10kV开闭所电气部分初步规划设计

供配电工程课程设计成绩评定表姓名学号专业班级课程设计题目：10kV开闭所电气部分初步设计课程设计答辩统计：成绩评定及依据：课程设计考勤情况（20%）：课程设计答辩情况（30%）：完成设计任务汇报规范性（50%）：最终评定成绩：指导老师签字：供配电工程课程设计任务书（6）班级：级电气工程及其自动化①班学生：46~53号（8人）学时：2周时间：第14～15周指导老师：陈学珍、杨毅一、设计题目10kV开闭所电气部分初步设计二、设计目标及要求经过本课程设计：熟悉供配电系统初步设计必需遵照标准、基础内容、设计程序、设计规范等，锻炼工程设计、技术经济分析比较、工程计算、工具书使用等能力，并了解供电配电系统前沿技术及优异设备。要求依据用户所能取得电源及负荷实际情况，根据安全可靠、技术优异、经济合理要求，选择开闭所主接线方案、高压配电线路接线方法、高压设备和进出线。最终按要求写出设计说明书，绘出设计图样。三、设计依据本设计是为某住宅区设计建设一座10kV开闭所。1、供电电源情况当地供电部门提供两个供电电源,两回10kV进线：①由110/10kV甲站采取电缆引入，距离住宅区6km。10kV母线短路数据：、②由35/10kV乙站采取电缆引入，距离住宅区4km，10kV母线短路数据：、。当地供电部门要求开闭所过电流保护整定时间小于1.0s；在用户10kV电源侧进行电能计量。2、负荷情况该住宅区属于二级负荷。该住宅区10kV开闭所设计出线6回。其中2回送电给200kVA变电所，2回送电给315kVA变电所，2回送电给250kVA变电所。变电所采取箱式变电所（站）。3、自然条件该地域海拨22.2m，地层以砂质粘土为主。年最高气温39℃，年平均气温23℃，年最低气温-5℃,年最热月平均最高气温33℃，年最热月平均气温26℃，年最热月地下0.8m处平均温度25℃．主导风向为南风，年雷暴日数52。四、设计任务1、选择箱变型号及规格。2、设计和论证10kV开闭所主接线。3、计算短路电流。4、选择并校验电气设备。5、作电气平面总部署图。6、开闭所继电保护设计*。7、开闭所防雷保护计划设计*。目录序言……………4一、小区箱式变电站选择…………………5二、设计和论证10kV开闭所主接线……7三、负荷计算及短路电流计算……………10四、电气设备选择和校验…………………15五、开闭所防雷保护计划设计…………………20总结 …………22参考文件 …………………23前言1.1企业供配电意义和前景伴随工农业生产机械化，自动化水平快速发展，对电能需求量也愈来愈大，对供电可靠性、经济性、灵活性及电能质量要求愈来愈高。在传统供电系统中，很多工矿企业，尤其中小型企业和作坊式工厂，出现设备落后甚至早已超出使用年限；线路布局不合理甚至线况极差；设备管理和维护不适当；无保护系统或相对落后；日常操作不合理等等现象，这些现象不仅使电能大量损耗，带来不合理利用，而且给工人和企业带来极大安全隐患，一旦爆发将会带来极大后果。企业供电系统处于电力系统末端，经过一至两级降压后直接向负荷供电，所以接线相对简单。它作为电力系统一个组成部分，肯定要反应电力系统各方面理论和要求，并合适地利用在工矿企业供电设计、维护运行中，所以它要受到电力系统工作情况影响和制约。但工矿企业供电系统和电力系统又有所不一样，它关键反应工矿企业用户特点和要求。如，工矿企业电力负荷统计计算，电能合理经济利用，降低用地面积新型变电站结构，大型及特种设备供电，厂内采取集中和调度技术合理性问题等。