供电工程课程设计

1、1 设计要求及概述1.1 设计要求(1) 在规定时间内完成以上设计内容；(2) 用计算机画出电气主接线图；(3) 编写设计说明书（计算书），设备选择要列出表格。1.2 概述随着电力行业的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供稳固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电所的合理设计和配置。一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。电能是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量储存的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界电力工业发展规律

2、，因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。变电所作为变电站作为电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。对其进行设计势在必行，合理的变电所不仅能充分地满足当地的供电需求，还能有效地减少投资和资源浪费。本次设计根据一般变电所设计的步骤进行设计，包括负荷统计，主变选择，主接线选择，短路电流计算，设备选择和校验，进出线选择。2 负荷计算与无功补偿2.1计算负荷方法取其安装最大负荷为有功功率计算负荷。所用到的公式：2.2陶瓷厂负荷计算同理可以计算出其他各点的计算负荷，整理得下表：序号负荷名称安装最大负荷pe/kw供电回

3、 路平均功率因数有功计算负荷pc/kw无功计算负荷qc/kvar视在计算负荷sc/kva计算电流ic/a线路长度km1陶瓷厂1051.320.821051.3733.91282.174.052益豪车厂242.110.80242.1181.6302.617.543电焊机厂359.810.65359.8420.7553.532.03.6 4强力砖厂570.520.79570.5442.8722.241.75 5特种钢厂120020.851200743.91411.881.54.7 6综合负荷124210.75242213.4322.718.63.3 7综合负荷2230.310.77230.3190

4、.8299.117.34.1 8综合负荷3118.510.81118.585.8146.38.43.9 9综合负荷4136.410.83136.491.7164.39.54.4 10综合负荷5240.910.8240.9180.7301.117.43.75 11综合负荷6214.610.85214.6133.0252.514.61.2 km2.3 总负荷计算（1）补偿前的负荷计算=+取同时系数 =k=k=sc=cos=ic=（2）确定无功补偿容量在10kv侧设置无功自动补偿，补偿后目标功率因数取0.9，无功补偿容量为： kvar由计算结果可确定选取4组容量为500 kvar的无功补偿柜。 (3

5、) 补偿后的视在计算负荷 满足要求。3 主变压器选择31 变压器选择原则 （1）主变容量和台数的选择，应根据电力系统设计技术规程sdj16185有关规定和审批的电力规划设计决定进行。凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的70%，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。若变电所所有其他能源可保证在主变停运后用户的一级负荷，则可装设一台主变压器。 （2）与电力系统连接的35110kv变压器，若不受运输条件限制，应选用三相变压器。 （3）根据电力负荷的发展及潮流的变化，结合系统短路电流、系统稳定、系统继电保护、对通信线路的影响、调压

6、和设备制造等条件允许时，应采用自耦变压器。 （4）在35110kv具有三种电压的变电所中，若通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。 （5）主变调压方式的选择，应符合电力系统设计技术规程sdj161的有关规定。32台数选择 （1） 对大城市郊区的一次变电所在中低压侧，构成环网的情况下，变电所应装设2台主变压器为宜。 （2） 对地区性孤立的一次性变电所，或大型工业专用变电所，在设计时应考虑，装设3台主变压器的可能性。 （3） 对于规划只装设2台主变压器的变电所，其变压器基础，应按大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展

7、时，更换变压器的容量。单台容量设计应按单台额定容量的70%85%计算。 综上所述，考虑到对负荷供电的可靠性，选择两台主变，正常时分列运行。33 容量选择（1）主变器容量一般按变电所建成5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期。10-20年的负荷发展（2）根据变电所所带负荷的性质，和电网结构，来确定主变压器的容量。（3）同等电压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。又确定两台主变的容量都为6300kva，此时变压器的负荷率为：此时变压器的效率也较高。34 型号选择在合理选择变压器时，首先应选择低损耗，低噪音的s9,s10,s11系列的变压器，不能选用高能耗的电力

