10KV变电所配电系统设计概述

10KV变电所配电系统设计概述10KV变电所及其配电系统的设计

第1章绪论

1.1工厂变配电所的设计

1.1.1用户供电系统

电力用户供电系统由外部电源进线、用户变配电所、凹凸压配电线路和用电设备组成。按供电容量的不同，电力用户可分为大型（10000kV·A以上）、中型（1000-10000kV·A）、小型（1000kV·A及以下）

1.大型电力用户供电系统

大型电力用户的用户供电系统，采纳的外部电源进线供电电压等级为35kV及以上，一般需要经用户总降压变电所和车间变电所两级变压。总降压变电所将进线电压降为6-10kV的内部高压配电电压，然后经高压配电线路引至各个车间变电所，车间变电所再将电压变为220/380V的低电压供用电设备使用。

某些厂区环境和设备条件许可的大型电力用户也有采纳所谓“高压深化负荷中心”的供电方式，即35kV的进线电压直接一次降为220/380V的低压配电电压。

2.中型电力用户一般采纳10kV的外部电源进线供电电压，经高压配电所和10kV用户内部高压配电线路馈电给各车间变电所，车间变电所再将电压变换成220/380V的低电压供用电设备使用。高压配电所通常与某个车间变电所合建。

3.小型电力用户供电系统

一般小型电力用户也用10kV外部电源进线电压，通常只设有一个相当于车间变电所的降压变电所，容量特殊小的小型电力用户可不设变电所，采纳低压220/380V直接进线。

1.1.2工厂变配电所的设计原则

1.必需遵守国家的有关规程和标准，执行国家的有关方针政策，包括节省能源、节

约有色金属等技术经济政策。

2.应做到保障人身和设备平安、供电牢靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，应采纳效率高、能耗低、性能较先进的电气产品。

3.应依据工程特点、规模和进展规划，正确处理近期建设与远期进展的关系，做到远、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。

4.必需从全局动身，统筹兼顾，根据负荷性质、用电容量、工程特点和地区

供电条件等，合理确定设计方案。

1.2课题来源及设计背景

1.2.1课题来源

本课题是来源于云南锡业股份集团公司下属建安机械化安装公司的变电所新建项目，具有肯定的实践性和可行性。

1.2.2设计背景

本公司现要新建一个10/0.4kV的变配电所，向公司生产区、办公楼、职工住宅区及其生活水泵组供电。

原先变电所只能满意两个车间、办公楼和生活区的用电负荷。随着近年来，云锡集团公司的企业内部的调整，下属子公司之间的相互合并等缘由，建安机械化安装公司扩充了规模，兼并了原来其他单位的一些用电设备，因此，原先的变电所已经不能满意需要，要在原址旁边新建一座10/0.4kV变配电所，以满意单位改革后用电负荷的要求。

鉴于云锡公司用电的特别性，新建变电所的电源取自3km外云锡公司一专用35kV变电站和3km外市供电公司另一相同容量的35kV变电站。

新变电所建成后，能满意现有的生产、生活用电，有效地提高负荷转移力量，进一步提高供电牢靠性。

第2章变电所负荷计算和无功补偿的计算

2.1变电站的负荷计算

2.1.1负荷统计

全厂的用电设备统计如下表：

表2.1用电负荷统计

用电设备负荷统计（kW）负荷类别

机床设备组433.45三级电焊机设备组129.35三级起重机组113.2三级办公楼30三级住宅区水泵组176二级住宅用电768三级厂区照明

29

三级

2.1.2负荷计算

按需要系数法计算各组负荷：

有功功率P=Kd?Σpei（2.1）无功功率Q=P??tan（2.2）视在功率S=22QP+（2.3）上述三个公式中：ΣPei：每组设备容量之和，单位为kW；Kd：需要用系数；