这些问题有和电力系统安全和经济运行关系亲密，有是为了确保用户高质量用电。近些年来,因为能源紧缺,计划用电、节省用电、安全用电受到了普遍重视，工矿企业供电讨论内容较过去更为广泛。如供电方案可行性研究、低能耗高性能、便于安装维护快速施工新型电气设备及配电电器选择，中国现行接地运行方法和国际标准协调研讨，和计算机用于工矿企业供电系统辅助设计及监控等。这些全部已在中国引发烧烈讨论。伴随电力工业快速发展及规模不停扩大，传统供电技术已不适应该代供电系统更高要求。为此必需利用不停涌现新理论、新方法、新技术、新设备，把计算机技术、通信技术和传统供电技术相结合，形成现代供电技术，以适应该代供电系统快速发展要求。1.2本设计课题及内容本供配电系统设计对象为某10kV开闭所，其设计所用相关资料及数据见本设计任务书。依据本设计要求，可将整个供配电系统分为以下多个方面进行分步计算和设计：（1）小区箱式变电站选择它含有成套性强、体积小、结构紧凑、运行安全可靠、维护方便、和可移动等特点，和常规土建式变电站相比，同容量箱式变电站占地面积通常仅为常规变电站1/10～1/5，大大降低了设计工作量及施工量，降低了建设费用。（2）设计和论证10kV开闭所主接线配电所电气主接线是以电源进线和引出线为基础步骤，以母线为中间步骤组成电能输配电路。其基础形式按有没有母线通常分为有母线按线和无母线按线两大类。主接线是由电力变压器、多种开关电器、电流互感器、电压互感器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备以一定次序相连接接收和分配电能电路。（3）负荷计算及短路电流计算在电力系统设计和运行中，不仅要考虑正常工作状态，而且还必需考虑到发生故障时所造成不正常工作状态。实际运行表明，破坏供电系统正常运行故障，多数为多种短路故障。为了限制发生短路时所造成危害和故障范围扩大，需要在供电系统中加装保护，方便在故障发生时，自动而快速地切断故障部分，以保障系统安全正常运行。这就需要我们正确计算短路电流大小。（4）选择并校验电气设备电气设备气设备按在正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置所处位置，环境温度，海拔高度和有没有防尘防火防剥等要求。电气要求是指电气装置对设备电压、电流、频率要求。电气设备按在短路故障条件下工作进行选择，就是要按最大可能短路故障时动稳定度和热稳定度进行校验。对熔断器及装有熔断器电压互感器，无须进行动稳定度和热稳定度校验；对电力电缆，因为机械强度足够，所以也无须要进行短路动稳定度和热稳定度校验。(5)开闭所防雷保护计划设计电力系统电气设备遭受到雷击放电会引发过电压，雷电过电压产生雷电冲击波，含有很大破坏性。直击雷高电压引发强大电流会产生极大热效应和力效应，相伴还有电磁脉冲和闪络放电。所以，必需要采取有效方法加以防护。下面就结合设计任务书，依据以上五个部分依次进行计算和设计。一、小区箱式变电站选择箱式变电站有称预装式变电站是集高压受电部分、配电变压器、低压配电部分于一体组合装置，该技术是从欧洲引进，俗称欧式箱变也是日常生活中常见箱变之一。以ZBW(XBW)系列箱式变电站为例：它含有成套性强、体积小、结构紧凑、运行安全可靠、维护方便、和可移动等特点，和常规土建式变电站相比，同容量箱式变电站占地面积通常仅为常规变电站1/10～1/5，大大降低了设计工作量及施工量，降低了建设费用1、型号及其含义:见下图2、ZBW(XBW)系列箱式变电站关键技术参数介绍，见下表3、箱式变电站平面部署形式及外形尺寸

