35kV城镇变电所电气系统设计毕业论文Word文件下载.doc
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Theregionof35-voltageeffectmanyfieldsandshouldconsidermanyproblems.Analy-sechangetogiveorgetanelectricshockamissionforcarryingandcustomerscarriesetc.circumstance,choosetheaddress,makegooduseofcustomerdataproceedthencarrycalc-ulation,ascertainthecorrectequipmentofthecustomer.Atthesametimefollowingthech-oiceofeverykindoftransformer,thenmakesurethelinemethodofthetransformersubsta-tion,thencalculatetheshort-circuitelectriccurrent,choosingtosendtogetherwiththeelec-tricwiremethodandthestyleofthewire,thenproceedingthecalculationofshort-circuitelectriccurrent.Thisfirststepofdesignincluded:
（1）ascertainthetotalproject
（2）loadana-lysis（3）thecalculationoftheshort-circuitelectriccurrent（4）thechoiceandthesettleoftheprotectivefacility（5）thecontentstodefendthethunderandprotectionofconnecttheearth.Alongwiththehighandquickdevelopmentofelectricpowertechnique,electricpowersys-temthencanchangefromthegenerateoftheelectricitytothesupplythepower.
Keywords:
35kV；
Substation；
Loadcalculation；
Relayprotection；
Lightningprotection
I
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1课题研究的目的和意义 1
1.2课题的现状和发展趋势 2
1.3主要内容和研究方法 2
第2章负荷计算和无功补偿 4
2.1负荷计算 4
2.1.1变电所原始负荷资料 4
2.1.2负荷计算方法 4
2.1.3负荷计算过程 5
2.2无功补偿 8
2.3本章小结 9
第3章主变压器台数和容量的选择 10
3.1主变压器容量和台数的选择原则 10
3.2主变压器的确定和所用变压器的确定 12
3.3本章小结 12
第4章主接线的方案的确定 13
4.1电气主接线的设计原则 13
4.2电气主接线的选择原则 13
4.3主接线方案的确定 14
4.4本章小结 15
第5章短路电流的计算 16
5.1短路计算的概述 16
5.2原始数据 16
5.3电力系统等值网路图 16
5.4短路电流计算 17
5.5本章小结 20
第6章电气设备选型与校验 21
6.1高压隔离开关的选择与校验 21
6.2高压负荷开关的选择 23
6.3高压熔断器的选择与校验 25
6.410kV自动真空重合器的选择与校验 27
6.5互感器的选择 29
6.6无功电容器的选择 32
6.7母线的选择与校验 33
6.8绝缘子的选择及校验 37
6.9本章小结 38
第7章变电所二次回路和继电保护 39
7.1变电所的二次回路 39
7.1.1概述 39
7.1.2变电所二次接线 39
7.1.3绝缘监视装置 39
7.2变电所继电保护 40
7.2.1主变压器保护意义及原则 40
7.2.2主变压器的保护与配合 41
7.2.3电力线路继电保护 43
7.3防雷与接地系统保护 45
7.3.1防雷系统 45
7.3.2接地系统保护 49
7.4本章小结 49
结束语 50
