35KV变电站设计

《发电厂电气部分》课程设计

设计课题：某卷烟厂35kV降压变电站电气设计

专业班级： 2011级电气工程及其自动化 学生姓名： 王 兵 ；学号：2011094138 指导教师： 杨 艳 蓉 设计时间： 2014年6月17日至6月28日

小组：十三组

前言

电力工业对我国社会主义建设、工农业生产和人民生活影响

很大。因此，提高电力系统运行的可靠性、保证安全供电是从事电力设计的重要任务。电气设备除要承受正常工作电压、电流外还要承受异常和故障情况下的过电压、大电流的冲击。电力系统在运行中可能发生各种故障或出现各种不正常运行状态，从而在电力系统中引发事故故障一旦发生能迅速而有选择性切除故障单元是保证电力系统安全经济运行的有效方法之一。 结合实际对35kV变电站电气部分供电方案进行经济性、可靠性的综合比较，着重对电气主接线的选择、短路电流的计算、设备的选型及保护配臵、原理、整定计算进行阐述。掌握一次设备选择、了解地方变电站接线方式以及绘制变电站的主接线图。我通过对三年学习进行总结和应用，在本次设计中找到一个理论联系实际的切入点；提高了本人的业务水平以便在生产过程中更好地解决实际问题，保证设备安全、稳定、经济运行。

限于我的水平，再加时间十分紧，因此书中错漏和不妥之处是很难避免的。敬希望各位的宝贵意见。

前言

一、负荷计算和无功功率补偿 ....................................................................................................... 1

1负荷计算 ................................................................................................................................ 1 2无功功率补偿 ........................................................................................................................ 3 3、负荷的分类 ......................................................................................................................... 3 4、无功功率的选择 ................................................................................................................. 4 二、变电所的位置选择 ................................................................................................................... 4 三、电力系统电路的等效计算线路参数 ....................................................................................... 6 四、变电所主变压器台数及容量的选择及主接线方案的确定 ................................................... 7

1、主接线方案的确定 ............................................................................................................. 7 2变压器的选择及其本身阻抗计算 ........................................................................................ 7 五、短路计算 ................................................................................................................................... 8 六、变电所一次设备的选择与校验 ............................................................................................. 11

1、电流的校验 ....................................................................................................................... 11 2、隔离开关、负荷开关和断路器的稳定度校验 ............................................................... 11 3、设备的选择 ....................................................................................................................... 12 七、计量柜..................................................................................................................................... 13

1、用途与特点 ...................................................................................................................... 13 2、主要技术参数 ................................................................................................................ 14 3、使用环境条件 .................................................................................................................. 14 4、计量柜和开关柜的选择................................................................................................... 14 八、母线的校验 ............................................................................................................................. 15

1、母线的短路稳定校验 ....................................................................................................... 15 2、母线选择 ........................................................................................................................... 17 九、电缆计算和选择 ..................................................................................................................... 17

1、电缆的计算 ....................................................................................................................... 17 2、电缆的校验 ....................................................................................................................... 17 3、电缆的选择 ....................................................................................................................... 17 十、防雷和接地装置的确定 ......................................................................................................... 18

1、避雷针 ............................................................................................................................... 18 2、接地 ................................................................................................................................... 18 十一、应收集的资料与参考文献 ................................................................................................. 19 十二、收获和体会 ......................................................................................................................... 19 十三、 主接线方案 ....................................................................................................................... 19

方案一..................................................................................................................................... 20 方案二..................................................................................................................................... 20

一、负荷计算和无功功率补偿

厂房编号 用电单位名称 D01 D02 D03 D04 D05 D06 D07 D08 D09 D10 铸造车间 锻压车间 金工车间 工具车间 电镀车间 热处理车间 装配车间 机修车间 锅炉房 仓库 生活区 负荷性质 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 照明 设备容量 单位kW 400 20 450 20 450 20 480 25 500 20 450 20 420 20 380 20 420 15 120 20 300 需要系数 0.3~0.4 0.7~0.9 0.3~0.4 0.7~0.9 0.3~0.4 0.7~0.9 0.3~0.4 0.7~0.9 0.4~0.6 0.7~0.9 0.4~0.6 0.7~0.9 0.4~0.6 0.7~0.9 0.4~0.6 0.7~0.9 0.4~0.6 0.7~0.9 0.2~0.3 0.7~0.9 0.6~0.8 功率因数 0.70~0.85 1.0 0.70~0.85 1.0 0.70~0.85 1.0 0.70~0.85 1.0 0.85~0.95 1.0 0.85~0.95 1.0 0.85~0.95 1.0 0.85~0.95 1.0 0.85~0.95 1.0 0.7~0.85 1.0 1.0 负荷表

