1、35kV 变电站设计原始数据本次设计的变电站为一座 35kV 降压变电站，以 10kV 给各农网供电，距离本变电站 15km 和 10km 处各有一个系统变电所，由这两个变电所用 35kV 双回架空线路向待设计的变电站供电，在最大运行方式下，待设计的变电站高压母线上的短路功率为 1500MVA。本变电站有 8 回 10kV 架空出线，每回架空线路的最大输送功率为1800kVA；其中#1 出线和#2 出线为类负荷，其余为类负荷及类负荷，Tmax=4000h,cos=0.85。环境条件：年最高温度 42；年最低温度-5；年平均气温 25；海拔高度 150m；土质为粘土；雷暴日数为 30 日/年。3
2、5KV 变电站设计一、变电站负荷的计算及无功功率的补偿1.负荷计算的意义和目的所谓负荷计算，其实就是计算在正常时通过设备和导线的最大电流，有了这个才可以知道选择多大截面的导线、设备。负荷计算是首要考虑的。要考虑很多因素才能计算出较为准确的数值。如果计算结果偏大，就会将大量的有色金属浪费，增加制作的成本。如果计算结果偏小，就会使导线和设备运行的时候过载，影响设备的寿命，耗电也增大，会直接影响供电系统的稳定运行。2.无功补偿的计算、设备选择2.1 无功补偿的意义和计算电磁感应引用在许多的用电设备中。在能量转换的过程中产生交变磁场，每个周期内释放、吸收的功率相等，这就是无功功率。在电力系统中无功功率
3、和有功功率都要平衡。有功功率、无功功率、视在功率之间相互关联。 2SPQS视在功率，kVA P有功功率，kWQ无功功率，kvar由上述可知，有功功率稳定的情况下，功率因数 cos 越小则需要的无功功率越大。如果无功功率不通过电容器提供则必须从该传输系统提供，以满足电力线和变压器的容量需要增加的电力需求。这不仅增加了投资的供给，降低了设备的利用率也将增加线路损耗。为此对电力的国家规定：无功功率平衡要到位，用户应该提高用电功率因数的自然，设计和安装无功补偿设备，及时投入与它的负载和电压的基础上变更或切断，避免无功倒送回来。还为用户提供了功率因数应符合相应的标准，不然，电力部门可能会拒绝提供电力。所
4、以无功功率要提高功率因素，在节约能源和提高质量具有非常重要的意义。无功补偿指的是：设备具有容性负载功率和情感力量负荷，并加入在同一电路，能量的两个负载之间的相互交换。无功补偿装置被广泛采用在并联电容器中。这种方法容易安装并且施工周期短，成本低易操作维护。 2.2 提高功率因数P有功功率 S1补偿前的视在功率3S2补偿后的视在功率Q1补偿前的无功功率Q2补偿后的无功功率1补偿前的功率因数角2补偿后的功率因数角2.3 降低输电线路及变压器的损耗功率损耗 P ：23()(PKWUCOSP有功功率， kW；U额定电压，kV；R线路总电阻，。由此可见，当功率因数 cos 提高以后，线路中功率损耗大大下降
5、。2.4 改善电压质量电压损失 U：.3()LPRQXKVP有功功率，KW；Q无功功率，Kvar；U额定电压，KV；R线路总电阻，XL线路感抗，。当线路中的无功功率 Q 减小则电压损失 U 减小。2.5 提高设备出力有功功率 PScos，供电设备的视在功率 S 不变，功率因数 cos 升高，则设备的有功功率 P 增加到 P+P。无功功率补偿装置容量:QC=P3（tan-tan ） 补偿后总的视在负荷：S30= P 302+(Q30-QC)2 0.5 变压器有功损耗: PT=Pk2+P0 式中: P 0变压器的空载损耗;P k变压器的短路损耗;4变压器的负荷率, = S 30 / SN,变压器高
6、压侧有功功率：P=P30+PT 变压器高压侧无功功率：Q=Q30+QT 补偿后的有功功率：S= P 2+Q2 0.51.4 在本设计中的负荷计算1.4.1 所要补偿的容量按要求需要 8 回 10kV 架空线，每回架空线的最大输送功率为 1800KVA，则总的负荷为 8*1800=14400KVA,设同时率 Kd=0.9，补偿的变压器前的总容量为 14400*0.9=12960KVA。由于变电站的高压侧以大的功率因数 cos0.9，考虑到该变压器的无功功率损耗的有功损耗通常是 4 倍。所以变压器后的低压侧功率因数补偿应大于 0.9，0.95 这里更高。为从 0.85 低侧功率因数 cos 提高到
