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黄河科技学院课程设计（论文）电力系统及电气设备概论课程设计35KV变电站自用电的设计学院：专业：班级：姓名：学号：黄河科技学院课程设计（论文）摘要随着国民经济的快速发展和现代工业建设的不断推进，对电力系统的要求也在不断提高，因此对于电力系统的重要组成部分---电房的设计也要不断推陈出新，因为只有这样才能满足不断增长的用电负荷要求，以及适应复杂多变的用电环境。对于企业而言，进行技术革新，提高产品的利用率，降低产品的能耗，就显得更加尤为重要。本次毕业设计是35kV变电站自用电设计，主要是针对中原地区的用电需求，该地区供电电压低，对地方经济的协调发展具有非常重要的意义。本次毕业设计是从工程的角度出发，依照工厂供电系统设计的原则和方法，同时遵循国家的最新标准和设计规范，在分析任务书上规定的负荷资料同时，并结合实际生产的具体情况，综合考虑各个方面的要素，从而确定电气主接线的设计以及主变压器的容量，台数、接线方式以及中性点运行方式。然后在此基础上对系统进行短路点设置，从而进行短路电流计算，并根据其计算结果对断路器、互感器、熔断器等高压电器以及母线、架空线路进行选型和校验。此外还要对整个系统进行接地装置和防雷规划，从而完成电气部分设计。关键词：设计，电气主接线，短路电流计算，设备选型黄河科技学院课程设计（论文）1绪论1.1本课题的背景与意义电力工业是国民经济发展的基础工业和先行工业，为国民经济快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平可以说是反映国家经济发展水平的重要标志之一。电房是电力系统的一个重要组成部分，是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力流向和调整电压的电力设施，是电力系统中电能传输必不可少的环节。建设一个高质量的供电系统，有利于工业的快速发展，可以大大增加产量，提高劳动生产率，改善工人的劳动条件，加强保护措施，有利于实现生产过程自动化。因此，本课题的设计对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。1.2本课题的现状与发展电网的研究，国外一些发达国家进行得比中国要早的多，因此其技术也领先于中国。对于这一领域，电力系统变电所综合自动化，是当今社会发展的趋势。变电所综合自动化系统就是将变电所的继电保护装置、控制装置、测量装置、信号装置综合为一体，以全微机化的新型二次设备替代机电式的二次设备，用不同的模块化软件实现机电式二次设备的各种功能，用计算机局部网络通信替代大量信号电缆的连接，通过人机接口设备实现变电所的综合自动化管理、监视、测量、控制及打印记录等所有功能，以实现功能综合化、结构微机化、黄河科技学院课程设计（论文）操作监视屏幕化、运行管理智能化。国外变电站综合自动化系统的研究工作始于70年代，在1975年日本就开始研究用于配电变电站的数字控制，并于1980年开始商品化。之后世界各国越来越重视这方面的研究工作，参与的国家和公司越来越多，如德国西门子公司、ABB公司、AEG公司，美国的GE公司、西屋公司，法国的阿尔斯通公司等。其中德国西门子公司于1985年研制成功第一套综合自动化LSA678系统，此后在德国和欧洲陆续投运了300多套该系统。在我国，随着经济的蓬勃发展，电网的规模越来越大，电压越来越高，因而要求更多地采用远方集中控制，即采用自动化控制模式，以提高劳动生产率和运行可靠性，这样也直接促进了我国对变电站综合自动化的研究。根据国家电力公司对农村电网建设与改造技术原则的总体要求，电网建设与改造要同调度自动化、配电自动化、变电所无人值班、无功优化结合起来，以逐步实现电网自动化。近几年来，大规模集成电路技术和通信技术迅猛发展，16位、32位单片机及Pentium微处理器问世，网络技术，现场总线等的出现，使得变电站综合自动化系统的功能不断完善。黄河科技学院课程设计（论文）2主接线的设计2.1电气主接线的设计原则在选择电气主接线型式时，应以下列各点作为设计依据：（1）发电厂、变电所在电力系统的地位和作用；（2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模；（3）负荷大小和重要性；（4）系统备用容量大小；（5）系统专业对电气主接线提供的具体资料。2.2电气主接线的设计要求对于电气主接线的要求，大致有以下几点：（1）可靠性：主接线的接线形式必须保证供电可靠，这是其最基本的要求。在分析可靠性时要考虑到发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用，用户的负荷性质和类别，设备制造水平等等。可靠性要求有以下几方面：①断路器检修时，不影响对系统的供电；②断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停电回路数和停电时间，并对一级负荷和大部分二级负荷保持不间断供电；③尽量避免发电厂、变电所全部停电的可能性；④大型机组突然停运时，尽可能保持对电力系统的稳定运行。（2）灵活性：电气主接线要能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。对于灵活性的要求有：黄河科技学院课程设计（论文）①调度时，可灵活的投入和切除发电机、变压器及线路，调配电源和负荷，满足系统在各种运行方式的调度；②检修时，可方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，不致影响电力网的运行；③扩建时，容易从初期接线过渡到最终接线，改造工作量较少，尽可能不影响连续供电或停电时间较短。（3）经济性：电气主接线应该在满足可靠性和灵活性的基础上，再考虑其经济性。经济性的要求如下：①投资省，电气主接线应简单清晰，尽量节省一次、二次设备和控制电缆投资，尽量限制短路电流，选择价格合理的电气设备；②占地面积小，电气主接线的设计要为配电装置的布置创造条件，尽量使占地面积减小；③电能损耗少，经济合理的选择变压器的型式（如双绕组、三绕组或自耦变压器）、容量和台数，避免因两次变压而增加电能损失。2.3方案的拟订及比较黄河科技学院课程设计（论文）2.3.1方案一单母线接线只有一组母线的接线称为单母线接线。在变电所中，其供电电源是变压器或高压进线回路。单母线接线中母线既可以保证电源并列工作，也可以保证任何一条出线都可以从电源G1或G2中获得电能。每条回路中都装有断路器和隔离开关，可以开断或接通电路。各回路输送功率不一定会相等，应尽量使负荷均衡地分配到母线上，以减少功率在母线上的传输。优点：接线简单清晰，设备较少，经济性好，操作比较方便，便于扩建和采用成套配电装置。