議某35kV化工用戶變電站設計范文

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1.概述1.1設計依據根據課題要求給出的條件。

1.2設計原則

1.2.1要遵守國家的法律、法規，貫徹執行國家經濟建設的方針、政策和基本建設程序，特別是應貫徹執行提高綜合經濟效益和促進技術進步的方針。

1.2.2要根據國家規范、標準與有關規定，結合工程的不同性質不同要求，要實行資源的綜合利用，要節約能源、水源，要保護環境，要節約用地并合理使用勞動力，要立足于自力更生。

1.3變電站建設的必要性及規模

為了加強某地供電可靠性，減少線路損耗，適應日益增長的負荷發展需要，35kv變電站的建成將大大提高當地整體供電能力和供電可靠性，減小供電半徑，供電線損大幅下降，供電量增加，適應當地現代化建設與發展的需要，滿足國民經濟增長和人民生活質量提高對電力的需求。

2.主接線方案及主變臺數、容量的選擇2.1主接線的設計原則

主接線的設計依據（1）負荷大小的重要性（2）系統備用容量大小

運行備用容量不宜少于8-10%，以適應負荷突變，機組檢修和事故停運等情況的調頻需要。

裝有兩臺及以上的變壓器的變電所，當其中一臺事故斷開時，其余主變壓器的容量應保證該變電所70%的全部負荷，在計及過負荷能力后的允許時間內，應保證用戶的

一、二級負荷供電。

主接線的基本要求1、可靠性

供電可靠性是電力生產和分配的首要要求。

（1）斷路器檢修時，不宜影響供電。（2）線路、斷路器或母線或母線隔離開關檢修時，盡量減少停運出線回數及停運時間，并能保證對一級負荷及全部及大部分二級負荷的供電。

（3）盡量避免發電廠，變電所全部停運的可能性。

（4）大機組超高壓電氣主接線應滿足可靠性的特殊要求。

2、靈活性

主接線應滿足在調度，檢修及擴建時的靈活性

（1）調度時，應可以靈活地投入和切除發電機、變壓器和線路，調配電源和負荷，滿足系統在事故運行方式，檢修運行方式以及特殊運行方式以及特殊運行方式下的系統調度要求。

（2）檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修而不致影響電力網的運行和對用戶的供電。（3）擴建時，可以容易地從初期接線過渡到最終接線。在不影響連續供電或停運時間最短的情況下，投入新裝機組，變壓器或線路而不互相干擾，并且對一次和二次部分的改建工作最少。3、經濟性主接線滿足可靠，靈活性要求的前提下做到經濟合理。（1）主接線應力求簡單，經節省斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、避雷器等一次設備。（2）要能使繼電保護和二次回路不過于復雜，以節省二次設備和控制電纜。（3）要能限制短路電流，以便于選擇價廉的電氣設備或輕型電器。（4）如能滿足系統的安全運行及繼電保護要求，35kV及其以下終端或分支變電所可采用簡易電器。（5）占地面積少：主接線設計要為配電裝置布置創造條件，盡量使占地面積減少。（6）電能損失少：經濟合理地選擇主變壓器的種類（雙繞組、三繞組或自耦變壓器）、容量、數量，要避免因兩次變壓而增加的電能損失。

2.235kV側主接線的設計和論證依據變電站的性質只可選擇單母線接線一種主接線方案，下面論證其接線的得弊。

單母線接線

優點：

（1）接線簡單清晰、設備少、操作方便。

（2）便于擴建和采用成套配電裝置缺點：

（1）不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線隔離開關等）故障或檢修均需使整個配電裝置停電。

（2）單母線可用隔離開關分段，但當一段母線故障時，全部回路仍需停電，在用隔離開關將故障的母線分開后才能恢復非故障段的供電。

適用范圍；

（1）6-10kV配電裝置的出線回路數不超過5回。

（2）35-63KV配電裝置的出線回路數不超過2回。

綜合分析比較一覽表

接線方式優缺點:

