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1、35kv变电所的设计摘要本次设计的内容为35kv变电站的设计。文中对主接线的选择,高压设备的选择,负荷计算，短路电流计算，动稳定和热稳定校验，各种继电爱护选择和整定计算皆有充分说明。特殊对主接线的选择，变压器的选择，对设备的二次爱护和防击措施，还有一些电气设备如断路器，电压瓦感器等的选择校验作了具体的说明和分析。关键词：35kv变电所：继电爱护：电气设备：主接线AbstractThedesignofthecontentof35kvsubstationdesignhearticleonthemainconnectionofchoice,high-voltageequipmentselection
2、,loadcalculations,shortcircuitcurrentcalculation,dynamicstabilityandthermalstabilitytest,avarietyofrelaysettingcalculationoptions,andhavefullyexplained.Especialiyonthemainconnectionofchoice,thechoiceoftransformeronthesecondar),protectiondevicesanllightningprotectionmeasures,andsomeelectricalequipmen
3、tsuchascircuitbreakers,voltagetransfr11wrsandchoiceofcalibrationdetaileddescriptionandanalysis.Keyword：35kvsubstation;relayprolcction;theelectricalCqUiPnICntoperator;mainwirtingIV前言目前，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，城乡变电所也必需进行更新换代，我国电力网的现实状况是常规变电所依旧存在，小型变电所，微机监测变电所，综合自动化变电所相维出现，井取得迅猛的发展。随着改革的不断深化，经济的
4、快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阿鹿上，基本停留在50-60年头的水平上，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，电压等级提将，供电范困扩大及输配电容量增大，采纳传统的变电站一次及二次设备已越来越难以满足变电站平安及经济运行，少人值班或无人值班的要求。现在已经大多采纳了微机爱护。分级爱护和常规爱护相比，增加f人机对话功能，自控功能，通信功能和实时时钟等功能,因此假如通过电力监测
5、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刚好驾驭变电站的运行状况，干脆对设备进行操作，刚好了解故障状况，并快速进行处理，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。第I章地面变电站接线方式的确定为了保证对二级负荷进行牢兆供电,在企业变电所中广泛采纳两回电源线路受电和装设两台变压器的桥式主接线.桥式接线分为内桥,外桥和全桥,.种.变电所主接线的要求：变电所的主接线是实现电能输送和安排的种电气接线，在变电所主接线图中将导线或电缆、电力变压器,母线、各种开关、避击器、电容器等电气设备有序地连接起来，只表示相对电气
6、连接关系而不表示实际位置通常以单线来表示三相系统。对变电所主接线主要有以下几个基本要求：（I）平安主接线的设计应符合国家标准有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的平安：（2）军苑应满意用电单位对供电牢兆性的要求：（3）敏捷能适应各种不同的运行方式，操作检修便利：（4）经济在满意以上要求的前提卜.，主接线设计应简洁，投资少，运行管理仍用低，一般状况下，应考虑节约电能和有色金属消耗量。单母线分段式接线适应性强，对线路、变压器的操作均便利，运行敏捷,所以本所采纳单母线分段式结构。1.1变电所常用主接线供配电系统变电所常用的主接线基本形式有线路一变压罂组接线、单母线接线和桥式接线3种类型。线路一变
7、压器组接线当只有一路电源供电线路和一台变压器时，可采纳线路变压器组接线,如图1.1所示。图1.1变压器接线图依据变压潜高压侧状况的不同，可以选择如图W所示4种开关电蹲。当电源侧继电保护装设能爱护变压涔且灵敏度满意要求时，变压器高压恻可只装设隔离开关；当变压器高压恻短路容量不超过高压熔断活断流容量，而乂允许采纳高压熔断冷爱护变压器时，变压器高压侧可装设跌落式熔断器：或负荷开关-熔断器；一般状况下，在变压器高压恻装设隔离开关和断路器。当窗压侧装断路开关时，变压器容量不大与I250KVA：面压侧装设隔离开关或跌落式熔断器时，变压器容量一般不大于630KVA.优点：接线简洁，所用电器设备少，配电装置简