1

负荷计算

D01车间：铸造车间

' P30=400×0.35×0.8＋20×0.8 =128(Kw) ' Q30=400×0.35×0.6 =84(Kw)

D02车间：锻压车间

'' P30=450×0.35×0.8＋20×0.8 =142(Kw)

1

Q''30=450×0.35×0.6 =94.5(Kw)

D03车间：工具车间

P'''30=450×0.35×0.8＋20×0.8 =142(Kw) Q'''30=450×0.35×0.6 =94.5(Kw)

D04车间：

P''''30=480×0.35×0.8＋25×0.8 =155(Kw) Q''''30=480×0.35×0.6 =100.8(Kw)

D05车间：电镀车间

P'''''30=500×0.5×0.9＋20×0.8 =241(Kw) Q'''''30=500×0.5×0.43 =107.5(Kw）

D06车间：热处理车间

P''''''30=450×0.5×0.8＋20×0.8 =200(Kw) Q''''''30=450×0.5×0.6 =135(Kw)

D07车间：装配车间

P'''''''30=420×

0.5×0.8＋20×0.8 =1(Kw) Q'''''''30=420×0.5×0.6 =126(Kw)

D08车间：机修车间

P''''''''30=380×0.5×0.8＋20×0.8 =168(Kw) Q''''''''30=380×0.5×0.6 =114(Kw)

D09车间：锅炉层

P'''''''''30=420×0.5×0.9＋15×0.8 =201(Kw) Q'''''''''30=420×0.5×0.43 =90.3（Kw）

2

D10车间：仓库

P''''''''''30=120×0.25×0.8＋20×0.8 =40(Kw) Q''''''''''30=120×0.25×0.6 =18(Kw)

生活区： P30=300×0.7 =210(Kw)

S30=P30＋jQ30 =1802＋j974.3

S2230=P30Q230 =1802974.32 =2048

cosΦ =P30Q= 18022048= 0.879

30

2无功功率补偿

以cosΦ2 =0.95无功功率补偿计算：

Qc =σavpc(tgΦ1＋tgΦ2)= 300.9006(Kw) S30=

P230Q30QC2

=17622956.3300.92 =1635.57 (Kw) 3、负荷的分类

（1）二级负荷

S二级980.614(Kw) （2）三级负荷

P3016840210184 =602(Kw)

3

Q3018114126 S二级60222582 =654.956(Kw)

P３０（有功功命名 没补偿前 补偿后 补偿无功功率 负荷 二级负荷 三级负荷 负荷 4、无功功率的选择

无功功率补偿器

型号 PGJ-101 ＧＧＪ６个 １０１ ＫＷ 数量 大小 每个电容４６Q３０（无功功率） 率） 974.3KW 600ＫＷ 1802KVA 1802KVA 300.9006ＫＷ 负荷总功率 980.614ＫＶＡ 654.956ＫＶＡ 率功率） 2048ＫVA 1635.57KVA Ｓ３０（负荷总功二、变电所的位置选择

1、要求：(1)

接近负荷中心。 (2) 进出线方便。 (3)

接近电源侧。 (4) 设备吊装、运输方便。 (5) 不应设在有剧烈振动的场所。 (6) 不宜设在多尘、水雾(如大型冷却

4

塔)或有腐蚀性气体的场所，如无法远离时，不应设在污源的下风侧。 (7) 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方或贴邻。 (8) 不应设在爆炸危险场所以内和不宜设在有火灾危险场所的正上方或正下方，如布置在爆炸危险场所范围以内和布置在与火灾危险场所的建筑物毗连时，应符合现行的《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。 (9) 配变电所为建筑物时，不宜设在地势低洼和可能积水的场所。 (10) 高层建筑地下层配变电所的位置，宜选择在通风、散热条件较好的场所。 (11) 配变电所位于高层建筑(或其他地下建筑)的地下室时，不宜设在最底层。当地下仅有一层时，应采取适当抬高该所地面等防水措施。并应避免洪水或积水从其他渠道淹渍配变电所的可能性。

