35KV变电站一次系统设计

35K V变电站一次系统

设计

公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]

河南理工大学万方科技学院

变

电

站

一

次

系

统

设

计

姓名：田英科

学号： 05

专业班级：电气08-2

指导老师：

所在学院：电气工程与自动化系

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。

本次设计建设一座35KV降压变电站，首先，根据主接线的经济可靠、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，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的工作母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。

最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，然后进行校验并对二次改造部分进行概预算编制。

关键词：35KV变电所：设计：变压器：短路电流计算

1 概述 (4)

2变电所的负荷计算 (5)

3变电站的选取 (8)

4电气主接线设计 (10)

5短路电流计算 (14)

6电气设备选择和校验 (16)

7变电所的平面布置 (25)

8防雷接地 (27)

9心得体会 (29)

1 概述

我国的城市电力网和农村电力网正在进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所也须进行更新换代，我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所、微机监测变电所、综合自动化变电所相继出现，并取得了迅猛的发展。

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3 Km。变电站35kV母线最大运行三相短路容量

m ax

k =800MVA,S

m in

=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。

随着改革的不断深化，经济的迅速发展。各电力部门对变电所设计水平的要求将越来越高。现在所设计的常规变电所最突出的问题是设备落后，结构不合理，占地多，投资大，损耗高，效率低，尤其是在一次开关和二次设备造型问题上，基本停留在50—60年代的水平上，从发展的观点来看，将越来越不适应我国城市和农村发展的要求。

国民经济不断发展，对电力能源需求也不断增大，致使变电所数量增加，电压等级提高，供电范围扩大及输配电容量增大，采用传统的变电站一次及二次设备已越来越难以满足变电站安全及经济运行，少人值班或者无人值班的要求。现在已经大多采用了微机保护。分级保护和常规保护相比，增加了人机对话功能，自控功能，通信功能和实时时钟等功能，因此如果通过电力监控综合自动化系统，可以使变电站内值班人员或调度中心的人员及时掌握变电站的运行情况，直接对设备进行操作，及时了解故障情况，并迅速进行处理，达到供电系统的管理科学化、规范化、并且还可以做到与其他自动化系统互换数据，充分发挥整体优势，进行全系统的信息综合管理。

2变电所的负荷计算

负荷计算的意义

计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷。它是设计时作为选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的重要依据。

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

负荷计算方法

目前负荷计算常用需要系数法、二项式法、和利用系数法,前二种方法在国内设计单位的使用最为普遍。此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法和ABC法等. 常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时，应将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需用系数

K，然后按照上述公式求出该组用电设备的计算负

荷。

负荷计算过程

= 表2-1按照原始负荷资料如下：负荷（35KV）:同时系数K

计算过程如下：

1#出线：tan 0.750.8

φ===，

300.9860774d N P K P KW ==?=，3030tan 7740.75580.5Q P KW φ==?=

2#出线：tan 0.6980.82

φ===，

300.9400360d N P K P KW ==?=

3030tan 3600.698251.28Q P KW φ==?=

3#出线：tan 0.8820.75

φ===，

300.9760684d N P K P KW ==?=

3030tan 6840.882603.288Q P KW φ==?=

4#出线：tan 0.75φ===，

300.916001440d N P K P KW ==?=

3030tan 14400.751080Q P KW φ==?=

水源变电所：tan 0.62φ===，

300.912001080d N P K P KW ==?=

3030tan 10800.62669.6Q P KW φ==?=

生活区变电所： tan 0.750.8

φ===，

300.920001800d N P K P KW ==?=

3030tan 18000.751350Q P KW φ==?=

锅炉变电所：tan 0.750.8

φ===，

300.91100990d N P K P KW ==?=

3030tan 9900.75742.5Q P KW φ==?=

污水处理电源：tan 0.750.8

φ===，

300.912001080d N P K P KW ==?=

3030tan 10800.75810Q P KW φ==?=

备用线路1#

：tan 0.750.8

φ===，

300.920001800d N P K P KW ==?=

30tan 18000.751350Q P KW φ==?=

备用线路2#

：tan 0.75φ===，

300.920001800d N P K P KW ==?=

3030tan 18000.751350Q P KW φ==?=

负荷计算结果如下表2-2：

3变电站的选取

主变压器台数的确定

为保证供电的可靠性，避免一台主变故障或检修时影响供电，变电所一般装设两台主变压器，但一般不超过两台变压器。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器。

对于大型超高压枢纽变电所，装设两台大型变压器，当一台发生故障时，要切断大量负荷是很困难的，因此，对大型枢纽变电所，根具工程具体情况，应安装24台主变压器。这种装设方法可以提高变电所的供电可靠性，变压器的单台容量以及安装的总容量皆可有所节约，且可根据负荷的实际增长的进程，分别逐台装设变压器，而不致积压资金。

