10KV变电所及低压配电系统的设计.docx
《10KV变电所及低压配电系统的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10KV变电所及低压配电系统的设计.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
10KV变电所及低压配电系统的设计
摘要
当今社会，电力已经成为众多能源中十分重要的一种能源。
那如何分配以及传输电能呢？
供配电系统就是一种解决电力的分配、供应、以及传输的系统，只有做好供配电这项工作，才能保证我们的日常生活以及工作、建设的持续发展，因此，供配电力系统具备一定的工程应用和价值。
供电系统就是由两个系统组成的，一个是电源系统和一个是输配电系统。
它的功能是产生电能并且需要给用电设备提供持续电能。
通过供电量可以将电力供电系统分为三类，如果供电量不超过1000kVA，则为小型供电系统；如果供电量不低于10000kVA，则为大型供电系统，如果供电量处于上述两种类型之间，则为中型供电系统。
通常用户供电系统主要由变配电所以及用电设施等构成。
目前我在江苏省苏州市宏捷通电气设备有限公司实习中遇到一些问题，参与设计了一低压配电系统。
一家即将成立的工厂需要我们为其设计工厂的电力系统，要求将为这家工厂提供电能。
关键词：
变电所变压器供能
5.3.1接地电阻的要求22
5.3.2接地装置22
6最后的安装与调试...................23
1引言
随着经济条件的逐渐发展和各地基础建设的不断扩大，这对各地的电力设备以及供配电系统面临了极大的挑战。
之前的电力设备以及供配电系统损坏或破损的比较严重，因此我们设计供配电系统，一定要考虑到祖国的飞速发展，为以后的建设保留一个足够的要求。
一般的大型供电系统的外部电源进线的电压非常大，一般为35KV以上，无法直接使用，所以这时候就需要经过降压变电所来降压，当其内部电压范围为
时，再通过高压线传输至变电所中，等变成低压电（
）后才能够运用到各种用电设施中。
目前我们面临的困难还比较多，但是我们要在问题中找到问题的解决方案，这样才能使国家电力更好的发展。
经过调查，我发现目前的发展面临着几个问题，如下：
（1）现在各地的电力系统大多老旧，损坏严重
（2）在质量以及细节方面还有待完善。
（3）一部分系统的电力浪费情况严重
为此我们大致做了一个方案：
此工厂的高压电为3km之外的变电站引入，在工厂内的变电所中利用变压器将其进行降压在输送给用电设备，达到供能的目的。
需要解决的问题有设计线路，选择变压器，接线以及调试。
为此我们大致做了一个方案：
此工厂的高压电为3km之外的变电站引入，在工厂内的变电所中利用变压器将其进行降压在输送给用电设备，达到供能的目的。
需要解决的问题有设计线路，选择变压器，接线以及调试。
有部分工厂需要大电力的同时又有位置和设备条件的许可的话，可考虑“高压深入负荷中心”的供电方式，这个方法可以将极高的进线电压直接进线降压操作，降至可以直接使用的低压配电电压，省去了中间繁琐的步骤。
2.低压配电系统方案的确定
2.1变电所负荷计算和无功补偿的计算
负载情况
该厂的车间为三班倒制度，最大负载每小时最大T=5000h，除了I#、II#、III#车间的一些设备是二级负载之外，其它的都为三级负载。
通常低压动能设备都是
额定电压的三相电。
电气照明设备为单相，额定电压为220V。
本厂的负载统计参见下表A。
项目管理者要求，当供电为
时，
。
四个车间和变电所之间间距如下：
I#车间：
120m；II#车间：
85m；
III#车间：
110m；IV#车间：
100m。
表A车间负载情况
车间
设备类别
各机械组代号
设备容量Pe/kVA
需要系数
I#
