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变电站课程设计

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2020年4月19日
文档仅供参考
前言
随着工业化社会的进步和发展，电力系统承担着越来越重要的角色。变电站（Substation）是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压，在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点。，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。电气主接线是发电厂变电站的主要环节。它决定着变电站的运行质量，功能，建设投产，维护条件，和供电可靠性。
经过两年的系统理论知识的学习，及各种实习操作，还有老师精心培育下，我们对电力系统各部分有了初步的认识与了解。在认真阅读原始材料，分析材料，参考阅读《发电厂电气部分》《电力系统分析》和《中小型变电站设计手册》及《电力工程电气设计手册电气一次部分》等参考书籍，在指导老师的指导下，经过周密的计算，完成了此次课程设计。
限于设计者的水平，设计书中难免有错误和不足之处，热诚希望指导老师们提出宝贵的意见。
设计内容有以下：
第一部分：设计任务书；
第二部分：35／10KV电气主接线的设计；
第三部分：35／10KV变电站短路电流的计算；
第四部分：35／10KV变电站电器设备的选择；
十几天的课程设计，使我了解设计的要求极其设计的内容，更加深刻了解课本的内容，是知识与理论相结合，使基础知识与实际操作机密联系。特别对主接线，电气设备以及电力系统的选择方法进一步掌握。
目录
前言
第一篇：设计任务书…………………………………………………………………（3）
第一章：电气主接线设计方案……………………………………………………（4）
第一节：电气主接线设计的原则和步骤………………………………………（4）
第二节：主接线方案的拟定…………………………………………………………（4）
第三节：主接线方案的经济比较……………………………………………………（6）
第四节：主接线方案的确定……………………………………………………………（6）
第二章：短路电流的计算………………………………………………………………（6）
第一节：计算短路电流的目的…………………………………………………………（6）
第二节：计算原则…………………………………………………………………………（6）
第三节：计算方法…………………………………………………………………………（7）
第四节：计算短路电流……………………………………………………………………（7）
第三章：电器设备的选择…………………………………………………………………（8）
第一节：10KV电压等级上断路器和隔离开关的选择……………………………（8）
第二节：35KV变电站主变压器的选择…………………………………………………（9）
第三节：35KV变电站10KV母线的选择……………………………………………（10）
第四章：设计结果…………………………………………………………………………（11）
第五章：答辩………………………………………………………………………………（11）

第一篇任务书
本设计是受镇巴县泾阳镇桃园居民小区委托，为其设计一个35KV变电站电气主接线。其目的是把35KV的高压电经过变电和配电供城关居民生产、生活用电，在设计中经过严格计算，选取合适的电气设备，力争节约投资，降低能耗，从技术上保证用电安全、使用放心、供电可靠。
一、 原始资料
1、建站的必要性
乾佑镇有20于万人口，各类工厂10多个，比较大型的工厂有水泥厂，这些人生活生产的急需供电，供热，因此建站是当务之急。
2、该电站属于地方型
3、电站等级：10KV、35KV
4、出线回路数：10KV侧有8回出线向用户供电。35KV侧有两回线路。一回与电力系统连接，另一回路给县水泥厂供电
5、负荷情况
据了解该电站在5~ 内10KV电压级上最大的负荷为10MW（其中ⅠⅡ级负荷占75%）最小负荷7MW，其中水泥厂最大负荷为3000KW,最小负荷 KW.
二、 电力系统与本站的连接情况
a、 电力系统经过35KV与本站连接
b、 电力系统的短路容量为1MV·A
三、 负荷分析
1、 功率因数cosΨ=0.9
2、 利用小时数Tmax=4000h
3、 架空线长度50km
四、 环境条件
1、 海拔高度507.4m
2、 最高温度37℃，最低-6℃，平均25.8℃
3、 雷暴日26.9天／年
4、 土壤温度24℃
5、 土壤电阻率3×10²Ω·m
6、 交通方便。
第一章 电气主接线设计
第一节：电气主接线设计的原则和步骤
A原则
1、以任务书为依据，因为任务书从宏观角度论证建厂后的必要性，可靠性，和经济行
2、以国家经济建设的方针，政策，技术规范，和标准为准则
3、要与具体情况相结合
4、要提出处理突发事故的方案
5、要有近期、远期的规划
B、对电气主接线的要求
可靠性、灵活性、经济性、
C、电气主接线的设计程序
1、对原始资料的分析，甲 ：工程情况，乙：电力系统情况，丙：负荷情况
2、拟定至少连个主接线方案
3、技术经济比较
第二节：主接线方案的拟定
根据任务书的要求，在对原始资料的分析的基础上，根据对电源和出线回路数，主变压器的台数、容量、形式、电压等级、和母线结构的不同考虑、能够拟定至少两个可靠性的主接线方案。（近、远景）再进行经济比较，最后选出一个在技术、经济都合理的方案。
1、确定变电站最高最低电压等级，考虑任务书要求，最大负荷为10MW，因此我们选高压35KV，低压10KV的电压等级。
2、方案的初步拟定
a、因为35KV有两回线路，一回路与电力系统连接，另一回路接电能送往县水泥厂，35KV电流侧，可采用单母线接线。
b、因为10KV电压等级中，ⅠⅡ类负荷比较大，因此可考虑单母线分段的接线方式，该接线方式可满足不停电检修和经济性好的要求。在中国10KV成套配电装置已被广泛采用，因此10KV接线亦能够成套开关布置（例ZBW-12型）。如果这样有简单、经济性、可靠性能满足要求的优点。
C、有上述可知，我们能够初步拟定出两个可供选择的方案：
35kv变电站接线图

