35kv电气设计

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。本设计为35KV变电所电气部分的一次设计，变电所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。主要内容包括:负荷计算及无功补偿，确定变压器的型式，变电所的主接线方案，短流电路计算，主要用电设备选择和校验，变电所整定继电保护和防雷保护及接地装置的计算等。电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线的拟订直接关系着全站电气设备的选择、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。该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为35kV和10kV二个电压等级。各个电压等级分别采用单母线不分段接线、单母线分段接线、单母线分段带旁路接线。关键词：变电所；电气主接线；电气设备；继电保护目 录1 引言11.1 设计目的11.2 设计意义11.3 设计内容及要求12 主接线的选择22.1 主接线的设计原则及要求22.2 主接线的基本接线形式22.3 电气主接线方案的选择23 负荷分析计算53.1 电力负荷的概述53.2 电力负荷分类的方法53.3 电力系统负荷的确定63.4 负荷计算64 变电站主变压器的选择74.1 变压器的选取原则74.2 变电站变压器台数的选择74.3 主变压器容量的确定原则和计算74.4 主变压器绕组数的确定84.5 主变压器形式的选择85 短路电流的计算105.1 短路电流的概述105.2 计算短路电流的目的105.3 短路电流实用计算的基本假设115.4 短路电流的计算步骤115.4.1 10kV侧短路电流的计算115.4.2 35kV侧短路电流的计算136 设备的选择与校验146.1 电气设备的选择条件146.2 断路器的基本要求和选择条件146.2.1 35kV侧断路器、隔离开关的选择146.2.2 10kV侧断路器、隔离开关的选择166.3 电流互感器的选择176.4 电压互感器的选择187 无功补偿197.1 无功补偿装置的概述197.2 无功补偿装置的种类197.3 无功补偿的计算208 防雷接地设计218.1 防雷保护的必要218.2 变电所中可能出现大气过电压的种类218.3 雷电波的危害218.4 变电所防雷接线的基本方式219 设计总结22参考文献231 引言1.1 设计目的 变电所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。变电所的设计内容比较多，范围广，不同电压等级和类型的变电所在设计时所考虑的侧重点是不一样的。因此在设计过程中要针对变电站的规模和形式进行分析以确定出最佳方案。 1.2 设计意义 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。  我国电网的发展历程与国际上主要国家和地区有相似之处，但也有自身的突出特点。展望未来，我国电网发展必须满足社会的可持续发展、跨区域电流持续扩大等客观要求。构建安全可靠、经济高效的电网。1.3 设计内容及要求 针对35KV变电站的一次部分的电气设计，经系统规划设计，变电站规模与系统参数如下：1、变电站规模 设主变为2台(2*20MV)，变比为35/10kV。35kV出线4回,10kV出线共8回。2、系统参数 35KV侧：最大负荷12MW，最小负荷5MW，系统负荷功率因数为0.9，最大负荷利用小时数为5700小时，同时率为0.9。 10kV侧：最大负荷10.5MW， 最小负荷4.3MW,负荷功率因数为0.8，最大负荷利用小时数为5000小时，同时率为0.9。3、环境条件： 1)、最高：40 2)、最低：-40。 3)、平均气温+15 4）、日温差：25K，32K。 5)、海拔：1500M。 6）、风速：35M/S 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，变电所主接线设计，主变选择，主接线选择，短路电流计算，电气设备选择，继电保护，防雷保护措施等几大块,能满足一般变电所的需求。2 主接线的选择2.1 主接线的设计原则及要求 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。