10kV变电所的设计.doc

吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第1章 绪论设计选题背景随着我国经济的快速增长，用电已成为制约我国经济发展的重要因素。为保证正常的供配电要求，各地都在兴建一系列的供配电装置。工厂的飞速发展给国家带来了具大的收益同时用电负荷也越来越大,特点是负荷容量大、用电设备多，在这选用10kV。所以本文针对变电所的特点，阐述了10kV变电所的设计思路、设计步骤，并进行了相关设备的计算和校验。并关键介绍了主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。所以在此熟悉变电所的设计要求和设计过程，对从事电力工程设计，故障分析和判断是非常有益的。第二章 系统总体方案设计2.1.1设计要求简介1、生产区：各车间、各用电设备均自行拟定，属二级负荷。2、生活区：空调、供水和照明用电等情况均自行拟定。3、就近电网：110kV；35 kV； 10 kV；可任选其一。4、确定各级的“计算负荷”，和各级“短路电流”、“冲击电流”。5、选好主接线（一次回路）的各级电气设备、装置。6、绘制主接线图（包括原理图、平面图）。7、有选择地设计（二次回路）-此项为突破性要求。1）继电保护。2）自动重合闸。3）备用电源的自动投入。第三章 负荷计算3.1三相用电设备组负荷计算的方法有功计算负荷（kW） 无功计算负荷（kvar） 视在负荷计算（kV·A） 计算电流（A） 3.2 计算负荷及无功功率补偿(1) 负荷计算 各厂房的负荷计算表2-1 电力负荷计算表编号厂房名称设备容量/kW需要系数功率因数有功功率/kW无功功率/kvar视在功率/kV·A计算电流/A1纺炼车间2000.350.67093.1116.7177.32原液车间照明1200.700.684111.7140212.73酸站照明3200.350.55112170.2203.6309.34排毒车间照明2200.500.8011082.5137.5208.95其他车间9500.200.65190222.3292.3441.16锅楼房照明300.600.601823.93045.6 (2) 无功功率补偿 由表2-1可知该厂380V一侧最大功率Pc=774.9kW，最大无功功率Qc=934.5kvar，最大视在功率Sc=1213.98kV·A，考虑到车间有12个，所以采用3个变电所，变电所1给1、2、3、11号厂房供电，变电所2给4、5、10号厂房供电，变电所3给6、7、8、9、12号厂房供电每个变电所选用的自愈式低压并联电力电容器，以下分别计算3个变电所的无功补偿方案。如表2-2所示:车间分配图表2-2 变电所1（电力负荷计算表）编号厂房名称设备容量/kW需要系数功率因数有功功率/kW无功功率/kvar视在功率/kV·A计算电流/A1纺炼车间2000.350.67093.1116.7177.32原液车间1200.700.684111.7140212.73锻造车间3200.350.55112170.2203.6309.311排毒机房400.300.6012162030.4故Pc1=278kW, Qc1=391kvar, 最大视在功率Sc1=497.8kV·A, 最大功率因数Cos= Pc1/ Sc1=0.558功率补偿容量：Qc=Pc1(tan1-tan2)=278tan(arccos0.558)-tan(arccos0.92)kvar=295.1kvar。故选择GCS-34型低压无功补偿柜（BCMJ-0.4-30-3A），所需安装的组数 n=Qc/qc=295.1/30=9.810。所需10组电容器柜数1台。视在功率因素Cos= Pc1/ Sc=278/292.5=0.95满足要求，所以选SC(B)- 10- 400KV·A电力变压器同理，可以求出：变电所2功率补偿容量：Qc=176.8 kvar。选择GCS-34型低压无功补偿柜（BCMJ-0.4-30-3A），所需6组电容器柜数1台，选SC(B)- 10- 400KV·A电力变压器。变电所3功率补偿容量：Qc=176.8 kvar。选择GCS-34型低压无功补偿柜（BCMJ-0.4-20-3A），所需8组电容器柜数1台，选SC(B)- 10- 250KV·A电力变压器。表2-3变电所1，变电所2，变电所3的补偿方案变电所无功补偿功率因数Pc/kWQc/kvarSc/kV·ASTS1补偿前0.558278391497.8无功补偿容量/300/补偿后0.9527891292.5STS 2补偿前0.704304.5307.6432.8无功补偿容量/180/补偿后0.92304.5127.6330.2STS 3补偿前0.63192.4235.9304.4无功补偿容量/160/补偿后0.93192.475.9203.8（3）全厂负荷计算STS1变压器的有功、无功功率损耗：PT10.01Sc=0.01292.5 kV·A =2.925 kV·A QT10.05Sc=0.05292.5kvar=14.625 kvarSTS2变压器的有功、无功功率损耗：PT20.01Sc=0.01330.2 kV·A =3.302 kV·A QT20.05Sc=0.05330.2 kvar=16.51 kvaSTS3变压器的有功、无功功率损耗：PT30.01Sc=0.01203.8 kV·A =2.038 kV·A QT30.05Sc=0.05203.8 kvar=10.19 kva总负荷：P=Pc1+Pc2+Pc3+ PT1+ PT2+ PT3 =278+304.5+192.4+2.925+3.302+2.038 =783.165 kV·AQ=Qc1+Qc2+Qc3+ QT1 +QT2+ QT3 =91+127.6+75.9+14.625+16.51+10.19=335.825 kva全厂功率因素：Cos=P/Q=783.165/852.130=0.92>0.9满足设计要求。