方案一：35KV为单母线接线，10KV为单母线分段接线W2
T2
T1
a
b

w3
Wl2
Wl1
方案二：35KV电压级采用外桥接线，10KV电压级与方案一相同。

Wl2
Wl1

35kv
外桥接线10kv电压级

外桥接线优点：1、输送距离小2、容量小3、母线相连
第三节 ：主接线方案的经济比较
经济计算是从中国国民经济整体利益出发，计算主接线各个被比较方案 的费用和效益为选择经济上最优方案提供依据，比较时，主要对方案的综合投资I和运行费用C`两大项进行综合效益比较，比较时一般只需计算各个方案中不相同部分的综合投资I和运行费用C`即可。
1、 综合投资的计算式：I=I˳（1+a／100）其中I˳为主体设备的综合投资，包括变压器、开关设备、母线、配电装置及明显的增修桥梁、公路和拆迁费用；a为不明显的附加费用比列系数，如基础加工，电缆沟道开挖费等，220KV取70，110KV取90.
2、 运行费用C′主要包括一年中变压器的损耗电能及其检修费用、折旧费用，按投资百分率计算，计算式为
C′=aΔA+a1I+a2I(元）
其中：a1为检修维护费率。取0.022~0.042；a2为折旧费率，取为0.005~0.058;为损耗电能的电价[元∕（KW•h)];Δ为变压器年损耗电能（KW•h).
3、 比较时间可采用限低补偿法即Ta=
第四节 ；主接线方案的确定经济技术的比较后，综合起来看，我们选方案一为最后确定方案，因此上述的两个方案的不同点仅在35KV侧，我们知道若35KV侧采用外桥接线时要用三台断路器，比单母线接线时采用4台断路器时减少一台QF，若从继电保护和负荷计算等综合考虑，仍以单母线接线方案更为优先。再者外桥接线时，若发生故障影响主变压器的供电，何况35KV的QF的价位不高，因此最后决定采用方案一为最终方案。
第二章 短路电流的计算
3.1、计算短路电流的目的
1、 为主接线方案提供依据，若短路电流太大就能够考虑在主接线中加装限流电抗器
2、 选用电气设备提供依据
3、 为效验热稳定、动稳定、灭弧能力
3.2、计算原则
1、 以三相短路为主
2、 按最大运行方式为主
3.3、计算方法
1、 简化计算法
2、 传统计算法
在我们的设计中，按传统计算即按运算曲线法计算
3.4、计算短路电流
电路计算图
T2
T1
1、画出计算电路图由图------可画出如下短路电流的计算

K1

K2

2、 设系统短路容量S=1MW•A
3、 基准值为SB=100MV•A VAV1=10.5KV Vav2=37KV
4、短路电流为K1 、K2
5、本设计按图——计算电路图变化法计算 短路电流
6、计算K1点短路时的周期分量值.
a、电力系统的短路电流电抗标幺值Xa*=Sb／Sn==0.1及X4*=0.1
b、架空线电抗标幺值X3*=1.461，可设架空线每公里电抗值为0.4Ω／km. L=50km,因此X3*=0.08×5=0.4,变压器电抗标幺值X1*=X2*=0.4
7、画二的等效电路