缺点：可靠性和灵活性较差，当主要电气元件出现故障或进行检修时，必须断开它所接的电源，所有回路均要停止运行，这样会使整个配电装置停电。此外，单母线接线调度不方便，电源只能并列运行，而不能分列运行，图2-1单母线接线G——电源进线；QF——断路器；W——母线；QS——隔离开关；QE——接地开关；WL——出线黄河科技学院课程设计（论文）若线路侧发生短路时，有较大的短路电流产生。2.3.2方案二单母线分段接线单母线分段接线对重要用户来说可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电。单母线是用分段断路器QFD进行分段的，为了防止因电源断开而引起的停电，可以在分段断路器QFD上安装备用电源自动投入装置，这样在任一分段的电源断开时，会将QFD自动接通。优点：供电可靠性较高，单母线分段有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器会自动将故障段切除，而正常段母线则继续供电，这样保证不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线内停止供电。若出线为双回路时，常使架空出线呈交叉跨越，使整个母线系统可靠性受到限制。此外占地面地大，投资较多。图2-2单母线分段接线黄河科技学院课程设计（论文）2.3.3方案三单母线分段带旁路母线接线单母线分段带旁路母线接线常采用以分段断路器兼作旁路断路器的接线。两段母线均可带旁路母线，正常运行时旁路母线W2不带电，以单母线分段方式进行。当QF1作为旁路断路器运行时，1、2段母线可分别按单母线方式运行，也可以通过隔离开关QS5合并为单母线运行。优点：供电可靠性和灵活性高。增设旁路母线可以在检修出线断路器时不会中断该回路供电。缺点：增设旁路母线，即多装了价格高的断路器和隔离开关，增加了投资，占地面积大，操作也相对复杂。图2-3单母线分段带旁路母线接线黄河科技学院课程设计（论文）2.3.4方案四桥形接线图2-4桥形接线（1）内桥线路的特点：①线路操作方便；②正常运行时变压器操作复杂；③桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元间失去联系。内桥接线试用于两回进线两回出线且线路较长，故障可能性较大和变压器不需要经常切换运行方式的发电厂和变电站中。（2）外桥接线的特点：①变压器操作方便；②线路投入与切除时，操作复杂；③桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元之间失去联系。外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短，故障可能性较小和变压器需要经常切换，且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。黄河科技学院课程设计（论文）2.4电气主接线选择2.4.1负荷等级划分根据用电设备在工业生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常可分为三个等级：一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复带来极大的政治经济损失；二级负荷：中断供电将造成设备局部破坏，或生产流程紊乱且需较长时间才能恢复，或大量产品报废、重要产品大量减产造成较大经济损失；三级负荷：不属于一级和二级负荷的一般电力负荷。2.4.2方案分析对于方案一，单母线接线可靠性低，当母线故障时，各出线均要全部停电，因此不能满足一级负荷供电的要求，故不采纳；对于方案四，桥形接线只适合二进二出的情况，而本工程是四条进线三回出线，因此也并不适合；对于方案二和方案三来说，都可以保证供电的可靠性，方案二适合35～60kV主接线时，出线回路小于8回；方案三适合进出线不多，容量不大的中小型发电厂和电压为35～110kV的变电所，均符合主接线设计的要求，相比之下，方案三的供电可靠性要比方案二高，但由于加设旁路母线也带来了倒闸操作复杂等负面影响，即方案三灵活性要低于方案二。从经济性来讲，方案三多了旁路母线，即多装了断路器和隔离开关，其投资大大超过了方案二，且根据参考文献[7]可知：当6～35kV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路母线。黄河科技学院课程设计（论文）因此综合考虑，本设计的主接线为单母线分段形式。黄河科技学院课程设计（论文）3变压器的设计3.1主变压器台数的选择在有一、二级负荷的变电所中，宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。若变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。（1）对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变为宜；（2）一般情况下220kV及以下的变电所装设2台主变压器。本工程的负荷为一级负荷，而且不止一条进线，因此确定本设计选用两台主变压器。3.2主变压器容量的选择根据工程上对本变电所供电负荷的资料，最大负荷可达6300kW，此外还要考虑到主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择。因此可预估10年后满足最大负荷的主变压器容量为：错误!未找到引用源。（3-1）黄河科技学院课程设计（论文）式中：Kt——负荷同时率（35kV取0.9、10kV取0.85、35kV各负荷与10kV各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85），本设计取0.9；β%——负荷年增长率，本设计取6%；n——年限，本设计取10；а%——电压等级电网的线损率，一般取5%；P——各用户的最大负荷；cosФ——功率因数。在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同可互为备用的所用变压器。如能从变电所外引入一个可靠的低压备用所用电源时，亦可装设一台所用变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并保证用户的一、二级负荷。因此本设计中：0.6×11846.46kVA=7107.876kVA变压器的型号为SZ10-8000/35，即额定容量为8000kVA。3.3主变压器型式的选择3.3.1相数选择容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同