8、变压器。应选是变压器的绕组耦合方式、相数、冷却方式，绕组数，绕组导线材质及调压方式。考虑到干式变压器防火性较油浸式好，适合安装在华北的较干旱的地区，适合选择s9-6300/35。型号空载损耗负载损耗空载电流阻抗电压外形尺/mmsz9-6300/35 8.06 36.30 1.2 7.03300*2420*3600sc9-100/100.45 1.46 1.6 4.035 变压器工作方式说明 主变压器选择两台型号为s9-6300/35的干式变压器，联接组标号为一年多1，电压比为（）、10.5，正常方式为分列运行以限制10kv 线路的短路电流。10kv线路上所用变为sc9-100/10 ,连接组别

9、为dyn11。4 电气主接线设计41 主接线基本要求1.可靠性 2.灵活性 3.经济性42 对变电所电气主接线的具体要求1、按变电所在电力系统的地位和作用选择。2、考虑变电所近期和远期的发展规划。3、按负荷性质和大小选择。4、按变电所主变压器台数和容量选择。5、当变电所中出现三级电压且低压侧负荷超过变压器额定容量15%时，通常采用三绕组变压器。6、电力系统中无功功率需要分层次分地区进行平衡，变电所中常需装设无功补偿装置。7、当母线电压变化比较大而且不能用增加无功补偿容量来调整电压时，为了保证电压质量，则采用有载调压变压器。8、如果不受运输条件的限制，变压器采用三相式，否则选用单相变压器。9、对

10、220kv及以上的联络变压器通常采用自耦变。10、各级电压的规划短路电流不能超过所采用断路器的额定开断容量。11、各级电压的架空线包括同一级电压的架空出线应尽量避免交叉。43 35kv侧接线设计本次设计有两路电源进线和两台主变，35kv侧可采用内桥接线，其特点是：电源线路投入和切除时操作方便，适用于负荷平稳电源切换极少的系统。44 10kv侧接线设计变压器二次侧采用分段单母线接线，配合35kv侧的内桥接线，是可靠性大大提高。45 主接线等效电路图综合以上，可以得出此次设计的主接线图如下：5 短路电流计算5.1确定基准值取 sd=1000mva, ud1=37kv, ud2=10.5kvid1=

11、sd/ud1=(1000/*37)=15.60kaid2=sd/ud2=(1000/*10.5)=54.99ka5.2电抗标幺值计算（1） 电力系统 最大运行方式x*a=1.679 x*b=0.3056（2）电力变压器uk%=7.5 pk=34.50kwx*1= x*2=11.90短路等效电路图：5.3 短路电流和容量计算短路点的确定：（1）总电抗标幺值 : =1.679（2）三相对称短路电流初始值ik=id1/=9.29ka（3)其他三相短路容量ik3=ib3=i3=9.29kaip3=2.55*9.29=23.69kaip3=1.51*9.29=14.03ka（4)三相短路容量sk=sk/

12、=595.59kva根据以上计算过程，分别计算出最大和最小运行方式下的短路电流，如下表：最大运行方式下的短路电流计算表电路元件短路计算点技术参数电抗标幺值三相短路电流三相短路容量(mva)sd=1000mvaik3/kaib3/kaik3/kaip3/kaip3/ka电力系统a1.679b0.3056k-1un=35kv id=15.60ka1.6799.299.299.2923.6914.03595.59k-2un=35kv id=15.60ka0.305651.0551.0551.05130.1877.093272.2变压器sr.t=6300kva uk%=7.511.90k-3un=10

13、kv id=54.99ka0.25960.2360.2360.23153.5990.953861.0k-4un=10kv id=54.99ka12.1594.524.524.5211.536.8382.24k-5un=10kv id=54.99ka6.218.868.868.8622.5913.38161.03最小运行方式下的短路电流计算表电路元件短路计算点技术参数电抗标幺值三相短路电流三相短路容量(mva)sd=1000mvaik3/kaib3/kaik3/kaip3/kaip3/ka电力系统a4.76b1.054k-1un=35kv id=15.60ka4.763.283.283.2822

