35kv变电所设计说明.doc

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1、农业大学 本科毕业论文(设计)题 目： 任丘边村35KV降压变电站设计 学 院： 机电工程学院 专业班级：电气工程及其自动化0604班学 号： 05 学生： 牛海涛 指导教师： 东明 指导教师职称： 讲 师 2010 年6月 01 日摘 要变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。 本次设计建设一所35KV降压变电站，首先，根据主接线的经济可靠

2、、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较，选取灵活的最优接线方式。 其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，对主要设备选择及校验，包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等作了初步的分析和选型。正确地选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全，经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全，可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。 最后，根据各电压等级的额定电压和最大长期工作电流，进行电气设备选择，然后进行校验并对二次部分进行预算编制！关键词：变电站. 电气设备选择. 短

3、路电流计算. 电气主接线 .二次部分AbstractSubstation is an important component of the power system, which directly affect the power system security and economic operation of power plants and customers are links in the middle part, play a role in transformation and distribution of electric energy. Electrical power p

4、lant substation main connection is the main link in the development of main power is directly related to the entire plant (the) selection of electrical equipment, power distribution equipment layout, relay protection and automatic devices to determine, is the electrical part of the substation Invest

5、ment size determining factor. The design and construction of a 35KV substation step-down, first of all, according to the main terminal of the economic and reliable operation and flexible asked to select various voltage levels of the wiring, technical and economic aspects in the comparison, select th

6、e optimal flexible wiring. The simulation of short circuit current calculation, calculated according to the points short point steady-state current and short circuit short circuit surge current, major equipment selection and calibration, including the circuit breaker, disconnecting switch, current t

7、ransformer, voltage transformer, bus, and other related preliminary analysis and selection. The correct choice of appliances is to make electrical main wiring and power distribution equipment is safe, an important condition for economic operation. When making electric choice should be based on actua

8、l projects, while ensuring safe and reliable under the premise of a positive and safe use of new technology, and pay attention to saving investment, select the appropriate appliances. Finally, according to the voltage level of the rated voltage and the maximum long-term operating current, the electr

9、ical equipment selection, and then check the second part and budget! Keywords: substation. Electric Equipment Selection. Short-circuit current calculation. Electrical main connection. The second part of the 目录第一节 变电站总体说明51.1工程名称及地址51.2自然情况51.3建站的必要性51.4自然条件5第二节 电器主接线设计方案52.1电气一次部分52.1.1电气一次部分主接线52.1

10、.2平面设置62.2主变压器容量的确定6第三节 短路电流的计算103.1画出等效电路图，如图3-1所示103.2求出各元件的等效电抗113.3各点的短路电流113.3.1系统在最大运行方式下的各点短路电流113.3.2最小运行方式下各点的短路电流133.3.3冲击电流瞬时值：143.3.4冲击电流有效值15第四节 电气设备的选择164.1断路器的选择164.1.1 35KV侧高压侧断路器的选择164.1.2 10KV侧断路器的选择174.2隔离开关的选择184.2.1 35KV侧隔离开关选择194.2.2 10KV侧隔离开关选择194.3母线的选择194.3.1 35KV侧母线的选择194.3

11、.210KV侧母线的选择204.4穿墙套管的选择204.5 35KV悬式绝缘子的选择214.6电压互感器的选择214.7电流互感器的选择224.7.1 35KV电流互感器的选择224.7.2 10KV侧电流互感器的选择23第五节 接地装置与防雷保护245.1 保护接地装置245.1.1接地电阻的确定245.1.2 接地电阻的计算：245.2防雷接地保护装置255.2.1防雷接地保护装置的确定255.2.2防雷保护计算26第六节 变电站继电保护部分266.1电气二次部分266.2 10KV出线三段式电流保护整定266.3 主变压器的保护整定计算296.3.1 4000KV主变压器的纵连差动保护2

