35kV变电所电气部分设计

马明 曹芮嘉

摘 要：变电所在电力系统中有着重要的作用，电力系统的安全稳定性以及运行的灵活性、经济性很大程度上取决于变电所设计的质量。现针对35 kV变电所电气部分，首先根据原始资料采用需要系数法进行负荷计算，据此选择主变压器，并设计电气主接线;其次计算短路电流;最后，按正常工作条件选择校验电气主要设备以及相应母线、架空线。电气设计力求做到运行可靠、经济合理、灵活方便，具有现实意义。

关键词：35 kV变电所;电气主接线;计算负荷;短路电流计算

0 引言

某工厂欲设计一个35 kV电压等级的变电所，对厂内各个车间进行供电。其工作电源为距离该厂5 km处的变电站A，接入单回架空线路供电;备用电源为变电站B。

（1）系统情况：变电站A为110 kV的母线，基准容量为1 000 MVA。其安装了两个SFSLZ-31500/110 kVA的三绕组变压器：U高中=10.5%，U高低=17%，U低中=6%;选用35 kV电压等级来供电。以最大运行方式运行，将A变电站的两台变压器并列运行。

（2）负荷情况：待设计变电所的10 kV低压侧母线对各个车间供电均用架空线路，其中1～7车间是一类负荷，8～9车间是二、三类负荷;一、二类负荷占全厂总负荷的70%，全年工作时长8 760 h。

1 负荷计算

根据下列公式进行负荷计算：

根据原始资料，各车间计算负荷如表1所示。

采用需要系数法，取0.9和0.95作为有功和无功同时系数。经计算，车间总的视在功率为2 750.25 kVA，计算电流为158.8 A，功率因数为0.87。

因功率因数为0.87，未达到低压侧功率因数为0.95的要求，此处采取人工补偿——并联移相电容器组的方法进行低压集中补偿，补偿量为：

Qc补=Pc总（tan φ-tan φ′）=574.56 kvar（4）

式中：Qc补为需要补偿的无功容量;Pc总为有功计算负荷总值;tan φ为功率因数无功补偿前的正切值;tan φ′为该变电所需求功率因数的正切值。

根据所得出的无功补偿容量，可选取BWF10.5-100-1型单相电容型电容6个。经无功补偿后，所得车间总视在功率、计算电流、功率因数分别为2 509.86 kVA、145 A、0.95，即功率因数满足设计要求。

2 主变压器选择

待设计变电所选用两台等容量主变压器，要求如下：

（1）当两台中任一变压器在单独运行状态时，其应满足厂内总负荷70%～80%的需要;

（2）满足厂内全部一、二类负荷的需求[1]。

查相关选型手册[2-4]，可初选S9系列三相油浸自冷式无载调压铜线电力变压器S9-2000/35。依据补偿后的有功负荷和容量选择条件，所选变压器额定容量2 000 kVA大于车间总容量，故满足设计要求。

3 电气主接线设计

根据相关规定，变电所的主接线应由变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠、简单灵活和节约投资等要求[5]。

在可靠性、灵活性和经济性方面的要求满足后，可采用一用一备、双电源的供电方式，全场总负荷的70%为一、二类负荷，初步设计两台主变压器，以此保障供电可靠性。变压器35 kV电源进线可采用桥式接线、单母线（分段）接线，10 kV母线可采用单母线分段接线。

比较不同接线方案的優缺点后，确定35 kV侧进线采用外桥接线，通过主变降压后接到10 kV侧单母线。桥式接线没有母线，只用3台断路器，节省了投资，且变压器投切或故障时不会影响其余部分，操作比较简单，此种接线同时也满足了电气主接线的基本要求。系统主接线如图1所示。

4 短路电流计算

采用等值电路标幺值法进行短路电流计算。取基准容量Sd=1 000 MVA，根据各元件电抗标幺值，系统最大运行方式按变电站A两台主变并列运行计算，结果如表2所示。

5 电气设备选择与校验

电气设备选择在变电所设计中十分重要。一般按正常工作条件选择额定电压、额定电流，在短路条件下校验其动、热稳定性[6]。

5.1    断路器选择

断路器是电力系统中最重要的控制和保护开关设备。正常运行时，可接通和断开电流;发生故障时，可快速断开负荷电流和短路电流[7]。

35 kV高压回路大多选用真空断路器或SF6断路器，根据主变35 kV回路最大持续工作电流以及安装在户内的要求，可选ZN12-40.5型真空户内断路器。其额定开断电流为25 kA，额定短路关合电流为63 kA，大于短路冲击电流，满足要求。同理，10 kV高压断路器选择ZN3-10型真空户内断路器。