8、洁，节约投资。缺点：该单元中任一设备发生故障或检修时，变电所全部停电，牢靠性不高。适用范围：适用于小容量三级负荷、小型企业或非生产性用户。单母线分段接线：当有双电源供电时，常采纳单母线分段接线，可采纳隔离开关或断路器分段，隔离开关分断因操作不便，目前己不采纳.单母线分段接线可以分段单独运行，也可以并列同时运行。采纳分段单独运行时，各段相当于单母线不分段接线的运行状态，各段母线的电气系统相互影响。当任一段母线发生故障或检修时，仅停止对该母线所带负荷的供电。当任一电源线路故障或检修时，如另一电源能负担全部引出线的负荷时，则可经倒侧操作史原该段母线所带负荷的供电，否则由该电源所带的负荷仍应停止运行或
9、部分停止运行。倒闸操作的原则：接通电路时先闭合隔离开关，后闭合断路罂：切断电路时先断开断路器，后断开隔离开关。这是因为带负荷操作过程中要产生电孤，而隔离开关没有灭孤功能，所以隔离开关不能带负荷操作。采纳并列运行时，若遇电源检修，无需母线停电，只需断开电源的断路器及其隔高开关，调整另外电源的负荷就行。但是当母线故障或检修时，就会引起正常母线的短时停电。隔离开关分段因倒闸操作不便，现己不再采纳，通常采纳断路器分段的单母线接线.当某段外线发生故障时，分段断路器与电源进线断路器将同时切断故障，非故障部分接若供电。当对某段母线检修时，操作分段断路器和相应的电源进线断路涔、隔离开关，而不影响另段母线的正常
10、运行。图1.2单母线接线图优点：供电牢靠性较而，操作敏然，除母线故障或检修外，可对用户连续供电。缺点：母线故障或检修时，仍有50%左右的用户停电。适用范用：在具有两路电源进线时，采纳单母线分段接线，可对、二级负荷供电，特殊是装设r备用电源自动投入装置后，更加提高/川断路器分段单母线接线的供电车兼性.侨式接线所谓桥式接线是指在两路电源进线之间跨接一个断路器，如同一座桥。断路器跨在进线断路器的内恻，苑近变压器，称为内桥式接线，如图1.3（八）所示。若断路器跨在进线断路器的外侧,靠近电源侧,称为外桥式接线，如图1.3(b)所示。（b）夕晰式接线Q）内桥式提线T1图13桥式接线图桥式接线的特点是:I、
11、接线简沾高压侧无母线，没有多余设备:2、经济由于不需设母线，4个回路只用了3只断路器，省去了1-2台断路器，节约了投资。3、牢靠性高无论哪条I可路故障或检修，均可通过倒闸操作快速切除该【可路,不至使二次偏母线长时间停电:4、平安每台断路器两侧均装有隔离开关.可形成明显的断开点,以保证设备平安检修.5,敏捷操作敏捷，能适应多种运行方式。适用范围：对35KV及以上总降压变电所，有两路电源供电及两台变压滞时，一般采纳桥式接线。1.2供电系统变电所受电于两I335kv架空线路.35kv侧为具有两位主变压器的单母线分段式结构,所内35kv母线由断路器分段,电源进线处设置有两台3504kv小容量所用变压龈
12、供变电所直流操作电源等用。为了防止雷电入侵波的危害和供应测量信号,在两段35kv母线上分别设置有避雷微和电网互感器.并在各35k，断路器上设置有带接地刀闸的隔离开关,以满意停电检修的平安作业的要求。主变压器二次侧6k，采纳雎母线分段,当某回路受电线路或变压器因故障及检修停止运行时,可通过母线分段断路器的联络,保证接着对两段母线上的重要负荷供电.大型企业的35k，总降压变电所无功补偿常采纳高压集中补偿方式.以提向企业电力负荷的功率因数。我国3-1OkV电网,一般采纳中性点不接地方式,因为在这类电网中,单相接地故障占的比例很大,采纳中性点不接地方式可以削减单相接地电流,从而减轻其危击。(2)确定供
13、电系统的运行方式35Kv侧电源进线受用双向路架空线从而保障牢靠，依据供电部门所签定的供电协议，35KV侧进线不同时运行，正常状况下，-越运行，一趟备用：变压器的正常运行方式是两台都运行，6KV分段短路版闭合。本所为正常运行时，是供电系统的最大运行方式。本所一台变压器工作或6KV分段短路器断开时，是供电系统的最小运行方式。变电所主接线图如图1.4：W1.2W1.IIAM5505*35O3WrM图1.4变电所主接线图第2章补偿电容及主变压器的选择计算功率因数对供配电系统的影响：全部具有电感特性的用电设省都须要从供配电系统中汲取无功功率，从而减低功率因素。功率因素太低将会给供配电系统带来电能损耗增加
14、、电压损失增大和供电设备利用率降低等不良影响。正是由下功率因数在供配电中影响很大，所以要求电力用户功率因数达到肯定的值，低于某肯定值时就必需进行补偿。为了便利管理,本所采纳6KV测集中补偿,35kV侧功率因数提高到0.95计算。2.1补偿电容的计算补偿前的计算负荷和功率因数：6kV例的有功计算负荷为P.=3243.4kW(2-1)6kV健的无功计尊负荷为Q=2439.7kvar(2-2)6kV侧的计算视在功率为(2-3)6kV(W的功率因数为时=3243.4/4()58.6=0.8(2-4)变压器的功率损耗为由于变压器上未选出，所以变压器损耗按如下方法估算：(2-6)Pr=0.015Sc=0.
