高压供配电系统设计案例

高压供配电系统设计案例第一页，共54页。高压供配电系统的电气设计案例

设计过程：

1.设计基础资料分析负荷类型、电源选择

2.系统计算负荷及无功功率补偿（1）负荷计算的内容（2）负荷计算的结果（3）无功功率补偿的计算（4）无功功率的人工补偿装

第二页，共54页。高压供配电系统的电气设计案例

3.变配电所主变压器及主接线方案的选择

（1）变配电所位置的选择（2）变电所主变压器选型（3）变电所主变压器台数、容量的选择（4）变配电所主接线方案的选择第三页，共54页。高压供配电系统的电气设计案例

4.短路电流计算

（1）用标幺值法进行短路计算的方法（2）短路电流的计算过程与结果。目的：为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。

5.变电所电气设备的选择6.继电保护设计

7.防雷保护与接地装置的设计第四页，共54页。

以某机械厂高压供配电系统的电气设计为例，介绍有关电气设计步骤。某工厂高压供配电系统的电气设计案例1设计基础资料1.全厂用电设备情况

（1）

负荷大小全厂设备台数、设备容量及设计负荷见表3.6。第五页，共54页。某工厂高压供配电系统的电气设计案例第六页，共54页。

（2）负荷类型本厂除空压站、煤气站部分设备为二级负荷外，其余的为三级负荷。

（3）工厂实行两班制全年工厂工作小时数为4500h，最大负荷利用小时数：Tmax=4000h。年耗电量约115×105kW·h（有效生产时间为10个月）。第七页，共54页。2.电源情况(1)工作电源工厂东北方向6km处有一地区降压变电所，用一台110/35/10kV、25MV·A的三绕组变压器作为工厂的工作电源，允许使用35kV或10kV两种电压中的一种，以一回路架空线向工厂供电。35kV侧系统的最大三相短路容量为1000MV·A，最小三相短路容量为500MV·A。第八页，共54页。(2)备用电源工厂正北方向由其他工厂引入10kV电缆作为本厂备用电源，平时不允许投入，只有在本厂的工作电源发生故障或检修停电时提供照明和部分重要负荷用电，输送容量不得超过1000kV·A。第九页，共54页。

3.功率因数

供电部门对功率因数的要求为：当以35kV供电时，cosφ≥0.9；当以10kV供电时，cosφ≥0.95。

4.供电部门施行两部电价制①基本电价：按变压器安装容量每1kV·A以6元/月计费；②电度电价β：供电电压为35kV，β=0.30元/（kW·h）；供电电压为10kV时，β=0.37元/（kW·h）。第十页，共54页。5附加投资线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按1000元/kW计算。6其他基础投资①全厂总平面布线图；②全厂管理系统图；③车间环境的说明及建筑条件的要求；

④车间工艺装备的用电安装容量及负荷类型；⑤气象及地质资料。第十一页，共54页。1.供电电压的选择

由于地区变电所仅能提供35kV或10kV中的一种电压，对装两种电压的优缺点扼要分析如下:

方案一：采用35kV电压供电的特点①供电电压较高，线路的功率损耗及电能损耗小，年运行费用较低；②电压损失小，调压问题容易解决；③对cosφ的要求较低，可以减少提高功率因数补偿设备的投资；2高压供配电系统的电气设计第十二页，共54页。

④需建设总降压配电所，工厂供电设备便于集中控制管理，易于实现自动化，但要多占一定的土地面积；⑤根据运行统计数据，35kV架空线路的故障率比10kV架空线路的故障率低一半，因而供电可靠性高；⑥有利于工厂进一步扩展。第十三页，共54页。

方案二：采用10kV电压供电的特点①不需投资建设总降压变电所，所以少占土地面积；②工厂内不装设主变压器，可简化接线，便于运行操作；③减轻维护工作量，减少管理人员；④供电电压较35kV低，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也会增大；⑤要求的cosφ值高，要增加补偿设备的投资；⑥线路的故障率比35kV的高，即供电可靠性不如35kV。第十四页，共54页。2.经济技术指标的比较