ZBW系列箱式变电站，依据排列方法分：1.“目”字型排列2.“品”字型排列该住宅区10kV开闭所设计出线6回。其中2回送电给200kVA变电所，2回送电给315kVA变电所，2回送电给250kVA变电所。变电所采取箱式变电所（站）。故选择6个ZBW系列箱式变电站,其高压侧额定电压均为10kv,变压器容量分别为2个200kVA,2个315kVA,2个250kVA。因为是为生活小区供电，而且容量均在50-400kvA内，故选择三相品字型排列。二、设计和论证10kV开闭所主接线配电所电气主接线是以电源进线和引出线为基础步骤，以母线为中间步骤组成电能输配电路。其基础形式按有没有母线通常分为有母线按线和无母线按线两大类。主接线是由电力变压器、多种开关电器、电流互感器、电压互感器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备以一定次序相连接接收和分配电能电路。因为本设计工作电源由周围地域110／10kV甲变电站和35/10kV乙变电站取得，该厂又属于二级负荷，故需有两路进线，高压配电所采取采取单母线接线。各住宅小区变电所均需选择两台变压器，故可采取单母线分段接线方法。2.1高压配电所主接线方案论证（1）方案一：两路电源单母线接线两路电源进线单母线接线经典方案图2-1，两个进线断路器必需实施操作联锁，只有在工作电源进线断路器断开后，备用电源进线断路器才能接通，以确保两路电源不并列运行。图2-1单母线接线单母线接线优点是简单、清楚、设备少、运行操作方便且有利于扩建，但可靠性和灵活性不高。若母线故障或检修，会造成全部出线停电2）方案二：单母线分段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，图2-2所表示，QF3为分段断路器。母线分段后，可提升供电可靠性和灵活性。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，分段断路器接通运行，此时，任一段母线出现故障，分段断路器和故障段断路器全部会在断电保护装置下自动断开，将故障段线母线切除后，非故障段母线便可继续工作。而当两路电源同时工作互为备用（又称暗备用）时，分段断路器则断开运行，此时若任一电源（如电源１）出现故障，电源进线断路器（QF1）自动断开，分段断路器QF3可自动投入，确保给全部出线或关键负荷继续供电。单母线分段接线保留了单母线优点，又在一定程度上克服了它缺点，如缩小了母线故障影响范围、分别从两段母线上引出两路出线可确保对一级负荷供电。图2-2单母线分段接线(3)主接线论证1)

