10KV变电站主接线方案设计和主要电气设备的选择.docx
《10KV变电站主接线方案设计和主要电气设备的选择.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10KV变电站主接线方案设计和主要电气设备的选择.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
10KV变电站主接线方案设计和主要电气设备的选择
10KV变电站主接线方案设计和主要电气设备的选择
摘要
课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。
本设计可分为九部分：
负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所位置和形式的选择；变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；变电所高、低压线路的选择；变电所二次回路方案选择及继电保护的整定；防雷和接地装置的确定；心得和体会；附参考文献。
另外有设计图纸4张（以附图的形式给出），分别是：
附图一《厂区供电线缆规划图》；附图二
《变电所平面布置图》；附图三《变电所高压电气主接线图》；附图四《变电所低压电气主接线图》。
由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师、同学批评指正！
关键词：
各种计算；变电所的设置；防雷
10KVtransformersubstationhostwiringprojectdesignand
mainelectricalequipmentchoice
Abstract
Thecurriculumdesignisinateachingprocessimportantlink,designsthroughthecurriculummayconsolidatethiscurriculumtheoryknowledge,graspsforthepowerdistributiondesignessentialmethod,throughsolveseachkindofactualproblem,raisestheindependentanalysisandsolutionactualprojecttechnicalquestionability,simultaneouslytotheelectricpowerindustryrelatedpolicy,thepolicy,thetechnicalregulationshascertainunderstanding,inaspectsandsooncomputation,cartography,designinstructionbookletisunderthetraining,willlaythefoundationforthenextwork.Thisdesignmaydivideintonineparts:
Loadcomputationandreactivepowercomputationandcompensation;Transformersubstationpositionandformchoice;TransformersubstationmaintransformerTaiwannumberandcapacityandhostwiringplanchoice;Short-circuitcurrentcomputation;Atransformersubstationequipmentchoiceandverification;Transformersubstationhighpressure,lowpressurelinechoice;Short-circuitcurrentcomputation;Atransformersubstationequipmentchoiceandverification;Transformersubstationhighpressure,lowpressurelinechoice;Transformersubstationsecondarycircuitplanchoiceandrelayprotectioninstallation;Anti-radarandgroundingdetermination;Attainmentandexperience;Attachesthereference.Moreoverhasdesignpaper4（togivebyattachedfigureform）,respectivelyis:
Theattachedfigureone"FactorydistrictSuppliesElectricwireCablePlanningdrawing";
Attachedfiguretwo"TransformersubstationFloor-plan";Attachedfigurethree"TransformersubstationHighpressureElectricityMainWiringdiagram";Attachedfigurefour"TransformersubstationLowpressureElectricityMainWiringdiagram".Becausethedesignerknowledgegraspingdepthandthebreadtharelimited,thisdesignShangYoutheimperfectplace,askedrespectfullyteacher,schoolmatetocriticizepointsoutmistakes!
前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2
一、负荷计算和无功功率计算及补偿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3
二、变电所位置和形式的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6
三、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择⋯⋯⋯7
四、短路电流的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8
五、变电所一次设备的选择与校验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10
六、变电所高、低压线路的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13
七、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定⋯⋯⋯⋯⋯15
八、防雷和接地装置的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18
九、心得和体会⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19
十、附录参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯20
20
一、附图
负荷计算和无功功率计算及补偿
（一）负荷计算和无功功率计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。
具体步骤如下。
1.仓库：
动力部分，
P30（11）88kW0.2522kW；Q30（11）22kW1.1725.74kvar
照明部分，P30（12）2kW0.81.6kW；Q30（11）0
2.铸造车间：
动力部分，
P30（21）338kW0.35118.3kW；Q30（21）118.3kW1.02120.666kvar
Q30（22）
照明部分，P30（22）10kW0.88kW；
3.锻压车间：
动力部分，
P30（31）338kW0.2584.5kW；Q30（31）84.5kW1.1798.865kvar
22130.0k6VA
S30（31）84.5298.8652130.06kVAI30（31）197.6A1
30（31）30（31）1.7320.kV38
照明部分，P30（32）10kW0.88kW；Q30（32）0
4.金工车间：
动力部分，
P30（41）338kW0.2584.5kW；Q30（41）84.5kW1.33112.385kvar
S30（41）112.385284.52140.61kVAI30（41）140.61kVA213.64A
30（41）30（41）1.7320.38kV
照明部分，P30（42）10kW0.88kW；Q30（42）0
5.工具车间：
动力部分，
P30（51）338kW0.2584.5kW；Q30（51）84.5kW1.1798.865kvar
22130.0k6VA
S30（51）84.5298.8652130.06kVAI30（51）197.6A1
30（51）30（51）1.7320.kV38
照明部分，P30（52）10kW0.88kW；Q30（52）0
6.电镀车间：
动力部分，
P30（61）338kW0.5169kW；Q30（61）169kW0.88148.72kvar
S30（61）1692148.722225.12kVAI30（61）225.1k2VA342.0A4
30（61）30（61）1.7320.kV38照明部分，P30（62）10kW0.88kW；Q30（62）0
7.热处理车间：
动力部分，
P30（71）138kW0.569kW；Q30（71）69kW1.3391.77kvar
S30（71）69291.772114.82kVAI30（71）114.82kVA174.46A
30（71）30（71）1.7320.38kV
照明部分
，P30（72）10kW0.88kW；Q30（72）0
8.装配车间：
动力部分，
P30（81）138kW0.3548.3kW；Q30（81）48.3kW1.0249.266kvar
照明部分，P30（82）10kW0.88kW；
9.机修车间：
动力部分，
10.