动力
1号
180
0.7
0.95
2号
75
0.65
0.94
3号
154.7
0.43
0.92
4号
35.2
0.2
0.5
5号
48.6
0.2
0.5
II#
动力
6号
182
0.4
0.9
7号
156
0.68
0.88
照明
8号
187
0.49
0.78
9号
12
0.36
0.88
III#
动力
10号
159
0.3
0.45
11号
135
0.3
0.45
照明
12号
8
0.36
0.88
IV#
动力
13号
180
0.3
0.5
14号
147
0.3
0.56
15号
10
0.36
0.88
2.2变电站的额定负荷
2.2.1负荷的计算
按需要系数法计算各组负荷：
有功功率P=Kd
Σpei
无功功率Q=P
视在功率S=
上述三个公式中：
每个字符代表的意思不同，总容量是ΣPei，系数Kd，功率因数
。
而总负荷有有所不同：
1.有功功率Pc=K∑p
ΣPc.i
2.无功功率Qc=K∑q
ΣQc.i
3.视在功率Sc=
公式中：
那如何计算低压母线的值呢，非常简单直接相加，可取K∑p=0.8-0.9，K∑q=0.85-0.95。
当求干线负载的和时，设K∑p=0.9-0.95，K∑=0.93-0.97。
2.3无功补偿的目的和方案
由于工厂中各种负荷较大的设备例如压缩机等，其负荷都为感性负荷，这类产品在启动时需要一个超出正常运行所需电流大好几倍的电流，大电流会导致功率因数降低，所以为了使功率因数不要太低必须采用无功补偿的措施。
具体的由电力系统已经有明确要求：
容量在100kV·A及以上高压供电用户，最大负载时的功率因数必须大于或等于0.9，如果没有高于0.9，那么便要展开无功功率补偿操作，需要看到的是，对于供电系统而言，功率因数的提升有利无害。
但是根据现场条件以及保险起见不能压线0.9，大概想法为控制在0.92以上，为了达到要求，需要采取措施来达到0.92。
使用无功自动补偿并联电容器设备是实际生活中对功率因数进行提升的常用手段。
在调查现场情况，并对资金、人力等问题进行充分考量后，本文选择的无功补偿方式为低压集中补偿法。
2.4无功补偿的计算及设备型号
要增加功率因数，其中最具有效率的办法就是安装人工补偿。
用
来表示无功补偿具体容量，此时则有:
QN·C=
=PC（
-
）
由此公式计算出了满载时需要的容量，需要考虑如果减小负载，补偿容量也需要降低，以免造成补偿过多产生浪费。
如今通常无功补偿装置都存在无功补偿控制器，此时要想实现瞬时功率目标，就必须提前将功率因数期望值设置好，然后按照负载实际变化情况来对电容器组数进行增减操作。
要想令功率因数得到显著提升，通过两类无功补偿设备便能够达到目的，这两类设备一个是动态设备；一个是稳态设备。
同时其中还存在两类元件，首先是并联电容器；其次是同步补偿机。
用上面的公式计算出所有的补偿容量后，加上之前的单相电容器容量qN·C确定出电容器要几组：
通过对用户供电系统进行分析能够发现，其无功补偿装置主要有三类位置：
第一是集中补偿，它主要由两种类型构成，即低、高压集中补偿，它指的是在高低压配电系统上连接电容器，连接方式为并联。
第二是分组补偿，即进行并联补偿电容器安装。
第三是单台电动机就地补偿:
如同名字一般就是简单地在电动机上并联一个电容器。
此处选择的是集中补偿中的低压集中补偿。
将在低压母线处通过测量得到的三类负荷分别记为
、
、
，
变为0.92
===0.85
QN·C=PC（
-
）=619.506*[tan（arccos0.85）-tan（arccos0.92）]=120kvar
选择BSMJ0.4-20-3型并联电容器，qN·C=20kvar
=120kvar/20kvar=6取n=6
补偿后的计算：
SC=