?cos:功率因数。

⒈小批量生产的金属冷加工机床电动机：Kd=0.16-0.2（取0.2）?cos=0.5?tan=1.73

有功负荷PC1=KdPS1=0.2*433.45=86.69kW无功负荷QC1=PC1?tan=86.69*1.73=149.97kvar

视在功率SC1=2

1C21CQP+=174.74kV·

A⒉电焊机组的计算负荷：

Kd=0.35?cos=0.35?tan=2.68

有功负荷PC2=KdPS2=0.35*129.35=45.27kW无功负荷QC2=PC2?tan=45.27*2.68=121.33kvar

视在功率S

C2=2

2

C

2

2

C

Q

P+=129.5kV·A

⒊起重机的计算负荷：

K

d=0.1-0.15（取0.15）?

cos=0.5?

tan=1.73

有功负荷P

C3=K

d

P

S3

=0.15*113.2=16.98kW

无功负荷Q

C3=P

C3

?

tan=16.98*1.73=29.38kvar

视在功率S

C3=2

3

C

2

3

C

Q

P+=33.93kV·A

⒋住宅区水泵组：

Kd=0.8?

cos=0.8?

tan=0.75

有功负荷P

C4=K

d

P

S4

=0.8*176=140.8kW

无功负荷Q

C4=P

C4

?

tan=0.75*140.8=105.6kvar

视在功率S

C4=2

4

C

2

4

C

Q

P+=176kV·A

⒌办公楼：

Kd=0.8?

cos=1?

tan=0

有功负荷P

C5=K

d

P

S5

=0.8*30=24kW

无功负荷Q

C5=P

C5

?

tan=0kvar

视在功率S

C5=2

5

C

2

5

C

Q

P+=24kV·A

⒍住宅区：

Kd=0.45?

cos=1?

tan=0

有功负荷P

C6=K

d

P

S6

=0.45*768=345.6kW

无功负荷Q

C6=P

C6

?

tan=0kvar

视在功率S

C6=2

6

C

2

6

C

Q

P+=345.6kV·A

⒎厂区照明：

Kd=1?

cos=1?

tan=0

有功负荷P

C7=K

d

P

S7

=1*29=29kW

无功负荷Q

C7=P

C7

?

tan=0kvar

视在功率S

C7=2

7

C

2

7

C

Q

P+=29kV·A

总负荷的计算：

1.有功功率P

c=K

∑p?

ΣP

c.i

（2.4）

2.无功功率Q

c=K

∑q?

ΣQ

c.i

（2.5）

3.视在功率S

c=2

C

2

C

Q

P+（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。由干线负荷直接相加来计算时，可取K

∑p

=0.9-0.95，K

∑q

=0.93-0.97。

表2.2计算负荷表

设备组

Kd

需要系数

?

cos?

tan

计算负荷

Pc/kWQc/kvarSc/kV·A

机床组0.20.51.7386.69149.97174.74电焊机组0.350.352.6845.27121.33129.5起重机0.150.51.7316.9829.3833.93水泵组0.80.80.75140.8105.6176办公楼0.81024024住宅区0.4510345.60345.6厂区照明11029029

总计

——688.34406.28——对干线取K

∑p

=0.95,K∑q=0.97653.92394.09763.49

对低压母线取K

∑p

=0.90,K∑q=0.95619.506385.966729.9

2.2无功补偿的目的和方案

由于用户的大量负荷如感应电动机、电焊机、气体放电灯等，都是感性负荷，使得功率因数偏低，因此需要采纳无功补偿措施来提高功率因数。电力系统要求用户的功率因数不低于0.9，根据实际状况本次设计要求功率因数为0.92以上，因此，必需实行措施提高系统功率因数。目前提高功率因数的常用的方法是装设无功自动补偿并联电容器装置。

依据现场的实际状况，拟定采纳低压集中补偿方式进行无功补偿。

2.3无功补偿的计算及设备选择

我国《供电营业规章》规定：容量在100kV·A及以上高压供电用户，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，如达不到上述要求，则必需进行无功功率补偿。

