精品【毕业设计】工厂35kV总降压变电所设计-定.doc
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成人高等教育
毕业设计（论文）
姓 名：
学习形式：
函授
函授站：
贵州盘县
专业：
电气工程及其自动化
级 别：
专升本
学号：
0253322509
指导教师：
赖华
二○○五年九月十三日
昆明理工大学成人高等教育
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：
工厂35kV总降压变电所设计
学生姓名：
学号：
0253322509专业年级：
贵盘县函2002级电自
学习形式：
函授□夜大□脱产□函授站：
贵州盘电函授站
毕业设计（论文）内容：
一、高压供电系统设计（根据供电部门提供的资料，选择本厂最优供电电压等级）
二、总降压变电所设计
1、主接线设计
2、短路电流计算
3、主要电器设备选择
4、主要设备（主变压器）继电保护设计
5、配电装置设计
6、防雷接地设计（只要求方案）
三、设计成果
1、设计说明书
2、设计图纸二张
（1）总降压变电站电气主接线图
（2）主变压器继电保护展开图
专题（子课题）题目：
内容：
设计（论文）指导教师：
（签字）
主管教学院长：
（签字）
2005年9月13日
设计任务书
某××厂总降压变电所及配电系统设计
一、基础资料
1、全厂用电设备情况
〈1〉负荷大小
用电设备总安装容量：
6630kW
计算负荷（10kV侧）有功：
4522kW
无功：
1405kVar
各车间负荷统计见表8—1
〈2〉负荷类型
本厂绝大部分用电设备均属长期连续负荷，要求不间断供电。
停电时间超过两分钟将造成产品报废；停电时间超过半小时，主要设备，电炉将会损坏；全厂停电将造成严重经济损失，故主要车间及辅助设施均为I类负荷。
（3）本厂为三班工作制，全年工作时数8760小时，最大负荷利用小时数5600小时。
〈3〉全厂负荷分布，见厂区平面布置图。
（图8—1）
表8—1全厂各车间负荷统计表
序号
车间名称
负荷类型
计算负荷
Pjs（kW）
Qjs（kVar）
Sjs（kVA）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
空气压缩车间
熔制成型（模具）车间
熔制成型（熔制）车间
后加工（磨抛）车间
后加工（封接）车间
配料车间
锅炉房
厂区其它负荷
（一）
厂区其它负荷
（二）
共计
同时系数
全厂计算负荷
I
I
I
I
I
I
I
II-III
II-III
780
560
590
650
560
360
420
400
440
4760
0.95
4522
180
150
170
220
150
100
110
168
200
1448
0.97
1405
800
580
614
686
580
374
434
434
483
4985
4735.24
2、电源情况
〈1〉工作电源
本厂拟由距其5公里处的A变电站接一回架空线路供电，A变电站110kV母线短路容量为1918MVA，基准容量为1000MVA，A变电站安装两台SFSLZ1—31500kVA／110kV三圈变压器，其短路电压U高—中=10.5%，U高—低=17%，U低—中=6%。
详见电力系统与本厂联接图（图8—2）。
图8—1厂区平面布置示意图8—2电力系统与本厂联接示意图
供电电压等级，由用户选用35kV或10kV的一种电压供电。
最大运行方式：
按A变电站两台变压器并列运行考虑。
最小运行方式：
按A变电站两台变压器分列运行考虑。
〈2〉备用电源
拟由B变电站接一回架空线作为备用电源。
系统要求，只有在工作电源停电时，才允许备用电源供电。
〈3〉功率因数
供电部门对本厂功率因数要求值为：
当以35kV供电时，cosφ=0.9
当以10kV供电时，cosφ=0.95
〈4〉电价
供电局实行两部电价。
基本电价：
按变压器安装容量每1千伏安每月4元计费。
电度电价：
35kVβ=0.05元／kWh
10kVβ=0.06元／kWh
〈5〉线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按每千瓦1000元。
前言
电力工业对我国社会主义建设、工农业生产和人民生活影响很大，因此，提高电力系统运行的可靠性，保证安全供电是从事电力设计的重要任务。