方案一：正常运行时以35kV单回路架空线路供电，由邻厂10kV电缆线路作为备用电源。根据全厂计算负荷计算情况，S30=4485kV·A，且只有少数负荷为二级负荷，大多数为三级负荷，故拟厂内总降压变电所装设一台容量为5000kV·A的变压器，型号为SJL1－5000/35型，电压为35/10kV，查产品样本，其有关技术参数为：ΔP0=6.9kW,ΔPK=45kW,UK%=7,I0%=1.1,变压器的功率损耗为：第十五页，共54页。

有功功率损耗ΔPT≈ΔP0+ΔPK(S30/SN)2

=6.9+45×(4485/5000)2=43.1(kW)无功功率损耗

ΔQT≈ΔQ0+ΔQN(S30/SN)2=336.6(kvar)35kV线路功率等于全厂计算负荷与变压器损耗之和。第十六页，共54页。

P30′=P30+ΔPT=4087+43.1=4130.1(kW)Q30′=Q30+ΔQT=1995.6(kvar)S30′=√（P′230+Q′230）=4587(kvar)cosφ′=P30′/S30′=4130.1/4587=0.90I30′=S30′/(√3UN)=75.67(A)考虑到本厂负荷的增长是逐渐的，为了节约有色金属的消耗量，按允许发热条件选择导线截面，而未采用经济电流密度选择导线截面。第十七页，共54页。查有关手册或新产品样本，选择钢芯铝绞线LGJ－35，其允许电流为170A>I30′=75.67A,满足要求。该导线单位长度电阻R0=0.85Ω/km,单位长度电抗X0=0.36Ω/km。查有关设计手册，经过计算，35kV供电的投资费用Z1见表3.7，年运行费用F1见表3.8。第十八页，共54页。第十九页，共54页。第二十页，共54页。

方案二：采用10kV电压供电，厂内不设总降压变电所，即不装设变压器，故无变压器损耗问题。此时，10kV架空线路计算电流为I30′=S30/(√3UN)=258.36(A)而cosφ′=P30′/S30′=4087/4475=0.913＜0.95不符合要求。为使两个方案在同一基础上进行比较，也按允许发热条件选择导线截面。选择LGJ-70钢芯铝绞线，其允许载流量为275A，R0=0.46Ω/km,X0=0.365Ω/km。第二十一页，共54页。10kV线路电压损失为（线路长度l=6km）ΔU=(P30lR0+Q30lX0)/UN=(4087×6×0.46+1659×6×0.365)/10=1491.3(V)ΔU%=ΔU/UN×100=1491.3/(10×103)×100=14.9%＞5%不符合要求。10kV供电的投资费用Z2见表3.9，年运行费用F2见表3.10。第二十二页，共54页。第二十三页，共54页。

在上述各表中，变压器全年空载工作时间为8760h；最大负荷利用小时Tmax=4000h;最大负荷损耗小时τ可由Tmax=4500h和cosφ=0.9，查有关手册中τ－Tmax关系曲线，得出τ=2300h;β为电度电价［35kV时,β=0.3元/（kW·h）；10kV时，β=0.37元/(kW·h)］。第二十四页，共54页。

由上述分析计算可知，方案一较方案二的投资费用及年运行费用均少，而且方案二以10kV的电压供电，电压损失达到了极严重的程度，无法满足二级负荷长期正常运行的要求。因此，选择方案一，即采用35kV电压供电，建设厂内总降压变电所，不论从经济上还是从技术上来看，都是合理的。第二十五页，共54页。3.总降压变电所的电气设计

根据前面已确定的供电方案，结合本厂厂区平面示意图，考虑到总降压变电所尽量接近负荷中心，且远离人员集中区，不影响厂区面积的利用，有利于安全等因素，拟将总降压变电所设在厂区东北部。根据运行需要，对总降压变电所提出以下要求：第二十六页，共54页。

（1）总降压变电所装设一台5000kV·A、35/10kV的降压变压器，与35kV架空线路接成线路——变压器组。为便于检修、运行、控制和管理，在变压器高压侧进线处应设置高压断路器。

