35kV變電站的一次設計摘要電力作為國家生存與發(fā)展的能源，既是國家建設中不可缺少，更有國家向四個現(xiàn)代化邁進的趨勢，實現(xiàn)中國夢，基礎在哪里。我國幅員遼闊，各個地方都有自己特殊的氣候條件以及地理環(huán)境，因此電力資源分布情況各不相同。確保了電力的連續(xù)，可靠、為區(qū)域提供安全供給，是區(qū)域發(fā)展的先決條件，是既看不見，又很難儲存的能量。所以說電能是一種特殊的商品，具有很強的特殊性。正是由于電能具有這一特點。我國幅員遼闊，各個地方都有自己特殊的氣候條件以及地理環(huán)境，因此電力資源分布情況各不相同。工業(yè)需要發(fā)展、經(jīng)濟需要起飛、電力必須先行。我國現(xiàn)在正處在一個工業(yè)化的快速發(fā)展期，電力需求與日俱增。才能確保后來國民經(jīng)濟的不斷起飛，必須超前發(fā)展電力工業(yè)。我國幅員遼闊，地形復雜多樣，所以輸電線路工程的分布區(qū)域比較廣。所以電網(wǎng)建設與維護工作必須周密地進行，對于國家發(fā)展來說，也是頗為重要的。由于本輸電區(qū)域內(nèi)用戶供電半徑差較大，線損值較大、電壓合格率相對偏低，供電本地區(qū)用戶電網(wǎng)線路電壓質(zhì)量通常不能完全保證質(zhì)量。為了保證本區(qū)域用戶的用電安全和電能質(zhì)量要求，必須對該輸電線路進行升級改造以提高其輸送容量、降低損耗以及增加可靠性等指標。針對本電網(wǎng)地區(qū)現(xiàn)實電力負荷供給與需求情況。通過對該電網(wǎng)進行優(yōu)化配置及合理選擇變壓器容量等方式來降低電能損耗。降低能源供應與分配的能力，降低能源損失及能源供應成本，在減小占地面積的前提下。重點內(nèi)容介紹各種配電裝置參數(shù)的優(yōu)化選擇、防雷系統(tǒng)和電氣接地保護設施的最佳配置,結合該區(qū)域用戶供電技術需求狀況和實際工程使用實際需求情況,選擇出最合適使用的線路方案、各種防雷電氣設備型號種類和容量。關鍵詞：35kV；變電站；母線；配電裝置；避雷針目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章引言 第1章引言1.1原始資料簡介本設計根據(jù)設計任務書，對變電站的一次部進行了設計，主要對短路計算進行了分析，在這個范圍內(nèi)選擇適當?shù)闹饕姎庠O備，防雷設計，畫出重要電氣接線圖。蘆溪鎮(zhèn)的規(guī)劃行政面積范圍調(diào)整為132.45萬平方公里km2，從原規(guī)劃"十二五"面積發(fā)展增加到了新的"十三五"平方公里，表明蘆溪鎮(zhèn)地區(qū)要切實加快科學發(fā)展與工業(yè)化國家建設發(fā)展進程，緊緊圍繞落實原計劃"五個四川"列為國家發(fā)展建設國家重點領域和國家戰(zhàn)略。為實現(xiàn)蘆溪鎮(zhèn)輸變電工程計劃新增的電站裝機容量目標達到年均26.94萬kVA。負荷變化的計量預測及統(tǒng)計分析方法主要可考慮采用年均增長率法、回歸模型法和灰色模型法，采用多種相關經(jīng)濟數(shù)學模型，將綜合后以上三種定量測算研究方法結果計算的算術及加權綜合算術平均值結果統(tǒng)一后作為對增都區(qū)及全域社會單位用電負荷量水平變化趨勢的最終定量統(tǒng)計預測或考核結果。結合蘆溪實際，給出了高，中、低三種方案效果見下表。在本文的最后提出了一些建議，希望可以對今后的研究提供參考意見。從介質(zhì)方案預測結果來看，2016最大載荷為302MW,2021載荷將達489兆瓦。1.2魯班供區(qū)負荷預測魯班供應區(qū)位于綿陽市蘆溪鎮(zhèn)。蘆溪鎮(zhèn)位于綿陽市南部，距綿陽市區(qū)33公里，面積98平方公里，人口2.7萬。蘆溪鎮(zhèn)位于亞熱帶北部邊緣，地形山高谷深。這里的公路四通八達，國道和省道貫穿全鎮(zhèn)。