3.3车间变电所的所址和型式由于工厂属于二级负荷，并且用10kV分段单母线作为电源，综合考虑以下几种因素后：1、便于维护与检查；2、便于进出线；3、保证运行安全；4、节约土地与建筑费用；5、适应发展要求。所以决定把配电所安在工厂平面图中的虚线框内，变电所1放在锻造车间的右上方，用1台10（1±5%）0.4kV Sc(B)10型400 kV·A变压器，变电所2放在金工车间的右上方，用1台10（1±5%）0.4kV Sc(B)10型400kV·A变压器，变电所3放在热处理车间的右上方，用1台10（1±5%）0.4kV Sc(B)10型250 kV·A变压器。厂区设计图第4章 短路电流计算4.1短路电流计算4.1.1.工厂总降压变35KV母线短路电流1.确定标幺值基准,2.计算各主要元件的电抗标幺值（1）系统电抗（取短路器）（2）35kV线路电抗3.求三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他三相短路电流电流值（4）三相短路容量4.1.2 10KV母线短路电流1.确定标幺值基准,2.计算各主要元件的电抗标幺值（1）系统电抗（取短路器）（2）35KV线路电抗（3）35kv/11kv电力变压器电抗3.求三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）求三相短路电流周期分量有效值（3）其他三相短路电流电流值（4）三相短路容量4.1.3 0.4kV母线短路电流1.确定标幺值基准,2.计算各主要元件的电抗标幺值（1）系统电抗（取短路器）（2）35kV线路电抗（3）35kV/11kV电力变压器电抗（4）10kV厂内架空线路电抗（给变电所供电）因这段10kV架空线路很短，电抗可不计,。（5）10/0.4kV电力变压器（1000kVA变压器）3.求三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）求三相短路电流周期分量有效值（3）其他三相短路电流电流值（4）三相短路容量 第5章 变电所的主线及高、低电气设备5.1 变电所主线选择5.1.1 110kV供电线路截面选择1.为保证供电的可靠性，选用两回110KV供电线路。2.用简化公式求变压器损耗3.每回110kV供电线路的计算负荷4.线路的功率损耗5.线路首端功率6.110kV线路电压降计算5.1.2 厂内10kV线路截面选择1.供电给变电所的10kV线路为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷变压器的损耗由于任务书中给出的最大负荷利用小时数为6400小时，查表可得：架空线的经济电流密度。所以可得经济截面可选用导线型号LGJ-50，其允许载流量为。相应参数为，。在按发热条件检验已知，温度修正系数为：由上式可知，所选导线符合长期发热条件。由于变电所紧邻35/11kV主变压器，10kV线路很短，其功率损耗可忽略不计。线路首端功率2.供电给变电所的10kV线路为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：变压器的损耗根据地理位置图及比例尺，得到此线路长度为。10kV线路很短功率损耗线路首端功率（1）先按经济电流密度选择导线经济截面由于任务书中给出的最大负荷利用小时数为6400小时，查表可得：架空线的经济电流密度。所以可得经济截面：选择标准截面，即选导线型号为LGJ-35。（2）复核电压降正常运行时：N=2 查表可知，LGJ-35导线的电阻 ；线路电抗取 ，根据负荷另供电距离为0.32公里，则符合要求故障情况运行时：考虑到一条回路故障切除，另一条回路能保证全部负荷供电符合要求 （3）复核发热条件查表得 LGJ-35允许载流量，按环境温度30度，查表得环境温度30度时的温度校正系数。因此满足发热条件。结论：经上述计算复核变电所决定采用10kV电压等级二回路LGJ-35导线接入。3.供电给变电所的10kV线路为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷变压器的功率损耗：线路很短功率损耗线路首端功率线路电压降计算（仅计算最长厂内线路电压降）合格（其余线路也合格）。（1）按经济电流密度选择导线经济截面由于任务书中给出的最大负荷利用小时数为4600小时，查表可得：架空线的经济电流密度。所以可得经济截面选择标准截面符合条件，但根据最小导线截面积的规定，应选导线型号为LGJ-35。（2）复核电压降正常运行时：N=2 查表得LGJ-35导线的电阻；线路电抗取 ，根据负荷另供电距离为0.64公里，则符合要求。故障情况运行时：考虑到一条回路故障切除，另一条回路能保证全部负荷供电符合要求。 （3）复核发热条件查表得LGJ-35允许载流量，按环境温度30度，查表得环境温度30度时的温度校正系数因此满足发热条件。结论：经上述计算复核变电所决定采用10KV电压等级二回路LGJ-35导线接入。5.2 变电所高、低电气设备选择根据上章短路电流计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况进行校验，总降压变电所主要高低压电气设备确定如下。