主变母线选择.doc

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。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。
本次设计为35KV变电站电气部分初步设计，共分为任务书、说明书、计算书三部分，所设计的内容力求概念清楚，层次分明。本文在撰写的过程中，曾得到老师和同学的支持，并提供大量的资料和有益的建议，对此表示衷心的感谢。由于我本人还是学生，没有接触过这方面的事，对变电站的设计还比较陌生，所以在设计中不免有很多不妥当之处，还忘老师批评指正。

一 、设计要求
1、 建立工程设计的正确观点，掌握电力系统设计基本原则和方法。
2、 培养独立思考、解决问题的能力。
3、 学习使用工程设计手册和其他参考书的能力，学习撰写工程设计说明书。
二 、原始资料
1、 某国营企业为保证供电需求，要求设计一座35KV降压变电所，以10KV电缆给各车间供电，一次设计并建成。
2、 距本变电所6Km处有一系统变电所，由该变电所用35KV双回路架空线路向待定设计的变电所供电，在最大运行方式下，待设计的变电所高压母线上的短路功率为1000MVA 。
3、 待设计的变电所10KV无电源，考虑以后装设的组电容器，提高功率因素，故要求预留两个间隔。
4、 本变电所10KV母线到各个车间均用电缆供电，其中一车间和二车间为一类负荷，其余为二类负荷，Tmax=4000h ，各馈线负荷如表1—1

序号
车间名称
计算用有功功率（kw）
计算用无功功率（kvar）
1
一车间
1046
471
2
二车间
735
487
3
机械车间
808
572
4
装配车间
1000
491
5
锻工车间
920
276
6
高压站
1350
297
7
高压泵房
737
496
8
其他
931
675
5、 所用电的主要负荷见表1—2

序号
车间名称
额定容量（KW）
功率因素（cosw）
安装台数
工作台数
备 注
1
主充电机
20
0.88
1
1
周期性负荷
2
浮充电机
4.5
0.85
1
1
经常性负荷
3
蓄电池室通风
2.7
0.88
1
1
经常性负荷
4
室装配装置通风
11
0.79
2
2
周期性负荷
5
交流焊机
10.5
0.5
1
1
周期性负荷
6
检修试验点
13
0.8
1
1
经常性负荷
7
载波运动
0.96
0.69
1
1
经常性负荷
8
照明负载
14

经常性负荷
9
生活水泵用电
10

经常性负荷
6、 环境条件
1） 当地最热月平均最高温度29.9°c，极端最低温度-5.9°c，最热月地面0.8m处土壤平均26.7°c ，电缆出线净距100mm。
2）当地海拔高度507.4m。雷暴日数36.9日/年：无空气污染，变电所地处在P≤500m·Ω的黄土上。
三、设计任务
1、 设计本变电所的主电路，论证设计方案是最佳方案，选址主变压器的容量和台数。
2、 设计本变电所的自用电路，选择自用变压器的容量和台数。
3、 计算短路电流。
4、 选择导体及电气设备。
四、设计成果
1、 设计说明书和计算书各一份
2、 主电路和所用电路图各一份

第二篇 说明书
第一章 概述
一、 设计依据
根据设计任务书给出的条件。
二、 设计原则
1、 要遵守国家的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，特别是应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针。
2、 要根据国家规范、标准与有关规定，结合工程的不同性质不同要求，要实行资源的综合利用，要节约能源、水源，要保护环境，要节约用地并合理使用劳动力，要立足于自力更生。

