KV變電所一次系統(tǒng)電氣主接線的設(shè)計

1、35KV變電所一次系統(tǒng)電氣主接線的設(shè)計目錄課程設(shè)計目的、設(shè)計原始資料及分析、設(shè)計任務(wù)及要求3主接線方案論證5變壓器臺數(shù)及容量選擇7短路電流計算9無功補(bǔ)償分析10設(shè)計小結(jié)12參考文獻(xiàn)12A. 課程設(shè)計目的、設(shè)計原始資料及分析、設(shè)計任務(wù)及要求（一）設(shè)計目的本課程設(shè)計是高校工科電氣類相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)實踐課。其目的是：1. 鞏固和擴(kuò)大所學(xué)的專業(yè)理論知識，并在課程設(shè)計的實踐中得到靈活應(yīng)用；2. 學(xué)習(xí)和掌握發(fā)電廠、變電所電氣部分設(shè)計的基本方法，樹立正確的設(shè)計思想;3. 培養(yǎng)獨立分析和解決問題的工作能力及解決實際工程設(shè)計的基本技能；4. 學(xué)習(xí)查閱有關(guān)設(shè)計手冊、規(guī)范及其他參考資料的技能。（二）設(shè)計條件（原始

2、資料）1、某企業(yè)為保證供電需要，要求設(shè)計一座35KV降壓變電所，以10KV電纜給各車間供電，一次設(shè)計并建成。2、距該變電所65KM處有一系統(tǒng)變電所，用35KV雙回架空線路向待設(shè)計的變電所供電。在最大運行方式下，待設(shè)計變電所高壓母線上的短路功率為1000MVA。3、待設(shè)計變電所10KV側(cè)無電源，考慮以后裝設(shè)兩組電容器，提高功率因數(shù)，故要求預(yù)留兩個間隔。4、35KV出線7回，最大負(fù)荷10000KVA,cos=0.8,Tmax=4000h;10KV出線10回，最大負(fù)荷3600KVA,cos=0.8,Tmax=3000h。5、本變電所10KV母線到各車間均用電纜供電，其中一車間和二車間為I級負(fù)荷，其余

3、為皿級負(fù)荷。各饋線負(fù)荷如表1所示。表1各饋線負(fù)荷序號車間名稱有功功率（KW）無功功率（KVAR）1一車間10464712二車間7354873機(jī)械加工車間8085724裝配車間10004915鍛工車間9202766高壓站13502977高壓泵房7374968其他9316756、所用電的主要負(fù)荷見表2。表2所用電的主要負(fù)荷序號設(shè)備名稱額定容量（KW）功率因數(shù)臺數(shù)1主充電機(jī)200.8812浮充電機(jī)4.50.8513蓄電池室通風(fēng)2.70.8814屋內(nèi)配電裝置通風(fēng)1.20.7925交流電焊機(jī)15.50.526檢修試驗用電130.817載波0.960.6918照明負(fù)荷180.89生活用電140.87、環(huán)境

4、條件：當(dāng)?shù)睾０胃叨?07.4m,年雷電日36.9個，空氣質(zhì)量優(yōu)良，無污染，歷年平均最高氣溫29.9C,土壤電阻率pV500Q?m（三）原始資料分析1. 本站經(jīng)2回35KV線路與系統(tǒng)相連，分別用35KV和10KV向本地用戶供電。2. 環(huán)境參數(shù)：海拔1000米，地震級5級，最低溫度0C,最高溫度35C,雷暴20日/年。3. 系統(tǒng)參數(shù)：110KV系統(tǒng)為無窮大系統(tǒng)，距離本站65KM，線路阻抗按0.4歐/KM計算。4. 35KV出線7回，最大負(fù)荷10000KVA,cos©=0.8,Tmax=4000h;10KV出線10回，最大負(fù)荷3600KVA,cos=0.8,Tmax=3000h,均為一般用

5、戶。5. 站用電為160KVA。根據(jù)本站為2回110KV線路進(jìn)線，35KV、10KV最大負(fù)荷時間分別為4000h、3000h,可以判斷本站為重要變電站，在進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該側(cè)重丁供電的可靠性和靈活性。（四）設(shè)計任務(wù)1、電氣主接線方案論證及制圖；2、主變壓器容量、型式及臺數(shù)的選擇；3、所用變壓器容量、臺數(shù)的選擇；4、短路電流計算；5、導(dǎo)體及主要電氣設(shè)備的選擇（選做）；6、無功補(bǔ)償分析。(五)設(shè)計要求1、主接線方案論證：變電所設(shè)計技術(shù)規(guī)程規(guī)定：35KV配電裝置中，當(dāng)進(jìn)線為2回時，一般采用橋行接線；當(dāng)出線為2回以上時，一般采用單母線分段或單母線接線。應(yīng)考慮幾個方案，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和技術(shù)比較并選擇最終方案。這