电气主接线的设计是发电厂或变电所电气设计的主体，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。在满足各项技术要求的前提下，兼顾经济运行、维护方便、节约投资、坚持可靠先进、适用、经济、美观的原则和基础。 根据我国能源部关于220-500kV变电所设计技术规程SDJ2-88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三点：供电可靠性、灵活性、经济性。 2.2 主接线的基本接线形式（1）有汇流母线：单母线接线及单母线分段接线；双母线接线及双母线分段接线；带旁路母线的单母线和双母线接线。（2）无汇流母线：桥形接线；角形接线；单元接线。2.3 电气主接线方案的选择（1）35kV侧主接线的设计： 将35kV侧设计规模为进线2回，出线2回，最终出线四回。由电力工程电气设计手册可知：当3563kV配电装置出线回路数为48回，采用单母分段连接。故35kV可采用单母分段连接方式。（2）10kV侧主接线的设计：由原始资料知，10kV侧设计规模为进线2回，出线8回。由电力工程电气设计手册可知：当6-10kV配电装置出线回路数为6回及以上时，采用单母分段连接；当负荷较大、短路电流较大、出线需要带电抗器时可采用双母线接线。故10kV可采用单母分段连接方式，也可采用双母线连接方式。2.4 电气主接线方案的比较方案一：35kV和10kV侧均采用单母分段接线方式；方案二：35kV侧采用单母分段接线方式，10kV侧采用双母线接线方式。 图2.1 方案一电气接线图图2.2 方案二电气接线图方案二与方案一相比较：方案一接线简单，供电可靠，高度灵活，操作方便，设备少，经济性好，并且母线便于向两端延伸，便于扩建，对于重要的用户可以从不同的段引出两个回路，当一段线路发生故障时，分段断路器可以自动将故障切除，保证正常母线的供电。该方案兼顾了可靠性，经济性和灵活性的要求。而方案二，虽然供电更加可靠，高度更灵活，但是设备增多，投资大，占地面积大，操作复杂，配电装置布置复杂。故选用方案一，35kV和10kV侧都采用单线分段接线方式。选用方案的主接线图如图2.1。3 负荷分析计算3.1 电力负荷的概述 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，应有两个及以上的独立电源供电，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。3.2 电力负荷分类方法1)按用电的部门属性的划分：工业用电，农业，交通；2)按使用电力目的划分：动力用电，照明用电，电热用电，各种电气设备仪器的操作控制用电及通信用电；3)按用电用户的重要性划分：一类负荷，二类负荷和三类负荷；4)按负荷的大小划分：最大负荷，平均负荷，最小负荷。3.3 电力系统负荷的确定对于选择变电站主变压器容量，电源布点以及电力网的接线方案设计等，都是非常重要的，电力负荷应在调查和计算的基础上进行，对于近期负荷，应力求准确、具体、切实可行；对于远景负荷，应在电力系统及工农业生产发展远景规划的基础之上，进行负荷预测，负荷发展的水平往往需要多次测算，认真分析影响负荷发展水平的各种因素，反复测算与综合平衡，力求切合实际。电力系统在一定时段内（如一年、一天）的最大负荷值称为该时段的系统综合最大用电负荷。时段内其余负荷值称为系统综合用电负荷。系统各电力用户的最大负荷值不可能都出现在同一时刻。因此，系统综合最大用电负荷值一般小于全系统各用户最大负荷值的总和，即Pmax=K0Pimax。Pmax-系统综合最大用电荷。K0-同时率，K01。Pimax-各用户最大负荷的总和。同时率的大小与用户多少、各用户特点有关，一般可根据实际统计资料或查设计手册确定。3.4 负荷计算 10kV侧的负荷计算: 1.6+0.8+0.81+1+1.5+1.3=7.01MW 1.6*0.62+0.8*0.62+0.81*0.75+1*0.62+1.5*0.48+1.3*0.62=4.446MVar （3-1） =7.98MVA功率因数cos=0.874 变电站主变压器的选择4.1 变压器的选取原则 总变电所变压器台数的确定需综合考虑负荷容量、对供电可靠性的要求、发展规划等因素。变压器台数越多，供电可靠性就越高，但设备投资必然加大。运行费用也要增加。因此，在满足可靠性要求的条件下，变压器台数越少越经济。  对于有大量一、二级用电负荷、或总用电负荷季节性（或昼夜）变化较大、或集中用电负荷较大的单位，应设置两台及以上电力变压器。选用两