6kv变电所及低压配电系统的设计.docx
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6kv变电所及低压配电系统的设计
**大学
毕业设计（论文）
6kv变电所及低压配电系统的设计
系 别：
电气工程
专业名称：
电气工程及其自动化
学生姓名：
学 号：
指导教师姓名、职称：
***高工
完成日期2013年6月5日
摘要
随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。
作为电能传输与控制的中间枢纽，变电所必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。
本次毕业设计的内容包括：
负荷的计算及无功功率的补偿；变电所主变压器台数和容量、型式的确定；变电所主接线方案的选择。
关键词：
变电所,变压器,断路器
1绪论
1.1设计目的
贯彻实施集给化管理，统一建设标准，统一设备规范，方便设备招标，提高工作效率，方便运行维护，加快设计评审进度，降低变电站建设和运行成本。
1.2设计原则
开展6KV变电站典型设计的原则是：
安全可靠、技术先进、投资合理、标准统一、运行高效，努力做到统一性与可靠性、经济性、适应性、灵活性、先进性、时效性和和谐性的协调统一。
（1）统一性：
建设标准统一，基建和生产标准统一，外部形象体现国家电网公司企业文化特征。
（2）可靠性：
主接线方案安全可靠，典型设计模块重新组合后的方案仍能保证安全可靠。
（3）经济性：
按照企业利益最大化原则，综合考虑工程初期投资与长期运行费用，追求设备寿命期内最佳的企业经济效益。
（4）适应性：
综合考虑不同地区的实际情况，要在公司系统中具有广泛的适用性，并能在一定时期内，对不同规模，不同形式，不同外部条件均能运用。
（5）灵活性：
模块划分合理，接口灵活，组合方案多样，规模增减方便；编制基本模块和子模块的概算，便于在实际工程中根据需要调整概算。
（6）先进性：
设备选择先进合理，占地面积小，注重环合，各项技术经济可比，指标先进。
（7）时效性：
建立典型设计滚动修订机制，随着电网发展和技术进步，不断更新，补充和完善典型设计。
（8）和谐性：
变电站整体发展状况与变电站周边人文地理环境协调统一。
2电气主接线设计
现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。
各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。
其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。
因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。
1．运行的可靠
断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。
2．具有一定的灵活性
主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。
切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。
3．操作应尽可能简单、方便
主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。
复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。
但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。
4.经济上合理
主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。
5.应具有扩建的可能性
由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。
因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。
变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。
2.16kV电气主接线
6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。
而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。
上述两种方案如图2.1及图2.2所示。
图2.1单母线分段接线
图2.2双母线接线
对图2.1及图2.2所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表2-1
表2-1主接线方案比较
项目方案
方案Ⅰ单分
方案Ⅱ双
技术
1不会造成全所停电
2调度灵活
3保证对重要用户的供电
4任一断路器检修，该回路必须停止工作
①供电可靠
②调度灵活
③扩建方便
④便于试验
⑤易误操作
经济
1占地少
2设备少
①设备多、配电装置复杂
3资和占地面大
经过综合比较方案Ⅰ在经济性上比方案Ⅱ好，且调度灵活也可保证供电的可靠性。
所以选用方案Ⅰ。
2.2站用电接线
一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式。
故提出单母线分段接线和单母线接线两种方案。
上述两种方案如图2.3及图2.4所示。
图2.3单母线分段接线
图2.4单母线接线
对图2.3及图2.4所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表2-2。
表2-2主接线方案比较
项目方案
方案Ⅰ单分
方案Ⅱ单
技术
①不会造成全所停电
②调度灵活
③保证对重要用户的供电
④任一断路器检修，该回路必须停止工作
⑤扩建时需向两个方向均衡发展
1简单清晰、操作方便、易于发展
2可靠性、灵活性差
经济
①占地少
②设备少
1备少、投资小
经比较两种方案经济性相差不大，所以选用可靠性和灵活性较高的方案Ⅰ。
3负荷计算
3.1负荷计算
要选择主变压器和站用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。
首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷（动力负荷和照明负荷）和6kV侧负荷。
由公式
（3-1）
式中
——某电压等级的计算负荷
——同时系数
а%——该电压等级电网的线损率，一般取5%
P、cos
——各用户的负荷和功率因数
3.1.1站用负荷计算
S站=0.85×（91.5/0.85）×（1+5%）
=96.075KVA
≈0.096MVA
3.1.26kV负荷计算
S10KV=0.85[（4+3+3.5+3.2+3.4+5.6+7.8）×0.85+3/9×4]×（1+5%）
=38.675WVA
3.2无功补偿方案
根据《供配电系统设计规范GB50052-95》第5.0.3条采用电力电容器作为无功补偿装置时，宜就地平衡补偿，低压部分的无功功率宜由低压电容器补偿；高压部分的无功功率宜由高压电容器补偿。
第5.0.4条无功补偿容量宜按无功功率曲线或无功补偿计算方法确定。
本工程选用并联电容器组，在变电所低压侧集中补偿，采用自动投切方式。
变压器低压侧无功补偿及无功补偿后低压母线计算负荷见表3-1，表3-2。
表3-1变压器T1无功补偿后低压母线计算负荷
计算点变压器T1
有功计算负荷
Pc
kW
无功计算负荷
Qc
kvar
视在计算负荷
Sc
kVA
计算
电流
Ic
A
功率因数
cos
补偿前低压母线计算负荷
259.2
294.02
391.96
595.5
0.66
补偿容量QN.C
kvar
QN.C=Pc×[tan（arccos0.66）－tan（arccos0.92）]=184.62
实际取10组×20kvar=200kvar
200
补偿后低压母线计算负荷
259.2
94.02
275.73
418.93
0.94