單母線接線簡單清晰，設備少、投資小運行操作方便，利于擴建。但可靠性和靈活性較差。

根據具體情況，通過分析比較，接線方式采用單母線，其一次性投入少，且尚能保證變電站的安全穩定運行，利于今后負荷增長時的擴建。因此，35kV側選擇單母線的接線方式。

2.310kV側主接線的設計和論證

依據變電站的性質可選擇單母線接線、單母線分段接線、外橋型接線、內橋型接線、四種主接線方案，下面逐一論證其接線的得弊。

2.3.1單母線接線

優點：

（1）接線簡單清晰、設備少、操作方便。

（2）便于擴建和采用成套配電裝置

缺點：

（1）不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線隔離開關等）故障或檢修均需使整個配電裝置停電。

（2）單母線可用隔離開關分段，但當一段母線故障時，全部回路仍需停電，在用隔離開關將故障的母線分開后才能恢復非故障段的供電。

適用范圍；

（1）6-10kV配電裝置的出線回路數不超過5回。

2.3.2單母線分段接線

1、用隔離開關分段的單母線接線

這種界限實際上仍屬不分段的單母線接線，只是將單母線截成兩個分段，其間用分段隔離開關連接起來。這樣做的好處是兩段母線可以輪流檢修，縮小了檢修母線時的停電范圍，即檢修任一段母線時，只需斷開與該段母線連接的引出線和電源回路拉開分段隔離開關，另一段母線仍可繼續運行。但是，若兩個電源取并列運行方式，則當某段母線故障時，所有電源開關都將自動跳閘，全部裝置仍需短時停電，需待用分段隔離開關將故障的母線段分開后才能恢復非故障母線段的供電。可見，采用隔離開關分段的單母線接線較之不分段的單母線，可以縮小母線檢修或故障時的停電范圍。

2、用斷路器分段的單母線接線

用隔離開關奮斗的單母線接線，雖然可以縮小母線檢修或故障時的停電范圍，但當母線故障時，仍會短時全停電，需待分段隔離開關拉開后，才能恢復非故障母線段的運行，這對于重要用戶而言是不允許的。如采用斷路器分段的單母線接線，并將重要用戶采用分別接于不同母線段的雙回路供電，著可克服上訴缺點。

對用斷路器分段的單母線的評價為:

（1）、優點

a.具有單母線接線簡單、清晰、方便、經濟、安全等優點。

b.較之不分段的單母線供電可靠性高，母線或母線隔離開關檢修或故障時的停電范圍縮小了一半。與用隔離開關分段的單母線接線相比，母線或母線隔離開關短路時，非故障母線段可以實現完全不停電，而后者則需短時停電。

c.運行比較靈活。分段斷路器可以接通運行，也可斷開運行。

d.可采用雙回線路對重要用戶供電。方法是將雙回路分別接引在不同分段母線上。

（2）、缺點

a.任一分段母線或母線隔離開關檢修或故障時，連接在該分段母線上的所有進出回路都要停止工作，這對于容量大、出線回路數較多的配電裝置仍是嚴重的缺點。

b.檢修任一電源或出線斷路器時，該回路必須停電。這對于電壓等級高的配電裝置也是嚴要缺點。因為電壓等級高的斷路器檢修時間較長，對用戶影響甚大。

3、單母線分段帶旁路母線的接線

為了在檢修線路斷路器時，不中斷對該線路的供電，可以增設旁路設施，包括旁路開關電器和旁路母線。這種接線不宜用于進出線回路多的情況下使用。

單母線分段接線，雖然縮小了母線或母線隔離開關檢修或故障時的停電范圍，在一定程度上提高了供電可靠性，但在母線或母線隔離開關檢修期間，連接在該段母線上的所有回路都將長時間停電，這一缺點，對于重要的變電站和用戶是不允許的。

2.3.3雙母線接線

為了克服上述單母線分段接線的缺點，發展了雙母線接線。按每一回路所連接的斷路器數目不同，雙母線接線有單斷路器雙母線接線、雙斷路器雙母線接線、一臺半斷路器接線（因兩個回路共用三臺斷路器，又稱二分之三接線）三種基本形式。后兩種又稱雙重連接的接線，意即一個回路與兩臺斷路器相連接，在超高壓配電裝置中被日益廣泛地采用。