2、注意事项：（1）装有可燃性油浸电力变压器的变电所，不应设在耐火等级为三、四级的建筑中。

（2）在无特殊防火要求的多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配变电所，可设置在底层靠外墙部位，但不应设在人员密集场所的上方、下方、贴邻或疏散出口的两旁。

（3）高层建筑的配变电所，宜设置在地下层或首层；当建筑物高度超过100m时，也可在高层区的避难层或上技术层内设置变电所。 （4） 一类高、低层主体建筑内，严禁设置装有可燃性油的电气设备的配变电所二类高、低层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配变电所，如受条件亦可采用难燃性油的变压器，并应设在首层靠外墙部位或地下室，且不应设在人员密集场所的上下方、

5

贴邻或出口的两旁，并应采取相应的防火和排油措施。

（5） 大、中城市除居住小区的杆上变电所外，民用建筑中不宜采用露天或半露天的变电所，如确因需要设置时，宜选用带防护外壳的户外成套变电所。

三、电力系统电路的等效计算线路参数

1、线路单位电阻：r1=

e31.5 = =0.2625(Ω/Km) s1202、线路单位阻抗:几何平均距离 Dm=3120012001200= 1200(㎜)

Dm+0.0157 =0.316(Ω) r7.586106(s) 3、线路单位电导：b1 =×10 =3.65×

Dmlgr x1=0.1445lg

4、电晕临界电压： Ucr =49.3m1m2δr lg

Dm120 =49.3×0.9×1.0×1.0×1×lg r1.0 =47.88(kv) (其中m1=0.9，m2=1，δ=1) Ucr>UN=35(kv) 不会产生电晕

输电线路： L=10(km)

6

线路电阻： R=Lr1=2.625（Ω） 线路电抗： X=Lx1=3.161(Ω) 线路导纳：B1=b1L=1.825×105

1212四、变电所主变压器台数及容量的选择及主接线方案的确定

1、主接线方案的确定

根据二级和三级负荷的容量和二级供电可靠性选择主变压器的容量和台数（运行状况）：正常运行时35KV的用两台8000KVA主变压器并列运行供二级负荷，备用供电侧供三级负荷。（这样既不浪费，又降低变压器器的容量，可以节省主变压器的经济投入）当35KV侧出现故障时候，断开线路，断开三级负荷侧，合上母线联络开关供电给二级负荷，这样保证二级负荷的供电可靠性。

2变压器的选择及其本身阻抗计算

变压器

35KV容量800KVA

2PKUN RT≈2.44(Ω) 21000SN2UK%UN XT≈20.33(Ω)

100SNP06 GT≈7.12×(s) 1021000UNI0%SNBT==0.074(s)

100UN变压器

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电压 型号 数量 空载损耗 短路电流百分比 负载损耗 35KV SFPZ9-500/I0%=0.6 35 2 P0=3.2 20.70 10KV S11-1000KV 1 P0=0.58 I0%=1.4 3.20

五、短路计算

1.由电力线路系统中计算得：

X=3.161（Ω） R=2.625（Ω）

2.由计算变压器： XT=2.44(Ω) RT=20.33(Ω) 3.等效电路图:

短路阻抗 6.5 4.0

8

Z=R+jX+

(RTXT)(RTXT)

(RTXT)(RTXT)220.332RT RR =2.625+=12.165(Ω)

40.662RT2XT2.442 XX3.1614.381(Ω)

2XT4.88 Z12.185j4.381()

Z线路R2X212.16524.381212.844()

SB100106基准电流为：IB5500(A) 33UB310.510 工程应用一般取整数值，一次侧基准电流为5500A

1.5 系统最大运行方式下的系统阻抗：Zsin 系统最小运行方式下的系统阻抗：Zmax2.5

（1）、A点短路电流最大值（有各值，取最大运行方式下三相短路电流）

(3) IF.A.maxIBZS.min55003666.7(A) 1.59

A点短路电流最小值（有各值，取最小运行方式下的两相短路电流） I(2)F.A.minIBZS.max17002200(A) 2.5（2）、B点短路电流最大值（有各值，取最大运行方式下三相短路电流） I(3)F.B.maxIB55001000(A) ZS.minZAB1.54.1 B点短路电流最小值（有各值，取最大运行方式下两相短路电流） I(2)F.B.minIB5500846.15(A) ZS.maxZAB2.54.1（3）C点短路电流最大值（有各值，取最大运行方式下三相短路电流）