三、 变电站建设的必要性及规模
1、 变电站建设的必要性
为了加强企业供电可靠性，减少线路损耗，适应日益增长的负荷发展需要，35KV变电所 的选址于距离一电力系统变电所6KV处，其近邻工厂，其主要供电对象是企业的各个车间，这样设计减小了供电半径，供电线损大幅下降，供电量增加，适应现代化建设与发展的需要，有利于企业的经济发展
2、 本工程建设规模
2.1、企业变电站为35kV/10kv降压变电站，该变电站为无人职守的综合自动化站，容量为2*6300千伏安，企业变电站安装两台S7-6300/35主变压器，35kV为单母线接线。 2.2、企业变电站选址在企业附近，地势平缓，海拔高度507.4m，气象条件见《任务书》的环境条件。 10kV采用屋内配电装置，架空出线,10kV电空器室外布置。
第二章 主接线设计方案
第一节 主接线的设计原则
一、主接线的设计依据
1、负荷大小的重要性
2、系统备用容量大小
2.1运行备用容量不宜少于8-10%，以适应负荷突变，机组检修和事故停运等情况的调频需要。
2.2装有两台及以上的变压器的变电所，当其中一台事故断开时，其余主变压器的容量应
保证该变电所60%~70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证车间的一、二级负荷供电。
二、主接线的基本要求
电气主接线应满足可靠性、灵活性、经济性三项基本要求，其具体要求如下：
1、可靠性
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求。
1.1 断路器检修时，不宜影响供电。
1.2 线路、断路器或母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线回数及停运时间，并能保证对一级负荷及全部及大部分二级负荷的供电。
1.3 尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。
1.4 大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。
2、灵活性
主接线应满足在调度，检修及扩建时的灵活要求
2.1 调度时，应可以灵活地投入和切除电源、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。
2.2 检修时，可以方便地停运断路器母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对车间的供电。
2.3 扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停运时间最短的情况下，投入新装机组，变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作最少。
3、经济性
主接线满足可靠，灵活性要求的前提下做到经济合理。
3.1 主接线应力求简单，经节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。
3.2 要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。
3.3 要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。
3.4 如能满足系统的安全运行及继电保护要求，35kV及其以下终端或分支变电所可采用简易电器。
3.5 占地面积少：主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。
3.6 电能损失少：经济合理地选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变压器）、容量、数量，要避免因两次变压而增加的电能损失。
第一章 总降压变电所设计

§2.1负荷分级及供电要求
根据负荷资料可知：由用户确定主要为一、二级负荷，根据《工业与民用配电设计手册》一书我们可以很清楚地看到一级负荷应由两个电源供电，这样当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏，以维持继续供电。
一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。常用的应急电源有发电机组、干电池、蓄电池或供电网络中有效地独立于正常电源的专用馈电线路。
同样，我们也可以看到二级负荷也需要有两个电源供电。做到当发生电力变压器故障或电力线路常见故障时不致中断供电或中断后能迅速恢复。
§2.2供电电源取得
根据所给的资料可知，当地供电部门可提供两个35kV供电电源，分别来自距离用户4km外的220/35kV地区变电所和5.5km外的110/35kV地区变电所。
§2.3电压选择
从用电容量、用电设备特性、供电距离、供电线路的回路数、当地电网现状等多方面的因素考虑，对于该用户的变电所设计，我们拟订35/10kV降压变电所一座，供电给8个35/10kV车间变电所，这样我们就可以兼顾到一、二级负荷的要求了。采用这中做法还有一
个好处就是：使高压电源深入负荷中心，减小配电半径，降低电缆投资，提高供电质量。
§2.4 35kV变配电所主接线方案确定
通过阅读各类相关资料可知，为了降低电能损耗，应选用低损耗节能变压器。在电压偏差不能满足要求时，35kV降压变电所的主变压器应首先采用有载调压变压器。
35kV变电所主接线应根据变电所在电力网中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定。并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。变电所主接线要满足安全、可靠、灵活、经济的基本要求。其中，安全包括设备安全及人身安全；可靠应满足一次接线应符合一、二级负荷对供电可靠性的要求；灵活即用最少的切换来适应各种不同的运行方式，检修时操作简便，另外，还应能适应负荷的发展，便于扩建。；经济尽量做到接线简化、投资省、占地少、运行费用低。
在我们这组设计中35kV变电所主接线一般有单母线、单母线分段、双母线接线、单元接线、内桥式、外桥式方式可以考虑其可行性。具体分析如下：
单母线优点是简单、清晰、设备少，但可靠性与灵活性不高。（见下图1、2）一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。 由于在该设计中用户不仅有二级负荷而且还有一级负荷，并且这里我们要考虑到无人值班变电所的因素，可靠性和灵活性显得尤为重要，鉴于这些方面的原因，单母线的优点显然不足以使用户满意，也有背于我们设计无人值班变电所的基本思想和初衷，因此我们这里不考虑单母线的方式。
单母线分段，母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。两路电源一用一备时，分段断路器接通运行。任一段母线故障，分段断路器可在继电保护装置作用下自动断开。两路电源同时工作互为备用时，分段断路器则断开运行。任一电源故障，分段断路器可自动投入。
见图2.4.1和图2.4.2

