10KV变电所设计.docx
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10KV变电所设计
第1章绪论
1.1设计目的
通过课程设计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尖政策、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。
1-2设计任务
根据富威机械厂用电负荷，并适当考虑生产的发展，按安全可靠、技术先进、经济和的要求，确定工厂变电所的位置与型式；通过计算负荷，确定主变压器台数及容量；进行短路电流的计算，选择变电所的主线及高、低电气设备；选择整定继电保护装置；最后按要求写出设计计算说明书，绘出设计图纸。
1.3设计要求
1、要求每个学生独立完成设计任务
2・要正确运用设计资料。
3、给出变配电所的主接线图。
4、完成课程设计任务书规定容。
5、要求提交成果。
（1）完成课程设计报告书一份；
（2）A3变配电所的主接线图纸
第2章负荷计算及无功功率补偿
2.1负荷计算
根据设计要求进行分析，机械厂负荷统计资料见下表2-1:
表2-1机械厂负荷统计
厂房编号
用电单位名称
负荷性质
设备容量
/kw
需要系数
tan
功率因数
cos
1
仓库
动力
88
0.25
1.17
0.65
照明
2
0.80
1.0
2
铸造车间
动力
238
0.35
1.02
0.70
照明
10
0.80
1.0
3
锻压车间
动力
238
0.25
1.17
0.65
照明
10
0.80
1.0
4
金T车间
动力
438
0.25
1.33
0.60
照明
10
0.80
1.0
5
工具车间
动力
538
0.25
1.17
0.65
照明
10
0.80
1.0
6
电镀车间
动力
238
0.50
0.88
0.75
照明
10
0.80
1.0
7
热处理车间
动力
138
0.50
1.33
0.60
照明
10
0.80
1.0
8
装配车间
动力
138
0.35
1.02
0.70
照明
10
0.80
1.0
9
机修车间
动力
138
0.25
1.17
0.65
照明
5
0.80
1.0
10
锅炉房
动力
138
0.50
1.17
0.65
照明
2
0.80
1.0
佔舍区绘明
400
0.70
1.0
单组用电设备的负荷计算:
有功功率
Pc
Kdf
kw
无功功率
Qc
Pctanarccos
kvar
视在功率
Sc
Pc2Q2
KVA
计算电流
I
1c
sc
、3Ur
A
通过以上公式对工厂各部分进行计算，得到计算结果如下:
1、仓库：
动力部分：
Pc0.258822kw
Qc22tanarccos0.6525.7kVar
Sc22225.7233.8KVA
33.8
I9A
C..3Ur
照明部分：
久1.6kw
2、铸造车间；
动力部分:
Pc0.3523883.3kw
Qc83.3tanarccos0.785kvar
sc.83.32852119KVA
119
3Ur
180.3A
pc8kw
照明部分:
3、锻压车间；
动力部分:
Pc0.2523859.5kw
59.5tanarccos0.6569.6kvar
Sc,59.5269.62
1c
Q1AKV
91.6
3Ur
138.8A
照明部分：
Pc
0.810
8kw
4、金T车间；
动力部分：
Pci
3.25438
109.5kw
Qc
109.5tanarccos0.6146kvar
Sc
109.52
1462182.5KVA
I
1c
182.5
、3Ur
276.5A
照明部分：
Pc
0.810
8kw
5、工具车间；
动力部分：
Pc
0.25538134.5kw
Qc
134.5
tanarccos0.65157.2kvar
Sc
134.5
2
*2
157220fiQKVA
Ic
206.9
3Ur
313.5A
照明部分：
pc
0.810
8kw
&电镀车间；
动力部分：
Pc
0.5238119kw
Qc
119tanarccos0.75105kvar
Sc
>1192
1052158.7KVA
Ic
158.7
■3Ur
240.5A
照明部分：
pc
0.810
8kw
7、热处理车间;
动力部分:
Pc0.513869kw
Qc69tanarccos0.692kvar
Sc\692922115KVA
lc1151742/1
照明部分：
Pc0.8108kw
8、装配车间；
动力部分：
Pc0.3513848.3kw
Qc48.3tanarccos0.749.3kvar
22
Sc<48.349.369KVA
69
104.5A
C3Ur
照明部分：
动力部分：
Pc0.8108kw
9、机修车间；
F>0.2513834.5kw
Qc34.5tanarcco9.6540.3kvar.34.5240.3253KVA
53
lc——一80.3A
3Ur
照明部分：
Pc0.854kw
动力部分：
Pc0.513869kw
Qc69tanarccos0.6580.7kvar
Sc69280.72106.1KVA
|c106,1160.8A
3Ur
10、锅炉房;
照明部分:
Pc0.821.6kw
11、宿舍区；
照明部分：