=674.19kV·A
==0.92
2.5短路电流的计算
短路电流的含义指整个设备或是电路平稳工作不出差错时，各相之间或相与地之间发生一些问题（即短路）时流过的电流。
它的电流量远远大于额定电流。
造成短路的原因有很多种，基本上是设备的绝缘损坏、错误操作、自然因素或损耗等。
并且短路电流量十分大，超出了通常电流的很多倍。
如果通过电气设备的电流很多，当其超出设备承受能力时设备便很容易发生故障并且受损。
同时电流大了会导致电压大幅度降低，电压降低导致各项设备得不到可靠电流无法工作。
因此供配电系统必须选用合适举措来避免出现短路情况，同时还要安装两类器件来保护电路，令电路能够在电流过大时断开，从而尽可能降低短路损失，这两类器件首先是断路器；其次是继电保护装置。
而不论是选择电气元件，还是选择保护装置，都有一个前提，那就是了解短路电流值，如今才能够确定电流多少时会发生短路情况，才能够对短路情况进行避免。
2.5.1三相短路电流计算
变电所之外大约zai的地方有一个变电站，如果要取电源必须从那里接通。
通过对多方面情况进行充分考虑之后，本文决定在变电所和变电站之间架设架空线，此处
为出口短路具体容量。
图5.1短路电流计算图
10kv母线上有一个短路点K1而K2为380V低压线上的短路点，需要把这两个短路点的容量计算出来。
电源侧短路容量定为Sk=250MV·A
1．基准值：
取Sd=100MV·AUc1=10.7kV
Id1=
=100MV·A/（
*10.6kV）=5.40kA
Zd=
=（10.6kV）2/100MV·A=1.12Ω
⑵．计算：
1电力系统
X（a）=Sd/Sk=100MV·A/250MV·A=0.41
2架空线路
X（b）=X0LSd/Uc2=0.34Ω/km*3km*
=0.99
3电力变压器
X（C）=Uk%Sd/100SNT=
=8
1三相短路容量的大小
Sk-2（3）=Sd/X*∑（k-2）=100MV·A/5.20=18.219MV·A
1总电抗标幺值
X*∑（k-2）=X1*+X2*+X3*=0.4+0.95+8=9.40
2三相短路电流的有效值
Ik-2（3）=Id2/X*∑（k-2）=144.34kA/9.35=16.14kA
③其他三相短路电流
Ik-2”（3）=I∞k-2（3）=Ik-2（3）=15.44kA
ish（3）=2.26*15.44kA=34.89kA
Ish（3）=1.31*15.44kA=20.23kA
④三相短路容量
Sk-2（3）=Sd/X*∑（k-2）=100MV·A/9.35=10.7MV·A
表5.1三相短路电流计算结果
短路计算点
总电抗标幺值
三相短路电流/kA
三相短路
容量/MV·A
X*∑
Ik（3）
I”（3）
I∞（3）
ish（3）
Ish（3）
Sk（3）
k-1
1.35
4.07
4.07
4.07
10.38
6.15
74.1
k-2
变压器并列运行
5.35
26.98
26.98
26.98
60.97
35.34
18.69
变压器分列运行
9.35
15.44
15.44
15.44
34.89
20.23
10.7
3.电路系统的各项元器件选择
3.1变压器的要求
电力变压器是一种必不可缺少的元器件在电路系统中，它的基本作用有很多:
电流或电压的转换、阻抗变换、还可以起到隔离电压、稳固电压的作用等，是非常重要的。
所以，我们应该仔细考虑选择什么样的变压器、什么数量及容量的变压器，必须放在首位。
首先无论怎样，必须遵照国家规范标准，其次在根据结合实际情况，优先选用技术先进、高效节能、质量过关的好产品，合理利用资金，使资金利用率最大化。
3.2变压器的分类
变压器的类型有很多种类，分法也有许多不同。
1、按相数分类有两种：
