kV降压变电站电气设计

1、目录第一节前言 . 2 2第二节设计任务书 .3 3第三节设计说明书 . .7.7一、 负荷计算.7二、 无功功率补偿计算.10三、 变电所位置和形式选择.11四、 变电所主变压器台数和容量 . 12五、 变电所主接线选择 . 12六、 短路电流的计算.13七、 变电所一次设备的选择与校验 .15八、 变电所高、低压线路设计 . 19九、 变电所二次回路设计及继电保护的整定 .21十、防雷和接地装置设计 .24第四节 电气设计图 . .26.26一、变电所平面布置图 . 26二、厂区供电线路规划图 27三、变电所高压配电主接线图、 QQ28四、变电所低压配电主接线图、 29五、变电所变压器保护

2、二次回路图 .30.3232第五节 心得和体会 . .31.31第六节 附录参考文献第一节 前言课程设计是教案过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知 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关政策、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。本设计根据设计任务书可分为三大部分，第一部分为设计计算书，包括负荷计 算、无功功率及补偿计算、短路电流的计算、设备选择及校验计算、配电变压器保护 定值计算；第二部分为设计说明书，包括变电所位置和形式选择、变电所主接线设

3、计、变电所主变压器台数和容量、变电所一次设备的选择与校验、变电所高、低压线 路设计、变电所二次回路设计及继电保护的整定、防雷和接地装置设计；第三部分为 电气设计图，包括变电所平面布置图、厂区供电线路规划图、变电所高压 配电主接线图、变电所低压配电主接线图、变电所变压器保护二次回路 图。本设计基于本人掌握的供电知识基础，尚有正确和不完善的地方，敬请老师、同学指正！2009 年 10月第二节 设计任务一、原始资料1 1简况某地区新建工厂，设备情况如附表所示。经供电部门批准，距离该厂 15kM 的一 10kV 变电所专用线供电，该变电所的出口短路容量为 200MVA 。，地区气温为 38。 C,平均

4、气温为25。C，该厂区土壤电阻率为200Q/m2。2 2图 9 9 1111二、设计内容及要求1计算全厂的计算负荷，确定无功补偿容量及设备； 2确定该厂配电主接线，确定变电所母线至本厂线路导线路径、线型；4选择配电的主要设备 10kV 线路的导线，变压器，高、低压开关， 10kV 和0.4kV母线，CT, PT,低压出线等）5规划所选设备的保护配置，确定配电变压器的保护方式及动作值； 6配电装置的地网设计；三、设计成果1编写设计计算书，包括：1）计算全厂的计算负荷；3）短路电流计算；4）设备选择及校验计算；5 ）配电变压器保护定值计算。2编写设计说明书，包括： 1）该厂电源选择及主接线方案论证

5、：设计该厂主电路接线，论证所设计方案是 最佳方案 ；2）防雷和接地装置的确定5）配电装置的地网设计方案。3应完成的图纸：1）供电系统主接线； 2）总降压变电所电气平面布置图 3）配电地网配置图；4）配电室平面配置图 含基础断面图）；5）配电房至各车间线路图。为需要系数，为单相设备有功容量匚为车间计算视在功率第三节设计说明书、负荷计算厂区各用电车间的计算负荷，按照如下经验公式计算。1、三相类负荷计算公式：_I-递为计算有功，叫为需要系数，71为三相设备额定有功容量| 为计算无功，为功率因数角2、单相类负荷等效三相负荷计算公式：为等效三相计算有功, | 可为计算无功，为功率因数角3、用电车间计算负

6、荷计算公式：nri i为车间序号，j为车间内负荷类别数，目为车间计算有功负荷i为车间序号，j为车间内负荷类别数，三为车间计算无功负荷:x -目为车间计算负荷电流，勺为额定线电压4、计算各车间负荷0.9,满足要求。&年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量： 年无功电能耗电量： 结合本厂的情况，年负荷利用小时数为4800h，取年平均有功负荷系数，年平均无功负荷系数 。由此可得本厂：年有功耗电量：年无功耗电量：三、变电所位置和形式选择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），另

