课程设计之10kV变电所

1、下载可编辑目录前言 .1第一章课程设任务书 .21.1 设计目的 .21.2 设计容 .21.3 设计任务书 .2第二章设计说明书 .52.1车间变电所电压等级确定和主接线方案确定.52.2电力负荷计算 .62.3车间变电所变压器台数确定及额定容量的选择.82.4短路电流计算 .专业 .整理 .下载可编辑前言10kV 变配电所是电力系统的一个重要组成部分， 由电气设备及配电网络按一定的接线方式构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备。 变配电所涉及面很多，需要考虑的问题多， 需要分析变配电所担负的任务及用户负荷等情况， 利用计

2、算负荷确定无功功率补偿装置及补偿容量的大小。 同时进行各种变压器的选择， 从而确定变配电所的接线方式， 再进行短路电流的计算， 选择变配电所高低压电气设备及保护的配置。本车间变配电所的初步设计包括：1、无功功率的补偿2、主变压器的选择3、系统接线方式的选择4、短路电流的计算5、继电保护的选择与整定6、防雷与接地保护等容.专业 .整理 .下载可编辑第一章课程设计任务书1.1设计目的工厂供电课程设计是按教学计划安排在相关课程结束后进行的教学实践环节，以加强学生所学电气课程理论的运用， 培养学生综合运用所学知识， 解决问题及分析问题的能力。 培养学生初步的工程设计能力。 通过课程设计使学生初步掌握电

3、气工程设计的步骤及方法， 学会编写设计说明书， 并按国家标准绘制工程图样。工厂供电课程设计的任务是将电力系统输送来的电能， 经过合理输送变配电方式，输送给每一个用电设备上。以保证电气设备可以获得安全、可靠、高质量的电能，在设计中要遵循国家有关规程和规定。1.2设计容（1） 确定车间变电所的电压级别；（2） 采用需要系数法，计算单台设备支线、用电设备组干线和车间变电所低压母线和进线的计算负荷；（3） 计算补偿容量，选择电容器柜个数和电容器个数；（4） 确定车间变电所电气主接线；（5） 确定变电器的容量和台数；（6） 短路电流计算，计算出各短路点最大和最小短路电流值及短路容量；（7） 选择低压母线

4、并进行动、热稳定校验；（ 8） 绘制车间变电所的电气主接线图、车间配电系统图和配电平面图。1.3设计任务书1、设计题目某机械制造厂车间变电所及其低压配电系统设计。2、设计基础资料（1） 车间负荷全部为三级负荷，对供电可靠性要求不高。（2） 车间平面布置图如图 1-1 所示，车间用电设备明细表如表 1-1 所示，车间变电所低压转供负荷如表 1-2 所示。.专业 .整理 .下载可编辑图 1-1车间平面布置图表 1-1车间用电设备明细表设备序号 设备名称台数单台容量 效率功率因数启动倍数1普通车床C630110.1250.880.8162平面磨床M713017.60.880.826312普通车床 C

5、6C1104.60.90.81613，20砂轮机 S3SL-30021.50.920.826.514，15普通机床C61623.30.90.81616摇臂钻 Z3518.50.870.825.517，18圆柱立式钻床23.1250.890.83619吊车 5t110.20.820.654.521，22牛头刨床B6050240.870.82623，24立式铣床 X53T213.80.880.81425，26液压牛头刨床 B6902110.890.805.527立式钻床Z51210.60.910.826.528，33立式钻床Z53524.6250.900.80629，30箱式加热电阻炉 RJX-4

6、52450.971.032，35普通车床 CW61100223.70.880.82434龙门刨床B2016166.80.860.812.5.专业 .整理 .下载可编辑表 1-2车间变电所低压转供负荷转供负荷计算负荷转供距序号名称Pc/kWQc/kvarSc/kV · A30cos 离 /kmI /A回路322037.7457.340.851机械回路503058.3188.590.86加工21回路0.2二401542.7264.910.94WL43车间照明1201218.231.04合计13465148.93226.280.90回路341637.5857.100.90备件12回路0.1

