电力工程课程设计报告第二组.docx
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电力工程课程设计报告第二组
同济大学电气工程系课程设计任务书
设计任务《电力工程》课程综合设计
专业班级电气工程及其自动化
组别第二组
组长姓名刘榕雄1152311
指导老师张明锐
时间：
2014年11月17日～2014年11月28日
目录
第一部分设计要求3
一、设计内容3
二、设计成果3
三、设计基础资料4
四、具体要求5
第二部分设计书简要介绍6
第三部分主接线方案的选择7
第四部分主变压器的选择8
第五部分电气元件的选择及校验9
一、低压母线的选择及校验9
二、导线截面的选择10
三、高压断路器的选择及校验10
四、低压断路器的选择10
第六部分功率因数的补偿11
第七部分10kV断路器的控制回路12
一、就地手动合闸12
二、远方遥控合闸13
三、就地手动跳闸14
四、远方自动跳闸15
五、防“跳跃”闭锁16
第八部分平面布置图17
第九部分计算部分18
一、负荷容量的计算18
二、短路电流的计算18
三、母线的热稳定性校验19
四、母线的动稳定性校验19
五、功率因数补偿19
第十部分参考文献20
第十一部分组员分工及心得21
一、组员分工21
二、组员心得21
1、1152311刘榕雄的心得21
2、1152317应承伟的心得21
3、1152325刘元晖的心得22
4、1152326王腾的心得22
5、1152328邓小轩的心得22
第一部分设计要求
一、设计内容
1．根据负荷要求和容量资料，设计变电所的主接线方案。
2．负荷计算，确定变压器容量。
3．计算并选择母线及导线截面。
4．计算系统功率因数，设计功率因数补偿方案，使其能够满足最大补偿容量下功率因数可以达到0.98，设计为3级投切。
5．设计10kV断路器的控制回路，能够满足远动和就地两种控制模式，就地控制具有优先权。
6．短路电流计算：
（1）为保证变电所选用的设备，在短路故障状态时的安全，采用三相短路时的电流进行校验。
（2）使用三相短路电流计算数据，校验断路器的开断容量，母线的动稳定性和热稳定性。
7.设计变电所的远动监控系统：
（1）设计监控系统结构图；
（2）设计监控系统的遥信功能与信息量表；
（3）设计监控系统的遥测功能与信息量表；
（4）设计监控系统的遥控功能与信息量表。
8.设计变电所设备的平面布置图，以实际变电所平面尺寸为参考。
二、设计成果
1.设计说明书一份
（1）说明要求书写整齐，条理分明、表达正确、语言简洁。
（2）扼要阐明设计内容、论证各设计内容的最终成果并附必要图表。
2.计算书一份
（1）计算书内容：
为各设计内容最终成果的确定提供依据所进行的技术分析、论证和定量计算，如供电线路导线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择等。
（2）计算书要求：
计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容结果列表汇总。
3.图纸：
要求用标准符号绘制，布置匀称、设备图形按比例大小合适，清晰美观。
（1）变电所主接线图一张
（2）变电所布置图一张
（3）变电所监控系统图一张（2选1）
（4）断路器控制回路图一张（2选1）
三、设计基础资料
1、变电所设备和容量清单；
设备编号
设备名称
额定容量
运行要求
1
电加热炉
20kW
分5，5，10三档投切
2
电动发电机组
5kVA
直流发电机组
3
电抗器
5kVar
分2组
4
电容补偿柜
20kVar
分4组
2、设备布置方案参考平面图：
3、断路器控制二次原理图（参考）
四、具体要求
1、时间节点：
1）2014年11月17日：
设计任务书发布，班长负责分组通知和任务书下达，同学2天内熟悉任务书内容。
2）2014年11月19日上午10点至11点30分，A404教室，指导教师讲解任务书内容，设计答疑。
3）2014年11月19日下午1：
30～5：
00，电信楼140电气工程系综合实验平台现场实践，动手操作熟悉设备及设计内容，答疑，记录，现场设计。
4）2014年11月20日～2014年11月25日，同学分组讨论设计阶段。
5）2014年11月26日8：
30～11：
30，下午1：
30～4：
00电信楼140电气工程系综合实验平台实验室开放，指导教师现场答疑，设计指导、带电操作验证设计计算结果。
6）2014年11月28日8：
00～11：
30，A404教室，设计交流，指导教师总体讲解，同学分组讲解设计成果。
7）2014年11月29、30日，设计报告撰写提交。
8）2014年11月30日，17：
00为报告提交截止时间。
评分参考：
评分项目
出勤及操作
内容完整度
设计深度
图表规范
内容讲解
分值比例
30%
20%
10%
10%
30%
第二部分设计书简要介绍
10kV配电网属中压配电网，它延伸至用电负荷的中心或居民小区内，直接面对工矿企业和居民等广大用户的供电需要，起着承上启下确保用户供电的作用，因此10kV配电网所处的地位十分重要。
在配电工程中，能否保证系统安全、经济可靠地运行，工程的设计质量是一个重要的条件。
在实验室模拟的情况下，就是首先通过升压变压器将220V的工频电流升到10kV的高压，然后经过模拟长距离输电的等效阻抗到降压变压器，降到380V后传输到负载。
上面的设计指导书就要求我们设计一个实验室模拟情况下的10kV变电站系统。
整个系统涉及到负荷容量、短路电流的计算，主接线方式、母线、导线以及变压器、断路器的选择，还有无功功率的补偿、远动监控系统的设计等等。