12、96.3.2 4000KV变压器的过负荷保护316.3.3 4000KV变压的电流速段保护316.3.4 7500KV主变压器的纵联差动保护316.3.5 7500KV变压器的过负荷保护346.3.6 7500KV变压的电流速段保护34第七节 附图35结束语43致 44参考文献45第一节 变电站总体说明1.1工程名称及地址 工程名称：任丘边村35KV降压变电站设计。 工程所址：边村东1KM处左右。1.2自然情况 该站建在106国道西边2KM处，该村有3000多户，本村主要以农业为主，但也有部分企业及加工厂，目前这一地区以水泥、造纸、砖瓦生产为主，现状的用电设备为12000KW，其中水泥厂两个，

13、装机容量为4000KW。造纸厂两个，装机容量为3000KW，饲料加工厂35处，装机容量为1500KW。脱谷用电150处，装机容量为2000KW。照明用电及家用电器用电1500KM。1.3建站的必要性 1）供电电压低，严重影响用电设备的运行。 2）地区电网的弊病和改造的要求，有管理不善的现象。 3）近几年仍会有企业加工厂在增加，为更好的满足当地的用电需要。1.4自然条件 该地区地势平坦，交通方便有公路，最高气温40，最低气温-15，年平均气温25，最大风速20M/S。覆冰厚度10MM,土壤电阻率6103*COM,雷电日30d。第二节 电器主接线设计方案2.1电气一次部分2.1.1电气一次部分主接

14、线：采用35KV进线，主变压器两台，35KV母线采用采用单母线接线方式，35KV主变压器侧采用隔离开关和断路器配合作控制器保护，10KV母线采用单母线分段母线接线方式，出线为6回路。2.1.2平面设置 本方案构架采用高层或半高层布置，站所有一次设备均布置户外，二次设备集中布置于控制室。2.2主变压器容量的确定 根据当地的负荷资料和将来的发展，最大负荷可达到8000KW，考虑出线损耗为10%,平均功率因数为0.8，几年后满足最大负荷的变压器容量为： 主变压器的台数为两台，根据当地的负荷情况表明，本变电站的用电设备主要是农业提水、排灌和工业。提水和排灌是季节性负荷，具有年负荷波动较大的特点，因此，

15、考虑到供电的可靠性和经济性，选择两台变压器为宜，在负荷较小的季节可以也以用一台运行，负荷较大的季节用两台主变压器的型号如图表2-1所示，表中给出了不同的变压器参数，在表中选择两台变压器应满足最大负荷的条件下，根据年负荷曲线年运行费用最低的原则，经计算确定，如图表所示2-1为变压器的技术参数。图2-1 主变压器型号型号额定电压（KV）损耗（KW）短路电压%空载电流%连接组别高压低压高压低压SJL-4000/3535/38.510/10.55.93971.1/-11SJL-500/3535/38.510/10.56.94571.1/-11SJL-63/3535/38.510/10.58.2527.

16、51.0/-11SJL-75/3535/38.510/10.59.6577.50.9/-11SFL-8000/3535/38.510/10.511587.51.5/-11注: SJL-三相油侵自冷式铝线变压器 SFJ-三相油侵风冷式铝线变压器根据地区的负荷运行资料统计，年负荷曲线如图表2-2=1800=4500=80003500=2000h2260h图2-2年负荷运行曲线由于本变电站为10KV设有并联电容器，补偿了变压器的部分无功损耗，使输电线传输系统的无功很小，所以在变压器电能损耗计算过程当中，不考虑传输无功所消耗的有功损耗分量。由于年运行曲线可知，最小负荷为1800KW，最大负荷8000K

17、W。考虑本变电站无功补偿以后平均功率因数为0.9以上，故各段负荷与运行时间为：变压器容量应满足最大负荷的要求，选择两台变压器有以下几种组合：两台5000KVA，4000KVA与6300KVA各一台，4000KVA与7500KVA各一台。下面分别计算它们的电能损耗（1） 两台5000KVA的变压器 =5000 =2768.87KVA 变压器运行方式有两种：当负荷小于2768.87KVA时，一台变压器运行超过2768.87KVA时，两台变压器并列运行。年电能损耗计算如下 A=6.945226.9300026.9+226035.0149万KWh(2)4000KVA与6300KVA变压器从4000KV