1、單斷路器雙母線接線：

單斷路器雙母線接線器是雙母線接線中最基本的接線形式。它具有兩組結構相同的母線，每一回路都經一臺斷路器、兩組隔離開關分別連接到兩組母線上，兩組母線之間通過母聯斷路器來實現聯絡。

雙母線接線有兩種運行方式，一種運行方式是一組母線工作，一組母線備用，母聯斷路器在正常運行時是斷開的；另一種運行方式是兩組母線同時工作，母聯斷路器在正常運行時是接通的，這時每一回路都固定連接于某一組母線上運行，故亦稱固定連接運行方式。這兩種運行方式在供電可靠性方面有所差異，當母線短路時，前者將短時全部停電；后者母線繼電保護動作，只斷開故障母線上電源回路的斷路器和母聯斷路器，并不會使另一組母線中斷工作。

單斷路器雙母線接線具有以下優缺點:

（1）、單斷路器雙母線接線的優點：

雙母線接線有更高的可靠性，表現在以下幾方面:

a.檢修任一段母線時，可不中斷供電，即通過倒閘操作將進出線回路都切換至其中一組母線上工作，便可檢修另一組母線。

b.檢修任一母線隔離開關時，只需停運該回路。

c.母線發生故障后，能迅速恢復供電。

d.線路斷路器"拒動"時或不允許操作時，可經一定的操作順序使母聯斷路器串入該線路代替線路斷路器工作，而后用母聯斷路器切除核線路。

e.檢修任一回路斷路時，可用裝接“跨條”的方法，避免該線路長期停電。

f.便于試驗。在個別回路需要單獨進行試驗時，可將諒回路單獨接至一組母線上隔離起來進行。

g.調度靈活。各個電源和出線可以任意分配到某一組母線上，因而可以靈活地適應系統中各種運行方式的調度和潮流變化。

h.擴建方便，且在擴建施工時不需停電。

由于雙母線具有上述優點，被廣泛用于10一220kV出線回路較多且有重要負荷的配電裝置中。（2）、單斷路器雙母線接線的缺點：

a.接線較復雜，且在倒母線過程中把隔離開關當作操作電器使用，容易發生誤操作事故。

b.工作母線短路時，在切換母線的過程中仍要短時停電。

c檢修線路斷路器時要中斷對用戶的供電，這對重要用戶來說是不允許的。

d.于單母線接線相比，雙母線接線的母線長，隔離開關數目倍增，這將使配電裝置結構復雜，占地面積增大，投資明顯增加。

雙母線接線比單母線分段接線的供電可靠性高、運行靈活，但投資也明顯增大，因此，只有當進出線回路數較多、母線上電源較多、輸送和穿越功率較大、母線故障后要求盡快恢復送電、母線和母線隔離開關檢修時不允許影響對用戶的供電、系統運行調度對接線的靈活性有一定要求等情況下，才采用雙母線接線方式。

2、雙斷路器雙母線接線

雙斷路器雙母線這種接線，每回路內接有兩臺斷路器，采取雙母線同時運行的方式。

雙斷路器雙母線接線的優點是:

a.任何一組母線或母線隔離開關發生故障或進行檢修時都不會造成停電。

b.任何一臺斷路器檢修時都不需停電。

c.任一電源或出線可方便地在母線上配置，運行靈活，能很好地適應調度要求，有利于系統潮流的合理分布和電力系統運行的穩定。

d.隔離開關只用于檢修時隔離電源，不作為操作電器，因而減少了誤操作的可能性。

雙斷路器雙母線接線的主要缺點是投入使用的斷路器大多，設備投資大，配電裝置占地面積和維護工作量都相應地增大了許多，故在220KV及以下配電裝置中很少采用。但隨著電力系統容量的增大，輸電距離的增加，出于對系統運行穩定性的考慮，這種接線在330KV及以上超高壓變電站中的應用將日益廣泛。

3、“一臺半”斷路器接線

“一臺半”斷路器這種接線的特點是在兩組母線之間串聯裝設三臺斷路器，于兩臺斷路器間引接一個回路，由于回路數與斷路器臺數之比為2：3，固稱為一臺半斷路器接線或二分之三接線。這種接線的正常運行方式是所有斷路器都接通，雙母線同時工作。

