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1、 郑州电力职业技术学院毕业生论文 题目：某乡镇35kv变电站设计 系 专 业：电力系统继电保护与自动化班 级：10级继电一班学 号：20212586姓 名：李明亮I 摘 要 本设计是对城镇35kV变电站的设计，概述了变电所设计的根本过程和根本方法。设计中先对负荷进行了统计和计算，选出所需的主变型号；然后进行电气主接线的选择，电气主接线是变电所电气设计的主体，与变电站运行的可靠性、经济性、灵活性等要求密切相关；接着对35kV变电所做了短路电流计算和电气设备的选择，短路电流是为后面设备的选型提供了依据并根据短路电流可以进行设备参数的整定和校验；最后进行了继电保护控制设计和变电站的防雷设施、集中接地
2、装置的设计。变电站在现实生活生产中有着很重要的意义，是保证生活生产用电所必须的。对于变电站一次局部的设计，其关键就在于负荷分析和短路电流的计算。主接线方案和变压器的合理选择，在整个变电站的建设中有着决定性的作用，是变电站的核心，决定着变电站供电的质量。本设计以实际负荷为依据，以变电所的最正确运行为根底，按照现行相关规定规程和标准完成满足该城镇供电要求的35kV变电站设计。 关键词： 主接线;短路电流;主设备的选择;继电保护装置及防雷装置 II 目 录摘 要 . I第1章 绪论 . 错误！未定义书签。1.1 引言 . 11.2 国负荷计算及主接线设计 . 42.1 负荷统计 . 42.2 负荷计
3、算 . 52.2.1 全年负荷 . 62.3 主接线设计方案 . 62.3.1 主变压器台数确实定和容量的选择 . 62.4 主接线设计方案确实定. 8第3章 短路计算 . 93.1 短路计算的目的 . 93.2 各元件电抗标幺值计算. 93.3 短路点确实定 . 10第4章 电气设备的选择及校验 . 144.1 母线的选择及校验 . 144.1.1 母线材料的选择 . 144.1.2 母线截面形状的选择 . 15III 4.2 断路器的选择及校验 . 204.2.1 35kV侧断路器的选择及校验 . 204.2.2 10kV侧断路器的选择及校验 . 224.3 隔离开关的选择及校验. 244
4、.3.1 35kV侧隔离开关的选择及校验 . 244.3.2 10kV侧隔离开关的选择及校验 . 254.4 电流互感器的选择及校验 . 284.4.1 35kV侧电流互感器的选择及校验 . 284.4.2 10kV侧电流互感器的选择及校验 . 294.5 电压互感器的选择及校验 . 324.5.1 电压互感器的选择及校验 . 324.5.2 保护电压互感器的熔断器的选择及校验 . 364.5.3 隔离开关的选择及校验 . 364.6 绝缘子和穿墙套管的选择及校验 . 364.6.1 35kV侧绝缘子的选择及校验 . 374.6.2 10kV侧绝缘子的选择及校验 . 384.6.3 穿墙套管的
5、选择及校验 . 404.7 所用变设备的选择 . 414.7.1 所用变压器的选择 . 414.7.2 保护所用变的熔断器的选择及校验 . 424.7.3 隔离开关的选择 . 434.8 电力电容器的选择 . 444.8.1 并联电容器组接线方式的比拟 . 44IV 4.8.2 电容器的选择 . 444.8.3 保护电容器的熔断器的选择 . 464.8.4 断路器、隔离开关、电流互感器的选择 . 474.9 高压开关柜的选择 . 47第5章 继电保护配置及防雷保护 . 485.1 电力变压器的保护 . 485.2 主变低压侧断路器的保护的配置与整定 . 595.3 10KV线路保护 . 625
6、.4 电力电容器的保护 . 675.4.1 保护装置的选择 . 675.4.2 整定计算 . 685.5 变电所的防雷保护 . 695.5.1 防雷保护的原因 . 695.5.2 变电所的直击雷保护 . 705.5.3 避雷器的选择 . 735.5.4 变电所侵入波的保护 . 74第6章 变电所总体布局 . 756.1 变电所总体布置设计 . 75 经济与社会效益分析 . 错误！未定义书签。结 论 . 76致 谢 . 78V 参 考 文 献 . 79VI 第一章 绪论1.1 引言电力工业是国民经济开展中最重要的根底能源产业，是国民经济的第一根底产业，是关系国计民生的根底产业，是世界各国经济开展
