35KV變電站畢業(yè)設(shè)計(完整版)

1、35kV變電站設(shè)計原始數(shù)據(jù)本次設(shè)計的變電站為一座35kV降壓變電站，以10kV給各農(nóng)網(wǎng)供電，距離本變電站15km和10km處各有一個系統(tǒng)變電所，由這兩個變電所用35kV雙回架空線路向待設(shè)計的變電站供電，在最大運行方式下，待設(shè)計的變電站高壓母線上的短路功率為1500MVA。本變電站有8回10kV架空出線，每回架空線路的最大輸送功率為1800kVA；其中#1出線和#2出線為類負(fù)荷，其余為類負(fù)荷及類負(fù)荷，Tmax=4000h,cos=0.85。環(huán)境條件：年最高溫度42；年最低溫度-5；年平均氣溫25；海拔高度150m；土質(zhì)為粘土；雷暴日數(shù)為30日/年。35KV變電站設(shè)計一、變電站負(fù)荷的計算及無功功率

2、的補償1.負(fù)荷計算的意義和目的所謂負(fù)荷計算，其實就是計算在正常時通過設(shè)備和導(dǎo)線的最大電流，有了這個才可以知道選擇多大截面的導(dǎo)線、設(shè)備。負(fù)荷計算是首要考慮的。要考慮很多因素才能計算出較為準(zhǔn)確的數(shù)值。如果計算結(jié)果偏大，就會將大量的有色金屬浪費，增加制作的成本。如果計算結(jié)果偏小，就會使導(dǎo)線和設(shè)備運行的時候過載，影響設(shè)備的壽命，耗電也增大，會直接影響供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。2.無功補償?shù)挠嬎?、設(shè)備選擇2.1無功補償?shù)囊饬x和計算電磁感應(yīng)引用在許多的用電設(shè)備中。在能量轉(zhuǎn)換的過程中產(chǎn)生交變磁場，每個周期內(nèi)釋放、吸收的功率相等，這就是無功功率。在電力系統(tǒng)中無功功率和有功功率都要平衡。有功功率、無功功率、視在功率之

3、間相互關(guān)聯(lián)。S視在功率，kVA P有功功率，kWQ無功功率，kvar由上述可知，有功功率穩(wěn)定的情況下，功率因數(shù)cos越小則需要的無功功率越大。如果無功功率不通過電容器提供則必須從該傳輸系統(tǒng)提供，以滿足電力線和變壓器的容量需要增加的電力需求。這不僅增加了投資的供給，降低了設(shè)備的利用率也將增加線路損耗。為此對電力的國家規(guī)定：無功功率平衡要到位，用戶應(yīng)該提高用電功率因數(shù)的自然，設(shè)計和安裝無功補償設(shè)備，及時投入與它的負(fù)載和電壓的基礎(chǔ)上變更或切斷，避免無功倒送回來。還為用戶提供了功率因數(shù)應(yīng)符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，不然，電力部門可能會拒絕提供電力。所以無功功率要提高功率因素，在節(jié)約能源和提高質(zhì)量具有非常重要的意義

4、。無功補償指的是：設(shè)備具有容性負(fù)載功率和情感力量負(fù)荷，并加入在同一電路，能量的兩個負(fù)載之間的相互交換。無功補償裝置被廣泛采用在并聯(lián)電容器中。這種方法容易安裝并且施工周期短，成本低易操作維護。 2.2 提高功率因數(shù)P有功功率 S1補償前的視在功率S2補償后的視在功率Q1補償前的無功功率Q2補償后的無功功率1補償前的功率因數(shù)角2補償后的功率因數(shù)角2.3 降低輸電線路及變壓器的損耗功率損耗P：P有功功率，kW；U額定電壓，kV；R線路總電阻，。由此可見，當(dāng)功率因數(shù)cos提高以后，線路中功率損耗大大下降。2.4 改善電壓質(zhì)量電壓損失U：P有功功率，KW；Q無功功率，Kvar；U額定電壓，KV；R線路總