5.2    隔离开关选择

隔离开关是电力系统中的常用电气设备，对高压设备和一些重要装置起到保护作用，但不可以切断负荷电流或开断短路电流[7]。35 kV侧变压器回路隔离开关的最大电流要求与断路器相同，选择户内改进型隔离开关GN16-35G/

1250，其动稳定电流幅值为63 kA，大于短路冲击电流，满足要求。同理，10 kV侧高压隔离开关选择户内隔离开关GN6-10/600-52型。

5.3    电压互感器选择

电压互感器是电气二次设备与一次设备之间传输信息的传感器，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继保装置，能将高压按比例变成低压[8]。

35 kV侧电压互感器可选择单相油浸式JDJJ6-35型电压互感器，其0.5级二次绕组额定容量为150 VA。10 kV侧电压互感器选择单相油浸式JDZJ-10三绕组电压互感器，0.5级二次绕组额定容量为40 VA。

5.4    电流互感器选择

电流互感器是电气二次设备获取电气一次回路信息的传感器，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继保装置，能将大电流按比例变成小电流[8]。

35 kV侧电流互感器最大工作电流为34.8 A且安装地点在户内，可选LDZB7-35型电流互感器，其动稳定电流为112.5 kA，大于短路冲击电流;额定热稳定电流为45 kA，大于短路电流，故满足要求。

10 kV侧电流互感器可选半封闭式结构LFZ1-10型电流互感器，其初、次级绕组用环氧树脂浇注成一体，且满足动、热稳定性校验需求。

5.5    避雷器选择

避雷器用于防止雷电通过电压波沿线路直接侵入变电所或者建筑物内，以免对被保护设备的绝缘部件造成损害。这里35 kV侧选择阀式避雷器FZ-35，10 kV侧架空进线选择阀式避雷器FZ-10，經校验，其各类参数均满足需求。

6 架空线、母线选择与校验

6.1    架空线选择

（1）架空进线：35 kV及以上宜按经济电流密度选择架空线截面，导线材质为铝，故可选LGJ-35型铝绞线。其标称截面积A=35 mm2，满足机械强度要求;在导体工作温度为40 ℃时，允许载流量为137 A，大于最大持续工作电流。因此，LGJ-35型铝绞线满足要求。

（2）架空出线：根据电压等级为3～10 kV且出线线路较短，则按允许载流量选择导线截面的规定，可选LGJ-16型铝绞线。其在架设地点的环境温度为30 ℃时，允许载流量为98 A，大于最大持续工作电流;架空时最小截面积Amin=16 mm2，满足机械强度要求。因此，LGJ-16型铝绞线满足要求。

6.2    母线选择

35 kV及以下配电设备一般选用矩形硬铝母线。按发热条件选择导线截面，最大持续工作电流为121.2 A，可选单条矩形导体LMY-15×3的立放涂漆母线。其截面积为60 mm2，大于6.97 mm2，满足热稳定要求;在导线架设地点的环境温度为30 ℃时，长期允许电流为155 A，当母线平放且宽度小于63 mm时，允许电流为147.25 A，满足条件。故两段母线选择单条矩形导体的立放涂漆母线满足设计要求。

7 结语

本文主要研究35 kV变电所电气部分设计，为了满足工厂、车间等工业场所用电需求，设计中采用需要系数法进行计算，然后根据所得数据，选择变电站各种系数以及主要电气设备。通过本次对变电所电气部分的优化设计，有望获得更高电压等级变电所电气系统的设计应用经验，为后续35 kV变电所设计工程提供参考和借鉴。

[参考文献]

[1] 段春丽，黄仕元.建筑电气[M].2版.北京：机械工业出版社，2016.

[2] 电力工业部西北电力设计院.电力工程电气设备手册[M].北京：中国电力出版社，1998.

[3] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京：中国电力出版社，2005.

[4] 戴瑜兴，黄铁兵，梁志超.民用建筑电气设计数据手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[5] 刘介才.工厂供电[M].6版.北京：机械工业出版社，2015.

[6] 苗世洪，朱永利.发电厂电气部分[M].5版.北京：中国电力出版社，2015.

[7] 杨正理，黄其新，王士政.电力系统继电保护原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[8] 沈其工，方瑜，周泽存，等.高电压技术[M].4版.北京：中国电力出版社，2012.

收稿日期：2021-08-27

作者简介：马明（1994—），男，甘肃兰州人，硕士研究生在读，研究方向：电力系统调度优化。