电力系统课程设计报告

课程设计报告

题目 35KV变电所的常规设计

变电所线路的设计、高压设备的选择

课程名称 电力系统及分析

院部名称龙蟠学院

专业电气工程及其自动化

班级 M11电气工程及其自动化

学生姓名

学号

课程设计地点 C304

课程设计学时 一周

指导教师

金陵科技学院教务处制

摘要................................................................................................................................. 1

1 变配电所的主结线方案................................................................................................. 3

1.1 概述......................................................................................................................... 3

1.2变配电所的分类................................................................................................... 3

1.2.1按等级和规模分：...................................................................................... 3

1.2.2根据配电电压的不同分：........................................................................... 4

1.3主结线图的作用和类型......................................................................................... 4

1.3.1定义：....................................................................................................... 4

1.3.2类型........................................................................................................... 4

1.4对电气主结线的基本要求..................................................................................... 5

1.5 变配电所常用主结线类型和特点.......................................................................... 7

1.5.1线路—变压器组单元结线........................................................................... 7

2 单母线结线................................................................................................................... 8

2.1 结线方案............................................................................................................. 8

2.1.1 单母线分段结线........................................................................................ 9

2.1.2单母线带旁路的结线.................................................................................. 9

3．双母线结线.............................................................................................................. 10

4变配电所主要电气设备的配置...................................................................................... 10

4.1．变压器的配置........................................................................................... 10

4.2．高压母线的受电开关配置.......................................................................... 11

4.3．高、低压母线的分段开关配置................................................................... 11

4.4．高压配电出线的开关配置.......................................................................... 11

4.5．变压器二次侧开关的配置.......................................................................... 11

5 主变台数、容量和型式的确定..................................................................................... 11

5.1变电所主变压器台数的确定................................................................................ 11

5.2变电所主变压器容量的确定................................................................................ 12

5.3 变电站主变压器型式的选择............................................................................... 12

6 供电方案

6.1实例................................................................................................................... 12

6.2 技术指标计算.................................................................................................... 13

总结

参考文献

摘要

本设计根据某某工厂的电力负荷资料，作出了该区地面35kV变电所的初步设计。包括主接线的设计、负荷计算与变压器选择、高压电器的选择、变电所的防雷及变电所的布置等。本设计以实际负荷为依据，以变电所的最佳运行为基础，按照有关规定和规范，完成了满足该区供电要求的35kV变电所初步设计。

设计中先对负荷进行了统计与计算，选出了所需的主变型号，然后根据负荷性质及对供电可靠性要求拟定主接线设计，考虑到短路对系统的严重影响，设计中进行了短路计算。设计中还对主要高压电器设备进行了选择与计算，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。此外还进行了防雷保护的设计和计算，提高了整个变电所的安全性。

关键词：35KV变电站，变压器，电压互感器，短路电流计算，防雷保护

1 变配电所的主结线方案

1.1 概述

变配电所是供配电系统的枢纽，占有非常重要的作用。变电所是接受电能、变换电压、分配电能的环节，是供配电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。电力系统是由发电机，变压器，输电线路，用电设备（负荷）组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机），变换（变压器，整流器，逆变器），输送和分配（电力传输线，配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）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。

1.2变配电所的分类

1.2.1按等级和规模分：

1）总降压变电站 — 35KV及以上的电压降为10（6）KV电压；

2）车间变电所 — 10(6)KV的电压降为220/380电压。

1.2.2根据配电电压的不同分：

1）高压配电所

2）低压配电所

1.3主结线图的作用和类型

1.3.1定义：

变配电所的主结线是供配电系统中为实现电能输送和分配的一种电气结线；对应的结线图叫主结线图，或主电路图，又称一次电路图、一次结线图。

注：虽然电力系统是三相系统，通常电气主结线图采用单线来表示三相系统，使之更简单、清楚和直观。

1.3.2类型

根据主结线图作用的不同，有两种形式：

1）系统式主结线图

① 定义按照电能输送和分配的顺序、用规定的电气符号和文字说明来表示和安排其主要电气设备相互连接关系的主结线图为系统式主结线图。

② 作用这种图能全面系统地反映主结线中电力电能的传输过程，即相对电气连接关系，但不能反映电路中各电气设备和成套设备之间的相互排列位置即实际位置；它一般在运行和教材中使用。

2）装置式主结线图

① 定义装置式主结线图是按照高、低压成套配电装置之间的相互连接和排列位置绘制的主结线图。在装置式主结线图中，各成套配电装置的内部设备和结线及各成套配电装置之间的相互连接和排列位置一目了然。

② 作用这种图多用作施工图，便于配电装置的采购和安装施工。

图1-27和图1-28分别表示同一个户外成套变电所的系统式主结线图和装置式主结线图。

图1-27 变电所系统式主接线图

TM－主变压器 QL－负荷开关 FU－熔断器 FV－阀式避雷器 QK－低压刀开关 QF－断路器 QFK－刀熔开关

图 1-28 变电所装置式主结线图

1.4对电气主结线的基本要求

(1) 安全性主结线的设计应符合国家标准有关技术规范的要求，充分保证人身和设备的安全。（如高、低压断路器的电源侧和可能反馈电能的另一侧须装设隔离开关；变配电所的高压母线和架空线路的末端须装设避雷器。）