(3) IF.C.maxIB5500215.7(A) ZS.minZABZT1.54.120.5 C点短路电流最小值（有各值，取最大运行方式下两相短路电流）

(2) IF.C.minIB5500207.5(A) ZS.maxZABZT2.54.120.5（4）D点短路电流最大值（有各值，取最大运行方式下三相短路电流）

(3) IF.D.maxIB5500215.7(A) ZS.minZABZT1.54.120.5 D点短路电流最小值（有各值，取最大运行方式下两相短路电

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流） I5500 I(2)F.D.BminZZ20.5207.5(A) S.maxZABT2.54.110KV备用电源线路：

IF.A.max3666(A)

IF.Amin2200(A)

六、变电所一次设备的选择与校验

1、电流的校验

（1）高压电路的短路冲击电流及其有效值

i(3)sh2.55I(3)F.B.max10.12(KA)

I(3)1.5tI(3)shF.B.ma x

（2）高压电路的短路冲击电流及其有效值

i(3)sh1.84I(3)F.C.max331.2(A)

I(3).09I(3)sh1F.C.max196.2(A)

2、隔离开关、负荷开关和断路器的稳定度校验 （1）、动稳定检验条件： i(3)

maxishI(3)

maxIsh（2）热稳定校验条件： I2(3)2tItma

It——开关的热稳定电流有效值（单位：A)

I(3)——开关的热稳定试验时间（单位：S）

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Ima——短路发热假想时间 tmaI32th0.05() (由于I3I)

I tmath0.05 （一般取1S） 动稳定：16>10.12（KA） 断路器

热稳定：16×16×2=512>200

动稳定：16>10.12（KA） 隔离开关

热稳定：16×16×2=512>200

3、设备的选择 高压断路器 型号 L.NL-35 L.NL-10 额定电压 35KV 10KV 额定电流 5000A 5500A 容量 600MVA 500MVA 动稳定 40KA 20KA 断流能力 16KA 14KA 热稳定 16x16x2=512 14x14x2=392 分闸时间 0.06S 0.03S 隔离开关 型号 GM19-35D/5000 GM18-10D/5500

额定电压 55KV 10KV 额定电流 5000A 5500A 动稳态电流 16KA 14KA 热稳态电流 512 392 12

低压断路器

长延时动作整型号 定电流 D-45.200

128-200A 600-2000A 瞬时动作电流 七、计量柜

1、用途与特点

JLSY一35 III型组合互感器(电力计量箱)是由三只电压互感器、三只电流互感器组合而成(简称三元件)，系油浸户外式(更可用于户内)，主要供35kV，频率为50Hz电网中作高压电能计量之用，更适用于电力负荷不平衡甚至是单相负荷的用户，使电能计量更为准确。本产品的一次中性点引出并装加消谐器后，可阻止高、低频过电压；谐振过电压；操作过电压；雷击过电压及各种过电流，从而有效地保护产品不受损害。为适合不同时期电力负荷的变化需要，产品可制成双电流比，以供调整选择。若采用双向计量表箱，可供联网计量之用(即分别计量发电和用电的电量)。本产品具有精度高、体积小、绝缘可靠，散热性能好，运行安全稳定，接线简单方便等特点。根据用户的不同要求，产品型式多样，可任意搭配，自由选择，是当前电能管理的理想设备。

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2、主要技术参数 （1）、额定频率：50Hz

（2）、绝缘电阻：一次对二次及一次对地≥1000MΩ； 二次对二次及二次对地≥50MΩ

（3）、1秒热稳定电流：75倍的额定一次电流(有效值) （4）、动稳定电流：188倍的额定一次电流(峰值) 3、使用环境条件

（1）、 海拔高度：≤1000m （2）、 最大风速：35m/s （3）、 最高环境温度：+45℃ （4）、 最热月平均气温：+35℃ （5）、 最低环境温度：-20℃ （6）、 最大日温差：25℃ （7）、 覆冰：10mm