7、0.95 时，低压侧可以用下式来计算需要被安装并联电容器的容量：QC=P3（tan-tan ）=144000.85tan(arccos0.85) tan(arccos0.95)=144000.850.620.32=3572KVA2 组 1800KVA 并联电容器进行无功补偿：21800=3600KVA无功补偿后变压器的容量为：S30= P 302+(Q30-QC)2 0.5= 1287396140360758(1402任何一台变压器单独运行时，应满足所有一级负荷，二级负荷的需要。要在总的容量的 70%80%。即 12872 乘以 0.7 等于 9010KVA。由上可得，要设计的变电站要选择的主
8、变压器为 2 台，容量为10000KVA。本次设计选择的型号为 SFL-1000035。因为年平均气温为 25 度，需要修正：St=1-(25-20)100Snt=9500KVA9500KVA 大于 9010KVA ,所有选择的变压器能满足要求。假设一级负荷，5二级负荷为 6000KVA，即 St 为 9500KVA 大于 6000KVA，所以也能满足要求。1.4.2 计算各出线回路的电流在变电站低压侧有 8 回 10KV 架空出线，每回架空线的最大输送功率为2000KVA，即每一回的计算电流为：I=S1.732U=20001.73210.5=35A选择 LGJ-35 型架空导线。在这个设计中
9、，变电站和 67.8 公里之间的距离有一个系统的变电站，其是由两个变电站供电到变电站进行设计，因为这两个互为备份的电源，所以，当一个系统的变电站，当电源变电站，该变电站到另一个系统处于待机状态。该变电站的计算电流偏高：有功功率损耗：0.015S 等于 128720.015=194KW无功功率损耗：0.06S 等于 128720.06=772Kvar则无功补偿后高压侧的负荷为 12240+194 的和的平方再加上 3986+772 的和的平方然后在开方，等于 13313KVA。则两台变压器的结果为： I=S1.732U=133131.73237=207A导线我选择 LGJ-70，他的屋外载流量为
10、 275A。二、主接线方案2.1 变电所主接线的定义及组成主接线指的是接受和分配电能的路线。在供应和分配系统，电气设备需要在这些变电站按一定的要求连接来完成功率分配，以满足运行安全性，可靠性和经济性。电气设备，以满足这些函数称为主接线接线图的变电站。 变电站通常包含电源变压器，接通和断开电路的开关器件（断路器，负荷开关，隔离开关等） ，或者为了防止过电压限制电流的设备，所述第一和接触器的辅助系统，总线，电缆，绝缘子等之间。与相应的接线，电气设备称为它承受的电能的生产和分配的直接函数的装置。在运营安全和监管要求下，变电站也需要有一个设备进行监测，控制和保护的辅助设备，如以实现测量主接线的过电流保
11、护装置和监控主接线设备，仪器仪表上的主接线开关操作需要直流和交流电源，控制和信号设备，电缆等。这些设备被称为二次设备。62.1.1 变电所在系统中的作用电力系统枢纽变电站，汇聚了一批大型电力系统的交流电源，高电压，大容量，占有重要地位;重要的区域变电站，一般具有较高的电压（220KV 及以上），在一些一般的配电变电站中锋位置也比较重要;终端变电所和分支变电站，电压 35KV 大多数这些，例如变电站和更直接的权力给用户，没有任务的电力交换。2.1.3 系统专业对电气主接线提供的具体资料1. 出线的电压等级、回路数、出线方向、每回路输送容量和导线截面等。2.主变压器的台数、容量和形式；变压器的主要
12、参数及各种运行方式下通过变压器的功率潮流。3. 无功补偿方式、形式、数量、容量和运行方式的要求。4. 系统的短路容量和换算的电抗值。5. 系统内过电压数值及限制内过电压措施。6. 可靠性的特殊要求。2.2 主接线选择的基本要求1.可靠性设备的稳定程度直接影响主接线的稳定性。2.灵活性主接线应该在检修时保证稳定的供电。3.经济性稳定性和安全性都可靠的情况下。尽量节约资源、金钱，占地面积尽量减少。2.3 本变电所主接线的设计变电站35kV 降压变电站，主要是电压的电力系统发送从35kV 变电站的10kV农村电网使用。根据以上的变电站提供了依据和基本要求，变电站主变压器出线2回，两回线路，连接类型是