图2.1 一路电源 图2.2 两路电源一用一备

图2.3单母线分段
从上图2.4.3可以看出单母线分段虽然也能供给一级负荷，并且由于采用分段形式，变压器一用一备，较之单母线确实也在一定程度上大大提高了供电的可靠性和灵活性，与我们的设计似乎有些相投，但我们也可以看到母线分段后带来的问题，比如母线分段后，我们需要在母线分段部位采用联络柜，这样就增加了投资经费，而且也会增加选择时的计算，并且还要考虑到和母线之间的匹配问题。因此我们再将其它几种接线方式做一翻讨论，看看有没有那一种接线方式能比单母线分段更出色，既能提高供电的可靠性和灵活性又能使投资建设经费降到最低，使变电所的接线方式尽量在最大程度上满足设计要求。
双母线接线方式能保证所有出线的供电可靠性，用于有大量一、二级负荷的大型变配
电所。但我们也知道，我们设计的变电所并非大型变配电所，而是中小型变配电所，而且双母线在形式上多了一根母线，这样也增加了投资成本，这也是用户所不愿意看到的。因此，即使双母线能保证可靠性，并且适用于一、二级负荷，这里也不考虑采用。
单元接线，当有两路电源进线和两台主变压器时，可采用双回线路－变压器组单元接
线，再配以变压器二次侧的单母线分段接线，则可靠性大大提高，见图2.4.4所示。这种接线方式同样也与单母线分段方式相同的是投资成本并不会随着没有母线的存在而减少，因此我们还有必要继续讨论桥式接线。
桥式接线，分内桥式和外桥式两种：能实现电源线路和变压器的充分利用，如变压器T1故障，可以将T1切除，由电源1和电源2并列给T2供电以减少电源线路中的能耗和电压损失。（接线方式见图2.4.5）但我们也可以从接线图中看出两者之间的区别：
内桥式，当变压器发生故障时，倒闸操作多，恢复时间长，而当线路发生故障时，倒闸操作少，恢复时间短。而外桥式的操作特点则恰恰与内桥式相反。因此内桥式接线适用于线路较长或不需要经常切换变压器的情况。由本次设计的基本思想可以看到，我们这里所要设计的是无人值班边电所，对于变压器自然不会有多次的切换操作，而且我们这里35kV总降压变电所是由供电部门提供的，因此线路长是在所难免的，加上内桥式接线是无母线制，这样可以省去母线的投资费用，在形式上，它比单母线分段又少了分段部分的联络部分，这样又可以省去联络柜，综合以上多方面的因素，我们认为内桥式接线方式基本综合了前面所述的各种接线方式的优点，满足安全、可靠、灵活、经济的基本要求，因此决定采取内桥式的接线方式。

图2.4：单元接线

图2.5：桥式接线
根据前面的概括，我们已经知道35kV变电所的主接线方式采取内桥式，那么在本章中我们将重点讨论35kV变电所一次系统设计的具体过程。
§2.5变电所结构形式选择
从用户所给出的工程概况我们可以看到，所供给的车间变电所都为动力照明。
变配电所所址选择
根据规范我们可以得出以下结论：
变配电所所址的选择应尽量满足以下条件：
①. 接近负荷中心或大容量用电设备处，以减小低压供电半径，降低电缆投资，节约电能损耗，提高供电质量；
②. 进出线方便；
③. 接近电源侧；
④. 设备运输方便；
⑤. 还应注意防尘、防腐、防火、防爆，防水等。
变配电所型式选择：
35kV变配电所型式一般分为户内式和户外式两种，从规范里我们可以看出这两种方式的优缺点。户内式运行维护方便，占地面积少。而户外式则节省土建费用，可以设置报警，散热条件好。我们也可以看出户内式的优点几乎就是户外式的缺点，综合着两种方式的优缺点我们这里取一种较为折中的方式即：半户内式，仅主变压器为户外布置。35kV、10kV配电装置均为户内式布置。这样将变压器置于户外就可以直接利用自然条件使变压器直接散热，也可以省去一笔建造变压器室的土建费用，但是考虑到安全方面的因素我们可以在变压器的周围建设围墙。这样安全、经济、运行维护方便等方面的要求基本都可以兼顾到了。
变配电所的布置：
根据规范可知，总体的布置应紧凑合理，便于设备的操作、搬运、检修、试验和巡视，还要考虑发展的可能性。从这里我们也可以看出35kV主变压器室应靠近10kV配电室。配电室、控制室、值班室等的地面，宜高出室外地面150~300㎜。根据本次设计的特点，我们这里的户内变电所选用双层布置，变压器室在底层。高压配电室内各种通道的宽度不应小于200㎜，背面离墙不应小于50㎜