5、電阻，XL線路感抗，。當(dāng)線路中的無功功率Q減小則電壓損失U減小。2.5 提高設(shè)備出力 有功功率PScos，供電設(shè)備的視在功率S不變，功率因數(shù)cos升高，則設(shè)備的有功功率P增加到P+P。無功功率補償裝置容量: QC=P3（tan-tan） 補償后總的視在負(fù)荷：S30= P302+(Q30-QC)20.5 變壓器有功損耗: PT=Pk2+P0 式中: P0變壓器的空載損耗; Pk變壓器的短路損耗;變壓器的負(fù)荷率, = S30 / SN, 變壓器高壓側(cè)有功功率： P=P30+PT 變壓器高壓側(cè)無功功率： Q=Q30+QT 補償后的有功功率：S= P2+Q20.51.4 在本設(shè)計中的負(fù)荷計算1.4.1

6、 所要補償?shù)娜萘堪匆笮枰?回10kV架空線，每回架空線的最大輸送功率為1800KVA，則總的負(fù)荷為8*1800=14400KVA,設(shè)同時率Kd=0.9，補償?shù)淖儔浩髑暗目側(cè)萘繛?4400*0.9=12960KVA。由于變電站的高壓側(cè)以大的功率因數(shù)cos0.9，考慮到該變壓器的無功功率損耗的有功損耗通常是4倍。所以變壓器后的低壓側(cè)功率因數(shù)補償應(yīng)大于0.9，0.95這里更高。為從0.85低側(cè)功率因數(shù)cos提高到0.95時，低壓側(cè)可以用下式來計算需要被安裝并聯(lián)電容器的容量：QC=P3（tan-tan）=144000.85tan(arccos0.85)tan(arccos0.95)=144000.8

7、50.620.32=3572KVA2組1800KVA并聯(lián)電容器進行無功補償：21800=3600KVA無功補償后變壓器的容量為：S30= P302+(Q30-QC)20.5 =任何一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足所有一級負(fù)荷，二級負(fù)荷的需要。要在總的容量的70%80%。即12872乘以0.7等于9010KVA。由上可得，要設(shè)計的變電站要選擇的主變壓器為2臺，容量為10000KVA。本次設(shè)計選擇的型號為SFL-1000035。因為年平均氣溫為25度，需要修正： St=1-(25-20)100Snt=9500KVA9500KVA大于9010KVA ,所有選擇的變壓器能滿足要求。假設(shè)一級負(fù)荷，二級負(fù)荷為

8、6000KVA，即St為9500KVA大于6000KVA，所以也能滿足要求。 1.4.2 計算各出線回路的電流在變電站低壓側(cè)有8回10KV架空出線，每回架空線的最大輸送功率為2000KVA，即每一回的計算電流為： I=S1.732U=20001.73210.5=35A選擇LGJ-35型架空導(dǎo)線。在這個設(shè)計中，變電站和67.8公里之間的距離有一個系統(tǒng)的變電站，其是由兩個變電站供電到變電站進行設(shè)計，因為這兩個互為備份的電源，所以，當(dāng)一個系統(tǒng)的變電站，當(dāng)電源變電站，該變電站到另一個系統(tǒng)處于待機狀態(tài)。該變電站的計算電流偏高：有功功率損耗：0.015S等于128720.015=194KW無功功率損耗：0

9、.06S等于128720.06=772Kvar則無功補償后高壓側(cè)的負(fù)荷為12240+194的和的平方再加上3986+772的和的平方然后在開方，等于13313KVA。則兩臺變壓器的結(jié)果為： I=S1.732U=133131.73237=207A導(dǎo)線我選擇LGJ-70，他的屋外載流量為275A。二、主接線方案2.1 變電所主接線的定義及組成主接線指的是接受和分配電能的路線。在供應(yīng)和分配系統(tǒng)，電氣設(shè)備需要在這些變電站按一定的要求連接來完成功率分配，以滿足運行安全性，可靠性和經(jīng)濟性。電氣設(shè)備，以滿足這些函數(shù)稱為主接線接線圖的變電站。 變電站通常包含電源變壓器，接通和斷開電路的開關(guān)器件（斷路器，負(fù)荷開

10、關(guān)，隔離開關(guān)等），或者為了防止過電壓限制電流的設(shè)備，所述第一和接觸器的輔助系統(tǒng)，總線，電纜，絕緣子等之間。與相應(yīng)的接線，電氣設(shè)備稱為它承受的電能的生產(chǎn)和分配的直接函數(shù)的裝置。在運營安全和監(jiān)管要求下，變電站也需要有一個設(shè)備進行監(jiān)測，控制和保護的輔助設(shè)備，如以實現(xiàn)測量主接線的過電流保護裝置和監(jiān)控主接線設(shè)備，儀器儀表上的主接線開關(guān)操作需要直流和交流電源，控制和信號設(shè)備，電纜等。這些設(shè)備被稱為二次設(shè)備。2.1.1 變電所在系統(tǒng)中的作用電力系統(tǒng)樞紐變電站，匯聚了一批大型電力系統(tǒng)的交流電源，高電壓，大容量，占有重要地位;重要的區(qū)域變電站，一般具有較高的電壓（220KV及以上），在一些一般的配電變電站中鋒位