6、里給出單母線接線、單母分段接線、內(nèi)橋接線、外橋接線四個方案。2、主變壓器容量的選擇：一般選用兩臺以上主變壓器，每臺主變壓器的容量要求能帶全部負(fù)荷的70%80%。3、所用變壓器容量的選擇：所用變壓器一般選用兩臺以上，每臺容量S>Ki-EPi+EP2.式中Ki=0.85,EPi所用動力負(fù)荷之和；EP2電熱及照明負(fù)荷之和。4、短路電流計算：(1) 做出系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖。選定兩個短路點Ki、K2(主變高壓側(cè)、10KV母線上)；變壓器參數(shù)計算；計算短路電流周期分量ich、短路電流最大有效值Ich。5、導(dǎo)體與電氣設(shè)備的選擇：(選做，不作硬性要求)包括35KV輸電線路、i0KV電纜；35KV斷路器及隔離開關(guān)

7、、i0KV斷路器及隔離開關(guān)；電流互感器、電壓互感器的配置；避雷器的配置。6、無功補(bǔ)償：這里僅要求闡述無功補(bǔ)償?shù)囊饬x和補(bǔ)償方式，并對各種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點進(jìn)行分析，不作具體計算。B. 主接線方案論證方案一：單母線接線各電源和出線都接在同一條公共母線上，其電源在發(fā)電廠是發(fā)電機(jī)或變壓器，在變電所是變壓器或高壓進(jìn)線回路。ffiz2單母線接線方式<a）單電源供電單母線接線（h）雙電源供旭單酵線接生1. 單母線接線的優(yōu)點簡單、清晰、設(shè)備少、投資小、運行操作方便，有利于擴(kuò)建和采用成套配電裝置。2. 單母線接線的主要缺點母線或母線隔離開關(guān)檢修時，連接在母線上的所有回路都將停止工作；當(dāng)母線或母線隔離開關(guān)上發(fā)

8、生短路故障或斷路器靠母線側(cè)絕緣套管損壞時，所有斷路器都將自動斷開，造成全部停電；檢修任一電源或出線斷路器時，該回路必須停電。3. 單母線接線對出線的要求單母線接線方式，10kV出線一般不超過5回，35出線不超過5回，110220出險不超過2回。方案二單母線分段接線國X工單理線分段接技3）用斷路器分段<b）用隔離開美分段出線回路數(shù)增多時，可用斷路器或隔離開關(guān)將母線分段，成為單母線分段接線，如圖8-3所示。根據(jù)電源的數(shù)目和功率，母線可分為23段。1. 單母線分段接線的優(yōu)點該接線方式由雙電源供電，故供電可靠性高，同時具有接線簡單、操作方便、投資少等優(yōu)點。當(dāng)一段母線發(fā)生故障時，分段斷路器或隔離開

9、關(guān)將故障切除，保證正常母線不間斷供電，不致使重要的用戶停電，提高了供電的可靠性。2. 單母線分段接線的缺點當(dāng)一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，必須斷開接在該分段上的全部電源和出線，這樣就減少了系統(tǒng)的發(fā)電量，并使該段單回路供電的用戶停電；任一出線斷路器檢修時，該回路必須停止工作。方案三內(nèi)橋接線3內(nèi)析接發(fā)外僑接我(c)雙斷路器橋形棱線圖s-r.橋接線(QL聯(lián)絡(luò)斷路器)內(nèi)橋接線如圖8-15(a)所示，橋臂置于線路斷路器的內(nèi)側(cè)。其特點如下：(1) 線路發(fā)生故障時，僅故障線路的斷路器跳閘，其余三條支路可繼續(xù)工作，并保持相互間的聯(lián)系。(2) 變壓器故障時，聯(lián)絡(luò)斷路器及與故障變壓器同側(cè)的線路斷路器均自動跳

10、閘，使未故障線路的供電受到影響，需經(jīng)倒閘操作后，方可恢復(fù)對該線路的供電。(3) 線路運行時變壓器操作復(fù)雜。內(nèi)橋接線適用于輸電線路較長、線路故障率較高、穿越功率少和變壓器不需要經(jīng)常改變運行方式的場合。方案四外橋接線外橋接線如圖8-15(b)所示，橋臂置于線路斷路器的外側(cè)。其特點如下：(1) 變壓器發(fā)生故障時，僅跳故障變壓器支路的斷路器，其余支路可繼續(xù)工作，并保持相互間的聯(lián)系。(2) 線路發(fā)生故障時，聯(lián)絡(luò)斷路器及與故障線路同側(cè)的變壓器支路的斷路器均自動跳閘，需經(jīng)倒閘操作后，方可恢復(fù)被切除變壓器的工作。(3) 線路投入與切除時，操作復(fù)雜，影響變壓器的運行。這種接線適用于線路較短、故障率較低、主變壓器