当变电所装设两台以及以上的主变时，每台容量的选择应按照其中任一台停运时，其余变压器容量至少能保证所供的一级负荷或为变电所全部负荷的60%～75%。通常一次变电所采用75%，二次变电所采用60%。主变压器容量的确定

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 .30100%11775.043N T S S KVA == 根据数据选SFL7-12500/35型变压器。

...(

)c T OT Cu N T N T

S P P P S ?=?+? （3-1）

而1600016OT P W KW ?==，.6300063Cu NT P W KW ?==

11775.0431663()71.912500

P KW ?=+= 2

..(

)c T OT N T N T

S Q Q Q S ?=?+? 而

5.87125001007

.0100%..=?=?=

?T N T O OT S I Q

..%8125001000100100

K N T N T U Q S ??=

?=?= 2

11775.04387.51000()974.87var

12500T Q K ?=+?

=30S == 11048.612500=<

因此校验合格。实际功率因数：

'cos av av

Q φ=

7138.725

0.9067877.53

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：

300.8118089446.4t N P K P ==?=∑ 300.88787.1687029.7344t N Q K Q ==?=∑

并联前：

1cos 0.78

φ=

=1tan 0.802φ=

并联后：

2cos 0.9φ=，2tan 0.484φ= 所以：

3012(tan tan )0.759446.4(0.8020.484)2252.966var c Q P k αφφ=-=??-=

因此选补偿电容器的型号为：

22116

()80()72.56var 6.3

N c c N cN U Q Q k U ==?= 2252.966

31.0472.56

n =

所以电容器的个数选33只。

4电气主接线设计

电气主接线的概述

变电所电气主接线是根据电力系统和变电站的具体条件确定的，一电源和出现为主体。是构成电力系统的重要内环节。主接线的确定对电力系统整体及变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电气设备选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定有很大影响。因此，必须通过技术经济比较，合理确定主接线方案。电气主接线的设计原则和要求 4.2.1 电气主接线的设计原则

(1) 考虑变电所在电力系统的地位和作用。变电所在电力系统的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统

中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

(2) 考虑近期和远期的发展规模。变电所主接线设计应根据五到十年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小及分布负荷增长速度和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。

(3) 考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响。对一级用电负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级用电负荷不间断供电；对二级用电负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级用电负荷供电，三级用电负荷一般只需一个电源供电。

(4)考虑主变台数对主接线的影响。变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将会产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性的要求低。

(5)考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时否允切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

4.2.2 电气主接线设计的基本要求

变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。

(1)可靠实用。所为可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。经过长期运行实践的考验，对以往所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考

虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性不是绝对的，而是相对的。一种主接线对某些变电所是可靠的，而对另一些变电所可能是不可靠的。

(2)运行灵活。主接线运行方式灵活，利用最少的切换操作，达到不同的供电方式。根据用电负荷大小，应作到灵活的投入和切除变压器。检修时，可以方便的停运变压器、断路器、母线等电气设备，不影响工厂重要负荷的用电。

(3)简单经济。在满足供电可靠性的前提下，尽量选用简单的接线。接线简单，既节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备，使节点少、事故和检修机率少；又要考虑单位的经济能力。经济合理地选用主变压器型号、容量、数量，减少二次降压用电，达到减少电能损失之目的。

(4)操作方便。主接线操作简便与否，视主接线各回路是否按一条回路配置一台断路器的原则，符合这一原则，不仅操作简便、二次接线简单、扩建也方便，而且一条回路发生故障时不影响非故障回路供电。

(5)便于发展。设计主接线时，要为布置配电装置提供条件，尽量减少占地面积。但是还应考虑工厂企业的发展，有的用户第一期工程往往只上一台变压器，经3~5年后，需建设第二台主变压器，变电所布局、基建一般都是根据主接线的规模确定的。因此，选择主接线方案时，应留有发展余地。扩建时可以很容易地从初期接线过度到最终接线。

电气主接线方案的比较

变电所的接线应从安全、可靠、灵活、经济出发。本次设计的35KV 总降变电所，地位较为重要，应尽量保证供电的可靠性，又由于是总降变电所，从经济性来考虑主接线不宜复杂。

(1)只装有一台主变压器的总降变电所主接线。通常采用一次侧无母线、二次侧为单母线的主接线。一次侧采用断路器为主开关。其特点是简单经济，但供电可靠性不高，只适用于三级负荷。

(2) 一次侧为内桥式接线的总降变电所主接线。这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷。这种内桥式接线多用于电源线路较长而主变压器不须经常切换的总降压变电所。

