现代供电技术课程设计35KV变电所电气一次部分初步设计.doc

评分日期XX大学课程设计说明书课程名称： 现代供电技术 题 目：某35KV变电所电气一次部分初步设计学 院： XX学院 专 业： 电子信息科学与技术 学 号： XX 姓 名： XX 指导教师： XX 完毕日期： XX 供电技术课程设计任务书合用专业：电子信息科学与技术编 写：机电系 崔海波时 间：2023年11月1. 设计题目某35KV变电所电气一次部分初步设计 2. 设计任务（1）变电所位置及供电电源的拟定；（2）变电所的负荷记录与主变压器的选择；（3）变电所供电系统拟定；（4）短路电流计算；（5）电气设备的选择；（6）输电线路的选择与敷设；（7）变电所的继电保护与自动化装置。3. 原始资料某年产90万t原煤的煤矿，其供电设计所需的基本原始数据如下：1) 矿年产量：90万t；2) 服务年限：75年；3) 矿井沼气等级：煤与沼气突出矿井；4) 立井深度：0.36km；5) 冻土厚度：0.35m；6) 矿井地面土质：一般黑土；7) 两回35kv架空电源线路长度：l1=l2=6.5km;8) 两回35kv电源上级出线断路器过流保护动作时间：t1=t2=2.5s;9) 本所35kv电源母线上最大运营方式下的系统电抗：Xs.min=0.12(Sd=100MVA);10) 本所35kv电源母线上最小运营方式下的系统电抗：Xs.min=0.22(Sd=100MVA);11) 井下6kv母线上允许短路容量：Sal=100MVA;12) 电费收取办法：两步电价制，固定部分按最高负荷收费；13) 本所35kv母线上补偿后平均功率因数规定值：cos 35.a0.9；14) 地区日最高气温：m=44；最热月室外最高气温月平均值：m.o=42;最热月室内最高气温月平均值：m.i=32;最热月土壤最高气温月平均值：m.s=27;15) 全矿负荷记录分组及有关需用系数、功率因数等如表1所示。表1 全矿负荷记录分组表序号设备名称负荷等级电压(V)线路类型电动机类型单机容量(KW)安装台数/工作台 数工作设备总容量(KW)需用系数(Kd)功率因数(cos)离35kv变电所的距离（km）1234567891011121主井提高26000CY10001/110000.950.850.382副井提高16000CY6301/16300.940.840.83扇风机116000KT8002/18000.88-0.911.54扇风机216000KT8002/18000.88-0.911.55压风机16000CT2504/25000.9-0.890.366地面低压设备1380C8700.720.780.057机修厂3380C7500.60.70.208洗煤厂2380K9200.750.780.469工人村3380K4800.760.852.010支农3380K3600.750.852.711主排水泵16000CX5007/525000.880.861.312井下低压设备2660CX23780.70.76注：1、线路类型：C表达电缆线路；K表达架空线路。2、电动机类型：Y表达绕线异步电动机；X表达鼠笼异步电动机；T表达同步电动机。前 言电力已成为人类历史发展的上要动力资源，要科学合理的使用及分派电力，必须从工程的设计来提高电力系统的可靠性、灵活性和经济运营效率，从而达成减少成本，提高经济效益的目的。变电所是电力系统配电传输不可缺少的重要组成部分，它直接影响整个电力网络的安全和电力运营的经济成本，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分派电能的作用电气主接线是发电厂变电所电气部分的主体，电气上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方式的拟定，对电力系统的可靠、灵活、经济运营起着决定的作用。目前，35KV常规变电所在城农网中仍占有较大的比重，其一次、二次设备都比较落后，继电保护装置多为电磁式继电器组合而成，一般只具有本地控制功能，多为有人值班运营方式。随着电网运营自动化系统的提高，变电所综合自动化系统发挥着越来越强大的作用，少人或无人值守变电所将成为此后变电运营的上流方式，对原有电站及新建电站实现无人值守势在必行。对设计人员来讲，我们只有不断提高自身素质，才干跟得上电力系统的飞速发展，为电力事业的兴盛尽一点微薄之力。为了掌握简朴供电系统运营、维护和设计计算所需的基础知识和基础理论。我们进行了关于某35KV变电所电气一次部分初步设计。