35KV总降变电所主接线方案论证负荷计算短路计算参考

第一节 供电系统的设计方案

一、供电方案拟定

本变电所电源进线可为35KV或10KV的两路，按照要求正常的情况下一路运行，一路为备用。配电母线为10KV，负荷出线有9回。且主要用电设备均要求不间断供电，停电时间超过两分钟会造成产品报废，对供电可靠性要求较高；故主要车间及辅助设施均为I类负荷。因此考虑配电母线采用单母线分段接线，为提高供电可靠性，10KV拟采用成套开关柜单层布置。电源进线，则可取两路35KV、两路10KV或一路35KV一路10KV，三种不同方案。

1、方案一 工作电源与备用电源均采用35KV电压供电。 此方案中，总降压变电所内装设两台主变压器。在设计35kV变电所主接线时考虑负荷为I级负荷，工厂总降压变电所的高压侧接线方式可考虑单母线分段、内桥式、外桥接线三种方式，对其进行分析比较。

（1）、单母线分段接线

用分段断路器（或分段隔离开关）将单母线分成二段，母线分段后，可提高了供电的可靠性和灵活性。两段母线可并列运行也可分行，当两路电源一用一备时，分段断路器接通运行，当某段母线故障，分段断路器及故障段电源段断路器在继电保护装置作用下自动断开只停该段。两路电源同时工作互为备用时，分段断路器则断开运行，当某段电源回路故障而使其断路器断开时，备用电源自动投入使分段

断路器接通，可保证继续供电。

可以看出单母线分段能供给一级负荷，并且由于采用分段形式，变压器一用一备，较之单母线在一定程度上大大提高了供电的可靠性和灵活性。

缺点：分段单母线接线增加了分段设备的投资和占地面积；某段母线故障或检修仍有停电问题；某回路的断路器检修，该回路停电；主要适用于35～63KV配电装置出线回路数为4～8回路时。

分段单母线接线如下图所示：

1QSQSd1QSd21QS35KV架空线路LGJ-351QFQFd1QF#1主变S11-5000/352QF2QF#2主变S11-5000/3510KV母线2QS2QS10KV母线单母线分段方式

（2）、内桥式接线

桥连断路器QF3在QF1、QF2的变压器侧，当其中一回线路检修或故障时，其余部分不受影响，

其中一回线路检修或故障时其余部分不受影响，操作较简单，但在变压器切除、投入或故障时，造成一回升路短时停运，倒闸操作较复杂；线路侧断路器检修时，线路停电时间长。内桥接线适用于输电线路较长或变压器不需经常投、切的配电方案。

内桥主接线如下图所示：

1QS1QS1QF4QS3QF4QS2QS3QS#1主变S11-5000/352QF2QF#2主变S11-5000/3535KV架空线路LGJ-351QF2QS3QS10KV母线2QS2QS10KV母线

（3）、外桥主接线

桥连断路器QF3在QF1、QF2的线路侧，外桥式的操作特点及适用范围恰恰与内桥式相反。其一回线路检修或故障时，有一台变压器短

时停运，操作较复杂；变压器投切或故障时不影响其余部分操作较简单；变压器侧断路器检修时变压器需较长时间停动。外桥接线适用于输电线路较短或变压器需经常投切的配电方案。 外桥主接线如下图所示：

1QS1QS35KV架空线路LGJ-352QS1QF3QS3QF3QS2QS1QF#1主变S11-5000/352QF2QF#2主变S11-5000/3510KV母线2QS2QS10KV母线

由本次设计的基本要求来看，变压器不会频繁切换， 35kV总降压变电所外部电网供电因此线路长，内桥式接线是无母线制，可以省去母线的投资费用，内桥式接线在其中一回线路检修或故障时其余部分不受影响，操作较外桥式简单，综上因素，选定内桥式接线方式可满足安全、可靠、灵活、经济的基本要求，因此决定采取内桥式的接线方式。

2、方案二 工作电源与备用电源均采用10KV电压供电，两路电源进线均采用断路器分别接在10KVI、II段母线上。

3、方案三 工作电源采用35KV电压供电，备用电源采用10KV电源供电。

35KV线路经架空线路引入总降压变电所，装设一台主变压器，高低压侧各装设一台断路器，接在10KVI段母线上，备用电源采用10KV电压供电经一台断路器接在10KIVII段配电母线上，接线图如下所示：

1QS35KV架空线路LGJ-353QS110KV架空线路LGJ-1201QF3QF#1主变S9-5000/352QF10KV母线2QS3QS210KV母线方案三

