完整版某10KV降压变电所有相关cad图毕业设计论文.docx
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完整版某10KV降压变电所有相关cad图毕业设计论文
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摘要
电能是现代工业生产的主要能源和动力.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。
工厂供电系统的核心部分是变电所。
因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。
此工厂供电设计包括：
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；进出线的选择；短路计算和开关设备的选择；二次回路方案的确定及继电器保护的选择和整定；防雷保护与接地装置的设计；车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其配电设备和保护设备的选择；以及电气照明的设计，还有电路图的绘制。
关键词：
电能变电所变压器继电器接地装置
ABSTRACT
Electricenergyisthemainenergyanddynamismofmodernindustry production．Withdevelopmentandprogressofmoderncivilization,socialproductionandisitputforwardandbuildonesafeeconomicalsubstation．Thisfactorysuppliespoweranddesignsincluding:
Calculationofloadandcompensationoftheinactivepower;Transformersubstationmainvoltagetransformerplatformcountandcapacity,surenessofpattern;Mainlywirethechoiceoftheschemeinthetransformersubstation;Passinandoutthechoiceofthethread;Choiceofshortingoutandcalculatingandswitchgear;Tworeturncircuitsurenessandchoicethatrelayprotectofschemeexactlymake;Defendthethunderandprotectthedesignwiththeearthdevice;Theworkshopdistributionlineconnectsupthesurenessofthescheme;Circuitwireanddistributionequipmentandprotectingthechoiceoftheequipment;Andtheelectricdesignthatlighted,thereisdrawingofcircuitdiagram.
Keyword:
Electricenergy Substation Transformer Tnterruptor Thedesignwiththeearthdevice
前言1
1原始资料及设计任务2
1.1基础资料2
2变电所所址的选择4
2.1变电所简介4
2.2变电所选址4
3负荷统计及无功补偿计算5
3.1负荷等级划分5
3.2电力负荷计算6
3.3无功补偿计算10
4变电所主变压器台数和容量的确定11
4.1变压器的分类及型号11
4.2变电所变压器的台数和容量的选择12
5变电所主接线的选择14
5.1主结线的基本要求14
5.2变电所的主结线方式16
6短路电流计算18
6.1短路电流的基本概念18
6.2短路计算的常用公式19
6.3本设计短路电流的计算21
7电气设备选择25
7.1电气设备选择的原则25
7.2母线的选择26
7.3仪用互感器选择26
7.4本变电所电气设备选择27
8变电所的布置与结构30
8.1变电所总体布置方案的设计原则与一般要求31
8.2变电所的总体布局31
8.3总配变电所的有关结构尺寸32
9二次回路设计及继电保护的整定计算33
9.1变配电所二次回路设备的选择33
9.2继电保护和自动装置36
10防雷保护与接地保护40
10.1防雷保护40
10.2接地保护43
结论57
致谢58
参考文献59
前言
毕业设计，是由学生独立完成的一项综合性、创造性、设计性的大型作业：
也是培养大学生实践能力、创新能力、培养应用型工程技术人才的最重要的实践教学环节。
在提高学生综合实践的能力，奠定从事科研的基础，以及增强学生综合素质等方面，具有不可替代的作用。
通过实习和毕业设计把我们所学的理论知识以及实际动手综合起来，这样不但达到了对实际理论知识“温故而知新”的目的，而且也达到了由理论到实践，由实践到理论的有机结合。
下面，我们对全厂10kV总配变电所及配电系统进行设计。
本设计说明书共分10章，按照供配电设计程序安排章节的顺序，并根据安全、经济、可靠、灵活的主导思想来设计。
主要内容有：
原始资料、变电所所址的选择、负荷计算、无功补偿、主变压器的选择、主接线设计与短路电流计算、电气设备的选择、变电所布置与结构、及继电保护选择整定、防雷保护与接地保护等。
由于我的水平有限设计中难免会有疏忽或错误之处，请各位老师批评指正。
1原始资料及设计任务
1.1基础数据
1.1.1生产任务及车间组成
（1）车间组成及布置
纺织厂产品是全国人民生活必需品，在国民经济中占有重要地位。
其用电部分是整个厂的动力之源，乃是重中之重.