参考文献 51
致谢 53
附录 54
第1章绪论
1.1课题研究的目的和意义
我国农村变电所的建设是随着农村生产的抗旱、排涝需要用电诞生的，由于当时的电力应用周期短、效率低，农村电网建设没有得到各级部门的充分重视。
对供电的可靠性考虑较小，投入的资金不多，一批城网淘汰下来的高压电气设备，重新投入到农村变电所使用，使原来农网设备落后的矛盾更为突出。
常规变电所主变侧断路器采用多油断路器，10kV采用成套开关柜，是照搬城网变电所的一种模式。
虽然设备的成套性好，技术性能及供电可靠性油了很大的提高，但由于设备技术参数偏高，检修维护工作量大，易渗漏油，给安全文明生产带来一定的困难。
采用户内式布置，导致工程造价高、占地面积大、建设周期长，与农村经济尚不发达和国家土地资源紧张产生了矛盾，脱离了我国的农村实情，加重了农民的负担，直接影响了农网的发展和地方经济的发展[1]。
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。
建国以来，我国的城乡供电事业得到了迅速发展，同时也经历了一个不断认识、提高、完善的过程。
为了了解我国农网的建设模式，更好的改变农网传统的设计方案和电网落后的面貌。
电力行业“十二五”规划纲要提出，以电力结构调整为主线，加强对资源、环境因素的统筹、协调平衡供应侧和需求侧关系，电力结构优化和节能减排将成为两大重心。
电力的需求已经导致已经成为“十二五”规划中的重中之重。
为了完善国家电网的输送、分配、我国城乡的变电所更是需要更新换代，才能跟上国家的规划纲要。
所以要坚持统筹城乡经济社会发展的基本方略，扎实稳步推进社会主义新农村建设。
作为基础产业的电力工业，为了更好、更快地推进新农村建设步伐，国家电网公司初步制定了服务新农村、新城镇建设的战略规划。
我国电力工业正从大机组、超高压、西电东送、全国联网的发展阶段，向绿色发电、特高压、智能电网的发展新阶段转变。
农村变电所的设备的落后已经严重的影响和制约了农村经济的发展，本课题是根据农村城乡电网的实际发展情况和该城区的特点、使用习惯及经济基础的投入，以及城区提供的原始电力负荷资料进行了系统分析后而提出的适合该区的地面35kV变电所的初步设计。
1.2课题的现状和发展趋势
农业供电始于19世纪末，最初是用小型发电站或发电机组供电。
随着农业电气化和大电网的发展，逐渐出现了大型农村发电厂和由大电网供电的农村电力网。
至第二次世界大战后，大电网供电迅速发展，在农业供电中的比重不断增长。
到70年代，日本、苏联、美国、法国、联邦德国等国的农业用电已主要或几乎全部由大电网供给。
适合农村特点的电源电网结构、专用电气设备、自动控制装置和运行技术不断发展，微型电子计算机在农村供电系统的控制、运行和管理方面也逐步得到应用。
如今农村变电所多以35kV电压等级供电，从1998年农村电网第一批建设与改造工程开始，至今已经历经十二年，根据35kV变电所“户外式，小型化，造价低，安全可靠，技术先进”的建设原则，期间各种设计形式层出不穷，百花争艳。
随着近几年技术的进步，设备不断地更新换代，开关设备的无油化已成为电力行业的一个目标。
随着变电所综合自动化技术的不断发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电所二次系统，继而实现“无人值班”变电所。
智能化电气设备的发展,特别是智能开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现,变电所自动化技术即将进入数字化新阶段。
科学技术的发展是没有止境的,随着智能开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电所运行操作培训仿真等技术日趋成熟,以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用,势必对已有的变电所自动化技术产生深刻的影响,全数字化的变电所自动化系统在不远的将来将成为现实。
总体来说我国变电所正在经历这由老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电所转变，交流传输向直流输出转变，国外主要是交流输出向直流输出转变。
经过这次的转型未来的农村变电所将会使农村供电布局逐步得到完善，安全供电水平和可靠性不断地提高，供电部门的经济效益和社会效益逐步上升。