单母线接线和单母线分段接线比较,见表2-1。2)主接线确实定依据原始资料提供，和电力系统发展，用户需求等几方面综合考虑，所以确定10kV开闭所主接线方法为：单母线分段接线。表2-1接线方法比较三、负荷计算及短路电流计算3.1供电系统总计算负荷计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想连续性负荷，其热效应和同一时间内实际变动负荷所产生最大热效应相等。在配电设计中，通常采取30分钟最大平均负荷作为按发烧条件选择电器或导体依据。其中由设计要求所给出数据可知,该开闭所出线所供给6个变电站变压器功率原因全部按已达成0.9处理,参考设计任务书所给条件可知,开闭所6回出线中2回送电给200kVA变电所，2回送电给315kVA变电所，2回送电给250kVA变电所。所以,能够确定总计算负荷，确定这一级计算负荷目标是为了选择高压母线及其开关电器和高压进线电力电缆。Kd取0.8，计算总负荷：Pc.1=KdPe.1=0.8(200+315+250)2=1224kwQc.1=Pc.1tanφ=1224*0.484=592.42kvar同时系数：KΣp=0.95KΣq=0.97总有功计算负荷：Pc=KΣpΣPc.i=1224kw*0.95=1162.8kw总无功计算负荷：Qc=KΣqΣQc.i=592.42kvar*0.97=574.65kvar总视在计算负荷：Sc==1297.02KVA计算电流:Ic==74.88A依据以上公式能够依次算出各变电所计算负荷。具体计算以下表3-1所表示:由以上计算可知，分别由两个地域变电所引入10kv电源干线总计算电流Ic=74.88A。3.2短路电流计算短路电流计算目标是为了正确选择和校验电气设备，和进行继电保护装置整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑各元件额定参数全部表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验电气元件有最大可能短路电流经过。接着，按所选择短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各关键元件阻抗。在等效电路图上，只需将被计算短路电流所流经部分关键元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，因为将电力系统看成无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，所以通常只需采取阻抗串、并联方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最终计算短路电流和短路容量。短路电流计算方法：常见有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。3.2.1在最小运行方法下短路电流计算(以甲站中200kVA为例）（1）确定基准值设Sd=100MVA，Ud=Uc，即高压侧Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则Id1=Sd/Ud1=100MVA/（×10.5kV）=5.50kAId2=Sd/Ud2=100MVA/(×0.4kV）=144.34kA（2）计算短路电路中各关键元件电抗标幺值1）电力系统（S0C=200MV·A）X1*=100kVA/200=0.502）电缆线路由110/10kV甲站采取电缆引入，故对10kV电力电缆可取X0=0.10Ω/km,而线路长5km，故X2*=（0.10×5）Ω×100MVA/（10.5kV）2=0.45绘制等效电路图，图上标出各元件序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。（3）求k-1点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1）总电抗标幺值X*∑（k-1）=X*1+X*2=0.50+0.45=0.952）三相短路电流周期分量有效值I（3）k-1=Id1/X*∑（k-1）=5.50kA/0.95=5.79kA3）其它三相短路电流I"(3)=I(3)∞=I(3)k-1=5.79kAi(3)sh=2.55I"(3)=2.55×5.79kA=14.76kAI(3)sh=1.51I"(3)=1.51×5.79kA=8.74kA4）三相短路容量S(3)k-1=Sd/X*∑（k-1）=100MVA/0.95=105.26MVA3.2.2在最大运行方法下短路电流计算同理:（1）确定基准值设Sd=100MVA，Ud=Uc，即高压侧Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则Id1=Sd/Ud1=100MVA/（×10.5kV）=5.50kAId2=Sd/Ud2=100MVA/（×0.4kV）=144.34kA（2）计算短路电路中各关键元件电抗标幺值1）电力系统（Soc=300MV·A）X1*=100/300=0.332）电缆线路10kV开闭所电气部分初步设计X2*=（0.10×5）Ω×100MVA/（10.5kV）2=0.45（3）求k-1点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1）总电抗标幺值X*Σ(K-1)=X1*＋X2*=0.33+0.45=0.782）三相短路电流周期分量有效值I（3）k-2=Id2/X*∑（k-2）=5.50kA/0.78=7.05kA3）其它三相短路电流I"(3)=I(3)∞=I(3)k-1=7.05kAi(3)sh=2.55I"(3)=2.55×7.05kA=17.98kAI(3)sh=1.51I"(3)=1.51×7.05kA=10.64kA4）三相短路容量S(3)k-1=Sd/X*∑（k-1）=100MVA/0.78=128.21MVA甲站最小运行方法下短路计算结果甲站最大运行方法下短路计算结果乙站最小运行方法下短路计算结果乙站最大运行方法下短路计算结果

