10kv变电所及低压配电系统的设计

目 录引言 2用户供电系统 3变电所负荷计算和无功补偿的计算 2负荷情况 2负荷统计全厂的用电设备统计如下表 2变电站的负荷计算 22.1.2负荷计算 2无功补偿的目的和方案 3无功补偿的计算及设备选择 3变电所变压器台数和容量的选择 5变压器的选择原则 5变压器类型的选择 5变压器台数的选择 5变压器容量的选择 6主接线方案的确定 7主接线的基本要求 7安全性 7可靠性 7灵活性 7经济性 7主接线的方案与分析 7电气主接线的确定与绘图 8短路电流的计算 11短路电流及其计算 11三相短路电流的计算 10变电所高压进线、一次设备和低压出线的选14用电单位总计算负荷 14高压进线的选择与校验 14架空线的选择 14电缆进线的选择 14变电所一次设备的选择 14高压断路器的选择 14高压隔离开关的选择 15高压熔断器的选择 15电流互感器的选择 15电压互感器的选择 16高压开关柜的选择 16低压出线的选择 17低压母线桥的选择 17低压母线的选择 17防雷保护与接地装置的设计 187.1架空线路的防雷措施 187.2变配电所的防雷措施.................................... 18变电所公共接地装置的设计 19接地电阻的要求 19接地装置 19变配电所配电装置的保护 20变电所二次回路方案 21继电保护的选择与整定 21继电保护的选择要求 21继电保护的装置选择与整定 21结论 26谢辞 27参考文献 281引言用户供电系统设备组成。按供电容量的不同，电力用户可分为大型、中型1000-10000kV·A、小型1000kV·A1.大型电力用户供电系统大型电力用户的用户供电系统，采用的外部电源进线供电电压等级为6-10kV220/380V35kV220/380V中型电力用户供电系统10kV10kV220/380V压供用电设备使用。高压配电所通常与某个车间变电所合建。小型电力用户供电系统10kV间变电所的降压变电所，容量特别小的小型电力用户可不设变电所，采用低压220/380V车间设备类别各机械组代号设备容量车间设备类别各机械组代号设备容量P/kVAeKdcos1#动力动力2#照明3#动力照明4#动力负荷情况本厂多数车间为三班制，最大负荷利用小时Tmax5000h12#3#380V220V。本厂的负荷统计参见下表1#车间：110m；2#车间：80m；3#车间：100m；4#车间：90m。1-1。供电部门对功率因数的要求值：10kVcos1#车间：110m；2#车间：80m；3#车间：100m；4#车间：90m。表1-1车间负荷情况No.11800.70.95No.2750.650.94No.3154.70.430.92No.435.20.20.5No.548.60.20.5No.61820.40.9No.71560.680.88No.81870.490.78No.9120.360.88No.101590.30.45No.111350.30.45No.1280.360.88No.131800.30.5No.141470.30.56No.15100.360.88变电站的负荷计算负荷计算按需要系数法计算各组负荷：有功功率 P=KdΣpei （2.1）无功功率 Q=Ptan （2.2）P2P2Q2上述三个公式中：ΣPei：每组设备容量之和，单位为kW；K：需要用系数；dcos:功率因数。总有功功率 P=KΣP （2.4）c ∑p c.i无功功率 Q=KΣQ （2.5）P2P2Q2C C视在功率 S=c

（2.6）式中：对于干线，可取K∑p

=0.85-0.95，K∑q

=0.90-0.97。对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取K∑p

=0.8-0.9，K∑q

=0.85-0.95。K=0.9-0.95，K

=0.93-0.97。∑p ∑无功补偿的目的和方案0.92根据现场的实际情况，拟定采用低压集中补偿方式进行无功补偿。无功补偿的计算及设备选择100kV·A要使功率因数提高，通常需装设人工补偿装置。最大负荷时的无功补偿容量QN·C

