35KV变电站初步设计-毕业设计

一、绪论1.1设计背景与意义在现代电力系统中，变电站作为电能传输与分配的关键节点，其设计的合理性、安全性与经济性直接关系到整个电力网络的稳定运行及对用户的可靠供电。35kV变电站作为配电网中的重要组成部分，广泛分布于城市近郊、工业园区及乡镇区域，承担着将中压电能进一步降压并分配至10kV及以下用户的重要功能。随着区域经济的持续发展和用电需求的不断增长，对现有变电站进行升级改造或新建符合时代要求的变电站显得尤为迫切。本次毕业设计以某特定区域（以下简称“目标区域”）的35kV变电站初步设计为题，旨在通过系统的工程设计方法，结合当前电力行业的技术标准与发展趋势，完成一座技术先进、运行可靠、经济合理的35kV变电站初步设计方案，为后续的施工图设计及工程建设提供理论依据和技术支持。1.2设计依据与范围1.2.1设计依据本设计严格遵循国家及行业现行的主要法律法规、标准规范，包括但不限于：*《变电站设计规范》（GB____）*《35kV～110kV变电站设计规程》（DL/T____）*《电力系统安全稳定导则》（DL/T____）*《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB/T____）*目标区域电力系统规划相关文件及供电部门提出的技术要求*目标区域负荷发展预测资料及站址地形地貌勘察资料1.2.2设计范围本次初步设计的范围主要包括：*变电站电气主接线设计；*主要电气设备选型（主变压器、断路器、隔离开关、互感器等）；*短路电流计算及电气设备的动、热稳定校验；*变电站防雷与接地系统设计；*站用电系统设计；*二次系统及继电保护配置初步方案；*变电站总平面布置初步设想。1.3设计主要内容本设计将首先对目标区域的负荷情况进行分析与预测，确定变电站的建设规模。在此基础上，进行电气主接线方案的比选与确定，这是变电站设计的核心环节。随后，根据确定的主接线方案和计算得到的短路电流，进行主要电气设备的选型与校验，确保设备在各种运行工况下的安全可靠。同时，对变电站的防雷接地、站用电、二次系统及继电保护等辅助系统进行统筹考虑，提出合理的设计方案。最后，结合站址条件，对变电站的总平面布置进行初步规划，力求布局紧凑、流程合理、便于运行维护。二、变电站站址选择及原始资料分析2.1站址选择基本原则站址选择是变电站设计的首要环节，需综合考虑供电需求、地理条件、交通便利性、环境影响等多方面因素。其基本原则如下：1.靠近负荷中心：以减少线路损耗，提高供电质量和经济性。2.地质条件良好：场地应具有足够的承载能力，避开断层、滑坡、塌陷区等不良地质地段。3.交通便利：便于设备运输和运行维护人员到达。4.水源及排水条件：若采用水冷设备需考虑水源，同时场地应有良好的排水措施。5.环境影响小：尽量避开居民区，减少电磁干扰和噪音影响，符合环保要求。6.出线条件优越：便于各级电压线路的进出线，减少线路交叉和迂回。7.节约用地：充分利用荒地或劣地，不占或少占耕地。2.2目标区域负荷资料分析根据提供的目标区域负荷资料，该区域现有负荷主要包括工业负荷、商业负荷及居民生活负荷。经统计与分析，当前最大负荷约为若干兆瓦，且呈逐年增长趋势。通过对历史负荷数据的回归分析及结合区域发展规划，预计未来五年内最大负荷将增长至若干兆瓦。负荷性质方面，工业负荷占比较大，其中部分为二级负荷，对供电可靠性有较高要求，其余多为三级负荷。因此，变电站的设计需充分考虑负荷的增长性和重要性，确保供电的连续性和稳定性。2.3电力系统接入条件目标区域35kV变电站拟采用双回35kV线路接入上级220kV变电站，以提高供电可靠性。上级变电站35kV母线短路容量经查询系统参数及初步估算，在一定范围之内，具体数值将在短路电流计算章节详细给出。10kV侧则根据负荷分布情况，拟出线若干回，向各用户片区供电。三、电气主接线设计电气主接线是变电站电气部分的核心，它反映了变电站内主要电气设备的连接方式及电能的输送路径，对变电站的运行可靠性、灵活性、经济性以及二次系统的设计均有深远影响。3.1主接线设计的基本要求主接线设计应满足以下基本要求：1.可靠性：保证在各种运行方式下，能够安全可靠地向用户供电，避免因故障或检修造成大面积停电。2.灵活性：能够适应正常运行、检修、故障等各种工况的切换，操作简便。3.经济性：在满足可靠性和灵活性的前提下，尽量减少投资，降低运行成本，节约有色金属消耗。