由于农村终端变电所投资少，建设周期短，还可加快其发展速度[7]。
上述农村变电所建设方案的实施及今后的发展与采用先进的技术和设备分不开，所以应加速我国各种电气设备的研制、引进和开发工作。
生产推广国产的质量高、成本低的电气设备，满足农村变电所的改造和发展的需要。
1.3本设计主要内容和研究方法
本课题的整体设计方案完全按照原始资料进行设计，35kV单回路进线，通过35kV开关和隔离开关经联锁后送至相应变电站的变压器上，变压器采用有载调压方式输出6条10kV电源，并通过10kV侧压变柜二次电压取样后送至控制室主变调压器进行输出电压调整。
首先，根据城区提供的资料来看，本变电所负荷主要以生活用电和农业灌溉为主。
从功率需求，可靠性，线路要求等方面选择适当的供电方案。
通过对供电负荷进行计算，在保证供电可靠性，小型化户外，低投入，技术先进的前提下，选择初步的主接线形式和主变压器型号及容量。
其次，考虑到短路对系统的严重影响及对所选设备进行动稳态和热稳态的校验，拟定降压变电所相关节点并进行短路计算。
再次，设计中还要考虑变电所主要元件保护装置的选择:
35kV进出线保护；
主变压器保护，主变压器保护设计中可采用速断电流保护、过电流保护、过负荷保护；
10kV母线保护；
10kV侧保护。
此外还进行防雷保护的设计和计算，提高整个变电所的安全。
最后，确定最终的电气主接线方案，结合主接线方案确定变电所的总设计方案。
本变电所负荷主要以生活用电和农业灌溉为主，有一处二类负荷、其余均为三类负荷。
初步计划采用需要系数法；
对各台区及全台区总的负荷进行了具体计算，变电所的位置和主变压器的台数及容量选择，参考电源进线方向，综合考虑设置变电所的有关因素，结合全区的计算负荷以及扩建和设备的需要，确定变压器的台数和容量。
通过对原始资料的分析，首先对城镇中工业生产负荷和周围商业区及居民生活用电负荷进行计算和无功补偿整定。
在保证供电的可靠性，安全性，结合全台区的计算负荷以及扩建和备用的需要，选择不同的主接线形式和变压器的型号及容量，确定变压器的台数和容量。
对变电所的电气设备各相关节点进行短路计算，根据计算结果进行电气设备的选择和校验。
在变电所主要元件保护装置设计方面，主要设计主变压器保护和线路保护方案设置。
在配电系统设计过程中，为了使用电的可靠性提高，根据城镇用电负荷分布情况，完成变电所的二次系统设计继电保护和防雷与接地系统设计。
最后将各部分组合，完成整体设计。
第2章负荷计算和无功补偿
2.1负荷计算
2.1.1变电所原始负荷资料
本变电所负荷主要以生活用电和农业灌溉为主，有一处二类负荷，其余均为三类负荷，35kV单回路进线、10kV侧采用单母线分段接线、6条10kV出线。
负荷统计如下表所示。
表2.1负荷统计表
回路
序号
名称
用户类型
设备
容量
（kW）
需用
系数
功率
因数
变压器
台数
线长
（km）
供电
负荷
级别
1
第一区
生活用电
700
0.7
0.92
20
15
3
商业用电
800
0.5
0.81
农产品加工
400
2
第二区
0.75
工业用电
0.6
灌溉用电
600
0.85
0.8
第三区
医院用电
200
0.83
13
4
第四区
12
900
5
第五区
10
0.82
6
第六区
16
500
2.1.2负荷计算方法
我国目前普遍采用的确定用电设备计算负荷的方法，有需要系数法和二项系数法。
需要系数法是国际上普遍采用的确定计算负荷的基本方法，适用于计算变配电负荷，最为简便。
二项式法适用于确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。
因此，本设计选用需要系数法来计算负荷[2]。
主要的公式有：
有功计算负荷
（2.1）
无功计算负荷
（2.2）
视在计算负荷
（2.3）
计算电流
（2.4）
式中——为用电设备组上的需要系数。
——为用电设备组上的总容量之和。
——为用电设备组的平均功率因数。
——为对应用电设备组的正切值。
——为用电设备组的额定电压。
2.1.3负荷计算过程
第一区负荷计算：
生活用电
P30=Kd·
Pe=0.7×
700=490kW
Q30=P30·
=490×
0.43=210.7kvar
商业用电
Pe=0.5×
800=400kW
=400×
0.72=288kvar
农产品加工
400=280kW
=280×
1.02=285.6kvar
第一区合计
=490+400+280=1170kW
=210.7+288+285.6=784.3kvar