电气设备除要承受正常工作电压、电流外，还要承受异常和故障情况下的过电压、大电流的冲击。
电力系统在运行中可能发生各种故障或出现各种不正常运行状态，从而在电力系统中引发事故，故障一旦发生，能迅速而有选择性切除故障单元，是保证电力系统安全经济运行的有效方法之一。
本次设计是在学习《电力系统分析》、《电力系统继电保护》、《发电厂电气部分》、《电力系统自动装置原理》等专业学科的基础上，结合实际对35kV变电站电气部分供电方案进行经济性、可靠性的综合比较，着重对电气主接线的选择、短路电流的计算、设备的选型及保护配置、原理、整定计算进行阐述，掌握一次设备选择、了解地方变电站接线方式以及绘制变电站的主接线图、保护回路二次接线等，本次设计也旨在加强和提高电力系统一次设备的运行和技术管理水平，我通过对三年学习进行总结和应用，在本次设计中找到一个理论联系实际的切入点，提高了本人的业务水平，以便在生产过程中更好地解决实际问题，保证设备安全、稳定、经济运行。
由于时间仓促和本人水平有限，在设计中存在不少错误，恳请老师提出宝贵意见，谢谢！
目录
第一章毕业设计的目的和内容…………………………………………………7
第二章高压供电系统设计…………………………………………………………7
第一节概述……………………………………………………8
第二节主接线设计的原则…………………………………………………………8
第三节供电系统的设计方案………………………………………………………………8
第三章总降压变电所的设计…………………………………………………21
第一节电气主接线设计………………………………………………………………21
第二节短路电流计算…………………………………………………………………22
第三节主要电气设备选择……………………………………………………………30
第四节配电装置设计…………………………………………………………………37
第五节主变压器继电保护设计………………………………………………………39
第六节防雷接地设计…………………………………………………………48
〔摘要〕本次通过对35kV总降压站继电保护及主接线的设计，对所学专业知识的内容进行全面总结和应用，提高了我的专业技术水平，使我在以后的生产过程中能更好地理论联系实际，保证了设备安全、经济、稳定运行。
关键词〕35kV变电站设计
第一章毕业设计的目的和内容
通过三年的专业基础知识学习，加深了我对专业知识的巩固和提高，为了对专业知识有更深一步的了解和认识，通过毕业设计来加强对发供电电气设备设计的选择原则、设计方案、接线方式、设备选型、保护配置及安全接地保护的认识与了解，运用所学的基本理论知识，独立地完成了设计任务，以达到理论联系实际的目的。
第二章高压供电系统设计
第一节概述
高压供配电装置的设计主要以安全、可靠运行为原则，同时兼顾运行的经济性与灵活性。
因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。
一、可靠性：
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求；二、灵活性：
电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换；三、经济性：
主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理，主要从以下几方面考虑：
①投资省，②占地面积少，③电能损耗少。
根据提供的设计资料，本变电所有两路电源，正常运行时一路运行一路备用。
全所9回出线有7回为Ⅰ类负荷，且对供电可靠性要求较高，停电时间超过两分钟即会造成产品报废，停电时间超过半小时主要设备、锅炉将会损坏；全厂停电将造成严重的经济损失。
本厂为三班工作制，全年工作时数8760小时，最大负荷利用小时数5600小时。
另外，备用电源由B变电站引入，要求只有在工作电源停电时才允许备用电源供电。
供电局实行两部电价：
①基本电价按变压器安装容量每千伏安每月4元，②电度电价：
35kV按0.05元/kWh，10kV按0.06元/kWh。
计费；线路功率损失在发电厂引起的附加投资按每千瓦1000元计算。
第二节主接线设计的原则
主接线的设计，必须结合电力系统、发电厂和变电所的具体情况，全面总结分析，经过技术与经济比较，合理地选择主接线方案。