第二节 供电系统方案的论证

工厂供电设计要满足生产工艺提出的各项要求并保证安全可靠的供电，并力求经济合理，投资少，运行维护费用低。因此，对上述

三个方案进行技术和经济方面的比较，选择一个合理的最佳方案。

技术经济比较一般包括技术指标、经济计算和有色金属消耗量三个方面。

一、方案的优点和缺点分析

1、方案一 工作电源和备用电源均采用35KV供电

优点：供电电压高，线路功率损耗少。电压损失小，调压问题容易解决。要求的功率因数值低，所需补偿容量小，可减少投资。供电的安全可靠性高。

缺点：工厂内要设置总降压变电所，占用的土地面积多。装设两台变压器投资及运行维护费用高。

2、方案二 工作电源和备用电源均采用10KV供电

优点：工厂内不设主变压器，可以简化接线。降低了投资及运行维护成本。工厂内不设总降压变电所，可以减少占地面积、管理人员及维护工作量。

缺点：供电电压低，线路的功率损耗增大，电压损失也大。要求的功率因数值高，需增加补偿装置及相关设备的投资。工厂内设总配电所，供电的安全可靠性不如35KV。

3、方案三 工作电源采用35KV供电，备用电源采用10KV供电。此方案的技术经济指标介于方案一和方案三之间。根据原始资料中要求两路电源正常时只使用一路供电，工作电源停用时才使用备用电源供电。因此该方案较好，备用电源供时时间较少，该方案既能满足供电可靠性的要求，投资也相对较少。

第三节 供电方案的比较

1、方案一 工作电源和备用电源均采用35KV供电

根据原始资料提供全厂计算负荷为4735.24KVA，考虑到原始资料要求两路电源正常时只使用一路供电，工作电源停用时才使用备用电源供电。本方案先用5000KVA的变压器两台，型号为S11-5000/35，电压为35/10KV，查表得知变压器的主要技术数据：

型号 联接组标号 空载损耗△P0 短路损耗△Pk 阻抗电压UK% 空载电流I0% S11-5000/35 Yd11 4.88KW 31.2kw 7% 0.6% 变压器的有功功率损耗：

△Pb=n△P0+

1△Pk（Sjs/Sbe）2 n已知：n=2，n为变压器台数，Sjs=4735.24KVA，Sbe=5000KVA。 所以，△Pb=2×4.8+×31.2×（4735.24÷5000）

2

12=23.59KW。

变压器的无功功率损耗为：

△Qb=n（I0%/100）Sbe+( UK%/100)Sbe（Sjs/Sbe）2

=2×（0.6÷100）×5000+×（7÷100）×5000×（4735.24÷5000）2=216.96KVar 35KV线路的功率：

121nPjs＇＝Pjs＋△Pb=4522+23.59=4545.59KW Qjs＇= Qjs+△Qb=1405+216.96=1621.96KVar Sjs＇=Pjs'2Qjs'2=4545.5921621.962=4826.30KVA 35KV线路功率因数:

COSφ= Pjs＇/ Sjs＇=4545.59/4826.3=0.94 COSφ=0.94＞0.9，合格。

导线在运行中，在电流流过时导线的温度会升高。温度过高将会降低导线的机械强度，加大导线接头处的接触电阻，增大导线的弧垂。为保证导线在运行中不致过热，要求导线的最大负荷电流必须小于导线的允许载流量，即Ijs′按照国家电线产品技术标准规定，经过查表，35KV线路选用LGJ-35钢芯铝绞线架设，几何均距确定为2.5米。查表得：

r0=0.85Ω/km , x0=0.417Ω/km. 电压损失：

△ u=（r0×Pjs＇×L+ x0×Qjs＇×L）/ue (L=5Km) =(0.85×4545.59×5+0.417×1621.96×5)/35 =0.65KV

△ u＜35×5%=1.75KV，电压损失合格。

2、方案二 工作电源与备用电源均为10KV电源供电。

根据全厂计算负荷Sjs=4735.24KVA，可以计算处

10KV线路的负荷电流。

Ijs＇= Sjs/3Ue =4735.24（/3×10）=273A

功率因数：COSφ= Pjs/ Sjs=4522/4735.24=0.95，合格。

根据导线的发热条件，10KV线路选用LGJ-70钢芯铝绞线架设，几何均距确定为1.5米，查表得到：r0=0.46Ω/Km,x0=0.365Ω/Km。 电压损失：

△ u=（r0×Pjs×L+ x0×Qjs×L）/ue (L=5Km) =(0.46×4522×5+0.365×1405×5)/10 =1.3KV

△ u=1.3＞10×5%=1.75KV，电压损失不合格。

电压损失过大，为了降低电压损失，10KV线路考虑选用LGJ-120钢芯铝绞线架空架设，几何均距确定为1.5米。查表得：r0=0.27Ω/Km,x0=0.335Ω/Km。 △ u=（r0×Pjs×L+ x0×Qjs×L）/ue (L=5Km) =(0.27×4522×5+0.335×1405×5)/10 =0.85KV