5.2.1高压110kV侧设备选择表3 高压110kV侧设备选择计算数据高压断路器隔离开关电压互感器 电流互感器 避雷器5.2.2中压38.5kV侧设备选择 表4 中压38.5kV侧设备选择计算数据高压断路器 隔离开关电流互感器 备注采用GG-10-54高压开关柜5.2.3低压11 kV侧设备选择表5 低压11kV侧设备选择计算数据高压断路器 隔离开关电流互感器 备注采用BFC-0.5G-08低压开关柜第六章 电力变压器的继电保护6.1电力变压器的常见故障电力变压器是供电系统中的重要设备，它的故障将对供电的可靠性和用户的生产、生活产生严重的影响。因此必须根据变压器的容量和重要程度装设适当的保护装置。变压器故障一般分为内部故障和外部故障两种。变压器的内部故障主要有绕组的相间短路、绕组匝间短路和中性点直接接地侧的单相接地短路。内部故障是很危险的，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组绝缘，烧坏铁芯，还可能使绝缘材料和变压器油受热而产生大量的气体，甚至引起变压器油箱爆炸。变压器常见的外部故障时引出线绝缘套管的故障，可能导致引出线相间短路和单相接地短路。6.2电力变压器的保护1.过电流保护变压器的过电流保护的组成、原理与线路过电流保护的组成、原理完全相同，其动作电流整定计算公式与线路过电流保护基本相同。变压器过电流保护的灵敏度，按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路的高压侧穿越电流值来校验，要求Sp>1.5。2.电流速断保护按规定，如果变压器过电流保护的动作时间大于0.5S，应装设电流速断保护。变压器的电流速断保护的组成、原理与线路电流速断保护的组成、原理完全相同。变压器的电流速断保护的动作电流（速断电流）的整定计算公式与线路电流速断保护基本相同。变压器电流速断保护的灵敏度，按保护装置装设处（高压侧）在系统最小运行方式下发生两相短路的高压侧穿越电流值来校验，要求Sp>1.5。6-1-3该工厂变压器继电保护的计算1反时限过电流保护（1）整定动作电流变压器的最大负荷电流取Krel=1.3,Kre=0.8,Ki=150/5=30,故反时限过电流保护的动作电流为查表，选用GL-15/10型继电器，150/5A电流互感器，动作电流整定为7A。(2)检查灵敏度变压器低压母线两相短路电流反映到高压侧的电流值为反时限过电流的灵敏度为满足保护灵敏度要求。2电流速断保护（1）整定速断电流 变压器低压区母线三相短路电流反映到高压侧的电流值 电流速断保护的动作电流（速断电流）为因反时限过电流保护的Iop=7A,故速断电流倍数为(2)灵敏度的检查Ik.min取变压器高压侧的两相短路电流，即故电流速断保护灵敏度为满足灵敏度的要求。总结时光飞逝，两周的时间在不知不觉中已经悄然而过，回顾这两周的课程设计，在同学的热心帮助和老师的耐心指导下，我终于顺利的完成了课程设计。经过这两周的课程设计，我充分的了解到了变电所设计的诸多要求，明白了短路电流以及负荷的计算方法，全面的了解了供配电系统设备的选择，供电线路的选择以及各个供电所开关设备的选择等等，同时也让我领悟到了设计的严谨，不能有一丝一毫的误差，必须要全盘的考虑事物，有预见性的考虑到可能出现的问题以及解决的方案。例如：1.负荷计算中三相用电设备组负荷计算的方法，计算负荷及无功功率补偿，车间变电所的所址和型式。2.短路电流计算中工厂总降压变35KV母线短路电流、10KV母线短路电流、0.4kV母线短路电流。3.供配电系统设备选择中的变电所主线选择、变电所高、低电气设备选择等等。在以上的种种设计中培养了我考虑事物的全面性，让我能够在以后的各种设计中更好的去完成。虽然这次设计已经告一段落，但是这不是终点，而是一个全新的起点，在以后的新学期中，我相信我会以更加热情，积极的精神面貌来面对全新的课程设计，并且以更好的成果来证明我在这次课程设计中所获得的成长。致谢经过为期两周的时间，我终于圆满的完成了课程设计，在完成课程的过程中，我体会到了很多。在课程的设计过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的课程设计指导老师程凤芹老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行设计报告的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢！感谢这篇报告所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇报告的写作。感谢我的同学和朋友，在我写报告的过程中给予我了很多你问素材，还在报告的撰写和排版等过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写报告难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正。参考文献1 易泓可. 电气控制系统设计基础与范例. M. 北京： 机械工业出版社，20052 李亚峰，蒋白懿. 高层建筑给水排水工程. M.北京：化学工业出版社，20043 马小军. 建筑电气控制技术. M.北京：机械工业出版社，20034 朱林根. 注册电气工程师设计手册. M.北京：中国电力出版社，20055 张文明. 组态软件控制技术. M.北京：清华大学出版社，2006 第21页 共22页