7、库221526.6240.440.83WL52合计563164.0197.250.87回路752077.62117.930.971空压回路543664.9098.610.83320.15站WL6回路632266.73101.390.943合计19278207.24314.870.93回路16817.8927.180.891回路332541.4062.900.80锻压24回路0.2车间141117.8027.040.79WL73照明2002030.391.04合计834493.94142.730.88（3）二次母线短路容量 : =200MV·A，=150MV·A ；保护动作时

8、限 =1.2s ；电源进线 l=0.4km( 电缆 ) ；电压 :/=10/0.4kV ；最热日平均气温：地上 30 ，地下 28 ；车间最大负荷利用小时数 =4500h；土壤电阻率 p=100· m；自然接地电阻 =20；车间最大负荷时功率因数不得低于 0.9 ，供电贴费为 700 元 /(kV ·A)。.专业 .整理 .下载可编辑第二章设计说明书2.1车间变电所电压等级确定和主接线方案确定（一）车间变电所主接线方案确定（1）根据已知机械加工车间负荷均为三级负荷，对供电可靠性要求不高，因此可采用线路 - 变压器组接线方式。它优点是接线简单、使用设备少和建设投资省；其缺点是

9、供电可靠性差。 当供电线路， 变压器及其低压母线上发生短路或任何高压设备检修时， 全部负荷均要停止供电。 这种接线适用于三级负荷的变电所。为保证对少量二级负荷供电， 可在变压器低压侧引入其它变电所联络线作为备用电源。选择主接线方案如图 2-1 所示。图 2-1车间变电所主接线（2）车间变电所高压侧根据电源条件选定为 10kV，低压侧额定电压为 380V，因此选择降压变压器额定电压为 10/0.4kV 。（3）机加车间低压配电网络接线方式的选择，低压配电网络接线方式有放射式、树干式、环式和链式。 低压配电网络接线设计应满足用电设备对供电可靠性和电能质量的要求，同时应注意接线简单，操作安全方便，具

10、有一定的灵活性，适应性广和使用上变化及设备检修的需要，配电系统层次一般不超过三级。（4）根据 GB50052-1995供配电系统设计规的规定，由于机加车间的电动机容量不大又集中， 对供电可靠性要求不高， 因此低压配电网接线可采用树干式和链式接线。车间低压配电网络接线图如图 2-2 所示。.专业 .整理 .下载可编辑图 2-2车间低压配电网络接线图各配电箱所接电气设备如表2-1 所示。表 2-1配电箱及配电箱所接电气设备序号配电箱编号电气设备序号配电箱编号所接电气设备序号AL114,15,16,17,18AL55,7,8,9,10,11,12AL220,21,22AL613,27,28AL323

11、,24,34,35AL725,26AL41,2,3,4,6AL829,302.2电力负荷计算1、采用需用系数法对车间用电设备进行负荷计算（1）各支线负荷计算及熔断器和导线截面积选择查表1-1 ，知序号1 设备单位容量10.125kW，效率0. 88，功率因数cos0.81 ，启动倍数 K st6，则计算电流： =，启动电流： =621.58=129.48(A)1）选择支线熔断器。， =0.4 × 129.48=51.79(A),式中， I N FE 为熔体额定电流，K 为选择熔体的计算系数，轻载启动取0.250.4 。选 I N FE =60A，100A，查表 5-10 （工厂供电设

12、计指导P 80 ），选择 RT0-100/60 。2）选支线截面积。按允许载流量选择，根据I a1I 30 ，查表8-32 （工厂供电设.专业 .整理 .下载可编辑计指导 P 155），根据实际环境温度 =30，选 3 根单芯塑料导线穿钢管Sc15mm埋地敷设。当截面积 A=4,=30 时， =22A=21.58A，选择结果为 BLV-34-22A15mm （钢管直径）。同理选择出所有电动机支线的熔断器和导线截面积如表2-2 所示。表 2-2各支线负荷、熔断器、导线截面积选择结果设备单台计算启动熔断器导线允许钢管设备名称容量电流电流选择截面截流直径序号/kW/kA/ kA/A2量 /A/mm积