Pc0.7400280kw
将以上数据进行整理得到表格如下：
表2-2负荷计算计算表
编弓
名称
类别
设备
容量
R/kW
需要系数
Kd
cos
tan
计算负荷
Pc/kW
Qc/
kvar
Sc/
kVA
Ic/A
1
仓库
动力
88
0.25
0.65
1.17
22
25.7
33.8
51.2
照明
2
0.8
1.0
1.6
2
铸造车
间
动力
238
0.35
0.70
1.02
83.3
85
119
180.3
照明
10
0.8
1.0
8
3
锻压车间
动力
238
0.25
0.65
1.17
59.5
69.6
91.6
138.8
照明
10
0.80
1.0
8
4
金T
车间
动力
438
0.25
0.60
1.33
109.5
146
182.5
276.5
照明
10
0.80
1.0
8
5
工具车间
动力
538
0.25
0.65
1.17
134.5
157.
2
206.9
313.5
照明
10
0.80
1.0
8
6
电镀车
间
动力
238
0.50
0.75
0.88
119
105
158.7
240.5
照明
10
0.80
1.0
8
7
热处
理车间
动力
138
0.50
0.60
1.33
69
92
115
174.2
照明
10
0.80
1.0
8
8
装配
车间
动力
138
0.35
0.70
1.02
48.3
49.3
69
104.5
照明
10
0.80
1.0
8
9
机修
车间
动力
138
0.25
0.65
1.17
34.5
40.3
53
80.3
照明
5
0.80
1.0
4
10
锅炉
房
动力
138
0.50
0.65
1.17
69
80.7
106.1
160.8
照明
2
0.80
1.0
1.6
11
宿舍
区
照明
400
0.70
1.0
280
多组设备负荷计算：
nn
所有车间的照明负荷：
pm63.2kwPci1028.6kwQci850.8kvar
i1i1
取全厂的同时系数为：
Krp0.90Krq0.95O
则全厂的负荷计算为：
n
pco.9pciPm0.9（1028.663.2）982.62kw
i1
Qc0.95Qci0.95850.8808.3kvar
i1
Sc一982.622808.321272.36KVA
1272.36192781A
C・3Ur
2.2无功功率补偿
电力系统由发电厂、变电站、电力线路和用电设备联系在一起组成的统一整体，由
于电能不能大量存储，所以发电、输电、配电和用电必须同时进行，即电力系统必须保持平衡。
然而来自电力线路、电力变压器以及用电设备的无功负载大量存在，使电力系统的功率因数降低。
对于配电系统来说，为数众多的异步电动机、变压器等设备要消耗大量的无功功率，对配电网络的安全稳定运行产生不良影响：
1、供电线路的电流增大，使线路和设备的损耗增大，严重时会威胁到设备的安全运行；
2、配电系统的视在功率增大，使发电机、变压器等供电设备的容量增加，电力用户的控制设备、测量仪表的规格也相应增大；
3、导致供电电压降低o保持电力系统的平衡，解决配电系统功率因数低的有效途径就是对配电系统进行无功补偿，提高功率因数。
按照我国供电部门的规定，高压供电的用户必须保证功率因数在0.9以上。
无功功率：
电网中的感性负载（如电机，扼流圈，变压器，感应式加热器及电焊机等）都会产生不同程度的电滞，即所谓的电感。
感性负载具有这样一种特性即使
所加电压改变方向，感性负载的这种滞后仍能将电流的方向（如正向）保持一段时间。
一旦存在了这种电流与电压之间的相位差，就会产生负功率，并被反馈到电网中。
电流电压再次相位相同时，又需要相同大小的电能在感性负载中建立磁场，这种磁场反向电
能就被称作无功功率。
无功功率比较抽象，它是用于电路电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。
它不对外做功，而是转变为其他形式的能量。
凡是有电磁线设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。
在交流电路中，由于有感性或容性储能设备，电压与电流有相位差，通俗讲就是电压与电流不
在同一时间到达；因此，表面看电压有多大、电流有多大，实际并没有做那么大的功，有电源与储能设备的能量转换。
无功补偿计算如下：
由2.1节计算可得变压器低压测的视在计算负荷为：
Sc1272.36KVA
这时低压侧的功率因数为：
cos130.77
1272.36
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。
这里取0.95。
则彳氐压侧需要并联电容容量为：
Qcc982.62（tanarccos0.77tanarccos0.95）442.18kvar
取：
Qcc450kvar则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为:
S982.622（808.3450）21590.36KVA
计算电流lc
1590.36
、3Ur
2409.64A
高压侧的功率损耗为:
P;0.015SC
0.0151590.36
23.86kw
1101.44
1671.3A
