4课题成果35KV变电站设计

原始资料分析一、设计任务35KV企业变电所电气一次设计二、待建变电所基本资料1、某企业为保证供电需要，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、距离本变电所6KM处有一系统变电所，用35KV双回架空线路向待设计的变电所供电。在最大运行方式下，待设计变电所高压母线上的短路功率为1000MVA。3、待设计变电所10KV侧无电源，考虑以后装设两组电容器，提高功率因数，故要求预留两个间隔。4、本变电所10KV母线到各车间均用电缆供电，其中一车间和二车间为Ⅰ类负荷，其余为Ⅱ类负荷，Tmax=4000h。各馈线负荷如下表所示：序号车间名称有功功率（KW）无功功率（KVAR）1一车间11004802二车间7405003机加工车间8505804装配车间10005005锻工车间9503006高压站14003207高压泵房7505308其他9507005、所用电的主要负荷如下表所示：序号设备名称额定容量（KW）功率因数台数1主充电机200.8812浮充电机4.50.8513蓄电池室通风3.00.8814屋内配电装置通风1.50.7925交流电焊机110.516检修试验用电13.00.817载波0.950.6918照明负荷15.09生活用电126、环境条件当地海拔高度507.4m，年雷电日36.9个，空气质量优良，无污染，历年平均最高气温29.9℃，土壤电阻率ρ≤500Ω•m。1-1主接线的设计原则和要求发电厂和变电所的电气主接线是保证电网安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。电气主接线的设计原则：应根据发电厂和变电所所在电力系统的地位和作用。首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求，根据规则容量，本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性，保证供需平衡，电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规则和要求等条件确定，应满足可靠性、灵活性和经济型的要求。电气主接线的主要要求：1、可靠性：可靠性的客观衡量标准时运行实践主接线的可靠性是其组合元件（包括一次不分和二次部分）在运行中可靠性的综合，因此要考虑一次设备和二次部分的故障及其对供电的影响，衡量电气主接线运行可靠性的一般准则是：（1）断路器检修时，是否影响供电、停电的范围和时间（2）线路、断路器或母线故障以及母线检修时，停电出线回路数的多少和停电时间长短，能否保证对重要用户的不间断供电。（3）发电厂、变电所全部停电的可能性。、2、灵活性：投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便，调度灵活，电气主接线的灵活性要求有以下几方面：（1）调度灵活、操作方便，应能灵活地投切某些元件，调配电源和负荷能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调整要求。（2）检修安全，应能容易地从初期过渡到最终接线，并在扩建过渡时使一次和二次设备等所需的改造最少。3、控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资，要适当限制经济型：通过优化比选，应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗少，在满足技术要求的前提下，要做到经济合理。（1）投资省，电气主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关等一次设备投资，要使短路电流，一边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，以便节约地和节省架构、导线、绝缘小及安装费用，在运输调节许可的地方都应采用三相变压器。（3）电能损耗少，经济合理的选择变压器的型式、容量和台数，避免因两次变压而增加投资。1-2主接线的拟定待设计变压所为一座35KV降压变电所，以10KV电缆线各车间供电，距改变电所6KM处有一系统变电所，用35KV双回架空线向待设计的变电所供电，在最大运行方式下，待设计变电所高压母线上的短路功率为1000MVA，待设计变电所的高压部分为二进二出回路，为减少断路器数量及缩小占地面积，可采用内桥接线和外桥接线，变电所的低压部分为二进八处回路，同时考虑以后装设两组电容量要预留两个出线间隔，故10KV回路应至少设有10回出线，其中，一车间和二车间为Ⅰ类负荷，其余为Ⅱ类负荷，其主接线可采用单母不分段接线，单母分段接线和单母分段带旁路接线1-3主接线的比较和选定1-3-1技术比较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）线路投入和切除时，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。待设变电所35KV回路进线为6KM，进线较长，且没有穿越功率通过，正常运行时两台变压器不需要经常切换，经比较，内桥接线的线路投入和切除操作方便，故以上6种设计方案中，方案一、方案二和方案三为优。3、单母线不分段接线的特点：接线简单、清晰、设备少、操作方便、投资少、便于扩建，但其不够灵活可靠，接到母线上任一元件故障时，均使整个配电装置停电。4、单母线分段接线的特点：单母线分段接线也比较简单、清晰，当母线发生故障时，仅故障母线段停止工作，另一段母线仍继续工作，两段母线可看成是两个独立的电源，挺高了供电可靠性，可对重要用户供电，当一段母线故障或检修时，必须断开接在该段母线上的所有支路，使之停止工作，任一支断路器检修时，该支路必须停止工作。5、单母线分段带旁路接线的特点：在母线引出各元件的断路器，保护装置需停电检修时，通过旁路木母线由旁路断路器及其保护代替，而引出元件可不停电，加旁路母线虽然解决了断路器和保护装置检修不停电的问题，提高了供电的可靠性，但也带来了一些负面影响。a)旁路母线、旁路断路器及在各回路的旁路隔离开关，增加了配电装置的设备，增加了占地，也增加了工程投资。