10kv开闭所设计.docx
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10kv开闭所设计
10kv开闭所设计
10KV开闭所设计
一．研究的背景现状和意义
背景:
我国10KV开闭所的建设起步于20世纪70~80年代，由于改革开放和经济的发展，原有的配电网适应不了经济发展的需要，在一些大城市和经济发达地区，出现了10KV开闭所。
初期的开闭所所用的设备以变电所低压侧所用的设备为主，如开关柜等。
到了80年代后期90年代初期，10KV开闭所在我国大部分大、中城市开始建设，所用的设备逐步由少油断路器柜过渡到空气负荷开关环网柜，开关柜的体积大大减小，操作也简单了很多。
到了90年代中期，灭弧性能更好的真空负荷开关开始在10KV配电网中应用，逐步取代空气负荷开关，而成为10KV开闭所的主要设备。
[1]
开闭所，就是只有接通断开功能的配电所,没有变压器,一般将一路进线根据需要分几路馈出,并且具有出线保护.开闭所是将高压电力分别向周围的几个用电单位供电的电力设施，位于电力系统中变电站的下一级。
其特征是电源进线侧和出线侧的电压相同。
当然，区域变电站也具有开闭所的功能。
但需明确的是，开闭所是区别于变电站而言的。
开闭所也指用于接受电力并分配电力的供配电设施，高压电网中称为开关站。
中压电网中的开闭所一般用于10kV电力的接受与分配。
现状:
城镇配电网的建设是由国民经济的发展与城市建设规模而决定的，自建国以来，我国城市建设规模得到了迅速发展，而配电网建设由于历史原因，普遍存在供电能力不足、可靠性差的问题，影响了人民的生产和生活用电。
随着我国大规模城网的建设和改造工程的不断深入，10kV开闭所作为10kV配电网中的重要设施，在具有一定负荷密度的城市中压配电网中的地位越来越重要。
高层建筑和大型公共建筑的不断涌现使城市功能越来越趋向完善和复杂化，电力用户对配电网的可靠性及灵活性提出了更高的要求。
建好10kV开闭所，对构建10kV城镇配电网主网架，提高配电网的供电能力，有着举足轻重的作用。
城镇供电网一般是由220kV或110kV为城市主网架，而10kV方为城镇内主配电网络。
10kV城镇的用电电能的第一次分配是在地处市郊或市区边缘的220kV或110kV变电站完成的。
早期担负着向市区用户供电的10kV配电网络一般架设年代都较早，主要以架空线为主，作为终端用电普通用户的10kV用电均以“T”接的方式接在主干线上，由于一条10kV供电线路上往往用户较多，普遍都带有上百台10kV／0.4kV的变压器，时而发生因某一个用户发生故障而导致整条10kV线路停电的状况，无法保证供电线路安全、经济、可靠运行，一定程度上制约着城区的经济发展，影响居民的正常生活，尤其是在夜间，事故查找困难，处理时间长，影响了城区的经济、安全、可靠供电；另外，对于重要用户，原来往往采用分别从两个不同的220kV或110kV变电站拉设2条10kV专线向该用户供电，由于城区用户离高压变电站距离远，需要很长的10kV供电电缆或架空线路方能完成对单一重要用户的环网供电，可以想象，若在一个城市中重要用户多的话，需使用许多条10kV供电线路，显而易见浪费材料、增加施工量和维护量，而且对整个城市的美化也不利。
随着国民经济的发展，城市负随着国民经济的发展，城市负荷密度不断增加，用户对供电质量和供电可靠性提出了更高要求，因而在城镇供电网络改造中，往往需要这样一种配电站（开闭所）———虽然该变电站内没有变压器，但它以保证供电可靠性为前提，可以优化网络接线、降低电网损耗、减少10kV供电电缆或架空线路的使用量并实现电能的第二次合理分配。