7、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，其设立位置参见厂区供电线缆规划图，内部布置形式参见变电所 平面布置图。四、变电所主变压器台数和容量1、变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时， 宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷 较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压 器。2、变电所主变压器容量选择。每台变压器的容量丨应同时满足以下两个条件：(1任一台变压

8、器单独运行时，宜满足：_B(2任一台变压器单独运行时，应满足：二，即满足全部一、二级负荷需求。代入数据可得：I =0.60.7)x 7219.33=4331.65053.5) 丙。另外，考虑到本厂的气象资料 年平均气温为 I )，所选变压器的实际容量:也满足使用要求，同时又考虑到未来 510年的负荷发展，初步取 丨=5000耐。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为 SC3系列箱型干式变压器。型号：SC10-5000/10，其主要技术指标如下表所示:额定电压/kV损耗/kW变压器型号额定容量/ Q咼压低压联结组型号空载负 载空载电流凶%短路阻抗凶%SC10-5000/10100010.50.

9、4Dyn112.45 7.451.36备注参考尺寸vmm):长：1760宽：1025高：1655 重量 kg) : 3410五、变电所主接线选择1、万案一高、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关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。2、方案二单母线分段带旁路。优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断所以:对用户供电。缺点：常用于

10、大型电厂和变电中枢，投资高。3、方案二高压采用单母线、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，采用三方案时虽经济性最佳，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一。根据所选的接线方式，画出主接线图，参见变电所高压电气主接线图。六、短路电流的计算本厂的供电系统简图如图 416.82A）架空线 系统按电源计），该 干线首段所装高压

11、断路器的断流容量为亠；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，如图1所示短路点图1计算短路点 下面采用标么制法进行短路电流计算：1、确定基准值取 _I ，_:，I2、计算短路电路中各主要元件的电抗标么值:忽略架空线至变电所的电缆电抗）1）电力系统的电抗标么值：_u2）架空线路的电抗标么值：查手册得II，因此:3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得:，因此:可绘得短路等效电路图如图2所示3、计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1）总电抗标么值：2）三相短路电流周期分量有效

12、值:3）其他三相短路电流:4）三相短路容量:4、计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量2）三相短路电流周期分量有效值:3）其他三相短路电流:4）三相短路容量:1）总电抗标么值:七、变电所一次设备的选择与校验1、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，高压侧采用天津市长城电器有限公司生产的JYN2-10Z型户内移开式交流金属封闭开关设备。此高压开关柜的型号：JYN2-10/4ZTTA明：4: 一次方案号；Z:真空断路器；T:弹簧操动；TA :干热带）。 其内部高压一次设备根据本厂需求选取，具体设备见变电所高压电气主接线图。初选设备：高压断路器：ZN24-10/12

13、50/20 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接地开关：JN-3-10/25母线型号：TMY-3 50 4）； TMY-3 80 10）+1 60 6）绝缘子型号：ZA-10Y抗弯强度：3.75kN户内支柱绝缘子）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，型号： YJV-3 50,无钢铠护套，缆芯最高工作温度一。2、变电所高压一次设备的校验根据高压一次设备的选择校验工程和条件，在据电压、电流、断流能力选择 设备的基础上，对所选的高压侧设备进行必需的动稳定校验和热稳定度校验。1）设备的动稳定校

14、验1 ）高压电器动稳定度校验校验条件:母线的弯曲力矩:母线的截面系数:母线在三相短路时的计算应力:由以上短路电流计算得二亠; 二亠I 。并查找所选设备的数据资料 比较得:高压断路器ZN24-10/1250/20网=50kA亠f，满足条件;电流互感器LZZQB6-10-0.5-200/5 I =79kA亠i ，满足条件;JN-3-10/25接地开关 1=63 kA一I，满足条件2）绝缘子动稳定度校验校验条件：母线采用平放在绝缘子上的方式，贝 其中=200mm ; J =900mm ），所以：凶=y 满足要求 ;二亠f 三相短路时所受的最大电动力：可得， =140MPa=，满足动稳定性要求。2）高