（8）、 污秽等级：重污秽地区泄露距离≥1200mm 4、计量柜和开关柜的选择 1、计量柜

35KV侧计量柜的型号 10KV侧计量柜的型号

JL-03 GG-1A-JL-02 14

1、开关柜

35ＫＶ侧开关柜的型号 ＰＧＬＩ１－５５００ＧＧＤ１－３５ ＰＧＬＩ－４０ＧＧＤ１＝０．４ ＰＧＬＩ１－５０００ＧＧＤ１－１０ 低压侧开关柜 １０ＫＶ侧开关柜

八、母线的校验

1、母线的短路稳定校验 （1）、动稳定校验条件。 alc

al—母线材料的最大允许应力。

硬铜al=140（MPa） 硬铝al=70（MPa）

(3) c母线通IF.C.max时所受到的最大计算应力（单位MPa）

上述最大计算应力接下式计算：

M c=

W(3) M——母线通过IF.C.max时受到弯曲力矩（单位为N.m）

当母线的档数为1—2时，M=F(3) 当母线的档数多于2时，MF(3)l8l 10 15

(3) 这里F(3)3IF.C.maxl，其中l为107（单位为N）

a(3)档距（单位m），a为母线轴线间距离（单位为m）。IF.C.xma为

通过母线的三相短路冲击电流。

W——母线截面系数（单位为m3）当母线水平放置时

b2Wh6这里的b为母线截面的水平宽度（单位为

m）,h 为母线截面的垂直宽度（单位为m）。

（2）热稳定校验条件 AA)iminminI(3C A——母线截面积

A2min——满足短路热稳定条件的最小截面积（单位mm） C——母线材料的热稳定系数（查表）

I(3)——母线通过的三相短路稳态电流（单位为A）

低压母线LMY（50×40）

动稳态检验：l4(m) a0.5(m)

F3I(3)l7F.C.maxa10 联MFl 系8方 程Wb2h6 McW 解得：C60(MPa)

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alc60(MPa) (al140MPa) 热稳态检验：

短路热稳定系数：87(ASmm2) AminI(3)imin C 解得：Amin170(mm2)

A504200(mm2)

AAmin 2、母线选择

短路热稳态系型号 LMY 材料 铜 规格 数A （50×4）mm 87 母线 九、电缆计算和选择

1、电缆的计算

T=3800h

max

J=1.73(A/mm2)

S=I/J=215/1.73=124mm3

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2、电缆的校验

(3)F(3)3IF.C.maxla107=715107N

3、电缆的选择

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在选择电缆时必须满足；电缆型号支柱绝缘子承受力比上计算数据大于60%。 聚氟乙烯导体材料 （PVC）绝缘电缆 铜 作温度 65度 作温度 160度 数 115 长期也许工短期也许工短路稳定系 电缆

十、防雷和接地装置的确定

1、避雷针

（1）避雷针宜设的接地装置，在非高土壤电阻地区，其工频接地电阻Rg≤10Ω。当困难中，可将接地装置与主接地地网连接。避雷针与主接地线的长度不得小于15m.

（2）避雷针及其引下线与变配电装置在空气中的水平间距S（单D位为m）应满足下列两式要求 SD ≥0.2 Rg+0.1h

Rg————接地电阻（单位为Ω） h————避雷针检验点高度（单位为m）

2、接地

在电力系统稳态分析课程学习中得知：110KV以上的直接接地装置。60KV一下的不需要接地装置。35KV的电力系统中性点不需要接地装置。考虑到特殊情况需要消弧接地，消弧接地中一般选择过补偿（过补偿：感性电流大于容性电流）

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3避雷针和接地选择:查参考书是一套设备 避雷针及接地一套设备（JYN1—35）

高压额定电压 25KV 高压额定电流 5．5KA 十一、应收集的资料与参考文献

1、电力系统设计手册,中国电力出版社,1996 2.陈珩.电力系统稳态分析，中国电力出版社(M),2006 3.赵彩虹等.供配电系统（上、下）中国电力出版社(M),2008 4.赵彩虹等.供配电系统（上、下）中国电力出版社(M),2008 5.狄富清.变电设备合理选择与运行检修(M).机械工业出版社.2006

6.35～110KV变电所设计规范 GB50059－92

十二、收获和体会

通过本次课程设计，首先感触最深的就是通过三年的学习，

把各门的知识综合在一起，相互联系在一起解决遇到的问题，使我对35kV总降压变电站设计有比较全面的了解。锻炼了分析问题、解决问题的能力。培养工程应用能力。

十三、主接线方案

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方案一

方案二

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两方案进行对比：方案一首先在经济性上就比较实惠，从供电方案上考虑供电比较可靠，结合对比我们选择方案一做。

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