13、 A/mm1普通车床 C63010.125 21.5851.79100/60422152平面磨床 M71307.61638.450/402.516153普通车床 C6C14.69.5923.0250/302.516154砂轮机 S3SL-3001.53.027.8550/102.516155普通机床 C6163.36.8816.5150/202.516156摇臂钻 Z358.518.1039.8250/402.516157圆柱立式钻床3.1256.4315.4350/202.516158吊车 5t10.229.0839.2650/40629159牛头刨床 B605048.5220.4550/3

14、02.5161510立式铣床 X53T13.829.4147.06100/506291511液压牛头刨床1123.4751.64100/6042215B69012立式钻床 Z5120.61.223.1750/52.5161513立式钻床 Z5354.6259.7623.4250/302.5161514箱式加热电阻炉4570.4877.53100/80256515RJX-4515普通车床23.749.9079.84100/80165215CW6110016龙门刨床 B201666.8145.70 109.28200/1209514715（2）干线负荷计算及截面积选择。1）回路WL1 的负荷为 =

15、3.3 × 2+8.5+3.125 × 2+1.5+4 × 2+23.7+4.625+13.8 ×2+66.8+23.7=177.28(kW)回路 WL2的负荷为 =10.125+7.6+4.6 ×10+1.5+0.8+4.625=70.45(kW)回路 WL3的负荷为 =11×2+45×2=112(kW)机加车间用电设备从低压配电屏引出三个回路WL1、 WL2、WL3，各回路所接配电箱及用电设备如表2-3 和表 2-4 所示。表 2-3机加车间三个回路负荷计算结果车间回路配电箱序额定容需用系数号号设备序号量（ kW）.专业

16、 .整理 .下载可编辑AL114 15 16 17 18WL1AL220 21 22 32 33177.280.30.621.265AL323 24 34 35AL412346WL2AL5578910111270.450.20.611.299AL613 27 28WL3AL725 261120.30.621.265AL829 30表 2-4机加车间三个回路负荷计算结果车间回路号计算负荷（ kW）（kvar ）(kV ·A)(A)WL153.1867.2785.75130.28WL221.1427.4634.6552.65WL333.642.554.1882.32车间转供负荷计算结果如

17、表1-2 所示。2） 交联聚乙烯绝缘电缆具有优良的性能，优先选用。故采用 YJLV型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设， 由于地下温度 28 电缆载流量按0.9 校正。查表 8-37 （工厂供电设计指导 P 159 ），选择结果如表2-5 所示。保护线（ PE）截面积的选择：当 16 时，；当 16 16；当。表 2-5车间干线计算电流及导线截面积选择结果（YJLV 铝芯电缆）回路干线计算电流导线允许载流量导线截面积编号（A）(A)A（）WL1130.28164.73×50+1×25WL252.65115.23×25+1×25WL382.32115.23

18、×25+1×25WL4226.28274.53×120+1×70WL597.25115.23×25+1×25WL6314.87350.13×180+1×95WL7142.73164.73×50+1×252.3车间变电所变压器台数及额定容量的选择根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量，有下列两种方案：（1） 方案一：选一台主变压器，低压侧采用单母线，采用低压联络线作为备用电源。=630kV·A=579.94kV·A，查表 2-5( 工厂供电设计指导P29).专业 .整理 .