11、需按經(jīng)濟(jì)運行要求經(jīng)常投切以及電力系統(tǒng)有較大的穿越功率通過橋臂回路的場合。綜上分析，變電所負(fù)荷均為一、二級負(fù)荷，要安全可靠性高，因此，35KV進(jìn)線采用內(nèi)橋接線方式最優(yōu)，母線采用單母線分段接線方式最優(yōu)。變壓器臺數(shù)及容雖選擇一、變電站主變壓器臺數(shù)及容量選擇(一)變電所主變壓器臺數(shù)的選擇選擇主變壓器臺數(shù)應(yīng)考慮下列原則：1）應(yīng)滿足用電負(fù)荷對供電可靠性的要求。對供有大量一，二級負(fù)荷的變電所，應(yīng)采用兩臺變壓器，以便當(dāng)一臺變壓器發(fā)生故障或檢修時，另外一臺變壓器能對一，二級負(fù)荷繼續(xù)供電。2）對季節(jié)性負(fù)荷或晝夜負(fù)荷變動較大而宜采用經(jīng)濟(jì)運行方式的變電所，也可以考慮米用兩臺變壓器。綜上，選取兩臺主變壓器。（二）變電所

12、主變壓器容量選擇。每臺變壓器的容量Snt應(yīng)同時滿足以下兩個條件：任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足：Snt（0.60.7）&。任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足：Sn.TS30（|II），即滿足全部一、二級負(fù)荷需求。為滿足以后擴(kuò)建的需要，還應(yīng)同時滿足：Sn.T3600KVAX（16%）8=5737.85KVA所以選取兩臺S9-6300/35型號變壓器。、站用變壓器臺數(shù)及容量的選擇站用變?nèi)萘康挠嬎悖篠=20/0.88+4.5/0.85+2.7/0.88+2*1.2/0.79+2*15.5/0.5+13/0.8+0.96/0.69+18/0.8+14/0.8=153.77KVA根據(jù)上述計算結(jié)果，可

13、以直接選用兩臺S9-160/35型號變壓器（其中，一臺備用）。所選變壓器技術(shù)參數(shù)如下表所示:變壓器型號額定容量/kVA額定電壓/kV聯(lián)結(jié)組別損耗/kW空載電流I%短路阻抗Uk%次次空載負(fù)載S9-6300/3563003510.5Yd117.934.50.77.5S9-160/35160350.4Yyn00.452.81.86.5D.短路電流的計算KT8系統(tǒng)架空線L=65KM35KV1) 、確定基準(zhǔn)值Sd=100MV-AId1=SdUc1=35KV+35X5%KV=36.75KV100X106VA=1.57KAUc2=10KV+10X5%KV=10.5KVv3?1招X36.75X3Vsd100X

14、106VAId2=5.5KAv3xUc2v3x10.5x30/：、計算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值.電力系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值：、，？100MVAc/2) X.=0.111000MVA.架空線路的電抗標(biāo)幺值：Soc=1000MVAX0=0.4Q/Km100x106/e=1.93(36.75X佝23).電力變壓器的電抗標(biāo)幺值：X;=0.4x65xF19三、計算k-1點的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量1).總電抗標(biāo)幺值由于是采用兩回進(jìn)線，所以Y;_Y;-Y?_Uk%Sd_7.5X100X3KVA3=X4=T=100SN=100X6300KVA繪短路等效電路圖如下圖所示：X，k-1)=(X

15、?+X?)?/(X;+X?)=(0.1+1.93)士2=1.0152) .三相短路電流周期分量有效值：I*=性=1.55KAk-1x£(k-i)1.015.其他三相短路電流=1勺)=I*=1.55KA就=2.55X1.55KA=3.95KAI；：)=1.51X1.55KA=2.34KA4).三相短路容量S3)=-?=100MV?A=98.5MV?A*XE(k-1)1.015四、計算k-2點的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量XE(k-2)=X;«-1)1).總電抗標(biāo)幺值：+X;IX?=1.015+1.19/2=1.612) .三相短路電流周期分量有效值：I島=4=

16、冬=3.42KAk-2XE(k-2)1.613) .其他三相短路電流：6.29KAI"(3)=I(3)=I；*=3.42KA?=1.84X3.42KA=I*)=1.09X3.42KA=3.73KA100MV?A=62.11MV?A1.614) .三相短路容量：q(3)_Sd°k-2=X?XE(k-2)一、無功補(bǔ)償?shù)脑黼娋W(wǎng)輸出的功率包括兩部分變?yōu)闄C(jī)械能，熱能，化學(xué)能或聲能是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換電容器建立電場所占的電能，把電能轉(zhuǎn)；不消耗電能；只,并且，這種能是E. 無功補(bǔ)償分析；一是有功功率；二是無功功率.直接消耗電能，利用這些能作功，這部分

