某化工厂35KV总降压变电所设计毕业论文设计.docx
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某化工厂35KV总降压变电所设计毕业论文设计
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远程与继续教育学院
本科毕业论文（设计）
题目：
某化工厂35KV总降压变电所设计
学习中心：
兰州学习中心
姓名：
专业：
电气工程及其自动化
指导教师：
2012年6月27日
中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院
本科毕业论文（设计）指导教师指导意见表
毕业设计（论文）题目：
某化工厂35KV总降压变电所设计
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指导教师结论：
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指导教师
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所在单位
指导时间
中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院
本科毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表
毕业设计（论文）题目：
某化工厂35KV总降压变电所设计
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本人所呈交的本科毕业论文《某化工厂35KV总降压变电所设计》，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。
论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。
对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。
本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。
论文作者（签字）：
张文彬
日期：
2012年8月 10 日
摘要
变电所是电力系统中接受电能和分配电能并能变换电压的场所。
在变电所中，直接用于生产、输送和分配电能的电气设备称为电气一次设备.由一次设备依一定规律连接起来所构成的电路称为电气主接线，也称作一次回路或一次系统。
本文针对110KV降压变电所进行了一次部分的初步设计，完成了变电所电气主接线的设计，然后进行了必要的短路电流的计算，根据短路电流选择变电所主要的电气设备并进行相应的校验，最后完成35KV屋外配电装置的设计以及防雷保护的规划。
关键词：
电气主接线；短路电流；电气设备；屋外配电
附图45
一、概述
（一）电力系统概况
本厂主要通过一条长为5公里的架空电力线路与35kvA变电站连接。
A变电站装设本厂还从B变电站接有一回长为7公里的架空线路作为备用电源。
且根据系统要求，只有在工作电源也即本厂至A变电站供电线路停电时才允许备用电源供电。
（
二、供电方式的选择
（一）供电电压的选择
选择最佳的供电电压等级对于工厂节约电费开支，降低经营成本具有非常大的作用。
根据设计任务书所提供的基础资料，供电部门要求功率因数以35kv供电时为0.9，以10kv供电时为0.95。
同时以35kv和10kv供电时电度电价分别为0.40元kwh及0.41元kwh。
根据供电部门提供的资料，我们对该厂分别采用10kv及35kv供电时每年所需支出的电费进行比较，比较结果如表2-1所示。
表2-135kv、10kv供电年电费比较表
项目
35kv
10kv
最大供电负荷
4735.24KVA
4735.24KVA
主变容量
2*4000KVA
2*4000KVA
年最大负荷利用小时
5600h
5600h
考核功率因数
0.9
0.95
年平均用电量
电度电价
0.40元kwh
0.41元kwh
基本电价
10元月.KVA
10元月.KVA
电度电费
基本电费
960000
960000
附加投资
3000元KW
3000元KW
年电费合计
从以上比较结果可知，选择10kv供电比35kv供电每年需多支出电费供电。
（二）无功补偿
无功补偿关系到电力系统的电压质量、安全及经济运行，无功补偿可以减少无功功率的传输，提高电压质量和减少电能损耗。
在进行变电所主接线的设计时，应确定为了平衡无功功率而需要在变电所中装设的无功补偿装置的类型、台数和容量。