13、一个单一的线，gbc-35型手车式开关柜。10kV侧出线8回，主变压器的线连接类型是一个单一的断线，每段配有一组并联电容器，每个容量1800kvar。主接线的主接线图。35KV 侧两回线路，是由两个不同的系统对电力变电站。两个电路互为备用，当电路出现故障时，另一回路供电。对10kV 侧采用单母线，断式，当主变压器各侧的故障，主变压器中打开断路器，然后通过接触断路器，在变压器负载运7行驱动至少70%。使变电站的负荷，两级负荷供电可靠性的改进。8第三章： 一次设备的选择与检验3.1 短路计算的概念3.2 本设计短路计算在最大运行方式时，变电站高压侧母线上的短路功率为 1000MVA设 Sd=100
14、MVA，Ud1=37KV，Ud2=10.5KV，X=0.4 欧/Km。3.2.1 当由 6Km 处的变电所向本变电站供电时Xs=Sd/Sk=100/1000=0.1取 Uj1=37KV 则 Ij1= KA=1.561KA3710取 Uj2=10KV 则 Ij2= KA=5.77KA175.0364.0*2211 SLXj %1 MVASTNjKb当在高压侧短路时， 275.01.0*11 LSX63.275.1IY Y10kV35kV9KAIIjd 67.51.63.*11 dsh 85.Ii 421MVSj 6306.31 当在低压侧短路时：5.7.5.0*X416.2IKAIjd 46.8
15、.2Idsh 7512Iis 5.14682MVASj0.*23.2.2 当由 7.8Km 处的变电所向本变电站供电时 28.3718.4211 ULXj当在高压侧短路时， .0.0*11LS5.328.1XI KAIjd 76.41.0*Idsh 95.11 Iis .2.2MVASj 30.1当在低压侧短路时： 73.5.28.0*X4173.12I KAIjd 81210KAIIdsh 79.1085.1.22 is 2MVSIj 4.*23.3 设备的选择与检验3.3.1 电器设备选型的基本知识设备的选择是变电站电气设计的主要内容。设备的正确选择是电气主接线和配电设备达到安全经济运行的
16、重要条件。在设备的选择应根据实际情况，按照相关的设计规范，以确保安全和可靠，并积极采用新技术并节省投资。尽管所有的设备在电力系统和工作条件的作用是不同的，也是不同的选择方法，但它们的基本要求是一致的。设备需要稳定的工作，必须按正常工作条件选择，并检查动态稳定性和短路状态的热稳定性。3.3.2 35KV 的高压开关柜的选择根据之前的负荷计算与短路计算，从 35KV 段的母线到高压侧 1 号出线选择GBC-35-13(改)的高压开关柜。GBC-35-13 的断路器是 ZN23-35,它的额定电流为1600A，开断电流为 25A，动稳定开断电流为的峰值为 63KA，热稳定电流为25（4s）KA.电路
17、的额定电流 IN.et，是按照在一定的周围环境温度 下，电器允许的电流。IN.et 应不小于该回路在各种合理的运行方式下的最大持续工作电流 Imax,即 IN.etImax。本设计中最高温度为 42 度，所以 42 度时能允许的电流量为：Ial=IN.et1-1.8%（42-40）=1542A由前面的负荷计算可知通过该回路的最大电流为 207A，即 Ial Imax=207A。3、按动稳定校验：这次设计中，I et 为 63KA，而 Ish 为 14.46KA，63KA14.46KA，所以满足要求。有效值。4、按热稳定校验：当短路时。各个部件的温度要低于允许值，即 It2t I 2ttima由
18、于 It 为 25KA，I 为 5.67KA,t 为 4s,设 ttima 为 1.2s.则 25245.6721.2.满足要求。符合要求。113.3.3 10KV 的低压开关柜的选择8 回架空线每个回路通过的最大工作电流为 35A，所以总电流为 880A。当其中一台变压器维护时，工作电流在这个路段最大，达到了总电流的 70%，还有同时率的问题，则最大工作电流在该段的大小为：880*0.7*0.9=555A。XGN2-10-24T 的开关柜内置一个型号为 ZN28-10 的断路器。额定电流为2000A，开断电流：31.5A。动稳定性开断电流为的峰值为 80KA，热稳定电流为31.5（4s）KA
19、.。已知电网的电压 UN为 10KV，所选的断路器的额定电压也是10KV，满足设计要求。1.设备的额定电流为 2000A，通过该断路器的最大工作电流为 555A，满足设计要求。2.按动稳定校验，要满足的稳定条件是：i et ish已知 iet为 80KA，i sh为 21.57KA，所以满足要求。3.满足热稳定校验的稳定条件为：It2t I 2ttima即 31.52421.5721 所以能满足要求。3.3.4 高压侧母线的选择由前面的负荷计算和短路计算可知流过该母线的最大负荷电流为 207A，故可以选择 LMY-405 母线。1、按持续性工作电流选择，要求：Ixu IgIxu 为对应某个环境
