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(完整word)某工厂35kV降压变电站设计

上海交通大学本科毕业论文

某工厂35kV降压变电站设计

学 生：
学 号：
专 业：电气工程及其自动化
导 师：
学校代码:10248

上海交通大学继续教育学院
二Ｏ一五年九月

毕业论文声明

本人郑重声明：

1、此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注和致谢的地方外,本文不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
2、本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学网络教育学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。
3、若在上海交通大学网络教育学院毕业论文审查小组复审中,发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担（包括接受毕业论文成绩不及格、缴纳毕业论文重新学习费、不能按时获得毕业证书等)，与毕业论文指导老师无关。

作者签名： 日期：
II

某工厂35kV降压变电站设计

摘　 要
本次设计通过调查原始资料，掌握某工厂35kv降压变电站的相关资料，设计出符合当前要求的变电所。设计中对负荷进行计算，确定主变压器的容量、型号、台数，达到供电系统的管理科学化、规范化.本次设计中进行了电气主接线设计、短路电流计算、一次电气设备选择及校验。
关键词：变压器 短路电流计算 电气接线图
某工厂35kV降压变电站设计
目 录
毕业论文声明 II
摘　 要 1
1引言 1
1.1选题背景 1
1。2需求分析 2
1。3论文的主要工作 2
2负荷计算 3
3主变压器容量、型号和台数的选择 7
3。1主变压器的选择 7
3。2补偿电容器的选择 8
3。3主变台数选择 8
3.4主变型号选择 8
3.5主变压器参数计算 9
4主接线形式设计 11
4.110kV出线接线方式设计 11
4。235kV进线方式设计 11
4。3总主接线设计图 11
5短路电流计算 13
5。1 短路计算的目的 13
5。2 变压器等值电抗计算 13
5。3 短路点的确定 13
5.4各短路点三相短路电流计算 14
5。5 短路电流汇总表 15
6电气一次设备的选择 1
6。1高压电气设备选择的一般标准 1
6。2高压断路器及隔离开关的选择 2
6.3导体的选择 5
6.4电流互感器的选择 6
6.5电压互感器的选择 7
7结论 10
参考文献 11
致 谢 12

1引言
1。1选题背景
近年来随着电网改造工程的大范围开展，安全优质用电问题成为了电力系统电力环境改善的主要发展目标，如何更好地服务区域电力管理成为了电力系统着实需要解决的问题.35kV变电站设计无论是工程造价方面还是技术布局方面都涌现出多种新型设计方案,是今后变电站设计的重要参考方向.
笔者认为，我国现阶段35kV变电站设计过程中应注重从以下几方面来突出电力系统中电能使用的安全性与稳定性：
1）重视35kV变电站设计中的主接线与主设备选用。首期工程在进行主接线选择是一般采用的是一条35kV进线以及一台主变的设备，值得注意的是,首期工程需要为二期工程作出必要设备预留，突出瓷柱的空间过渡效果，合理选择断路器和隔离开关.利用桥型接线来分别设计内桥接线与外桥接线两条线路，主变压器则主要应用于母线接线方面，这对于单母线接线的采用也有着积极的导向意义。设备选用方面，从自冷、油浸、能耗方面选择必要的调压器与变压器，将容量控制在2～10MVA之内，设备材质应存在耐腐蚀功能,其中干式电压互感器为首选.
2)关注35kV变电站设计过程中的平面布置问题.35kV变电站设计中的设备平面布置主要涉及配电装置以及控制保护等问题，例如我们在选用屋外中型配电装置为35kV变电站的平面布置时，10kV就宜选用屋外半高型配置装置，这样的集中保护设置过程能够最大程度降低能耗。或是35kV变电站选用屋外中型配电装置而10kV也选用同样的装置时,我们就可考虑到采用双列布置的形式将总控制室设置在单层建筑之上。此外，常见的35kV集中式控制保护模式也是提高设备运行效率的关键举措，这对今后的维护与检修也有着积极影响.
3）突出35kV变电站的综合性与自动化处理。35kV变电站设计中的综合性主要体现在其系统类别的集中式和分布式方面,无论是其中的管理层还是间隔层都需要通过独立的操作系统来对系统单元装置进行系统规划，以体现必要的工程建设标准。运行人员在对变电站基本数据进行整理与分析时能够通过简单的画面打印实现对控制系统的电能计算，进而更好地促进变电站现场的总线控制与测量结构规划.
从以上三方面内容描述中不难看出，现阶段35kV变电站在设计过程中主要应遵循如下几点设计准则：
1）变电站整体设计过程应当与国家政策规定标准相吻合，且符合相关技术要求;
2)从客户使用需求及电能消耗方面来体现电力系统的安全性与可靠性特征；
3)无论是系统接线、运行管理还是操作检修都应当尽可能方便快捷；
4）从工程造价和运行投资等方面控制成本支出,为今后的扩建留有余地；
5）在体现系统设计自动化特征的同时也要预备必要的防误动功能，切实保障运行人员的人身安全。
1。2需求分析
本次设计资料如下：
变电站类型:某工厂35kv降压变电站
供电电源:由区域变电所二路35kV架空线（1#、2#线）至变电站后转为电缆线供给本站，线长3Km。
变电站35kV母线最大运行三相短路容量。
S =800MVA，S =600MVA。
操作电源：直流220V
电能计量：采用高供高计，两路35kV进线各设置计量专用的电流、电压互感器及计量屏。
两台所用变设计量用电度表.
1。3论文的主要工作
本文通过对某工厂35kv降压变电站设计需求进行调研,分析现有材料,进行负荷计算，完成主变压器容量、型号、台数选择，进行主接线设计以及短路电流计算,最终完成电气一次设备的选择。

