35kV降压变电站电气主接线设计.doc

《35kV降压变电站电气主接线设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《35kV降压变电站电气主接线设计.doc（30页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、课课 程程 设设 计计 (论论 文文) 机械与电气工程学院 系（院）电气工程及其自动化 专业 课程设计（论文）题目 35kV降压变电站电气主接线设计 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 2012年 12 月 12 日 - 2 - 成绩：成绩： 评语：评语： 指导教师：指导教师： 年年 月月 日日 - 3 - 35KV35KV 降压变电站电气主接线设计降压变电站电气主接线设计 The 35KV the buck substation electrical main wiring design 总计 课程设计（论文） 18 页 表 格 个 插 图 幅 目 录 摘 要 - 1 - 前 言

2、1 第一章 主接线的选主接线的选 择择 4 1.1 变电站主接线选择的基本要 求 4 1.2 主接线的方案的拟 定 5 1.3 主接线的比较与选 定 7 第二章第二章 短路电流的计短路电流的计 算算 10 2.2 短路计算的目 的 10 2.2 短路电流的计算步骤及结 南昌工程学院 - 2 - 果 10 2.3 无功补偿计算校 验 15 第三章第三章 主要电气设备主要电气设备的选 择 16 3.1 35KV 断路器和隔离开关的选 择 16 3.2 35KV互感器的选 择 17 3.3 10KV母线及 35KV 线路的选 择 19 3.4 10KV 开关柜选 择 19 第四章第四章 车间变压器的

3、选车间变压器的选 择择 21 4.1 所用变的选 择 21 4.2.1 所用变台数的选 择 21 南昌工程学院 - 3 - 4.2.2 所用变容量的选 择 22 摘 要 变电站，改变电压的场所。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须 把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变 电站来完成。变电站的主要设备是开关和变压器。按规模大小不同，称为变电所、配电 室等。 对于35KV 降压变电站，要根据运行可靠、灵活、且经济的原则进行比较，首先应选 取可靠性高且经济性好的最优的电气主接线方式；其次选择本变电站主变的台数、容量 和型号。根据所选的变压器进行短路电流

4、计算校验，由各短路电流算出短路稳态电流和 短路冲击电流，对主要设备选择及校验，其中包括断路器、隔离开关、电压互感器、电 流互感器等；最后根据各电压等级的额定电压和最大长期工作电流进行电气设备的选择。 关键词：关键词：主变压器 电气主接线 短路电流 电气设备 前言 本次课程设计为 35KV 降压变电站电气主接线设计，原始资料及设计技术要求如下： 1.1. 全厂用电设备情况全厂用电设备情况 （1）负载大小 用电设备总安装容量：6630kW 计算负荷（10KV 侧）有功：4522kW 无功：1405kVAR 各车间负荷统计见表 1。 表 1 全厂各车间负荷统计表 计 算 负 荷序 号 车间名称 负荷

5、 类型Pjs（kW） Qjs(kVAR) Sjs（kVA ） 1 空气压缩车间 780180800 南昌工程学院 - 2 - 2 3 4 5 6 7 8 9 熔制成型（模具）车间 熔制成型（熔制）车间 后加工（磨抛）车间 后加工（封接）车间 配料车间 锅炉房 厂区其他负荷（一） 厂区其他负荷（二） 560 590 650 560 360 420 400 440 150 170 220 150 100 110 168 200 580 614 686 580 374 434 434 483 共计 同时系数 全厂计算负荷 4760 0.95 4522 1448 0.97 14054735.24 （2

6、）负荷类型 本厂绝大部分用电设备均属于长期连续负荷，要求不间断供电。停电时间超过两分 钟将造成产品报废；停电时间超过半小时，主要设备池，炉将会损坏；全厂停电将造成 严重经济损失，故主要车间及辅助设施均为类负荷。 （3）本厂为三班工作制，全年工作时数 8760 小时，最大负荷利用小时数 5600 小时。 （4）全厂负荷分布：见厂区平面示意图（图 1） 8 53 6 42 7 电源 1 9 南昌工程学院 - 3 - 图 1 厂区平面示意图 2.2. 电源情况电源情况 （1）工作电源 本厂拟由距其 5 公里处 A 变电站接一回架空线路供电，A 变电站 110kV 母线短路容量 为 1918MVA，基