根据设计技术指标中变电所功率因数不低于0.9的要求和原始资料的分析，10KV母线处的功率因数为0.85，需要补偿无功功率，使10KV母线处的功率因数不低于0.9。
工厂中普遍采用并联电容器来补偿供电系统中的无功率。
并联电容器的补偿方式有以下三种：
1、高压集中补偿
电容器装设在变电所的高压电容器室，与高压母线相连，如图2-2所示。
高压电容器宜采用单星形接线或双星形接线。
在中性点非直接接地电网中，星形接线电容器组中的中性点不应接地。
2、低压集中补偿
电容器装设在变电所的低压配电室或单独的低压电容器室内与低压母线相联。
低压电容器足可采用三角形接线或中性点不接地的星形接线方式，如图2-3所示。
3、低压分散补偿
电容器装设在低压配电箱旁或与用电设备并联，电容器组多采用三角形接线，如图2-4所示。
图2-2高压电容器集中补偿的接线图2-3低压电容器集中补偿的接线
图2-4低压电容器分散补偿的接线
（三）主变容量及型号的选择
条的要求，主变压器的台数和容量应根据供电条件、负荷性质和运行方式等条件综合考虑确定。
在有一、二类负荷的变电所中宜装设两台主变压器，主变压器容量应满足当一台变压器断开时，另一台变压器的容量不应小于70%的全部负荷并应保证用户的一、二级负荷。
该厂1~7车间为I类负荷，考虑同时系数后有功负荷为3724KW，无功负荷为1047.6KVAR。
因此该厂总降压变电所主变压器选择两台容量为4000KVA的变压器。
（四）主变压器的中性点接地
选择电力网中性点接地方式是一个综合性问题。
它与电压等级，单相接地短路电流，过电压水平有关，直接影响电网的绝缘水平，系统供电的可靠性和连续性，主变压器的运行安全等。
电力网的接地方式有以下几种：
1、中性点非直接接地
（1）中性点不接地
中性点不接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流。
但由于过电压水平高，要求较高的绝缘水平，不宜用于110KV及以上的电网。
在6~63KV电网中，则采用中性点不接地方式，但电容电流不能超过允许值，否则接地电弧不易自熄，易产生较高弧光间歇接地过电压，波及整个电网。
（2）中性点经消弧线圈接地
当直接电容电流超过允许知时，可采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地电弧瞬间熄灭，以消除弧光间歇地过电压。
（3）中性点直接接地
直接接地方式的单相短路电流很大，线路或设备须立即切除，增加里断路器负担，降低供电连续性。
但由于过电压较低，绝缘水平可下降，减少了设备造价，特别是在高压或超高压电网，经济效益显著。
故适用于110KV及以上电网中。
2、主变压器中性点接地方式
电力网中性点接地方式，决定了主变压器中性点接地方式。
（1）主变压器的110~500KV侧采用中性点直接接地方式。
（2）终端变电所的变压器中性点一般不接地。
（3）所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地，以便于运行调度灵活选择接地点。
（4）选择接地电时应保证任何故障形式都不使电网解列成为中性点接地。
（5）主变压器6~63KV侧采用中性点不接地方式，但当单相接地故障电流大于30A（6~10KV）或10A（20~63KV）时，中性点应经消弧线圈接地。
三、主变压器的选择
现代电力系统以交流输配电为主，电力变压器起着连接不同电压等级电力网的重要作用。
随着电力系统最高电压等级不断提高、电压级别日益增多，使用的变压器容量也迅速增大。
据统计目前系统中变压器的总容量已达到发电容量的9-10倍。
因此，合理选择变压器对系统运行的可靠性及经济性有重大影响。
变压器的选择包括变压器台数、容量及型式的选择。
（一）主变压器台数的确定
变电所主变压器的台数对主接线的形式和配电装置的结构有直接影响。
显然变压器的台数愈少则主接线愈简单，配电装置所需的电气设备也愈少，占地面积愈少。
因此，变电所一般装设两台变压器为宜。
确定原则：
1、对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。
2、对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。
3、对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1—2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。
表3-1
比较
单台变压器
两台变压器
技
术
指
标
供电安全比
满足要求
满足要求
供电可靠性
基本满足要求
满足要求
供电质量
电压损耗略大
电压损耗略小
灵活方便性
灵活性差
灵活性好
扩建适用性
稍差
好
经济
指标