"一臺半"斷路器接線的優點是：

a.檢修任一臺斷路器時，都不會造成任何回路停電，也不需進行切換操。

b.線路發生故障時，只是該回路被切除，裝置的其他元件仍繼續工作。

c.當一組母線停電檢修時，只需斷開與其連接的斷路器及隔離開關即可，任何回路都不需作切換操作。

d.母線發生故障時，只跳開與此母線相連的斷路器，任何回路都不會停電。

e.探作方便、安全。隔離開關僅作隔離電源用，不易產生誤操作。斷路器檢修時，倒閘操作的工作量少，不必像雙母線帶旁路接線那樣要進行復雜的操作，而是夠斷開待檢修的斷路器及其兩側隔離開關就可以了，也不需要調整更改繼電保護整定值。

f.正常時兩組母線和全部斷路器都投入工作，每串斷路器互相連接形成多環狀接線供電，所以，運行調度非常靈活。

g.與雙母線帶旁路母線接線和雙斷路器雙母線接線相比，"一臺半"斷路器接線所需的開關電器數量少，配電裝置結構簡單，占地面積小，投資也相應減少。

缺點就是成本高。

通過分析比較，三種接線方式中采用單母線分段較之其它兩種為好，其中又以用斷路器分段的單母線分段接線為最好，雖一次性地多投入，但其可靠性、靈活性比較高，能保證變電站的安全穩定運行。

由于本次設計為35kV變電站，考慮到供電可靠性和負荷增長的需要，在10kV側采用單母線分段的接線方式。

3主變臺數和容量的選擇

3.1主變臺數和容量的確定

1、主變壓器容量一般按變電所建成后5-10年的規劃負荷選擇，并適當考慮到遠期10-20年的負荷發展。

2、根據變電所所帶負荷的性質和電網結構來確定主變器的容量。對于有重要負荷的變電所，應考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力后的允許時間內，應保證用戶的一級和二級負荷，對一般變電所，當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應能保證全部負荷的70-80%。

3、同級電壓的單臺降壓變壓器容量的級別不宜太多，應從全網出發，推行系列化、標準化。

主變容量

SA=6300KVA

選擇主變壓器的型號及容量為S7-6300/35，其技術參數如下：

型號容量UN損耗阻抗

電壓空載

電流連接組別

高低△P0△PS

S7-6300/3535±2×2.5%/10.5kVY/△-11Ud=7%

3.2站用變臺數和容量及接線的確定

3.2.1站用變臺數的確定

選擇1臺接入35kV，另一臺由外來引入備用。

3.2.2站用變容量及接線的確定

原則

選擇站用變壓器的型號及容量為：S7-50/35其技術參數如下：

S9-50/3535/0.4kVY/y0-12

4短路電流計算

4.1概述

4.1.1短路電流計算的目的

短路問題是電力技術的基本問題之一。短路電流及其電動力效應和分效應，短路時的電力的降低，是電氣結線方案比較，電氣設備和載流導線選擇、接地計算以及繼電保護選擇和整定等的基礎。

在變電站的電氣設計中，短路電流計算是其中的一個重要環節。其短路電流計算的目的有以下幾點：

1、電氣主接線的比選

2、選擇導體和電器

3、確定中性點接地方式

4、計算軟導線的短路搖擺

5、確定分裂導線間隔棒的間距

6、驗算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓

7、選擇繼電保護裝置和進行整定計算

4.1.2、一般規定

1、驗算導體和電器動穩定熱穩定及電器開斷電流，應按本規程的設計規劃容量計算，并考慮電力系統的遠景發展規劃（一般為本期工程建成后5-10年）。

確定短路電流時，應按可能發生最大短路電流的正常接線方式，而不應按僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。

2、選擇導體和電器用的短路電流，在電氣連接的網絡中，應考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。

3、選擇導體和電器時，對不帶電抗器回路的計算短路點應選擇在正常接線方式時短路電流為最大的地點對帶電抗器的6-10kV出線與廠用分支線回路，除其母線與母線隔離開關之間隔板前的引線和套管的計算短路點，應選擇在電抗器前外，其余導體和電器的計算短路點一般選擇在電抗器后。