Qc0.06Sc0.061590.36103.37kvar
变电所高压侧的计算负荷为：
982.6223.861006.48kw
Qc808.3450103.37461.67kvar
Sc
1006.482461.6721101.44KVA
3Ur
补偿后的功率因数为:
卩06A0.92满足（大于0.9）的要求。
1101.44
第3章变电所主变压器台数和容量及
主结线方案的选择
3.1变压器台数和容量确定
一、变压器台数确定
1、满足用电负荷对可靠性的要求；
1）二级负荷：
选择两台主变压器；负荷较大时，也可多于两台；
2）二、三级负荷：
可选一台变压器，但彳氐压侧敷设与其它变电所相连的联络线作为备用电源；
3）三级负荷：
选择一台主变压器；负荷较大时，也可选择两台；
2、季节f生负荷或昼夜负荷变化较大时，技术经济合理时，可选择两台变压器；
根据以上要求与规，所以在本变电所我们选取两台变压器；
二、变压器容量选择
（1）任一台变压器单独运行时。
应满足：
Snt（0.6~0・7）Sc
（2）任一台变压器单独运行时。
应满足：
SntSc。
即满足一、二级负荷要求。
带入数值可得：
SMT（0.6〜0.7）1101.44KVA（660.91-771.00）KVA
选择变压器的实际容量：
考虑到本厂近年的负荷发展，初步取Snt1000KVA。
考虑到安全性的问题，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：
表3-1变压器技术指标
变压器型号
额定容量
/KVA
额定电压V
联结组
型号
损耗/KW
空载电流
短路阻抗
咼压
低压
空载
负载
SC3-10
00/10
1000
10.5
0.4
Dyn11
2.45
7.45
1.3
6
3.3主结线方案选择
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尖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m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。
方案川：
高压采用单母线带旁路低压单母线分段。
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，采用方案三时虽经济性最佳，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，画出主结线图。
它库
压车间v、V金工间车
±wxwVT具车间
10KV
0/\/\
炉房id-机修车间-fMd-〉装配车间热处理车间-〉电糕车间
宿舍区
第4章变电所位置和型式选择
4.1变配电所所址选择原则
（1）变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较后确定：
1）接近负荷中心
2）进出线方便；
3）接近电源侧；
4）设备运输方便；
5）不应设在有剧烈振动或高温的场所；
6）不宜设在多尘或有腐蚀T生气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；
7）不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；
8）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规》的规定；
9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。
（2）装有可燃性油浸电力变压器的车间变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物；当设在二级耐火等级的建筑物时，建筑物应采取局部防火措施。
（3）多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠夕卜墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。
（4）高层主体建筑不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所，当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、方、贴邻和疏散正下出口的两旁，并应按现行国家标准《高层民用建筑设计防火规》有矢规定，采取相应的防火措施。
（5）露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所：
1）有腐蚀性气体的场所；
2）挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁；
3）附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场；
4）容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所
4.2型式与布置
变电所的型式应根据用电负荷的状况和周围环境情况确定，并应符合下列规定:
（1）负荷较大的车间和站房，宜设附设变电所或半露天变电所；