13

2负荷计算
负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件,如导线、电缆、变压器、开关等。负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行.负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。
按照原始负荷资料如下：
负荷（35KV）：同时系数Km =0.9

表2—1 负荷计算
负 荷 名 称

额 定 容 量
（KW)
额 定 电 压
（KV）
负 荷 特 性
Cosφ
供电线路长度
(m)
1# 出线
860
6
0。8
200
2＃ 出线
400
6
0。82
250
3# 出线
760
6
0.75
100
4# 出线
1600
6
0。8
80
水源变电所
1200
6
0.85
200
生活区变电所
2000
6
0。8
90
锅炉变电所
1100
6
0。8
100
污水处理电源
1200
6
0.8
80

计算过程如下：
1#出线：
，，
2#出线：
，

3＃出线：
，

4#出线：
，

水源变电所：
，

生活区变电所:
，

锅炉变电所:
，

污水处理电源：
，

备用线路1#:
，

备用线路2#:
，

负荷计算结果如下表2-2:

表2-2 负荷计算结果
负荷名称
额 定
容 量
（KW）
额定
电压
（KV）
负 荷
特 性
cosφ

tanφ
供电线路长度
(m）
P30
(KW)
Q30
(KVar）
1# 出线
860
6
0。8
0.75
200
774
580.5
2# 出线
400
6
0.82
0.70
250
360
252
3＃ 出线
760
6
0.75
0。88
100
684
601。9
4# 出线
1600
6
0。8
0.75
80
1440
1080
水源变电所
1200
6
0。85
0。62
200
1080
669.6
生活区变电所
2000
6
0.8
0。75
90
1800
1350
锅炉变电所
1100
6
0。8
0。75
100
990
742.5
污水处理电源
1200
6
0。8
0.75
80
1080
810
备用
2000
6
0。8
0。75
200
1800
1350
备用
2000
6
0。8
0。75
200
1800
1350

3主变压器容量、型号和台数的选择
3.1主变压器的选择
本次设计的是线变阻，选择暗备用，每台按变压器的最大负荷选择。正常情况下两台变压器都参加工作，这时,每台变压器均承受50％最大负荷，这种备用及能满足正常工作时经济运行的要求,又能在故障情况下承担全部负荷，是比较合理的备用方式。
所以
根据数据选SFL7-12500/35型变压器。

而，

而

因此校验合格。
实际功率因数:

3。2补偿电容器的选择
变电所对功率因数有这样高的要求，仅仅依靠提高自然功率因数的办法,一般不能满足要求.因此，变电所需装设无功补偿装置，对功率因数进行人工补偿.
计算过程如下:

并联前：

并联后：
，
所以：

因此选补偿电容器的型号为：BWF6.3—80—1W

所以电容器的个数选33只。
变电所主变压器的容量一般按照变电所建成后5－10年的规划负荷考虑，并应按照其中一台停用时其它变压器能满足变电所最大负荷Smax的60%或全部重要负荷选择，即：
SN=0。6Smax/(N-1） （MVA)
式中N为变电所主变压器台数，本题目中N=2。
注：本变电所输出总容量为，
S=3P/cosΦ+3S1=8800KVA
3.3主变台数选择
根据题目条件可知，主变台数为两台。
3。4主变型号选择
本变电所有35kV、10kV两个电压等级，根据设计规程规定，“具有两个电压等级的变电所中，首先考虑双绕组变压器。根据以上条件，选择S9—6300/35变压器。
3。5主变压器参数计算
额定电压高压侧35±2×2。5％,低压侧10。5kV，连接组别为YN，d11，阻抗电压百分数Uk％=7.5%，Pk=34。50KW。

4主接线形式设计
根据要求和设计规模。在分析原始资料的基础上，参照电气主接线设计参考资料。依据对主接线的基本要求和适用范围，确定一个技术合理，经济可靠的主接线最佳方案。
4.110kV出线接线方式设计
对于10KV有六回出线,可选母线连接方式有分段的单母线接线，单母线带旁路母线接线，双母线接线及分段的双母线接线。根据要求，单母线带旁路母线接线方式满足“不进行停电检修"和经济性的要求,因此10KV母线端选择单母线带旁路母线接线方式。
4。235kV进线方式设计
本题目中有两台变压器和两回输电线路，故需采用桥形接线，可使断路最少。可采用的桥式接线种类有内桥接线和外桥接线。
外桥形接线的特点为：①供电线路的切入和投入较复杂，需动作两台断路器并有一台变压器停运。②桥连断路器检修时，两个回路需并列运行,③变压器检修时，变压器需较长时间停运.内桥形接线的特点为：①变压器的投入和切除较为复杂，需动作两台断器，影响一回线路的暂时供电②桥连断路器检修时，两个回路需并列运行，③出线断路器检修时,线路需较长时间停运。
其中外桥形接线满足本题目中“输电线路较短，两变压器需要切换运行”的要求，因此选择外桥接线。
4。3总主接线设计图
在构成电力网时必须考虑以下基本要求：
（1）系统接线运行的可靠性
电气接线必须保证用户供电的可靠性,应分别按各类负荷的重要程度安排相应可靠程度的接线方式。
保证电网接线可靠性可以用多种措施来实现。如某一供电元件故障时,可以由保护装置或自动装置把故障元件迅速切除，使之不影响电网其它部分的继续运行，当一条线路故障时，可以用环形闭式电网来保证供电，也可以在电网中设置备用线路、备用变压器备用电气设备来保证工作元件故障时，立即用备用来恢复供电。
（2）电力系统接线运行的灵活性
电力网接线应能适应各式各样可能运行方式的要求,例如能适应各个时刻能源供电能力与负荷变化的要求.应能适应发电机、变压器、线路、电气设备检修的要求，应能保证各种不正常运行方式下系统仍有足够的可靠性。
（3）电力系统电气接线的经济性
其中包括最少的投资与最低的年运行费，使其总的经济效益为最优,例如网络接线方式的简化、减少电压层次、高电压深入负荷中心等均可有利于经济性的改善，但电力系统的经济性不应只考虑它本身的效益，还应考虑到环境保护以及能源结构与分布的效益，例如从用户角度来看应使系统有足够的备用容量，有低的电价,从环保与能源效益出发应添置某些污染治理设备，限制某些低效率、高污染电厂的发电等。
（4）系统电气接线运行的安全性
电力网接线必须保证在任何可能的运行方式下及检修方式下运行人员的安全与设备的安全。
电力系统接线是否合理是由许多因素决定的；例如电源的数目、位置、负荷的大小、负荷点的数目、分布位置、负荷对供电可靠性的要求程度等都是决定性的因素。除此之以外选择合适的电网电压等级、输电方式等也直接影响到线路的输送能力、设备的投资费与电能损耗等.因此对不同输电要求的电网、不同容量与供电要求的发电、变电所与配电所，由于其特点不同所以会有不同的接线方式。

图4-1 主接线设计

5短路电流计算
5.1 短路计算的目的
（1）选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。
（2）为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确确定其参数，必须对电力网发生的各种短路进行计算和分析
（3）在设计和选择电力系统和电气主接线时,为了比较各种不同的方案的接线图,确定是否采用限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路计算.
(4）进行电力系统暂态稳定计算，研究短路时用电客户工作的影响等。也包含一部分短路计算。
5。2 变压器等值电抗计算
（1）35KV侧基准值，标幺值计算
取SB=100MVA UB1=37KV(规定） （B表示基准值、N表示额定值）