4、導體和電器的動穩定、熱穩定以及電器的開斷電流，一般按三相短路驗算。若發電機出口的兩相短路或中性點直接接地系統中及自耦變壓器回路中的單相、兩相接地短路較三相短路嚴重時，則應按嚴重情況計算。

4.1.3短路點設置

短路點均設置在35kV和10kV母線上。

4.2短路電流計算

等值電路

k(3)

110kv

0.04410.0441

10kv

0.22190.2219

k(3)

110kv母線發生三相短路時容量為：2266MVA，短路電流為：11375A。

10kv母線發生三相短路時容量為：450.6MVA，短路電流為：24784A。

4.2.1d1點短路時：

35KV母線即a點三相短路時Uj=37KV

35KV母線即a點三相短路時，最大短路電流：

Idmax=1/X3*Ij=1/1.4849*100/1.732*37=1.0508KA

4.2.2d2點短路時：

10KV母線即b點三相短路時U=10.5KV

10KV母線即b點三相短路時，最大短路電流：

Idmax=1/X4*Ij=1/2.45*100/1.732*10.5=2.245KA

5母線和電器設備的選擇

5.1母線的選擇

5.1.1一般原則

1、應滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并應考慮遠景發展

2、應按當地環境條件校核；

3、應與整個工程的建設標準協調一致，盡量使新老電器型號一致；

4、選擇導線時應盡量減少品種；

5、選用新產品應積極慎重。

5.1.2規定

1、在正常運行條件下，各回路的持續工作電流計算；

2、驗算導體用的短路電流計算；

1）除計算短路電流的衰減時間常數和低壓網絡的短路電流外，元件的電阻都略去不計。

2）對不帶電抗器回路的計算短路點，應選擇在正常接線方式時短路電流為最大的地點。

3）對帶電抗器的6——10kV出線的計算點，除其母線征收母線隔離開關前的引線和套管應選擇在電抗器前外，其余應選擇在電抗器之后。

3、導體的動穩定、熱穩定以及電器的開斷電流、可按三相短路驗算。若發電機的出口兩相短路或中性點直接接地系統、自耦變壓器等回路中的單相、兩相接地短路較三相短路嚴重時，則應按嚴重情況驗算。

4、環境條件：選擇導體時，應按當地環境條件校核。

5.1.335kV母線橋的選擇和校驗

選擇LQJ240滿足最大工作電流的要求。

校驗在a點短路條件下的熱穩定：按裸導體熱穩定校驗公式Smin=(I∞/C)√tdz

Smin—最小允許截面

C—熱穩定系數

5.1.410kV母線的選擇和校驗

最大持續工作電流Igmax按一臺變壓器的持續工作電流即Igmax=6300/√3×10=363.74A

TMY60×6滿足熱穩定的要求。

動穩定的校驗也滿足要求。

5.2電器的選擇

5.2.1一般原則

1、應滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發展；

2、應按當地環境條件校核；

3、應力求技術先進和經濟合理；

4、與整個工程的建設標準應協調一致；

5、同類設備應盡量減少品種；

6、選用的新產品均應具有可靠的試驗數據，并經正式鑒定合格。在特殊情況下，選用未經正式鑒定的新產品時，應經上級批準。

5.2.2技術條件

選擇的高壓電器，應能在長期工作條件下和發生過電壓、過電流的情況下保持正常運行。

1、長期工作條件

（1）電壓

選用的電器允許最高工作電壓Umax不得低于該回路的最高運行電壓Ug,即Umax≥Ug

（2)電流

選用的電器額定電流IN不得低于所在回路在各種可能運行方式下的持續工作電流Ig

即IN≥Ig

由于變壓器短路時過載能力很大，雙回路出線的工作電流變化幅度也較大，故其計算工作電流應根據實際需要確定。

高壓電器沒有明確的過載能力，所以在選擇其額定電流時，應滿足各種可能運行方式下回路持續工作電流的要求。

（3）機械負荷

所選電器端子的允許荷載，應大于電器引線在正常運行和短路時的最大作用力。電器機械荷載的安全系數，由制造部門在產品制造中統一考慮。

2、短路穩定條件

（1）校驗的一般原則

電器在選定后應按最大可能通過的短路電流進行動、熱穩定校驗。校驗的短路電流一般取三相短路時的短路電流。若發電機出口的兩相短路，或中性點直接接地系統及自耦變壓器等回路中的單相、兩相接地短路較三相短路嚴重時，則應按嚴重情況校驗。