图二的简化
K2
K7

图4
K1
8、由图可知若在计算K1点短路时的等效电路图为图4

计算K1点的等效电路，因为X7*=X5*∥X6*=0.17728443此即电流G到k1转移电抗、
第三章 电器设备的选择
1、35kv电压级QF、QS选用表
计算值
断路器
隔离开关GN--35/600
额定电压UG=35KV
UN=35KV
IN=600A
最大持续电流IMAX=346
IV=1000A
IN=600
短路电流I＂=8.8KA
INBR=24.8KA

短路电流冲击值i=22.3344KA
ies=63.4KA
Ib=72KA
周期分量热效应QK=51.11KA•S
Itt²=2460.1KA•S
Itt²=1024KA•S

2、10KV电压级等级上的断路器和隔离开关的选择
①选择方法与35KV相似=1212.4A
②选择断路器，因为UN=10KV IMAX=1212.4A,因此选少油户外断路器SN10——10KV/ A
③效验
1、 热稳定效验，标准QK＜Itt²,因此QK=51.11KA²•S,tk=0.66s,而I²t=1984.5KA²•S,因此51.11＜1984.5KA²•S,因此合格
2、 动稳定效验，标准ish<ies而ish=kI〞=22.334KA，ies=130KA因此22.34<130,因此合格。
3、 断开能力效验（灭弧能力）由于tx=0.66s>0.1s因此可用I〞≤Inber效验而ies=43.3KA,因此8.8<43.3KA,因此合格
4、 选10KA电压等级的隔离开关方法与35KA上选择方法相似。因为uN=10KA ,Imax=1212A查表可选GN2－10KV／ ——85型隔离开关，将选择的结果列表于下。
计算值
断路器SN10——10Ⅲ／
隔离开关GN2——10／
额定电压UN=10KV
UN=10KV
UN=10KV
最大持续电流Imax=1212.4
IN= A
IN= A
短路电流I〞=8.8KA
INbr=43.3KA
………
短路电流冲击值ish=22.3344KA
Ies=130KA
85KA
周期绝热效验Qk=51.11KA
It²t=1984.5KA²
it²t=13005KA²•S
3、35K变电站主变压器的选择,①容量台数的选择台数：2台，容量：变电站主变压器一般按建设变电站后5~ 规划考虑，考虑到其中一台供电后，其余的容量应能由另一台变压器负担变电站内的最大负荷的60~70％来选择。若全部Ⅰ、Ⅱ类重要负荷超过上述比例时，应按全部Ⅰ、Ⅱ类负荷的总供电要求来选择，即SN==11.9MW，因此选用SZ9—— 0KA／35KA型变压器，所选变压器台数如下表：
额定容量
20MV•A
额定电压
高压
30.8KV
低压
10.5KV
损耗
空载
19.6KV
负载
86.11KA
短路电压UK％
8％
空载电流
0.45％
总重量
28.5T
联接组号
Ynd11
说明：按电力设计工程的规定“具有两种电压等级的电压器中首选双绕组变压器”，因此我们选择SZq—— 0／35是一个双回路变压器
4、35KV变电站10KV母线的选择
a、 选择的方法，因为10KV母线是汇流母线，因此按长期允许发热时的最大电流来选择母线的截面，已知1、10KV母线上Pmax=10MW ,I〞=8.8KA.
2、继电保护动作时间tpr=1S
3、断路器全分闸时间tbr=0.2s
4、三相巨型导体水平分布
5、绝缘子跨距l=1.2m
6、相间距离a=0.35m
7、全厂L的弹性模量为7×1010pq
8、允许应力σal=70×106pa
b、计算方法：
因为Imax==1154.66A,查表可得，可选LMY——80×10单条母线、
效验：①能够满足Imax≤kIal即1154.66<1619.1A.因此合格，即可满足长期发热要求
②热稳定效验，标准S≥sim=（mm²）c为热稳定系数，QK为短路电流热效应（A²•S).Kf集肤效应系数，
QW=+()（）²=35.599
第四章 ：设计结果（说明书，图纸）
图纸在本设计里面
第五章：答辩