电力变压器的综合投资
跟两台变压器相比所需要的花费要少
花费投资比较多
由设计任务书可知，正常运行时，变电所负荷由电力系统供电，为提高负荷供电可靠性，并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高，应采用两台容量相同的变压器并联运行。
（二）变压器容量的确定
1、确定原则
（1）主变压器容量一般按变电所建成后5~10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10~20年的负荷发展，对于城市郊区变电所，主变压器应与城市规划相结合。
（2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所应考虑，当一台变压器停止运行时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内应保证用户的一级和二级负荷，对一般性变电所，当一台主变停止运行时，其余变压器应能保证全部负荷的70%~80%。
（3）同一个等级的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系统化、标准化、简单化、方便灵活化。
2、容量的确定
（1）主变压器的最大负荷为=30+18=48MW。
对具有两台主变的变电所，其中一台主变的容量应大于等于70%的全部负荷或全部重要负荷。
两者中，取最大值作为确定主变的容量依据。
考虑到变压器每天的负荷不是均衡的，计及欠负荷期间节省的使用寿命，可用于在过负荷期间中消耗，故可先选较小容量的主变作过负荷能力计算，以节省主变投资。
=39500KVA
（2）过负载能力校验。
经计算，一台主变应接带的负荷为39500KVA,先选用两台31500KVA的变压器进行正常过负荷能力校验。
选过负荷倍数K=1.3,变压器的正常过载能力为S=K=40950KVA>39500KVA，故变压器的额定容量宜为31500KVA。
（三）变压器型式的选择
1、相数的选择
主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器制造条件，可靠性要求及运输条件等因素，特别是大型变压器，尤其需要考察其运输可能性。
当不受运输条件限制时，在330KV及以下的变电所中，均应采用三相变压器。
2、绕组数量和连接方式的选择
（1）主变压器绕组数量
对深入引进至负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，采用双绕组变压器。
（2）主变压器联结方式的选择
变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。
电力系统采用的绕组联结方式只有星型和三角形，高、中、低压侧绕组如何组合要根据具体工程确定。
我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用星型接地连接；35KV宜采用星型连接，其中星点多通过消弧线圈接地；35KV以下变压器绕组都采用三角形连接。
如表3-2所示。
型号
额定容量
高压侧电压
（kV）
中压侧电压（kV）
%
121
10.5
10.5
0.333
主变参数如下：
相数:
三相
额定频率:
50Hz
额定容量:
4000kVA
额定电压（高压绕组低压绕组）：
3510.5KV
调压方式：
有载调压。
分接范围：
35±3*2.5%
联接组标号:
Yd11
短路阻抗（高压-低压）：
7%
四、总降压变电所的设计
（一）电气主接线
电气主接线的设计应满足可靠性、灵活性及经济性的要求。
本厂总降压变电所主变为2台，35kv线路为两回，适宜采用的电气主接线方式有桥形接线（内桥或外桥）、线路变压器组接线及单母线接线三种方式。
以下我们分别对桥形接线、线路变压接线、单母线接线进行比较，结果如下：
三种主接线比较表
可靠性
经济性
灵活性
线路变压器接线
差
2台主变、2条线路共2台断路器，主变保护兼线路保护，经济性好
不灵活
桥形接线
较好
共3台断路器，经济性次之
线路或变压器的投切需动作2台断路器，影响一条线路或一台变压器的暂时停运
单母线接线
好
共4台断路器，经济性差
任意1条线路或1台主变停运均不影响供电
从比较结果可知，采用桥形接线时，由于线路或变压器的切除和投入需动作两台断路器，并且影响一条线路（内桥接线）或一台变压器（外桥接线）的暂时停运，采用线路变压器组单元接线时，由于1条线路带1台主变运行，运行方式极不灵活，难以满足本厂对供电连续性和可靠性的严格要求。
由于本厂负荷绝大部分为I类负荷，因此本厂总降压变电所电气主接线宜采用单母线接线方式，其优点是接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建。