设有一个生产主厂房，其中有原液车间、纺炼车间、排毒车间、其他车间等生产车间，除上述车间外，还有辅助车间及其它设施，详见本厂总平面布置图。
1.1.2设计依据
（1）工厂总平面布置图。
（2）供用电协议
工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：
本厂可由东南方19公里处的城北变电所11038.511kV，50MVA变压器供电，供电电压可任选。
另外，与本厂相距5公里处的其他工厂可以引入10kV线路做备用电源，但容量只能满足本厂负荷的30%重要负荷，平时不准
该变电所10千伏配出线路定时限过流保护装置的整定时间为1.5秒，要求配电所不大于1.0秒；
在总配电所10千伏侧计量
功率因子应在0.9以上；
配电系统技术数据
⑥电费制度：
按两部制电费计算。
变压器安装容量为每1kVA为15元月，动力电费为0.3元kWh,照明电费为0.55元（kW•
其适用范围：
当用电设备台数较多、各台设备容量相差不太悬殊时，特别在确定的建筑物时，宜于采用。
①单个用电设备组
Q30=P30tan
S30=P30cos
I30=S30UN（3-1）
②多个用电设备组
P30=K∑P∑P30i
Q30=K∑q∑Q30i
S30=
I30=S30UN（3-2）
式中：
P30、Q30、S30——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷
Pe——设备组或单个的设备容量（kW）
UN——设备额定电压（kV）
Kd——需要系数
K∑p、K∑q——有功和无功负荷同时系数
P30i、Q30i——各设备组的有功和无功计算负荷，i为任一组数
（2）二项式法
计算公式如下：
①单个用电设备组
P30=bpe+cPX
Q30=P30tan
S30=P30cos
I30=S30UN（3-3）
②多个用电设备组
P30=∑（Bpe）i+（Cpx）max
Q30=∑（bPetan）i+（Cpx）maxtanmaxS30=
I30=S30UN（3-4）
式中：
Pe——设备组的设备容量（kW）
Px——设备组中容量最大的X台设备容量
（Cpx）max——各组Cpx中最大的一组Cpx
UN——设备额定电压（kV）
b、c——二项式系数
适用范围：
当用电设备台数较少，有的设备容量相差悬殊时，特别在确定干线和分支线的计算负荷时，宜于使用。
此外，还有利用系数法、制动功率法、计算系数法等负荷计算方法。
根据上述各种方法的适用范围，并结合纺织厂的生产生活情况和原始资料，我们选用需用系数法初步估算本设计的计算负荷。
3.2.2本设计负荷计算
序号
车间设备名称
安装容量（kW）
Kd
tanφ
1
纺炼车间
纺丝机
180
0.80
0.78
筒绞机
62
0.75
0.75
烘干机
78
0.75
1.02
脱水机
20
0.60
0.80
通风机
200
0.70
0.75
淋洗机
14
0.75
0.78
变频机
900
0.80
0.70
传送机
42
0.80
0.70
2
原液车间照明
1040
0.75
0.70
3
酸站照明
260
0.65
0.70
4
锅炉房照明
320
0.75
0.75
5
排毒车间照明
160
0.70
0.60
6
其他车间照明
240
0.70
0.75
（1）纺丝机的负荷计算：
0.8×180=144kW
144×0.8=115.2kvar
1440.8=180kVA
（2）筒绞机的负荷计算：
0.75×62=46.5kW
46.×0.75=34.87kvar
46.50.8=58.13kVA
（3）烘干机的负荷计算：
0.75×78=58.5kW
58.5×1.02=59.7kvar
58.50.8=73.13kVA
（4）脱水机的负荷计算：
0.6×20=12kW
12×0.8=9.6kvar
120.6=7kVA
（5）通风机的负荷计算：
0.7×200=140kW
140×0.75=105kvar
1400.85=146.7kVA
（6）淋洗机的负荷计算：
0.75×14=10.5kW
10.5×0.78=8.2kvar
10.50.6=6.3kVA
（7）变频机的负荷计算：