杜甫草堂景區(qū)聞名中外，引來大批游客。萬程高速公路貫穿全境，交通四通八達。魯班村憑借魯溪鎮(zhèn)交通、地理等優(yōu)勢，以杜甫草堂風景區(qū)為龍頭，以其他旅游資源為依托，人民生活用電量增加。為了滿足電力需求，改善電網(wǎng)結構，保證城市安全運行，對未來一段時間內(nèi)的日最大供電量進行分析計算，為合理分配電網(wǎng)容量提供依據(jù)。魯班負荷預測2014年，魯班供電區(qū)用電4040萬千瓦時，負荷達到1.91兆瓦。預計2023年電力將達到0780萬千瓦時，負荷將達到3.25兆瓦。第2章電氣主接線的選擇2.1電氣主接線設計簡介高壓電器相互連接的部分形成一個大網(wǎng)絡，以傳輸高壓和大電流。它們的另一個名字是主電力系統(tǒng)。它決定了配電設備的布局和形式。其次，與繼電保護的布置有關，對電網(wǎng)運行起著關鍵作用。2.2電氣主接線的特點2.2.1單母分段接線的優(yōu)缺點：優(yōu)點：當斷路器斷開母線時，斷路器從母線上脫開，從而實現(xiàn)故障主動隔離和保持終端母線正常耗電。缺點：擴張時，因擴張同時向兩方向保持平衡而保持對稱。2.2.2雙母線接線的優(yōu)缺點：優(yōu)點：供電可靠，調(diào)度靈活，迅速適應系統(tǒng)運行方式及趨勢的改變，任何方向的展開都是便捷，靈活的，僅在出線或隔離開關故障時停機。缺點：隔離開關個數(shù)應與母線個數(shù)匹配。如果在運行中出現(xiàn)了問題，不能及時解決或處理不好就會影響到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。母線故障大修時應及時開關。在運行中，若隔離開關未及時斷開電源，會造成斷路器跳閘或其他事故。為了避免誤操作，要設置聯(lián)鎖裝置。根據(jù)筆者對原始數(shù)據(jù)資料的初步分析整理和我對上述三種接線方式的大致認識，列出了以下兩種方案。方案一：采用單母線分段連接；10kV側(cè)有8條進出線。重要的電力用戶可以使用雙回路的供電方式來增加供電的可靠性。方案二，單總線連接；10kV出線側(cè)采用單母線接線方式，出線側(cè)端的斷路器在故障大修正常情況下，將導致線路用電中斷。方案三，采用雙母線分段連接；10kV側(cè)的雙母線采用分段檢修的接線方式，當任意雙母線處于分段檢修作業(yè)狀態(tài)下，則任意區(qū)段的線路均無需停電。根據(jù)和以上三種方案之間的利弊比較，我們更應該是選擇第二個線路作為變電站改造的主接線。第3章主變壓器的選擇3.1主變壓器臺數(shù)的確認3.1.1選擇原則（1）變壓器為充分滿足提高供電和可靠性，一般要求采用至少兩臺單相主變壓器工作；（2）變電站為既能滿足輸電系統(tǒng)中高壓運行設備高可靠性比，又能實現(xiàn)低靈敏度，在高負荷變電站的設計中，通常需要選擇至少2臺三繞組的變壓器。在相同容量情況下。三相繞組變壓器所占的面積越小，越是容易操作，容易保養(yǎng)。由于其具有結構簡單，制造容易，成本低等優(yōu)點。價格比普通四繞組雙繞組變壓器有顯著降低。所以要考慮選裝兩個三向繞組變壓器。（3）在安裝有2臺主變壓器以上的變電站內(nèi)，事故發(fā)生后，任一主變壓器剩余容量均應超過總負荷70%，并且要確保供電的正常。3.1.2主變壓器臺數(shù)的確認主變壓器數(shù)量要求:（1）對于在配電網(wǎng)側(cè)形成環(huán)形網(wǎng)絡的變電站，應為變電站設計兩臺主變壓器。（2）具有二級負載和有三級以上負荷功能的變電站中只能分別使用這一臺變壓器由于該變電站又與電網(wǎng)運行關系密切，且其中有著一些一級電網(wǎng)負荷，因此通常采用由兩臺主變壓器組成并聯(lián)形式運行。3.2主變壓器容量的選擇3.2.1主變壓器容量的確定（1）一般情況下，按車站所在地區(qū)規(guī)劃負荷5~十年計，并考慮今后十~二十年用電量的增加。