电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，执行国家的技术经济政策、技术规定，从全局出发，结合工程的实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、等各项技术要求的前提下，兼顾运行和检修的方便，尽可能地就地取材，节省投资。
第三节供电系统的设计方案
一、供电方案的拟定
本所电源进线可为35kV或10kV的两路，按照要求正常情况下一路运行，一路备用。
配电母线为10kV，负荷出线有9回，且对供电可靠性要求较高，停电时间超过两分钟即会造成产品报废，因此考虑配电母线采用单母线分段接线，为了提高供电可靠性，10kV拟采用成套开关柜单层布置。
而对于电源进线，则可取两路35kV、两路10kV一路35kV一路10kV，为此得出了三种不同的方案。
1、方案一:
工作电源与备用电源均采用35kV电压供电。
在这个方案中，总降压变电所内装设两台主变压器。
工厂总降压变电所的高压侧接线方式可采用单母线分段接线和内桥接线。
显然，从技术经济上比较，内桥接线优于单母线分段接线，故采用内桥接线作为本方案的接线方式。
2、方案二:
工作电源与备用电源均采用10kV电压供电，两路电源进线均采用断路器控制。
3、方案三:
工作电源采用35kV电压供电，用架空线路引入总降压变电所，装设一台主变压器。
备用电源采用10kV电压供电，35kV降压后接在10kV的一段配电母线上，备用电源接在10kV的另一段配电母线上。
三个方案的主接线图如下：
二、方案分析比较
工厂供电设计不仅要满足生产工艺提出的各项具体要求，保证安全可靠的供电，而且应力求经济合理,投资少，运行维护费用低。
对此，需要对上述三个方案进行技术和经济比较，选择一个经济合理的最佳方案。
技术经济比较一般包括技术指标、经济计算和有色金属消耗量三个方面。
1、方案的优点和缺点分析
（1）方案一工作电源和备用电源均采用35kV供电
优点：
供电电压高，线路功率损耗少，电压损失小，调压问题易解决，要求的功率因数值低，所需补偿容量小，可减少投资，供电的安全可靠性较高。
缺点：
工厂内要设总降压变电所，占用的土地面积多，总降压变电所要装设两台主变压器，投资及运行维护费用高。
（2）方案二工作电源和备用电源均采用10kV供电
优点：
工厂内不设主变压器，可以简化接线，降低了投资及运行维护费。
工厂内不设总降压变电所，可以减少占地面积，减少管理人员及维护工作量。
缺点：
供电电压低，线路的功率损耗增大，电压损失也大，要求的功率因数值高，需增加补偿装置及相关的投资，工厂内设总配电所，供电的安全可靠性不如35kV。
（3）方案三工作电源采用35kV供电，备用电源采用10kV供电。
本方案的技术经济指标介于方案一和方案三之间。
但是由于原始资料要求两路电源正常时只用一路供电，工作电源停运时方用备用电源供电。
因此该方案较好，因为备用电源供电时间较少，所以该方案既能满足供电可靠性要求，投资也相对较少。
1、技术指标计算
1.1方案一根据全厂计算负荷为4735.24kVA，考虑原始资料要求两路电源正常时只用一路供电，工作电源停运时方用备用电源供电，本方案选用5000kVA的变压器两台，型号为SJL1—5000／35，电压为35／10kV，查表得到变压器的主要技术数据：
空载损耗ΔP0=6.9kW，短路损耗ΔPk=45kW
阻抗电压Uk%=7，空载电流I0%=1.1
变压器的有功功率损耗
ΔPb=nΔP0+ΔPk（Sjs/Sbe）2／n（n为变压器台数）
已知：
n=2（正常运行时备用变压器充电备用）；Sjs=4735.24kVA；Sbe=5000kVA
所以，变压器的有功损耗ΔPb=2×6.9+45×（4735.24/5000）2=54kW
变压器的无功功率损耗
ΔQb=n（I0%／100）Sbe+（1/n）（Uk%／100）Sbe（Sjs/Sjb）2=2×（1.1／100）×5000+（7／100）×5000×（4735.24/5000）2=424kVar
一台变压器运行的有功损耗=ΔPb－ΔP0=54-6.9=47kW
一台变压器运行的无功损耗=ΔQb-1.1/100*5000=424-55=369kVar
35kV线路的功率：
Pjs′=Pjs+ΔPb－ΔP0=4522+54-6.9=4569kW
Qjs′=Qjs+ΔQb-1.1/100*5000=1405+424-55=1774kVar
Sjs′===4901kVA
Ijs′=Sjs′／（Ue1）=4901／（×35）=80.9A