△ u=0.85＞10×5%=0.5KV，电压损失仍然不合格。 3、方案三 工作电源采用35KV电源供电，备用电源采用10KV电源供电。 （1）、35KV电源供电时：

根据全厂计算负荷为4735.24KVA，厂内总降压变电

所设一台容量为5000KVA的主变压器，型号为：

S11-5000/35，电压为35KV/10KV，查表得到变压器的主要技术数据如下：

△P0=4.88KW，短路损耗△Pk=31.2KW，阻抗电压UK%=7,空载电流I0%=0.6。

变压器的有功功率损耗为： △Pb=n△P0+△Pk（Sjs/Sbe）2

已知：n=1，n为变压器台数，Sjs=4735.24KVA，Sbe=5000KVA。

2所以，△Pb=1×4.8+1×31.2×（4735.24÷5000）=32.78KW。

1n变压器的无功功率损耗为：

△Qb=n（I0%/100）Sbe+( UK%/100)Sbe（Sjs/Sbe）2

=1×（0.6÷100）×5000+1×（7÷100）×5000×（4735.24÷5000）2

=313.91KVar 35KV线路的功率：

Pjs＇＝Pjs＋△Pb=4522+32.78=4554.78KW Qjs＇= Qjs+△Qb=1405+313.91=1718.91KVar Sjs＇=Pjs'2Qjs'2=4554.7821718.912=4868.34KVA 35KV线路功率因数:

COSφ= Pjs＇/ Sjs＇=4554.78/4868.34=0.936 COSφ=0.936＞0.9，合格。

导线在运行中，因其中有电流流过，将使导线稳定升

1n高，温度升高将会降低导线的机械强度，加大导线接头处的接触电阻，增大导线的垂度。。为保证导线在运行中不致过热，要求导线的最大负荷电流必须小于导线的允许载流量，即Ijs＇＜Iys。

按照国家电线产品的技术标准规定，经过查表，35KV线路选用LGJ-35钢芯铝绞线架设，几何均距确定为2.5米。查表得到：r0=0.85Ω/Km,x0=0.417Ω/Km。

电压损失：

△ u=（r0×Pjs＇×L+ x0×Qjs＇×L）/ue (L=5Km) =(0.85×4554.78×5+0.417×1718.91×5)/35 =0.66KV

△ u=0.66＜35×5%=1.75KV，电压损失合格。 （2）、10KV备用电源供电时：

计算负荷仅考虑一级负荷的使用，根据设计任务书的要求，Pjs=3724KW， Qjs=1407.6KVar，

2222PjsQjs ==27241047.6Sjs=3865.5KVA，由此可以计算出10KV备用电源供电时线路的负荷电流

Ijs。

Ijs=Sjs/3Ue=3868.5/（3×10）=223.35A

根据导体发热条件，10KV线路考虑选用LGJ-120钢芯铝绞线架设，几何均距确定为1.5米，L=7Km，查表得到r0=0.27Ω/Km,x0=335Ω/Km。由此可以计算出10KV备

用电源线路的电压损失。

△ u=（r0×Pjs＇×L+ x0×Qjs＇×L）/ue (L=7Km) =（0.27×3724×7+0.335×1047.6×7）/10 =0.95KV

△ u=0.95＞10×5%=0.5KV，电压损失有点偏高，但因作为备用电源，运行时间短， 可以满足供电要求。 4、三个方案的综合比较

通过对三个供电方案进行的经济技术指标的分析技术，可以得出一下结论： 方案一：

供电可靠，运行灵活，线路损耗小，但因要装设两台主变压器和三台35KV高压断路器，使投资较大。 方案二：

工作和备用电源均采用10KV线路供电，无需装设主变压器，投资最少，但线路损耗较大，电压损失严重，无法满足一级负荷长期正常运行的要求，故方案不可行。 方案三：

介于方案一和方案二之间，正常运行时由35KV线路供电，线路损耗低，运行方式灵活，电压损耗小，能满足和长期正常运行的需要，35KV线路检修或故障时，10KV备用线路投入运行，期间电源损失较大，但这种情况出现几率很少，且运行时间也不会很长。从设备投资来说，