7、准容量为 1000MVA ，A 变电站安装两台 SFSLZ131500 kVA/110kV 三卷变 压器，其短路电压 u高中=10.5%，u高低=17%，u低中=6%，详见电力系统与本厂联接示 意图（图 2） 。 供电电压等级：由用户选用 35KV 或 10KV 的一种电压供电。 最大运行方式：按 A 变电站两台变压器并列运行考虑。 最小运行方式：按 A 变电站两台变压器分列运行考虑。 （2）备用电源 拟由 B 变电站接一回架空线路作为备用电源。系统要求，只有在工作电源停电时才允 许备用电源供电。 （3）功率因数 供电部门对本厂功率因数要求值为： 以 35KV 供电时，cos=0.9 以 10

8、KV 供电时，cos=0.95 （4）电价 供电局实行两部电价 基本电价：按变压器安装容量每 1 千伏安每月 10 元计费。 电度电价：35KV =0.40 元/kwh 10KV =0.41 元/kwh 南昌工程学院 - 4 - 课程设计任务及设计大纲 1.高压供电系统的设计 根据供电部门提供的资料，选择本厂最优供电电压等级。 2.总压降变电站设计 （1）主接线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术可能实现的多个方 案，经概略分析比较，留下 23 个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，确 定最优方案。 （2）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计

9、算短路 电流，计算结果列出汇总表。 （3）主要电气设备选择:主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线 型号的选择和校验。选用的设备型号、数量汇成设备一览表。 南昌工程学院 - 5 - 3.车间变电所设计 根据负荷情况，选择车间变压器的台数、容量以及变电所的位置的原则考虑。 4.厂区 10kv 配电系统设计 根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。 第一章 电气主接线的选择 一、变电站主接线基本要求 1、运行的可靠性 断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及 能否保证对重要用户的供电。安全可靠是电力生产的

10、首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的 要求。因此主接线的接线形式必须保证供电可靠。 2、具有一定的灵活性 主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故 或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可 以保证检修人员的安全。 3、操作应尽可能简单、方便 主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不 便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式 南昌工程学院 - 6 - 的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。 4、经

11、济上的合理性 主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少， 使其尽地发挥经济效益。 5、应具有扩建的可能性 由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的 可能性。 变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数 目的多少、电网的结构等。 二、厂最优供电电压等级的选择 根据所给资料可知，本所电源分为 35kV、10kV 的两种，则可供选择的供电方案有三 种，分别为： 方案一：工作 35kV，备用 35kV； 方案二：工作 10kV，备用 10kV； 方案三：工作 35kV，备用

12、10kV。 三个方案的主接线图 南昌工程学院 - 7 - 图 1-1 两路都是 35KV 的供电方案（方案一） 图 1-2 两路都是 10KV 的供电方案（方案二） 南昌工程学院 - 8 - 图 1-3 工作电源采用 35KV 备用电源采用 10KV 的供电方案（方案三） 按照要求正常情况下两路电源一路供运行，另一路作为备用，厂内配电母线为 10kV。根据负荷情况出线有 5 条，且对供电可靠性要求较高，因此考虑配电母线采用单 母分段接线，为了提高供电可靠性，10kV 拟采用成套开关柜布置。 现对各方案进行分析比较 （1）方案一 工作电源和备用电源均采取 35kv 供电。优点：供电时电压高，线路

13、功率损耗少，要求的 功率因数值低，所需补偿容量少，供电可靠性高。缺点：总降压变电所装设两台主变压器，投资及运 行维护费用高，备用 35kV 正常情况下不工作，使得能源利用率较低，不够经济。 南昌工程学院 - 9 - （2）方案二 工作电源和备用电源均采用 10kv 供电。优点：工厂内不设主变压器，可以简化线路，降 低了投资及运行维护费，可以减少占地面积，减少管理人员及维护的工作量。缺点：供电电压低，线 路的功率损耗增大，电压损失也大，要求的功率因数值高，还需增加补偿装置及相关的投资，工厂内 设总配电所供电的安全可靠性不如 35kv。 （3）方案三 工作电源采用 35kv 供电，备用电源采用 1