7、战略中的优先开展重点。作为一种先进的生产力和根底产业，电力行业对促进国民经济的开展和社会进步起到了重要作用。与社会经济和社会开展有着十分密切的关系，它不仅是关系国家经济平安的战略大问题，而且与人们的日常生活、社会稳定密切相关。随着中国经济的开展，对电能的需求量不断扩大，电力销售市场的扩大又刺激了整个电力生产的开展1。变电站是电力网中线路的连接点，作用是变换电压、交换功率和聚集、分配电能，它直接影响整个电力系统的平安与经济运行。变电站中的电气局部通常被分为一次局部和二次局部。电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，具有同时性。 本次设计是对某乡镇35kV变电站的初步设计,是在学
8、习了相关专业课程(如?发电厂电气局部?、?电力系统分析?、?电力系统继电保护原理?等),且对各类变电站了解后设计的。本设计为我们在走上工作岗位前对工程设计有细致的了解,并掌握一定的工程设计方法打下了根底。本设计主要包括变电站总体分析、电力系统分析、负荷计算、主接线选择、主变选择、无功补偿设备选择、短路电流的计算、电气设备的选择、防雷设计、配电装置和平面布置等。在主接线设计中，在35kV侧我们把两种接线方式在经济性、灵活性、可靠性三个方面进行比拟，最后选择35kV侧采用单元接线方式，在10kV侧采用单母分段接线方式。 变- - 1 电站- 2 出一些不适应社会主义市场经济体制要求的弊端。我国农村
9、乡镇工业大量涌现，用电结构发生根本变化，用电开展速度高于城市，而我国的大局部农村电网薄弱，终端变电所数量少，供电半径长，线路损耗大，使线路末梢的用户电压过低，电能质量差，影响人们正常的生活和生产，导致电价过高，严重影响了我国农村电力事业的开展。为了提高电网的供电可靠性，降低线路损耗，改善电压质量，增加电力企业的经济效益，促进电力工业的开展，提高国民经济的整体竞争能力，必须加快深化电力体制改革的进程。在国外，偏远的小型变电所只考虑到保护，不考虑测控。变电所实时数据多采用传统的人工记录方式处理，所有的开关设备由人工操控。 所以要对老式变电所进行自动化改造，其一是在原来已经有的二次设备的根底上，配备
10、RTU实现远程数据的采集和控制。其二是采用断路器装置变电所，10kV出线均采用SF6负荷开关或断路器装置，每条出线均具有常规微机保护和测控系统，变电所- 3 第二章 负荷计算及主接线方案确定2.1 负荷统计本变电所负荷主要以生活用电和农业灌溉为主，有一处二类负荷、单进线，10kV侧采用单母线分段接线、7回出线。负荷统计如表2-1所示。 表2-1 负荷统计表- -4 2.2 负荷计算该所负荷计算采用需用系数法，由于各供电区域性质相差不大，考虑功率因数相同，那么视在功率可表示为有功功率。1.采用需用系数法求各用户的计算负荷Sjsi=KiSeii=1n式中：Sjsi各用户的计算负荷kVA；Ki需用系
11、数，取0.850.9；Sei各用电设备额定容量kW。2.每条出线路的负荷Sjs1=(0.7700+0.5800+0.7400)0.85=994.5(kVA)Sjs2=(0.75700+0.6700+0.85600)0.8=1164(kVA)Sjs3=0.8200=160(kVA)Sjs4=(0.8800+0.6900)0.8=944(kVA)Sjs5=(0.75600+0.8700)0.75=757.5(kVA)Sjs6=(0.8600+0.85500)0.7=633.5(kVA)- - 5 2.2.1 全年计算负荷变电所设计当年的计算负荷由Sjs=KtSjsi(1+x%)i=16式中：Kt同