15、0154058.6=60.88kV(2-5)AQr=0.06S=0.06X4058.6=243.5kvar35kV侧总的计算负荷为Pa=R+Pr=3243.4+60.88=3304.28kW(2-7)G=P+AQr=2439.7+243.5=2683.2var(2-8)0“+Q,u=(I.I51.4)Sc(2-20)装有两台主变压器时，其中随意一台主变压器容量Sn应同时满意卜列两个条件：1、 任一台主变压器单独运行时，应满意总计算负荷的60%70%的要求，IlPSn=(0.6-0.7)Sc(2-21)2、 任台主变乐器单独运行时，应能满意全部、二级负荷Sen.川的须要.即SnSct)(2-22
16、)般来讲,变乐器容量和台数的确定是与边电所主接线方案一起确定的，在设计主接线方案时，也要靠到用电单位对变压器台数和容址的要求.本设计采纳装设两台主变压器。为保证对、二级负荷平安牢靠供电，采纳两台生变压罂，台供电，台备用。装有两台主变压器时，其中随意一台主变压器容量S”之(0.70.8)3465=(2425.52772)kVA(2-23)选SFA50/35/6型变乐器两台,其主要技术数据如下：衣2.3变压3的主要参数型号额定容量(MVA)额定电|：(kV)损耗(kW)阻抗电压(%)空载电流()联结号高低空载负载SFlW-50/35/650356.35.4933.07.00.6Ydll2.4用电负
17、荷统计用电单位负荷统计(KW)车站250洗衣机厂350首饰厂I(X)宝元鞋厂12()学校100水泥厂17()旅馆酒店180百惠商城200政府165博爱医院750公安局180中心广场I(X)百乐休闲中心300其他散户500合计3465*Ii第3章变电站进出线的选择本变电所的电源是从两处变电站由35KV双回路袈空线引入的，其中个作为工作电源，另一个作为备用电源，两回线不并联运行，两回电源一网引自即本变电站西北6.8km处某变电站35kV,另一回引自距本变电站北5.1km处温池变电站35kVo导线和电缆的选择是供配电设计中的重要内容之。导线和电缆是安排电能的主要罂件，选择的合理与否，干脆影响到有色金
18、属的消耗量与线路投资，以及电力网的平安经济运行。选择导线和电缆以前应贯彻以铝代铜的技术政策，尽量采纳铝心导线，H前提倡采用铜线，以削减损耗，节约电能，而在易爆炸、腐蚀严峻的场所，以及用与移动设备、检测仪表、配电盘的二次接线等，必需采纳铜线.导线和电缆的选择，必需满意用电设备对供电平安牢靠和电能质量的要求，尽量节约投资，降低年运行费，布局合理，修理便利。导线和电缆的选择包括两方面内容：I、型号选择：2、搬面选择.3.1 按经济电流密度初选导线截面：本变电站供电，最大有功负荷年利用小时数大丁5000小时，查电力工程设计手册可知架空线钢芯铝线的经济密度为09A,m。补偿后35KV侧的计算负荷为：Pm
19、=3293kW(3-0Q.I=838.1kvar(3-2)5c=3398kV(3-3)S=858.5kVA(3-4)35kV恻的功率因数为cos=0.969(3-5)由负荷统计求线路正常运行时的最大工作电流为：S._339831.S=56.05A(3-6)架空线经济被面为:(3-7)=62.28num初选标准截面为70mn,型号为1.GJ-IO的钢心铝绞线。3.2 按时长允许电流校验:杳高压电器设备手册可知.架空线1.GJ-70在室外温度为25C时的允许载流量为l=275A,其正常最高允许温度为70-C考虑温度修正系数有：导线的实际允许载流量为1l=KI.1=0.9275=247.5A（3-9
20、）满意人,所以满意条件。式中:1.r-环境温度为时的长时允许电流1”环境温度为。时的长时允许电流实际环境温度O标准环境温度.-导线最高允许温度3.3 按允许电压损失校脸：由于线路有阻抗，所以在负荷电流通过线路时有肯定的电压损失,电压损失愈大，则用电设备段子上的电压偏移就愈大，当电压偏移超过允许值时将严峻影响电气设备的正常运行。所以按规范要求，线路的电压损失不宜超过规定值高压配电线路的电压损失，一般不超过线路额定电压的5%。假如线路电压损失超过了允许值，应适当加大导线截面，使之小于允许电压损失。S4高压电器设备手册可知，架空线1.GJ-IO的单位阻抗为扁=048dkm,X0=0.41km(线间几