方案三比方案已减少一台主变压器和两台35KV高压断路器，占用场地也相对较少，因此投资也大为降低，至于备用线路的电压损失问题，可以采用提高导线截面的办法得到改善。

综上所述，选定方案一及方案三，由经济估算比较可知，方案三的总和投资及运行维护费用均低于方案一。从供电可靠性、灵活性、经济性三方方面综合考虑，决定采用方案三，即采用正常运行时35KV单回路供电，事故或检修是采用10KV备用电源供电方案作为本次设计的最终方案。

第二章 电气主接线的设计

第一节、电气主接线设计原则

电气主接线是发电厂和变电站电气部分的主体，它反映各电气设备的作用、连接方式和回路间的相互关系。所以，他的设计直接关系的全厂（站）电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起到决定的关键作用。

我国《变电所设计技术规程》SDJ2-79规定：变电所的主接线应根据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、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。

一、可靠性：本厂绝大部分用电设备均属长期连续负荷，要求不间断供电，停电时间超过2分钟将造成产品报废；停电时间超过半小时，主要设备池，炉将会损坏；全厂停电将造成严重经济损失，故主要车间级辅助设施均为Ⅰ类负荷；所以，安全可靠是电力生产和分配的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求。

1、主接线可靠性的具体要求：

（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电； （2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并要求保证对I类负荷和II类负荷的供电；

（3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。

二、灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵

活性。

（1）调度灵活操作方便。可以灵活地操作，投入或切除变压器及线路，调配电源和负荷，满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的要求。

（2）检修安全。应能方便地停运线路、断路器、母线及继电保护设备，进行安全检修而不影响系统的正常运行及用户的供电要求；

（3）扩建方便。变电站的建设要考虑工厂扩产变电站后续发展留有空间，应能容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建时一次、二次设备所需的改造最小。

三、经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。

（1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；

（2）电能损耗小。

年运行电能损耗费、折旧费及大修理费、日常检修要小，其中电能损耗主要由变压器引起的，因此要合理地选择主变压器的型式、容量、台数及避免两次变压而增加损耗。

（3）占地面积小。主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。

第二节电气主接线图说明

本次设计根据前面的技术、经济比较选择方案三：正常运行时采用35KV供，35KV供电系统故障或检修时，采用10KV备用电源系统供电。10KV配电系统采用单线分段接线。 1、

总降压变电所设一台主变压器，型号为S11-5000/35，

以35KV架空线从电力网中引入作为工作电源。在变压器的高压侧装设一台ZW30-40.5/1600型真空断路器，便于变电所的控制和检修。 2、

主变压器低压侧经ZN5-10/630真空断路器接在10KVI

段母线上。10KV备用电源经架空线引入经ZN5-10/630真空断路器接在10KVII段母线上，I、II段之间设母联断路器ZN5-10/630。 3、

总降压变电所的10KV侧采用单母线分段接线，选用

LMY型硬铝母线，各车间的一级负荷都由两段母线供电，提高了供电的可靠性。 4、

根据规定，10KV备用电源只有在35KV主电源停运及主

变压器故障或检修时，才能投入使用。因此，在正常运行方式下，主变压器两侧开关合上，10KV母线分段开关合上，备用电源开关断开。在备用电源开关上装设备用电源自动投入装置（APD），当工作电源故障时，自动投入备用电源，保证一级负荷车间的正常供电。

5、当主变压器检修时，只需合上10KV备用电源进线开关就可以实现一级负荷车间的正常供电。。

画出电气主接线图，如附录一。 6、对电气主接线图的说明：

总降压站设一台主变压器，型号为：S11-5000/35，电压为35KV/10KV，以35KV架空线从电力中引入作为工作电源，为了监测线路电压情况和绝缘水平，线路侧安装一台三相五柱式电压互感器，在线路侧还安装一台避雷器，防止雷电波沿线路侵入降压站。架空线经装隔离开关3011、进线断路器QF4接到主变压器35KV高压侧，主变压器10KV侧接断路器QF2，经隔离开关1011接到10KVⅠ段母线上。10KV备用电源经过架空线进入降压站，线路侧也安装一台电压互感器用于线路电压的监测和一台避雷器。10KV备用电源进线进入降压站后通过隔离开关1021、进线断路器QF1和母线侧隔离开关1022接到10KVⅡ段母线上。10KVⅠ、Ⅱ母线用一台母联断路器QF3连接，母联断路器两侧分别接母联隔离开关0101和0102。正行运行情况下，母联隔离开关0101、0102和母联断路器QF3均合上，Ⅰ、Ⅱ母线同时运行。备用电源进线断路器QF1断开。备用电源进线安装备用电源自动投入装置APD，当工作电源故障时自动投入备用电源，保证一级负荷的供电正常。10KVⅠⅡ段母线各接车间的负荷出线共9条

