1、35KV电气设计35KV电气设计随着电力行业的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供稳 固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电 所的合理设计和配置。一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、 经济合理、扩建方便。本设计为35KV变电所电气部分的一次设计，变电所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。主要内容包括:负荷计算及无功补偿，确 定变压器的型式，变电所的主接线方案，短流电路计算，主要用电设备选择和 校验，变电所整定继电保护和防雷保护及接地装置的计算等。电气主
2、接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电 气主接线的拟订直接关系着全站电气设备的选择、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。该变电站设有 两台主变压器，站内主接线分为35kV和10kV二个电压等级。各个电压等级分 别采用单母线不分段接线、单母线分段接线、单母线分段帶旁路接线。关键词：变电所；电气主接线；电气设备；继电保护1引言 11.1设计目的 01.2设计意义 11.3设计内容及要求 12主接线的选择 22.1主接线的设计原则及要求 22.2主接线的基本接线形式 22.3电气主接线方案的选择 23负荷分析计算 53.1电力负荷的概
3、述 53.2电力负荷分类的方法 53.3电力系统负荷的确定 63. 4负荷计算 64变电站主变压器的选择 74.1变压器的选取原则 74.2变电站变压器台数的选择 74.3主变压器容量的确定原则和计算 74.4主变压器绕组数的确定 84.5主变压器形式的选择 85短路电流的计算 105.1短路电流的概述 105.2计算短路电流的目的 105.3短路电流实用计算的基本假设 115.4短路电流的计算步骤 115.4.1 10kV侧短路电流的计算 115.4.2 35kV侧短路电流的计算 136设备的选择与校验 146.1电气设备的选择条件 146.2断路器的基本要求和选择条件 146.2.1 35
4、kV侧断路器、隔离开关的选择 146.2.2 10kV侧断路器、隔离开关的选择 166.3电流互感器的选择 176.4电压互感器的选择 187无功补偿 197.1无功补偿装置的概述 197.2无功补偿装置的种类 197.3无功补偿的计算 208防雷接地设计 218.1防雷保护的必要 218.2变电所中可能出现大气过电压的种类 218.3雷电波的危害 218.4变电所防雷接线的基本方式 219设计总结 22參考文献 235短路电流的计算5.1短路电流的概述电力系统正常运行方式的破坏多数是由短路故障引起的，发生短路时，系 统从一种状态剧变到另一种状态，并伴随产生复杂的暂态现象。短路故障时系 统中将
5、出现比正常运行时的额定电流大许多倍的短路电流，其数值可达几万甚 至几十万安。因此，在变电所设计中必须全面地考虑短路故障各种影响。短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或 相与地(对于中性点接地系统)发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路 和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍 处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两 相短路较少，三相短路的机会最少。三相短路虽然很少发生，其情况较严重， 应给以足够的重视。因此，本设计釆用三相短路来计
6、算短路电流，并检验电气 设备的稳定性。为使各电压等级电网的开断电流与设备的动、热稳定电流得以配合，并满 足目前我国设备制作水平，35KV电压等级短路电流不应超过25KA,短路容量不 应超过1500MVA； 10KV电压等级短路电流不应超过16KA,短路容量不应超过 280MVAo5.2计算短路电流的目的短路故障对电力系统的正常运行影响很大，所造成的后果也十分严重，因 此在系统的设计，设备的选择以及系统运行中，都应该着眼于防止短路故障的 发生，以及在短路故障发生后要尽量限制所影响的范围。短路的问题一直是电 力技术的基本问题之一，无论从设计、制造、安装、运行和维护检修等各方面 来说，都必须了解短路