21、何均距为300Omm)AU=+出&+QcXQ=:(32930.48+838.10.41)=373.86V(3-10)AU%=-=l.07=Xo=O415.1=0.153(4-4)U.u讣(3)电力变压器IT和2TUk%=7.0.S.=5000KWt,故(4-5)(4-6)因此绘等效电路，如图4.2所示4 .K点短路电流和容量的计算（1）计算短路回路总阻抗标幺值XE=X,+Xl=0.1+0.153=0.253（4-7）(2)计算K点短路电渣各值/1=-=7-=3.953(4-8)XQ凶=/.II=i.563.953=6.167kA(4-9)=2.55n151=2.556.167=15.726kA
22、(4-0)/-1.52w=1.526.167=9374kA(4-ID=0.866/m=0.866x6.167=5.341kA(4-12)iz=0.866i*MA=0.86615.726=13.619kA(4-3)=hla2=9.161.049=9.609kA（4-8）ig=2.55加”=2.55x9.609=24.503kA（4-19）/ajl=l.52w=1.529.609=I4.606kA（4-20）*a,=0.866/g=0.8669.609=8.321kA（4-21）M,=0.866i-=0.86624.503=21.220kA（4-22）ll2,2.=0.866/.ft2l.=0.8
23、66l4.606=l2.649kA（4-23）（3）三相短路容量计克S,l-=II.O49=1O4.9MVA（4-24）4.2最小运行方式下的短路电流1 .绘制计算电路图（图43）图4.3址小运行方式下的短路电流图2 .确定基准值取基准容量&=100MEA,基准电压U,=Ua,电压等级的基准电压分别为U337JtV，（/=6.3JlV，相应的基准电流分别为/“，、1.i(4-25)(4-26)3 .计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统S(4-27)=0.1“100O（2）线路IW1.1.GJ-70的Xp=0.41QZkm，而线路长6.8Azn.416.8(4-28)（3）电力变压器I
24、TU%=7Q,S”=5000AVA,故=1.4(4-29)Uk%S7.0100Jr:-X100Sv1005因此绘等效电路，如图4.4所示图4.4最小运行方式下的等效电路4K点短路电流和容量的计算（1）计算短路【可路总阻抗标幺值X*-=X+Xr=0.1+0.204=0.304(4-30)（2）计笄K点短路电流各值小4-=-1.-=3.289(4-31)/*)=rfZr=l.56x3.289=5.13IkA(4-32)Mxun=2.55n3=2.555.131=13.084kA(4-33)/+”.、，=1.52o=1.525.131=7.799k(4-34)IKiai=0.866ly=0.8665
25、.l31=4.443kA(4-35)r2=0.866tMx(j=0.86613.084=11.331kA4-36)g=0.866/gw,=0.866x7.799=6.754kA(4-37)（3）三相短路容量计算5,l=*=100X3.289=328.9MVA(4-38)5.K：点短路电流和容星的计算（1）计算短路回路总阻抗标幺值Xkl=Xk+Xr+X、=0.1+0.204+1.4=1.704=d2人=9.160.587=5377k4-41)=2.55/C”=2.55x5.377=13.711kA4-42)/nW=1.52j=1.525.377=8.173k=l（5-2）或h1.（5-3）（2）
26、按短路条件检瞪电气设备的动稳定和热检定为了保证电气设备在短路故障时不致损坏，就必需按最大可能的短路电流校验电气设备的动稳定和热稳定。动稳定是指电气设备在冲击短路电流所产生的电动力作用下，电冷设备不致损坏，热稳定是指电气设备载流导体在最大稔态短路电流作用下，我发热温度不超过我流导体短路时的允许发热温度。（3）开关电器断流实力校验断路器和熔断器等电气设备担负着切断短路电流的任务，通过最大短路电流时必需可-22-能的切断，因此，开关电器还必需校验其断流实力。对具有断流实力的高压开关设备需校效其断流实力，开关设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路电流。ft5.1乐电气设备选择和校验项目电气设备名称额