4.扩展性：便于未来根据负荷增长进行扩建，减少对现有系统的影响。3.235kV侧主接线方案比选对于35kV变电站，其35kV侧常用的主接线方案有：1.单母线不分段接线：结构简单，投资少，但可靠性和灵活性较差，适用于出线回路少、负荷不重要的变电站。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，另一段母线可继续供电。3.桥式接线：包括内桥和外桥接线，适用于双回电源进线和两台主变的变电站，具有一定的可靠性和经济性。内桥接线适用于电源线路较长、故障机会较多，而变压器不需要经常切换的场合；外桥接线则适用于电源线路较短、变压器需要经常切换或系统有穿越功率流过的场合。结合本设计变电站的规模（双回35kV进线，两台主变）及负荷重要性，对单母线分段接线和内桥接线两种方案进行比选。*方案一：单母线分段接线*优点：操作灵活，可实现分段母线的单独运行或并列运行，便于扩建，对重要用户可从不同分段引出。*缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线上的所有回路均需停电；所用设备较多，占地面积较大。*方案二：内桥接线*优点：结构简单，投资较少，占地面积小，电源线路故障或检修时，不影响变压器运行。*缺点：变压器故障或检修时，需将相应电源线路停运，灵活性稍差；扩建较为复杂。考虑到本变电站为区域重要供电节点，双回进线，且未来负荷有增长趋势，单母线分段接线在灵活性和扩展性方面更具优势，能够更好地适应不同运行方式和未来扩建需求。因此，35kV侧主接线选用单母线分段接线方案。3.310kV侧主接线方案确定10kV侧为变电站的低压出线侧，出线回路数较多。常用的主接线方案有单母线分段接线和单母线分段带旁路母线接线等。考虑到本变电站10kV出线回路数为若干回，且包含部分二级负荷，单母线分段接线已能满足可靠性要求，且结构相对简单，运行维护方便。故10kV侧主接线同样采用单母线分段接线，两段母线分列运行，重要用户可从两段母线上分别引出回路供电，以提高供电可靠性。3.4主变压器选择主变压器是变电站的核心设备，其容量和台数的选择直接影响变电站的供电能力和运行经济性。1.台数选择：为保证供电可靠性，尤其是考虑到存在二级负荷，本变电站宜选用两台主变压器。正常运行时两台主变并列运行，分列运行或一台运行一台备用，当一台主变故障或检修时，另一台主变能承担大部分重要负荷。2.容量选择：主变容量应根据当前最大负荷和未来五年负荷预测进行选择，并考虑一定的裕度。单台主变容量应满足在一台停运时，剩余主变能承担总计算负荷的70%以上。结合本变电站负荷分析结果，初步选定两台三相双绕组无励磁调压电力变压器，容量等级选择为若干兆伏安，具体型号待设备选型阶段确定。电压等级为35kV/10kV。3.5最终主接线方案综合以上分析，本35kV变电站最终主接线方案如下：*35kV侧：双回进线，单母线分段接线，两台主变分别接于两段母线上。*10kV侧：单母线分段接线，两段母线之间设分段断路器。*主变压器：两台，容量若干兆伏安，35kV/10kV。四、主要电气设备选择与校验主要电气设备的选择是变电站设计的重要组成部分，设备性能的优劣直接关系到变电站的安全稳定运行和投资效益。选择时应根据设备的作用、工作环境、技术参数及经济性等因素综合考虑，并进行必要的短路电流校验。4.1设备选择的一般原则电气设备选择应遵循以下一般原则：1.按正常工作条件选择：包括额定电压、额定电流、额定频率等，设备的额定电压应不低于其所在电网的额定电压；额定电流应不小于其长期通过的最大工作电流。2.按短路故障条件校验：包括动稳定校验和热稳定校验，确保设备在短路电流作用下不发生损坏。3.考虑环境条件：如海拔高度、环境温度、湿度、污秽等级等对设备参数的影响，必要时进行修正。4.经济性：在满足技术要求的前提下，选择性能价格比高的产品，同时考虑设备的运行维护费用。5.标准化、系列化：尽量选择国家标准系列产品，便于采购、安装和维护。4.2主变压器选型根据前章确定的主变容量和台数，结合国内常用电力变压器型号，初步选用S11-M-□/35型三相油浸式无励磁调压电力变压器（□处为选定容量）。该型号变压器具有损耗低、效率高、体积小、噪音低等优点，符合国家能效标准，适用于35kV变电站。