0.8×900=720kW
0.7×720=504kvar
7200.6=1200kVA
（8）原液车间照明的负荷计算：
0.75×1040=780kW
780×0.7=546kvar
7800.8=624kVA
（9）酸站照明的负荷计算：
0.65×260=169kW
0.7×169=118.3kvar
1690.8=211kVA
（10）锅炉房照明的负荷计算：
0.75×320=240kW
240×0.75=180kvar
1800.65=277kVA
（11）排毒车间照明的负荷计算：
0.75×160=112kW
112×0.6=67.2kvar
1120.8=140kVA
（12）其他车间照明的负荷计算：
0.7×240=168kW
168×0.7=126kvar
1680.8=210kVA
对纺织厂的所有车间负荷计算完毕。
当已求出各设备或各单位的有功和无功计算负荷后，并求其总的计算负荷。
考虑各车间的同时系数后的计算负荷：
2600kW
1874.kvar
=2346kVA
其中=0.9、0.95。
从西北电力设计院.电力工程设计手册[M].中国电力出版社
3.3无功补偿计算
无功补偿计算就是把无功功率因数由cosφ1提高到cosφ2时需要补偿的无功功率补偿容量（kvar）。
无功补偿计算按下式计算：
主变压器二次侧的计算
对变电所：
变压器的损耗：
Δ=0.02×2346=46.9kW
Δ=0.1×2346=234.6kvar
考虑变压器损耗后的计算负荷：
=46.9+2600=2646.9kW
=234.6+1874=2108.6kvar
=2945kVA
今补偿到0.9，所需电容器容量为：
=1548kvar
纺织厂的总计算负荷为：
=2646.9kW
=2105.6-1548=560.4kvar
=2754kVA
变电所的计算电流及各车间的计算电流如下：
变电所：
=1130A
=480A
=480A
=100A
=24A
=250A
=18A
=30A
4变电所主变压器台数和容量的确定
4.1变压器的分类及型号
变压器的分类：
（1）按冷却方式分类：
有自然冷式、风冷式、水冷式、强迫油循环风（水）冷方式、及水内冷式等。
（2）按防潮方式分类：
开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。
（3）按铁芯或线圈结构分类：
芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器、辐射式变压器等。
（4） 按电源相数分类：
单相变压器、三相变压器、多相变压器。
（5）按用途分类：
有电力变压器、特种变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）。
（6）按冷却介质分类：
有干式变压器、液（油）浸变压器及充气变压器等。
（7）按线圈数量分类：
有自耦变压器、双绕组、三绕组、多绕组变压器等。
（8）按导电材质分类：
有铜线变压器、铝线变压器及半铜半铝、超导等变压器。
（9）按调压方式分类：
可分为无励磁调压变压器、有载调压变压器。
（10）、按中性点绝缘水平分类：
有全绝缘变压器、半绝缘（分级绝缘）变压器。
4.2变电所变压器台数和容量的选择
4.2.1变压器台数的选择
确定变压器的台数应考虑：
（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工业专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
（3）对于规划只装设两台主变压器的变电站，其变压器基础宜按大于变压器容量的1～2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。
一般情况下，当SN≧S30时，选一台变压器；当SN≈0.7S30，SNT≧S30（Ⅰ+Ⅱ0时，选用两台变压器。
其中SNT为单台主变压器容量，S30为变电所总的计算负荷。
S30（Ⅰ+Ⅱ）为变电所一、二级负荷的计算负荷。
拥有两台或多台变压器的变电所，各台变压器通常采取分别运行。