(2) 可靠性主结线应根据负荷的等级，满足不同等级负荷对供电可靠性的不同要求。（如对一级负荷，应考虑两个电源供电；二级负荷，应采用双回路供电。）

(3) 灵活性主结线能适应各种不同的运行方式，并能灵活地进行不同运行方式间的转换，使之能做到便于操作、检修，又能适应负荷的发展，有扩充、改建的可能。

(4)经济性在满足以上要求的前提下，应力求主结线的设计简单、投资少、运行管理费用低，并能节约电能和有色金属消耗量。（如尽可能采用技术先进、经济实用的节能产品；尽量采用开关设备少的主结线方案；在优先提高自然功率因数的基础上，采用人工补偿无功功率的措施，使无功功率达到规定的要求。）

主结线图中常用电气设备和导线的图形符号和文字符号见表1-2。

表1-2 常用电气设备和导线的图形符号和文字符号

1.5 变配电所常用主结线类型和特点

变配电所常用主结线按其基本形式可分为四种类型：

1.5.1线路—变压器组单元结线

（1）结线方案

在变配电所中，当只有一路电源进线和一台变压器时，可采用线路－变压器组单元结线，如图1-29所示。

图1-29 线路－变压器组单元接线方案

根据变压器高压侧情况的不同，可以装设图中右侧三种不同的开关电器组合。

1）当电源侧继电保护装置能保护变压器且灵敏度满足要求时，变压器高压侧可只装设隔离开关；

注：高压侧装设隔离开关或跌开式熔断器时，变压器容量一般不得大于630 kV·A。

2）当变压器高压侧短路容量不超过高压熔断器断流容量，而又允许采用高压熔断器保护变压器时，变压器高压侧可装设跌开式熔断器或熔断器式负荷开关。

注：当高压侧装设负荷开关时，变压器容量不得大于1250kV·A。

3）在一般情况下，在变压器高压侧装设隔离开关和断路器。

（2）优点结线简单，所用电气设备少，配电装置简单，节约了建设投资。

（3）缺点该线路中任一设备发生故障或检修时，变电所全部停电，供电可靠性不高。

（4）适用范围适用于小容量三级负荷、小型工厂或非生产性用户。

2 单母线结线

2.1 结线方案

1）单母线不分段结线当只有一路电源进线时，常用这种结线方式，如图2-1a所示。

图2-1 单母线接线

a）单母线不分段 b）单母线分段（隔离开关）c）单母线分段（断路器）

① 操作特点每路进线和出线中都配有一组开关电器。断路器用于通断正常的负荷电流，并能切断短路电流。隔离开关有两种作用：靠近母线侧的称母线隔离开关，用于隔离母线电源和检修断路器；靠近线路侧的称线路侧隔离开关，用于防止在检修断路器时从用户侧反向送电和防止雷电过电压沿线路侵入，保证维修人员安全。

② 优点结线简单清晰，使用设备少，投资低，比较经济，发生误操作的可能性较小。

③ 缺点可靠性和灵活性差，当母线或母线侧隔离开关发生故障或进行检修时，必须断开所有回路及供电电源，从而造成全部用户供电中断。

④ 适用场合适用于对供电可靠性和连续性要求不高的中、小型三级负荷用户，或有备用电源的二级负荷用户。

2.1.1 单母线分段结线

当有双电源供电时，常采用高压侧单母线分段结线，分段开关可采用隔离开关或断路器；母线可分段运行，也可不分段运行。

分段开关采用隔离开关分段(图2-1b)

① 特点如需对母线或母线隔离开关检修，可将分段隔离开关断开后分段进行检修。当母线发生故障时，经短时间倒闸操作将故障段切除，非故障段仍可继续运行，只有故障段所接用户停电。

② 应用该结线方式的供电可靠性和灵活性较高，可给二、三极负荷供电。

2）分段开关采用断路器分段（图2-1c）

① 特点可分段检修母线或母线隔离开关，还可在母线或母线隔离开关发生故障时，母线分段断路器和进线断路器能同时自动断开，以保证非故障部分连续供电。这种结线方式的供电可靠性高，运行方式灵活。除母线故障或检修外，可对用户连续供电。但结线复杂，使用设备多，投资大。