（2）负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间变电所或组台式成套变电站；
（3）高层或大型民用建筑，宜设室变电所或组合式成套变电站；
（4）负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设独立变电所，有条件时也可设附设变电所或户外箱式变电站；
（5）环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在315kVA及以下时，宜设杆上式或高台式变电所。
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。
根据负荷计算及工程平面图4・1可知负荷中心在6号车间，所以我们决定在6号车间东侧建立工
第5章短路电流计算
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
K-1K-2
系统
QF架牢纯L=6KM
G
邻厂咼压联络线
1（
Dyn11
“CD
30V
SC3-1000/10
图5-1变电所系统图
首先确定基准值
取Sd100MVAUd10.5KVUc20.4KV
所以M-3Ud
100MVA
310.5kV
5.500kAld2
100MVA
3Uc2・30.4kV
144.000kA
计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值：
（忽略架空线至变电所的电缆电抗）
1）电力系统：
X；甸mao.20
500MVA
2）架空线路：
查手册得X。
0.35/km，因此：
1UUIVIVH厂/KmbKrn2X20.35（i°5kv）2愉£
3）变压由所选的变压器的技术参数得Uk%
口口•
…6100MVA
YY6.0
A3A41001000KVA
3/6.0
1/Q.2
2/1...9Q4I
4/6.0
图5・2短路等效电路图
1）
Sk3）i
舟Sd.
-47.529MVA
*
X（k1）
**
Xi
X20.201.9042.104
2）
二相短路电流周期分量有效值：
lk3）1
*
带2614KA
x（k1）
3）
其他二相短路电流：
1（3）
lk3）12.614KA
|（3）sh
2.55
2.614KA6.666KA
i（3）
1sh
1.51
2.614KA3.947KA
4）
三相短路容量：
IX（k1）
2104
■
计算k-2点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1）
总电抗标幺值：
X（k2）X1X2
（X；//X4）0.201.9046/2
2）
二相短路电流周期分量有效值：
i（3）
1k2
—144kA28.213k
X（k2）5.104a
3）
其他二相短路电流：
l（3）
lk3）228.213kA
•（3）
1.84
28.213kA51.912kA
计算k・1点的短路电路总电抗幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值:
Ish
I[
1.0928.213kA30.752kA
5.104
4）三相短路容量:
Sd100MVA
X（k2）5.104
19.592MVA
第6章变电所一次设备的选择与校验
电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要容之一，在选择时应根据实际工作特点，按照有尖设计规的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进，经济合理。
为了保障一次设备的可靠运行，必须按照下列条件选择和校验：
（D按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择；
（2）按短路条件包括动稳定、热稳定校验；
（3）考虑电气设备运行的环境条件如温度、湿度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。
（4）按各类设备的不同特点和要求如断路器的操作性能、互感器的二次负荷和准确度级等进行选择。
6.1变电所高压一次设备的选择及校验
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，高压侧采用市长城电器生产的JYN2-10（Z）型
户移开式交流金属封闭开尖设备。
此高压开尖柜的型号：
JYN2-10/4ZTTA（说明：
4：
一次方案号；乙真空断路器；T:
弹簧操动；TA:
干热带）。
初选设备：
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
接地开矢：
JN-3-10/25
母线型号：
TMY-3（504）；TMY-3（8010）+1（606）
绝缘子型号：
ZA-10Y抗弯强度：
Fai3.75kN（户支柱绝缘子）从高压配电柜引出的10kV
三芯电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆
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