如果采取并列运行时，应满足：
变压比相同、联接组别相同、短路电压相同等，容量差别不宜过大。
4.2.2变压器容量的选择
选择变压器容量应考虑的条件：
（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，并适当考虑远期10～20年的负荷发展。
对于城郊变电站，主变压器容量应与城市规划相结合。
（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，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%。
（3）同级电网的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。
正确选择变压器的容量十分重要，若变压器的容量选择的过小，会使变压器经常处于超载状态，这样易烧毁变压器；反之，若变压器的容量选择的太大，一方面增加自身设备的投资，另一方面变压器得不到充分利用，造成效率因子降低，线路损耗和变压器本身损耗变大。
通常，变压器容量可按下式估算：
S=S动+SM（4-1）
其中，S动是动力设备所需的总容量；SM是其它低压用户的总容量。
S动=KN（∑Pnηcosφ）（kVA）（4-2）
式中：
Pn——单个用电设备电动机名牌上的额定功率（kW）
∑Pn——各台用电设备的电动机额定功率的总和
η——用电设备电动机的平均效率
cosφ——用电设备电动机的平均功率因子
Kn——需要系数
选择变压器容量时，还应注意：
一般电动机的启动电流是额定电流的4~7倍，变压器应能承受这种冲击。
直接启动的电动机中最大的一台容量，一般不宜超过变压器容量的30%左右。
5变电所主接线的选择
5.1主接线设计的基本要求
（1）配电所、变电所的高压及低压母线宜采用单母线或分段单母线接线，当供电连续性要求很高时，高压母线可采用分段单母线带旁路母线或双母线的接线。
（2）配电所专用电源线的进线开关宜采用断路器或带熔断器的负荷开关，当无继电保护和自动装置要求，且出线回路少无需带负荷操作时，可采用隔离开关或隔离触头
（3）从总配电所以放射式向分配电所供电时，该分配电所的电源进线开关宜采用隔离开关或隔离触头；当分配电所需要带负荷操作或继电保护、自动装置有要求时，应采用断路器.
（4）配电所的10kV或6kV非专用电源线的进线侧,应装设带保护的开关设备.
（5） 10kV或6kV母线的分段处宜装设断路器,当不需带负荷操作且无继电保护和自动装置要求时,可装设隔离开关或隔离触头.
（6）两配电所之间的联络线,应在供电侧的配电所装设断路器,另侧装设隔离开关或负荷开关,当两侧的供电可能性相同时,应在两侧均装设断路器.
（7） 配电所的引出线宜装设断路器,当满足继电保护和操作要求时,可装设带熔断器的负荷开关.
（8） 向频繁操作的高压用电设备供电的出线开关兼做操作开关时,应采用具有频繁操作性能的断路器.
（9） 10kV或6kV固定式配电装置的出线侧,在架空出线回路或有反馈可能的电缆出线回路中,应装设线路隔离开关.
（10） 采用10kV或6kV熔断器负荷开关固定式配电装置时,应在电源侧装设隔离开关。
.
（11） 接在母线上的避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关、配电所、变电所架空进、出线上的避雷器回路中，可不装设隔离开关。
（12）由地区电网供电的配电所电源进线处，宜装设供计费用的专用电压，电流互感器
（13）变压器一次侧开关的装设，应符合下列规定：
一 以树干式供电时，应装设带保护的开关设备或跌落式熔断器；
二 以放射式供电时，宜装设隔离开关或负荷开关，当变压器在本配电所内时，可不装设开关；
变压器二次侧电压为10kV或6kV的总开关.
可采用隔离开关或隔离触头,当属下列情况之一时,应采用断路器:
一 出线回路较多
二 有并列运行要求
三 有继电保护和自动装置要求 变压器低压侧电压为的总开关,宜采用低压断路器或隔离开关;当有继电保护或自动切换电源要求时,低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器..