通過分析計算得到了不同工況下主變運行時產(chǎn)生的溫升與損耗，以及在實際生產(chǎn)過程中需要考慮的相關因素，為現(xiàn)場工作人員提供參考依據(jù)。綜合以上數(shù)據(jù)可以看出，s合計=800*6=6400kwA。綜合考慮以上兩項數(shù)據(jù)，該變電站單站主變壓器最大額定輸入容量為：SN=4000千KVA。3.2.2繞組連接方式的選擇雙繞組變壓器母線與單相變壓器繞組母線的導線連接布置方式為：Y／△。第4章短路計算4.1短路的原因、形成及危害用戶供配電系統(tǒng)要安全、可靠，確保正常用電，但是由于種種原因，系統(tǒng)總是有問題的，其中短路情況最為嚴重，就是相間或者相間對地的連接不正常。短路主要是由以下幾個方面引起：（1）設備絕緣自然老化、機械強度降低、破損等；（2）由于操作維護不到位，未按操作規(guī)程操作而導致事故發(fā)生，管理混亂等；（3）自然災害導致線路坍塌，斷線等。短路的危害：由于短路后線路阻抗急劇下降，短路電流顯著增大，高壓系統(tǒng)下可達幾萬安培。在變電站的初步設計階段就考慮到如何實現(xiàn)智能化和自動化的問題，這也成為我今后幾年工作中不斷努力追求的目標之一。電源輸入短路電流還在快速的進程中逐步增大時，系統(tǒng)電壓會驟然急劇降低，所以當電源產(chǎn)生系統(tǒng)短路放電時，降電壓的結果，我們一般可以認為破壞性效應不大。所以從這里我們就能清楚的看到，短路電流過后瞬間停電，后果還可能是十分驚人和極其嚴重的。所以，在電力生產(chǎn)及供電部門中，特別是在變電站內(nèi)一旦發(fā)現(xiàn)有大量電源發(fā)生系統(tǒng)故障或因某些因素導致電源發(fā)生短路而引發(fā)大面積停電事故的時候，就應該引起足夠的重視了。以期能夠有效保障我國各種大型電氣設備系統(tǒng)，以及各種城市電力系統(tǒng)設備能夠正常，持續(xù)，穩(wěn)定，良好地開展工作，首先，電網(wǎng)也必須要始終關注怎樣盡可能迅速地排除電網(wǎng)中幾乎全部設備故障短路原因，那么還應該做到電網(wǎng)發(fā)生短路故障狀況之后，一定要以最快的速度及時修復切斷一切電源故障，為了實現(xiàn)及時，高效地恢復電網(wǎng)中整體電網(wǎng)設備的安全，高效，穩(wěn)妥地運行。4.2短路計算的方法短路計算的步驟：（1）繪制短路計算電路圖并識別計算點。（2）設定參考值Sd=100MVA；Ud=Uav；計算短路設計點全部電壓時Id值。（3）計算出每個部件的名義電抗。（4）顯示與短路電流相等的電路圖和標記短路計算點。（5）簡化電路和計算機組總電抗短路容量。4.3本設計中短路電流的計算計算回路電抗：S圖1短路計算圖根據(jù)前面變壓器參數(shù)可得：計算各短路點短路電流（1）K點發(fā)生三項短路時圖235kV側(cè)K點短路時網(wǎng)絡簡化圖（2）點發(fā)生三項短路時圖3點短路時網(wǎng)絡簡化圖（3）點發(fā)生三相短路時圖4點短路時網(wǎng)絡簡化圖第5章電氣設備的選擇5.1變壓器保護隔離開關、斷路器的選擇項目所在城市區(qū)域均為重金屬三級污染區(qū)。因此，根據(jù)我國國家電網(wǎng)公司工程建設物資統(tǒng)一采購驗收標準，所有大型室外系統(tǒng)電氣設備外殼的外墻絕緣電阻設計要求應至少滿足ⅲ類污穢標準，35kV以上和近10kV系統(tǒng)設備外殼的具體爬電距離一般應限制為≥類3.1cm/KV。1.隔離開關的選擇：隔離開關的要求：（1）在切斷隔離電路時，要在隔離開關的表面上檢查出有若干個明顯、看得見的切斷點，以便清楚地判斷電路能否通電。（2）接斷點導線之間至少應有一個足夠安全的安全絕緣接地距離，以充分確保設備不容易發(fā)生電流閃絡故障并避免危及電氣操作使用人員等的電氣人身健康安全。（3）隔離開關運行時同步性好，合閘跳閘率合理。（4）該型隔離開關結構十分簡單，動作十分迅速且可靠。