12、时系数，取0.9；x%线损率，上下压网络的综合线损率在8%12%，系统设计时采 用10%。Sjs=Ki(Sjs1+Sjs2+Sjs3+Sjs4+Sjs5+Sjs5)(1+x%)=0.9(994.5+1164+160+944+757.5+633.5)(1+x%) =4606.97(kVA)计算负荷增长后的变电所最大计算负荷为Sjszd=Sjslmn式中：n年数，取8年；m年平均增长率，取4%；Sjszdn年后的最大计算负荷。Sjszd=4606.97e84%=6344.38(kVA)2.3 主接线设计方案2.3.1 主变压器台数确实定和容量的选择因电力负荷季节性不强，且变电所只有一处二类负荷，其
13、余均为三类负荷，变压器在运行时其电源侧电压有可能偏离额定值，这时变压器二次侧的- - 6 负载所承受的电压有可能偏离或偏低，这对用电设备的正常工作十分不利。所以采用两台自冷式有载调压型变压器，以使尽可能将变压器调压后不仅可稳定供电电压。还可控制电力潮流调节负荷分配。当一台主变压器运行时，可保证60%的负荷供电，考虑变压器的事故负荷能力为40%，所以供电的保证率为85%，在事故运行下可切除其余的三类负荷，保证对重要负荷的供电。考虑到不受运输条件的限制，选用三相变压器。为简化电压等级或减少重复降压容量采用双绕组变压器。由于变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否那么不能并列进行，所以变压器绕
14、组的连线方式选Yn/d11型连接。 装设两台主变压器的变电站，根据我国变压器运行的实践经验，并参考经验， 每台主变的额定容量Se0.6Sjs.zd。即 Se0.66344.38=3806.63kW主变压器采用双绕组自冷式有载调压电力变压器，根据电力设计手册，可选择 SZ9-4000/35型变压器，其技术数据如表2-1所示。表2-2 变压器参数 - - 7 2.4 主接线设计方案确实定方案：35kV侧采用单元接线，可采用熔断器来保护主变，造价比采用断路器和隔离开关经济，10kV侧采用单母线接线，在主二侧不设总开关作为保护，而在出线路上采用真空断路器作为保护，但此方案供电可靠性和灵活性差。接线方式
15、如图2-1所示。方案：35kV侧采用单元接线，可采用断路器和隔离开关组合电器作为变压器的过负荷和短路保护，也可采用熔断器来保护主变，虽然断路器的造价高，但考虑到有二类负荷，为满足可靠性，所以采用断路器和隔离开关组合，10kv侧采用单母线分段接线方式，当母线故障或检修时，停电局限在一段母线上，非故障段母线可以保证正常供电，当任意一段母线故障或检修时，对重要用户不停止供电。这种接线方式本身简单、经济、方便，同时又克服了一些缺点，使可靠性和灵活性有所提高。综合考虑选择方案2 接线方式如图2-2所示。 图2-1 主接线方案一 图2-2主接线方案二- - 8 第三章 短路计算3.1 短路计算的目的短路电
16、流是指由于故障或误操作而在电路中造成短路时所产生的过电流。这一短路电流比正常电流大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流可达几万安培甚至几十万安培，可对电力系统产生极大的危害。由于短路会产生十分严重的后果，因而引起了高度重视，除尽量清楚导致短路的原因外，还应在短路故障发生后及时采取措施，尽量减少短路造成的损失，如采用继电保护将故障隔离，在适宜的地点装设电抗器以限制短路电流，采用自动重合闸消除瞬时故障使系统尽量恢复正常等。短路电流的计算有以下几个方面的作用：1电气主接线的比拟与选择。2选择断路器等电气设备，或对这些设备提出技术要求。3为继电保护的设计以及调试提供依据。4评价并确定网络方案，
17、研究限制电流的措施。5分析计算送电线路对通讯设施的影响。3.2 各元件电抗标幺值计算SB=100MVA，UB=Uav系统电源电势标么值为1，系统电抗标么值最大运行方式Xmax=0.04，最小运行方式Xmin=0.06，主变的等效阻抗标么值- - 9 U%S7100106XsBB1=100S=3=1.75 N100400010高压侧电源进线的阻抗标么值X0=0.420100372=0.584 低压侧各出线的阻抗标么值XXL1SB1=Un2=0.41510010.52=5.442 XXL2SB0.4202= Un2 =10010.52=7.26 XXL3-1SB3-1=Un2=0.41310010