18、A改变到6300KVA电能损耗最小的临界负荷容量为: =6300 =1428.35KVA=6300 =2085.85KVA由年负荷曲线可知，最小负荷为2000KVA，而SJ1为1428.35KVA，小于最小负荷。刚开始时投入6300KVA变压器。当负荷增加到2085.85KVA以上时，两台变压器并列运行。年电能损耗计算如下：A= =24.33万KWh（3）4000KVA与7500KVA变压器 =7500 =1612.9KVA=7500 =4554.35KVA 由以上可知： 变压器的运行方式：由年负荷曲线可知，最小负荷为2000KVA，而SJ1为1612.9KVA。变压器开始时7500KVA变压

19、器投入。当负荷增加到SJ2时，两台变压器并列运行。 年电能损耗的计算如下：A= =21.03万KWh通过以上分析可得以下结论：针对已知的年负荷曲线，主变压器选为4000KVA与7500KVA各一台最为合适，不仅年运行损耗最小，而且随负荷的变化可实现两种运行方式。第三节 短路电流的计算3.1画出等效电路图 f8f7f1f3f2f4f6f5图3-1 系统等效电路图3.2求出各元件的等效电抗选取基准容量为SJ=100MVA，基准电压为各段的平均电压UJ=UAV,输电线路单位电抗为0.4/KM.已知上级系统至变电站线路长度为5KM。10KV出线长度：区为10KM，为区为14KM，区为7MK，区为9KM

20、，区为11KM，区为12KM。假设上级系统为无穷大电源，最大运行方式=0.2129，最小运行方式 =0.5261 区：区：区：区：区：区：3.3各点的短路电流3.3.1系统在最大运行方式下的各点短路电流处短路时 处短路时 处短路时 处短路时 处短路时 处短路时 处短路时 处短路时将标么值转化为有名值3.3.2最小运行方式下各点的短路电流将标么值改写成有名值各点发生短路的最大冲击电流：3.3.3冲击电流瞬时值： 取1.83.3.4冲击电流有效值将上述所有数据列于表中，各点的最大短路电流应用于设备热稳定性校验，开关电器开断电流及继电保护整定，冲击电流用于设备动稳定性校验，最小短路电流作为继电保护灵

21、敏度校验，如图表3-2为短路电流数据表。图表3-2 短路电流数据表运行方式短路计算点基准容量（MVA）基准电压(KV)短路电流标么值短路电流（KA）冲击电流有效值(KA)冲击电流瞬时值(KA)最大 运行方式f110010.50.21.1001.6722.805f210010.50.1640.9051.3762.308f310010.50.2831.5552.3643.965f410010.50.2351.2911.9623.292f510010.50.2011.1031.6772.813f610010.50.1871.0281.5632.621f710010.51.0055.5268.4001

22、4.091f8100372.7864.3466.00611.08最小运行方式f110010.50.1650.907f210010.50.1460.805f310010.50.2021.108f410010.50.1760.967f510010.50.1560.857f610010.50.1480.811f710010.50.4132.271f8100371.4882.321第四节 电气设备的选择4.1断路器的选择该设备的选择应该以最大运行方式下的短路电流为依据，由于设计中把系统容量是为无穷大电源，故短路电流周期分量不衰减，故,其短路电流周期分量衰减系数=14.1.1 35KV侧高压侧断路器的选

23、择35KV侧高压侧的最大长期电流控制4000KV变压器的断路器控制7500KV变压器的断路器根据以上最大长期工作电流，选择ZW8-35/1000的断路器参数列表如图4-14-1图表 ZW8-35/1000的断路器参数列表型号额定电压额定电流额定开断电流额定开断容量极限通过电流热稳定电流KV固有分闸时间合闸时间ZW-35/1000KVAKAMVA有效值峰值1S4S0.60.13510002520004255532535KV侧继电保护动作时间为0.5S，燃烧时间为0.03S由于”=1查 由t=0.59S 查得 图4-2 35KV计算列表与zw8-35/1000参数对照表计算结果比较zw8-35/1