Q30（82）0
34.5kW1.1740.365kvar
10.锅炉房：
动力部分，
另外，所有车间的照明负荷：
P3'063.2KW
11
P300.95（P30（i1）P30'）0.95（1063.663.2）1070.46kWi1
11
Q300.97Q30（i1）0.97867.372=841.35kvari1
（二）无功功率补偿
P30（91）138kW0.2534.5kW；Q30（91）
这时低压侧的功率因数为：
cos
（2）11037601..45630.79
为使高压侧的功率因数0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，
取：
cos'0.95。
要使低压侧的功率因数由0.79提高到0.95，则低压侧需装设的并
联电容器容量为：
QC1070.46（tanarccos0.79tanarccos0.95）kvar478.92kvar
取:
QC=480kvar则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：
S3'0
（2）1070.462（841.35480）21129.80kVA
'1129.80kVA
计算电流I30
（2）1716.60A
30.38kV
变压器的功率损耗为：
PT0.01S5'30
（2）0.01511k2V9.8A0k1W6.95
QT0.06S'30
（2）0.061129.80kVA67.79kvar变电所高压侧的计算负荷为：
P3'0
（1）1070.46kW16.95kW1087.41kWQ3'0
（1）（841.35480）kvar67.79kvar429.14kvar
S3'0
（1）1087.412429.142kVA1169.03kVAI30（'1）1169.03kVA67.50A
310kV
'1087.41
补偿后的功率因数为：
cos'1087.410.93满足（大于0.90）的要求。
1169.03
（三）年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：
年有功电能消耗量：
WpP30T
年无功电能耗电量：
WqQ30T
结合本厂的情况，年负荷利用小时数T为4800h，取年平均有功负荷系数0.72，年
平均无功负荷系数0.78。
由此可得本厂：
年有功耗电量：
Wp0.721169.0k3W4800h4.04106kWh；年无功耗电量：
Wq0.78841.3k5var4800h3.15106kWh。
变电所位置和形式的选择
由于本厂有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经
10kV公共市电架空进线（中间有电缆接入变电所）；一路引自邻厂高压联络线
变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和形式的选择规定》及GB50053－1994的规定，结合本厂的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。
其设立位置参见附图一《厂区供电线缆规划图》。
内部布置形式参见附图二《变电所平面布置图》。
3变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择
（一）变电所主变压器台数的选择变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。
当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：
有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。
结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。
（二）变电所主变压器容量选择。
每台变压器的容量SNT应同时满足以下两个条件：
1）任一台变压器单独运行时，宜满足：
SNT（0.6~0.7）S30
2）任一台变压器单独运行时，应满足：
SNTS30（111），即满足全部一、二级负荷需求。
代入数据可得：
SNT=（0.6~0.7）×1169.03=（701.42~818.32）kVA。
又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为20C），所选变压器的实际容量：
SNT实（10.08）SNT920KVA也满足使用要求，同时又考虑到未来5~10年的负荷发展，初步取SNT=1000kVA。
考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC3系列箱型干式变压器。
型号：
SC3-1000/10，其主要技术指标如下表所示：
变压器
型号
额定
容量/kVA
额定电压/kV
联结组型号
损耗/kW
空载
电流
I0%
短路
阻抗
UK%
高
压
低
压
空
载
负
载
SC3-1000/10
1000
10.5
0.4
Dyn11
2.45
7.45
1.3
6
附：
参考尺寸（mm）：
长：
1760宽：
1025高：
1655重量（kg）：
3410）
三）变电所主接线方案的选择
方案Ⅰ：
高、低压侧均采用单母线分段。
优点：
用断路器把母线分段后，对重要
用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
缺点：
当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。
方案Ⅱ：
单母线分段带旁路。
优点：
具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。
缺点：
常用于大型电厂和变电中枢，投资高。
方案Ⅲ：
高压采用单母线、低压单母线分段。
优点：
任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。
缺点：
在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。
以上三种方案均能满足主接线要求，采用三方案时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案Ⅰ。
