35KV-10KV变电站设计完整

任务书1、某重型机械厂为保证供电需求，要求设计一座35KV降压变电所，以10KV电缆给各车间3、区域变电所35KV馈出线定时限过电流保护正定时间为1.8s,某变电所10KV馈出线过电流保护正定时间为1.1s。4、工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9,考虑以后装设的组电容器，提高功率因素，故常用的负荷计算方法有需用系数法、二项式法、利用系数法、ABC法、单位产品耗电法和单位面积功率法等。在实际工程配电设计中，广泛采用需用系数法。需要系数法的优点是简便，适用于全厂和车间变电所负荷的计算，二项式法适用于机加工车间，有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，采用二项式法较之采用需要系数法合理，且计算也较简便。本设计采用需要系数法确定。2.1单组用电设备的计算负荷的确定主要计算公式有Ps——该用电设备组的设备容量总和，但不包括备用设备(kW);tanφ与运行功率因数角相对应的正切值I₁——该用电设备组的计算电流(A);U,——额定电压(kV);Kx——该用电设备组的需用系数。2.2多组用电设备的计算负荷的确定主要计算公式Kz同时系数，本设计取0.9;车间用电设备组和工厂计算负荷的确定由于本设计需要选择设图如图1所示。3535KV母线车间变电所变压器图3-1供配电系统图3.车间变电所以及总降压变电所计算负荷的确定3.1车间变电所低压侧计算负荷的确定根据以上公式，以电机修理车间为例该车间有三组设备进行负荷统计：可得P₁=Ka₁P=0.25×2550=637.5kW视在计算负荷S=√P₁+Q=√637.5²+522.75²=824.42KVA可得P₂=Ka₂P₂=0.2×1190=238kW无功计算负荷Q₂=P₂tanφ₂=238×1.58=376.04kvar视在计算负荷可得=227.5kWP₃=Ka₃P₃=0.35×650可得=227.5kW无功计算负荷视在计算负荷S=√P³s+Q₃=√227.5²+343.53²=412.03KVA该车间总的有功计算负荷P=Kz(P₁+P+P)=0.8×(637.5+238+227.5)=该车间总的无功计算负荷Q,=Kz(Qn+Q₂+Qx₃)=0.8×(522.75+376.04+343.5该车间总的视在计算负荷计算电流I₄=S₂(√3u₄)=1327.26/(√3×0.38)=2016.56A用同样的方法可求得其他车间的计算负荷如表一所示：I=S/(√3U)=852.56/(√3×0.38I=S₂/(√3U)=973.781(√3×0.I=S₂/(√3U₄)=1069.46/(√3×0.I=S₂/(√3U₁)=664.41/(√3×0.AI₄=S/(√3U₄)=3652.49(√3×0.3A表3-1工厂各车间负荷情况及转供负荷情况序号车间名称φ1电机修理车间2机械加工车间3新产品试验车间4原料车间5备件车间6锻造车间(一)高压集中补偿是指将高压电容器组集中装设在总降压变电所6～10kV母线上，如图3-2所示。该补偿方式只能补偿总降压变电所的6～10kV母线之前的供配电系统中由无功功率产且总降压变电所6～10kV母线停电机会少，因此电容器利用率高。这种方式很普遍。图3-2高压电容器集中补偿的结线(二)低压集中补偿该补偿方式只能补偿车间变电所或建筑物变电所低压母线前变压器和高压配电线路及电力系统的无功功率，对变电所低压母线后的设备则不起补偿作用。但其补偿范围比高压集中补偿要大，而且该补偿方式能使变压器的视在功率减小，从而使变压器的容量可选得较小，因此比较经济。这种低压电容器补偿屏一般可装在低压配电室内，运行维护安全方便。该补偿方式在用户中应用相当普遍，其接线方式见图3-3。C图3-3低压电容器集中补偿的结线低压集中补偿的电容器组的结线。电容器也采用△形接线，和高压集中补偿不同的是，放电装置为放电电阻或220V,15～25W的白炽灯的灯丝电阻。如果用白炽灯放电的话，白炽灯还可起指示电容器组是否正常运行的作用。(三)低压分散补偿单独就地补偿是指在个别功率因数较低的设备旁边装设补偿电容器组。该补偿方式能补偿安装部位以前的所有设备，因此补偿范围最大，效果最好。但投资较大，而且如果被补偿的设备停止运行的话，电容器组也被切除，电容器的利用率较低。同时存在小容量电容器的单位价格、电容器受到机械震动及其他环境条件影响较远，不便于实现其他补偿的场合。如图3-4所示为低压电容器分散补偿的接线。火CM图3-4低压电容器分散补偿的结线(四)本设计要求工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9,为了达到经济性效果，每个车间的功率因数尽可能达到0.9,可以选定要达到的功率因数是0.92选用低压分散补偿，1.对于电机修理车间，10kV低压母线(380V)进行自动补偿Qcc=P×(tanφ₁-tanφ)=882.4×(1.14-0.42)=635.33kvar查表可选用HCBCJ0.4-40-3型补偿后10KV二次侧视在计算负荷为补偿后的功率因数cosφ=882.41923.21=0.9562.