（2）10KV侧基准值，标幺值计算
取SB=100MVA UB =10。5KV（规定）

5.3 短路点的确定
在正常接线方式下,通过电器设备的短路电流为最大的地点称为短路计算 点,比较断路器的前后短路点的计算值，比较选取计算值最大处为实际每段线路上短路点。基于该原则选取短路点如下：
35KV线路上短路点为F3，F4 10KV线路上短路点为F1，F2

图5—1短路点标示图
5.4各短路点三相短路电流计算
(1）F1点短路三相电流IF1计算
等值电路如下左图示

图5—2短路点标示图
（2）F2点短路三相电流IF2计算
等值电路如上右图示

（3)F3点短路三相电流IF3计算
等值电路如下左图示

（4）F4点短路三相电流IF4计算
等值电路如上右图示

5。5 短路电流汇总表
表5-1短路电流汇总
短路点
F1
F2
F3
F4
短路电流
5.6
3.55
3。737
2。66

6电气一次设备的选择
6.1高压电气设备选择的一般标准
导体和电器的选择设计、必须执行国家的有关技术、经济的政策,并应做到技术先进、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地,以满足电力系统安全经济运行的需求。
①应满足正常运行，检修，短路和过电压情况下的需求，并考虑到远景发展需要。
②按当地环境条件校核。
③应力求技术先进和经济合理
④选择异体时应尽量减少品种
⑤扩建工程应尽量使新老电器型号一致
⑥选用新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。
断路器全分闸时间包括断路器固有分闸时间和电弧燃烧时间.
该系统中各断路器的短路切除时间列表如下，这里架设各断路器的全开断时间为0.06s，由于短路电流周期分量的衰减在该系统中不能忽略,为避免计算上的繁琐，较验热稳定时用等值时间法来计算短路点电流周期分量热效应QK。
等值时间法计算短路电流周期分量热效应QK：

为短路电流周期分量的起始值
其中令k=1查电力工程手册得到等值时间tjz
表6-1 等值时间结果
时间
10kv线路
10kv分段开关
主变10kv侧
主变35KV侧
35KV线路桥
35KV线路
Tpr（s)
0。5
1.0
1。5
2。0
2.5
3.0
tab（s）
0.06
0.06
0。06
0。06
0.06
0.06
Tk=tpr+ta（s）
0.56
1。06
1.56
2.06
2.56
3.06
tjz（s）
0。4
0.78
1.25
1。68
2.1
2.58
6。2高压断路器及隔离开关的选择
开关电器的选择及校验原则
选择较验 ①电压
②电流
③按断开电流选择，INbr
④按短路关合电流来选择INcl
⑤按热稳定来选择
注：（）
（1） 主变压器35KV侧断路器及隔离开关的选择
MVA KV
A
在此系统中统一取过负荷系数为1.5则最大电流
A
最热月平均气温30℃,综合修正系数K=1.05

表6-2 开关电器的选择
计算数据
断路器型号及参数
隔离开关型号及参数
SW3—35
GN2-35/400
U(KV）
35
Ue
35
Ue
35
IMAX/K（A）
148。43
Ie
1000
Ie
400
Izt=IF3(KA）
3.727
INbr
16。5

QK
23。34

ISh=2。55Izt（KA）
9.5
INcl
25

30
Ies
42
Ies
52
（2） 35KV侧桥断路器及隔离开关的选择
MVA KV
A A
最热月平均气温30℃，综合修正系数K=1.05

表6—3 开关电器的选择
计算数据
断路器型号及参数
隔离开关型号及参数
SW3-35
GN2-35/400
U(KV）
35
Ue
35
Ue
35
IMAX/K（A)
148。43
Ie
1000
Ie
400
Izt=IF4(KA)
2。66
INbr
16.5

QK
14。86

ISh=2.55Izt（KA)
6.783
INcl
25

30
Ies
42
Ies
52
(3）主变压器35KV侧线路隔离开关的选择

其余同主变压器35KV侧隔离开关的选择相同参看表1-3
（4)主变压器10KV侧少油断路器的选择
MVA KV
363.7A
在此系统中统一取过负荷系数为1.5则最大电流