18、.52=4.72XXL3-2SB3-2= Un2=0.41310010.52=4.72XXL4SB0.4131004=Un2=10.52=4.72 XXL5SB0.4121005= Un2=10.52=4.356 XXL6SB0.4166=Un2=10010.52=5.80 3.3 短路点确实定 - -10 短路点确实定如图3-1所示。 X1=5.d3d4d5图3-1 各短路点 d6d7d8各点短路电流计算 d1点发生短路时最大运行方式各短路电流Id1max*E"1=1.6 Xmax+X00.04+0.584Id1maxSB1.6100=2.5(kA) =373Uav(3)3Id1=
19、2.5=2.165(kA) 22- - 11 ) I(d31=2) I(d1= i=2K(3)shchId1=21.82.5=2.552.5=6.375(kA) I3)sh=I(d1+2(Kch-1)2=2.51.51=3.78(kA)SB100d=SXjs*=0.04+0.584=160(MVA)最小运行方式各短路电流"Id1min*=EXmin+X=1=1.5500.06+0.584I(3)Id1minSB1.55100d1=Uav=337=2.42(kA) I(2)3d1=2I(3)d1=22.42=2.09(kA)iK(3)ch=2chId1=21.82.42=2.552.4
20、2=6.17(kA) I3)2ch=I(d1+2(Kch-1)=2.421.51=3.65(kA) SSBd=100Xjs*=0.06+0.584=155(MVA)d2点发生短路时最大运行方式各短路电流Id2max*=E"1Xmax+XX=.875=0.670+B1/20.04+0.584+0I(3)Id2maxSB0.67d2=3U=100av337=3.67(kA) I(2)3d2=2I(3)3d2=23.67=3.18(kA) iK(3)sh=2chId2=21.83.67=2.553.67=9.36(kA)- - 12 I)sh=I(3d2+2(Kch-1)2=3.671.5
21、1=5.54(kA)Sd=SB100Xjs*=0.04+0.584+0.875=67(MVA)最小运行方式各短路电流Id2min*=E/1Xmin+X=.06+0.584+1.75=0.420+XB10I(3)Id2minSBd2=3Uav=0.42100337=2.3(kA) I(2)3d2=2I(3)d2=22.3=1.99(kA)i(3)sh=2KchId1=21.82.3=2.552.3=5.87(kA) I(3)+2(K2sh=Id1ch-1)=2.31.51=3.473(kA)SSBd=100Xjs*=0.06+0.584+1.75=42(MVA)各短路点短路电流如表31所示。 -
22、 - 13 表31 各短路点短路电流第四章 电气设备的选择及校验尽管电力系统中各种电气设备的工作条件不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的根本要求却是一致的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。4.1 母线的选择及校验4.1.1 母线材料的选择母线的材料通常是铜、铝和钢。载流导体一般都采用铝质材料。目前，农村发电厂和变电站以及大、中型发电厂、变电站的配电装置中的母线，广- -14 泛都采用铝母线，这是因为铜贵重，储量少；而铝储量较多，具有价格低、重量轻、加工方便等特点。因此，选用铝母线要比铜母线经济。4.1.2 母线截面形状的选择城镇变电