（2）短路的熱穩定條件：

It2t＞Qdt

Qdt—在計算時間t秒內，短路電流的熱效應（kA2s）

It—t秒內設備允許通過的熱穩定電流時間(s)

tjs=繼電器保護裝置后備保護動作時間tb+斷路器全分閘時間tdo（3)短路的動穩定條件：

ich≤idfIch≤Idf

ich—短路沖擊電流峰值（kA）

Ich—短路全電流有效值（kA）

idf—電器允許的極限通過電流峰值（kA）

Idf—電器允許的極限通過電流有效值（kA）

3、絕緣水平

電器的絕緣水平應按電網中出現的各種過電壓和保護設備相應的保護水平來確定。當所選用電器的絕緣水平低于國家規定的標準數值時，應通過絕緣配合計算選用適當的過電壓保護設備。

5.2.335kV側斷路器和隔離開關的選擇

1、根據35kV短路容量MVA,短路電流A，主變壓側開關選擇LW8-35六氟化硫斷路器，額定電流1000A；額定開斷電流25KA；滅弧室額定氣壓pcb0.5Mpa。斷路器，CT6-XGI彈簧操動機構：操作電源：直流220V5A。

2、隔離開關：根據I1N=SN/√3U1N=6300/1.732X35=104A，應選擇GW5-35G型隔離開關：額定電流600A。

5.2.410kV側斷路器和隔離開關的選擇

1、10kV側斷路器的選擇

據10kV短路容量MVA,短路電流A,1、2號主變10kV側開關和分段開關采用ZN40-10/1000型真空斷路器，線路及電容器均采用ZN40-10/630真空斷路器

2、10kV側隔離開關的選擇

根據I2N=SN/√3U2N=6300/1.732X10.5=346A，主變10kV側開關和分段采用GN19-10C/1250型屋內隔離開關，10kV線路及電容器采用GN19-10C/630型屋內隔離開關。

3、電容器的選擇：

根據無功補償容量為主變容量的20％－30％原則，每段10kV母線上裝設兩組TBB11/√3-3000var容量的補償電容器裝置，電容器電流互感器采用LFZ-10型100/5電流互感器。

4、10kv成套配電裝置的選擇：

GG-1A-07T、GG-1A-12、GG-1A-54型柜，分段開關柜要求CT與開關分裝，分段開關與兩側刀閘要求要有可靠的機械閉鎖。

5.2.535KV及10KV側電壓互感器的選擇

根據規定要求，需要在35KV及10KV側安裝電壓互感器。

在實際設計中，由于只有一條進線，所以在35KV側只安裝一臺電壓互感器，其型號為：JCL2——35

10KV側電壓互感器按照要求應該在每段母線上各安裝一臺，其型號為：JSZT1——10。

5.2.635KV及10KV側電流互感器的選擇

1、根據實際需要，應在35KV及10KV側安裝電流互感器，其選點如下：

a、每臺主變35KV及10KV側各安裝一組電流互感器。

b、在10KV出線側各安裝一組電流互感器。

c、35KV及10KV側電流互感器型號的選擇：

d、主變35KV側電流互感器型號為：LRD—35。

e、主變10KV側電流互感器型號為：LMZD2—10。

f、10KV出線電流互感器型號為：LFZ—10。

結束語

基于35kV化工用戶變電站設計要求，本文對主接線的選擇、高壓設備的選擇、負荷計算、短路電流計算，各種繼電保護選擇和整定計算皆有詳細的說明。特別對主接線的選擇，變壓器的選擇，還有一些電氣設備如斷路器、電流互感器、電壓互感器等的選擇校驗作了詳細的說明和分析。

本次設計的內容緊密結合實際，通過查找大量相關資料，設計出符合當前要求的變電站。

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