# 夕瑶60kV变电所初步设计毕业设计 (1)

Abstract

Science and technology is the first productive force. And in the rapid development of science and technology in today's society, electricity has become the basis of the development of science and technology is the most important and key. The substation is an indispensable important link in the operation of the power grid.

This graduation design thesis is 60kv step-down transformer substation electrical part of the preliminary design, is carried out in accordance with the long-term load plan design, the purpose is to ensure that substation can long-term reliable power supply and one-time meet the requirements of the long-term load.

This graduation design paper language clear, detailed content, design specification. The design of the graduation thesis by a manual, a book, a set of drawings (electric main wiring diagram, substation floor plan, all kinds of interval profile). It is according to the requirement of the design plan descriptions of the graduation, combined with professional knowledge and the contents of the books, mainly including the 10kv conductor choice, the choice of the main transformer, the drafting of the main electrical wiring, short-circuit calculation, choice of electrical equipment, lightning protection calculation and reactive power optimization of main work content, design reasonable..

Because my level is limited, this thesis could not rigorous, can appear some mistakes, hope the teacher can give correct.

Key Words : Short circuit calculation, the choice of the equipment,substation , Reactive power compensation

1 变电所设计规程 (1)

2 10kV线路导线的选择 (3)

2.1按经济电流密度选择导线经济截面积 (3)

2.2导线截面积选择的步骤 (3)

2.2.1 计算10kV线路导线经济截面积 (3)

2.2.2 按载流量校验导线截面积 (4)

2.2.3 按电压损失校验导线截面 (4)

3 主变压器的选择 (6)

3.1主变压器选择的有关规定 (6)

3.2主变压器选择的一般原则 (6)

3.2.1 主变压器台数的确定 (6)

3.2.2 变压器形式的选择 (7)

3.2.3 主变容量的确定 (8)

3.3静电补偿电容器的选择。 (9)

3.3.1 补偿前平均功率因数计算公式 (10)

3.3.2变压器的功率损耗 (10)

3.3.3补偿容量的计算 (10)

3.3.4确定电容器台数 (11)

3.4.5补偿后总平均功率因数计算公式 (11)

4 电气主接线的选择 (12)

4.1概述 (12)

4.2主接线的设计原则 (12)

4.2.1 考虑变电所在电力系统中的地位和作用 (12)

4.2.2考虑近期和远期的发展规模 (12)

4.2.3考虑负荷的重要性分级和出线回路数多少对主接线的影响 (12)

4.2.4考虑主变台数对主接线的影响 (12)

4.2.5考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响 (12)

4.3主接线设计的基本要求 (13)

4.3.1可靠性 (13)

4.3.2灵活性 (13)

4.3.3经济性 (13)

4.4主接线的确定 (14)

4.4.1对原始资料的分析 (14)

4.4.2主接线方案的拟定 (14)

4.4.3方案的比较与确定 (16)

5 短路计算 (17)

5.1 概述 (17)

5.2短路电流计算的主要目的 (17)

5.3短路计算中的一般规定 (17)

5.4电路元件参数的计算 (18)

5.4.1基准值 (18)

5.4.2各元件参数标么值计算 (18)

5.4.3标么值表示的等值网络 (18)

5.5三相短路电流周期分量计算 (19)

5.5.1影响短路电流变化规律的主要因素 (19)

5.5.2应用计算曲线的具体步骤如下： (19)

5.5.3三相短路电流冲击值的计算 (20)

5.6短路点选取 (20)

6 变电所主要电气设备的选择 (21)

6.1断路器的选择 (21)

6.1.1按额定电压等级选择 (21)

6.1.2按额定电流选择 (21)

6.1.3按额定开断电流选择 (22)

6.1.4按关合电流选择 (22)

6.1.5热稳定的校验 (22)

6.1.6动稳定的校验 (22)

6.2隔离开关的选择 (23)

6.2.1按额定电压等级选择 (23)

6.2.2按额定电流选择 (24)

6.2.3热稳定的校验 (24)

6.2.4动稳定的校验 (24)

6.2.5隔离开关型号含义 (25)

6.3互感器的选择 (25)

6.3.1电压互感器的选择 (25)

6.3.2 电流互感器的选择 (27)

6.4避雷器的选择 (29)

6.4.1过电压的分类 (29)

6.4.2避雷器的作用 (29)

6.4.3避雷器的类型 (29)

6.4.4避雷器的选择及型号含义 (29)

6.5高压开关柜的选择 (30)

6.6母线的选择 (32)

6.6.1热稳定校验 (32)

6.6.2动稳定校验 (33)

7 防雷保护及其范围计算 (35)

7.1避雷针的装设原则及接地装置的要求 (35)

7.2避雷针高度的计算 (35)

7.2.1保护半径计算 (35)

7.2.2保护范围最小宽度和最小高度的计算： (36)