应为：

Q =Q Q'=P（tan-tan'） (2.7)N·C C C C器组数，使瞬时功率因数满足要求。提高功率因数的补偿装置有稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设的冲击负荷。4681012量后，就可根据选定的单相并联电容器容量qN·C

来确定电容器组数：nQ nN.CqN.C在用户供电系统中，无功补偿装置位置一般有三种安装方式：高压集中补偿补偿效果不如后两种补偿方式，但初投资较少，便于集因数的要求，所以在一些大中型企业中应用。低压集中补偿补偿效果较高压集中补偿方式好，特别是它能减少变压普遍。低压分散补偿补偿效果最好，应优先采用。但这种补偿方式总的投资率较低。本次设计采用低压集中补偿方式。PQS

取自低压母线侧的计算负荷，cos提高至0.92C C C

Pcos= =CS

619.506=0.85729.9Q=P（tan-tan'=619.506*Ctan(arccos0.85)-tan(arccos0.92)]=120kvarN·C CBSMJ0.4-20-3Q

=20kvarN·C补偿后的视在计算负荷S=

n N.C （2.9）q=12Nvar/20kvar=6 取n=6P2P2(Q Q2C C P

N·Ccos=

C=0.92SC变电所变压器台数和容量的选择变压器的选择原则计的一个主要前题。选择时必须遵照有关国家规范标准，因地制宜，结合实际情况，合理选择，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品，并优先选用技术先进的产品。变压器类型的选择变压器按相数分，有单相和三相两种。用户变电所一般采用三相变压器。变压器按调压方式分，有无载调压和有载调压两种。10kV配电变压器一般采用无载调压方式。户供电系统大多采用双绕组变压器。变压器按绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等。10kVYyn0Dyn11Dyn11TNTT变压器台数的选择变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确10kVGB50053－94变电所中单台变压器（0.4kV）备容量较大、负荷集中且运行合理时，可选用较大容量的变压器。变压器：寿命时，可设照明专用变压器；二、单台单相负荷较大时，宜设单相变压器；三、冲击性负荷较大，严重影响电能质量时，可设冲击负荷专用变压器。系统）的低压电网中，照明负荷应设专用变压器。由于本单位的用电设备负荷有二级负荷和三级负荷。根据设计规范GB50053－94的要求，宜装设两台变压器，选择台数为两台。变压器容量的选择

N·T

首先应保证在计算负荷SC

下变压器能长期可靠运行。以下两个条件：①满足总计算负荷70%的需要，即SN·T

≈0.7S； （3.1）C②SS（3.2）N C(I+II)条件①是考虑到两台变压器运行时，每台变压器各承受总计算负荷的50%，负载率约为0.7，此时变压器效率较高。而在事故情况下，一台变压器承受总计算负荷时，只过载40%，可继续运行一段时间。在此时间内，完全有可能调整生产，可切除三级负荷。条件②是考虑在事故情况下，一台变压器仍能保证一、二级负荷的供电。根据无功补偿后的计算负荷，S=674.19kV·AC即S ≥0.7*674.19=471.933kV·AN·T取变压器容量为500kV·A因此，选择S9-500/10 Dyn11型电力变压器。为油浸式、无载调压、双组变压器。表3.1主变压器的选择额定容量 联结组S/kV·AN500 Dyn11

△P/kWO1.03

△P/kWK4.95

空载电流I%O3

阻抗电压U%K4主接线方案的确定主接线的基本要求方面。安全性安全包括设备安全及人身安全。一次接线应符合国家标准有关技术规范的要求，正确选择电气设备及其监视、保护系统，考虑各种安全技术措施。可靠性程度因素有关。灵活性用最少的切换来适应各种不同的运行方式，适应负荷发展。经济性在满足上述技术要求的前提下，主接线方案应力求接线简化、投资省、占地少、运行费用低。采用的设备少，且应选用技术先进、经济适用的节能产品。总之，变电所通过合理的接线、紧凑的布置、简化所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全的运行，避免不必要的定期检修，达到降低投资的目的。主接线的方案与分析主接线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种。1．单母线接线配电装置；缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）小型变配电所，一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。2．单母线分段主接线

