35kV变电所电气部分毕业设计论文

摘要：

随着电力行业的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供稳固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电所的合理设计和配置。一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。出于这几方面的考虑，本论文设计了一个35kV降压变电站,此变电站有两个电压等级，一个是35kV，一个是10kV。同时对于变电站内的主设备进行合理的选型。本设计选择选择两台主变压器，其他设备如断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，无功补偿装置和继电保护装置等等也按照具体要求进行选型、设计和配置，力求做到运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性。使其更加贴合实际，更具现实意义。

关键词 35kV变电所 设计

1  引言

电能是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量储存的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界电力工业发展规律，因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。

变电所作为变电站作为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。对其进行设计势在必行，合理的变电所不仅能充分地满足当地的供电需求，还能有效地减少投资和资源浪费。

本次设计根据一般变电所设计的步骤进行设计，包括负荷统计，主变选择，主接线选择，短路电流计算，设备选择和校验，继电保护，防雷措施等几大块。并依据相关规定和章程设计其中个个步骤，所以能满足一般变电所的需求。

根据我国变电所目前现有电气设备状况以及今后发展趋势，应选用新型号、低损耗、低噪声的电力变压器及性能好、时间长、免维护的SF6断路器及高压开关柜。为此新的设备选择也在设计中得以体现。由于时间仓促和自身知识的局限，导致在设计中难免有遗漏和错误之处，望读者予以批评指正。

原始资料

1、系统阻抗  x=1.02；（Sj=100MV•••A;  Uj=Uav）

2、本变电所采用二级电压，电压等级为35/11kv，主变压器容量为2﹡4000kV•••A ，35kv出线2回；10kV出线12回（近期10回，预留2回）。

3、系统情况： 该变电站除供地区负荷。

4、环境条件：年最高温度：C        年最低温度：-C

5、海拔高度：200m     土质：粘土、土壤电阻率<250欧姆·米

6、负荷情况：10kV侧：最大30MW，最小20MW，Tmax=6000h，

三、设计任务

1、选择主变的容量、型号、台数。

2、电气主接线的设计

3、短路电流计算及设备选择

4、编制设计说明书

四、设计成果

1、设计说明书和计算书各一份

2、主电路和所用电路图各一份

3.1 负荷分析

根据用电的重要性和突然中断供电造成的损失程度可以将负荷分为以下三类：

1一类负荷

一类负荷，又称为一级负荷，是指突然中断供电将造成人身伤亡或引起对周围环境的严重污染，造成经济上的巨大损失。如重要大型设备损失、重要产品或重要原料生产的产品大量报废、连续生产过程被打乱且需要长时间才能恢复、造成社会秩序严重混乱或产生政治上的重大影响、重要的交通和通讯枢纽中断、国际社交场所没有照明等。

  2 二类负荷

二类负荷，又称为二级负荷，是指突然中断供电会造成经济上的较大损失。如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产、连续生产过程需要较长时间才能恢复、造成社会秩序混乱、在政治上产生较大影响、交通和通讯枢纽以及城市供水中断、广播电视、商贸中心被迫停止运营等。

  3 三类负荷

  三类负荷，又称为三级负荷，是指不属于以上一类和二类负荷的其他用电负荷。对于这类负荷，供电所所造成的损失不大或不会直接造成损失。

 用电负荷的分类，其主要目的是确定供电工程设计和建设的标准，保证建成投入运行工程供电的可靠性，能满足生产或社会安定的需要。对于一级负荷的用电设备，应有两个及以上的电源供电，并辅之一其他必要的非电保安设施。二级负荷应由两回线供电，但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。这次设计的变电所所带的负荷均为三级负荷，因此可以用单回线路供电。

主变压器的选择

4.1 规程中的有关变电所主变压器选择的规定

1主变容量和台数的选择，应根据《电力系统设计技术规程》SDJ161—85有关规定和审批的电力规划设计决定进行。凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。若变电所所有其他能源可保证在主变停运后用户的一级负荷，则可装设一台主变压器。

2与电力系统连接的220~330kV变压器，若不受运输条件，应选用三相变压器。

3根据电力负荷的发展及潮流的变化，结合系统短路电流、系统稳定、系统继电保护、对通信线路的影响、调压和设备制造等条件允许时，应采用自耦变压器。

4在220~330kV具有三种电压的变电所中，若通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。

5主变调压方式的选择，应符合《电力系统设计技术规程》SDJ161的有关规定。

4.3 主变容量的确定

2*4000KVA

4.4 主变形式的选择

  主变一般采用三相变压器，若因制造和运输条件，在220kV的变电所中，可采用单相变压器组。当今社会科技日新月异，制造运输以不成问题，因此采用三相变压器。

  在关于绕组上，只有220~330kV具有三种电压的变电所中，若通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。此次设计的变电所只有35kV和10kV两个电压等级，所以采用双绕组变压器。

  我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。因此35kV侧采用Y连接，10kV侧采用△接线。

  根据上述的讨论选用35kV铝线双绕组电力变压器，该变压器的型号为

S9-4000/35.具体技术数据如下表：

 变压器技术参数

5.1 电气主接线概述

发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统得安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会长生直接的影响。.