11、置也比較重要;終端變電所和分支變電站，電壓35KV大多數(shù)這些，例如變電站和更直接的權(quán)力給用戶，沒有任務(wù)的電力交換。2.1.3 系統(tǒng)專業(yè)對電氣主接線提供的具體資料1. 出線的電壓等級、回路數(shù)、出線方向、每回路輸送容量和導(dǎo)線截面等。2.主變壓器的臺數(shù)、容量和形式；變壓器的主要參數(shù)及各種運行方式下通過變壓器的功率潮流。3. 無功補償方式、形式、數(shù)量、容量和運行方式的要求。4. 系統(tǒng)的短路容量和換算的電抗值。5. 系統(tǒng)內(nèi)過電壓數(shù)值及限制內(nèi)過電壓措施。6. 可靠性的特殊要求。2.2主接線選擇的基本要求1. 可靠性設(shè)備的穩(wěn)定程度直接影響主接線的穩(wěn)定性。2. 靈活性主接線應(yīng)該在檢修時保證穩(wěn)定的供電。3. 經(jīng)

12、濟性穩(wěn)定性和安全性都可靠的情況下。盡量節(jié)約資源、金錢，占地面積盡量減少。2.3 本變電所主接線的設(shè)計變電站35kV降壓變電站，主要是電壓的電力系統(tǒng)發(fā)送從35kV變電站的10kV農(nóng)村電網(wǎng)使用。根據(jù)以上的變電站提供了依據(jù)和基本要求，變電站主變壓器出線2回，兩回線路，連接類型是一個單一的線，gbc-35型手車式開關(guān)柜。10kV側(cè)出線8回，主變壓器的線連接類型是一個單一的斷線，每段配有一組并聯(lián)電容器，每個容量1800kvar。主接線的主接線圖。35KV側(cè)兩回線路，是由兩個不同的系統(tǒng)對電力變電站。兩個電路互為備用，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時，另一回路供電。對10kV側(cè)采用單母線，斷式，當(dāng)主變壓器各側(cè)的故障，主變壓

13、器中打開斷路器，然后通過接觸斷路器，在變壓器負(fù)載運行驅(qū)動至少70%。使變電站的負(fù)荷，兩級負(fù)荷供電可靠性的改進。第三章： 一次設(shè)備的選擇與檢驗3.1 短路計算的概念3.2 本設(shè)計短路計算在最大運行方式時，變電站高壓側(cè)母線上的短路功率為1000MVA設(shè)Sd=100MVA，Ud1=37KV，Ud2=10.5KV，X=0.4歐/Km。YY10kV35kV3.2.1 當(dāng)由6Km處的變電所向本變電站供電時Xs=Sd/Sk=100/1000=0.1取Uj1=37KV則Ij1=KA=1.561KA取Uj2=10KV 則Ij2=KA=5.77KA當(dāng)在高壓側(cè)短路時， 當(dāng)在低壓側(cè)短路時： 3.2.2 當(dāng)由7.8Km

14、處的變電所向本變電站供電時當(dāng)在高壓側(cè)短路時，當(dāng)在低壓側(cè)短路時：3.3 設(shè)備的選擇與檢驗3.3.1 電器設(shè)備選型的基本知識設(shè)備的選擇是變電站電氣設(shè)計的主要內(nèi)容。設(shè)備的正確選擇是電氣主接線和配電設(shè)備達到安全經(jīng)濟運行的重要條件。在設(shè)備的選擇應(yīng)根據(jù)實際情況，按照相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，以確保安全和可靠，并積極采用新技術(shù)并節(jié)省投資。盡管所有的設(shè)備在電力系統(tǒng)和工作條件的作用是不同的，也是不同的選擇方法，但它們的基本要求是一致的。設(shè)備需要穩(wěn)定的工作，必須按正常工作條件選擇，并檢查動態(tài)穩(wěn)定性和短路狀態(tài)的熱穩(wěn)定性。3.3.2 35KV的高壓開關(guān)柜的選擇根據(jù)之前的負(fù)荷計算與短路計算，從35KV段的母線到高壓側(cè)1號出線選擇