表3-2变压器T2无功补偿后低压母线计算负荷
计算点变压器T2
有功计算负荷
Pc
kW
无功计算负荷
Qc
kvar
视在计算负荷
Sc
kVA
计算
电流
Ic
A
功率因数
cos
补偿前低压母线计算负荷
250.2
223.87
335.73
510.09
0.75
补偿容量QN.C
kvar
QN.C=Pc×[tan（arccos0.75）－tan（arccos0.92）]=117.28
实际取6组×20kvar=120kvar
-120
补偿后低压母线计算负荷
250.2
103.87
270.9
411.61
0.924
3.3总计算负荷确定
高压进线总计算负荷见表3-3。
表3-3变电所高压进线总计算负荷
序号
计算点
有功计算负荷
Pc
kW
无功计算负荷
Qc
kvar
视在计算负荷
Sc
kVA
计算电流
Ic
A
功率因数
cos
1
变压器T1低压母线计算负荷
259.2
94.02
275.73
418.93
0.94
2
T1功率损耗ΔPT≈0.01Sc；
ΔQT≈0.05Sc
2.76
13.79
3
变压器T1高压侧计算负荷
（序号1＋2）
261.96
107.81
283.3
16.4
0.924
4
变压器T2低压母线计算负荷
250.2
103.87
270.9
411.61
0.924
5
T2功率损耗ΔPT≈0.01Sc；
ΔQT≈0.05Sc
2.709
13.545
6
变压器T2高压侧计算负荷
（序号4＋5）
252.91
117.42
278.84
16.1
0.907
7
其他高压出线计算负荷
8
变电所高压进线总计算负荷（序号3＋6＋7）
∑
514.87
225.23
0.95
0.97
489.13
218.47
535.7
30.9
0.91
4变压器的选择
4.1主变台数、容量和型式的确定
4.1.1变电所主变压器台数的确定
主变台数确定的要求：
1.对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。
2.对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。
故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。
4.1.2变电所主变压器容量的确定
主变压器容量确定的要求：
1.主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。
2.根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。
对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设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：
对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。
S
=68.494MVA由于上述条件所限制。
所以，两台主变压器应各自承担34.247MVA。
当一台停运时，另一台则承担70%为47.946MVA。
故选两台50MVA的主变压器就可满足负荷需求。
4.1.3变电站主变压器型式的选择
具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。
而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求10kV及以下变电站采用一级有载调压变压器。
故本站主变压器选用有载三圈变压器。
故主变参数如下：
型号
电压组合及分接范围
阻抗电压
空载电流
连接组
高压
中压
低压
高-中
高-低
中-低
1．3
YN，yn0,d11
SFSZ9-50000/110
110±8×1。
25%
38．5±5%
10．5
11
10.5
17．5
6.5
4.2站用变台数、容量和型式的确定
4.2.1站用变台数的确定
对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。
因站用负荷较重要，考虑到该变电站具有两台主变压器和两段6kV母线，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，并采用暗备用的方式。
4.2.2站用变容量的确定
站用变压器容量选择的要求：
站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。
考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。
每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。
S站=96.075/（1-10%）
=106KVA
4.2.3站用变型式的选择
考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。
故站用变参数如下：
型号
电压组合
连接组标号
空载损耗
负载损耗
空载电流
阻抗电压
高压
高压分接范围
低压
S9-200/10
10;6.3;6
±5%
0.4
Y,yn0
0.48
2.6
1.3
4
因本站有许多无功负荷，且离发电厂较近，为了防止无功倒送也为了保证用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性，应进行合理的无功补偿。
根据设计规范第3.7.1条自然功率应未达到规定标准的变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地的星型接线。
《电力工程电力设计手册》规定“对于5-10KV变电所，可按主变压器额定容量的10-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功量，地区无功或距离电源点接近的变电所，取较低者。
地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所，取较低者，地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所取较高者。
致谢
值此论文完成之际，我衷心地感谢***老师。
在我的设计过程中给予了悉心地指导和精辟的建议，使得本课题的设计任务得以顺利完成，特别是在设计的最初阶段，耐心细致地给我讲解，指导我查阅资料，为我排除困扰，使我走出困境。
在我的设计过程中，***老师倾注了大量的心血和汗水，她严谨的治学态度、渊博的知识水平和踏实的工作作风给我留下了深刻的印象，在此，我向老师致以最诚挚的谢意。
同时，我感谢图书馆理科书库、资料室、自然科学开架阅览室全体老师给我提供的帮助和指导，感谢各位同学在学习、生活中给我的鼓励和帮助,使我能够顺利完成设计。
衷心感谢其他所有关心我，帮助我的老师、同学和朋友们。
参考文献
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[3]郑州工学院，郑州电力学校合编《发电厂变电所电气部分》水利电力出版社，1994年。
[4]西北、东北电力设计院编《电力工程设计手册》上海人民出版社，1972年。
[5]水利电力部西北电力设计院编《电力工程设计手册，电气一次部分》水利电力出版社，1989年。
[6]华智明、张瑞林《电力系统》重庆大学出版社，1997年。
[7]《电力工程设计手册》西北电力设计院,水利水电出版社，1989年。
[8]汪永华《工厂供电》机械工业出版社。
[9]《发电厂变电所电气接线和布置》西北电力设计院,水利水电出版社，1984年。
[10]范锡普《发电厂电气部分》中国电力出版社，1995年。
[11]刘万顺《电力系统暂态分析》中国电力出版社，1998年。
[12]《高压配电装置设计技术规范》电力部标准,北京，1985年。
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