19、下载可编辑选择一台 S9-630/10/0.4-低损耗配电变压器， 技术数据如表 2-6 所示。（2） 方案二：选两台主变压器，暗备用，低压侧采用单母线分段主接线，有=（ 0.50.6 ）× 579.94= （289.97 347.96 ）kV·A，选择两台S9-315/10/0.4- 低损耗配电变压器，技术数据如表2-6 所示。表 2-6S9 型电力变压器技术数据额定容量空载损负载损空载电短路阻参考价连接组型号耗（ kW）耗（ kW）源 %抗 %（元 /（kV· A）别标号台）S9-630/10/06301.26.20.94.574 700.4S9-315/10

20、/03150.673.0651.1443 000.4表 2-7两种主接线方案的技术经济比较比较项目方案 1方案 2技供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求基本满足要求术供电质量一台主变，电压损耗大两台并列运行，电压损失小指灵活方便性一台主变，灵活性小两台主变，灵活性好标扩建适应性留有扩建余地小扩建适应性好查表 2-5 ，S9-630 单价 :7.47万元查表 2-5 ，S9-315 单价 :4.3 万元电力变压器查表 3-1 ，变压器的综合投资为其查表 3-1 ，变压器的综合投资为其的综合投资单价的2 倍，即 14.94万元单价的 2倍 ， 即17.2 万 元比方案1 多投资 2.2

21、6万元KYN-10 型柜每台单价按KYN-10 型柜每台单价按5 万元计，5 万元计，高压开关柜经高压开关柜采用 4台柜，查表 3-1高压开关柜采用 6 台柜，查表 3-1综合投资为设备价的 1.3 倍，即 5济的综合投资综合投资为设备价的1.3 倍，即 5指× 4× 1.3=26 万元× 6× 1.3=39 万元比方案1 多投资 13 万元标查表 3-2 ，主变压器和高压开关柜查表 3-2 ，主变压器和高压开关柜电力变压器的折旧和维修管理费用每年为：的折旧和维修管理费用每年为：和高压开关17.2 ×（ 0.05+0.06 ） =1.89 万元

22、14.94 ×（ 0.05+0.06） =1.64万元柜的年运行39×（ 0.06+0.06 ）=4.68 万元26×（ 0.06+0.06 ）=3.12 万元费用总计 6.57万元总计 4.76 万元比方案1 多投资 1.81万元续表比较项目方案 1方案 2经交给供电部按 700 元 /(kV · A) 计，贴费为按 700 元 /(kV · A) 计，贴费为济门的一次性0.07 × 630=44.1万元0.07 × 315× 2=44.1 万元指供电贴费两种方案供电贴费相等标.专业 .整理 .下载可编辑由上表分

23、析，技术指标方案2 优于方案 1，而经济指标方案1 优于方案 2。本题目对供电可靠性要求不高，采用方案1 比较合理。2.4短路电流计算短路电流计算目的是为了选择和校验车间变电所高、 低压电气设备及提供继电保护所需要的技术数据， 因此应计算在最大运行方式下和最小运行方式下的短路电流值。（1） 计算电路图如图2-3 所示。图 2-3供电系统计算电路图（2） 等值电路图如图2-4 所示。图 2-4供电系统等值电路图.专业 .整理 .下载可编辑（3） 计算各器件基准电抗标幺值。基准容量：，基准电压： ,基准电流： ,由已知：，电源阻：，由已知： l=0.4km,电缆进线阻抗： ,变压器： =7.143

24、（4） 计算 k1 点和 k2 点短路电流= 0.71351.015=5.42kA=0.54350.754=7.29kA =7.85657.874=18.33kA=7.68657.70418.73kA取高压冲击系数 =1.8 ，则 =18.56kA取低压冲击系数 =1.6 ，则 =42.38kA最大短路容量： =132.63 MV·A，=12.98 MV·A表 2-10短路电流计算结果短路点运行方式最大运行方式短路电流/kA7.2918.73最小运行方式短路电流/kA5.4218.33冲击电流 /kA18.5642.38最大短路容量 /MV· A132.6312.