15、GBC-35-13(改)的高壓開關(guān)柜。GBC-35-13的斷路器是ZN23-35,它的額定電流為1600A，開斷電流為25A，動穩(wěn)定開斷電流為的峰值為63KA，熱穩(wěn)定電流為25（4s）KA.電路的額定電流IN.et，是按照在一定的周圍環(huán)境溫度下，電器允許的電流。IN.et應(yīng)不小于該回路在各種合理的運行方式下的最大持續(xù)工作電流Imax,即IN.etImax。本設(shè)計中最高溫度為42度，所以42度時能允許的電流量為：Ial=IN.et1-1.8%（42-40）=1542A由前面的負(fù)荷計算可知通過該回路的最大電流為207A，即IalImax=207A。 3、按動穩(wěn)定校驗：這次設(shè)計中，Iet為63KA，

16、而Ish為14.46KA，63KA14.46KA，所以滿足要求。有效值。4、按熱穩(wěn)定校驗：當(dāng)短路時。各個部件的溫度要低于允許值，即It2tI2ttima由于It為25KA，I為5.67KA,t為4s,設(shè)ttima為1.2s.則25245.6721.2.滿足要求。符合要求。3.3.3 10KV的低壓開關(guān)柜的選擇8回架空線每個回路通過的最大工作電流為35A，所以總電流為880A。當(dāng)其中一臺變壓器維護時，工作電流在這個路段最大，達到了總電流的70%，還有同時率的問題，則最大工作電流在該段的大小為：880*0.7*0.9=555A。XGN2-10-24T的開關(guān)柜內(nèi)置一個型號為ZN28-10的斷路器。額

17、定電流為2000A，開斷電流：31.5A。動穩(wěn)定性開斷電流為的峰值為80KA，熱穩(wěn)定電流為31.5（4s）KA.。已知電網(wǎng)的電壓UN為10KV，所選的斷路器的額定電壓也是10KV，滿足設(shè)計要求。1.設(shè)備的額定電流為2000A，通過該斷路器的最大工作電流為555A，滿足設(shè)計要求。2.按動穩(wěn)定校驗，要滿足的穩(wěn)定條件是：ietish 已知iet為80KA，ish為21.57KA，所以滿足要求。3.滿足熱穩(wěn)定校驗的穩(wěn)定條件為：It2tI2ttima即31.52421.5721所以能滿足要求。3.3.4 高壓側(cè)母線的選擇由前面的負(fù)荷計算和短路計算可知流過該母線的最大負(fù)荷電流為207A，故可以選擇LMY-

18、405母線。1、按持續(xù)性工作電流選擇，要求：IxuIgIxu為對應(yīng)某個環(huán)境溫度與母線放置方式，長時間容許的電流值。查表可知LMY-405母線在40度時平放的載流量為418A，大于該母線最大負(fù)荷電流207A，所以滿足設(shè)計。2、短路熱穩(wěn)定校驗：S=59mm2C是導(dǎo)線材料及發(fā)熱溫度的相關(guān)系數(shù)，鋁母線材料C=97。因為405mm2大于59mm2，滿足要求。3.3.5 低壓側(cè)母線的選擇最大負(fù)荷電流由之前負(fù)荷計算可得：3580.9=792A1.按經(jīng)濟密度選擇：S=Ig/Jn=792/1.15=689mm22.按持續(xù)性工作電流選擇：Ixu在40度時平放的載流量為1210A，大于它的最大負(fù)荷電流792A，所以

19、能滿足要求。1.按短路熱電流穩(wěn)定性校驗：S=/C=/97=87mm2 滿足要求2.按動穩(wěn)定校驗：三相短路電動力=1.732 =295.4N 彎曲力矩計算： M=/10=32.5Nm W=b2h/6=1.33 =2.44=2.44M =70M 所以能滿足要求。四、防雷與接地的設(shè)計4.1 防雷的作用雷電在任何時候都在活動，是非常正常的自然現(xiàn)象。由于雷電發(fā)生閃電有非常高的電場強度，但空氣的擊穿，放電電流大，雷電放電電流可以在地面上的建筑物由直接沖擊而造成的設(shè)備，閃電可能沖擊地面上的人們，導(dǎo)致動物死亡；雷電流沿內(nèi)沿配電線路建設(shè)的金屬管道建設(shè)，為變電站和終端用戶設(shè)備的建設(shè)，造成在變電站設(shè)備和用戶設(shè)備的損