17、功率稱為有功功率，這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件.電流在電感元件中作功時，電流超前于電壓90C.而電流在電容，互差180C.，使兩者的電流相互抵消，使電流的矢量與電壓，這部分功率稱為無功功率，如電磁元件建立磁場占用的電能元件中作功時，電流滯后電壓90C.在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件矢量之間的夾角縮小，從而提高電能作功的能力，這就是無功補(bǔ)償?shù)牡览?二、無功補(bǔ)償?shù)囊饬x(1) 補(bǔ)償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)減少發(fā)，供電設(shè)備的設(shè)計容量，減少投資，例如當(dāng)功率因數(shù)cos=0.8曾加到cos=0.95時，裝1Kvar電容器可節(jié)省設(shè)備容

18、量0.52KW;反之，增加0.52KW.對原有設(shè)備而言，相當(dāng)于增大了發(fā)，供電設(shè)備容量.因此，對新建，改建工程.充分考慮無功補(bǔ)償，可以減少設(shè)計容量，減少投資.(2) 降低線損，由公式AP%=(1-cos/cos)x100%得出其中cos'為補(bǔ)償后的功率因數(shù)，cos為補(bǔ)償前的功率因數(shù)則coscos所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了.減少設(shè)計容量，減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益.所以,功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，規(guī)劃、實施無功補(bǔ)償勢在必行三、無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t提高用電單位的自然功率因數(shù)，無功補(bǔ)償分為集中補(bǔ)償，分散補(bǔ)償和隨機(jī)隨器補(bǔ)償，

19、應(yīng)該遵循：全面規(guī)劃，合理布局，分級補(bǔ)償，就地平衡；集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償主；高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主；調(diào)壓與降損相結(jié)合，以降損為主的原則四、無功補(bǔ)償?shù)姆绞綗o功補(bǔ)償?shù)闹饕绞接形宸N：變電站補(bǔ)償、配電線路補(bǔ)償、隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。變電站補(bǔ)償：針對電網(wǎng)的無功平衡，在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償，補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等，主要目的是平衡電網(wǎng)的無功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)終端變電所的母線電壓，補(bǔ)償變電站主變壓器和高壓輸電線路的無功損耗。這些補(bǔ)償裝置一般集中接在變電站10kV母線上，因此具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點，缺點是這種補(bǔ)償方式對10k

20、V配電網(wǎng)的降損不起作用。配電線路補(bǔ)償：線路無功補(bǔ)償即通過在線路桿塔上安裝電容器實現(xiàn)無功補(bǔ)償。線路補(bǔ)償點不宜過多；控制方式應(yīng)從簡，一般不采用分組投切控制；補(bǔ)償容量也不宜過大，避免出現(xiàn)過補(bǔ)償現(xiàn)象；保護(hù)也要從簡，可采用熔斷器和避雷器作為過流和過壓保護(hù)。線路補(bǔ)償方式主要提供線路和公用變壓器需要的無功，該種方式具有投資小、回收快、便于管理和維護(hù)等優(yōu)點，適用于功率因數(shù)低、負(fù)荷重的長線路。缺點是存在適應(yīng)能力差，重載情況下補(bǔ)償不足等問題。隨機(jī)補(bǔ)償：隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電動機(jī)同時投切的一種無功補(bǔ)償方式?？h級配電網(wǎng)中有很大一部分的無功功率消耗在電動機(jī)上，因此，搞好電動機(jī)的無

21、功補(bǔ)償，使其無功就地平衡，既能減少配電線路的損耗，同時還可以提高電動機(jī)的出力。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點是用電設(shè)備運行時，無功補(bǔ)償裝置投入；用電設(shè)備停運時，補(bǔ)償裝置退出。更具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡單、事故率低的特點。適用于補(bǔ)償電動機(jī)的無功消耗，以補(bǔ)勵磁無功為主，可較好的限制配電網(wǎng)無功峰荷。年運行小時數(shù)在1000h以上的電動機(jī)采用隨機(jī)補(bǔ)償較其他補(bǔ)償方式更經(jīng)濟(jì)。隨器補(bǔ)償：隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓熔斷器接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配電變壓器在輕載或空載時的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配電變壓器空載無功是農(nóng)網(wǎng)無功負(fù)荷的主要部分.隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點是接線簡單，維護(hù)管理方便，能有效地補(bǔ)償配電變壓器空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配電變壓器利用率，降低無功網(wǎng)損，提高用戶的功率因數(shù)，改善用戶的電壓質(zhì)量，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無功補(bǔ)償最有效的手段之一。缺點是由于配電變壓器的數(shù)量多