第三章 短路电流计算

在电力系统的运行过程中，常常会受到各种因素而发生各种故障或短路事故。例如设备绝缘老化造成击穿，发生短路事故，大风造成树枝与高压线路接触造成接地短路，小动物进入配电设备造成的短路事故，误操作造成的短路事故等等。

电力系统短路事故包括对称短路事故和不对称短路事故，对称短路事故指三相短路事故，不对称短路事故包括单相接地短路事故，两相短路事故，两相接地短路事故和三相接地短路事故，还有断相事故。对于电机类设备有匝间短路等。发生短时事故有时是很难避免的，也是无法预测的。发生短路事故后如何控制停电范围，减少事故造成的损失就是继电保护的目的。因此短路电流的计算就是继电保护设计的基础，是使继电保护能够满足要求的关键。

第一节 短路电流计算的条件

为了简化计算工作量，本次设计短路电流的计算采用等值电路标幺值进行计算。

短路计算的基本假设：

1、 假设外系统是一个无限大容量电力系统。 2、 标幺值计算基准容量定为1000MVA。35KV侧基准

电压为37KV，10KV侧基准电压为10.5KV。

3、 采用等值电路进行计算，忽略电阻值。 4、 最大运行方式：按A变电站两台变压器并列运行

考虑。

5、 最小运行方式：按A变电站两台变压器运行

考虑。

根据电气主接线图，画出干线图如下：

从图上可以看出，短路点d1在总降压站35KV侧，短路点d2在总降压站10KV母线侧。

为便于计算，根据短路电流干线图，画出基本等值电路图，如下图：

基本等值电路图 第二节 计算各元件的电抗标幺值

（1） 电源电抗X*X

X=Sj/Sd=1000/1918=0.52

X*(2) 三圈变压器：

X=0.5×（Uk1-2+Uk1-3-Uk2-3）/100×(Sj/Sbn)

1

*

=0.5×（10.5+17-6）/100×(1000/31.5) =3.49

X=0.5×（Uk1-2+Uk2-3-Uk1-3）/100×(Sj/Sbn)

2* =0.5×（10.5+6-17）/100×(1000/31.5) =-0.08 (3)

线路：

22

=xLSU=（0.4×5×1000）、37=1.46 0jj1XL*（4） 双圈变压器：

X=（U/100）×(Sj/Sbn)=(7/100)×(1000/5)=14

b*k

第三节 短路电流计算

1、最大运行方式下的短路电流Ik （1）等值电路图如下：

（2）短路电流Ik 因为

I*j=

S3Uj,

jI*k1Xk*, 得到

KIk =

IkIp*1Xk**S3Uj

j**X*k11(3.490.08)1.463.765 XxxXl211******()0.52(3.490.08)1.461417.765Xk2Xx2X1X2XlXb21*(X12X2)0.52

当K1点发生短路时： IK1=

110004.2KA 3.765337ish=2.55Ik1=2.55×4.2=10.7KA Ish=1.51×IK1=1.51×4.2=6.3KA SK1= I*K1×Sj=(1/3.765)×1000=269MVA 当K2点发生短路时：

Ik2110003.1KA 17.765310.5ish=2.55Ik2=2.55×3.1=7.9KA Ish=1.51×IK2=1.51×3.1=4.67KA SK2= I*K2×Sj=(1/17.765)×1000=56MVA 1、 最小运行方式下的等值电路 （1） 等值电路图：

（2）短路电流IK 因此

IjS3Uj，Ikj*1Xk***, 得到

KIk =IkIp*1Xk*S3Uj

jX*k1XxXX**x1Xl0.523.490.081.465.55 2Xk2*Xx*X1*X2*X*lX*b0.523.490.081.461419.55

当K1点发生短路时： IK1=

110002.81KA 5.55337ish=2.55Ik1=2.55×2.81=7.17KA Ish=1.51×IK1=1.51×2.81=4.24KA SK1= I*K1×Sj=(1/5.55)×1000=180MVA 当K2点发生短路时：

Ik2110002.8KA 19.55310.5ish=2.55Ik2=2.55×2.8=7.1KA Ish=1.51×IK2=1.51×2.8=4.23KA SK2= I*K2×Sj=(1/19.55)×1000=51MVA

2、 短路电流计算结果表： 运行方短路点 式 最大运行方式 最小运行方式 短路电流 Ik（KA） K1 K2 K1 K2 4.2 3.1 2.81 2.8 冲击电流 短路容量 ish（KA） Sd（MVA） 10.7 7.9 7.17 7.1 269 56 180 51