目 录前言第一章 变电所位置及供电电源的拟定 第一节 变电所位置的拟定第二章 变电所的负荷记录与主变压器的选择 第一节 变电所的负荷记录 第二节 无功功率的补偿 第三节 主变压器的选择第三章 变电所供电电源的拟定 第一节 变电所主接线方案的拟定 第二节 绘制供电系统草图 第三节 供电系统的运营方式第四章 短路电流计算 第一节 计算短路电流的目的和任务 第二节 计算短路电流的原则与规定 第三节 计算短路电流所需的原始资料 第四节 短路电流的计算第五章 电气设备的选择 第一节 高压开关与熔断器的选择 第二节 母线的选择 第三节 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 第四节 电抗器的选择 第五节 互感器的选择 第六节 高压开关的选择第六章 输电线路的选择与敷设 第一节 导线材料的选择 第二节 导线截面的选择 第三节 架空线路的选择与敷设 第四节 电缆线路的结构与敷设第七章 变电所继电保护与自动化装置 第一节 6（10）千伏配出线的继电保护 第二节 电容器的继电保护 第三节 变电所母线的保护 第四节 主变压器的继电保护 第五节 积极重合闸和备用电源自动投入装置结束语参考文献第一章 变电所位置及供电电源的拟定第一节 变电所位置的拟定一、变电所位置的拟定有以下原则：（一）接近负荷中心、进出线方便、便于设备运送；（二）应尽量设在污源的上风侧，尽量避开多尘、震动、高温、潮湿和有爆炸火灾危险的场合；（三）不应设在厕所、浴室或生产过程中地面上经常潮湿和容易积水场合的下面；（四）应考虑发展的余地，不应妨碍工厂和车间的发展；（五）应考虑电能质量和保证不间断的供电；（六）应保证设备安全及人身安全。二、根据负荷的分布情况，车间变电所的形式可按表1-1拟定表1-1 车间变电所形式及合用场合结构形式结构特点合用场合车间外附式设于车间外与车间共用一面墙体，保持车间内整齐，不占车间面积但占厂区面积车间重要负荷在厂房边沿，或虽在厂房中间但其周边或边内无法设立变配电装置时车间内附式设于车间内与车间共用外墙，能保持车间外观整齐，但占车间面积车间重要负荷在厂房边沿，或虽在厂房中间但边内允许设立变配电装置时车间内变电所设于车间内部不与车间外墙相连，占车间面积负荷大的多跨厂房中间允许设立变配电装置时独立变电所变电所建筑物独立对几个车间供电的变电所，其负荷中心不在某个车间时或为了远离爆炸、火灾及腐蚀场合时屋外式或杆上式变配电装置均在屋外或屋外电杆上，结构简朴对小容量的分散负荷供电时 . 第二章 变电所的负荷记录与主变压器的选择第一节 变电所的负荷记录一、计算各设备或设备组的、及，并填入表2-1。对于主井提高机有：Pca.1=Kd1PN1=0.951000=950(kW) Qca.1=tanPca.1=0.62950=589(kvar) 又如，对于扇风机1，由同步电动机拖动，表1中其cos标出负值，其因素是：同步电动机当负荷率0.9，且在过励磁的条件下，其功率因数超前，向电网发送无功功率，故为负值。此时同步电动机的无功补偿率为40%60%，近视计算取50%，故其补偿能力可按下式计算同理可得其余各组数据见表2-1。二、在表2-1的合计栏中，合计有功负荷9591kW和无功负荷5357kvar是表中12列和13列的代数和，而视在负荷10986kVA，则是据上述两个数值按式计算得出，视在容量的代数和无意义。以上P0、PK、I0%、UK%等参数由附表B查得。第二节 无功功率的补偿一、35kV侧补偿前的负荷与功率因数为 二、计算选择电容器柜与实际补偿容量。设补偿后功率因数提高到=0.9，则=0.4843，取平均负荷系数Klo=0.8，据式可得按表2-2选用GR-1C-08型，电压为6kV每柜容量qc=270kvar的电容器柜，则柜数N=QC/qc=1238/270=4.6，取偶数得Nf=6，实际补偿容量：Qc.f=Nfqc=6270=1620(kvar)，折算到计算补偿容量为QC.ca=QC.f/Klo=1620/0.8=2025(kvar)表2-1全矿负荷记录计算表编号设备名称电压（kV）线路类型电动机类型电机容量（kW）安装台数/工作台数工作设备总容量（kW）需用系数（Kd）功率因数costan计算容量离35kV变电所的距离（km）备注有功（kW）无功（kvar）视在（kVA）123456789101112131415161主井提高6CY10001/110000.950.850.6295058911180.382副井提高6CY6301/16300.940.840.655923857060.83扇风机16KT8002/18000.88-0.91-0.46704-1627221.5cos超前4扇风机26KT8002/18000