14、.5913.38161.03k-2un=35kv id=15.60ka1.05414.814.814.837.7422.34948.77变压器sr.t=6300kva uk%=7.511.90k-3un=10kv id=54.99ka0.8618.1418.1418.1446.2527.391162.79k-4un=10kv id=54.99ka12.764.314.314.3110.996.5178.37k-5un=10kv id=54.99ka6.818.078.078.0720.5812.19123.926 电气设备选型与校验61高压开关柜此次选用中置式高压开关柜，中置式高压开关柜有明显

15、的优点：（1）手车的装卸在装卸车上进行，手车的推拉在轨道上进行，这样避免了地面质量对手车推进和拉出的影响；（2）手车的推拉是在门封闭的情况下进行的，给操作人员以安全感；（3）断路器中置后，下面留下宽大的空间，使安装电缆更加方便，还可安置电压互感器和避雷器，以充分利用空间。 10kv侧选择kyn28a-12型中置式高压开关柜，主开关配合性能优良的抽出式真空断路器。 35kv侧选择kyn61-40.5型中置式高压开关柜，主开关配合性能优良的抽出式真空断路器。62高压断路器结合上面的高压开关柜，高压断路器安装在开关内。查资料，10kv侧选用cv1-12型的户内高压真空断路器，配用弹簧操动机构。假设后

16、备保护动作时间为0.6s，k-4点处的高压断路器选择校验如下：项目装置地点的技术参数断路器的技术参数结论额定电压un=10kv , um=12kvur=12kvur=um,合格额定电流ir=1250airic,合格额定短路开断电流ib3=4.52kaib=25kaibib3,合格额定峰值耐受电流ip3=6.83kaimax=63kaimaxip3,合格额定短时耐受电流qt=4.52*4.52*0.65=13.27it2=25*25*4=2500it2qt 合 格 额定短路关合电流ip3=6.83kaim=63kaimip3,合格根据上述的计算方法，可求出此次要选用的高压断路器如下表型号额定电压

17、/kv绝缘水平电流/a额定开断电流/ka额定峰值耐受电流/ka1min工频耐压/kv雷电冲击/kvcv1系列12427512502563cv1系列1242756302563zn8540.542756302563zn8540.542751250256363电流互感器 配合前面的开关柜，电流互感器安装开关柜内，做保护测量用。10kv侧选用lzzbj12-10a型，35kv侧选用lzzqb8。假设后备保护动作时间为0.6s，k-4点处的电流互感器选择校验如下： 选择项目装置地点的技术数据互感器的技术参数结论额定电压un=10kv ur=10kvur=um,合格额定一次电流ir=800airic,合格

18、额定二次电流ib=5aibib3,合格准确级及容量测量/保护0.5/10p10/10p10imaxip3,合格额定动稳定电流ip3=11.53kaimax=112.5ka(最小)额定短路热电流ip3=6.83kaim=63kaimip3,合格额定短时耐受电流qt=4.52*4.52*0.65=13.27it2=25*25*4=2500it2qt 合 格 根据上述的计算方法，可求出此次要选用的电流互感器如下表： 电流互感器参数表型号额定电流比级组合额定短时热电流额定动稳定电流lzzbj12-10a75/50.5/10p102152.5lzzbj12-10a300/50.5/10p1050120l