最热月平均气温30℃，综合修正系数K=1.05

表6-4 开关电器的选择
计算数据
断路器型号及参数
SN10-10/630-16
U(KV）
10
Ue
10
IMAX/K(A）
545。6
Ie
630
Izt=IF2（KA)
3.55
INbr
16
QK
15。75

ISh=2。55Izt（KA）
9.053
INcl
40（峰值)
Ies
40
（5)10KV侧线路断路器的选择
MVA KV
363.7A
在此系统中统一取过负荷系数为1。5则最大电流
A
最热月平均气温30℃,综合修正系数K=1.05

该处断路器的选择同10KV侧线路断路器列表如下
表6-5 开关电器的选择
计算数据
断路器型号及参数
SN10-10/630—16
U（KV)
10
Ue
10
IMAX/K(A)
181。85
Ie
630
Izt=IF1(KA）
5。6
INbr
16
QK
12.54

ISh=2。55Izt（KA)
14。28
INcl
40（峰值）
Ies
40
（6）10KV母线分段开关的选择
MVA KV

在此系统中统一取过负荷系数为1。5则最大电流

最热月平均气温30℃，综合修正系数K=1。05

该处断路器的选择和10KV侧线路断路器相同列表如下:
表5-6 断路器选择列表
计算数据
断路器型号及参数
SN10-10/630-16
U（KV)
10
Ue
10
IMAX/K(A)
181。85
Ie
630
Izt=IF1（KA）
5.6
INbr
16
QK
24.46

ISh=2。55Izt（KA)
14.28
INcl
40(峰值)
Ies
40
6.3导体的选择
（1）主变压器10KV引出线
35KV以下，持续工作电流在4000A及以下的屋内配电装置中，一般采用
矩形母线,本设计中低压侧Imax=545。6A 。根据要求，查表可选择
单条竖放铝导体LMY。其长期允许载流量为594A
现对其进行较验： 满足长期允许发热条件
热稳定校验:

满足热稳定。
共振校验
动稳定

其中
满足动稳定。
（2)10KV母线的选择
因其最大电流同10KV引出线上最大电流相同，所以母线导体的选择及校验同上。
6。4电流互感器的选择
（1)35KV侧桥上电流互感器
A
确级准0。5
选取LQZ—35型电流互感器。
(2)主变35KV侧电流互感器

确级准0。5
选取L-35型电流互感器。
（3)主变10KV侧电流互感器

确级准0.5
选取LQZ-35型电流互感器.
（4)10KV母线电流互感器

确级准0.5
选取LQZ—35型电流互感器.
（5）10KV引出线电流互感器

确级准0。5
选取LB—35型电流互感器.
6.5电压互感器的选择
（1）主变35KV侧电压互感器

选择油浸式电压互感器 初级绕组35 次级绕组O。1
选择JDJ—35
（2）主变10KV侧电压互感器

选择油浸式电压互感器 初级绕组10 次级绕组O.1
选择JDJ-10
6、支持绝缘子和穿墙套管的选择
(1）35KV户外支持绝缘子

根据额定电压选择ZL-35/4Y
校验动稳定：

所选元件符合要求.
（2)10KV户内支持绝缘子

动稳定校验：

所选元件符合要求。
（3）10KV进线穿墙套管

根据额定电压和额定电流选择CB-10
热稳定校验：

动稳定校验：

满足条件。
(4)10KV出线穿墙套管

根据额定电压和额定电流选择CC-10
热稳定校验：

动稳定校验：

满足条件。
7结论
本文通过对原始资料的分析,得出负荷计算结果，进而对主变压器进行选择,本次设计的是线变阻，选择暗备用，每台按变压器的最大负荷选择，选SFL7—12500/35型变压器，同时,变电所需装设无功补偿装置，电容器为33只.并通过对主接线设计方案对比，一次侧选用线路—变压器组接线方式，即采用两台变压器分列运行，二次侧采用单母分段接线方式。

参考文献
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［10]曹永军，煤矿6kV供电系统继电保护装置与管理，陕西煤炭出版社，2004

致 谢
从论文选题到搜集资料，从提纲的完成到正文的不断修改，此次论文的完成最主要感谢的是我的指导老师王维建老师。在完成初稿后，老师认真查看了我的文章，指出了我存在的很多问题。正是有了老师的不断的帮助和指导，我的毕业论文才得以顺利完成，对此向老师由衷的说声谢谢。