b)旁路断路器代替各回路断路器的倒闸操作复杂，容易产生误操作，酿成事故。c)保护及二次回路接线复杂。d)用旁路代替个回路断路器的倒闸操作，需要人来完成，因此带旁路母线的界限不利于实现变电所的无人值班。1-3-2经济比较1、综合投资比较)1001(0aZZ该变电所为35KV等级，故不明显的附加费用比例系数a取10002ZZ②式中0Z包括变压器、开关设备。配电装置等设备的费用，由式子②可知，综合投资和0Z成正比。方案三语方案二相比，方案三多设了一条10KV母线，1台旁路母联断路器及隔离开关。即方案三中的0Z大于方案二中的0Z。故方案二的综合投资Z小于方案三的综合投资Z。2、年运行费用U的比较AZUUU式中ZU为折旧费，AU为损耗费CZUZ式中C为折旧维护检修费，对主变及配电装置可取8%~10%.对水泥杆线路可取5%，对铁塔线路可取4%，故ZU和Z成正比。U式中为电能电价（常数）。双绕组主变的年电能损耗])([20emKSSPtPn该变电所采用2台主变，故n=2式中0P为主变压器的空载损耗和短路损耗t为变压器年运行小时数eS为变压器的额定容量，mS为变压器持续最大负荷为最大负荷年损耗小时数，决定于最大负荷年利用小时数T和平均功率因数COS。由于方案二和方案三都选用同样两台型号相同的主变，故主变的年电能损耗相同。架空输电线路的年电能损耗。LKPm式中mP为通过线路的最大持续功率，L为线路长度，K为线路有功损耗系数。方案二和方案三中都从距变电所6KM处的系统变电所用35KV双回架空线路向带设变电所供电。故其mP、L、K相同，即架空输电线路的年电能损耗相同。由于U=ZU+AU当损耗费用相同时，ZU大的年运行费高，故方案二和方案三相比，方案二的经济性较优。而且近年来，系统的发展，电力系统接线的可靠性有了较大提高，220KV以下电网建设的目标是逐步实现N-1或N-2的配置，这样有计划地进行设备检修，不会对用户的供电产生影响，不需要通过旁路断路器来代替检修断路器；由于设备制造水平的提高，高质量的断路器不断出现，例如现在广泛采用的SF6断路器，真空断路器，运行可靠性大幅度提高，使旁路母线的使用几率也在逐年下降；由于现今的变电站都有向无人值班方式设计趋势，旁路母线给无人值班带来不便，故新建工程中基本上不再采用带旁路母线的接线方式，所以经综合分析比较后，最终确定方案二为该变电所的电气主接线方式，即35KV高压部分采用内桥接线，10KV低压部分采用单母分段接线方式。如下图所示：2-1主变的选择2-1-1变电站变压器台数的选择原则（1）对于只供给二类、三类负荷的变电站，原则上只装设一台变压器。（2）对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站，应选用两台两台相同容量的主变压器，每台变压器的容量应满足一台变压器停运后，另一台变压器能供给全部一类负荷；在无法确定一类负荷所占比重时，每台变压器的容量可按计算负荷的70%～80%选择。（3）对大城市郊区的一次变电站，如果中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台为宜；对地区性孤立的一次变电站，在设计时应考虑装设三台主变的可能性；对于规划只装两台主变的变电站，其变压器的基础宜按大于变压器容量的1～2级设计。2-1-2变电站主变压器台数的确定待设计变电站由6KM处的系统变电所用35KV双回架空线路供电，以10KV电缆供各车间供电。该变电所的一车间和二车间为Ⅰ类负荷，其余的为Ⅱ类负荷。Ⅰ类负荷要求有很高的供电可靠性，对于Ⅰ类用户通常应设置两路以上相互独立的电源供电，同时Ⅱ类负荷也要求有较高的供电可靠性，由选择原则的第2点结合待设计变电站的实际情况，为提高对用户的供电可靠性，确定该变电站选用两台相同容量的主变压器。2-1-3变电所主变压器容量的确定原则（1）按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑10～20年的负荷发展。（2）对重要变电所，应考虑一台主要变压器停运后，其余变压器在计算过负荷能力及允许时间内，满足Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电；对一般性变电所，一台主变压器停运后，其余变压器应能满足全部供电负荷的70%～80%。。2-1-4主变压器绕组数的确定国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等变压器，待设计变电所有35KV、10KV两个电压等级且是一座降压变电所，宜选用双绕组普通式变压器。2-1-5主变压器相数的确定在330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对来说投资大、占地多、运行规模也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量，待设计变电所谓35KV降压变电所，在满足供电可靠性的前提下，为减少投资，故选用三项变压器。2-1-6主变压器调压方式的确定为了确保变电所供电量，电压必须维持在允许范围内，通过变压器的分接头开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常在22.5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%，但其结构较复杂，价格较贵，由于待设计变电所的符合均为Ⅰ、Ⅱ类重要负荷，为确保供电质量，有较大的调整范围，我们选用有载调压方式。2-1-7主变压器绕组连接组别的确定变压器的连接组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行，电力系统采用的绕组连接方式只有星形和三角形两种，因此对于三相双绕组变压器的高压侧，110KV及以上电压等级，三相绕组都采用“YN”连接，35KV及以下采用“Y”连接；对于三相双绕组变压器的低压侧，三相绕组采用“d”连接，若低电压侧电压等级为380/220V，则三相绕组采用“yn”连接，在变电所中，为了限制三次谐波，我们选用“Ynd11”常规连接的变压器连接组别。2-1-8主变压器冷却方式的选择电力变压器的冷却方式，随其型号和容量不同而异，一般有以下几种类型：（1）自然风冷却：一般适用于7500KVR一下小容量变压器，为