第一种是单相的，第二种事三相的，如名字所示两者的区别，单相变压器一般适用单相系统而三相变压器用于三相系统。
2、按冷却方式分也有两种：
第一种是干式，第二种是油浸式。
这两者区别可就大了。
干式变压器的工作原理是用空气流动和风机对电流冷却，适用于高海拔的建筑物，或者小范围照明及小容量。
而油浸式如名字一般用油冷却，有许多种方法。
3、按用途分种类有很多：
电力、仪用、试验、特种。
通过对电力变压器进行分析能够发现，其功能为：
对电压进行输送，仪用变压器用于仪表的检测和起到一个保护作用比如电流互感器、电压互感器，试验变压器就是可以对一些设备进行是否能承受高压的实验，）特种变压器则有很多种类。
4、如果根据绕组形式来对变压器进行分类，就可以分为三类，首先是自耦变压器；其次是三绕组变压器；最后是双绕组变压器。
双绕组的方便在于可以直接连接两个电压在电气系统中。
而三绕组可以使三个电压互相连通，在变电站中安装非常普遍。
自耦式就厉害了，它可以连接无论电压等级相不相同的两个电压，同时也可以充当变压器的角色，一器两用。
5、如果根据铁芯形式来对变压器进行分类，就可以分为三类，首先是壳式变压器；其次是非晶合金变压器；最后是芯式变压器。
如果你的电力系统是处在高压下的那你可以考虑选择芯式变压器。
如果你想着节少后期投入，长远发展或是等级不高的情况下可以考虑非晶合金变压器，它是新研究出来的材料，可以极大的节约能源，适合电能较少的地方。
3.3变压器的数量
变压器的台数要经过很周全的考虑，毕竟不能浪费资金和资源，要从负载等级、用电大小和经济条件允许等条件综合考虑确定。
按照《
及以下变电所设计规范
》文件相关规定，如果3种情形中有一种符合时就应该设两台或两台以上的变压器。
这3种情形一是存在极大地集中负载容量；二是存在很多以一、二级负载量；三是季节性负载容量存在极大区别。
由于本工厂各种用电设备主要为二、三级负荷。
并且还需要符合设计规范GB50053－94的要求，综合考虑之后决定安装两台变压器。
3.4变压器的容量
关于变压器的容量SN·T无论什么容量都必须要先使变压器正常工作运行很长一段时间。
如果变电所中有两台变压器或以上时，一般两台变压器的型号容量规则都会一样，而且每台变压器需要满足的条件也是一样的：
1
；（3.1）
2
（3.2）
其中①的前提是必须对两台变压器一起运行这一情况进行考虑，此时各变压器负荷以及负载率分别为
、
，可以看出效率相对不低。
并且就算出现什么故障或事故，只有一台变压器工作独自承受负荷时，也仅仅过载不到一半只有40%，可以保证短时间内运行不出问题，保证了有足够的时间可以采取措施来处理紧急情况。
条件②是需要保证在故障情况下，就算只剩一台变压器运行时也能供全整个工厂的电，是最后的保障。
根据无功补偿后的计算得，SC=674.19kV·A
即SN·T≥0.7*674.19=471.933kV·A
选择500kV·A容量的变压器
所以此次选择的电力变压器型号为拥有双绕组的
。
表3.1主变压器的选择
额定容量
SN/kV·A
联结组别
空载损耗
△PO/kW
短路损耗
△PK/kW
空载电流
IO%
阻抗电压
UK%
500
Dyn11
1.03
4.95
3
4
3.5变电所高压进线、一次设备和低压出线、二次回路的方案
3.5.1用电单位总计算负荷
在对工厂具体情况进行考虑后，认为不论是全厂需要系数法，还是需要系数逐级计算法，都无多少必要。
P=Pc+△PT=619.506+10.03=629.91kW
Q=Qc+△QT=285.966+51.36=317.33kvar
S=705.33kV·A
I=40.72A
3.5.2高压进线的选择与校验
通常使用较为频繁的高低压配电电路有两类，首先是架空线；其次是电缆。
架空线路主要指架空明线,暗装在空中，利用电缆输送电能和电力，在日常生活中非常普遍。