19、zzbj12-10a150/50.5/10p1045112.5lzzqb8-35300/50.5/10p10/10p1031.580lzzbj12-10800/50.5/10p10/10p108016064高压熔断器高压熔断器应按正常工作条件选择，并应按环境条件校核，不需要校验动、热稳定性，但要校验开断能力。(1)额定电压 高压限流熔断器的工作电压要与其额定电压相等，不能使用在低于其额定电压的系统中。（2）额定电流保护电力变压器 考虑到变压器的正常过负荷电流，低压侧电动机自启动引起的尖峰电流等因素，并保证在变压器励磁涌流持续时间内不熔断，保护电力变压器的熔体额定电流ir按变压器一次侧额定电流i

20、r的1.52倍选择。保护电压互感器 由于电压互感器正常运行时相当于处于空载状态下的变压器，因此，保护电压互感器的熔体额定电流ir一般为0.5a或者1a，应能承受电压互感器励磁电流的冲击(3)额定最大开断电流额定最大开断电流应大雨安装地点（熔断器出线端子处）的最大三相对称短路电流初始值(4) 35kv侧熔断器的选择35kv侧选xrnp-35/0.5a 31.5ka 额定电压35kv，满足要求，断流容量1000mva，大于短路容量595.59mva，满足要求。最大开断电流31.5ka，大于短路冲击电流23.69ka，满足校验。(5) 10kv侧熔断器的选择10kv侧选择rn210/0.5型户内熔断

21、器，额定电压10kv，满足要求，断流容量1000mva，大于短路容量161.03mva，满足要求。最大开断电流50ka，大于短路冲击电流22.59ka，满足校验。6.5电压互感器电压互感器正常工作条件时，按一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确度等级、机械荷载条件选择。(1) 电压互感器选择原则 10kv配电装置一般采用油浸绝缘结构；在高压开关柜中，可采用树脂浇注绝缘结构。当需要零序电压时，一般采用三相五柱电压互感器。 35110kv配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。目前采用电容式电压互感器，实现无油化运行，减少电磁谐振。电压互感器额定电压选择表型式一次电压/v二次电压/v第三绕组

22、电压单相接于一次线电压上（如v/v接法）ul100中性点非直接接地系统100/3，100/接于一次相电压上/100/中性点直接接地系统100中性点直接接地系统100三相100100/3电压互感器的容量为二次绕组允许接入的负荷功率，以va表示每一个给定容量和一定的准确级相对应。 (2) 35kv侧电压互感器的选择选择jdzxf935型电压互感器，该系列电压互感器为全封闭环氧树脂浇注绝缘结构。额定电压比35/0.1/0.1/0.1，额定负载100va/150va/300va，准确级0.2/0.5/6p，适于在额定频率为50hz、额定电压35kv的户内电力系统中，做电压、电能测量及继电保护用。(3)

23、 10kv侧电压互感器选择jdzf1112型额定电压比，0.5级；该系列电压器为全封闭环氧树脂浇注绝缘结构，体积小、质量轻、局部放电量小，适用于额定频率50hz，额定电压3、6、12kv，供中性点非有效接地的户内电力系统做电压、电能测量机继电保护用。6.6 避雷器目前在新建或技术改造的变电所中，一般都选用氧化锌避雷器，作为电力变压器等电气设备的大气过电压、操作过电压及事故过电压的保护设备。氧化锌避雷器与阀型避雷器相比，具有残压低、无续流、通流容量大、性能稳定和动作迅速等优点。1. 35kv侧避雷器的选择 （1）按额定电压选择 35kv系统最高电压40.5kv，相对地电压为40.5/=23.4k

24、v，避雷器相对地电压为1.25u=1.2540.5=50.6kv，取避雷器额定电压为53kv。 （2）按持续运行电压选择 35kv系统相电压23.4kv,选择氧化锌避雷器持续运行电压40.5kv，此值大于23.4kv。 （3）标称放电电流的选择 35kv氧化锌避雷器标称放电电流选择5a。 （4）雷电冲击残压的选择 35kv额定雷电冲击外绝缘峰值耐受电压为185kv，内绝缘耐受电压为200kv，计算避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为 选择氧化锌避雷器雷电冲击电流下残压（峰值）为134kv。 （5）校核陡坡冲击电流下的残压 35kv变压器类设备的内绝缘截断雷电冲击耐受电压为220kv，计算陡坡