§2.6主变压器选择：
电力变压器型式选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组型式、绝缘及冷却方式、联结组别等，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品。
联结组别： 35～110/6.3～10.5kV总降压变压器Y,d11
10/0.4kV配电变压器 Y,yno、D,yn11
从用户所给资料可知，由于本次设计的负荷均为一、二级负荷，根据建筑电气设计规
范，我们可以取同时系数为K∑=0.9，COS_Φ=09，根据需要系数法计算出该用户总的计算负荷（详细计算经过及结果见附录部分），可以知道SC=23489.977kVA，经过计算补偿电容容量可知，补偿之后的容量SˊC=24376.17kVA。根据规范我们可以得到下列结论：
对两台变压器（一般为等容量，互为备用）满足条件：
SNT≈0.7Sc且SNT≥ScⅠ+ Sc Ⅱ
经过计算我们可以得出变压器的容量为额定容量为SNT=17063.32kVA。
为了降低电能损耗，应选用低损耗节能变压器。在电压偏差不能满足要求时，35kV降压变电所的主变压器应首先采用有载调压变压器。
由于我们这里设计的是无人值班变电所，因此为便于变电所无人值班管理，同时兼顾到经济性，主变压器选用35kV低损耗双绕组户外自冷型油浸式变压器。根据电网运行情况，为保证供电电压质量，35kV侧采用有载调压开关。主变压器容量根据业主需要在12500~20000kVA选用。结合最近的样本以及各方面的因素考虑，我们这里选用型号为SZ9-20000/35，接线组别为Y，d11，电压比为35±3×2.5%/10.5，阻抗电压为UK=8%。结合现实情况考虑我们决定选用江苏常州变压器厂生产的此类产品，这种产品中溶入了东芝技术，变压器质量相对高一些。
§2.7无功补偿
我们也知道，供电部门对一些新建企业一般要求其月平均功率因数达到0.9以上。当企业的自然总功率因数较低，单靠提高用电设备的自然功率因数达不到要求时，应装设必要的无功功率补偿设备，以进一步提高企业的功率因数。
无功补偿的方式有很多中，结合实际情况我们这里采用并联电力电容器补偿的方式
根据无功管理及供用电规则，我们可以得出，并联电容器装置的容量和分组按就地补偿、便于调整电压及不发生谐振的原则进行配置。设两组并联电容器装置分别接在两段10kV母线上，每组电容器容量按2400kvar配置，也可以根据实际无功补偿需要配置。
补偿装置为户内式成套装置，选用难燃介质的干式银锌复合镀膜电容器，包括放电线圈、避雷器等由制造厂成套供货。
考虑到10kV每段母线仅设单组电容器和较少有谐波污染，故不装设限制涌流和谐波分量的串联电抗器。为了减小涌流，电容器组宜在10kV母线分段情况下关合。参考各种相关的样本，结合现实情况我们这里选用由江苏宝应开关电器集团生产的GRJ-Z系列的高压电容自动补偿柜。
这种产品的特点是：每路电容器组设二相式电流保护，一次回路设熔断器、氧化锌避管器及电抗器保护电容组。同时设事故灯光、音响。及时进行报警。电容器组的投切采用性能优越的真空接触器。电源侧主控柜采用三相式电流保护及过电压。
§2.8高压电器的选择：
在我们讨论高压电器的选择之前，我们必须知道，选择高压电器的最基本的前提是短路电流计算。在三相交流系统中可能发生的短路故障主要有三相短路、两相短路和单相短路，通常，三相短路电流最大。因此，我们在讨论高压电气的选择之前重点讨论一下三相短路电
流计算以及它的目的及意义。
短路电流计算应求出最大短路电流值，以确定电气设备容量或额定参数；求出最小短路值，作为选择熔断器、整定继电保护装置和校验电动机起动的依据。一般需要计算下列短路电流值：
ich——短路冲击电流（短路全电流最大瞬时值或短路电流峰值）；
Ich——短路全电流最大有效值（第一周期的短路全电流有效值）
Ik〞或I〞——瞬时变短路电流有效值（起始或0s的短路电流周期分量有效值）
I0.2——短路后0.2s的短路电流周期分量有效值；
Ik——稳态短路电流有效值（时间为无穷大短路电流周期分量有效值）；
S〞——超瞬变短路容量；
Sk——稳态短路容量。
我们这里采用表么值法计算短路电流，35kV系统的短路电流按不大于20kA，具体计算过程及结果见附录计算短路电流部分，这里就不赘述了。下面我们详细讨论电气设备的选择。
电气设备的选择，必须满足供电系统正常工作条件下和短路故障条件下工作要求，同时电气设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。
根据规范以及相关书籍可以看出：为了保证高压电器的可靠运行，高压电器应按下列条件选择：
（1） 按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择；
（2） 按短路条件包括动稳定、热稳定和持续时间校验；
（3） 按环境条件如温度、湿度、海拔、介质状态等选择；
下面结合本次设计涉及到的有关电力电气具体叙述：
按正常工作条件选择，就是要考虑电气设备的环境条件和电气要求。
环境条件是指电气设备的使用场所、环境温度，海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求，据此选择电气设备结构类型。
电气要求是指电气设备在电压、电流频率等方面的要求，即所选电气设备的额定电压应不低于所在线路的额定电压、电气设备的额定电流应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流；即