在配电所（开闭所）中视开闭所的总供电容量可以真空断路器或SF6环网箱式金属封闭开关设备为主要设备（由真空断路器或SF6负荷开关＋熔断器组合来实现对终端用户供电。
对于用电容量小于1000kVA用户出线可采用SF6负荷开关＋熔断器组合的环网箱式金属封闭开关设备；对于用电容量大于1000kVA的用户采用真空断路器为核心的环网箱式金属封闭开关对终端用户进行供电）。
[15]
10kv开闭所一般按无人值班配置配电设备：
采用环网柜，电源间隔不设保护，配电及分支出线采用熔断器保护。
如今，除了室内形式的开闭所外，还有室外环网箱等。
意义:
建设10KV开闭所最早的目的是为了城市变电所10kv出线数量不足、出线走廊受限而采取的措施。
多年来，向城市供电的变电所，10kv出现数量非常有限，而且，在以前建设的变电所中，往往又有许多10kv用户专线。
随着负荷密度的增加，往往需要增加10kv线路的出线回路数，但是，由于受变电所出线数量和出线走廊的限制，即使变电所有剩余容量，也不一定能供出去。
为此，将负荷集中输送到10kv开闭所，
母分段方式,电源点分别取自不同的变电站。
操作电源为交流方式的开闭所,主接线可设计为:
进线刀闸柜砷PT,断路器。
由于客观原因，该开闭所主接线设计采用单母线分段接线接线图如图一。
[4]其优点：
A、用开关把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，提供两个供电电源。
B、当一段母线发生故障或检修时，另一段母线可以正常供电，不至是重要用户停电。
图一单母线分段接线
（三）、负荷计算
本工程包含高层普通住宅、多层住宅、车库等，属于规范规定的二级负荷。
（1）、按单位面积法计算负荷，在一定的面积区有一个标准，面积越大的区其负荷密度越小，其表达式如下：
式中Pm ——实际最大负荷，kW
Ped——单位面积计算负荷，W/m2
s——小区总面积，m2
η——同时系数，用户数量在25～100户的取0.6；用户数量在101～200户的取0.5；用户数量在200户以上的取0.35[11]
（2）、其它负荷计算方法：
用上面方法求出照明及家用负荷后，结合小区的实际情况，还需考虑其它用电负荷。
比如本小区还包括小区物业公司、车库、自行车棚等用电负荷；另外还有四座小高层，还应考虑电梯负荷；二次加压泵房负荷（供生活及消防用水），以上诸负荷在计算住宅小区负荷中占比重较大的是照明及家用电负荷，而照明及家用电负荷出现最大值的时段为每天19：
00～22：
00，因而在计算小区的最大负荷时就以19：
00～22：
00时段的照明及家用电负荷为基础，然后再叠加其它负荷。
其它负荷计算方法为：
a.电梯：
式中 PD——电梯实际最大总负荷，kW
PDi——单部电梯负荷，kW
ηD——多部电梯运行时的同时系数（取值范围见下表）
电梯同时系数一览表[11]
电梯台数123456…12
同时系数10.910.850.80.760.72…0.48
b.物业楼：
式中 PWM——物业楼在照明及家用电最大负荷时段实际最大负荷
PWS——物业楼设计最大负荷，kW
ηW——物业楼负荷、照明及家用电最大负荷的同时系数
c.路灯及公用照明：
按照路灯的盏数及每盏灯的瓦数进行累加计算。
路灯负荷为PL（kW）。
d.住宅小区的综合最大负荷
（3）、详细负荷计算：
a.居民用电负荷计算：
首先按照单位面积法计算每户居民最大用电负荷，以此做为单位用电指标，再用单位指标法计算每座住宅楼的负荷并合并计算结果。
其中单位面积计算负荷的用电标准，取40W/m2，每户为100m2，则每户负荷为：
Pm=40W/m2×100m2=4kW
再将作为单位指标Pei代入单位指标法公式，
（kw）可求出每座住宅楼的用电负荷，如下表：
住宅小区用户负荷计算明细表
序号
楼号
户数
单位指标（kW）