25、冲击电流下的残压为 选择陡坡冲击电流下残压（峰值）为154kv。 （6）操作冲击电流下的残压 35kv变压器线端操作波试验电压为170kv，计算变压器35kv侧操作冲击电流下的残压为 选择操作冲击电流下峰值残压为114kv。 （7）根据上述计算和校核，选择y5wz53/134型氧化锌避雷器能满足35kv侧变压器的过电压保护要求。2.10kv侧避雷器的选择 具体计算过程与上类似，选用y5ws517/50l型氧化锌避雷器。y5ws517/50l型氧化锌避雷器计算结果表计算结果y5ws517/50l持续运行电压（kv）1.3811.5=15.87额定电压(kv)17雷电冲击残压（kv）11.5/=6

26、.6持续运行电压（kv）8.6陡坡冲击残压（kv）53雷电冲击电流下残压峰值（kv）50操作冲击残压（kv）60.7陡坡冲击电流下残压峰值（kv）57.5持续运行电压（kv）1.3811.5=15.87操作冲击电流下残压峰值(kv)42.510kv氧化锌避雷器标称放电电流为5ka7 进出线的选择7.1 35kv侧高压进线电缆截面积的确定假设高压进线过电流保护动作时间为0.8s，断路器全开断时间为0.01s，线路全长允许电压损失为5% ，线路全长50km。(1) 先按短路热稳定条件选择电缆导体截面积 经查资料初选vjy26/35kv型电缆，其热稳定系数为 热稳定最小允许截面积为:a路：初选为b路

27、：初选为(2) 按发热条件进行校验 线路计算电流为：已知电缆直埋/穿管埋地0.8m，环境温度为时，查资料得：电缆载流量为189，实际载流量为：电缆截面积满足发热条件，所以b路肯定满足条件。(3)按电压损失条件进行校验查资料得： 所选电缆面积也满足电压损失要求。因此b路肯定满足条件。35kv侧进线最终选择如下：a路：b路：7.2 10kv侧高压出线电缆截面积的确定假设高压进线过电流保护动作时间为0.5s，断路器全开断时间为0.01s，线路全长允许电压损失为5% 。以特种钢厂出线电缆计算为例：先按短路热稳定条件选择电缆导体截面积 经查资料初选vjy8.7/10kv型电缆，其热稳定系数为 热稳定最小

28、允许截面积为:初选为(1) 按发热条件进行校验 线路计算电流为：已知电缆直埋/穿管埋地0.8m，环境温度为时，查资料得：电缆载流量为444，实际载流量为：(2) 按电压损失条件进行校验，查资料得： 所选电缆面积也满足电压损失要求。由于热稳定最小允许截面积为372.4mm2,所以其它出线也选择为：。7.3 35kv母线的选择 (1) 35kv的长期工作持续电流=35kv主母线一般选用矩形的硬母线，选择lmy1006立放矩形铝母线+40时长期允许电流为1155a，母线平放时乘以0.95，则允许电流为1097a，满足35kv主母线持续电流207.85a的要求。(2) 主母线动稳定校验35kv母线固定间距取l=2 000mm，相间距取a=300mm，母线短路冲击电流=23.96ka，计算母线受到的电动力，即 =65.85kgf645.89n计算母线受的弯曲力矩， 母线水平放置，截面为1006mm2，则b=6mm，h=100mm，计算截面系数，即 计算母线最大应力，即 小于规定的铝母线极限应力6860，满足动稳定要求。 (3)热稳定校验热稳定要求最小截面 选择lmy1006矩形母线截面大于热稳定要求最小截面68.60mm2，故满足要求。7.4 10kv母线的选择（1）10kv母线长期工作电流=7