（2）根据规定，备用电源只有在主电源线路解列及变压器有故障或检修时才允许投入，因此，备用10kV电源进线断路器在正常工作时必须断开。第二十七页，共54页。

（3）变压器二次（10kV）设置少油断路器，与10kV备用电源进线断路器组成备用电源自动投入装置（APD）。当工作电源失去电压时，备用电源立即自动投入。

（4）变压器二次10kV母线采用单母线分段。变压器二次侧10kV接在分段Ⅰ上，而10kV备用电源接在分段Ⅱ上。单母线分段联络开关在正常工作时闭合，重要二级负荷可接在母线分段Ⅱ上。在主电源停止供电时，不至于使重要负荷的供电受到影响。第二十八页，共54页。

（5）本总降压变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。当主电源停电时，操作电源不至于停电。根据以上要求设计总降压变电所的主接线如图3.17所示。第二十九页，共54页。第三十页，共54页。第三十一页，共54页。4.短路电流计算

短路电流按系统正常方式计算，其计算电路图如图3.18所示。按照短路电流的计算方法进行计算，结果如表3.11所示。第三十二页，共54页。第三十三页，共54页。第三十四页，共54页。5.电气设备选择

根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况校验确定的总降压变电所高、低压电气设备如下:

(1)主变压器35kV侧电气设备如表3.12所示。第三十五页，共54页。第三十六页，共54页。

（2）主变压器10kV侧设备（主变压器低压侧及备用电源进线）如表3.13所示。该设备分别组装在两套高压开关柜GG－1A（F）中。其中10kV母线按经济电流密度选为LMY3（50×5）铝母线，其允许电流740A大于10kV侧计算电流288.7A，动稳定和热稳定均满足要求。

（3）10kV馈电线路设备选择。以到一车间的馈电线路为例，10kV馈电线路设备如表3.14所示。第三十七页，共54页。

第三十八页，共54页。6.车间变电所位置和变压器数量、容量的选择

车间变电所的位置、变压器数量和容量可根据厂区平面布置图提供的车间分布情况和车间负荷的中心位置、负荷性质、负荷大小等，结合各项选择原则，与工艺、土建有关方面协商确定。本厂拟设定六个车间变电所，每个车间变电所装设一台变压器，变压器容量见表3.15。第三十九页，共54页。第四十页，共54页。7.厂区高压配电线路的计算

为便于管理，实现集中控制，尽量提高用户用电的可靠性，在本总降压变电所馈电线路不多的前提条件下，首先考虑采用放射式配电方式。由于厂区面积不大，各车间变电所与总降压变电所距离较近，厂区高压配电网采用直埋电缆线路。第四十一页，共54页。

由于线路很短，电缆截面按发热条件进行选择，然后进行热稳定度校验。以一车间变电所T1为例，选择电缆截面。根据表3.6提供的一车间视在计算功率S30(1)=504kV·A，其10kV的计算电流为I30(1)=S30(1)/(√3UN)=504/(√3×10)≈29.1(A)查有关产品样本或设计手册，考虑到为今后发展留有余地，选用ZLQ20－3×25型铝芯纸绝缘铝包钢带铠装电力电缆，在UN=10kV时，其允许电流值为80A，大于计算电流值，合格。第四十二页，共54页。

因厂区不大，线路很短，线路末端短路电流与始端短路电流相差无几，因此接10kV母线上短路时（k-2点）的短路电流进行校验,得Smin=I∞/c√tima=3.32×103/87×√0.7=18.7mm2<25mm2合格其他线路的电缆截面选择类似，其计算结果如表3.16。第四十三页，共54页。第四十四页，共54页。8.配电装置设计（1）户内配电装置

由于10kV电气设备采用成套的高压开关柜，因此户内配电装置比较简单，由供电系统主接线图（图3.17）可知，10kV配电室内共有高压开关柜11个（其中2个为备用），其布置示意图如图3.19所示。此外,配电室附近还设有控制室、值班室等。第四十五页，共54页。（2）户外配电装置

35kV变压器及其他电气设备