10kv电气主接线采用单母线分段接线。
（二）短路电流计算
根据电气设备选择和继电保护的需要，选择总降压变电所35kv、10kv母线作为短路电流计算点。
根据本厂总降压变电站与系统的联接情况，取基准容量为Sj=1000MVA，基准电压为平均电压Uj=Ucp。
计算结果如下表：
（详细计算过程见附件：
短路电流计算书）
短路电流计算结果
短路计算点
基准容量MVA
基准电压
KV
等值电抗
X
短路电流
KA
冲击电流有效值KA
冲击电流瞬时值KV
短路容量
MVA
5KV
母线
1000
37
3.646
4.280
6.463
10.895
274.27
0KV
母线
1000
10.5
12.396
4.436
6.698
11.292
80.67
1、短路计算的目的和简化假设
因为短路故障对电力系统可能造成极其严重的后果，所以一方面应采取措施以限制短路电流，另一方面要正确选择电气设备、载流导体和继电保护装置，这一切都离不开对短路故障的分析和短路电流的计算。
（1）短路电流计算的目的
a为选择和校验各种电气设备的动稳定性和热稳定性提供依据，为此，计算短路冲击电流以校验设备的机械稳定性，计算短路周期分量以校验设备的热稳定性；
b为设计和选择变电所的电气主接线提供必要的依据；
c为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。
（2）简化假设
在实际短路计算中，为了简化计算工作，通常采用一些简化假设，其中主要包括：
a负荷用恒定电抗表示或忽去不计；
b认为系统中个元件参数恒定，在高压网络中不计元件的电阻和导纳，即各元件均用纯电抗表示，并认为系统中各发电机的电势同相位，从而避免了复数的运算；
c系统除不对称故障处出现局部不对称外，其余部分是三相对称的。
2、主要电气设备选择
35kv断路器选用LW16-40.51600（附CT-10弹簧储能操作机构）型六氟化硫断路器；35kv隔离开关采用GW5-35（ID、IID）630型（附CS-17G手动操作机构）隔离开关；35kv母线电压互感器选用JSXNF-35电磁型抗谐振电压互感器；35kv线路电压互感器选用TYD-35电容式电压互感器；35kv电流互感器选用LB6-35电磁型电流互感器；35kv母线根据经济电流密度选择LGJ-9515型钢芯铝绞线，10kv母线选择LMY-80*8型铝排，经动、热稳定校验均满足要求。
10kv出线设备选用XGN2-10型箱型封闭式高压开关柜果及设备选校表》。
本厂总降压变电站设备型号、数量如下表所示：
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
厂家
备注
1
主变压器
台
2
浙江江山变压器有限公司
2
35kv断路器
LW16-40.51600
台
4
泰安高压开关厂
3
35kv隔离开关
GW5-35D630
组
9
泰安高压开关厂
4
35kv电压互感器
JSXNF-35
台
1
大连北方互感器
5
35kv电压互感器
TYD-35
台
2
大连北方互感器
6
35kv电流互感器
LB6-35
台
12
大连北方互感器
7
35kv避雷器
组
1
天津市江联电瓷电器有限公司
8
10kv高压开关柜
面
2
山东鲁亿通电气设备有限公司
主变进线柜
9
10kv高压开关柜
面
1
山东鲁亿通电气设备有限公司
分段柜
10
10kv高压开关柜
面
1
山东鲁亿通电气设备有限公司
分段柜
11
10kv高压开关柜
面
2
山东鲁亿通电气设备有限公司
PT柜
12
10kv高压开关柜
面
2
山东鲁亿通电气设备有限公司
所用电柜
13
10kv高压开关柜
面
1
山东鲁亿通电气设备有限公司
出线柜
（三）所用电源和操作电源
变电站所用电分别由接在10KVⅠ、Ⅱ段母线上的两台所用变提供，两台所用变互为备用，其低压侧采用单母接线方式。
两台干式所用变分别置于#1、#2所用变柜内，型号均为SC9-1030，低压所用电屏由一块GGD低压交流屏组成，布置在主控制室内。
所用电源分别供站用照明、开关电源、主变电源、空调、检修电源、直流电源、通讯电源等。
变电站保护、操作电源采用一套220V、微机控制高频开关直流电源配100AH全封闭免维护铅酸蓄电池组的直流系统。
该套系统由充电柜、馈电柜和电池柜三部分组成，充电机控制部分采用单板机控制，充电回路采用智能高频开关电源。
可以根据蓄电池的亏容状况自动进行主充、浮充和均充。
电源模块采用自然冷却方式，交流两路输入，自动投切，并可以任选一路为主工作电源，该种模块具有DC220VAC220V（2A，供后台用）及DC220VDC48V（10A，供通讯用）转换装置，产品具有完善的保护，绝缘监察及音响灯光报警信号，提供标准微机通信接口RS485并通过此接口向后台发送信号。