计算负荷（kW）
负荷同时率
实际负荷
1
1#
36
4
144
0.6
86.4
2
2#
80
4
320
0.6
192
3
3#
64
4
256
0.6
153.6
4
4#
72
4
288
0.6
172.8
5
5#
60
4
240
0.6
144
6
6#
40
4
160
0.6
96
7
7#
42
4
168
0.6
100.8
8
8#
27
4
108
0.6
64.8
9
9#
27
4
108
0.6
64.8
10
10#
27
4
108
0.6
64.8
合计
502
1900
1140
b.物业管理中心
物业管理中心的用电负荷主要为照明、办公用电器（电脑、复印机等），可能会有热水器、电视等家电设施，基本上可以按照普通居民的负荷计算方式来考虑，使用单位面积法可得：
=40W/m2×300m2÷1000=12kW
c.电梯负荷计算
1-5#楼电梯负荷：
=8kW×10台电梯×0.76=60.8kW
6-10#楼电梯负荷：
=9kW×10台电梯×0.8=72kW
d.地下车库的用电时间主要在早晨7：
00~8：
00、中午12：
00~12：
30、晚上5：
30~6：
00左右几个时间段，与住户用电高峰期并不重合，且多层住宅的地下车库数量少、用电负荷较小、用电同时率较低，所以在负荷计算时可忽略不计，仅按低标准配置线路即可。
自行车棚负荷主要为照明用电，通常单个车棚用电负荷不足1kW，可忽略不计，配电线路按最低标准配置。
（四）、短路电流计算
1、短路电流的计算方法[12]
由于电力系统供电的工业企业内部发生短路时，由于工业企业内所装置的元件，其容量要小，而阻抗则较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路时，系统母线上的电压变动很小，可以为电压维持不变，即系统容量为无限大。
所以我们在这里进行短路电流计算方法，以无限大容量电力系统供电作为前提计算的，其步骤如下
a、对各等值网络按个别计算法进行化简，求出计算电抗。
b、分别查运算曲线，系统查带有自动电压调整器的“发电机的平均运算曲线”。
c、求出短路电流的标么值。
d、归算到各电压等级求出有名值。
2、短路电流计算[7]
选10KV配电装置的电器和导线需计算在最大运行方式下流过电气设备的短路电流，选择一个短路点D。
设系统为无穷大容量：
Sc=∞Sj=100MVA
系统的组合电抗：
=100MVA/130MVA=0.77
已知甲站电缆长5KM，电缆电抗为0.08Ω/KM
线路阻抗标么值：
Xl*=0.8*5*（100/10052）=0.36
=0.77+0.36=1.13
D点短路电流标么值
=1/1.13=0.88
三相短路有名值：
=0.88*100/（√3*10.5）=4.83KA
三相短路冲击电流：
Kch=1.8
=√2*1.8*4.83=12.32KA
三相短路容量
=√3*10.5*4.83=87.8MVA
（五）、电缆的选择
电力电缆采用铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆（YJV220.6/1kV）。
本工程中除自行车棚照明用电选用两芯电缆外，其余电缆均为四芯电缆。
电缆截面选择
电力电缆截面可根据负荷值的大小计算选择，依据有功功率计算公式：
根据（三）中计算所得的负荷值，代入上式可计算出各居民楼负荷电流值：
再从电力电缆载流量表中查得所需低压电缆截面，考虑低压电缆使用中热稳定影响以及线路长度造成的电压降的情况，实际使用的电缆截面选择必须在按需用电流的基础上增大一到二个型号的截面。
YJV22型电缆载流量电压降表速查表[10]
芯数×电缆截面（mm2）
载流量（A）
电压降（mV/m）