24、00035KVU35KV214.28A1000A2.322KA25KA11.08KA53KA*0.64.1.2 10KV侧断路器的选择控制4000KV变压器的断路器控制7500KV变压器的断路器由于”=1查 由t=0.58S 查得ZW10-10/630参数表，ZW10-10/630与计算数据对照表，如图表4-3，4-4图表4-3 ZW10-10/630参数表型号额定电压额定电流额定开断电流额定开断容量极限通过电流热稳定电流KV固有分闸时间合闸时间Zw10-10/630KVAKAMVA有效值峰值1S4S0.60.11063016100032401637图表4-4 ZW10-10/630与计算数据

25、对照表计算结果比较zw8-35/100010KVU10KV454.68A630A4.009KA16KA14.097KA40KA4.2隔离开关的选择隔离开关的选择和断路器起的选择大致相似，如图所示4.2.1 35KV侧隔离开关选择图表4-5 GW5-35/630与计算数据的对照表计算结果比较GW5-35/63035KVU35KV214.28A630A11.08KA50KA14.097KAGW5-35/630满足上述要求4.2.2 10KV侧隔离开关选择图表4-6 GW4-10/600与计算数据的对照表计算结果比较GW4-10/60010KVU10KV454.68A630A4.009KA16KA1

26、4.097KA40KAGW5-10/600满足上述要求母线的选择4.3母线的选择4.3.1 35KV侧母线的选择=+=69.28+214.28=283.56A选择LGJ-120型 D=热稳定校验：查表C=89* 热稳定校验：满足热稳定要求4.3.2 10KV侧母线的选择 7500KVA变压器的最大长期工作电流为454.68A选择LGJ-240型 D=热稳定校验：满足热稳定要求动稳定校验：已知绝缘子宽度L=1.2,相间距离为0.25mF=母线所受最大弯矩：NM母线采用水平放置，截面系数：母线最大计算应力：Pa查手册铝硬母线的允许应力：故满足动稳定要求 则4000KVA变压器的回路和主母线也选用L

27、GJ-240的母线。4.4穿墙套管的选择 根据7500KVA和4000KVA变压器的最大长期工作电流及额定电压，选择CWLB-10/600型号的穿墙套管 图表4-7 CWLB-10/600穿墙套管与计算数据的对照表计算结果比较CWLB-10/60010KVU10KV454.68A600AF90.41N动稳定校验;已知a=0.25m,绝缘子跨距为，穿墙套管本身长度F=F0.6=750*0.6满足动稳定要求满足热稳定要求4.5 35KV悬式绝缘子的选择选用XP-7,泄漏距离为1.7cm/KV应该选用n=考虑出现一片故障情况应加1个 取个4.6电压互感器的选择 根据额定电压、装置种类、构造形式、准确

28、等级，初步选择如下4-8图表 电压互感器参数表型号额定电压二次额定容量（VA）最大容量一次绕组二次绕组0.5级1级3级JDJ-35350.11502506001200JDJW-10100.112020048096004.7电流互感器的选择 根据电压等级和安装处的最大长期工作电流，选择电流互感器4.7.1 35KV电流互感器的选择已知： 图表4-9 35KV电流互感器表参数表型号额定电流比级次组合额定二次阻抗一秒热稳定倍数动稳定倍数0.513LCWD-35150/50.5/31.23365150LCWD-35电流互感器安装于7500KV动稳定校验： 热稳定校验： 故动稳定热稳定满足要求图表4-1

29、0 35KV电流互感器表参数表型号额定电流比级次组合额定二次阻抗一秒热稳定倍数动稳定倍数0.513LCWD-35300/50.5/31.23365150该LCWD-35安装于4000KVA变压器动稳定校验： 热稳定校验： 故动稳定热稳定满足要求4.7.2 10KV侧电流互感器的选择 图表4-11 10KV电流互感器表参数表型号额定电流比级次组合额定二次阻抗一秒热稳定倍数动稳定倍数0.513LA-10300/50.5/30.40.40.675135LA-10300/51/30.40.40.65090LF21-10600/50.5/10.40.40.690160LA-10 的电流互感器安装于400

