35千伏变电站设计

摘要 变电站是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。电气 主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所） 电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电 气部分投资大小的决定性因素。 本次设计建设一座 35KV 降压变电站，首先，根据主接线的经济可靠、运 行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较 ，选取灵活的最优接线方式。 其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲 击电流，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的工作母线时，其短 路稳态电流和冲击电流的值。 最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，然 后进行校验并对二次改造部分进行概预算编制。 关键词：变电站 变压器 雷击防护 目录 1 绪论 1 1.1 我国的电力及变电站发展概述1 1.2 变电站情况简介1 1.2.1 变电站建设的必要性 1 1.2.2 变电站原始资料及其分析 .1 1.3 本设计的目的和意义3 2 负荷计算与变压器选择 4 2.1 负荷计算的必要性4 2.2 负荷计算方法4 2.2.1 需用系数法 4 2.3 主变压器的选择8 2.4 功率因数补偿与电容器柜选择9 2.4.1 考虑功率因数的必要性 9 2.4.2 功率因数定义 9 3 电气主接线方案的确定 13 3.1 电气主接线方案确定的必要性.13 3.2 电气主接线方案设计的基本要求及原则.13 3.2.1 设计的基本要求 .13 3.2.2 设计主接线的原则 .13 3.2.3 方案的比较 .14 4 短路电流计算 .17 4.1 计算短路电流的必要性 17 4.2 短路电流计算方法 17 4.2.1 有名制法 17 4.2.2 标么制法 18 4.2 各主要元件的标幺值计算.19 4.2.1 三相短路 20 4.2.2 两相短路 22 5 变电站电气设备选择 .24 5.1 高压电气设备选择的目的及原则 24 5.1.1 电气设备选择的目的 .24 5.1.2 电气设备选择的一般原则 .24 5.2 35KV 电气设备选择 26 5.3 10KV 电气设备选择 30 5.4 35KV 输电线及母线的选择 .34 5.4.1 35kV 输电线选择 34 5.4.2 35kV 母线选择 .35 5.5 10KV 母线的选择 .36 6 变电站的防雷与接地设计 38 6.1 直击雷的过电压保护.38 6.2 雷电侵入波的过电压保护 38 6.3 避雷器的配置 39 6.4 避雷线的配置 39 参 考 文 献 .40 致 谢 41 附录 42 1 绪论 1.11.1 我国的电力及变电站发展概述我国的电力及变电站发展概述 电力是国民经济发展的动力，国民经济的持续、快速、稳定发展需要有足 够的电力能源作保障。进入新世纪以来，我国经济进入新的高速增长时期，电 力工业的发展面临着空前的机遇。随着电力体制改革的不断深化和多元投资主 体的形成，从今年到 2012 年，每年投产装机容量都将达到 5000 万千瓦左右， 继今年全国发电装机容量突破 4 亿千瓦和水电装机容量 1 亿千瓦之后，电力工 业将很快实现新的跨越，预计到 2015 年全国发电装机将达到 6.5 亿千瓦，到 2020 年达到 9.5 亿到 10 亿千瓦。因而，越来越多变电站的新建及运行就迫在 眉睫。 变电站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。这 就要求变电站的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能 正常的运行工作，为国民经济服务。 1.21.2变电站情况简介变电站情况简介 1.2.11.2.1 变电站建设的必要性变电站建设的必要性 随着国民经济的持续发展，近些年来焦作市区的经济情况也得到了极大地 提高，这当然得益于很多企业的蓬勃发展。能源是国家前进的灵魂与动力，其 中电能又是企业与人们生活中不可或缺的一种能源，经济与人们物质生活水平 的提高使得对电能的需要达到了前所未有的高度，这样以来为了保证各大企业 的及家庭生活的可靠，安全用电，地区近年来新建成了很多变电站，而地区岁 一所新型 35kV 变电站的需要也是刻不容缓。 1.2.21.2.2 变电站原始资料及其分析变电站原始资料及其分析 表 1-1 全所负荷统计表 设 备 名 称 负 荷 等 级 电 压 kV 线 路 类 型 电 机 型 式 最大 单机 容量 kW 工 作 设 备 台 数 工作 设备 总容 量 kW 需 用 系 数 d K 功 率 因 数 cos 离变 电所 的距 离 km 1234567891011 210CX1258810000.700.780.5 2210CY100788000.720.800.3 3110CY15510813000.800.820.4 4310KX55968300.720.750.8 5210CX40927800.850.85所内 6210KX5515816000.750.851.0 7210KX75657500.820.851.2 8310CX40403500.780.820.4 9310KX30343200.750.840.65 10310KX30353250.800.811.3 11310KX40423800.780.800.9 12310KX30322900.800.831.8 注 1：线路类型：C电缆线路；K架空线 注 2：最大容量电机型式：Y绕线异步；X鼠笼异步；T同步 35kV 变电所是一城区变电所，主要针对城区南部的供电而设计，电所的进 线是双回路 35kV 架空电源线。