5.2 主接线的设计原则

 1发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用；

 2发电厂、变电所的分期和最终建设规模；

 3负荷大小和重要性；

 4系统备用容量大小；

 5系统专业对电气主接线提供的具体资料。

5.3 主接线设计的基本要求

根据我国能源部关于《220~500kV变电所设计技术规程》SDJ 2-88规定：“变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、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。”因此对主接线的设计要求可以归纳为以下三点。

1可靠性；2灵活性；3经济性。

5.4 主接线设计

电气主接线的基本形式就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线为主体。大致分为有汇流母线和无汇流母线两大类。其中有汇流母线的接线形式可概括地分为单母线接线和双母线接线两大类；无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。

5.4.1 35kV侧主接线设计

35kV侧进线一回，由于使用两台变压器并且还和另一座变电所联络，所以出线三回。

由《电力工程电气设计手册》第二章关于单母线接线的规定：“35~63kV配电装置的出线回数不超过3回”。故35kV侧应采用单母线接线。

5.4.2 10kV侧主接线设计

10kV侧出线10回，后备出线2回。

由《电力工程电气设计手册》第二章规定：6~10kV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母线分段接线，当短路电流过大、出线需要带电抗器时，也可采用双母线接线。

5.4.3主接线方案的比较选择

由上可知，此变电所主接线的接线有两种方案。

方案一图：

图5.1 电气主接线方案一图

方案一35kV侧采用的单母线接线，接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。10kV采用单母线分段连线，对重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。

方案二图：

图5.2 电器主接线方案二图

方案二10kV侧通过双母线虽然可以使供电更可靠，调度更加灵活，但每增加一组母线就使每回路需要增加一组母线隔离开关，当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。并且，带设计边变电所的负荷均每什么一类、二类负荷，没必要增加投资选择双母线接线。综合考虑：

方案一：35kV侧采用单母线接线，10kV侧采用单母线分段。

方案二：35kV侧采用单母线接线，10kV侧采用双母线接线。

通过比较可以得知还是选方案一比较合适，即35kV侧采用单母线接线，10kV侧采用单母线分段。

短路电流计算

产生短路的原因和短路的定义

产生短路的主要原因是电器设备载流部分的绝缘损坏。绝缘损坏的原因多因设备过电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路倒杆也能造成短路事故。所谓短路时指相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。

 短路的种类

  三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路、和两相接地短路。三相短路时对称短路，此时三相电流和电压同正常情况一样，即仍然是对称的。只是线路中电流增大、电压降低而已。除了三相短路之外，其它类型的短路皆系不对称短路，此时三相所处的情况不同，各相电流、电压数值不等，其间相角也不同。

  运行经验表明：在中性点直接接地的系统中，最常见的短路是单相短路，约占短路故障的65~70%，两相短路约占10~15%，两相接地短路约占10~20%，三相短路约占5%

6.1.3 短路电流计算的目的

1电气主接线比选；2选择导体和电器；3确定中性点接地方式；4计算软导体的短路摇摆；5确定导线间隔棒的间距；6验算接地装置的接触电压和跨步电压；7选择继电保护装置和进行整定计算。

6.2 短路电流计算的方法和条件

短路电流计算方法

电力系统供电的工业企业内部发生短路时，由于工业企业内所装置的元件，其容量比较小，而其阻抗较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路情况时，系统母线上的电压变动很小，可以认为电压维持不变，即系统容量为无穷大。所谓无限容量系统是指容量为无限大的电力系统，在该系统中，当发生短路时，母线电业维持不变，短路电流的周期分量不衰减。当然，容量所以们

在这里进行短路电流计算方法，以无穷大容量电力系统供电作为前提计算的，其步骤如下：

  1对各等值网络进行化简，求出计算电抗；

  2求出短路电流的标么值；

  3归算到各电压等级求出有名值。

 短路电流计算条件

1短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则：

（1）正常工作时，三相系统对称运行；

（2）所有电源的电动势相位角相同；

（3）系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响，转子结构完全对称，定子三相绕组空间位置相差120度电气角度；