② 应用适用于有两路电源进线、装设了备用电源自动投入装置，分段断路器可自动投入及出线回路数较多的变配电所，可供电给一、二级负荷。

2.1.2单母线带旁路的结线

单母线带旁路结线方式如图2-2所示，增加了一条母线和一组联络用开关电器，增加了多个线路侧隔离开关。

1）特点运行方式灵活，检修设备时可以利用旁路母线供电，可减少停电次数，提高了供电的可靠性。

2）应用这种结线适用于配电线路较多、负载性质较重要的主变电所或高压配电所。

图2-2 单母线带旁路结线

3．双母线结线

双母线结线方式如图3-1所示。

（1）特点两段母线可互为备用，运行可靠性和灵活性都得到很大提高，但开关设备的数量大大增加，从而其投资较大。

（2）应用双母线结线在中、小型变配电所中很少采用，主要用于负荷大且重要的枢纽变电站等场所。

图3-1

4变配电所主要电气设备的配置

4.1．变压器的配置

根据防火和安全要求，楼层内的变压器不容许装设油浸式电力变压器，应选用干式变压器；对电压要求高的场所，应选用有载调压变压器。

4.2．高压母线的受电开关配置

（1）专用电源线路的开关，由干线分支供电的、自动装置有要求的、出线回路数较多的线路的开关宜采用高压断路器；

（2）变压器容量在630 kV·A及以下的、供电给二、三极负荷的小型变电所的开关一般可用高压隔离开关，也可选用高压负荷开关。

4.3．高、低压母线的分段开关配置

（1）自动装置有要求的、回路数较多的、有自动切换要求的情况，应装设高、低压断路器。

（2）除此之外，供二、三级负荷的中、小型变配电所的母线分段开关一般采用高压隔离开关或低压刀开关。

4.4．高压配电出线的开关配置

（1）在下列情况下，一般应选用高压断路器作主开关：

配电给一级负荷；

配电给下一级母线；

树干式配电线路的总开关；

配电给容量450kvar及以上的并联电容器组；

配电给高压用电设备；

自动装置或远动有要求的；

联络线回路；

配电给容量630 kV·A及以上的变压器等。

（2）除上述条件外，一般可采用带熔断器的高压负荷开关。

4.5．变压器二次侧开关的配置

（1）一般情况下，可采用隔离开关或刀开关；

（2）当出线回路数较多、有并列运行要求、需要自动切换电源、需带负荷操作（一次侧的断路器或负荷开关不在本变电所内）、配电方式为变压器－干线式时，宜采用断路器。

5 主变台数、容量和型式的确定

5.1变电所主变压器台数的确定

(1)对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。

（2）对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。

考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。

5.2变电所主变压器容量的确定

主变压器容量确定的要求：

(1)主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展

(2)根据变电站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站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设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：对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。S=68.494MVA由于上述条件所限制。

5.3 变电站主变压器型式的选择

具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求10kV及以下变电站采用一级有载调压变压器。

故主变参数如下：

6供电方案实例

6.1方案

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，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。如图6-1所示。

图6-1

6.2 技术指标计算

工厂进行电力设计的基本原始资料是工艺部门提供的用电设备安装容量，但是这种原始资料要变成电力设计所需要的假设负荷，称为负荷计算，这种电气负荷计算要准确，因为负荷计算值直接影响整个供电设计的质量。

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5000 kVA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=5000 kVA

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=4569 kW

Qjs′=Qjs+ΔQb=1405+369=1774 kVar

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=5 km)

=（0.85 ×4569×5+ 0.417×1774×5）／35

= 0.66 kV

Δu1＜35×5%=1.75 kV ，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）=223.35 A

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=7 km)

=（0.27 ×3724×7+ 0.335×1047.6×7）／10

= 0.95kV

要求电压损失为：10×5%=0.5 kV ，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。

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。

总结

我做的是35kV总降变电所的设计报告.通过这次课程设计，我与其他同学一起进行课题分析、查资料，进行设计，整理说明书到最后完成整个设计。作为大学阶段最后一次重要的学习经历我感觉自己受益非浅，同时深深的感觉的自己的学习能力在不断提高.

这次设计使我对35kV总降变电所的知识，起到了非常重要的作用，对马老师的关心，指导大家有感于心，事实上这次设计对我们的锻炼是多方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了作图，说明书编辑，各种信息的分析，对word文档的使用等多方面的能力。

不久我们将走上工作岗位，这样的学习机会对我们来说已经不多了，我们非常重视我们发扬团队合作的精神，互相配合

知识在于积累、在于升华，学习理论知识的目的就在于我们如何将其用到实际工作中去，去实现知识的实际运用价值。否则，知识只是书本上的文字而已。

通过本次设计，我受益非浅。随着设计的不断深入，我的知识面不断的扩展，认识问题的方法与方式也在逐步的成熟。最重要的是，我通过本次设计，我学会了如何面对问题，如何根据提出的问题去查阅资料，如何把理论与实际相互结合起来。

本次设计在马老师老师的指导下就要结束了，对我来说，这不仅仅是对我所学过的知识的一次考察和整理，而且是对我们将走向社会的所有毕业生的一次考验，那就是是否能够做到学以致用。

最后，我对在本次设计中给予我悉心指导的马老师和给予我帮助的各位同学表示衷心的感谢！