对一些开断电流的电器，如熔断器、断路器和负荷开关等，则还有断流能力的要求，即最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流。

1） 对断路器，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大短路电流。即

2） 对负荷开关，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大负荷电流。即

3）对熔断器，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大短路电流。即
（对非限流型熔断器）
（对限流型熔断器）

在本次设计中由于高压部分并未采用熔断器装置，因此我们在高压这部分对熔断器姑且不做讨论，计算部分也忽略。
按短路故障条件校验 就是要按最大可能的短路故障时的热稳定性和热稳定性进行校
验。 对于一般电器，满足力稳定的条件是：
对于一般电器，满足热稳定的条件是：
对于载流导体，满足热稳定的条件是：
高压断路器的选择与校验：
高压断路器的选择与校验，主要是按环境条件选择结构类型，按正常工作条件选择额定电压、额定电流并校验开断能力，按短路故障条件校验动稳定性和热稳定性，并同时选择其操动机构和操作电源。
鉴于各方面的考虑，我们这里决定选取由江苏宝开集团有限公司生产的ZN-35/1000A，16kA户内高压真空断路器。这种断路器的优点是免维护，具有结构简单，开断能力强，寿命长，操作功能齐全，无爆炸危险，维修简便的特点，变电所等配电系统的控制或保护，尤其适用于开断重要负荷及频繁操作的场所。
电流互感器的选择与校验
1. 电压、电流的选择
电流互感器的额定电压应不低于装设地点电路的额定电压；其额定一次电流应不小于电路的计算电流；而其额定二次电流一般为5A。
2. 按准确级要求选择
电流互感满足准确级要求的条件，是其二次负荷S2不得大于额定准确级所要求的额定二次负荷S2N，即
S2N≥S2
对于保护用电流互感器来说，其复合误差限值为10%。
通过查阅资料，得出可以选择LDJ-35（Q）系列的产品，这种产品为环氧树脂真空浇注全封闭式结构，供户内50-60Hz额定电压为35kv及以下的电力系统中作电流、电能的测量和继电保护。通过电压、电流及准确级要求的校验可以看出这种电流互感器能够满足设计要求（详细计算过程及其结果见附录部分）。
35kV开关柜的选择
开关柜是金属封闭开关设备的俗称，是按一定的电路方案将有关电气设备组装在一个封闭的金属外壳内的成套配电装置。就其结构类型可以分为铠装式、间隔式、箱式。
铠装式：各室间用金属板隔离且接地，如KYN型和KGN型。这种方式能使开关柜安全性提高
间隔式：各室间是用一个或多个非金属板隔离，如JYN型。这种方式经济性好但安全性不是太理想。
箱式：具有金属外壳，但间隔数目少于铠装式或间隔式，如XGN型
另外我们也看到根据低压的电器布置形式可以分为手车式和固定式，由于固定式具有结构简单、价格便宜的特点，而手车式具有操作安全、易于检修及维护、更换故障开关容易的优点，权衡这两种布置方式各自的特点我们可以看出在这次的设计中已不能仅仅局限于结构简单、价格便宜的优点，我们这里主要考虑的还应是其安全性和可靠性，当然手车式开关柜的便于检修和维护也是我们这里考虑选用它的主要原因之一。
鉴于几个方面的因素，我们决定选用铠装移开式金属封闭开关设备，由江苏宝开集团有限公司生产的产品，型号为KYN10-40.5。这种类型的开关柜设计了可靠的“五防”闭锁系统，能保证设备的可靠运行和灵活性以及变电所无人值班的要求。
摘 要 前 言 正 文1:设计任书2:设计说明书1）原始资料分析2）主变压器及所用变选择 3）所用变压器的选择4）电气主接线选择
5）短路电流计算6）主要电气设备选择 四： 参考文献