15、压设备的热稳定性校验1 ）高压电器热稳定性校验校验条件：查阅产品资料：高压断路器：匚=31.5kA,t=4s；电流互感器：匚=44.5kA ,t=1s ;接地开关：匚=25kA,t=4s。取足热稳定性要求。2）高压母线热稳定性校验二亠I ，将数据代入上式，经计算以上电器均满校验条件：A：詔=工.|查产品资料，得铜母线的C=171丨以| ，取允许的最小截面:母线的截面：A=50 4 =200 从而，|詡|,该母线满足热稳定性要求3）高压电缆的热稳定性校验 校验条件：A = a所选电缆 YJV-3 50的截面A=50 从而，三 ，该电缆满足热稳定性要 求。3、变电所低压一次设备的选择低压侧采用的也

16、是天津长城电器有限公司生产的GGD2型低压开关柜，所选择的主要低压一次设备参见附图四变电所低压电气主接线图。部分初选设备：低压断路器：NA1型智能万能断路器、TMS30型塑壳无飞弧智能断路器低压熔断器：NT系列电压互感器：JDZ1系列电流互感器：LMZJ1、LMZ1系列母线型号：TMY-3 80 10）+1 60 6）绝缘子型号：ZA-6Y抗弯强度：3.75kN户内支柱绝缘子）380kV母线的短路电流，三相短路时所受的最大电动母线的弯曲力矩:母线在三相短路时的计算应力:允许的最小截面:，从而，满足另外，无功补偿柜选用2个GCJ1-01型柜子，采用自动补偿，满足补偿要求。4、变电所低压一次设备的

17、校验由于根据低压一次设备的选择校验工程和条件进行的低压一次侧设备选择， 不需再对熔断器、刀开关、断路器进行校验。关于低压电流互感器、电压互感器、电 容器及母线、电缆、绝缘子等校验工程与高压侧相应电器相同，这里仅列出低压母线 的校验：380kV侧母线上母线动稳定性校验：校验条件：TMY母线材料的最大允许应力 =140MPa力为：= =|母线的截面系数:可得， =140MPa = _ ，满足动稳定性要求。380V侧母线热稳定性校验：校验条件：A 1 = 查产品资料，得铜母线的C=171 ，取。母线的截面：A=8010心=800热稳定性要求。八、变电所高、低压线路设计为了保证供电的安全、可靠、优质、

18、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件:发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。根据设计经验：一般10KV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条 件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电 压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。1、高压线路导线的选择架空进线后接了一段交联聚乙烯绝缘电力电缆YJV 8.7/10kV-3 300做引入线 直埋），高压主接线如附图三所示。高压侧计算电流 _I，所选电缆的允许载流量丨，满足发热条件2、低压线路导线的选择由于没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TN-C-S系统

19、；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用VV22型铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。其中导线 和电缆的截面选择满足条件：1） 相线截面的选择以满足发热条件即，I ;2） 中性线N线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足3）保护线PE线）的截面选择1)时，=2)0时，3)时,4）保护中性线PEN）的选择，取N线）与PE）的最大截面。 结合计算负荷，可得到由变电所到各个车间的低压电缆的型号为：额定载流序号车间名称（计算负荷电流Ii宀导线型号1热处理车间1471.84VV22-1KV-3 X630+1X800A/B/C相分别采用 联，

20、lal = 2X 880 = 根800回型号Ial630凹型号2根并 1760A； N相采用1 =1 X 1100= 1100A2铸工车间2328.84VV22-1KV-3 X630+1X800A/B/C相分别采用630 3型号3根并 联，lal = 3X 880= 2640A； N 相采用 1 根 800 EJ 型号 Ial = 1 X 1100= 1100A3焊接车间687.75VV22-1KV-3 X630+1X 150A/B/C相分别采用630勺 型号1根， lai = 1X 880= 880A ; N 相采用 1 根150 回 型号 lai = 1 X 350= 350A4金工车间1