14、0kv 供电。本方案的技术经济指标介于方案一 和方案三之间，但是由于原始资料要求两路电源正常时只用一路供电，工作电源停运时才使用备用电 源进行供电，因此该方案适合。因为备用电源供电时间较少，所以该方案既能满足供电可靠性要求， 投资也相对较少。 根据所给资料及要求进行分析，决定该变电所进行主接线设计方案采用方案三。 如下图 南昌工程学院 - 10 - 图 1-3 工作电源采用 35KV 备用电源采用 10KV 的供电方案（方案三） 第 2 章 短路电流计算 一、计算短路电流的目的 南昌工程学院 - 11 - 计算短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。在变电所和供电系 统的设计和

15、运行中，基于如下用途必须进行短路电流的计算： 选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。 选择和整定继电保护装置，使之能正确的切除短路故障。 确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。 保护电力系统的电气设备在最严重的短路状态下不损坏，尽量减少因短路故障产生的 危害。 2、短路电流计算步骤 1确定计算条件，画计算电路图 1）计算条件：系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后采取的措施。 2）运行方式： 根据计算目的确定系统运行方式，画相应的计算电路图。 选电气设备：选择正常运行方式画计算图； 短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。 2画等值电路，计算参数； 分别画各

16、段路点对应的等值电路。 等值电路图 南昌工程学院 - 12 - 图 2-2 短路等值电路图 图 2-3 最大运行方式等值电路图 图 2-4 最小运行方式等值电路图 此次 35kV 侧主变压器选用 SZ9-5000/35 型有载调压变压器 据网上资料得知 SZ95000/35 型有载调压变压器，额定容量为 5000kVA,电压为 35kV， 南昌工程学院 - 13 - 主要技术数据： 空载损耗为 5.8kw，短路损耗 36kw，空载电流 I%=1.2，阻抗电压7% K U 由所给资料可得 电力系统的电抗标幺值 92 . 1 1000 1918 MVA MVA S S X B d d （U 高-中

17、%+U 高-底%-U 中-底%） =10.75 2 1 %2Us)617 5 . 10( 2 1 （U 高-中%+U 底-中%-U 高-底%）=-0.25 2 1 %3Us)1765 .10( 2 1 线路 L： 6 . 1 3535 10002 * * UnUn Slx X B l 主变压器： 41 . 3 5 . 31100 100075.10 100 % 2 N Bk S SU X 08. 0 5 . 31100 100025 . 0 100 % 3 N Bk S SU X 14 5100 10007 100 % 1 N Bk S SU X 最大运行方式下 K1 点短路电流： 总电抗标幺

18、值：X*=1.92+(3.41-0.08)/2+1.6=5.18 kA U S I av B B 3 .15 373 1000 3 kAxII BK 95 . 2 18. 5/ 3 . 15*/ 1 南昌工程学院 - 14 - 三相短路次暂态电流和稳态电流 kAIII K 95 . 2 1 )3()3( 三相短路冲击电流：查电力系统分析 P160 得=1.8 sm K kAIKi smsh 5 . 795 . 2 8 . 122 )3( )3( 三相短路容量: MVAxSS dK 1 . 19318 . 5 /1000*/ )3( 1 K2 点短路电流： 总电抗标幺值：18.191418 .

19、5 *x kA U S I av B B 1 . 54 5 . 103 1000 3 kAxII dK 8 . 218.19/ 1 . 54*/ 22 三相短路次暂态电流和稳态电流： kAIII K 8 . 2 2 )3()3( 三相短路冲击电流：查电力系统分析 P160 得=1.8 sm K kAIKi smsh 13 . 7 8 . 28 . 122 )3( )3( 三相短路容量: MVAxSS dK 14.5218.19/1000*/ )3( 1 表 2-1 最大运行方式下，三相短路，各点计算值 短路点计算点（kA） )3( k I (kA) )3( I (kA) )3( I(kA) 3

20、 sh i 南昌工程学院 - 15 - k1 点 2.952.952.957.5193.1 k2 点 2.82.82.87.1352.14 三、系统无功补偿校验 1.无功补偿的原理 电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转 变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只 是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能 是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用 的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90.而 电流在电

21、容元件中作功时,电流滞后电压90.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相 反,互差180.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使 电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道 理. 2.无功补偿的意义 (1)补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数 (2)减少发,供电设备的设计容量,减少投资 (3)降低线损 所以提高功率因数后,线损率也下降了.减少设计容量,减少投资,增加电网中有功功 率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益.所以,功率因数是 考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行. 整个厂区