技術參數(shù)帶接地刀閘裝置的隔離開關都配有鎖定保護裝置，以有效確保安全正確安全操作。35kV側(cè)隔離開關的選擇：5kV戶外主變進線開關設備:選用了35萬kV大功率戶外變組合成套電器，包括隔離式開關、接地隔離開關、電流互感器、斷路器等，性能穩(wěn)定優(yōu)良，可靠性更高，維護安裝工作量比較小。技術參數(shù)額定交流電壓輸出必須要大于35kV，最大允許持續(xù)短路電流QUOTE。因此，選擇符合gn27-40.5標準設備，并須配備手動杠桿和操作機構。短路保護時的沖擊短路電流為QUOTE動靜態(tài)穩(wěn)定了保護電流中電壓峰值從而使動態(tài)穩(wěn)定性能夠達到設計要求。在穩(wěn)態(tài)下，當線路發(fā)生故障時，可通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻尼電阻來抑制暫態(tài)振蕩。在短路保護中，容許短路熱效應是QUOTE*2.08=54.1kA2.s，隔離保護開關的允許短路的最大熱效應是Ir2t=202*2=800kA2.s，因為是800QUOTE>>54.1，可以因此得出結論，隔離保護開關應該滿足熱穩(wěn)定性要求。10kV側(cè)隔離開關的選擇：對于接入該架空線路系統(tǒng)的額定電壓為10kv，所需選壓隔離開關功率不得大大小于其通過高壓斷路器輸出的額定最大輸出直流電流Imax=1.05*12.52/(√3*10)=722.8A，因此可選擇高壓斷路器隔離開關型號GN30-12。短路斷開時的最大允許的短路分斷的沖擊電流是QUOTE隔離開關的動穩(wěn)定的沖擊短路電流允許的最大峰值壓力一般要求為QUOTE或小于100kA，，因此隔離開關動的穩(wěn)定短路電流可以滿足要求。短路和斷開電源時最大允許輸出的短路熱效應均為QUOTE*2.08=147.11kA2.s，隔離開關輸出的短路最大允許輸入最大的熱效應系數(shù)是Ir2t=402*2=3200kA2.s，因為是3200QUOTE>>147.11，故一般可直接選擇這種類型的隔離開關。2.斷路器的選擇：通常，它又主要還是起演顯著暫時接通信號電纜和暫時地斷開直流輸電線路電纜和保護電氣設備線路等的安全保護等作用。發(fā)生嚴重短路故障時，應采取盡可能地及時的采取一切措施以切斷各電網(wǎng)及其連接各種設備系統(tǒng)的嚴重短路故障部分，以做到盡可能的確保了整個電網(wǎng)系統(tǒng)用戶的電力使用及安全。目前，SF6斷路器是市場上的主流選擇。斷路器的基本要求：（1）是個好導體，要有充分的動態(tài)及熱穩(wěn)定性。（2）跳閘后絕緣效果好。（3）要有充分的分斷能力和最短時間將閘刀開關分開。（4）電氣壽命及機械強度均符合要求且便于維修。短路電流時連續(xù)運行時間：tis=tse/tbrTse：保護動作的時間，通常在0.15s上下；tbr：固有開啟時間，一般約為0.25秒。35kV側(cè)斷路器的選擇：電路電壓等級一般為大于35kV，其最大額定輸出電流須大于或接近等于通過斷路器引出的額定最大輸出直流電流QUOTEImaxImax=1.05*12.03/（√3*10.5）=690A。因此，選擇采用了ZN12斷路器。通過斷路器的最大電流IK=15.8a，斷路器的短路額定電壓分斷的電流為25KA，短路電流和分斷電壓能力要滿足以上要求。滿足動力穩(wěn)定性等級的設計要求。最后，檢查斷路器外殼的機械熱負荷穩(wěn)定性，短路溫度持續(xù)變化時間范圍為t=1.9+0.18=2.02s。短路電流的允許熱效應系數(shù)是QUOTE。斷路器的最大允許短路熱效應系數(shù)為QK=I”2t=31.52*4=3969kA2.s，由于3969＞54.1，熱穩(wěn)定性基本滿足要求，最終可以選擇采用ZN12的設備。10kV側(cè)斷路器的選擇：ImAx=1.05*12.52/(√3*10.5)=720A，因此在10kV以上線路側(cè)應考慮選擇正確的斷路器型號為zn66A-12/t660-24。