30、0KVA变压器回路中LA-10 的电流互感器安装于4000KVA变压器回路中LF21-10 电流互感器安装于10KV不同馈线处动稳定校验：LA-10 LA-10 LF21-10 热稳定校验：LA-10型300/5 LA-10型600/5 LF21-10 以上设备均满足动稳定热稳定要求第五节 接地装置与防雷保护5.1 保护接地装置5.1.1接地电阻的确定35KV采用中性点不接地系统，其计算接地电容电流为接地电阻要求值为：10KV采用中性点不接地系统，其计算接地电容电流为接地电阻要求值为：共用接地装置的接地电阻R45.1.2 接地电阻的计算：因为 在八月份的 其采用材料为，钢管为l=2.5M,用2

31、0*4扁钢连成环形，其入土深度为1M，为简单计算，不单独计算连接扁钢的电阻值，利用公式直接求得接地的数目： 首先假设管距a=7.5M假设n=20根3 由手册查得根围绕配电装置接地回路总长为180M由手册查得5.2防雷接地保护装置5.2.1防雷接地保护装置的确定一般雷电流设100KVA，为0.6*CM,两根20MM*4MM扁钢，600CM长的水平接地体和三根钢管300CM长的垂直接地体,水平接地体埋没深度为0.5M。对水平接地体：对垂直接地体：单根垂直接地体的电阻：单根水平接地体的电阻：由于认为每个水平垂直接地体流向的电流相同KA查得手册可知：当钢管L=300CM时，L=20KA,冲击系数a=0

32、.75通过以上计算，接地装置满足要求5.2.2防雷保护计算 变电站共设计两根避雷针，被保护的最高高度为7M，两根针之间距离为55M,初选h=30M因此两根30M的避雷针能满足要求第六节 变电站继电保护部分6.1电气二次部分 二次部分的综合自动控制保护器，多功能侧计量装置等设备安装在室外端子箱，并就近布置保护装置6.2 10KV出线三段式电流保护整定 负荷情况：10KV侧共6条出线，供电负荷分别为区30A,区100A,区80A,区90A,区80A,区,区50A,每条线路的下一条线路的电流动作电流为1.5S整定参数：I区： 故满足要求 区： 故满足要求 区： 故满足要求 区： 故满足要求 区： 故

33、满足要求 区： 故满足要求 6.3 主变压器的保护整定计算6.3.1 4000KV主变压器的纵连差动保护（1）确定基本侧 图表6-1 确定基本侧技术参数名称各侧数值额定电压（KV）额定电流（A）电流互感器接线方式电流互感器计算变比电流互感器实际变比流入差动臂电流（A）不平衡电流（A）356666/5010.5220Y220/5300/50.14故35KV为基本侧（2）确定制动绕组的接线方式：因为在35KV侧发生外部短路时，流过变压器的穿越性短路电流最大，所以将制动绕组接在该侧电流互感器的循环电流回路臂（3）差动保护无制动情况下的一次动作电流如下：1)躲过励磁电流:2)躲开电流互感器二次侧短线产

34、生的不平衡电流：3)躲过外部短路时的最大不平衡电流;（4）确定基本侧差动绕组和平衡绕组接法，差动绕组匝数1)对双绕组变压器，两侧电流互感器分别经继电保护的两个不平衡绕组介入差动绕组2)基本侧差动继电器动作电流值：3)差动线圈匝数 ， 差动绕组计算匝数:差动绕组的实际匝数向小调整 整定匝数 4）基本侧差动绕组继电器实际动作电流计算值为：5）计算非基本侧平衡绕组的匝数10KV平衡绕组的匝数计算取=0匝6)计算由差动继电器实选匝数与计算匝数不等而产生的相对误差7)计算制动绕组匝数1.制动绕组匝数 为 2.制动绕组匝数制动绕组的实际匝数向上调整 取 (5)灵敏度的校验1)相间短路的最先令名都：在系统最

35、小运行方式10KV侧出口发生两相短路时，保护的灵敏度最低2)计算继电保护的动作安匝3)根据计算出的 安匝，由LCD-4型差动继电器制动特性曲线，求出校验最小灵敏度所用的动作安匝 4)相间短路最小灵敏系数为: 故符合灵敏度要求6.3.2 4000KV变压器的过负荷保护对双绕组变压器过负荷保护装在电源侧保护的动作时限应考虑，后备保护最长动作时间，一般取910S6.3.3 4000KV变压的电流速段保护1）躲过变压器负荷侧母线短路时，流过保护装置的最大短路电流整定2)按躲过变压器空载时的励磁涌流计算:3)灵敏度校验电流速度按保护的优点是接线简单，动作迅速，但其灵敏度较低，并且受系统运行方式的影响比较