.88-0.91-0.46704-1627221.5cos超前5压风机6CT2504/25000.9-0.89-0.51450-1154650.36cos超前6地面低压设备0.38C8700.720.780.86265018020.05T在所内7机修厂0.38C7500.60.71.024504596430.2三级负荷8洗煤厂0.38K9200.750.780.86905528840.469工人村0.38K4800.760.850.623652264292.0三级负荷10支农0.38K3600.750.850.622701673172.7三级负荷11主排水泵6CX5007/525000.880.860.592125147525871.312井下低压设备0.66CX23780.70.760.866166514422203合计Pca9591Qca5357Sca10986注：1、线路类型：C表达电缆线路；K表达架空线路。2、电动机类型：Y表达绕线异步电动机；X表达鼠笼异步电动机；T表达同步电动机。三、补偿后6kV侧的计算负荷与功率因数为=Qca.6Qc.ca=4792-2025=2767(kvar)，因补偿后前后有功计算负荷不变，故有 四、补偿后主变压器最大损耗计算。补偿后一台运营的负荷率略有减小 五、补偿后35kV侧的计算负荷与功率因数校验 合乎规定。表2-2型号规格电压（kv）每柜容量（kva）接法重量外形尺寸（m）宽*厚*高GR-1C-076，,1012*18=2160.71.0*1.2*2.8GR-1C-086，,1015*18=2700.71.0*1.2*2.80GR-1C-036，,10(放电柜)0.70.8*1.2*2.8第三节 主变压器的选择由表2-1负荷记录计算表可知、全矿三级负荷约占总负荷的15%，故可取负荷保证系数Kgu=0.85，则有 合乎规定。按此参数也可选容量为8000kVA的主变压器，但设计上为了留有余地并考虑发展，选10000kVA为宜。两台主变压器经济运营的临界负荷可由下式求出。对于工矿公司变电所可取Kq=0.06，上式、由式求得，临界负荷为得经济运营方案为：当实际负荷Ss符合规定。（二）隔离开关的选择布置室外的35KV隔离开关一般选用GW5型。基于35KV断路器选择相同型号的因素，35KV所有的隔离开关也应选用相同的型号。为了便于检修时接地，进线35KV隔离开关与电压互感器回路的隔离开关要选用带接地刀闸的，型号为GW5-35GD/630型，其余回路选用普通GW5-35/630型隔离开关，两者电气参数相同。 在额定环境温度（40）下的额定电流为630A，实际环境温度（44）下允许通过的电流为隔离开关知需要按正常工作条件选择，按短路情况校验动、热稳定性，以进线隔离开关为例选择校验。表5-1列出了进线隔离开关的有关参数。假想时间的拟定：当短路发生在隔离开关后，并在断路器之前时，事故切除靠上一级变电所的过流保护，继电保护动作时限要比35KV进线的继电保护动作时限2s大一个时限级差，故。表5-1 隔离开关的有关参数计算数据GW5-35GD型 隔离开关参数计算数据GW5-35GD型 隔离开关参数UNS=35kvUN=35kvImax=173A短路电流通过隔离开关的总时间为由表5-1可知，所选GW5-35GD型隔离开关符合规定。(三)熔断器的选择1、概念：熔断器是最简朴的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害；按安装条件及用途选择不同类型高压熔断器如屋外跌落式、屋内式，对于一些专用设备的高压熔断器应选专用系列；我们常说的保险丝就是熔断器类。2、用途：重要用于高压输电线路、电压变压器、电压互感器等电器设备的过载和短路保护。 3、工作原理：其结构一般涉及熔丝管、接触导电部分、支持绝缘子和底座等部分，熔丝管中填充用于灭弧的石英砂细粒。熔件是运用熔点较低的金属材料制成的金属丝或金属片，串联在被保护电路中，当电路或电路中的设备过载或发生故障时，熔件发热而熔化，从而切断电路，达成保护电路或设备的目的4、型式的选择：在366kV的电站和变电所常用的高压熔断器有两大类：一类是户内高压限流熔断器， 额定电压等级分3、6、10、20、35、66kV，常用的型号有RN 1、RN 3、RN 5、XRNM 1、XRN T 1、XRN T 2、XRN T3 型， 重要用于保护电力线路、电力变压器和电力电容器等设备的过载和短路；RN2和RN 4型额定电流均为0.510A ， 为保护电压互感器的专用熔断器。另一类是户外高压喷射式熔断器， 此类熔断器在熔体熔断产生电弧时，电弧烧损反白纸产气吹拉长电弧，弧感抗改变相位， 正好电流过零时产生零休，才干开断电路，限流作用不明显。