7、电流的产生和变化规律，掌握分析计算短路电流的方法。(1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需 要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。(2)在选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备时，需进行短路计算。(3)为了合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对在 电力网中发生的各种短路进行计算和分析。(4)在选择继电保护方式进行整定计算时，需以各种短路的短路电流为依 据。(5)接地保护装置的安装设计，也需计算短路电流。5.3短路电流实用计算的基本假设考虑到现代电力系统的实际情况，要进行准确的短路计算是相当复杂的， 同时对解决大部分实际问题，并不要求
8、十分精确的计算结果。例如，选择效验 电气设备时，一般只需近似计算通过该设备的最大可能的三相短路电流值。为 简化计算，实用中多釆用近似计算方法。这种近似计算法在电力工程中被称为 短路电流实用计算。它是建立在一系列的假设基础上的，其计算结果稍偏大。 短路电流实用计算的基本假设如下：(1)短路发生前，电力系统是对称的三相系统。(2)电力系统中所有发电机电势的相角在短路过程中都相同，频率与正常工 作时相同。(3)变压器的励磁电流和电阻、架空线的电阻和相对地电容均略去，都用纯 电抗表示。(4)电力系统中各元件的磁路不饱和。即各元件的参数不随电流而变化，计 算可应用叠加原理。(5)对负荷只作近似估计，由于
9、负荷电流一般比短路电流小得多，近似计算 中，对离短路点较远的负荷忽略不计，只考虑在短路点附近的大容量电动机对 短路电流的影响。(6)短路故障时金属性短路，即短路点的阻抗为零。(7)短路故障称为电力系统的横向故障，由断线造成的故障，称为电力系统 的纵向故障。电力系统中仅有一处出现故障称简单故障，若同时有两处或两处 以上发生故障，称复杂故障。5.4短路电流的计算步骤5.4.1 10kV侧短路电流的计算图中a点短路，由于A, B系统短路容量都很大，可以近似都看作为无穷大 系统电源系统。(4-1)取 Sj=100MW, U沪37kV, Uj2=10. 5kVo 由公式I=w求得：1=1. 56kA,
10、Ij2=5. 50kAo线路等效图如下图所示：线路2=0.4*5*100/372=0.1461=0. 4*20*100/372 =0. 5844XI2=X1/X2=0. 1461/0. 5844=0. 1169 X=Xl2+0. 5*Xy =0. 1169+0. 5*1=0. 6169三相短路电流周期分童有效值(4-4)I=-=5. 50/0. 6169=8. 9155kA三相短路冲击电流最大值：1=2. 55* TQ =2. 55*8. 9155=22. 7346kA (4-5)短路冲击电流有效值：IA=1. 51* I 特=1. 51*8. 9155=13. 4625kA (4-6)三相短
11、路容量：SA-=V3Uin I卸 =1. 732*10. 5*& 9155=162.1429MVA (4-7)5. 4. 2 35kV侧短路电流的计算等效电路图如下图所示：5. 3 35kV侧短路等效简化图X=XI2=0. 1169三相短路电流周期分量有效值:=1. 56/0. 1169=13. 3447kA三相短路冲击电流最大值：Ih=2. 55* 叹=2. 55*13. 3447=34. 0291kA 短路冲击电流有效值：Ish=l. 51* 璟=1. 51*13. 3447=20.1506kA三相短路容量：S=x/3*Urtl, =1. 732*37*13. 3447=855. 1843
12、MVA三相短路电流计算结果表如下:短路短路平均短路电流短路点冲短路 容量点编点额工作周期分量击电流号定电电压有效值有效最大压值值Uv/kVu, /kVIkAL/kA几/kAitl, /kASMVAa1010.5& 9155& 915513.462522.7346162.1429b353713.344713.344720.150634.0291855.18436设备的选择与校验6.1电气设备的选择条件正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条 件。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， 积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。尽
13、管电力系统中各种电气设备的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却是相同的。电气设备要能可靠的工作， 必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。6.2断路器的基本要求和选择条件断路器在电路中担负特别重要的任务，必须满足以下基本要求：(1)工作可靠。断路器应能在规定的运行条件下长期可靠地工作，并能在正 常和故障情况下准确无误的完成关合和开断电路的指令，其拒动或误动都将造 成严重的后果。(2)具有足够的开断能力。断路器的开断能力是指能够安全切断最大短路电 流的能力，它主要决定于断路器的灭弧性能，并保证具有足够的热稳定和动稳 定。开断能力的不足可