27、定电压(JtV)领定电流（八）短路电流校验动稳定热稳定断流实力(kA)次断路器一次隔离开关高压负荷升关高压熔断器电流H.感器电压互感器支柱绝缘子套管绝缘子母线您电缆注：注示7“表示必需必验，“，衰东不要不验5.2 35KV高压设备的选择计算设计的变电所主要为一、二级负荷供电，选择JYN,-35(F)型移开式高压开关柜“高压柜所装配的一次元件包括少油段路器或真空断路器、操作机构、电流互感器、电压互感器、熔断器、避雷器、电力变压器等。JYN1-35(F)沟通金属封闭型移开式开关柜系三相沟通50Hz户内奘置的金属封闭式开关设备，是用发电厂、变电站中系统额定电压为35kV,额定最大电流为100OA,最
28、高电压不超过40.5W的班母线或维母线分段的成套配电装置。本型开关柜具有防止误探作断路器、防止带负荷推拉手车、防止带电挂接地线、防止带接地线送电和防止误入带电间隙。高藤开关框的主要技术参数如表5.25.2lJfHiftJl要技术蒙数参数序号I额定电压kV352最高工作电感kV40.53最大额定电流AI(XX)4领定开断电流kA165额定关合电流（峰值）kA406极限通断电流（峰值）k4074s热稳定电流kA168外形尺寸（宽X深X高）m11I8182429259重量（油断路渊柜）kg1800（其中有油路器手车重620）IO动有重向上kg约500向下kg约500Il防护等级IP2X各柜选择及其校
29、验（1）进线柜选JYN1-35-26其内部线路及一次畿路方案如下:表5.3进钱柜型号一次线路图主要设备数量JYN.-35-26真空断路器ZN23-35C1挑动机构CD-IO1电流互感器1.CZ-353I）真空断路器ZN23-35C的校险ZN23-35C户内高压真空断路器的主要技术参数如卜;表5.4高压直空断路洪序号项目单位数据1额定电压kV352最高工作电压kV40.53额定绝缘水平kV一分钟工领95：雷电冲击（峰值）1854额定电流A160()5额定短路开断电潦kA25/31.56额定开断电流开断次数次207额定短路关合电流（峰值）kA63/8()8额定短路持续时间S49额定操作依次分03s
30、合分“80s合分IO合闸时间S0.2额定电压校验设备的额定电压Uv=354，线路的额定电压5=35底,即UZ=U满意条件.（5-4）额定电流额定校验设备的额定电流/.、=1600人.长时允许电流*2475A,即卜1.满意条件.（5-5）断流实力校险额定开断电流/.V=25M,短路电流有效值I6.167kA,即/./W.”，满意条件（5-6）动稳定校验设备的极限通过电流峰值.,=63M,开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值沁”=15.726H,即/,M满意条件。（5-7）热稳定性校验开关的热稳定性有效值/,=6M,开关的热稔定试验时间l=4s,开关所在处的：.相短路稳态电流/曲=6.167M,短路
31、发热假想时间段=25+O25=2.75s,即=6rx4=IO24MS（ji/,=6.167：2.75=104.6ks8）满意条件。电流互感器1.CZ-35的校验电流互感罂1.CZ-35的主要技术参数如下：二次夕It表5.5电流互那器级次组合额定一次电流（八）额定二次电流（八）确次精级额定二次负荷(VA)10%倍数不小T0.5/3().5/0.50.5/B3/3B/B20I(X)50.550350IO20800B2()27100OB2035电流互感器1.CZ-：5的B级10%倍数曲线如下(5-9)(5-10)图5.1电流互感器的倍数曲践电潦互感器变比的选择l(1.2-1.5)1.=(1.2-1.
32、5)56.05=67.2684.08A取w=2A动稳定校验动桎定电流%=42.2kAU.,=15.726kA，满意条件。热稳定校验热稔定电流I.=l3kA,即4=3,x=69MS=6.1672.75=IO4.6Mj满意条件.（3）出线柜选-35-22JYN,-35-22的内部线路及一次方案如下表5.6出线柜型号一次线路图主要设备数JYN1-35-22真空断路器ZN23-35C接地开关1I电磁操动机构CD-IOI电流互感器1.CZ-356柜内设备中电流瓦感器选变比为300/5、级次组合为0.5/B、其他设备的校验同进线柜，均符合要求。（3）电压互感器及避雷器柜选“M-35-112JyM-35/12的内部线路及次方案如下表5.7电压互感器及魂Hi滞柜型号一次线路图主要设备数量JYN1-35-1