8.变电所无功补偿 (37)

8.1无功功率不足的危害 (37)

8.2消耗无功功率的设备 (37)

8.2. 1用电设备 (37)

8.2. 2输电线路 (37)

8.2. 3变压器 (38)

8.3无功补偿设备 (38)

8.3. 1无功功率的电源 (38)

8.3. 2无功补偿设备 (38)

8.4无功优化的研究现状 (39)

8.4.1数学模型的建立。 (40)

8.4.2优化方法的研究。 (40)

8.5无功补偿算法 (40)

8.5.1经典算法 (40)

8.5.2人工智能算法 (40)

1选择10kV输电线路导线 (42)

1.1选择高压设备厂出线架空线型号 (42)

1.1.1按经济电流密度选择导线截面 (42)

1.1.2热稳定校验 (42)

1.1.3电压损耗校验 (43)

1.2选择陶瓷厂出线架空线型号 (43)

1.2.1按经济电流密度选择导线截面 (43)

1.2.2热稳定校验 (44)

1.2.3电压损耗校验 (44)

1.3选择玩具厂出线架空线型号 (44)

1.3.1按经济电流密度选择导线截面 (44)

1.3.2热稳定校验 (45)

1.3.3电压损耗校验 (45)

1.4选择灯饰厂出线架空线型号 (45)

1.4.1按经济电流密度选择导线截面 (45)

1.4.2热稳定校验 (46)

1.4.3电压损耗校验 (46)

1.5选择首饰加工厂出线架空线型号 (46)

1.5.1按经济电流密度选择导线截面 (46)

1.5.2热稳定校验 (47)

1.5.3电压损耗校验 (47)

1.6选择针织厂出线架空线型号 (48)

1.6.1按经济电流密度选择导线截面 (48)

1.6.2热稳定校验 (48)

1.6.3电压损耗校验 (49)

1.7选择区小学出线架空线型号 (49)

1.7.1按经济电流密度选择导线截面 (49)

1.7.2热稳定校验 (50)

1.7.3电压损耗校验 (50)

1.8选择海飞学院出线架空线型号 (50)

1.8.1按经济电流密度选择导线截面 (50)

1.8.2热稳定校验 (51)

1.8.3电压损耗校验 (51)

2主变压器的选择 (52)

2.1主变压器所需容量计算 (52)

2.2选择变压器型号 (53)

3选择补偿电容器的容量、台数、型号 (54)

3.1 .归算变压器高压侧功率 (54)

3.2 计算无功补偿前系统的功率因数 (54)

3.3.计算需要补偿的无功容量 (54)

3.4.选择电容器 (54)

4电气主接线方案设计 (56)

5短路电流的计算 (57)

5.1画等值阻抗图 (57)

5.2求各元件等值电抗 (57)

5.3各点发生短路时的短路电流 (58)

6 电气设备的选择 (60)

6.1高压断路器的选择 (60)

6.1.1 60kV侧高压断路器的选择 (60)

6.1.2 10kV侧高压断路器的选择 (61)

6.2隔离开关的选择 (62)

6.2.1 60kV侧隔离开关的选择 (62)

6.2.2 10kV侧隔离开关的选择 (63)

6.3电压互感器的选择 (63)

6.4电流互感器的选择 (64)

6.4.1 60kV侧电流互感器的选择 (64)

6.4.2 10kV侧电流互感器的选择 (64)

6.5 避雷器的选择 (65)

6.6 高压开关柜的选择 (66)

6.7 母线的选择 (68)

7 避雷针的选择 (70)

7.1 保护半径计算 (70)

7.2 保护范围最小宽度和最小高度的计算： (70)

1变电所设计规程

（1）待设计的变电所应根据《变电所设计技术规程》中有关条例来进行设计，以保证待设计变电所可以安全供电。

（2）变电所的设计必须贯彻执行党的有关方针、政策。设计中不断总结实践经验，在保证安全运行、经济合理的条件下，力求接线简化、布置紧凑和逐步提高自动化水平，并积极慎重地采用新技术。

（3）本规程使用于电压为35-330千伏，每台变压器容量为5000千伏安及以上新建变电所的设计，扩建工程的设计可参照执行。电压为35千伏，每台变压器容量为1600—4000千伏安新建变电所的设计，可参照本规程的有关规定，但应予以适当简化。

（4）变电所应根据5-10年电力系统发展规划进行设计。枢纽变电所连接的电源数和回路数，还应根据电力系统运行的安全和经济等条件确定。

（5）变电所的所址应符合下列要求：

1）接近负荷中心；

2）不占或少占农田；

3）便于各级电压线路的引入和引出。架空线路走廊应与所址同时确定；

4）交通运输方便；

5）具有适宜的地质条件（例如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带等）；如所址是有矿藏的地区，应征得有关部门的同意，避开有危岩和易发生滚石的场所；