架空线的优点是：
在安装以及后期调试时不会造成很大困扰比较简单，经济实惠；利用空气绝缘，建造比较容易。
从建设费用来看，架空线路比电缆低，同时它还十分美观，也不会占用多少土地。
当然它的缺点也有很多。
架空线由于在高空中，影响因素非常多，大部分都是天气环境因素。
很容易被影响而引起事故，同时整个输电杆占用的附近额外面积非常多，还会带来一些污染例如电磁。
对于高压开关柜，需要使用电缆来引入进线，因此，经过考虑之后决定先采用3km空线，再接电缆线引入。
由于高压进线必须供电给变压器，由于其负荷电流不大，但是其却拥有很大的短路电流，因此必须对短路热稳定条件进行充分考虑，此外还必须对具体发热条件进行检验。
3.6变电所一次设备的选择
表6.1主要电气设备表
序号
设备名称
型号和规格
1
10kV真空断路器
VS1—12/630—16型断路器
2
隔离开关
GN19—10C/400型隔离开关
3
电流互感器
LZZJ—10Q200/50.5/10P20
LZZJ—10Q200/50.2/0.2
LZZJ—10Q100/50.5/10P20
4
电压互感器
JDZ10—10B10/0.10.2/0.2
JDZ10—10B10/0.11.0/90V·A
5
熔断器
XRNP3—10型熔断器
6
避雷器
HY5WZ-12.7/45
7
10kV开关柜
KYN28A—12型高压固定式开关柜
3.6.1高压断路器的选择
当电路运行将要出现故障时，高压断路器会讲电路切断，从而对相关设备进行保护，令其不会因为短路而受损。
3.6.2高压隔离开关的选择
（1）作用：
就算在没有负载的情况在高压隔离开关起到了一个连接或者断开线路的作用还有如果线路中有正在检修的部分包括线路或是一些电气元器件，隔离开关可以将它们与电压相隔离。
（2）形式结构：
通过对高压隔离开关进行分析能够发现，它主要由底座、传动等部分构成。
（3）选择条件：
不超过1000m的海拔;附件温度:
-30到+40;每日平均小于等于95%的相对湿度:
每月平均值小于等于90%;地震强度不超过8级，不会发生火灾，易燃，易爆，污染很大，有化学腐蚀场所。
如果户外天气寒冷结冰最高能忍受冰块厚度分为5毫米和10毫米；户内时空气中不含有害气体或是有腐蚀性的又或是可以点燃的气体、不含有明显污浊的，不得无缘无故发生长时间性或是强度大的震动。
3.6.3高压熔断器的选择
作为一种使用较为频繁的电气设备，高压熔断器的功能是过电流保护,结构由两部分构成：
熔件、熔管。
如果线路发生短路或是超出负载无法承受时，熔件会自动熔断，切断线路的连接来保证设备不受损伤。
电流越大，熔断时间越短。
所以当我们选择熔件时，需要考虑的一个点就是在没有问题，正常运行的同时（包括设备的起动）熔件不会发生熔断。
3.6.4电流互感器的选择
通过对电流互感器进行分析能够发现，它是通过电磁感应来对电流进行转换的。
其结构组成是由铁芯和绕组组成，并且铁芯必须保持闭合。
这类互感器主要特点为：
必须确保二次侧非开路，而一次侧绕组匝数并不多。
在运行电流互感器，需要注意以下两点：
第一，运行期间它的二次侧不可以开路。
第二，二次侧一端需要接地。
电流互感器的选择条件：
（1）将电网电压用
来表示，将额定电压用
来表示。
则有：
（2）将最大长时工作电流用
来表示，将原边额定电压用
来表示，则有:
（3）将额定容量用
来表示，将二次侧总容量用
来表示，则有:
（4）在进行校验操作时，内部动稳定为：
:
电流互感器额定一次电流；
：
动稳定倍数外部动稳定按:
3.6.5电压互感器的选择
电压互感器的作用是变换电压来的，这一点听着与变压器一样，但其实变压器主要是用来输送电能的。