（14）当低压母线为双电源\变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时,在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧,宜装设刀开关或隔离触头
5.2变电所的主接线方式
变电所的主接线是由各种电气设备及其连接线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。
它与电源回路数、电压和负荷的大小、级别以及变压器的台数、容量等因素有关，所以变电所的主接线有多种形式。
确定变电所的主接线对变电所电气设备的选择、配电装置的配置及运行的可靠性等都有密切的关系，是变电所设计的重要任务之一。
（1）线路——变压器接线
当供电电源只有一回路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路——变压器组接线。
如图4—1所示。
变电所的变压器的高压侧可以装设隔离开关QS、高压跌落式熔断器FU或高压断路器QF受电，装设哪种设备合适视具体情况而定。
线路——变压器组接线方式的优点是接线简单，使用的设备少，基建投资省。
缺点是供电可靠性低。
当主接线中任一设备发生故障或检修时，全部负荷都将停电。
所以，这种接线方式多用于仅有二、三级负荷的变电所，如大型企业的车间变电所和小型用电单位的10KV变电所等。
图5-1线路变压器组结线
（2）桥式接线
为了保证对一、二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中广泛采用有两回路电源受电和装设两台变压器的桥式主接线。
桥式接线分为内桥、外桥和全桥三种，其接线如图4—2所示。
图5-2桥式结线
图中WL1和WL2为两回电源线路，经过断路器QF1和QF2分别接至变压器T1和T2的高压侧，向变电所送电。
断路器QF3犹如桥一样将两回线路联在一起，由于断路器QF3可能位于线路断路器QF1、QF2的内侧或外侧，故又分为内桥和外桥接线。
（3）单母线分段式结线
母线采用断路器分段比用隔离开关操作方便，运行灵活，可实现自动切换以提高供电的可靠性。
一般只在出线较少，供电可靠性要求不高时为了经济才采用隔离开关作为母线的联络开关。
单母线分段比双母线所用设备少，系统简单、经济，操作安全。
（4）双母线结线
变电所每回进、出线通过隔离开关可以接在任何一段母线上，两母线之间用断路器联络。
因此不论那一段与母线同时发生故障，都不影响对用户的供电，故可靠性高，运行灵活。
缺点是设备投资多，结线复杂，操作安全性较差。
这种结线主要用与负荷容量大，可靠性要求高，进、出线回路多的重要变电所。
6短路电流计算
6.1短路电流的基本概念
在供电系统中，出现次数比较多的严重事故是短路。
所谓短路是指供电系统中一切不正常的相或相与地（中性点接地系统）在电气上被短接。
6.1.1短路的原因及类型
国民经济各部门的正常生产及人民的正常生活要求供电系统保匠持续、安全、可靠地运行。
但是由于各种原因，系统会经常地出现故障，使正常运行状态遭到破坏。
短路是系统常见的严重故障。
所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之间或相与地之间的短接。
系统发生短路的原因很多，主要有：
（1）电气设备、元件的损坏。
如：
设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行时被击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路等。
（2）自然的原因。
如：
气候恶劣，由于大风、低温导线覆冰引起架空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电感应，设备过电压，绝缘被击穿等。
（3）人为事故。
如：
工作人员违反操作规程带负荷拉闸，造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，造成金屑性短路，人为疏忽接错线造成短路或运行管理不善造成小动物进入带电设备内形成短路事故等等。
6.1.2短路的危害
发生短路时，由于系统中总阻抗大大减小，因而短路电流可能达到很大的数值。
强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电气设备遭到破坏。
短路点的电弧可能烧毁电气设备。
短路点附近的电压显著降低，使供电受到严重影响或被迫中断。
若在发电厂附近发生短路，还可能使全电力系统运行接裂，引起严重后果。
不对称接地短路所造成的零序电流，会在邻近的通讯线路内产生感应电势，干扰通讯，亦可能危及人身和设备的安全.
短路种类
示意图
代表符号
性质
三相短路
K（3）
三相同时在一点短接，属于对称短路
两相短路
K
（2）
两相同时在一点短接，属于不对称短路
两相接地短路
K（1.1）
在中性点直接接地系统中，两相在不同地点与的短接
单相接地短路
K
（1）
在中性点接地系统中，一相与地短接
表6—1短路
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