2×10
58
4.67
4×16
80
2.6
4×25
108
1.6
4×35
130
1.2
4×50
165
0.87
4×70
220
0.61
4×95
265
0.45
4×120
310
0.36
4×150
360
0.3
4×185
415
0.25
4×240
495
0.21
其它电缆截面型号选择:
各多层住宅楼单元进线电缆选择，本小区多层住宅楼每单元每层均为4户，每单元共16户，按单位指标法计算
=4kW×16户×0.8=51.2kW，所需电流为
=88.64A，从低压电缆分支箱至各单元低压电缆查电缆载流量选YJV22-4×35mm2型。
自行车棚负荷主要为照明负荷，从低压电缆分支箱至车棚电表电源电缆选用YJV22-2×10mm2型；
地下车库负荷为三相四线，从低压电缆分支箱至车库电表电源电缆统一选用YJV22-4×16mm2型；
（六）、10kV开闭所的主要设备
10kV开闭所由10kV开关柜、母线、控制和保护装置等电气设备组成。
通常为户内布置，但也有开闭所采用户外箱式结构。
电源馈线一般采用大截面的电缆线路。
如单根截面为300的电缆[15]
1保护配置
供电半径一般在5km以内．线路很短，一条10kV主干线路如果接有2—4座10kV环网开闭所，相当于线路上安装了4—8台保护开关．各台保护开关之间无法进行动作时间上的配合，一旦线路发生短路故障。
故障点之前的保护开关及变电所的出线保护开关都可能跳闸。
易出现越级跳闸现象，从而不能及时隔离故障点。
开闭所进线间隔宜采用负荷开关。
当电源进线主干线发生短路故障时，由上一级变电所10kV出线断路器动作切除故障。
对于终端型开所。
当负荷比较小时，电源进线间隔可配置熔断器保护。
10kV开闭所的出线间隔，一般配置熔断器作为出线柜的过负荷及过流保护。
在配电环网中，对配电变压器容量小于1600kV·A的变压器馈线往往都选用负荷开关一熔断器组合电器，以负荷开关完成负荷的分合操作．以熔断器对短路起保护作用。
如果配电变压器容量大于等于1600kV·A时。
宜选用断路器保护。
2环网开关柜[1]
环网开关柜结构紧凑、体积小、安装方便，可以根据需要扩展，不受外部环境的影响，在目前10kV开闭所的设计中得到了广泛的应用。
环网开关柜是由包括母线、负荷开关单元、变压器保护单元、电缆线路进线或出线单元、计量单元等构成的组合配电装置．有户内型和户外型两种。
典型的环网开关柜是三回路单元．即由两条线路、负荷开关单元和变压器保护单元组成：
也可以根据需要由多回路单元组成。
线路、负荷开关单元中的负荷开关。
通常可采用空气、六氟化硫（SF6）、真空负荷开关。
空气式负荷开关技术性能比较低，目前已基本不选用。
真空负荷开关是在真空断路器的基础上开发的，具有较高的技术性能和可靠性，开关触头免维护，目前已被广泛使用。
SF6负荷开关用灭弧性能优良的SF6气体作为开关的灭弧介质，额定峰值耐受电流可达50kA。
SF6负荷开关环网柜结构紧凑、配置灵活、安装方便、占地面积小，大大地节省了开闭所的用地和空间，已成为目前10kV开闭所的主要设备之一。
但是SF6气体在电气设备中经电晕、火花及电弧放电作用，会产生多种有毒气体及固体分解物，对人体的呼吸系统有一定的危害。
随着整个社会环保意识的加强，SF6设备在开闭所中的应用也将会受到一定的限制。
（七）、10kV设备的选择
电压互感器的选择要求:
[7]
选择电压互感器应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求。
1、电压互感器配置
1）母线：
除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同步测量仪表和保护装置。