四、电气设备选择和校验供电系统电气设备关键有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设备等。电气设备选择通常要求必需满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。电气设备按在正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置所处位置，环境温度，海拔高度和有没有防尘防火防剥等要求。电气要求是指电气装置对设备电压、电流、频率要求。电气设备按在短路故障条件下工作进行选择，就是要按最大可能短路故障时动稳定度和热稳定度进行校验。对熔断器及装有熔断器电压互感器，无须进行动稳定度和热稳定度校验；对电力电缆，因为机械强度足够，所以也无须要进行短路动稳定度和热稳定度校验。1、动稳定校验条件： imax≥i(3)sh或Imax≥I(3)sh式中imax，Imax--开关极限经过电流（动稳定电流）峰值和有效值（单位为kA）；i(3)sh，I(3)sh--开关所在处三相短路冲击电流瞬时值和有效值（单位为kA）。2、热稳定校验条件：It2t≥I(3)∞2tima式中It--开关热稳定电流有效值（单位为kA）；t--开关热稳定试验时间（单位为s）；I(3)∞--开关所在处三相短路稳态电流（单位为kA）；tima--短路发烧假想时间（单位为s）。短路发烧假想时间tima通常按下式计算：tima=tk+0.05

s式中tk--短路连续时间，用电路主保护动作时间加对应断路器全分闸时间。tk=top+toc;top为继电保护动作时间；toc为断路器全分段时间（含固有分闸时间和灭弧时间）。4.1高压配电所电气设备选择KYN44-12（MDS）型户内金属铠装移开式开关设备（以下简称开关设备），系3.6-12千伏三相交流50Hz单母线及单母线分段系统成套配电装置。关键用于发电厂、中小型发电机送电、工矿企事业配电和电业系统二次变电所受电、送电及大型高压电动机起动等。实施控制保护、监测之用。本开关柜满足IEC298、GB3906等标准要求，含有预防带负荷推拉断路器手车、预防误分合断路器、预防接地开关处于闭合位置时关合断路器、预防误入带电隔室、预防在带电时误合接地开关联锁功效，既可配用ABB企业VD4真空断路器，又可配用V真空断路器。实为一个性能优越配电装置。表4-1一次关键设备选择4.2高压配电所电气设备校验表4-2高压电器选择校验项目和条件高压断路器选择和校验高压断路器选择和校验，关键是按环境条件选择结构类型，按正常工作条件选择额定电压，额定电流并校验开断能力，按短路故障条件校验动稳定性和热稳定性，并同时选择其操动机构和操作电源。高压断路器选择首先按正常使用条件初选一个型号，即：①断路器额定电压不得小于其工作电压；②断路器额定电流不得小于其计算电流；③动稳定校验Imax≥I(3)sh；④热稳定校验It2t≥I(3)∞2tima。在本设计中，依据总计算电流Ic＝74.88A，可初选VS1-12/630型进行校验表4-3高压断路器选择校验表（2）高压隔离开关选择和校验高压熔断器选择和校验高压熔断器选择和校验，关键是按环境条件选择结构类型，按正常工作条件选择额定电压、额定电流并校验开断能力。在本设计中，高压侧熔断器是用于保护电压互感器。通常,选择高压熔断器熔体电流应取线路计算电流1.1～1.3倍。所以，可初选RN2-10型进行校验，满足条件，校验合格。(4)电流互感器选择和校验电流互感器在电路中关键用于测量、计算和多种继电保护等，其选择要求首先按正常工作条件和使用地点、环境来选。按要求初选LZZJB6-10电流互感器，如表4-5。校验条件为：电流互感器额定电压不低于装设地点电路额定电压;流互感器额定一次电流大于电路计算电流，而其额定二次电流通常为5A；稳定度校验：Imax≥I(3)sh；稳定校验It2t≥I(3)∞2tima。电压互感器选择和校验①电压互感器额定一次电压，应和安装地点电网额定电压相适应，其额定二次电压通常为100v。其二次负荷S2不得大于要求正确级所要求额定二次容量S2N。②电压互感器二次负荷S2，只计二次回路中全部仪表、继电器电压线圈所消耗视在功率。③电压互感器一、二次侧装有熔断器保护，所以不需进行短路动稳定度和热稳定度校验。

RZL10/0.1kv额定电压为12Kv,所以满足条件校验合格。

4.3导线和电缆截面选择和校验

对10kV及以下高压线路和低压动力线路，通常先按发烧条件来选择导线和电缆截面，再校验其电压损失、机械强度、短路热稳定等条件。4.3.1按发烧条件选择电缆截面(由110/10kV甲站引入且最大方法运行时)线路计算电流为I=/UN查《供电工程》附录表32

得70mm2截面YJV型电缆在23℃载流量为255A，大于74.88A，所以选择YJV22-8.7/10-4×70型电力电缆。4.3.3母线选择和校验1.按发烧条件选择导线和电缆截面线路计算电流I=74.88A,查文件一第241面表30得63×6.3载流量为1125A,可选TMY-3(63×6.3)型母线。

2.按短路热稳定条件检验。

导体截面积A=23.4mm2,由文件一第58面短路热稳定条件得tima=1.1s,Amin=63×6.3mm2=396.9mm2,A>Amin,符合短路热稳定条件。总而言之，可选择TMY-3(63×6.3)型电缆。五、开闭所防雷和接地在雷雨天气，高楼上空出现带电云层时，迅雷针和高楼顶部全部被感应上大量电荷，因为避雷针针头是尖，而静电感应时，导体尖端总是聚集了最多电荷．这么，避雷针就聚集了大部分电荷．避雷针又和这些带电云层形成了一个电容器，因为它较尖，即这个电容器两极板正对面积很小，电容也就很小，也就是说它所能容纳电荷极少．而它又聚集了大部分电荷，所以，当云层上电荷较多时，避雷针和云层之间空气就很轻易被击穿，成为导体．这么，带电云层和避雷针形成通路，而避雷针又是接地．避雷针就能够把云层上电荷导人大地，使其不对高层建筑组成危险，确保了它安全．

避雷器是变电站保护设备免遭雷电冲击波攻击设备。当沿线路传入变电站雷电冲击波超出避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良导体安全引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。

避雷器按其发展前后可分为：保护间隙——是最简单形式避雷器；管型避雷器——也是一个保护间隙，但它能在放电后自行灭弧；阀型避雷器——是将单个放电间隙分成很多短串联间隙，同时增加了非线性电阻，提升了保护性能；磁吹避雷器——利用了磁吹式火花间隙，提升了灭弧能力，同时还含有限制内部过电压能力；氧化锌避雷器——利用了氧化锌阀片理想伏安