20、温度与母线放置方式，长时间容许的电流值。查表可知 LMY-405 母线在 40 度时平放的载流量为 418A，大于该母线最大负荷电流207A，所以满足设计。2、短路热稳定校验：S= = =59mm2tI2)3(25670C 是导线材料及发热温度的相关系数，铝母线材料 C=97。因为 405mm2大于 59mm2，满足要求。3.3.5 低压侧母线的选择最大负荷电流由之前负荷计算可得：3580.9=792A1.按经济密度选择：S=Ig/Jn=792/1.15=689mm 22.按持续性工作电流选择：Ixu 在 40 度时平放的载流量为 1210A，大于它的最大负荷电流 792A，所12以能满足要求
21、。1.按短路热电流稳定性校验：S= /C= /97=87mm2 满足要求tI2)3(284602.按动稳定校验：三相短路电动力 = )3(CF2)3(shial710=1.732 .1057.276=295.4N弯曲力矩计算：M= /10= =32.5Nm)3(CF10.49W=b2h/6= =1.3368.510= = =2.44 =2.44MWM.56ap=70M alapC所以能满足要求。四、防雷与接地的设计4.1 防雷的作用雷电在任何时候都在活动，是非常正常的自然现象。由于雷电发生闪电有非常高的电场强度，但空气的击穿，放电电流大，雷电放电电流可以在地面上的建筑物由直接冲击而造成的设备，
22、闪电可能冲击地面上的人们，导致动物死亡；雷电流沿内沿配电线路建设的金属管道建设，为变电站和终端用户设备的建设，造成在变电站设备和用户设备的损坏；雷电流会造成雷电过电压，通过电路与电力设备绝缘损坏引起的，使电源不能正常运行，造成大面积停电，导致巨额的经济损失。4.2 本变电所的防雷设计保护采用 40m 高的避雷针，变电站被保护物的高度为 为 11m。)(mxh避雷针的防雷计算公式为：当 h/2 时， =（h- ）pxhxrxh当 h/2 时 , =(1.5h-2 )p避雷针的高度为 h；高度修正系数为 p，当 h5m, 3m。kSd4.4 本变电所的接地计算本次设计中接地电阻阻值 R 要求小于
23、10 ,低压设备要求不大于 4 ，选出其中偏小的。土壤电阻率计算：=1.5044109.6.式中： 为实测土壤电阻率；计算钢管数量，采用公式直接求出：.9CRny式中 = ,查表可知CR， .4106.32 342910.6.3244C假定管距 ， ，n=15 根。m5.7l，代入得 根。若用 15 根，则接地电阻：8.C.9078n9r因为 ，所以满足要求。4rR五、继电保护整定计算5.1 继电保护装置的基本要求继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：这四“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。选择性-指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身14的保护或断路器
24、拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护来切除故障。上、下级电网（包括同级）继电保护之间 的整定，应遵循逐级配合的原则，以保证电网发生故障时有选择性地切除故障。切断系统中的故障部分，而其它非故障部分仍然继续供电。速动性-指保护装置应尽快切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用设备自动投入的效果。灵敏性-指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数（规程中有具体规定） 。通过继电保护的整定值来实现。整定值的校验一般一年进行一次。可靠性-指继电保护装置在保护范围内该动作时应可靠动作，在正常
25、运行状态时，不该动作时应可靠不动作。任何电力设备（线路、母线、变压器等）都不允许在无继电保护的状态下运行，可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。5.2 继电保护的基本原理继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等）的变化,构成继电保护动作的原理,也有其他的物理量,如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统