图4.1单母线不分段主接线图4.2单母线分段主接线单母线分段接线保留了单母线接线的优点，又在一定程度上克服了它的缺级负荷的供电等。电气主接线的确定与绘图单母线接线，而二次侧采用单母线分段接线。APD。4-3表4-3车间负荷计算表

计算负荷编号名称编号名称类别各机械组代号设备容量需要系数P/kWKedcos

Tan P Q30

S30I/A30/kW

/kvar

/kVANo.11800.70.95No.11800.70.950.3312641.6132.6201.5No.2750.650.940.3648.817.651.978.8No.3154.70.430.920.4366.528.672.3109.9No.435.20.20.51.737.012.214.021.3No.548.60.20.51.739.716.819.429.5-493.5---258116.6290.3441.1No.61820.40.90.4872.834.980.9122.9No.71560.680.880.5410657.3120.5183.0No.81870.490.780.8091.673.3117.5178.5No.9120.360.880.544.32.34.97.5-537274.7167.8321.9489.1No.101590.30.452.047.795.4106161.1No.111350.30.452.040.58190136.7No.1280.360.880.542.91.63.35.0-302---91.1178199.3302.8No.131800.30.51.735493.4108164.1No.141470.30.561.4844.165.278.8119.7No.15100.360.880.543.61.94.16.2-337---101.7160.5190.92901 工力车间 小计动铸 力造车 照间 明小计动力铆焊 照车 明间 小计动力电修 照车 明间 小计总计 全部线

1669.5 -

- -

622.9

1004.3

1525.8(380V侧)

取Kp

=0.90，Kq

=0.95 653 591.8 881.3 1339CAD4-4图4-4某车间变电所主接线电路图短路电流的计算短路电流及其计算供电系统应该正常的不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但是供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。规定值的大电流。从而影响与母线连接的电动机或其它设备的正常运行。计算方法采用标幺值法计算。进行计算的物理量，不是用具体单位的值，而是用其相对值表示，这种计算方法叫做标幺值法。标幺值的概念是：某量的标幺值= 该量的实值任意单位

（5.1）该量的标准值与实际值同单位所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度，用标幺值表示的物理量是没有单位的。供电系统中的元件包括电源、输电线路、变压器、电抗器和用户电力线3km35kV10kV250MV·A。图5.1短路电流计算图求10kV母线上K-1点短路和380V低压母线上K-2点短路电流和短路容量。S=250MV·Ak⑴．确定基准值：取S=100MV·A

=10.5kVd SI=

c1=100MV·A/（3*10.5kV）=5.50kAd1Z=d⑵．计算：

l2Sd

c1=(10.5kV)2/100MV·A=1.10X*=S/S=100MV·A/250MV·A=0.4d k②架空线路X*=XLS/U2=0.35Ω/km*3km*100MV·A=0.950 d c

.5kV)2③电力变压器X*=U%S

=4*100*103kV·A=8k

NT 100*500kV·A⑶．求K-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量：①总电抗标幺值X* =X*+X*=0.4+0.95=1.35∑(k-1) 1 2②三相短路电流周期分量有效值I(3)=

/X*

=5.50kA/1.35=4.07kAk-1 d1 ∑(k-1)③其他三相短路电流I”(3)=I

(3)=I

(3)=4.07kAk-1

∞k-1

k-1i(3)=2.55*4.07kA=10.38kAshI(3)=1.51*4.07kA=6.15kAsh④三相短路容量S(3)=S/X* =100MV·A/1.35=74.1MV·A·k-1 d ∑(k-1)K-2两台变压器并列运行：①总电抗标幺值X* =X*+X*+X*//X*=0.4+0.95+

8=5.35∑(k-2)