6）尽量不设在空气污秽地区，否则应采取防污措施或设在污源的上逢侧；

7） 110-330千伏变电所的所址标高宜在百年一遇的高水位之上，35kV 变电所的所址标高宜在50年一遇的高水位之上，否则应有防护措施；

8）所址不应为积水淹沁，山区变电所的防洪措施应满足泄洪要求；

9）具有生产和生活用水的可靠水源；

10）适当考虑职工生活上的方便；

11）确定所址时，应考虑对邻近设施的影响。

（6）所区内建筑物、构筑物的布置应紧凑合理，充分利用地形，并应考虑便于扩建。为了减少所区内占地面积或当所区面积受限制时，配电装置中应尽量采用减少占地的电器，或在布置上采用高型或半高型方式等。

（7）所区的竖向布置，应符合下列要求：

1) 尽量利用原有自然地形，减少土石方量，且不致减少扩建时填、挖土石的困难；

2)建筑物的标高，基础埋深、路基和管线埋深，应互相配合建筑物的屋内地面一般高出屋外地面150-300毫米，并根据地质条件考虑沉降量；

3)所区应有排水措施，各地段的设计坡度不应小于0.5%；

4)所区地面坡度不应超过8%；如土质易受冲刷，不宜超过5%，必要时可采用其他措施，如阶梯形布置等，但应便于所内运输。

( 8 ) 在装有同步调相机的变电所中，冷却塔或喷水池与主变压器、屋外配电装置和建筑物间的距离不应小于规定的数值。冷却塔或喷水池应尽量布置在主变压器、屋外配电装置和建筑物的冬季主导风的下风侧。

( 9 ) 地下管线一般与道路平行布置。如地下管线和道路交叉，其交叉长度应为最短。

(10) 地下管线一般采用直埋敷设。110-330千伏变电所一般设在给、排水管；所区内建有水井的35千伏变电所，一般不设给水管道，但变电所附近已有公用给水管道者除外。

(11) 各种底下管线之间和地下管线与建筑物、构筑物道路之间的最小净距，应根据敷设和检修的要求、建筑物基础的构造，管线的埋设深度、检修井的位置及当地其他条件确定。

(12) 变电所应有道路与外部公路连接，其路面宽度一般不小于3.5米。变电所内应设置环行道路或回车道，环行道路面宽度一般为 3 米。由变电所大门至主变压器的道路可适当加宽。所区内、外道路一般采用中级路面或次高级路面。

(13) 变电所没应设巡视小道，并可利用电缆、沟盖板作为部分巡视道。

2 10kV线路导线的选择

2.1按经济电流密度选择导线经济截面积

（2.1）

S/

J

I

max

I——线路正常运行时的最大负荷电流（A）；

m a x

J——经济电流密度（A/mm2），可根据经济电流密度曲线查取。

2.2导线截面积选择的步骤

2.2.1 计算10kV线路导线经济截面积

（1）计算线路的最大长期工作电流：

max I = （2.2） 式中 N U ——线路额定电压（kV ）；

?cos ——功率因数；

P ——远期最大负荷（KW ），对于双回路P=50%max P ；对于单回路P=max P 。

（2）根据《电力工程电气设计手册》377页，图8-30软导线经济电流密度查找不同负荷的最大负荷小时数max T 时的经济电流密度J 按下式计算。

J I S /max =

2.2.2 按载流量校验导线截面积

K --温度修正系数；

max I --线路可能通过的最大电流（A ）

2.2.3 按电压损失校验导线截面

[])20(120-+=t r R t α （2.3） 式中 α--电阻的温度系数。对于铜α=0.00382；对于铝α=0.0036；

20r --导线+200C 时的电阻（Ω/km ）； t --导线的实际工作温度。2max 00()()al al I t I θθθ=+-式中0θ--导体周围介质温度

al θ--正常允许最好温度 al I --允许的最大长期工作电流

23

%100%10N PR QX U U +?=

?? （2.4）

U N --线路额定电压（kV ）；

R--线路最高温度（+350C ）时的电阻；

X--线路电抗（Ω）。

3主变压器的选择

3.1 主变压器选择的有关规定

（1）主变压器容量和台数的选择应根据《电力系统设计技术规定》SDJ161-85有关规定和审批的电力规划设计决定进行。凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停止运行后，其余主变的容量应能保证供应该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。若变电所有其他能源可保证在变电所停运后用户的一级负荷，则可装设一台主变压器。

（2）与电力系统连接的220～330kV变压器，若不受运输条件限制，应选用三相变压器。

（3）变压器绕组的连接方式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“Y”型和“△”型，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。