25、982.5车间高低压电气设备选择1、选择母线截面积车间低压母线，可选 LMY型矩形硬铝母线，按经济电流密度选择。已知母线计算电流 =881.13A，由于年最大负荷利用小时数 =4500h，查表 8-26（工厂供电设计指导 P151）得经济电流密度 =1.73A/mm2，因此经济截面为=509mm2。查表 8-30（工厂供电设计指导 P154）选 LMY型硬铝母线 100× 8，竖放时 =1625A，平放时减少 8，则 =1495A，因此，符合要求。.专业 .整理 .下载可编辑（1）对母线作热稳定校验：，则热效应允许最小截面积为： =264 (C 为短路热稳定系数，查表 5-2 （工厂

26、供电设计指导 P66 ）得 C=87 A/), 因为 A=100×8264，所以热稳定合格。（2）对母线作动稳定校验：母线采用平放布置，根据低压配电屏结构尺寸确定a=0.25m，l=0.9m 。由 b=100mm,h=8mm,则 m=12.5,=1.39,查图 4-13 （工厂供电设计指导 P63 ），则导体形状系数 1.05 ，中间相（ b 相）受最大电动力 Fmax=1.73 =1174.5N计算应力。2、 10kV 进线电缆热稳定校验查表 5-2 （工厂供电设计指导 P66 ）得 10kV 交联聚乙烯绝缘电缆的热稳定系数 C=77A/) ，则，按热稳定要求重选交联聚乙烯绝缘电缆

27、， 允许载流量，符合要求，电缆不作动稳定校验。3、车间变电所高低压电气设备的选择表 2-11车间变电所进线侧和低压侧计算数据项目额定电计算电短路电短路容量冲击电热稳定 s压/kV流 A流 kA/MV· A流/kA进线1033.487.29132.6318.561.5=79.72侧低压0.38881.1318.7312.9842.381.5=526.2侧表 2-12车间变电所高压电气设备的选择额定电断流能额定断额定电压流动稳定度热稳定度型号力/流容量=10kV=33.48=18.56kA79.727.29kA132.63AMVA高压少油断路器106301640300高压隔离开关1020

28、025.5高压限流式熔断器100.5501000电压互感器10/0.1.专业 .整理 .下载可编辑JDZ-10电压互感器/JDZJ-10电流互感器10100/531.82LQJ-10避雷器 FS-10 或10FZ-10表 2-13车间低压干线断路器及低压刀开关的选择车间回路号计算电流 /A低压断路器型号低压刀开关型号WL1130.28DW15-200HD13-200WL252.65DW15-200HD13-200WL382.32DW15-200HD13-200WL4226.28DW15-400HD13-400WL597.25DW15-200HD13-200WL6314.87DW15-400HD

29、13-400WL7142.73DW15-200HD13-2004、高压开关柜的选择查<<工厂常用电气设备手册 >> P880，选用 KYN-10型金属铠装式开关柜，根据车间变电所主接线选择开关柜编号方案如图 2-5 所示。图 2-5车间变电所主接线选择开关柜编号方案表 2-14车间变电所主接线选择开关柜编号方案KYN-10高压开关004005018柜编号.专业 .整理 .下载可编辑开关柜用途电缆进电压测接车间数量量及保主变压右联络线护器型号SN10-10I 少油断111路器CD10I型操动机构111RN2-10/0.5 高压1熔断器FS2/FZ2型避雷器3JDZ型电压互

30、感器3LDJ型电流互感器233ZDJ型电压监视装1置JN-10 型接地开关1外形尺寸（宽 mm/800/16800/15800/1550/22000/22000/220800/1500/2200深 mm/高 mm）0005、低压配电屏的选择查<<工厂常用电气设备手册>> P960，选用 PGL-2 型低压开启式开关柜，根据车间变电所低压配电线路选择低压开关柜编号方案如图7 所示。查<<工厂常用电气设备手册 >> P754，选用 PGJ1型低压无功功率补偿屏，根据车间变电所低压配电线路选择低压补偿柜编号方案如图 2-6 所示。.专业 .整理 .下载