1 2 3 4 2②三相短路电流周期分量有效值I(3)=

/X*

=144.34kA/5.35=26.98kAk-2 d2 ∑(k-2)③其他三相短路电流在10/0.4KV变压器二次侧低压母线发生三相短路时，R∑

<1<X3

，可取k=1.6，因此：shI”(3)=I

(3)=I

(3)=26.98kAk-2

∞k-2

k-2i(3)=2.26*26.98kA=60.97kAshI(3)=1.31*26.98kA=35.34kAsh④三相短路容量S(3)=S/X* =100MV·A/5.35=18.69MV·Ak-2 d ∑(k-2)两台变压器分列运行：①总电抗标幺值X* =X*+X*+X*=0.4+0.95+8=9.35∑(k-2) 1 2 3②三相短路电流周期分量有效值I(3)=I

/X*

=144.34kA/9.35=15.44kAk-2 d2 ∑(k-2)③其他三相短路电流I

”(3)=I

(3)=I

(3)=15.44kAk-2

∞k-2

k-2i(3)=2.26*15.44kA=34.89kAshI(3)=1.31*15.44kA=20.23kA④三相短路容量S

sh(3)=S/X*

=100MV·A/9.35=10.7MV·Ak-2 d ∑(k-2)5.1三相短路电流计算结果总电抗

三相短路短路计算点 标幺值X*∑

三相短路电流/kAI(3) I”(3) I(3) ik ∞ sh

容量/MV·AI(3) S(3)sh kk-1

1.35

4.07

4.07

4.07

10.38

6.15

74.1变压器并列运行5.3526.9826.9826.9860.9735.3418.69k-2变压器分列运行9.3515.4415.4415.4434.8920.2310.7变电所高压进线、一次设备和低压出线的选择用电单位总计算负荷对于本单位而言，变电所变压器高压侧的计算负荷即是全厂及家属住宅区的总计算负荷，因此，不需要采用需要系数逐级计算法和全厂需要系数法进行计算。P=Pc

+△P=619.506+10.03=629.91kWTQ=Q+△Qc T

=285.966+51.36=317.33kvarS=705.33kV·AI=40.72A高压进线的选择与校验电力电缆的建设费用高于架空线路，具有美观、占地少，传输性能稳定、可靠性高等特点。距离传输，再由电缆线引入的接线方式。荷电流较小，一般先按短路热稳定条件选择导体截面，然后再校验发热条件。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110kV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LZZJ—10Q200/50.5/10P203电流互感器LZZJ—10Q200/50.2/0.2LZZJ—10Q100/50.5/10P204电压互感器JDZ10—10B10/0.10.2/0.2JDZ10—10B10/0.11.0/90V·A5熔断器XRNP3—10型熔断器6避雷器HY5WZ-12.7/45710kV开关柜KYN28A—12型高压固定式开关柜高压断路器的选择高压断路器除在正常情况下通断电路外，主要是在发生故障时，自动而快速的将故障切除，以保证设备的安全运行。常用的高压断路器有油断路器、六氟化硫断路器和真空断路器。高压隔离开关的选择高压隔离开关的作用：高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线进行电气隔离的设备。100010008+400C，户内产品环境温度不低-100C-300C+250C95%，月平均值不大于90%（有些产品要求空气相对湿度不大于85510、Ⅲ级（重污型污秽区。高压熔断器的选择高压熔断器是一种过流保护元件,由熔件与熔管组成。当过载或短路时，熔件熔断，达到切断故障保护设备的目的。电流越大，熔断时间越短。在选择熔件时，除保证在正常工作条件下（包括设备的起动）熔件不熔断外，还应该符合保护选择性的要求。电流互感器的选择而将二次绕组与仪表、继电器等的电流线圈串联，形成一个闭合回路，由于二次仪表、继电器等的电流线圈阻抗很小，所以电流互感器工作时二次回路5A①电流互感器在工作时其二次侧不得开路，二次侧不允许串接熔断器和开关；次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全。电流互感器的选择条件：额定电压大于或等于电网电压：U UIN N原边额定电压大于或等于长时最大工作电流:IIN

