35KV降压变电所初步电气优化设计

张亚林

摘要：为了更好的解决工业用电能够安全有效运行，提出对35kV总降压变电所进行电气优化设计。首先根据负荷与无功功率补偿的计算确定变压器的型号和台数。然后设计变电所主接线方案，并选择一次侧主要的电气设备（隔离开关，电压互感器，电流互感器）。最后对防雷接地保护系统进行了设计。结果表明基本完成了降压变电所的部分电气设计，符合变电所高效稳定运行要求。

关键词： 负荷计算；主接线设计；设备选择；防雷与接地

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）20-0240-03

电力是现代工业的主要能源和动力。电力可以使工业生产迅速增加产量，提高产品质量和劳动生产率。目前发达国家电力技术发展比较成熟[1]，都已经走向输电超高压化，变电所值班无人化，继电保护智能化等。而我国电力行业发展虽有了明显的进步，但与许多国家相比发展进度还比较迟缓，有许多的漏洞和问题。我国现在所设计的常规变电所最突出的问题是设备落后，结构不合理，投资大，损耗高，效率低，采用传统的变电所的旧设备已越来越难以满足变电所安全、经济运行，尤其是在一次开关和二次设备造型问题上，从发展的观点来看，将越来越不适应我国经济发展的要求。变电所是电力系统中不可缺少的重要环节[2]，时刻肩负着电能转换和与重新分配的任务，对电力系统安全高效运行有着重要作用。尤其是现在大容量发电机组的不断投运和超高压远距离输电的出现，使电力系统的安全控制更加复杂，如果依照原来变电所的旧设备，而不进行技术改造的话，必然无法满足安全稳定运行要求，就更不用说符合现代电力系统的发展机制。传统的变电所大都不具备调压手段，对于一些问题还没有引起足够的重视和采取有效的解决措施，而电压的合格与否不单单只是发电厂去调节，各变电所也应该履行其责，特别是枢纽变电所更应该分担重任，通过控制无功功率补偿设备进行调整，使其运行在合格范围内[3]。那么就需要对变电所进行优化设计，提高电压等级，扩大供电范围。设计出更具优化和发展潜力的供配电系统已经是时代需要了。

1负荷与无功功率补偿计算

1.1总负荷计算

1.至少选择两台变压器的情况，有大量一、二级负荷的变电所，当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。

2.采用两台变压器的情况，一般都是季节性负荷或昼夜负荷变动较大的变电所，这样更为经济。

3.除了上述两种情况下，一般车间使用一个变电站。但集中负荷和容量的变电所三级负荷也可以使用两台变压器。

4.在确定配电变压器站时，应适当考虑负荷的发展，留下了一定的裕量。根据上述情况，应采用一台变压器这种设计。

1.3.2主变压器容量的选择

在昼夜或季节性负荷波动大[9]，则考虑变压器的过负荷能力，在符合高峰时，变压器可以适当的短时过载运行。有大量一、二级负荷的变电所，当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。两台以上变压器工作方式有明备用和暗备用两种，明备用是指一台工作，另一台备用。暗备用是指两台变压器同时工作，各承担50%左右的计算负荷，均按60%～70%计算负荷选择变压器容量时，变压器的负荷率接近于经济负荷率。

根据变电所要求，考虑经济性，本设计采用两台变压器暗备用的方式。

故选择容量为1600kVA的变压器。

根据以上情况，应选择变压器型号为：S6-1600/10。采用两台变压器暗备的方式。由于考虑到未来5～10年的负荷发展，初步取=1600 。考虑到安全性和可靠性的问题确定变压器为S6系列变压器。

1.4主接线的接线方案选择

当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。内桥与外桥都有着各自的优缺点。内桥是不会常需切换的运行方式。适合于输电线路较长，故障机率较多的线路。外桥更适用于线路较短，变压器按经济运行并需要经常切换的地方。也就是适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。综上所述，选择外桥的接线方案更为经济适用。

2 继电保护装置与一次侧设备选择

2.1继电保护配置

系统在运行过程中有时会出现各种故障或不正常运行状态，尤其是各种类型的短路，若不能及时的发现并且切除故障电路，将会对生产和生活造成很大的影响。继电保护的作用就是分区实时检测各种故障和不正常运行状态，以便及时的发现故障并采取隔离或告警等措施，从而最大限度地维持系统的稳定运行[10]，保证人身的安全和供电的连续性，防止或减轻设备的损坏。变电所主要保护配置有过负荷保护，瓦斯保护与速断保护。