根据10kV变电站的特性，本次设计只涵盖了从高压10kV开始经过变压器降到380V并传送到负载这一部分，并从主接线选用、短路电流、设备选型、继保配置、设备布置、配网自动化等方面论述了10kV变电站设计的主要内容和设计程序。
关键词：
电气主接线，无功补偿，断路器回路，短路电流计算
第三部分主接线方案的选择
在发电厂和变电所中，发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电器设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，按其功能要求组成的接收和分配电能的主回路，叫做电气主接线。
电气主接线的正确与否对电力系统的安全、经济运行，对电力系统的稳定和调度的灵活性，以及电器设备的选择等等都有重大影响。
在选择电气主接线时，应注意电压等级、进出线回路数、负荷性质等条件，并应满足可靠性、灵活性、经济性以及先进性等要求。
考虑到是380V低压侧需要安置母线，且出线只有4回时，从经济的角度出发初步考虑单母线接线和单母线分段。
由于单母线分段比单母线接线可靠性更好且在今后的可扩建性上比单母线接线更方便，故最终我们组选择单母线分段的主接线方案。
第四部分主变压器的选择
主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。
若主变压器容量选择过大，会使变电设备能力无法充分利用，不仅造成投资浪费，还会引起运行费用的增加；反之，若主变压器容量选择过小，则会无法满足负荷的供电需求，也会影响发电机的发电能力。
由负荷计算可得负荷容量为27.70kVA，主变压器的负载率取0.65，故变压器的额定容量应不小于42.62kVA（27.70/0.65=42.62）。
目前，国家的标准容量（单位：
kVA）为：
30,50,63,80,100,125,160,200,250,315,400,500,630,800,
1000,1250,1600,2000，此外主变压器的容量一般按变电所建成5~10年的规划负荷选择，故主变压器容量初步确定为50kVA。
考虑到实验室模拟情况下的负荷为三级负荷，一台50kVA主变压器即可满足要求。
容量确定后，从以下几个方面确定变压器的型式：
1、相数的确定
由于330kVA及以下变电所的主变压器若无特殊情况均应采用三相变压器，此次10kVA变电站主变压器采用三相变压器。
2、绕组数及连接方式的确定
采用三绕组及yn联结方式
3、调压方式的确定
由于负载容量不大，投切负载时不会产生大的电压波动，故选择无励磁调压方式。
4、冷却方式的确定
由于是室内变压器，考虑到安全因素，采用空气自冷或风冷的方式。
因此选择SCB10-50kVA/10kV环氧树脂浇注干式变压器
SCB10-50KVA/10KV环氧树脂浇注干式变压器型号参数规格
商标
华恒
型号
SCB10-50kVA
结构形式
环氧树脂浇注干式电力变压器
绕组数
三相
规格容量
50kVA
电压等级
10-0.4（kV）
冷却方式
AN/AF
调压方式
无励磁调压
联接组标号
Dyn11/Yyn0
短路阻抗
4%
第五部分电气元件的选择及校验
一、低压母线的选择及校验
由公式可得低压侧负荷电流Ic=42.09A，其中线电压U取低压侧380V。
由于铜母线比铝母线的导电性能好很多，因此选择铜制母线。
由下表选择单片TMY-铜母线，该母线能持续通过的安全电流为210A，比负荷电流42.09A大，可满足长期发热要求；
下面进行母线的动热稳定性校验
母线的热稳定校验
母线的最小截面积
母线的实际截面积，满足热稳定条件。
母线的动稳定校验
导体最大相间应力
查资料可知硬铜的最大允许应力，满足动稳定条件为。
二、导线截面的选择
一般铜线安全计算方法是：
2.5平方毫米铜电源线的安全载流量－－28A。
4平方毫米铜电源线的安全载流量－－35A 。
6平方毫米铜电源线的安全载流量－－48A 。
10平方毫米铜电源线的安全载流量－－65A。
16平方毫米铜电源线的安全载流量－－91A 。
25平方毫米铜电源线的安全载流量－－120A。
故铜导线的截面积选择10
三、高压断路器的选择及校验
根据高压侧的电压选择额定电压为10kV的断路器，我们初步选择ZN63A（VS1）-12型系列户内高压真空断路器。
由下图可得该断路器的开断容量为415MVA，大于三相短路容量1.18MVA，故满足要求。
四、低压断路器的选择
低压侧根据低压侧电压选择额定电压为380V的SH204-C40断路器。
断路器额定电流=1.2～2倍计算电流。
根据被保护负载的不同，小型断路器具有不同的保护特性:
B 型曲线脱扣特性:
瞬时脱扣范围（3 ~ 5） In，用于保护短路电流较小的负载（如电源、长电缆等）
C 型曲线脱扣特性:
瞬时脱扣范围（5 ~ 10） In，用于保护常规负载和配电线缆
D 型曲线脱扣特性:
瞬时脱扣范围（10 ~ 14） In，用于保护起动电流大的冲击性负载（如电动机，变压器等）。
因此选择D型曲线的过电流脱扣器。
第六部分功率因数的补偿
按系统的最小的功率因数，即只有电动发电机组和电抗器投入使用，此时功率因数，为了将功率因数补偿到0.98，此时补偿功率，即投入两组补偿电容即可。
按最大功率因数，即电加热炉、电动发电机组以及电抗器都投入使用，，
为了将功率因数补偿到0.98，此时补偿功率，也只需要投入两组补偿电容。
第七部分10kV断路器的控制回路
一、就地手动合闸
步骤：
1.控制开关S旋至“就地”位置、遥控压板XB2打开，
2.按下控制开关“SA合”，（+W）―S―SA合―KCFV2―K3―QF2―YC―（-W）接通,断路器合闸，
3.QF1闭合、触点QF2断开，
4.（+W）―K7―HR―QF1―
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