其主要技术参数如下（具体数值以厂家样本为准）：*额定容量：若干MVA*额定电压：35kV±2x2.5%/10.5kV*额定电流：高压侧若干A，低压侧若干A*连接组别：Dyn11*短路阻抗：Ud%=6.5（标准值）4.335kV侧电气设备选型4.3.1断路器35kV断路器是35kV侧的关键控制和保护设备，应能可靠开断短路电流。根据35kV主接线为单母线分段，每段母线进线及分段均需配置断路器。考虑到35kV变电站的规模和当前技术发展，宜选用SF6断路器，其具有灭弧性能好、断口电压高、体积小、维护工作量少等优点。型号可选用LW36-40.5系列。其额定电压为40.5kV，额定电流选择若干A，额定短路开断电流需根据短路电流计算结果确定，初步按不小于若干kA考虑。4.3.2隔离开关隔离开关主要用于设备检修时隔离电源，不能用于开断负荷电流。35kV隔离开关与断路器配合使用，在断路器两侧及接地等处均需设置。可选用GW4-40.5型户外高压隔离开关，额定电压40.5kV，额定电流与断路器匹配，动稳定和热稳定参数应满足要求。4.3.3电流互感器（CT）35kV电流互感器用于电流测量和继电保护。根据安装位置不同，分为母线CT、进线CT、主变高压侧CT等。选型时应考虑额定变比、准确级（测量级0.5/0.2S，保护级5P20或10P20）、额定容量等。可选用LZZBJ9-35型电流互感器，全封闭环氧树脂浇注，绝缘性能好，运行可靠。4.3.4电压互感器（PT）35kV电压互感器用于电压测量、计量和继电保护。考虑到需要测量母线电压及绝缘监察，35kV母线PT宜选用JDXN-35型三相五柱式电压互感器（或三只单相PT组成），带中性点接地消弧线圈（或氧化锌避雷器），额定电压35kV/√3/0.1kV/√3/0.1kV/3。4.410kV侧电气设备选型4.4.1断路器10kV侧出线回路较多，考虑到经济性和占地面积，10kV断路器宜选用真空断路器，可安装于开关柜内，形成铠装移开式金属封闭开关设备（KYN28A-12型）。其额定电压12kV，额定电流根据出线负荷选择若干A，额定短路开断电流需根据10kV侧短路电流计算结果确定。4.4.2隔离开关与接地开关10kV开关柜内通常配置有与断路器联动的隔离开关和接地开关，满足五防要求，故不再单独选用户外隔离开关。4.4.3电流互感器（CT）10kV电流互感器多为户内式，安装于开关柜内。根据出线容量和保护要求选择变比和准确级，型号可选用LMZJ1-10型电流互感器。4.4.4电压互感器（PT）10kV母线PT同样安装于开关柜内，选用JDZJ-10型单相浇注绝缘电压互感器，通常为三只一组，构成星形接线，用于母线电压测量、计量和绝缘监察。4.4.5母线10kV母线通常采用铜母线或铝母线，安装于开关柜顶部或母线桥内。根据10kV侧最大工作电流及短路电流热稳定要求，选择母线截面。初步选用TMY-规格（如3x[80x8]）的铜母线。4.5无功补偿装置为提高电力系统的功率因数，降低线路损耗，改善电压质量，变电站应装设无功补偿装置。根据目标区域负荷以感性负荷为主的特点，在10kV母线上装设并联电容器组进行无功补偿。补偿容量按主变容量的10%~30%估算，初步选择若干Mvar，分组投切，以适应负荷变化。装置可选用集合式电容器或柜式电容器，采用自动投切方式。五、短路电流计算短路电流计算是变电站设计中的重要环节，其目的是为了正确选择电气设备、校验设备的动稳定和热稳定、确定继电保护的整定值以及研究电力系统的故障分析。5.1短路电流计算的目的与假设条件5.1.1计算目的1.选择电气设备和载流导体时，校验其热稳定和动稳定。2.确定断路器的额定开断电流和额定关合电流。3.为继电保护的整定计算提供依据。4.分析系统在短路故障下的暂态稳定和静态稳定。5.1.2假设条件1.系统为无限大容量电源，即短路过程中电源电压保持不变。2.不考虑短路电流的衰减，按次暂态电流（周期分量初始值）进行计算。3.短路类型以三相短路为最严重情况，本设计主要计算三相短路电流。4.各元件的参数采用额定值，不考虑参数的误差和变化。5.不计负荷电流和电动机反馈电流的影响。5.2短路点的选择根据变电站主接线特点，选择以下几个关键短路点进行计算：1.k1：35kV母线短路（靠近电源侧，即进线断路器外侧）。2.k2：35kV母线短路（主变高压侧，即进线断路器内侧）。3.k3：10kV母线短路（主变低压侧）。4.k4：10kV出线末端短路（可