2）线路：
35KV及以上输电线路，当对端有电源时，为了监视线路有无电压，进行同步和设置重合闸，装有一台单相电压互感器。
3）变压器：
变压器低压侧有时为了满足同步式继电保护的要求，设有一组电压互感器。
4）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。
2、接线方式选择：
在满足二次电压和负荷要求的条件下，电压互感器应尽量采用简单接线。
（八）、10kv开闭所对土建的要求
1、10kv开闭所对土建的一般要求[1]
（1）、开闭所内工具间用铝合金隔离，工具间内设置一洗水池。
（2）、开闭所的耐火等级不应低于二级，消防器材应按有关规定配备灭火器并装入灭火器箱内，可安置3-4箱。
（3）、开闭所大门采用甲级防火门或不锈钢门，并向外开，锁为不锈钢锁；钢门内侧加装高1.2m半栏门，采用角铁框架包镀锌钢板制作，使用双向弹簧铰链。
（4）、开闭所窗采用塑钢窗，窗外侧加装不锈钢网窗，不锈钢防盗窗，门窗应紧密不留缝隙。
（5）、开闭所应采用自然通风，通风窗为百叶窗。
（6）、开闭所的顶棚、内墙表面均应刷白，地面宜用水磨石地面，电缆沟应采取防水，排水措施，沟盖板采用镶角钢边水泥混凝土盖板。
2、10kv开闭所设置电缆沟时对土建的要求
应客观原因设置电缆层比较困难，因此采用设置电缆沟的方式来解决。
10kv开闭所设置电缆沟时对土建有如下要求：
、电缆沟的深度不应小于该开闭所进出线最粗电缆的弯曲半径，最小不应小于0.8m。
（2）、为了便于电缆的运行管理和维护，电缆沟内应设置电缆支架，所有电缆应设置在支架上。
（3）、每条电缆沟宜有2个不同方向的出口通向室外，便于电缆的敷设及运行管理。
（4）、电缆沟上应有可开启的盖板，盖板应防火，盖板盖上后应与地面相平。
（5）、电缆沟转弯时，其转弯半径应符合电缆转弯半径的要求。
10kv开闭所照明要求
3.10kv开闭所照明要求[9]
（1）、照明系统为三相五线制，配电箱电源进线电缆零线需在配电箱重复接地
（2）、导线敷设方式：
配电箱进线电缆沿电缆沟敷设，在电缆沟与配电箱间采用埋管敷设；照明、开闭所风扇及插座回路采用穿管暗敷设。
（3）、开闭所内操作通道灯具采用吊杆式双管荧光灯，灯具安装间隔1.5米；维护通道灯具采用壁灯，壁灯安装间隔1.5米；工具间内安装一盏吊杆式双管荧光灯。
（4）、设备的安装高度：
配电箱箱底距地面1.5米，灯控开关安装高度为1.3米，插座安装高度为0.4米，双管荧光灯安装高度为3.0米，壁灯安装高度为2.3米。
应急灯应设置3-5盏。
（5）、灯具不可安装于设备正上方。
（6）、开闭所内配置两台轴流风机，要求带自启动温控器且低噪音，安装于开闭所西侧或北侧墙顶。
（7）、便于穿线，应根据现场情况在适当位置设置接线盒。
（8）、照明系统预埋管由施工单位电气人员配合土建专业一同完成。
4、10kv开闭所通风要求[13]
（1）、室宜采用自然通风。
夏季的排风温度不宜高于45℃，进风和排风的温差不宜大于15℃。
装设强迫通风设施，自然通风不能满足时备用。
（2）、在采暖地区，控制室和值班室应设采暖装置。
在严寒地区，当配电室内温度影响电气设备元件和仪表正常运行时，应设采暖装置。
控制室和配电室内的采暖装置，宜采用钢管焊接，且不应有法兰、螺纹接头和阀门等。
（九）、防雷和接地
防雷和接地是确保10KV开闭所安全、可靠运行不可缺少的重要组成部分。
雷电流通过10kv架空线或电缆引入到10kv开闭所，通过避雷器、接地引下线、接地网等防雷接地装置把雷电流泻到大地，从而保护电力设备及人员免受伤害。
1、10kv开闭所的防雷[1]
10kv开闭所主要采取安装避雷器的方式进行防雷。