变电所所在地土质为黑土，风向为西北风，最 大风级 8 级，冻土厚度 0.35m。最热月室外最高气温月平均：最热C mw o 44 月室内最高气温月平均：。最热月土壤最高气温月平均：C mn o 30C t o 27 1.31.3 本设计的目的和意义本设计的目的和意义 本次设计是在掌握变电站生产过程的基础上完成的。通过它我不仅复习巩 固了专业课程的有关内容，而且拓宽了知识面，增强了工程观念，培养了变电 站设计的能力。同时对能源、发电、变电和输电的电气部分有个详细的概念， 能熟练的运用有些知识，如短路计算的基本理论和方法、主接线的设计、导体 电气设备的选择以及变压器的运行等。 2 负荷计算与变压器选择 2.12.1 负荷计算的必要性负荷计算的必要性 为一个企业或用户供电，首先要解决的是企业要用多少度电，或选用多大 容量变压器等问题，这就需要进行负荷的统计和计算，为正确地选择变压器容 量与无功补偿装置，选择电气设备与导线、以及继电器保护的整定等提供技术 参数。 2.22.2 负荷计算方法负荷计算方法 供电设计常采用的电力负荷计算方法有需用系数法、二项系数法、利用 系数法和单位产品电耗法等。需用系数法计算简便，对于任何性质的企业负荷 均适用，且计算结果基本上符合实际，尤其对各用电设备容量相差较小且用电 设备数量较多的用电设备组，因此，这种计算方法采用最广泛。二项系数法主 要适用于各用电设备容量相差大的场合，如机械加工企业，煤矿井下综合机械 化采煤工作面等。利用系数法以平均负荷作为计算的依据，利用概率论分析出 最大负荷与平均负荷的关系，这种计算方法目前积累的实用数据不多，且计算 步骤较为繁琐，故工程应用较少。单位产品电耗法常用于方案设计。鉴于以上 几种方法的介绍，本次设计采用需用系数法。 2.2.12.2.1 需用系数法需用系数法 对于用电户或一组用电设备，当在大负荷运行时，所安装的所有用电设备 （不包括备用）不可能全部同时运行，也不可能全部以额定负荷运行，再加之 线路在输送电力时必有一定的损耗，而用电设备本身也有损耗，故不能将所有 设备的额定容量简单相加来作为用电户或设备组的最大负荷，必须要对相加所 得到的总额定容量打一定的折扣。 NP 所谓需用系数法就是利用需用系数来确定用电户或用电设备组计算负荷的 方法。其实质是用一个小于 1 的需用系数对用电设备组的总额定容量dK 打一定的折扣，使确定的计算负荷 Pca 比较接近该组设备从电网中取用的 NP 最大半小时平均负荷 Pmax。其基本计算公式为 NdcaPKP 需用系数的含义：一个用电设备组的需用系数可表示为 lav losi d KK K 式中 Ksi设备同时系数； Klo设备加权平均负荷系数； 设备组的各用电设备的加权平均效率；av 供电线路的平均效率。l 下面根据负荷统计表进行负荷计算： （1） kWPKPNdca700100070 . 0 var80080. 01000tankPQNca 22 cacaca QPSkVA1063800700 22 AUSINcaca4 .6110310633 （2） kWPKPNdca57680072 . 0 var60075 . 0 800tankPQNca 22 cacaca QPSkVA832576600 22 AUSINcaca 1 . 483 （3） kWPKPNdca1040130080 . 0 var91070. 01300tankPQNca 22 cacaca QPSkVA13829101040 22 AUSINcaca 9 . 7910313823 （4） kWPKPNdca 59883072 . 0 var73088 . 0 830tankPQNca 22 cacaca QPSkVA944730587 22 AUSINcaca 6 . 543 （5） kWPKPNdca66378085 . 0 var48462 . 0 780tankPQNca 22 cacaca QPSkVA821484663 22 AUSINcaca 5 . 473 （6） 理工大学 kWPKPNdca1200160075 . 0 var99262. 01600tankPQNca 22 cacaca QPSkVA15569921200 22 AUSINcaca 0 . 903 （7） kWPKPNdca61575082 . 0 var46562 . 0 750tankPQNca 22 cacaca QPSkVA771465615 22 AUSINcaca 6 . 443 （8） kWPKPNdca27335078 . 0 var24570 . 0 350tankPQNca 22 cacaca QPSkVA367245273 22 AUSINcaca 2 . 213 （9） kWPKPNdca24032075 . 0 var20564 . 0 320tankPQNca 22 cacaca QPSkVA316205240 22 AUSINcaca 2 . 183 （10） kWPKPNdca26032580 . 0 var23472 . 0 325tankPQNca 22 cacaca QPSkVA350234260 22 AUSINcaca 2 . 203 （11） kWPKPNdca29638078 . 0 var28575 . 0 380tankPQNca 22 cacaca QPSkVA411285296 22 AUSINcaca 8 . 233 （12） kWPKPNdca23229080 . 0