(3) 一次侧为外桥式接线的总降变电所主接线。这种主接线也适用

于一、二级负荷。这种外桥式接线多用于电源线路不长而主变压器需经

常切换以适应经济运行的总降压变电所。

(4) 一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线。这种主

接线兼有上述内桥式和外桥式两种接线的运行灵活性的优点，但所用高

压开关设备较多，投资较大。可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进

出线较多的情况。

(5) 一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主接线。采用双母线

接线较之采用单母线接线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关

设备也大大提高，从而大大增加了初投资，所以双母线接线在企业中少用，主要用于电力系统中。

综合上述的主接线方案的比较,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。

35KV侧的接线：

所设计的变电所35KV出线，最终四回，本期工程一次完成，在考虑主接线方案时，应首先满足运行可靠，操作灵活，节省投资。

方案一、单母线接线方式：接线简单、清晰。操作方便，投资少便于扩建；母线或隔离开关检修或故障时连接在母线上的所有回路必须停止工作；检修任一电源或线路的断路器时，该回路必须停电；当母线或母线

上的隔离开关上发生短路以及断路器在继电保护作用下都自动断开，因

而造成全部停电。

方案二、单母分段接线方式：当一段母线发生故障时，分段断路器自动

将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，可

提高供电可靠性和灵活性。当一段母线发生故障时，分段断路器自动将

故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，可提

高供电可靠性和灵活性。

以上两种方案比较，在供电可靠性方面，方案一较差，故35KV侧应采用单母分段接线

10KV侧的接线

方案一、单母线接线：具有接线简单清晰，操作方便，所用设备比较

少，投资少等优点，但当母线或母侧隔离开关检修故障时，连接在母线

上的所有回路都将停止工作，当母线发生短路时，所有电源回路的断路器在继电保护作用中自动跳闸，因而造成母线电压失压全部停电，检修任一电源或线路的断路器时，该回路必须停电。

方案二、单母分段接线：接线简单清晰，设备少，且操作方便，可提高供电可靠性和灵活性，不仅便于检修母线而减少母线故障影响范围，对于重要用户可以从不同段引两个回路，而使重要用户

有两个电源供电，在这种情况下，当一段母线发生故障，由于分段断路器在继电保护装置的作用下，能自动将故障段切除，因而保证了正常段母线不间断供电。

综上所述，单母分段接线的可靠性较高，而且比较经济，故10KV侧接线应选方案二，单母分段接线。

5短路电流计算

短路电流计算的一般概述

电气设备或导体发生短路故障时通过的电流为短路电流。在工业企业供电系统的设计和运行中，不仅要考虑到正常工作状态，而且还要考虑到发生故障所造成的不正常状态。根据电力系统多年的实际运行经验，破坏供电系统正常运行的故障一般最常见的是各种短路。所谓短路是指相与相之间的短接，或在中性点接地系统中一相或几相与大地相接（接地），以及三相四线制系统中相线与中线短接。当发生短路时，短路回路的阻抗很小，于是在短路回路中将流通很大的短路电流（几千甚至几十万安），电源的电压完全降落在短路回路中。

三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相短路（单相接地短路）和两相接地短路。除了上述各种短路以外，变压器或电机还可能发生一相绕组匝间或层间短路等。根据运行经验统计，最常见的是单相接地短路，约占故障总数的60%，两相短路约占15%，两相接地短路约占20%，三相短路约占5%。三相短路虽少，但不能不考虑，因为它毕竟有发生的可能，并且对系统的稳定运行有着十分不利的影响。单相短路虽然机会多短路电流也大，但可以人为的减小单相短路电流数值，使单相短路电流最大可能值不超过三相短路电流的最大值。这就使全部电气设备可以只根据三相或两相短路电流来选择，况且三相短路又是不对称短路的计算基础，尤其是工业企业供电系统中大接地电流系统又很少，因此应该掌握交流三相短路电流的计算。

短路电流的计算

进行短路电流计算时，首先应收集相关的资料，如电力系统接线图、运行方式和各元件的技术参数等。然后绘制计算电路图。然后再根据对短路点做出等值电路图，利用网络变化规则，将其逐步简化，求出短路回路总电抗。最后根据总电抗即可求出短路电流值。以下分别讨论计算电路图、等值电路图和短路回路总电抗的确定。

计算电路图，是一种简化了的电气单线图，如图

K 11 20.08l km =

(3)max 800S MVA = 8.0%K U = 0.08/Km Ω (3)min 600S MVA = 图5-1计算电路图

（1）短路电流的计算

选取基准容量j S =100MVA 取135j U KV = 则1 1.56j S I KA ==

= 取2j U = 则29.16j S I KA =

== 取3j U = 则3144.34j S I KA =

= （2）计算系统各元件阻抗的标么值，绘制等效电路图。最大运行方式和最小运行方式下系统的阻抗*1M X 和*1m X

*1"

1000.125800j

M KMAX

S X S =

= *1"min 100

0.167600

j m K S X S === 线路阻抗一 *

2112

2100

0.430.08837

S X x l U =?

=??

= 变压器阻抗 *3%8100

X 0.6410010012.5

k N T S U S ????=

?= ??? 线路阻抗二 *

100

0.40.080.0816.3j

S X x l U ==??

= 等效电路图如下所示：