同时，直流电源还可供应变电站事故照明用。
（四）主要设备继电保护设计
1、主变压器保护（2台主变）
变电站主变压器保护采用微机型保护，保护的方式有：
（1）差动保护（主保护）
（2）复合电压闭锁方向过流保护
（3）零序电压方向过流
（4）变压器具有过负荷、启动通风、轻重瓦斯、油温过高等保护
2、35kv线路保护（2回35kv线路）
变电站35kv线路保护也采用微机保护，保护方式有：
（1）带方向的电流电压保护
（2）三相一次重合闸
（3）过负荷跳闸（报警），小电流接地指示
（4）具有自投功能，当工作电源也即A35kv变电站至厂降压变电站线路停电时自动投入备用电源。
3、10kv线路保护（4回10kv线路）
10kv线路保护也采用微机保护，保护方式有：
（1）两段式电流电压保护
（2）三相一次重合闸
（3）过负荷跳闸（报警），小电流接地指示
（4）具有网络接口，适合下放在开关柜上
（五）车间变电所设计
根据设计任务书提供的全厂负荷分布情况，厂内1~7车间为I类负荷，8、9车间为II~III类负荷，结合厂区平面示意图以及情况，分别在3车间（I车间变电所）及7车间（II车间变电所）设置2座车间变电所，I车间变电所分别供2、3、5、6、8车间用电，其中2、6、8车间共用2台配电变压器，每台配电变压器容量按不小于2、6、8车间总负荷的70%设置，选择2台S9-1000KVA配电变压器；3、5车间共用2台配电变压器，每台配电变压器容量按不小于3、5车间总负荷的70%设置，选择2台S9-1000KVA配电变压器。
II车间变电所分别供1、4、7、9四车间用电。
其中1、9车间共用2台配电变压器，每台配电变压器容量按不小于1、9车间总负荷的70%设置，选择2台S9-1000KVA配电变压器；4、7车间共用2台配电变压器，每台配电变压器容量按不小于4、7车间总负荷的70%设置，选择2台S9-1000KVA配电变压器。
五、电气设备的选择
正确的选择电气设备的目的是为了使导体和电器无论在正常情况或故障情况下，能安全、合理地运行。
在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。
在发电厂和变电所中，采用的电气设备种类很多，其作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求都是相同的。
电气设备选择的一般要求是：
（1）满足工作要求。
应满足正常运行、检修及短路和过电压情况鲁昂的工作要求。
（2）适应环境条件。
应按当地环境条件进行校验。
（3）先进合理。
应力求技术先进和经济合理。
（4）整体协调。
应与整个工程的建设标准协调一致。
（5）适应发展。
应适当考虑发展，留有一定的裕量。
（一）选择电气设备遵循的一般条件
电气设备要能安全可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路条件来校验其热稳定性和动稳定性。
1、按正常工作条件选择
（1）额定电压
电气设备的额定电压是标示在其铭牌上的线电压。
另外，电气设备还有一个最高工作电压，即允许长期运行的最高工作电压，一般不得超过其额定电压的10%-15%。
在选择时，电气设备的额定电压不应低于安装地点的电网额定电压，即
式中，--电气设备铭牌上所标示的额定电压（KV）；
--电网额定工作电压（KV）。
（2）额定电流
在额定周围环境条件下，导体和电器的额定电流不应小于所在回路的最大工作电流，即
式中，--电气设备铭牌上所标示的额定电流（A）；
--回路中最大长期工作电流（A）。
在决定回路中最大长期工作电流时，应以发电机、变压器、电动机的额定容量和线路的负荷作为出发点，同时考虑这些设备的长期工作状态。
2、按短路条件进行校验
当短路电流通过电气设备时，将产生热效应及电动力效应，因此，必须对电气设备进行热稳定和动稳定校验。
（1）热稳定校验
校验电气设备的热稳定性，就是校验设备的载流部分在短路电流的作用下，其金属导电部分的温度不应超过最高允许值。
如能满足这一条件，则所选出的电气设备符合热稳定的要求。
作热稳定校验时，以通过电气设备的三相短路电流为依据，工程计算中常用下式校验所选的电气设备是否满足热稳定的要求，即
式中，--三相短路电流周期分量的稳定值；
--等值时间（亦称假想时间s）；
--制造厂规定的在t秒内的电器的热稳定电流（KA）；t为与相对应的时间（s）。
（2）动稳定校验
当电气设备中有短路电流通过时，将产生很大的电动力，可能对电气设备产生严重的破坏作用。
因
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