22、无功功率补偿计算: 由前言可得该厂区计算负荷 P=4522kW，Q=1405kVA 9 . 0954967 . 0 14054522 4522 cos 22 S P 南昌工程学院 - 16 - 由公式计算可知，该系统无需进行无功补偿。 第三章 电气设备的选择 南昌工程学院 - 17 - 一、35KV 断路器和隔离开关的选择 高压断路器主要功能是：正常运行时用来切换线路运行方式，把设备或线路投入运 行或退出运行，起控制作用；当设备或线路发生故障时，因为有灭弧作用，能快速切除 故障回路，保证无故障部分正常运行，起保护作用。高压短路器最大特点是能断开电气 设备中负荷电流和短路电流。而隔离开关的主要功

23、能是保证高压电气设备及装置在检修 工作时的安全，形成明显的电气隔离，但不能用于切断或投入负荷电流或开断短路电流， 仅可允许用于开断小电流。 高压断路器的额定电压和电流选择需满足 , SNN UU max IIN 式中：、分别为断路器和电网的额定电压（KV） ；、分别为断路器的额 N U SN U N I max I 定电流和电网的最大负荷电流（A） 。 A U S I N N 6 .86 353 500005. 1 3 05 . 1 max kVUSN35 根据 35K 断路器和隔离开关的、及安装在屋外的要求，查表，可选择 LW N U max I 35/630 型断路器，固有分闸时间和燃弧时

24、间均为 0.065s，主保护时间 1.5s，后备保护时 间 0.065s，根据上面计算出的短路电流值为： kAIIk95 . 2 kAIKI kimsh 5 . 72 stttt ainprk 65 . 1 短路电流周期分量的热效应：)(36.14 12 10 2 22 2/ 2 skA III tQ tktk kK 由于设计手册规定：远离发电厂的变电站和配电网无需考虑非周期分量的影响，故 不计非周期热应。因此短路电流引起的热效应: 南昌工程学院 - 18 - )(36.14 2 SKAQk 表 3-1 LW35/630 型断路器和 GW235G 型隔离开关的相关参数与计算的数据 计算数据LW

25、35/630 型断路器GW235G 型隔离开关 SN U35KV N U35/40.5KV N U35KV nax I86.6A N I630A N I600A I2.95KA Nbr I25KA Nbr I sh i7.5KA Ncl i63KA Ncl i k Q)(36.14 2 SKAtIt2 )(75.1018 63 . 1 25 2 2 SKA tIt2 )(1600 420 2 2 SKA es i7.5KA es i63KA es i42KA 二、35kv 互感器的选择 1、按额定电流的选择： max 5000 1.051.051.05 82.4886.6 33 35 N N

26、S IA U max IINKAII95. 2 )3()3( KAish5 . 7 )3( 2、按额定电压选择： =35kV NSN UU 上网查资料获得 ：LCWD-35 10P/0.5 电流互感器的技术参数 南昌工程学院 - 19 - 额定二次负荷 10% 倍数 1s 热 稳定 kA 动稳 定 kA 型号 额定电 流比 A 准确 等级 LCWD-35 10P/0.5 600/510p 0.8 3590150 因各参数符合要求，则选择 LCWD-35 10P/0.5 型电流互感器 3、热稳定校验: 热稳定满足条件SkAIK Nt 222 )(25.70490)95 . 2 90()( 4、动

27、稳定校验： 动稳定满足要求 所选的电流互感器合kAkAIK Nes 5 . 7 7 . 62515095. 222 格 5、电压互感器的选择 上网查得JDZXW2-35型电压互感器主要技术数据 三、10kv 母线及 35kV 线路的选择 AUSII NNn 1 .303)103/(500005 . 1 )3/(05 . 1 05 . 1 max 母 额定工作电压 V 型号 一次线圈二次线圈辅助线圈 JDZXW2-35 35000/3100/3100/3 南昌工程学院 - 20 - AUSII NNnl 6 . 86)353/(500005 . 1 )3/(05. 105 . 1 max 线路：