23、站配电装置中的母线截面目前采用矩形、圆形和绞线圆形等。选择母线截面形状的原那么是：肌肤效应系数尽量低；散热好；机械强度高；连接方便；安装简单。10kV侧主要选择矩形截面母线，因为同样截面的矩形母线周长比圆形母线的周长要长，散热面积大，冷却条件好；由于集肤效应的影响，矩形母线的电阻比圆形的小。钢芯铝绞线的耐张性能比单股母线好，在允许电流相同的条件下，钢芯铝绞线的直径比单股母线直径大，其外表附近的电场强度小于单股母线。为了使农村发电厂和变电站的屋外配电装置结构和布置简单，投资少，在高压侧一般采用钢芯铝绞线。1. 35kV侧母线截面积的选择及校验假设一台变压器停止工作，想满足整个负荷的需要，那么另一
24、台变压器必工作在过负荷状态，由于变压器容量按SB0.6Sjs.zd来选择的，所以只需要一台过负荷为原来的1/0.6=1.67倍，即S=1.67SB。按通过高压侧母线的最大持续工作电流Imax=1.671.05Se3Ue=1.671.05400035=115.7(A)1按经济电流密度选择母线截面- - 15 SJ=Imax J式中：SJ经济截面 m2J经济电流密度 A/m2取变压器最大负荷利用小时数h=3000小时，查表选择J=1.15106A/m2115.7SJ=100.6(mm2)6所以 1.1510经计算选择LGJ-120mm2型钢芯铝绞线，其额定环境下的允许电流Ial=408A，最高允许
25、温度为70C。温度修正系数为K=al-70-35=1.17 70-40al-0那么实际环境温度为35时的母线允许电流KIal=1.17408=477.4A>Imax=115.7A满足长期工作时的发热条件。2热稳定校验短路计算时间tk=tpr2+tin+ta=1.5+0.06+0.04=1.6s因为t1s，所以不计非周期热效应。母线正常运行时的最高温度为2Imax115.7=35+(70-35)c=+(y-)=37.1C I477.4y2查表知C=191，按热稳定条件所需最小母线截面为- - 16 Smin=式中 C热稳定系数； 1QkKj CKq集肤效应系数。Smin=11QkKj=.7
26、103=17.90(mm2)C191小于所选母线的截面积，满足热稳定要求，因所选母线为绞线，故不需动稳定校验。2. 10kV侧母线截面积的选择及校验按通过低压侧母线的最大长期工作电流Imax=1.671.05Se3Ue=1.671.054000310=404.97(A)1按经济电流密度选择母线截面SJ=Imax J取变压器最大负荷利用小时数h=3000小时，查表选择J=1.15106A/m2所以 SJ=404.97=352.15(mm2) 61.1510经计算选择LMY-405mm2型铝母线，实际环境温度为35时的母线允许电流为 Ial =578A温度修正系数为K=al-70-35=0.78
27、=70-25al-0- - 17 KIal =0.78578=450.84A大于其长期最大负荷电流404.97 A，满足长期工作时的发热条件。2校验热稳定性校验短路计算时间tk=tpr+tin+ta=1+0.06+0.04=1.1s。因t1s，所以tfz=0，所以不计非周期热效应。母线正常运行时的最高温度为2Igzd404.97=35+(70-35) c=+(y-)=63.24(C) I450.84N2查表C=183，按热稳定条件所需最小母线截面为Smin=11QkKj=.940.78103=18.65(mm2) C183小于所选母线的截面积，故满足热稳定要求。动稳定性校验10kV侧截面为矩形
28、的母线水平放置，相间距离a=0.25m，L=1.2m 短路冲击电流ish=9.36kA母线所受的电动力 F=1.7310-7式中 L绝缘子间的跨距；a相间距。 F=1.7310-7母线所受的最大弯矩- - 18 L2ich aL2ich=72.8(N) a M=FL72.81.2=8.74(Nm) 1010截面系数bh2510-34010-3W=66母线最大计算应力为ph=()2=1.3310-6(m3) M8.74=6.57106(Pa) -6W1.3310小于铝母线的允许应力69106Pa，故满足动稳定性要求。经校验所选母线满足热稳定及动稳定要求。应选择LMY-405mm2的铝母线。3.