斷路器短路時沖擊過電流達16.91萬ka，動過穩(wěn)定過電流約50萬多kA，滿足斷路器動過穩(wěn)定過電壓要求。技術參數(shù)短路電流持續(xù)工作時間為QUOTE。短路的熱效應是QUOTEQUOTE。所有的實驗測試數(shù)據(jù)都必須符合要求，所以最終選擇了這種類型的設備。5.2電流互感器的選擇1.電流互感器的基本須知電流互感器設計的最大精度等級必須不得明顯低于電網(wǎng)所可以提供參考的主要測量用儀器最大的允許精度等級。變電站現(xiàn)場的主要測量工具和自動控制監(jiān)測儀表等通常要求使用小于0.5級至高于1.0級以上的精密電流互感器。電能表上所用的電流互感器的最高電氣等級均不得低于國家標準0.5級。其次，它們都還特別需要測試絕緣動態(tài)性能和材料熱學穩(wěn)定性，以切實確保設備使用及安全。2.35kV側(cè)電流互感器的選擇：一次回路最大持續(xù)工作電流A一次回路必須滿足：Un＞Unet=35kVIn＞Iw.max=693.64A由于其安裝使用地點主要為工作室內(nèi)，電流互感器多采用樹脂澆注的絕緣密封結構。熱穩(wěn)定校驗：QUOTE2=2916QUOTE134.92，因此，滿足要求。動穩(wěn)定校驗：內(nèi)部動穩(wěn)定QUOTEQUOTE。外部動穩(wěn)定QUOTEQUOTEkA?；谏鲜鰲l件，可參考設備清單優(yōu)先使用lcwd1-35/12003.10kV側(cè)電流互感器的選擇：流經(jīng)35kV側(cè)電路的最大連續(xù)工作電流為Un=Unet=10kVIn＞Iw.max=2427AIN.OC＞IK2”=1.62kA由于安裝地點為室內(nèi)，電流互感器采用樹脂澆注絕緣結構。熱穩(wěn)定校驗：QUOTEIt2t>QKIt2t>QK，QUOTE動穩(wěn)定校驗：QUOTE滿足要求。根據(jù)符合以上各項條件，查閱了設備購置清單，初步?jīng)Q定選擇了lzzb10-10/3000作為本次最終的設備購置選型。5.3電壓互感器的選擇1.電壓互感器的基本要求：通常，連接到一次繞組的UN可以在（0.9-1.1）UN的范圍內(nèi)浮動。35千伏KV-110萬千瓦KV變電站一般多采用電磁式電壓互感器。當現(xiàn)場需要進一步檢查排除單相接地網(wǎng)故障時，應慎重選擇三相元件如五柱型電壓互感器或三極繞組單相電壓互感器。電壓互感器正常工作中的設計精度等級一般應首先根據(jù)其所有連接電氣設備之間的絕緣精度等級而共同而確定。2.35kV側(cè)的電壓互感器Un1=35/kVUn2=35/kV由于對其所選用的串級絕緣箱式電壓互感器，精度往往都比較普通互感器更高，一般也僅約為精度小于正負0.5。基于符合上述技術條件，可按參考設備采購清單中初步型號選擇jdx6-35型。動態(tài)性能和熱穩(wěn)定性經(jīng)過驗證檢測后可獲得相應的檢測數(shù)據(jù)并滿足其上述指標要求。因此，選擇了這種特殊類型的互感器設備適合作為變電站中35kV側(cè)接線的高電壓互感器。3.10kV側(cè)的電壓互感器Un1=Un2=10kV其最大功能之一是可以測量輸出電壓、電能值和消耗功率，并允許使用繼電器保護的裝置。采用隔散油結構密封的電磁式電壓互感器要求其精度高，一般僅為小于0.5?；诜仙鲜龌緱l件，可按參考設備清單中初步確定選擇jdx-10型。動態(tài)熱穩(wěn)定性試驗分析后所獲得的測試數(shù)據(jù)基本滿足于上述設計條件。因此，選擇安裝該測試設備以作為變電站10kV側(cè)線的試驗電壓互感器。第6章結論35kV變電站設計以本人近年來所學專業(yè)知識為依據(jù)。關閉電壓和電流時，應保持一定的間隔。在完成了變電站基礎運行裝置參數(shù)設計與選型的初步任務之后，本人也為某35kV變電站做了實地基礎布線設計。經(jīng)過一年多時間的不斷總結分析，最后確定出了一套切實可行且