28、采用 LGJ-95 的钢芯铝绞线架设，其电抗率,载流量 335Akmx/40. 0 0 求得线路 35kV 线路最大电流为 86.6A，则满足要求。 查工厂供电苏文成编著，附录表 11，P380，母线选用 40*4mm 矩形铝导体，允 许电流为 480A ，允许电流为 395A， S=160满足最大持续工作电流的要求。 2 mm 四、10KV 开关柜选择 AI 1 . 303 max KAI95 . 2 KAish5 . 7 计算数据与 VD4 断路器技术数据对比 计算数据VD4 断路器 Un10KV N U10KV nax I303.1 A N I630A I2.95KA Nbr I16KA

29、 sh i7.5KA Ncl i40KA GZS112 开关柜技术数据 回路名称受电、馈电 联络 （右） 电压测量+ 避雷器 隔离+联络（左） 所用变 南昌工程学院 - 21 - 方案号 004011041055078 额定电流 630A630A630A630A630A 断路器 VD4 11 电流互感器 AS12- 150B/4S 33 电压互感器 RZL-10 32 熔断器 RNZ- 10 3 避雷器 3 第四章 车间变电所设计 南昌工程学院 - 22 - 变压器容量选择时应遵循的原则 1、只装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要。 2、装有两台变压器的变电

30、所，每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条件： （1） 、任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要； （2） 、任一台变压器单独运行时，宜满足全部用电容量设备的需要。 3、变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的为宜，以提高运行率。各70% 80% 车间变压器台数及容量选择和无功补偿。 根据所给全厂各车间负荷统计表可得出各负荷对应的变压器分配： （1 号空气压缩车间）配变压器一台 （2 号熔制成型（模具）车间、3 号熔制成型（熔制）车间）配变压器一台 （4 号后加工（磨抛）车间、5 号后加工（封接）车间）配变压器一台 （6 号配料车间、8 号厂区其他负荷（一） ）配变压器一台

31、（7 号锅炉房、9 号厂区其他负荷（二） ）配变压器一台 配电房 a（1 号空气压缩车间）变压器选择，由统计表可得该计算负荷为 800KVA，为保证 供电的可靠性，选用变压器 SCB10-800/10，额定容量为 800KVA 配电房 b（2 号和 3 号车间）变压器选择，由统计表可得该负荷的计算负荷为 1194KVA， 为保证供电的可靠性，选用变压器 SCB10-1250/10，额定容量为 1250KVA 南昌工程学院 - 23 - 配电房 c（4 号和 5 号车间）变压器选择，由统计表可得该负荷的计算负荷为 1266KVA， 为保证供电的可靠性，选用变压器 SCB10-1250/10，额定

32、容量为 1250KVA 配电房 d（6 号和 8 号车间）变压器选择，由统计表可得该负荷的计算负荷为 808KVA，为 保证供电的可靠性，选用变压器 SCB10-800/10，额定容量为 800KVA 配电房 e（7 号和 9 号车间）变压器选择，由统计表可得该负荷的计算负荷为 917KVA，为 保证供电的可靠性，选用变压器 SCB10-1000/10，额定容量为 1000KVA 表 4-1 SCB10 系列各型号的参数 电压（kV）损耗（W） 型号 额定 容量 kVA 连 接 组 标 号 高压 低 压 空载负载 阻抗 电压 （% ） 空载电流（%） SCB10-800/10800 Y yn0

33、 1520696061.0 SCB10-1000/101000 Y yn0 1770813061.0 SCB10-1250/101250 Y yn0 10.50.4 2090869061.0 南昌工程学院 - 24 - 参考文献 1刘介才. 工厂供电设计指导M. 北京: 机械工业出版社, 1999. 2苏文成. 工厂供电M. 2 版. 北京: 机械工业出版社, 1999. 3熊信银, 朱永利. 发电厂电气部分M. 4 版. 北京: 中国电力出版社, 2009 4孟祥萍, 高嬿. 电力系统分析M. 北京: 高等教育出版社, 2004 5王子午，徐泽植. 常用供配电设备选型手册 第三分册M：高压电器. 北京. 煤 炭工业出版社. 1997 6王子午，徐泽植. 常用供配电设备选型手册 第五分册M：组合（箱式）变电站、 变压器及附录. 北京. 煤炭工业出版社. 1997 7刘学军. 继电保护原理M. 2 版. 北京. 中国电力出版社. 2007