29、10kV侧出线截面积的选择及校验在六回出线中，以最大负荷的一条出线路为出线截面积选择的计算依据，其它线路一定能满足。由于六回出线的负荷相差不大，故不会造成太大的浪费，并且出线路负荷要求考虑今后8年的增长，其增长率为4%。Sj=0.9(1+10%)1164e84%=1586.9(kVA)按通过10kV侧出线的最大长期工作电流Imax=Sjszd3Ue=1586.9=91.62(A) 101按经济电流密度选择母线截面SJ=Imax J取变压器最大负荷利用小时数h=3000小时，查表选择J=1.15106A/m291.62SJ=79.67(mm2)6 所以 1.1510- - 19 经计算选择LGJ
30、-70mm2型钢芯铝绞线，其70时最大允许持续电流Ial=289(A)那么实际环境温度为37时的出线允许电流KIal=1.049289=303.16(A)大于其长期最大负荷电流91.62 A，满足长期工作时的发热条件。2校验短路计算时间tk=tpr+tin+ta=0.5+0.05+0.02=0.57s。查表tz=0.5s。因为t1s，所以t=tk+0.5=0.57+0.5=1.07母线正常运行时的最高温度2Igzd91.62=35+(70-35)c=+(y-)=38.20(C) I303.16y2查表知C=177，按热稳定条件所需最小母线截面为Smin10.6321.071103=QkKj=3
31、.68(mm2) C177小于所选母线的截面积，故满足热稳定要求，因所选母线为绞线，故不需动稳定校验。4.2 断路器的选择及校验4.2.1 35kV侧断路器的选择及校验- - 20 1.断路器的选择按构造形式、装置种类、额定电压、额定电流、和额定开断电流选择断路器。根据UeUW=35kV,Igzd=115.7A，IekdIdt=I=2.5(kA)查手册选择LW16-35型户外SF6断路器。其技术参数见表4-1。表4-1 LW16-35型断路器参数 1校验 热稳定性校验 短路电流的热效应222Itk=2.521.6=10ish=6.38kA故动稳定性也满足要求。经计算满足热稳定及动稳定要求，因此
32、所选LW16-35型SF6断路器满足要求。4.2.2 10kV侧断路器的选择及校验1.断路器的选择按构造形式、装置种类、额定电压、额定电流、和额定开断电流选择断路器。根据UeUW=10kV,Igzd=404.97A，IekdIdt=I=3.67(kA)查手册选择ZN3-10真空型断路器。其技术参数见表4-2。表4-2 ZN3-10型断路器参数1校验热稳定性校验短路电流的热效应 2Itdz=3.6720.9=12.1ish=9.36(kA)故动稳定性也满足要求。经计算满足热稳定性及动稳定性要求，因此所选ZN3-10型断路器满足要求。2.10kV侧母线分段断路器的选择因其最大长期工作电流及各相参数
33、均与变压器10kV侧根本相同，因此选择及校验过程同10kV侧，应选ZN3-10型断路器。3.10kV出线侧断路器的选择及校验1断路器的选择按构造形式、装置种类、额定电压、额定电流、和额定开断电流选择断路器。以最大负荷的一条出线路进行选择。根据UnUg=10kV,Imax=91.62A，IkdIdt=I=0.63(kA)查手册选择ZN3-10真空型断路器。其技术参数见表4-3。表4-3 ZN3-10型断路器参数- - 23 1校验热稳定性校验短路电流的热效应222Itk=0.6321.07=0.42ish=1.6(kA)故动稳定性也满足要求。经计算满足热稳定性及动稳定性要求，因此所选ZN3-10
34、型断路器满足要求。4.3 隔离开关的选择及校验4.3.1 35kV侧隔离开关的选择及校验1.隔离开关的选择根据地点和机构选择户- 24 表4-4 GW4-35D型隔离开关参数1校验热稳定性校验短路电流的效应22 Itk=2.521.6=10ish=3.78(kA)满足动稳定性要求。经计算满足热稳定性及动稳定性要求，因此所选GW4-35/600型隔离开关满足要求。4.3.2 10kV侧隔离开关的选择及校验1.隔离开关的选择根据地点和机构选择户- 25 表4-5 GN6-10T型隔离开关参数1校验热稳定性校验短路电流的热脉冲222(Itdz=3.6721.1=14.81ish=9.36(kA)故动稳定性也满足要求。经计算满足热稳定及动稳定要求，因此所选GN6-10T型隔离开关满足要求。2.10kV侧母线分段隔离开关的选择因其最大长期工作电流及各相参数均与变压器10kV侧根本相同，因此选择及校验过程同10kV侧，应选GN6-10T型断路器。3.10kV出线侧隔离开关的选择及校验1隔离开关的选择根据地点和机构选择，以最大负荷的一条出线路进行选择，由- - 26 UNUg=10kV,Imax=91.62A，IkdIdt=I=0.63(kA)，经查手册选择GN6-10T型隔离开关。其技术参数见表4-6。表4-6 GN6-10T型隔离开关参数