一般状况下，由于用户的大量如：感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等都是感性负荷，使得功率因数偏低，达不到上述要求，因此需要采纳无功补偿措施来提高功率因数。当功率因数提高时，在有功功率不变的状况下，无功功

率和视在功率分别减小，从而使负荷电流相应减小。这就可使供电系统的电能损耗和电压损失降低，并可选用较小容量的电力变压器、开关设备和较小截面的电线电缆，削减投资和节省有色金属。因此，提高功率因数对整个供电系统大有好处。

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：

QN·C='CCQQ-=PC（?tan-'tan?）(2.7)

按此公式计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量，当负荷减小时，补偿容量也应相应减小，以免造成过补偿。因此，无功补偿装置通常装设无功功率自动补偿掌握器，针对预先设定的功率因数目标值，依据负荷的变化相应投切电容器组数，使瞬时功率因数满意要求。

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备。前者主要有同步补偿机和并联电容器。动态无功功率补偿设备用于急剧变动的冲击负荷。

低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装，依据负荷变化相应循环投切的电容器组数一般有4、6、8、10、12组等。用上式确定了总的补偿容量后，就可依据选定的单相并联电容器容量qN·C来确定电容器组数：

C

.NC.NqQ

n=(2.8)

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：

(1)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，便于集中运行维护，而且能对企业高压侧的无功功率进行有效补偿，以满意企业总功率因数的要求，所以在一些大中型企业中应用。

(2)低压集中补偿补偿效果较高压集中补偿方式好，特殊是它能削减变压器的视在功率，从而可使主变压器的容量选的较小，因而在实际工程中应用相当普遍。

(3)低压分散补偿补偿效果最好，应优先采纳。但这种补偿方式总的投资较大，且电容器组在被补偿的设备停止运用时，它也将一并被切除，因此其利用率较低。

本次设计采纳低压集中补偿方式。

PCQCSC取自低压母线侧的计算负荷，?cos提高至0.92

?cos=

C

CSP=9.729506.619=0.85QN·C=PC（?tan-'tan?）=619.506*=120kvar选择BSMJ0.4-20-3型自愈式并联电容器，qN·C=20kvar

C

.NC

.NqQn=

（2.9）=120kvar/20kvar=6取6

补偿后的视在计算负荷

SC=2C·NC2CQQ(P）-+=674.19kV·

A?cos=

C

C

SP=0.92

第3章变电所变压器台数和容量的选择

3.1变压器的选择原则

电力变压器是供电系统中的关键设备，其主要功能是升压或降压以利于电能的合理输送、安排和使用，对变电所主接线的形式及其牢靠性与经济性有着重要影响。所以，正确合理地选择变压器的类型、台数和容量，是对接下来主接线设计的一个主要前题。

选择时必需遵照有关国家规范标准，因地制宜，结合实际状况，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。

3.2变压器类型的选择

电力变压器类型的选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组形式、绝缘及冷却方式、联结组别等。，

变压器按相数分，有单相和三相两种。用户变电所一般采纳三相变压器。

变压器按调压方式分，有无载调压和有载调压两种。10kV配电变压器一般采纳无载调压方式。

变压器按绕组形式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器等。用户供电系统大多采纳双绕组变压器。

变压器按绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等。

10kV配电变压器有Yyn0和Dyn11两种常见联结组。由于Dyn11联结组变压器具有低压侧单相接地短路电流大，具有利于故障切除、承受单相不平衡负荷的负载力量强和高压侧三角形接线有利于抑制零序谐波电流注入电网等优点，从而在TN及TT系统接地形式的低压电网中得到越来越广泛的应用。

3.3变压器台数的选择

变压器的台数一般依据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。《10kV及以下变电所设计规范GB50053－94》中规定，当符合以下条件之一时，宜装设两台及两台以上的变压器：