21、128.05VV22-1KV-3 X400+1X 400A/B/C相分别采用400 3型号2根并 联，lal = 2X 650= 1300A; N 相采用 1 根 400 旦 型号 lai = 1 X 650= 650A5电镀车间447.41VV22-1KV-3 X300+1X 95A/B/C相分别采用300勺 型号1根， lai = 1X 560= 560A ; N 相采用 1 根95 冋 型号 lai = 1 X 260= 260A6喷漆车间3538.59VV22-1KV-3 X1000+1X 800A/B/C相分别采用1000回 型号3根并 联，lal = 3X 1300= 3900A

22、; N 相采用 2根 800 回 型号 lai = 2X 1100= 2200A7总装车间1851.03VV22-1KV-2 X800+1X800A/B/C相分别采用800 3型号2根并 联，lai = 2X 1100= 2200A ; N 相采用1 根 800 3 型号 lai = 1 X 1100= 1100A8锻轧车间742.43VV22-1KV-3 X630+1X 185A/B/C相分别采用630勺 型号1根， lai = 1X 880= 880A ; N 相采用 1 根185 回 型号 lai = 1 X 410= 410A9机修车间357.83VV22-1KV-3 X240+1X

23、95A/B/C相分别采用300 3型号1根， lai = 1X 480= 480A ; N 相采用 1 根95 回 型号 lai = 1 X 260= 260A10仓库93.65VV22-1KV-3 X35+1X 10A/B/C相分别采用35凹 型号1根，lai =1X 145= 145A; N 相采用 1 根 10 回 型号 lai = 1 X 65= 65A11办公楼741.7VV22-1KV-3 X630+1X185A/B/C相分别采用630 3型号1根， lai = 1X 880= 880A ; N 相采用 1 根185 回 型号 lai = 1 X 410= 410A12生活区108

24、1.16VV22-1KV-3 X400+1X 400A/B/C相分别采用400 3型号2根并 联，lal = 2X 650= 1300A ; N 相采用 1 根 400 冋 型号 lai = 1 X 650= 650A13配电房113.6VV22-1KV-3 X35+1X 10A/B/C相分别采用35 EJ型号1根，lai =1X 145= 145A ; N 相采用 1 根10 EJ 型号 lai = 1 X 65= 65A九、变电所二次回路设计及继电保护的整定1、二次回路方案选择1）二次回路电源选择二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。蓄电池组供电的直流操作电源带 有腐蚀性，并且有爆炸危

25、险；由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性 差。考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护 方便。这里采用交流操作电源。2）高压断路器的控制和信号回路高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备 的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。3）电测量仪表与绝缘监视装置这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装1） 10kV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。2）变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。3）电力变压器高压侧

26、：装设电流表和有功电能表各一只。4）380V的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。5）低压动力线路：装设电流表一只。4）电测量仪表与绝缘监视装置在二次回路中安装自动重合闸装置 ARD）机械一次重合式）、备用电源自动投 入装置APD ）。2、继电保护的整定继电保护要求具有 选择性，速动性，可靠性及灵敏性。由于本厂的高压线路 不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采 用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘 监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采 用

27、交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式变压器低压侧继电保护变电所内装有两台10/0.4 5000亠 的变压器。低压母线侧三相短路电流为，低压侧继电保护用电流互感器的变比为600/5A，继电器采用 GL-25/10 型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断故其动作电流：动作电流整定为15A。b过电流保护动作时限的整定由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的 定为|。10倍动作电流的动作时限整c电流速断保护速断电流倍数整定，故其速断电流为:，因此速断电流倍数整定为：电流倍数3过电流保护动作电流的整定:2)10KV侧继电保护在此选用GL-25/10型继电器。由以上