36、大，往往不能满足要求。6.3.4 7500KV主变压器的纵联差动保护（1）确定基本侧 图表6-2确定基本侧技术参数名称各侧数值额定电压（KV）额定电流（A）电流互感器接线方式电流互感器计算变比电流互感器实际变比流入差动臂电流（A）不平衡电流（A）35124300/5010.5412Y412/50.14故35KV为基本侧（2）确定制动绕组的接线方式：因为在35KV侧发生外部短路时，流过变压器的穿越性短路电流最大，所以将制动绕组接在该侧电流互感器的循环电流回路臂（3）差动保护无制动情况下的一次动作电流如下：1)躲过励磁电流:2)躲开电流互感器二次侧短线产生的不平衡电流：3)躲过外部短路时的最大不平

37、衡电流;（4）确定基本侧差动绕组和平衡绕组接法，差动绕组匝数1)对双绕组变压器，两侧电流互感器分别经继电保护的两个不平衡绕组介入差动绕组2)基本侧差动继电器动作电流值：3)差动线圈匝数 ， 差动绕组计算匝数:差动绕组的实际匝数向小调整 整定匝数 4）基本侧差动绕组继电器实际动作电流计算值为：5）计算非基本侧平衡绕组的匝数10KV平衡绕组的匝数计算取=0匝6)计算由差动继电器实选匝数与计算匝数不等而产生的相对误差7)计算制动绕组匝数1.制动绕组匝数 为 2.制动绕组匝数制动绕组的实际匝数向上调整 取 (5)灵敏度的校验1)相间短路的最先令名都：在系统最小运行方式10KV侧出口发生两相短路时，保护

38、的灵敏度最低2)计算继电保护的动作安匝3)根据计算出的 安匝，由LCD-4型差动继电器制动特性曲线，求出校验最小灵敏度所用的动作安匝 4)相间短路最小灵敏系数为: 故符合灵敏度要求6.3.5 7500KV变压器的过负荷保护对双绕组变压器过负荷保护装在电源侧保护的动作时限应考虑，后备保护最长动作时间，一般取910S6.3.6 7500KV变压的电流速段保护1）躲过变压器负荷侧母线短路时，流过保护装置的最大短路电流整定2)按躲过变压器空载时的励磁涌流计算:3)灵敏度校验电流速度按保护的优点是接线简单，动作迅速，但其灵敏度较低，并且受系统运行方式的影响比较大，往往不能满足要求。3.47500KV主变

39、压器的纵联差动保护第七节 附图附图1.35KV变电所一次主接线附图2.总平面布置图附图3.主断面图附图4.10KV出线断面图附图5.10KV母线分段断面图附图6.防雷保护范围图附图7.主变压器控制保护及计量原理图附图8.10KV控制保护及计量原理图结束语农村35kV小型化变电站顺应农村经济的发展而产生，也同样随着农村经济的进一步提高而改善。农村35kV小型化变电站从开始使用到现在，经历了无数次的改造更新，逐渐过渡到设备无油化、保护微机化及控制远程化的新型无人值守站。实践证明农村35kV小型化变电站既符合“小容量、密布点、短半径”的国家建设要求，又符合“户外式、小型化、造价低、安全可靠、技术先进”的发展方向。在过去的发展历程中促进了农村经济的发展，也提高了农村电气化的进程，显示出它本身所具有的强大能量。随着小型化模式的不断改进与提高，在今后的发展历程中它同样具有巨大的推动力，以及长远的生命力。因而在今后的农网改造中仍应大力坚持和积极推进。为进一步发展和提高小型化变电站的优点，改进现存的某些不足，现提出如下建议： (1)在目前和今后农网改造和发展建设中，农村变电站应坚持小型化变电站建设的