因此，总的计算负荷为（有功同时系数与无功同时系数=0.9，=0.95）
P30=·
=1170×
0.9=1053kW
Q30=·
=784.3×
0.95=745.1kvar
S30==1290kVA
74.48A
其他区负荷计算与一区类似，省略。
全区总负荷计算：
各区总设备容量
=1900+2000+200+1700+1300+1100=8200kW
各区总有功功率
=1053+1309.5+144+1062+891+814.5=5274kW
各区总无功功率
=745.1+1094+103.4+630.8+543+478.7=3595kvar
各区总视在功率
S30==6383kVA
总计算电流
I30=S30/UN=6383/×
10=367.2A
总平均功率因数
全区用电负荷，见表2.2。
表2.2全区用电负荷计算
回
路
名
称
用电设备名称
Pe（kW）
Kd
计算负荷
有功
无功
视在
第
一
区
生活用电设备
0.92/0.43
490
210.7
商业用电设备
0.81/0.72
288
农场品加工设备
0.7/1.02
280
285.6
合计
1900
1170
784.3
0.82/0.7
1053
745.1
1290
74.5
二
525
225.8
工业用电设备
0.6/1.33
420
558.6
灌溉用电设备
510
367.2
2000
1455
1151.6
0.77/0.82
1309.5
1094
1706.4
98.5
医院用电设备
0.83/0.68
160
108.8
144
103.4
177.3
10.2
640
275.2
540
388.8
1700
1180
664
0.86/0.6
1062
630.8
1235.2
71.3
450
193.2
378
1300
990
571.5
0.85/0.62
891
543
1043.4
58.2
480
206.4
425
297.5
1100
905
503.9
814.5
478.7
944.7
54.5
总区
8200
0.83/0.67
5274
3595
6383
2.2无功补偿
在工程设计的过程中，由于存在大量的感性负荷，从而使功率因数降低，如果在其充分发挥设备的潜力，改善设备运行性能，提高其自然功率因数的情况下，尚未达到规定的工程功率因数，则需考虑增设无功功率补偿装置。
1、功率因数的危害及改善方法
功率因数是指任意二端网络两端电压U与其中电流I之间的位相差的余弦（用cos表示），在数值上功率因数是有功功率与视在功率的比值[3]。
2、功率因数对供电系统的影响
在供电系统中输送的有功功率不变的情况下，无功功率增大，即功率因数下降，会出现如下情况：
（1）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和无功损耗增加；
（2）系统中的总电流会增加；
（3）功率因数过低会使线路的电压损耗增大；
（4）使电力系统的电气容量不能充分利用。
3、无功补偿整定
按规定变电所的高压侧的功率因数，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应该略高于0.90，这里取。
假设功率因数由提高到，这时有功功率P30不变的条件下，无功功率由提高到,视在功率将由减小到。
相应的负荷电流也减为。
要使低压侧的功率因数由0.83提高到0.93，则低压侧需增设并联电容器。
补偿电容器容量计算如下：
补偿前的变压器容量和功率因数为
S30==6383kVA
主变电器容量选择条件为，因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选。
这时变电所低压侧的功率因数为
要使低压侧功率因数由0.83提高到0.93，低压侧需装设的并联电容器容量为
Qc=5311×
（tanarccos0.83–tanarccos0.93）kvar=1487
补偿后的全区负荷如下：
低压侧有功负荷为
==5311kW
低压侧无功负荷为
=Q30–Qc=3611–1487=2124kvar
低压侧视在负荷为
==5720kVA
计算电流为
=/=5720kVA/10kV=330.2A
主变压器功率损耗为
ΔPT=0.015=0.015×
5720=85.8kW
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