能够发现，在作用上，一次侧和两次侧并不一样，前者需要和主接线高压侧相接；后者需要与继电器电压线圈相接，其连接方式为串联。
电压互感器的类型有很多种分法，可以按相数分，也可以按线圈的数量分。
相数有单相以及三相其中三相又有细分；线圈数来分有双线和三线圈之分。
在运用电压互感器时，需要注意的地方有：
1．电压互感器的接线首先的最主要的要求就是正确，要可以使线路流通，正常工作。
并联一次绕组的电气设备和并联二次绕组的电气设备是不一样的，前者并联的是被测电路，而后者并联的是保护装置以及相关测量仪器，要想确保测量足够准确，那么不论是一次侧接线端子，还是二次侧接线端子，都必须对其极性进行注意。
2．接在电压互感器的负荷容量不能太高也不能太低，否则，如果互感器出现较大的错误，测量的准确性就无法保证了。
3二次侧一旦发生短路情况，由于阻值非常小，会导致电流变得非常大超过设备所能承受的极限，将烧毁设备。
所以需要采取措施来保证设备得安全，这里采用安装熔断器。
在资金允许或者环境允许的情况下，一次侧也应安装熔断器来保护高低压设备以及整个电气线路的可靠性。
4．首先必须要保证人在使用设备时的安全，不能出现问题，所以需要一个保护装置就是二次绕组需要有接地。
只有在接地后，就算系统中出现问题，或是绝缘损坏时，一方面是可以保证人的安全，另一方面也同时可以保护设备以及系统的安全。
6、电压互感器副边绝对不容许短路。
3.6.6高压开关柜的选择
作为一种金属封闭开关设备，开关柜会根据规划要求来将各类元件放到金属外壳中，这一金属外壳是封闭外壳。
如果对金属封闭开关设备进行分类，能够将其分为三类，首先是XGN型的箱式；其次是JYN型的间隔式；最后是KYN型的铠装式。
通过分析具体选择的设备以及一次主接线形式情况能够发现，此工厂选择的开关柜为型号为
型，而其真空断路器的额定开断电流以及电流分别为
、
。
其计量柜需要在安装隔离开关之后，和其真空断路器连锁，然后通过熔断器对电压、电流互感器进行保护，同时还需要将电压互感器安装到两类设备中，这两类设备首先是避雷器柜；其次是压变柜，这两类设备也需要受到熔断器保护。
另外需要在出线柜中安装三类设备，这两类设备首先是电流互感器；其次是真空断路器；最后是接地开关。
除上述要求外，各柜都必须安装一个带电显示器，此显示器的作用是对计量读数进行显示。
3.7低压出线的选择
通常所说的低压出线主要由立杆部分构成，首先是低压母线；其次是连接变压器，其中前者主要由两部分构成，这两部分一是低压母线；二是低压母线桥。
在选择低压出线时必须确保负载流高于计算电流。
当低压母线侧得到无功补偿后，按照具体发热条件来进行电缆截面的选择，此时低压母线负荷为：
Pc=619.506kw
Qc=385.966-120=265.966kvar
Sc=674.19kV·A
Ic=1024.33A
3.7.1低压母线桥的选择
在完成电流计算工作后，本文选择的电缆为VV型电缆，此电缆的绝缘铜芯材质为
级聚氯乙烯，
是它的截面，当敷设电缆时其载流量达到
。
3.7.2低压母线的选择
在完成电流计算工作后，本文选择的低压铜母线型号为
，当温度为
时它的载流量是
，当温度为
时它的载流量是
，当温度为
时它的载流量是
，当温度为
时它的载流量是
。
3.8变电所二次回路方案
3.8.1继电保护的选择要求
概括而言，继电保护装置必须具备四个条件，首先是足够可靠；其次是足够灵敏；接着是具备速动性；最后是具备选择性，其一般选择要求如下：
表7.1继电保护装置选择的一般要求
序号
一次系统情况
继电保护装置选择要求
1
6-10
kV高压线路
正常工作
相间短路保护
要想起保护作用，这里有个功能为相对的断路器可以分别断开，使得整个系统有接地
，不仅如此继电器其实本身也是个保护装置
2
有两种方法：
一种为定时限一种为反时限，两种保护
升级会员 