35kV线路的功率因数：
cosφ=Pjs′／Sjs′=4569／4901=0.93
导线在运行中，因其中有电流流过，将使导线温度升高。
温度过高，将会降低导线的机械强度，加大导线接头处的接触电阻，增大导线的弧垂。
为保证导线在运行中不致过热，要求导线的最大负荷电流必须小于导线的允许载流量，即Ijs′＜Iux。
按照国家电线产品技术标准规定，经过查表，35kV线路选用LGJ—35钢芯铝绞线架设，几何均距确定为2.5米。
查表得：
r0=0.85Ω／km,x0=0.417Ω／km。
工作电源电压损失：
Δu1=（r0×Pjs′×L1+x0×Qjs′×L1）／Ue1（L=5km）
=（0.85×4569×5+0.417×1774×5）／35
=0.66kV
Δu1＜35×5%=1.75kV，电压损失合格。
备用电源电压损失：
Δu2=（r0×Pjs′×L2+x0×Qjs′×L2）／Ue1（L=7km）
=（0.85×4569×7+0.417×1774×7）／35=0.92kV
Δu2＜35×5%=1.75kV，电压损失合格。
（1）方案二根据全厂计算负荷Sjs=4735.24kVA，可以计算出10kV线路的负荷电流
Ijs=Sjs/（Ue2）=4735.24/（×10）=273A
它的功率因数：
cosφ=Pjs／Sjs=4522/4735.24=0.95
根据导体的发热条件，10kV线路选用LGJ—70钢芯铝绞线架设，几何均距确定为1.5米。
查表得：
r0=0.46Ω／km,x0=0.365Ω／km。
电压损失：
Δu1=（r0×Pjs×L+x0×Qjs×L）／Ue2（L=5km）
=（0.46×4522×5+0.365×1405×5）／10
=1.3kV
电压损失过大，为了降低电压损失，10kV线路考虑选用LGJ—120的钢芯铝绞线架设。
查表得：
r0=0.27Ω／km,x0=0.335Ω／km
电压损失为：
Δu1=（r0×Pjs×L+x0×Qjs×L）／Ue2（L=5km）
=（0.27×4522×5+0.335×1405×5）／10=0.85kV
同理：
Δu2=（0.27×4522×7+0.335×1405×7）／10=1.18kV
Δu2＞Δu1＞10×5%=0.5kV，电压损耗仍然偏高。
只有通过提高供电侧电压才能保证供电电压。
1.2.方案三正常运行时以35kV单回路供电，10kV线路作为备用电源。
根据全厂计算负荷为4735.24kVA，厂内总降压变电所设一台容量为5000kVA的主变压器，型号为SJL1—5000/35，查表得到变压器的主要技术数据：
空载损耗ΔP0=6.9kW，短路损耗ΔPk=45kW
阻抗电压Uk%=7，空载电流I0%=1.1
变压器的有功功率损耗
ΔPb=nΔP0+ΔPk（Sjs/Sbe）2／n（n为变压器台数）
已知：
n=1；Sjs=4735.24kVA；Sbe=5000kVA
所以，ΔPb=1×6.9+45×（4735.24/5000）2=47kW
变压器的无功功率损耗
ΔQb=n（I0%／100）Sbe+（1/n）（Uk%／100）Sbe（Sjs/Sjb）2
=1×（1.1／100）×5000+（7／100）×5000×（4735.24/5000）2
=369kVar
35kV线路的功率：
Pjs′=Pjs+ΔPb=4522+47=4569kW
Qjs′=Qjs+ΔQb=1405+369=1774kVar
Sjs′===4901kVA
Ijs′=Sjs′／（Ue1）=4901／（×35）=80.9A
35kV线路的功率因数：
cosφ=Pjs′／Sjs′=4569／4901=0.93
导线在运行中，因其中有电流流过，将使导线温度升高。
温度过高，将会降低导线的机械强度，加大导线接头处的接触电阻，增大导线的弧垂。
为保证导线在运行中不致过热，要求导线的最大负荷电流必须小于导线的允许载流量，即Ijs′＜Iux。
按照国家电线产品技术标准规定，经过查表，35kV线路选用LGJ—35钢芯铝绞线架设，几何均距确定为2.5米。
查表得：
r0=0.85Ω／km,x0=0.417Ω／km。
35kV工作电源电压损失：
Δu1=（r0×Pjs′×L1+x0×Qjs′×L1）／Ue1（L=5km）
=（0.85×4569×5+0.417×1774×5）／35
=0.66kV
Δu1＜35×5%=1.75kV，电压损失合格。