20、壞；雷電流會造成雷電過電壓，通過電路與電力設(shè)備絕緣損壞引起的，使電源不能正常運行，造成大面積停電，導(dǎo)致巨額的經(jīng)濟損失。4.2 本變電所的防雷設(shè)計保護采用40m高的避雷針，變電站被保護物的高度為為11m。避雷針的防雷計算公式為：當(dāng)h/2時，=（h-）p當(dāng)h/2時, =(1.5h-2)p避雷針的高度為h；高度修正系數(shù)為p，當(dāng)h30m時p=1,當(dāng)30m5m,3m。4.4 本變電所的接地計算本次設(shè)計中接地電阻阻值R要求小于10,低壓設(shè)備要求不大于4，選出其中偏小的。土壤電阻率計算：=1.5式中：為實測土壤電阻率；計算鋼管數(shù)量，采用公式直接求出：式中=,查表可知，.假定管距，n=15根。，代入得根。若用

21、15根，則接地電阻：因為，所以滿足要求。五、繼電保護整定計算5.1 繼電保護裝置的基本要求繼電保護裝置應(yīng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求：這四“性”之間緊密聯(lián)系，既矛盾又統(tǒng)一。選擇性-指首先由故障設(shè)備或線路本身的保護切除故障，當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設(shè)備保護、線路保護或斷路器失靈保護來切除故障。上、下級電網(wǎng)（包括同級）繼電保護之間 的整定，應(yīng)遵循逐級配合的原則，以保證電網(wǎng)發(fā)生故障時有選擇性地切除故障。切斷系統(tǒng)中的故障部分，而其它非故障部分仍然繼續(xù)供電。速動性-指保護裝置應(yīng)盡快切除短路故障，其目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備和線路的損壞程度，縮小故障波及范

22、圍，提高自動重合閘和備用設(shè)備自動投入的效果。靈敏性-指在設(shè)備或線路的被保護范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時，保護裝置應(yīng)具有必要的靈敏系數(shù)（規(guī)程中有具體規(guī)定）。通過繼電保護的整定值來實現(xiàn)。整定值的校驗一般一年進行一次?？煽啃?指繼電保護裝置在保護范圍內(nèi)該動作時應(yīng)可靠動作，在正常運行狀態(tài)時，不該動作時應(yīng)可靠不動作。任何電力設(shè)備（線路、母線、變壓器等）都不允許在無繼電保護的狀態(tài)下運行，可靠性是對繼電保護裝置性能的最根本的要求。5.2 繼電保護的基本原理繼電保護主要利用電力系統(tǒng)中元件發(fā)生短路或異常情況時的電氣量(電流、電壓、功率、頻率等）的變化,構(gòu)成繼電保護動作的原理,也有其他的物理量,如變壓器油箱內(nèi)故障時伴隨

23、產(chǎn)生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強度的增高當(dāng)被保護的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時，應(yīng)該由該元件的繼電保護裝置迅速準(zhǔn)確地給距離故障元件最近的斷路器發(fā)出跳閘命令，使故障元件從電力系統(tǒng)中斷開，以最大限度地減少對電力元件本身的損壞，降低對電力系統(tǒng)安全供電的影響，并滿足電力系統(tǒng)的某些特定要求（如保持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定等）；反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常工作情況，并根據(jù)不正常情況并發(fā)出信號，以便運行人員進行及時處理，或由裝置自動地進行調(diào)整。反應(yīng)不正常工作情況的繼電保護裝置容許帶一定的延時動作。5.3 變電站主要的一些保護方式5.3.1 過電流保護1.動作電流計算過電流保護的最小起動電流必須按二個條件整定：一、必須躲過正常工作電流的最大負(fù)荷電流，二、躲過外部故障切斷后各電動機的自起動電流。過電流保護裝置的一次側(cè)起動電流可按下式計算上述中 可靠系數(shù)， 返回系數(shù)， 電動機自起動系數(shù)。取3 。電流繼電器的動作電流為：式中接線系數(shù)；電流互感器。2.過電流保護的靈敏系數(shù)不接地系統(tǒng)運行最小方式時：5.3.2縱聯(lián)差動保護差動保護是反映被保護元件兩側(cè)電流的相對值而啟動的保護裝置。當(dāng)變壓器繞組、