系统电压等级选择合适型号和参数的避雷器（如氧化锌避雷器），其额定电压应与安装处电网电压相适应。4.8高压熔断器的选择（若有）对于某些不重要的出线或电压互感器回路，可采用高压熔断器作为保护。选择时主要考虑额定电压、额定电流及熔体额定电流。五、配电装置与总平面布置5.1配电装置设计的一般要求配电装置是按主接线的要求，将电气设备（如断路器、隔离开关、互感器、母线等）按一定方式组装排列而成的电工建筑物的总体。其设计应满足：1.符合安全净距要求，保证运行维护安全。2.布置紧凑，节省占地面积和空间。3.便于操作、巡视和检修。4.有利于通风、散热、防污、防火、降噪。5.考虑扩建的可能性。5.235kV配电装置型式选择与布置35kV配电装置有屋外布置和屋内布置两种型式。屋外布置又分为普通中型、分相中型、半高型等。普通中型布置清晰、施工方便、造价较低，应用广泛。若场地受限，可考虑半高型布置以节省占地。根据变电所的地理位置、环境条件（如污秽等级）、运行维护要求及投资情况选择合适的布置型式，并绘制其断面图或平面布置示意图。5.310kV配电装置型式选择与布置10kV配电装置同样有屋内和屋外两种。屋内布置常用成套开关柜（如KYN型金属铠装移开式开关柜），结构紧凑，运行安全，维护方便，是目前10kV配电装置的主流。确定开关柜的排列方式（如单列、双列）和操作通道宽度，满足规程要求。5.4总平面布置初步规划总平面布置是对变电所内各建筑物（如主控制室、10kV高压室、35kV配电装置区、主变压器区、电容器室、辅助设施等）和构筑物的相对位置进行合理规划。布置时应遵循以下原则：1.功能分区明确，工艺流程合理，减少各区域间的干扰。2.缩短电缆、导线长度，降低能耗和投资。3.满足防火、防爆、防雷、防震、通风、采光等要求。4.留有适当的扩建余地。5.考虑交通便利，便于设备运输和检修。绘制变电所总平面布置示意图，标注主要建筑物和设备的相对位置及尺寸。六、继电保护与自动装置配置6.1继电保护设计的基本要求继电保护装置是变电所安全运行的“哨兵”，其设计应满足“四性”要求：1.选择性：故障时，只切除故障元件，非故障部分继续运行。2.速动性：快速切除故障，减少故障对设备的损坏，提高系统稳定性。3.灵敏性：对保护区内的故障有足够的反应能力。4.可靠性：保护装置本身应可靠工作，不该动时不动，该动时必动。6.2主变压器保护配置主变压器是变电所的核心设备，应配置完善的保护：1.差动保护：反映变压器绕组和引出线的相间短路、匝间短路及接地短路。2.瓦斯保护：反映变压器油箱内部故障（如匝间短路、铁芯过热等）及油面降低，分为轻瓦斯（发信号）和重瓦斯（跳闸）。3.复合电压启动的过电流保护（或过电流保护）：作为差动保护和瓦斯保护的后备，反映变压器外部故障引起的过电流。4.零序电流保护：反映大接地电流系统中变压器中性点接地侧绕组及引出线的接地故障。5.过负荷保护：反映变压器过负荷状态，动作于信号。6.温度保护：反映变压器油温或绕组温度过高，动作于信号或跳闸。6.335kV线路保护配置根据线路的重要程度和长度，35kV线路可配置：1.电流速断保护：作为线路相间短路的主保护。2.过电流保护：作为速断保护的后备和线路相间短路的主保护（当速断保护不能满足要求时）。3.零序电流保护：用于接地故障的保护。对于重要线路，可考虑配置距离保护。6.410kV出线保护配置10kV出线回路较多，负荷性质各异。一般配置：1.电流速断保护：用于短路故障的主保护。2.过电流保护：作为后备保护。3.零序电流保护（对于需要接地保护的回路）。对于电动机负荷，还应配置过负荷、堵转、低电压等保护；对于变压器（如所用变），保护配置类似主变但简化。6.5母线保护配置对于10kV母线，若采用单母线分段接线，当分段断路器投入运行时，可考虑在分段断路器上配置电流速断保护和过电流保护，作为母线故障的后备保护。对于重要的10kV母线或35kV母线，可根据需要配置专用的母线差动保护。6.6自动装置配置根据需要配置以