10kV备用线路仅考虑一级负荷之用，一级计算负荷为3868.5kVA，可计算出10kV备用线路的负荷电流Ijs
Ijs=Sjs/（Ue）=3868.5/（×10）=223.35A
按导体的发热条件选用LGJ—120钢芯铝绞线架设，几何均距确定为1.5米，查表得每公里的电阻值r0=0.27Ω,每公里的电抗值x0=0.335Ω。
可计算出10kV备用线路的电压损失：
Δu2=（r0×Pjs×L+x0×Qjs×L）／ue2（L=7km）
=（0.27×3724×7+0.335×1047.6×7）／10
=0.95kV
要求电压损失为：
10×5%=0.5kV，作为备用电源由于所用时间少，基本满足要求；另外也可通过提高供电侧电压来保证。
通过对三个方案的技术指标分析计算，可知：
方案一：
供电可靠，运行灵活，线路损失小，但因装设两台主变压器和三台35kV断路器，致使投资增大。
方案二：
工作及备用电源均采用10kV，无须装设主变压器，投资小，但线路损耗大，电压损失严重，无法满足一级负荷长期正常运行的要求，故不予考虑。
方案三：
介于方案一和方案二之间，正常运行时，线路损耗低，电压损失小，能满足一级负荷长期正常运行的要求。
35kV线路故障或检修时，10kV备用线路运行期间，电压损失较大，但这种情况较少，且时间不长，从设备投资来看，方案三比方案一少一台主变压器和两台35kV断路器，投资降低。
至于备用线路电压损失问题，可采用适当提高线路导线截面的办法来降低电压损失或适当提高供电侧电压。
因此，将方案一与方案三再作进一步的经济计算比较。
2、经济计算
经济计算包括基本建设投资和年运行费两大项。
（1）基建投资Z
基建投资一般采用供配电系统中各主要设备从订货到安装完成所需的全部工程费用的综合投资指标表示。
所谓综合投资，包括设备本体价值、辅助设备及配件材料费和设备的试验调试费用、土建及安装费用，也包括设备的运输费。
（2）年运行费用F
年运行费是指设备投入运行后维持正常运行每年所付出的费用，一般包括以下四项：
①设备的折旧费用Fz；②设备维护管理费Fw；③年电能损耗费用FA；④年基本电价费FJ。
整个供电系统的年运行费F=Fz+Fw+FA+FJ。
方案一和方案三的基建投资和年运行费见表1——4，经济比较见表5。
表1方案一的投资费Z1
项目
说明
单价
（万元）
数量
费用（万元）
线路综合投资
LGJ—35
1.00
5+7
12.00
变压器综合投资
SJL1—5000/35
7.00
2
14.00
35kV断路器
SW2—35/1000
2.06
3
6.18
电压互感器及避雷器
JDJJ-35+FZ-35
0.92
2
1.84
功率损耗引起附加投资
3Ijs2r0L×10-3+ΔPb
1000元/kW
137.45
13.745
合计
47.765
表2方案一的年运行费F1
项目
说明
费用（万元）
线路折旧费
按线路投资的3.4%计算
0.41
线路维护费
按线路折旧费的100%计算
0.41
变电设备折旧费
按投资的5.8%计算
1.28
变电设备维修费
按投资的5.8%计算
1.28
线路电能损耗
ΔFx=3×80.92×0.85×5×5600×0.05×10-3×10-4
2.34
变压器电能损耗
ΔFb=［2×6.9×8760+45×（4985/5000）2×5600］×0.05×10-4
1.85
基本电价费用
5000×12×4×10-4
24
合计
31.57
表3方案三的投资费Z3
项目
说明
单价（万元）
数量
费用（万元）
线路综合投资
LGJ-35+LGJ-120
1.00+1.35
5+7
14.45
变压器综合投资
SJL1—5000/35
7.00
1
7.00
35kV断路器
SW2—35/1000
2.06
1
2.06
电压互感器及避雷器
JDJJ-35+FZ-35
0.92
1
0.92
功率损耗引起附加投资
3Ijs2r0L×10-3+ΔPb
1000元/kW
130.45
13.045
合计
37.475
表4方案三的年运行费F3
项目
说明
费用（万元）
线路折旧费
按线路投资的3.4%计算
0.49
线路维护费
按线路折旧费的100%计算
0.49
变电设备折旧费
按投资的5.8%计算
0.58
变电设备维修费
按投资的5.8%计算
0.58
线路电能损耗
ΔFx=3×80.92×0.85×5×5600×0.05×10-3×10-4
2.34
变压器电能损耗
ΔFb
升级会员 