（4）主变压器的冷却方式，主变压器的一般冷却方式有：自然冷却方式、强迫油循环风冷却方式、强迫油循环水冷却方式等。大型变压器一般采用强迫油循环风冷却变压器。

（5）主变压器调压方式的选择，应符合《电力系统设计技术规程》SDJ161的有关规定。

3.2 主变压器选择的一般原则

3.2.1 主变压器台数的确定

（1）主变压器台数的确定原则是为了保证供电的可靠性。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器。

1)有大量一级负荷及虽为二级负荷但从保安需要设置时(如消防等)。

2)季节性负荷变化较大时。

3)集中负荷较大时。

（2）一般三级负荷或容量不太大的动力与照明宜共负荷只用一台变压器（3）当属下列情况之一时，可设专用变压器

1）当照明负荷较大或动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设照明专用变压器。

2）单台单相负荷较大时，宜设单相变压器。

3）冲击性负荷较大，严重影响电能质量时，可设冲击负荷专用变压器。

4）当季节性负荷(如空调设备等)约占工程总用电负荷的1/3及以上时，宜配置专用变压器。本次设计中，选用两台主变压器。

3.2.2 变压器形式的选择

（1）建筑要求多层或高层主体建筑内变电所，变压器一般可采用环氧树脂浇注型铜芯绕组干式变压器并设有温度监测及报警装置。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用防尘型或防腐型变压器。特别潮湿的环境不宜设置浸渍绝缘干式变压器。设置在二层以上的三相变压器，应考虑垂直与水平运输对通道及楼板荷载的影响，如采用干式变压器，其容量不宜大于630kVA。居住小区变电所内单台变压器容量不宜大于630kVA。(2)、内设置的可燃油浸电力变压器应装设在单独的小间内。变压器高压侧间隔两侧宜安装可拆卸式护栏。

（3）调压当用户系统有调压要求时，应选用有载自动调压电力变压器。对于新建的电力变电所建议采用有载自动调压变压器，有利于网络运行的经济性。虽然暂时投资稍高一些，但是在短时间内就可以收回所附加的投资。

（4）当出现下列情况可设专用变压器：当动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设专用变压器。当季节性的负荷容量较大时(如大型民用建筑中的空调冷冻机等负荷)，可设专用变压器。接线为Y,yno 的变压器，当单相不平衡负荷引起的中性线电流超过变压器低压绕组额定电流的25％时，宜设单相变压器。出于功能需要的某些特殊设备(如容量较大的X 光机等)宜设专用变压器。

（5）当需要提高单相短路电流值或需要限制三次谐波含量或三相不平衡负荷超过变压器每相额定容量15％以上时，宜选用接线为D ，Yn11型变压器。

（6）因IT 系统的带电部分与大地不直接连接，因此照明不能和动力共用变压器，必须设专用照明变器。 本次设计的变电所，电压等级为60/10kV 为二次降压变电所，采用双绕组变压器。

3.2.3 主变容量的确定

∑≥P K P 0m a x （3.1）

∑P — 按负荷等级统计的综合用电负荷

3.3静电补偿电容器的选择。

（KV ） 标称容量（kvar ） 标称电容μF 相数 外形尺寸长*宽*高（mm ） 重量kg BWF11/3

—200—1W 11/3 200 15.79 1 700*180*933 122

BWF W 1200311--电容器型号含义：

B--并联电容器；

WF--烷基苯浸复合介质；

311--额定电压（kV ）

； 200--额定电容（kvar ）；

1--单相；

W--户外式电容器。

3.3.1 补偿前平均功率因数计算公式

221)()(cos Q P P

βαα?+= （3.3）

3.3.2变压器的功率损耗

20)(

N K T nS S P n P n P ?+?=? （3.4） 20)(100%100%N

N K N T nS S S U n S I n Q +=? （3.5） 式中 T P ?--总有功功率损耗(kW)；

T Q ?--总无功功率损耗（kvar ）

； n--并列运行变压器的台数；

0P ?--空载损耗(kW)；

K P ?--短路损耗(kW)；

S--变压器负荷的视在功率（kV A ）；

N S --变压器的额定容量（kV A ）

%0I --变压器的空载电流百分数；

%K U --变压器的短路电压百分数。

3.3.3补偿容量的计算

)tan (tan 21??α-?=P Q C （3.6）

21tan tan ??，--补偿前、补偿后功率因数的正功值；

P —系统有功负荷(kW)。

3.3.4确定电容器台数

c

C q Q n ≥ （3.7） 式中 C Q --计算补偿容量（kvar ）；

c q -- 每台电容器的标称容量（kvar ）

。 由于无功补偿要做到三相对称补偿，所以所选台数应为3的整数倍。考虑到有可能将电容器分成容量相等的两组，所以所选电容器台数应为6的整数倍，故选择电容器为24台。

3.4.5补偿后总平均功率因数计算公式

()[]223)(cos 补Q Q P P

T -+=βαα? （3.8）