⑴有大量一级或二级负荷；

⑵季节性负荷变化较大；

⑶集中负荷容量较大。

变电所中单台变压器（低压为0.4kV）的容量不宜大于1250kV·A。当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，可选用较大容量的变压器。

在一般状况下，动力和照明宜共用变压器。当属下列状况之一时，可设专用变压器：

一、当照明负荷较大或动力和照明采纳共用变压器严峻影响照明质量及灯泡寿命时，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，严峻影响电能质量时，可设冲击负荷专用变压器。

四、在电源系统不接地或经阻抗接地，电气装置外露导电体就地接地系统（IT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。依据设计规范GB50053－94的要求，宜装设两台变压器，选择台数为两台。

3.4变压器容量的选择

变压器的容量SN·T首先应保证在计算负荷SC下变压器能长期牢靠运行。

对有两台变压器的变电所，通常采纳等容量的变压器，每台容量应同时满意以下两个条件：

①满意总计算负荷70%的需要，即

SN·T≈0.7S

C

；（3.1）

②满意全部一、二级负荷S

C(I+II)

的需要，即

SN·T≥S

C(I+II)

（3.2）

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。而在事故状况下，一台变压器承受总计算负荷时，只过载40%，可连续运行一段时间。在此时间内，完全有可能调整生产，可切除三级负荷。条件②是考虑在事故状况下，一台变压器仍能保证一、二级负荷的供电。

依据无功补偿后的计算负荷，S

C

=674.19kV·A

即S

N·T

≥0.7*674.19=471.933kV·A

取变压器容量为500kV·A

因此，选择S9-500/10Dyn11型电力变压器。为油浸式、无载调压、双绕组变压器。

表3.1主变压器的选择额定容量

S

N/kV·A

联结组别

空载损耗

△P

O

/kW

短路损耗

△P

K

/kW

空载电流

I

O

%

阻抗电压

U

K

%500Dyn111.034.9534

变压器的损耗：

第4章主接线方案的确定

4.1主接线的基本要求

主接线是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按肯定次序连接的接受和安排电能的电路。它是电气设备选择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。概括地说，对一次接线的基本要求包括平安、牢靠、敏捷和经济四个方面。

4.1.1平安性

平安包括设备平安及人身平安。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、爱护系统，考虑各种平安技术措施。

4.1.2牢靠性

不仅和一次接线的形式有关，还和电气设备的技术性能、运行管理的自动化程度因素有关。

4.1.3敏捷性

用最少的切换来适应各种不同的运行方式，适应负荷进展。

4.1.4经济性

在满意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。采纳的设备少，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，从而达到削减变电所占地面积，优化变电所设计，节省材料，削减人力物力的投入，并能牢靠平安的运行，避开不必要的定期检修，达到降低投资的目的。

4.2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

这种接线的优点是接线简洁清楚、设备少、操作便利、便于扩建和采纳成套配电装置；

缺点：不够敏捷牢靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障检修，均需

要使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。

适用范围：适应于容量较小、对供电牢靠性要求不高的场合，出线回路少的小型变配电所，一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。

图4.1单母线不分段主接线

2．单母线分段主接线

当出线回路数增多且有两路电源进线时，可用断路器将母线分段，成为单母线分段接线。母线分段后，可提高供电的牢靠性和敏捷性。在正常工作时，分段断路器可接通也可断开运行。两路电源进线一用一备时，分段断路器接同运行，此时，任一段母线消失故障，分段断路器与故障段进线断路器都会在继电爱护装置作用下自动断开，将故障段母线切除后，非故障段母线便可连续工作，而当两路电源同时工作互为备用时，分段断路器则断开运行，此时若任一电源消失故障，电源进线断路器自动断开，分段断路器可自动投入，保证给全部出线或重要负荷连续供电。

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，又在肯定程度上克服了它的缺点，如缩小了母线故障的影响