14、能发生触头跳开后电弧长期的续燃，导致断路器本身爆 炸飞狐，引起事故扩大的严重后果。(3)动作快速。在电路发生故障时，快速的切除故障电路，不仅能缩短电力 网的故障时间和减轻巨大短路电流对电气设备的损害，而且能增加电力系统的 稳定性，提高系统的供电可靠性。(4)具有自动重合闸性能、输电线路的短路故障大多都是临时性的。为了提 高电力系统运行的稳定性和供电可靠性，线路保护多采用自动重合闸方式，即 在发生短路故障时，继电保护动作使断路器跳闸，切除故障点的短路电流，经 很短时间后断路器又自动重合闸，恢复正常供电。若故障仍存在，则断路器必 须立即跳闸，再次切断短路电流，这要求断路器在第一次大电流灭弧后很快恢
15、 复灭弧能力，完成后续次的灭弧。(5)结构简单，经济合理。在满足安全、可靠的同时，还应考虑到经济性， 故要求断路器的结构力求简单、尺寸小、重量轻、价格合理。6. 2.1 35kV侧断路器、隔离开关的选择流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流Zmax = (1.05xS)/品Un = 1 5 x 7500/(V3x35) =129.90A额定电压选择 =35kV额定电流选择 IN da、= 129.90A开断电流选择 INhr 用)=13.3447 kA本设计中35kV侧采用SFe断路器，因为与传统的断路器相比，SFe断路器釆 用SFe气体作为绝缘和灭弧介质，这种断路器具有断口耐压高，允许的开断
16、次数 多，检修时间长，开断电流大，灭弧时间短，操作时噪声小，寿命长等优点。 因此可选用LW8-35A型户外高压SFe断路器。选用的断路器额定电压为35kV,最高工作电压为40. 5kV,系统电压35kV 满足要求。选用的断路器额定电流1600A,去除1. 8%的温度影响为1571A,大于最大持 续工作电流，满足要求。选用的断路器额定短路开断电流31.5kA,大于短路电流周期分量有效值 13. 3447kA,满足要求。动稳定校验。订=34. 0291kA=80kA,满足要求。 主变压器35WU侧的断路器选择参数如下图所示：计算数据LW835A535kV535kVmax247. 44A1600A1
17、3.3447kAI Nbr31.5kAi曲34. 0291kAidf80kA2112.19 (kA) 2S3969 (kA) 2S表6.1 LW835A具体参数比较表隔离开关选择GW14-35/630型号隔离开关：选用的隔离开关额定电压为35kV,系统电压35kV满足要求。选用的断路器额定电流630A,去除1.8%的温度影响为618. 7A,大于最大持 续工作电流，满足要求。动稳定校验B =34. 0291kAt/g = 10kV额定电流选择 In n Lx = 866.03 A开断电流选择 仏/=&9155U10kV侧选用真空XGN210开关柜中的ZN2810型真空断路器选用的断路器额定电压
18、为10kV,最高电压11.5kV,系统电压10kY满足要 求。选用的断路器额定电流1600A,去除1.8%的温度影响为1571A,大于最大持 续工作电流，满足要求。选用的断路器额定短路开断电流20kA,大于短路电流周期分量有效值8. 9155kA,满足要求。动稳定校验。J =22. 7346kA=50kA,满足要求。热稳定校验。Qk= lit = & 9155? x 0. 63=50. 08 (kA)勾。电气设备隔离开关选择GN25-10型隔离开关：选用的隔离开关额定电压10kV,最高工作电压11.5kV系统电压10kV,满 足要求。选用的隔离开关额定电流2000A,去除1. 8%的温度影响为
19、1964A,大于最大 持续工作电流，满足要求。动稳定校验。订=22. 7346kAun式中Uta电流互感器铭牌标出的额定电压，kv；Un电流互感器安装点的额定电压，kVo(2)按额定一次电流选择在电流互感器周围空气温度一定的条件下，连续流过互感器的一次电流，允 许为其额定值的120%。(3)按额定二次电流选择由于仪表与继电器已经系列化生产，二次标准电流为5A,电流互感器应与二 次标准电流一致，也为5A。(4)按准确度等级选择电流互感器的准确度等级，应根据不同的用途选择，准确度等级可分为0.2、 0.5、1、3、10级等几个不同的等级。(5)二次负荷的计算二次负荷的计算公式为S,=乙式中二一二次
20、计算负荷，V.A；二次计算电流，Ao由于二次电流已标准化为5A,负荷主要决定于外部阻抗乙，其表达式为式中Z2二次负荷的外部阻抗，0；为乙一一连接仪表串联绕组的阻抗，0;Rd二次连接导线的电阻，比一一连接导线接头的接触电阻，6.4电压互感器的选择电压互感器的选择与配置，除应满足一次回路的额定电压外，其容量与准 确度等级应满足测量仪表、保护装置和自动装置的要求。负荷分配应在满足相 位要求下尽量平衡，接地点一般设在配电装置端子箱处。电压互感器的选择不需要进行动稳定、热稳定校验，选择应满足一下条件。 按额定电压选择所选电压互感器一次侧额定电压必须与安装处电网的额定电压一致，二次侧 额定电压一般为lOO