~1.5)I

ar.m二次侧总容量应不小于该精度等级所规定的额定容量:S S2N 2校验：内部动稳定按：2I K i1N am shI :电流互感器额定一次电流；1NK ：动稳定倍数外部动稳定按:(K Iam th

)2tI(2)2t ima电压互感器的选择电压互感器一次侧是并接在主接线高压侧，二次线圈与仪表和继电器电压线圈串联，一次侧匝数很多，阻抗很大，因而，它的接入对被测电路没有影响，二次线圈匝数少，阻抗小，而并接的仪表和继电器的线圈阻抗大，在正常运行时，电压互感器接近于空载运行。二次绕组的额定电压一般为100V。电压互感器的类型及接线按相数分单相、三相三芯和三相五芯柱式；按线圈数来分有双线圈和三线圈；实际中广泛应用三相三线五柱式（Y－Y）.电压互感器在使用中要注意以下几点：感器或影响一次电路正常运行；次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全；互感器绕组发热，并降低互感器的准确度。高压开关柜的选择装在一个封闭的金属外壳内的成套配电设备。KYNKGNJYNXGN置式，即手车装于开关柜中部。KYN28A—12630A、额定开断电流为40kA配接地开关。各柜均以带电显示器显示计量读数。低压出线的选择使其载流量大于计算电流。按发热条件选择电缆截面，低压母线侧无功补偿后的计算负荷P=619.506kwcQ=385.966-120=265.966kvarc低压母线桥的选择

S=674.19kV·AcI=1024.33Ac630mm20.6/1kVVV1113A，1024.33A。低压母线的选择TMY-80*625℃、30℃、35℃401480A、1390A、1300A、1200A，1024.33A。变配电所的防雷保护措施架空线路的防雷措施66kv架空线路上才全线架设。35kv的架空线路上，一般只进出变配电所的一段线路上装设。而10kv及以下的架空线路上一般不装设。提高线路本身的绝缘水平在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高10kv基本措施之一。利用三角形排列的顶线兼做防雷保护线对于中性点不接地系统的3—10kv装设自动重合闸装置线路上因雷击放电造成线路电弧短路时，会引起0.5s对一般用户不会有多大影响。个别绝缘薄弱地点加装避雷器对架空线路中个别绝缘薄弱地点，如跨式避雷器或保护间隙。变配电所的防雷措施装设接闪杆室外配电装置应装设接闪杆（避雷针）果变配电所在附近更高的建筑物上防雷措施的保护范围之内或变配电所本身为车间内型，，则可不必再考虑直击雷的保护。RE≤10Ω35kv15m。独立接闪杆及其引下线与变配电装置在空气中的水平间距不得小于5m3m。这些规定都是为了防止雷电过电压对变配电装置进行反击闪络。装设接闪线处于峡谷地区的变配电所，可利用接闪线（避雷线）35kv1—2km装设避雷器用来防止雷电侵入波对变配电所电气装置特别是对主变7-1高压架空线路的终端杆装设阀式避雷器（FV）或排气式避雷器（FE）。应与电缆头处的金属外皮相连接并且一同接地。每组高压母线上应装设阀式避雷器（FV）或金属氧化物避雷器（FMO）25【7】。3）3—10kvIT设击穿熔断器。35kv/0.4kv的高压侧均应装设阀式避雷器。变压器两侧的避雷器应与变压器中性点及其金属外壳一同接地。图7-1变配电所对高压侧雷电波侵入的防护接线图变电所公共接地装置的设计接地电阻的要求此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：RE≤4Ω所以，RE≤120V/IE＝120V/27A＝4.4Ω，式中IE＝10（80+35×25）/350＝27A，因此，该公共接地装置接地电阻RE≤4Ω。接地装置供电系统中电气设备的接地，可分为三大类。即ITTNTN-S;TN-C;TN-C-S110KV380/220V，220V采用人工接地线，接地线的截面大小一般不超过钢100mm2;铝35mm2；铜25mm2。2.5m、16（两排），5m，0.6m40mm×4mm25mm×4mm总的垂直接地体电阻为：Re Re(1)(1.16)式中，n为多根垂直接地体数目，η利用系数，有接地体数目、材料结构决定。查表0.65RE≤4Ω的接地电阻要求。变配电所配电装置的保护10kV架空进线采用双回路塔杆,有同时遭到雷击的可能,在确定避雷器与主变压器的最大电气距离时,应按一路考虑,而且在雷雨季节中应避免将其中的一路断变电所二次回路方案继电保护的选择与整定继电保护的选择要求表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相 采用去分流跳闸的反时限过电流保高压断路器采用手动或弹间 护，两相两继电器式接地，继电器6-10簧操作机构短 本身兼具有电流速断保护2kV高压线路路 采用定时限或反时限过电流保护，高压断路器采用电磁操动保 两相两继电器式接地，当动作时限机构或弹簧操作机护 大于0.5-0.7s时，加电流速断保护3在电缆线路较多时 单相接地保护4高压断路器采用手动或弹同序号1簧操动机构 相间短5高压断路器采用电磁操动 路保护同序号2机构或弹簧操动机构变压器低压侧中性线上66-10/0高压侧开装零序电流保护.4kV