避雷器的安装一般有两种方式，一种方式是安装在进出线上，另一种是安装在母线上。
安装在进出线上的避雷器，一般安装在有可能引入雷电流的进出线上，靠近线路侧电缆头附近。
安装在母线上的避雷器，一般是一段母线安装一组避雷器，与母线电压互感器安装在同一面开关柜内，用一组避雷器保护该段母线上的所有设备。
与避雷器安装在进出线上相比，该方式使用避雷器很少，保护范围大，比较经济。
但该种方式的缺点是雷电流要流过主开关及母线，对开关的运行不利。
在这里我们选择第二种,安装在母线上的避雷器
2、10kv开闭所的接地
所谓接地是将供、用电设备、防雷装置等谋一部分通过金属导体组成接地装置与大地的任何一点进行良好的连接，与大地连接的点在正常情况下为零电位。
电气设备接地引下线和埋入地中的金属接地体组总称为接地装置。
通过接地装置使电气设备接地部分与大地有良好的金属连接。
当接地点有电流流入大地时该点相对于远处零电位来说，将具有确定的电位升高，通常把接地点处的电压Um与接地电流
的比值，定义为该点的接地电阻，即
从式中可以看出，当接地电流
为定值时，接地电阻R越小，则电压UM越低，反之则越高，此时地面上的接地物体也具有电压U
不利于电气设备的绝缘以及人身安全，因此要力求降低接地电阻[2]
接地装置的选择，开闭所接地装置宜采用钢材。
接地装置的导体截面应符合热稳定和机械强度的要求。
角钢及钢管接地体应垂直装设，垂直接地体的间距不宜小于其长度的2倍；水平接地体的间距不宜小于5米。
连接接地网与开闭所设备之间的接地引下线不应少于2处，接地干线应在不同的两点及以上与接地网相连接。
明敷接地线的表面应涂以用15—100mm宽度相等的绿色和黄色相间的条纹。
在每个导体的全部长度上或只在每个区间或每个可接触到的部位宜作出标志。
二、结论
10kV开闭所是配电网环网接线的桥梁，其配置数量、设计容量、接线方式及管理运行对城市配电网的建设起着非常重要的作用，在设计时应综合考虑，才能设计出合理、适用的10kV开闭所。
在课程设计的过程中，我更深刻的明白了小区供电工作要很好地为生活与生产服务，切实保证生产和生活用电的需要，并做好节能工作就必须达到安全、可靠、优质和经济四方面的基本要求：
在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故；应满足电能用户对供电可靠性的要求；应满足电能用户对电压和频率等质量的要求；供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
在设计的开始，自己都不知道要做什么设计，就是自己随意查阅资料。
在查找了很多资料后,发现自己对变电所和开闭所比较感兴趣,而开闭所相对于变电所的区别是只有配电设备而没有电力变压器,仅用以接受电能和分配电能的称为开闭所。
它相对于变电所较简单一点，因为是初学者，知识学得不够深，所以我选择了小区的10kv开闭所设计。
最后就是在设计中，一些细节做的不够好，还需要自己在以后的设计中多多的注意，多考虑到相关方面的细节内容。
让自己的设计达到更好的效果。
通过这次课程设计，由于时间和我们专业知识的不完善，这次的设计还有很多不合理，不完善的地方，还需要老师的指导。
通过这次课程设计，我不仅学会如何将所学专业知识运用到实际生活中，还学会如何克服未知的困难，解决难题的方法。
还多学了几种查找资料的方法，图书馆的资源真的是非常丰富，而且知道了怎样充分的利用图书馆的资源使其发挥它的最大作用，来丰富我的大学生活。
参考文献
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中国电力出版社,2005
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