21、Vo按额定电压选择，应满足UtvUn式中UtV电压互感器铭牌标出的额定电压，kV；Un电压互感器安装点的额定电压，kVo电压互感器类型的选择根据用途和二次负荷性质，选择电压互感器的类型及二次接线方式。按准确度等级选择除以上两点，选择电压互感器时还注意其准确度等级及二次负荷容量。7无功补偿7.1无功补偿装置的概述电力系统的运行无功功率平衡与电压水平密切相关。为了确保系统的运行 电压具有正常水平，系统拥有的无功功率电源必须满足正常电压水平下的无功 需求，并留有必要的备用容量。电力系统的无功功率平衡应该分别按最大和最 小负荷的运行方式进行计算。必要时还应该校验某些设备检修时或故障后运行 方式下的无功
22、功率平衡。由于串联电容补偿装置至改变线路参数而且改变功率 因数作用及其微小所以不予考虑。电力系统中的无功电源由三部分组成：（1） 发电机可能发出的无功功率（一般为有功功率的40%50%）。（2） 无功功率补偿装置（并联电容器和同步调相机）输出无功功率。（3） llOkV及以上电压线路的充电功率。7.2无功补偿装置的种类根据无功功率的需要，增添必要的无功补偿装置，补偿装置可分串联补偿 装置和并联补偿装置两类。除发电机和输电线路外的无功电源主要有：并联电容补偿装置、同步调相 机、静止无功补偿器。（1） 并联电容装置，由于电感和电容取用的无功电流相位相反，电感需要的 无功功率大部分可由电容器就地供给
23、。若电容器选择适当，电源只要供给有功 电流和少量的无功电流就可以了。并联电容补偿还可以分为个别补偿、分组补 偿、集中补偿。（2） 静止无功补偿器由晶闸管控制电抗器与静电电容器并联组成。电容器可 发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合在一起再配以适当的调节装 置，就成为能够平滑的改变输出（或吸收）无功功率的精止补偿器。晶闸管投 切时电容器不会产生谐波，可以消除高次谐波从而提高电压质量，提高系统稳 定性和降低工频过电压的功能。（3） 同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁运行时，它向系 统供给感性无功功率起无功电源作用；在欠励磁运行时可从系统吸取感性无功 起无功负荷作用，根据装设点电
24、压情况改变输出无功功率以维持电网电压，并 可以强励补偿容性无功，提高电网的稳定性。但同步调相机的响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求故目前已经很少釆用。所以本设计中可采取的无功补偿装置为：并联电容装置-静止无功 补偿器。7. 3无功补偿的计算补偿前cos=0. 86,求补偿后达到09。因此可以如下计算: 设需要补偿XMva的无功 (6-2)解得 X=0. 82MVar8防雷接地设计81防雷保护的必要变电所是电力系统的中心环节，在这里安装有许多重要的电气设备，如电 力变压器、髙压断路器等各种髙压一次设备。这些设备一旦发生雷击破坏，将 造成大面积的停电，同时这些设备比较贵重，损坏后修复又不很容
25、易，会造成 很大的经济损失，因此变电所的防雷保护要求十分可靠。82变电所中可能岀现大气过电压的种类(1)直击雷产生的过电压雷直击于变电所的电气设备，防止这种直击雷过电压的主要措施是装设专 门的避雷针或是悬挂避雷线。中小型6-10变电所的建筑不高，一般均较厂房 低，通常不需令装设避雷针保护。(2)雷电感应产生的过电压输电线路上直接落雷或由于雷电感应而产生的过电压波，沿着输电线路袭 入变电所，防止侵入雷电波的保护，输电线路受直击雷后，雷电波沿导线运动 至变电所，需装设阀型避雷器等保护。83雷电波的危害雷电波的电压很高，容易将变压器、断路器等电气设备的绝缘击穿。如果 在电气设备附近装上避雷器，对雷电
26、波的放电电压比电气设备绝缘的击穿电压 低，所以当雷电波侵袭到电气设备的附近时，避雷器现行放电，将雷电波削弱, 可以保护电气设备的绝缘免受雷电波的损坏。84变电所防雷接线的基本方式过电压波会对电气设备造成重大危害，必须加以限制。限制这种过电压波 的主要方法是采用性能较好的阀型避雷器。为了使阀型避雷器不致负担过重， 应在靠近变电所的一段线路上加强防雷措施，该线段就是所谓的“进线段”。阀 型避雷器配合以“进线段”，是现代变电所防雷接线的基本方式。参考文献1变电所设计(10-220kV) M. 丁毓山.沈阳：辽宁科学技术出版社，19932变电所及电力网设计与应用M.孙成普.北京：中国电力出版社，200&3发电厂及变电站电气设备M吴靓，谢珍贵.北京：中国水利水电出版社, 2004.4电力工程电气设计手册M.电气一次部分.戈东方.北京：中国电力出版社, 1989.535kv及以上工程(下)M.朱军.北京：中国电力出版社，2002. 电力系统工程CAD设计与实训ML尧有平，李晓华.北京：北京理工大学出 版社，2008.7电力系统基础M陈光会，王敏.北京：中国水利水电出版社，2004.三菱 公司编,2001年.8继电保护M.李金英.北京：中国电力出版社，20089高电压技术M.常美生.北京：中国电力出版社，2007.10防雷与接地装置M.沈培坤，刘顺喜.北京：化学工业出版社，2005. 12