关为断路低压侧 高压侧过电流保护改用7器89

统

器单相短路保护高压侧开关不限

两相三继电器式接线脱扣器的低压断路器低压侧三相装熔断器保护高压侧开关为断路器高压侧开关为断路器

过负荷保护气体继电器保护（瓦斯保护）继电保护的装置选择与整定继电保护的种类很多，但是就一般情况来说，它是由测量部分、逻辑部分、执行部分组成的，其原理图如下：定值调整

逻辑部分执行部分输出信号逻辑部分执行部分输入信号

测量部分定值值调图7.2继电保护装置的原理框图测量部分从被保护对象输入有关信号，再与给定的整定值相比较，决定保护是否动作。根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，最后确定保护应有的动作行为。由执行部分立即或延时发出报警信号或跳闸信号。1、过电流保护当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时就使断路器跳闸或给出报警信号的装置称为过电流保护装置，它有定时限和反时限两种。10kV可同时实现电流速断保护，但动作时间较麻烦，误差较大。35kV过电流保护装置的整定计算：灵敏度的校检。过电流保护装置动作电流整定KIset

relKe

L.

=1.2*300/0.95=378.9A （7.1）式中

rel

——可靠系数，取1.2～1.3；K 0.85～0.95；reI ——变压器可能出现的最大负荷电流；l.max过电流保护的灵敏系数的校验规程要求中性点不接地系统在最小运行方式时，保护区末断发生两相短路时，可考虑系数不应小于1.25～1.5，即:Klm2、电流速断保护

I2 d Idz

1.31.25~1.5过电流保护装置为了保证有选择性,其整定时限必须逐级增加△t秒，越靠利，为弥补此缺点，可以采用瞬时动作的电流速断保护配合使用。最大运行方式下发生短路的短路电流来整定。Iop速断保护继电器动作电流为：

kIkk

3

（7.3）Iopk

kkk k

Ik

（7.4）

A1.5～1.6。k

2k1 min

之比，//即k s

2k1 min op

（7.5）电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护，也称瞬时电流速断保护。对DL间继电器，即在起动用的电流继电器之后，直接接信号继电器和中间继电器，最后由中间继电器触头接通断路器的跳闸回路。K后，速断保护动作电流大于k被保护范围末端的最大短路电流，使保护装置不能保护全段线路而有一段死区，比较经济合理的。3、单相接地保护单相接地保护有零序电压保护和零序电流保护两种。4电力变压器的继电保护等。根据变压器的故障种类及不正常运行状态，变压器一般应装设下列保护装置：⑴电流速断保护或差动保护;⑵过电流保护;⑶中性点直接接地侧的单相接地保护;⑷过负荷保护;⑸瓦斯保护;⑹温度信号①过电流保护与电流速断保护kk其动作电流整定计算公式与线路过电流保护基本相同，公式kkI rel wI

（7.6