常用的为跌落式熔断器，型号有RW 3、RW 4、RW 7、RW 9、RW 10、RW 11、RW 12、RW 13和PRW系列型等， 其作用除与RN 1 型相同外， 在一定条件下还可以分断和关合空载架空线路、空载变压器和小负荷电流。户外瓷套式限流熔断器RW 10- 35/0.550-2023MVA 型中RW10-35/0.51-2023MVA为保护35kV电压互感器专用的户外产品。所以根据熔断器的型式和不同的保护对象来选择。根据上述，可以初步选定RW 10- 35/0.5型的熔断器。 5、RW10-35/0.5高压熔断器概述：额定电压：35KV，额定电流：0.5A。 跌落式熔断器及拉负荷跌落式熔断器是户外高压保护电器。它装置在配电变压器高压侧或配电线支干线路上、用作变压器和线路的短路、过载保护及分、合负荷电流。跌落式熔断器由绝缘支架和熔丝管二部分组成，静触头安装在绝缘支架两端，动触头安装在熔丝管两端，熔丝管由内层的消弧管和外层的酚醛纸管或环氧玻璃布管组成。拉负荷跌落式熔断器增强弹性辅助触头及灭弧罩，用以分，合负荷电流。 6、跌落式熔断器在正常运营时，熔丝管借助熔丝张紧后形成闭合位置。当系统发生故障时，故障电流时熔丝迅速熔断，并形成电弧，消弧管受电弧灼热，分解出大量的气体，使馆内形成很高压力，并沿管道形成纵吹，电弧被迅速拉长而熄灭。熔丝熔断后，下部动触头失去张力二下翻，锁紧机械，释放熔丝管，熔丝管跌落，形成明显的开断位置。当需要拉负荷时，用绝缘杆拉开动触头，此时积极、静动触头仍然接触，继续用绝缘杆拉动触头，辅助触头也分离，在辅助触头之间产生电弧，电弧在灭罩狭缝中被拉长，同时灭弧罩产气愤体，在电流过零时，将电弧熄灭。 7、RW10-35/0.5跌落式熔断器用途： 户外跌落式熔断器合用于35kv及以下电压频率50Hz电力系统中，作输电线路、电力变压器过载和短路保护，分合额定负荷电流只用机械寿命2023次。 8、RW10-35/0.5使用条件：1.合用于环境温度上限40，下限-30之内。2.海拔不超过1000m，风速不大于35m/s3.熔断器不合用于下述场合4.有燃料或爆炸危险的场合。5.有剧烈震动或冲击的场合。6.有异电化学气体作用及严重空气污秽，烟雾地区。综上所述：熔断器选择RW10-35/0.5高压熔断器。第二节 母线的选择一、母线的材料及形状的选择 母线材料一般采用铝导体。对于35 kv及以上的户外母线常采用钢芯铝绞线或铝绞线而6(10)kv及以下的母线一般采用矩形母线。当硬铝母线长度大于20 m或室外主变压器的6(10)kv引出母线应装设母线伸缩补偿器。二、母线截面选择 变压器6KV侧回路选用矩形铝母线，其最大时负荷电流为变压器二次侧最大时负荷电流再乘以分派系数K=0.8（进线在母线中间）。其值为 =K x =0.8 x 101.36=808.29（A） 选截面为80mmX6.3mm的矩形平放铝母线，其额定电流为1100A （25摄氏度）。实际环境温度为32摄氏度时，其长时允许电流为符合规定。三、母线动稳定性校验 母线的最大弯矩为 母线的短路电流产生最大电动应力为： 该值小于铝材料的允许弯曲应力，故动稳定性符合规定。四、截面热稳定校验。先求假想时间： 查表现代供电技术3-6可得热稳定系数为87。则最小热稳定截面为 最小热稳定截面298小于所选铝母线截面80x6.3=494（），故热稳定符合规定。所以6KV侧所选母线为LMY80X6.3型矩形母线。第三节 支柱绝缘子和穿墙套管的选择一、支柱绝缘子的选择由于母线为单一矩形母线，且面积不大，故选用ZNA-6型户内式支柱绝缘子，其额定电压为6KV，破坏力为3679N（=375X9.81），故最大允许抗弯力为 由于母线为单一平放，其换算系数K1。故 符合规定。二、穿墙套筒的选择（一）型号选择对穿墙套管，按电压及长时允许电流选择，并对其动稳定进行校验。由于变压器二次最大电流为1010.3A，电压为6KV，故选用户外式铝导线的穿墙绝缘子，型号为CLWB-10/1500，额定电压为10KV，额定电流为1500A。套管长度为0.6m，最大破坏力为7358N，5s热稳定电流为20KA。由于环境日最高温度为44，则其长时允许电流 ，符合规定。（二）动稳定校验穿墙套管与支持绝缘子之间的距离，穿墙套管自身长度为，则。穿墙套管端部所受得最大短路电动力为由于，则动稳定符合规定。 （三）热稳定校验假想时间，稳态短路电流查得，则相称于5s的热稳定电流为 符合规定。第四节 电抗器的选择当短路容量太大超过开关的断流容量或使所选设备不经济时。此时可采用变压器分列运营或装设电抗