26、的某些特定要求（如保持电力系统的暂态稳定等） ；反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常情况并发出信号，以便运行人员进行及时处理，或由装置自动地进行调整。反应不正常工作情况的继电保护装置容许带一定的延时动作。5.3 变电站主要的一些保护方式5.3.1 过电流保护1.动作电流计算过电流保护的最小起动电流必须按二个条件整定：一、必须躲过正常工作15电流的最大负荷电流 ，二、躲过外部故障切断后各电动机的自起动电流。maxI过电流保护装置的一次侧起动电流可按下式计算 axIKIzqfkdz上述中 可靠系数，返回系数，f电动机自起动系数。 取 3 。zq maxIKIzqfkdz电流继电器的动作电流为
27、： iKIfjxzijxdzj式中 接线系数；jxK电流互感器。i2.过电流保护的灵敏系数不接地系统运行最小方式时： 5.12.min2dzlIK5.3.2 纵联差动保护差动保护是反映被保护元件两侧电流的相对值而启动的保护装置。当变压器绕组、两侧套管、引出线出现的短路故障都在这个范围内。 mwkTAetxmdqlIfI不平衡电流dql外界短路时的最大短路电流mwkI当它们型号相同时，=0.5；当它们型号不同时，取 =1；互感器的误差，取最大值 10%。ef为了防止误动作，必须使差动保护的动作电流大于最大不平衡电流。需要提高差动保护的灵敏度，想办法降低不平衡电流。5.4 本设计的继电保护计算5.
28、4.1 速断计算已知速断保护装置的本段动作电流应躲过本段末端的最大短路电流 ，)3(maxI即 AIIreop 371.6.51)3(max1取 1.3， 等于 5.67KA（由前面的短路计算知道）)(继电器动作电流为： IIOPTACMrop 14.92037.54031.1 电流速断保护灵敏性用其保护范围长度来衡量：16)23(1max,1min, sIOPphIpXEl= ).037./(4.0=6Kmm= 合格。%,156%min,in, ABIpIpll5.4.2 过电流计算本段过电流的整定计算，由前面的负荷计算可知， .AIL207max,保护装置他的一次侧动作的电流 为：Iop1
29、=Iop1 AILreSI 43820785.1max, 继电器的动作电流为： IIopTAmrop /401,1取过电流保护继电器的动作电流为 6A，过电流保护装置的灵敏系数为：1.227.1/6807.5323smK所以能满足要求。5.4.3 对于本变压器采用差动保护（1）确定基本侧：变压器一次额定电流 35KV 侧： )(16530, AIYN10KV 侧： dNTI, )(57103A35KV 侧计算电流互感器变比及选用变比： 52865,YTNAdIk选择电流互感器标准变比： 30TAdk10KV 侧计算电流互感器变比及选用变比：1757,dTNAYIK所以选用标准变比为 600/5
30、 的电流互感器。35KV 侧电流二次连接电流: 763.45/301,1 dTAYNKI10KV 侧电流二次连接电流： =2I8.4/657由上式可知， ,比较大的 10.5 侧为基本侧。2I1（2）差动保护基本侧的动作电流的计算，在决定一次动作电流时应满足下列三个条件：躲过变压器磁涌的条件： 1,.3570oprelTNdIkA躲过电流互感器二次断线不应误动作的条件： AIkILrelOP 5.723.max1躲过外部短路最大不平衡电流： )3(2ax,(kserstrlunbrell IfUkII=1.3(1 8460)050=2199A选择上述条件计算值中取最大的作为基本侧的一次动作电流，即 取oplI2199A.差动继电器基本侧的动作电流为： AKITAYcompro 3.18560291, 式中 为基本侧的电流互感器变比与其接线系数。co,5.5 本设计 10KV 侧的继电保护从 10KV 侧低压母线引出的 8 回线路的继电保护。第一为过电流保护：由前面的负荷计算可知， .则保护装置一次侧动作电流 为:AIL10max,Iop1KIreslop 235.2,1 继电器的动作电流为： AIKkIopTAcmrop 91.235401,1