28、条件得计算数据：变压器一次侧过电流保 护的10倍动作时限整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路 首端的三相短路电流为2.614kA;变比为200/5A保护用电流互感器动作电流为9A。下面对高压母线处的过电流保护装置进行整定。 高压母线处继电保护用电流互感器变比为200/5A)1)整定E的动作电流：取I，II_I 故，根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为 7A。2)整定的动作时限：对丨的动作电流I的倍数，即:,由反时限过电流保护的动作时限的整定曲线确定也的实际动作时间:=0.6s。 “I的实际动作时间:，母线三相短路电流 反映到 中的电流:厂对厂的动作电流口|

29、的倍数，即：，所以，由10倍动作电流的动作时限曲线查得 E的动作时限:3)0.38KV侧低压断路器保护(a瞬时过流脱扣器动作电流整定：满足:对万能断路器取1.35;对塑壳断路器取22.5(b短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足取 1.2。(c长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足:取1.1(d过流脱扣器与被保护线路配合要求：满足:_I I :绝缘导线和电相短路电流 反映到也 中的电流另外还应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长个时间级差0.2s(0.4s,0.6s缆允许短时过负荷倍数(对瞬时和短延时过流脱扣器，一般取 4.5;对长延时过流脱扣器，取1.1

30、1.2。(e热脱扣器动作电流整定：满足：叵取1.1, 一般应通过实际运行进行检验。可根据以上整定要求，参考相关产品资料对低压侧的NA1和TMS30系列低压断路器进行整定，在此不详述。十、防雷和接地装置的确定1、防雷装置确定雷电引起的大气过电压会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。下面分 情况对防雷装置进行选择。2、直击雷的防治根据变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直击雷保护装置。在进线段的1km长度内进行直击雷保护。防直击雷的常用设备为避雷针。所选用的避 雷器：接闪器采用直径 E 的圆钢；引下线采用直径 F 的圆

31、钢；接地体采用三根 2.5m长的 一一0的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。3、雷电侵入波保护由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其保护非常重要。对变电所来说，雷电侵入波保护利用阀式避雷器以及与阀式避雷器相配合的进线保护段；为了其内部的变压器和电器设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器。4、接地装置确定接地装置为接地线和接地体的组合，结合本厂实际条件选择接地装置：交流电器设备可采用自然接地体，如建筑物的钢筋和金属管道。本厂的大接地体采用扁钢，经校验，截面选择为，厚度为尸。铜接地线截面选择：低压电器设备地面上的外露部分截面选择为 绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为 。所用的接地电阻选择

32、：查表得接地电阻应满足R 5，Re 120V/IE，根据经验公式： 其中：为同一电压的具有电联系的架空线线路总长度；为同一电压的具有电联系的电缆线路总长度，则=4.67 ，所以变电所的接地电阻应选为 5第四节图纸设计变电所平面布置图I低压配电室电容器室值班室A2A4A6A8A10A9A7A5A3A1高压配电室变电所平面布置图注：(1)图中导线型号含义，如VV22-1kV-3X2X 400+1X400，表示 VV22-1kV电缆型号，A/B/C 相分别用 2根截面 400平方毫米电缆并联，N相用一根截面400平方毫米电缆;(2)本图用 microsoft visio2003 绘制。KwHKvaH

33、 I申下A O C-如变电所高压配电主接线图A1A3A5A7A9#1进线隔离.PT柜#1进线柜#1计量柜#1主变出线母线联络柜fli:至邻厂进线至架空进线KWH丨KvaH |A2#2进线隔离 .PT柜A4#2进线柜A6A8A11#2计量柜#2主变出线母线断路器柜变电所高压配电主接线图cjj” (3w，四、变电所低压配电主接线图#B11受电柜B2#1补偿柜B3馈线柜B4馈线柜B5母线联络柜1-c| 0(-如 t-O#2变压器B6#2受电柜热处理车间焊接车间Y金工车间电镀车间铸工车间锻轧车间机修车间备用至电容器室B7#2补偿柜B8馈线柜B9馈线柜KA2如11A q-1如(1o cXC X 1 办公大楼总装