31、可编辑图 2-6低压配电线路选择低压开关柜及低压补偿柜编号方案表 2-15低压配电线路选择低压开关柜及低压补偿柜编号方案PGL2低压配电屏编号0325252525252525PGPGJ1J1用途电WLWLWLWLWLWLWL主辅补补缆1234567数量偿偿进馈馈馈馈馈馈馈型号屏屏线电电电电电电电13DW15-1500/3低压断路器1HD13-1500/30 型刀开关1LMZJ1-0.5 电流互感器3DZX10-600/3 低压断路器1111111HD-13-600/31 型刀开关1111111LMZ1-0.5 电流互感器1111111aM332A熔断器1818HD13-400/3 隔离开关11

32、LMZJ-200/5 电流互感器33CJ10-40/3 型接触器66BW0.4-14-3 型电容器666、动力配电箱的选择查<<工厂常用电气设备手册 >> P1165，选用 XF-10 型动力配电箱，根据车间变电所低压干线选择动力配电箱编号方案如图 2-7 所示。.专业 .整理 .下载可编辑图 2-7低压干线动力配电箱编号方案2.6变电所防雷保护及接地装置设计.专业 .整理 .下载可编辑1、直击雷保护在变电所屋顶装置避雷针或避雷带，并引出两根地线与变电所公共接地装置相连，由于变电所高压电气设备均在室，因此不必设置独立的避雷针。防雷引下线，应优先利用自然引下线，还可以利用

33、建筑物的钢柱、消防梯、金属烟囱作为自然引下线。 人工防雷引下线采用圆柱或扁钢，优先采用圆钢， 其截面积应满足规要求，引下线沿建筑物外墙敷设，并经最短路径接地，要求接地电阻为4。2、雷电侵入波的保护在 10kV 高压侧配电室装有 FS2/FZ2 型避雷器，引下线采用 25mm×4mm镀锌扁钢，下与公共接地网焊接，上与避雷器接地端螺栓连接。3、 变电所公共接地装置的设计 查表 9-6 （工厂供电设计指导P175 ）接地电阻应满足：1 ） 且 10；2） 4为车间变电所单相接地短路电流，即：=(+35)/350=1.3A ，则 =92.3 ，所以取 4。（2）已知土壤电阻率 =100

34、83; m，自然接地电阻 =20 , 接地体采用长L=2.5m，直径 =50mm的镀锌钢管，管距 5m垂直打入地下，管顶离地面 0.6m，管间用 40mm×4mm镀锌扁钢焊接相连。（3）单根垂直接地体电阻估算， =40，已知自然接地体电阻 =20，则需人工接地体电阻 = ·)/(-)=5 。查表 9-11 （工厂供电设计指导 P177），=2，则 0.66 ，则所需接地体个数 n=12.1, 取 n=14 根。校验复合电阻：R=/n =4.33=(R ·)/(R+)=3.56<4，即符合要求。4、变电所接地装置布置图如图2-8 所示。.专业 .整理 .下载可

35、编辑图 2-8变电所接地装置布置图2.7车间变电所继电保护装置1、断路器控制和信号回路设计，采用灯光监视的断路器控制信号回路接线。2、变电所测量及计量仪表，10kV 变电所计量仪表的装设如表2-16 所示。表 2-1610kV 变电所计量仪表的装设线路装设的表计数量有功功率有功电能无功电能名称电流表电压表表表表10kV 进线11110kV 母线（每段）410kV 联络线11210kV 出线111变压器高压侧111变压器低压侧31低压母线（每段）1出线（ >100A）113、中央信号装置在变电所控制或值班室一般装设中央信号装置，由事故信号和预告信号组成。.专业 .整理 .下载可编辑车间变电所中央信号装置一般采用重复动作的信号装置。若变电所