根据所选的接线方式，画出主接线图，参见附图三《变电所高压电气主接线图》。
4短路电流的计算
本厂的供电系统简图如图
（一）所示。
采用两路电源供线，一路为距本厂6km的馈电变电站经LGJ-185架空线（系统按∞电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为500MVA；一路为邻厂高压联络线。
下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。
SC3-1000/10
下面采用标么制法进行短路电流计算
（一）确定基准值：
取Sd100MVA，Uc110.5kV，Uc20.4kV
（二）计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：
（忽略架空线至变电所的电缆电抗）
1）电力系统的电抗标么值：
X1*100MVA0.200
1500MVA
2）架空线路的电抗标么值：
查手册得X00.35/km，因此：
可绘得短路等效电路图如图
（二）所示
K-1
3/6.0
2/1.904
4/6.0
图
（二）
（3）计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
1）总电抗标么值：
X*（k1）X1X20.2001.9042.104
2）三相短路电流周期分量有效值：
Ik（3）1Id15.50kA2.614kA
k1X（k1）2.104
3）其他三相短路电流：
I''（3）I（3）Ik（3）12.614kA
is（3h）2.552.614kA6.666kAIs（h3）1.512.k6A143k.A947
4）三相短路容量：
Sk（3）1Sd100MVA47.529MVA
k1X（k1）2.104
（4）计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
1）总电抗标么值：
X*（k2）X1X2（X3||X4）0.2001.9046/25.104
2）三相短路电流周期分量有效值：
Ik（3）2Id2144kA28.213kA
k2X（k2）5.104
3）其他三相短路电流：
I''（3）I（3）Ik（3）228.213kA
is（3h）1.8428.213kA51.912kAIs（h3）1.0928.k2A133kA0.752
4）三相短路容量：
Sk（3）2Sd100MVA19.592MVA
k2X（k2）5.104
5变电所一次设备的选择与校验
（一）变电所高压一次设备的选择根据机械厂所在地区的外界环境，高压侧采用天津市长城电器有限公司生产的
JYN2-10（Z）型户内移开式交流金属封闭开关设备。
此高压开关柜的型号：
JYN2-10/4ZTTA（说明：
4：
一次方案号；Z：
真空断路器；T：
弹簧操动；TA：
干热带）。
其内部高压一次设备根据本厂需求选取，具体设备见附图三《变电所高压电气主接线图》。
高压断路器：
ZN24-10/1250/20高压熔断器：
RN2-10/0.5-50
电流互感器：
LZZQB6-10-0.5-200/5电压互感器：
JDZJ-10接地开关：
JN-3-10/25
（2）变电所高压一次设备的校验根据《高压一次设备的选择校验项目和条件》，在据电压、电流、断流能力选择设备的基础上，对所选的高压侧设备进行必需的动稳定校验和热稳定度校验。
１．设备的动稳定校验
1）高压电器动稳定度校验
校验条件：
imaxish;ImaxIsh
由以上短路电流计算得is（3h）=6.666kA；Is（h3）=2.614kA。
并查找所选设备的数据资料比较得：
高压断路器ZN24-10/1250/20imax=50kA6.666kA，满足条件；
电流互感器LZZQB6-10-0.5-200/5imax=79kA6.666kA，满足条件；
JN-3-10/25接地开关ima=x63kA6.666kA，满足条件。
2）绝缘子动稳定度校验
校验条件：
FalFc（3）母线采用平放在绝缘子上的方式，则：
Fc（3）F（33）sihl（31）02N/（A其7中a=2200mm；l=900mm）。
a
所以：
Fc（3）=3（6.666kA）20.9m107N/A234.63N3.75kN满足要求。
c0.2m
3）母线的动稳定校验
电流互感器：
It=44.5kA,t=1s；接地开关：
It=25kA,t=4s。
取amtipotcot7.010.80.s
I（3）=2.614kA，将数据代入上式，经计算以上电器均满足热稳定性要求。
1）高压母线热稳定性校验
校验条件：
AAmin=I（3）tima查产品资料，得铜母线的C=171As2，取tima0.75s。
Cmm
母线的截面：
22
A=504mm2=200mm2
0.7s5
Amin2.61kA4
s
171A2mm2
从而，AAmin，该母线满足热稳定性要求
3）
高压电缆的热稳定性校验
允许的最小截面：
0.75s2
Amin2.614kA13.24mm
171As2
mm
所选电缆YJV-350的截面A=50mm2从而，AAmin，该电缆满足热稳定性要求
（3）变电所低压一次设备的选择
低压侧采用的也是天津长城电器有限公司生产的GGD2型低压开关柜，所选择的
部分初选设备：
主要低压一次设备参见附图四《变电所低压电气主接线图》
低压断路器：
NA1型智能万能断路器、TMS30型塑壳无飞弧智能断路器
低压熔断器：
NT系列电压互感器：
JDZ1系列
电流互感器：
LMZJ1、LMZ1系列
母线型号：
TMY-3（8010）+1（606）
绝缘子型号：
ZA-6Y抗弯强度：
Fal3.75kN（户内支柱绝缘子）
另外，无功补偿柜选用2个GCJ1-01型柜子，采用自动补偿，满足补偿要求。
（四）变电所低压一次设备的校验由于根据《低压一次设备的选择校验项目和条件》进行的低压一次侧设备选择，不需再对熔断器、刀开关、断路器进行校验。
关于低压电流互感器、电压互感器、电容器及母线、电缆、绝缘子等校验项目与高压侧相应电器相同，这里仅列出低压母线的校验：
380kV侧母线上母线动稳定性校验：
6变电所高、低压线路的选择为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：
发热条件；电压损耗条件；经济电
升级会员 