（4）电力系统中的各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；

（5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧；

（6）同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；

（7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；

（8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

（9）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的都略去不计；

（10）元件的计算参数均取为额定值，不考虑参数的误差和调整范围；

（11）输电线路的电容略去不计；

（12）用概率统计法制定短路电流运算曲线。

2接线方式

计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方

式，而不能用仅在切换过程中可能并联运行的接线方式。

3计算容量

 应按本工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划。

4短路点的种类

一般按三相短路计算，若发电机的两相短路时，中性点有接地系统的以及自耦变压器的回路中发生单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况的时候进行计算。

5短路点位置的选择

短路电流的计算，为选择电气设备提供依据，使所选的电气设备能在各种情况下正常运行，因此短路点的选择应考虑到电器可能通过的最大短路电流。为了保证选择的合理性和经济性，不考虑极其稀有的运行方式。取最严重的短路情况分别在10kV侧的母线和35kV侧的母线上发生短路情况（点a和点b发生短路）。则选择这两处做短路计算。

图6.1 短路点选择图

6.3 短路电流的计算

6.3.1 10kV侧短路电流的计算

图中a点短路，由于A,B系统短路容量都很大，可以近似都看作为无穷大系统电源系统。

取Sj=100MW，Uj1=37kV，Uj2=10.5kV。由公式

I=                            （6-1）

求的Ij1=1.56kA，Ij2=5.50kA。

  线路等效图如下图所示：

图6.2 10kV侧短路等效图

线路标幺值                                           

变压器标幺值  X=                                          

=0.07*100/4=1.75

取E1=E2=1 简化后等效电路图如下图所示：

图6.3 10kV侧短路等效简化图

三相短路电流周期分量有效值

  I==5.5/(0.0755+1.75)=3.01kA               

三相短路冲击电流最大值

                         Ish=2.55* I =2.55*3.01=7.67kA            

短路冲击电流有效值

     Ish=1.51* I=1.51*3.01=4.55kA             

三相短路容量

      S=U I  =1.732*10.5*3.01=54.74MVA      

35kV侧短路电流的计算

等效电路图如下图所示：

 35kV侧短路等效简化图

三相短路电流周期分量有效值

I==1.56/0.0755=20.226kA

三相短路冲击电流最大值

ish=2.55* I=2.55*20.226=51.58kA

短路冲击电流有效值

Ish=1.51* I=1.51*20.226=30.54kA

三相短路容量

S=*U I=1.732*37*20.226=1296.2MVA

6.3.3 三相短路电流计算结果表

表6.1 三相短路电流计算结果表

电气设备选择的一般条件

电气设备选择的一般原则

  1 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；

  2 应按当地环境条件校核；

  3 应力求技术先进和经济合理；

  4 与整个工程的建设标准应协调一致；

  5 同类设备应尽量减少品种；

  6 选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。

电气设备选择的技术条件

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。

1长期工作条件

（1）电压

  选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug，即

UmaxUg

（2）电流

选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig，即IeIg

由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。

（3）机械荷载

所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。

 2短路稳定条件

（1）校验的一般原则

① 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相严重时，应按严重情况校验。

（3）短路的动稳定条件

                                                            （7-2）

                                I                            （7-3） 

  式中—短路冲击电流峰值（kA）；

      I—短路全电流有效值（kA）；

      —电器允许的极限通过电流峰值（kA）；

      —电器允许的极限通过电流有效值（kA）。

3绝缘水平

在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保护设备。

环境条件

按《交流高压电器在长期工作时的发热》（GB763-74）的规定，普通高压电器在环境最高温度为+40时，允许按额定电流长期工作。当电器安装点的环境温度高于+40（但不高于+60）时，每增高1，建议额定电流减少1.8%；当低于+40时，每降低1，建议额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%。普通高压电器一般可在环境最低温度为-30时正常运行。在高寒地区，应选择能适应环境温度为-40的高寒电器。在年最高温度超过40，而长期处于低湿度的干热地区，应选用型号带“TA”字样的干热带型产品。

本次设计的变电所所在地区最高气温；最低气温；年平均气温；最热月平均最高温度。对于屋外安装场所的电器最高温度选择年最高温度，最低温度选择年最低温度，可见最高气温为+41，由规定知在选择电器设备时额定电流应减少1.8%，最低温度为-12，电器设备可正常运行。

 断路器隔离开关的选择

35kV侧进线断路器、隔离开关的选择

流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流

 =2*4000/（1.732*35）=132A

  额定电压选择   35kV

 额定电流选择   

  开断电流选择   

本设计中35kV侧采用SF6断路器，因为与传统的断路器相比，SF6断路器采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质，这种断路器具有断口耐压高，允许的开断次数多，检修时间长，开断电流大，灭弧时间短，操作时噪声小，寿命长等优点。因此可选用LW8—35A型户外高压SF6断路器。