（1）在这里电力变压器过负荷保护的动作时限取为10s与15s之间。

过负荷保护动作电流为

取6A，时限整定10秒

（2）瓦斯保护是通过监测变压器油受热分解的气体的流速，从而对故障加以判断并动作的保护装置。故障轻时产生的气体较少且慢，发出警告信号。严重故障时，迅速产生大量的气体，继电器动作跳闸。

（3）电流速断保护分为无时限电流速断保护与带时限电流速断保护。

2.2一次侧设备选择

在测量高压装置的电压时，为了安全、方便的测量，一般要使用电压互感器（TV）。电压互感器的一次绕组与高压电路并联；二次绕组与测量仪表、继电器的线圈并联。电压互感器类似于变压器，因一、二次侧的匝数不同，可将一次侧的高压在二次侧转换成低压，便于安全、有效的测量。

1）考虑本厂的安装地点和适用条件，对6-10kV应考虑JDZJ型电压互感器；对35kV以上应选取单相油浸式三绕组的JDX6-35型和JCC型串级式电压互感器。

2）电流互感器是一种变换电流的装置，实际是一种特种变压器，其作用是把较大的一次电流通过一定的变比转换为较小的二次电流。工作原理是利用一、二次绕组的匝数不同来使一次侧大电流可以利用二次侧的小电流来进行测量。计算得知，35KV侧最大持续工作电流为73.3A，热稳定性22.7>1.16，动稳定性10.3>5.46，校验合格，则电流互感器35KV侧选LCW-53型；10KV侧最大持续工作电流为433.9A，热稳定性1088.5>1.1，动稳定性84.0>10.14，校验合格，则10KV侧选LAJ-10 型。

3）开关柜是成套的配电装置，主要用于接收和分配点能，开关柜使多个电气设备安装在一处，不仅所占的体积变小，而且便于检测与维护。按本次设计的主电路方案，选择合适的开关柜，利用各开关连接起来，构成成套的配电装置。开关柜具有安全可靠、维护方便、占地面积小等优点。本设计低压侧为10kV，可选用GG-1A型（固定式高压开关柜）。该开关柜采用框架式结构。上部为断路器，下部为隔离开关、电缆室，中间为电流互感器。

3 防雷与接地设计

3.1防雷装置的接地要求

避雷针宜设独立的接地装置[11]，按《建筑物防雷设计规范》规定：防雷的接地装置，圆钢直径不小于10mm；扁钢截面不应小于，厚度不应小于4mm；角钢厚度不应小于4mm；钢管壁厚不应小于3.5mm。

总的来说，空气中安全距离，地下安全距离。为防止跨步电压对人身的危害，按规定，接地体入口与人行道距离不小于3m。当小于3m时，应采取一定的绝缘措施来保障人身安全。

3.2接地装置的设计

接地就是指防雷装置、电气设备与大地能够良好连接并有相应作用。接地体有管型、带型和环形等。电流通过接地体[12]向地面呈半球流散，距离越远，电流越小，所以在接地体周围有跨步电压（两脚之间电位差），一般认为距离接地体20m以上已没有电压。

4 结语

该研究主要是对35KV变电所的部分电气设计，对负荷和无功功率补偿的计算，确定了变压器型号和台数，设计了主接线的选择方案；通过校验对变电所设备进行了选择，同时考虑到变电所的安全稳定运行，对继电保护装置和防雷与接地做了系统的介绍。达到变电所电气设计的要求。

参考文献：

[1] 曹绳敏.电力系统课程设计及毕业设计参考资料[M].中国电力出版社，1995.

[2] Guo Wei， Wang Li. Integrated Automation of Power Plant Electrical System. Department of Electrical Engineering，Southeast University，Nanjing 210096，China.

[3] 刘介才.工厂供电[M].4版.机械工业出版社，2006.

[4] 苏文成.工厂供电[M].2版.机械工业出版社，2008.

[5] 王兆安，张明勋.电力电子设备设计和应用手册[M].3版.机械工业出版社，2009.

[6] 祝淑萍.电力系统分析课程设计与综合实验[M].中国电力出版社，2007.

[7] 西北电力设计院.电力工程设计手册[M].中国电力出版社，2011.

[8] 陈跃.电气工程专业毕业设计指南[M].中国电力出版社，2013.

[9] 尹克宁.电力工程[M].中国电力出版社.2012.

[10] 李骏年. 电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，1992：26-35.

[11] 马福. 雷击变电所地电位干扰及防护措施研究[M].长沙：长沙理工大学，2009.

[12] 吴华. 浅谈总降压变电所的防雷[J].科技风，2009（15）.