选用的断路器额定电压为35kV，最高工作电压为40.5kV，系统电压35kV满足要求。

选用的断路器额定电流1600A，去除1.8%的温度影响为1571A，大于最大持续工作电流，满足要求。

选用的断路器额定短路开断电流31.5kA，大于短路电流周期分量有效值13.3447kA，满足要求。

LW8—35A

选用的隔离开关额定电压为35kV，系统电压35kV满足要求。

选用的断路器额定电流630A，去除1.8%的温度影响为618.7A，大于最大持续工作电流，满足要求。

GW14—35/630

 流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流

=

额定电压选择   10kV

  额定电流选择   

  开断电流选择   

  10kV侧选用真空XGN2—10开关柜中的ZN28—10型真空断路器

选用的断路器额定电压为10kV，最高电压11.5kV，系统电压10kV满足要求。

选用的断路器额定电流1600A，去除1.8%的温度影响为1571A，大于最大持续工作电流，满足要求。

表7.4 ZN28—10具体参数比较表

选用的隔离开关额定电压10kV，最高工作电压11.5kV系统电压10kV，满足要求。

    选用的隔离开关额定电流2000A，去除1.8%的温度影响为19A，大于最大持续工作电流，满足要求。

GN25—10

最后选择：

断路器-隔离开关选择一览表

这次我选择的课程设计题目是变电所的设计，对于这样的题目其实并不陌生，上学期期末的电气工程课程设计中的一个题目便是类似的发电厂设计。上学期又学习了两门专业课“发电厂电气部分”和“电力系统继电保护”。学习了这三门课，为这学期的课程设计打下了理论基础。

经过两个星期的努力，我终于完成了这个题目。在此过程中，我从对变电站的生疏，到了解，再到深入研究，最终完成了对35kV变电所电气部分的设计。其中包括了电气一次部分主接线的设计和各种电气设备的选择，也有二次继电保护方面的简单介绍，最后加上了一些防雷措施。本次设计基本是按照变电所设计基本步骤做下来的，因此也能达到一般变电所的性能要求。其中还对新设备进行了选择，适应于目前的趋势。

总之，我觉得我的课程设计做的还是比较成功的，因为我有不小的收获。一是为提高自己学历，二是随着科技进步，深感自身所掌握的知识贫乏，已不能更好地适应工作需要，希望通过学习，提高自身的知识文化水平，三是在校学习期间，由于所学理论知识都是书本上的，与实际实践相差很远，结合不深，知识不是掌握得很好， 现在，整个大学学习课程已经全部结束，开始做课程设计，这是在全部理论课程及完成各项实习的基础上进行的一项综合性环节，

致谢

   经过两个星期的时间，我顺利的完成了这次课程设计。从总体上来说，我对自己的成果还是比较满意的，也基本上达到了老师的要求。这段时间我翻阅了许多的书籍，从对变电站的生疏，到了解，再到深入研究，第一次完成了一件实际应用的设计。不过由于本人经历、阅历、实际操作能力有限。难免存在一些不近人意的地方，请各位老师指点。 

通过本次设计，不仅丰富了我的专业知识，还让我深深体会到了认识事物的过程。从拿到题目，再查阅资料，对题目进行设计、论证、修改到设计的完成。体现了理论联系实际的重要性。更重要的是这次设计让我学会了让自己完成一件事情，为将来参加工作做好基础。本设计的顺利完成，自己付出了许多劳动，但与胡老师的细心指教是分不开的。在过程中体现出胡老师的渊博专业知识，更体现出了胡老师的宽厚待人的品质。我在设计过程中不但学会了勤奋求实的工作精神，更懂得了待人的品质。这一切将在我以后的工作生涯中起着重要的作用。借此机会，向帮助过我的老师，特别是胡老师，表示衷心的谢意！

在此过程中，我还要特别感谢给予我帮助的同学、朋友们，是在他们的鼓励、支持下我才会有今天的成绩。

参 考 文 献

1  熊信银. 《发电厂电气部分》（第三版）.北京：中国电力出版社，2004.9

2  丁毓山. 《变电所设计》(10~220kV).沈阳：辽宁科学技术出版社，1993

3  沈培坤. 《刘顺喜.防雷与接地装置》.北京：化学工业出版社，2005.12

4  林  莘. 《现代高压电气技术》 北京：中国 电力 出版社 2002

5  周裕厚. 《变配电所常见故障处理及新设备应用》北京：中国物质出版社，2002.5

6  狄富清. 《变电设备合理选择与运行检修》北京：机械工业出版，2006.1

7、陈  跃. 《电气工程专业毕业设计指南  电力系统分册》中国水利电力出版社  

8、范锡普. 《发电厂电气设备》华中工学院

   机械电气工程    系   07电气工程      专业          2      班

学生：     魏 志 军       

日期：自10年11 月22日至10年12月3日

指导教师：    胡 雪 云