对于机械加工车间，10kV低压母线(380V)进行自动补偿cosφ₁=P1S=585.21852.56=0.68Qcc=P×(tanφ-tanφ)=585.2×(1.08-0.42)=386.23kvar则实际补偿容量为Qcc=40×12=480K补偿后10KV二次侧视在计算负荷为补偿后的功率因数cosφ=585.21601.71=3.对于新产品试验车间，10kV低压母线(380V)进行自动补偿Qcc=P×(tanφ₁-tanφ)=696.48×(0.96-0.42)=376.1kvar查表可选用HCBCJ0.4-40-3型补偿后10KV二次侧视在计算负荷为补偿后的功率因数cosφ=696.48/724.78=0.964.对于原料车间，10kV低压母线(380V)进行自动补偿Qcc=P×(tanq-tanφ)=848.4×(0.77-0.4查表可选用HCBCJ0.4-40-3型S₂=√p²+(Q-Q)²=√848.4²+(651.1补偿后的功率因数cosφ=848.41896.96=0.9465.对于备件车间，10kV低压母线(380V)进行自动补偿Qcc=P×(tanφ₁-tanφ)=506.24×(0.85-0.4查表可选用HCBCJ0.4-40-3型电容器，其个数为n=217.68/40=5.4(取6个)则实际补偿容量为Qcc=40×6=240K补偿后10KV二次侧视在计算负荷为6.对于锻造车间，10kV低压母线(380V)进行自动补偿Qcc=P×(tanq₁-tanφ)=2880×(0.77-0查表可选用HCBCJ0.4-40-3型n=1008/40=25.2(取27个)则实际补偿容量为Qcc=40×27=1080K补偿后10KV二次侧视在计算负荷为3.2车间变电所高压侧(10kV)计算负荷的确定Pc=P+NO.1Pc=P+△P₁=882.4+0.015×923.21=896.25kWQc=Q₁+△Q₁=271.46+0.06×923.21=326.85kvarNO.2Pe=P₂+△P₂=585.2+0.015×601.71=594.23kWQc=Q₂+△Q₂=140+0.06×601.71=176.1kNO.3Pc=P₃+△P₃=696.48+0.015×724.78=707.35kWQc=Q₃+△Q₃=200.56+0.06×724.78=244.kvarN0.4Pe=P₄+△P₄=848.4+0.015×896.96=861.Qc=Q₄+△Q₄=291.12+0.06×896.96=344.94kvarSc=√P²+Qc²=√861.85²+N0.5Pe=P₅+△Ps=506.2+0.015×540.83=514.31kWQc=Q₅+△Qs=190.3+0.06×540.83=222.75kvNO.6Pc=P+△P₆=2880+0.015×3107.23=29NO.6Qc=Q₆+△Q₆=1166.4+0.06×3107.23=1352.83kvar3..3总降压变电所一次侧(35KV)计算负荷的确定P=Pc+△P35kV一次侧计算负荷为Pc=Pc+△P,=5525.51+0.015×5972.62=Qc=Qc+△Q,=2267.35+0.06×5972.62=2625.71kvar表3-2工厂负荷统计表计算内容车间1T计算负荷1T低压侧负荷1T高压侧负荷车间2T计算负荷2T低压侧负荷92T高压侧负荷车间3T计算负荷3T低压侧负荷3T高压侧负荷车间4T计算负荷车间5T计算负荷5T低压侧负荷5T高压侧负荷车间6T计算负荷6T低压侧负荷6T高压侧负荷10KV侧总计算负荷1总降变损耗表3-310kV高压母线自动补偿前后计算负荷及功率因数统计计算负荷1号车间10KV低压侧补偿前负荷2号车间10KV低压侧补偿前负荷3号车间10KV低压侧补偿前负荷4号车间10KV低压侧补偿前负荷5号车间10KV低压侧补偿前负荷6号车间10KV低压侧补偿前负荷1号车间10KV低压侧无功补偿容量1号车间10KV低压侧补偿后负荷2号车间10KV低压侧补偿后负荷3号车间10KV低压侧补偿后负荷4号车间10KV低压侧补偿后负荷5号车间10KV低压侧补偿后负荷6号车间10KV低压侧补偿后负荷335kV侧负荷总计9在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S9系列或S10系列。高损耗变压器电力变压器(S9、S10-M、S11、S11-M等);对于高层建筑、地下建筑、发电厂、化工等单表4-1S9-10~2500/10三相油浸式无励磁调压电力变压器技术参数如下(6KV与10KV的参数相同)电压组合号空载负载损耗短路空载重量(kg)外形尺寸(mm)向*横向高压分接(%)器身重总重±5%或或5注：1.可根据用户需求提供各种电压组合、短路阻抗、联结方式的S9变压器斜线下方的负载损耗值适用于Dyn11联结组2.1主变压器台数的选择(一)主变压器台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择。不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。主变压器台数和容量直接影响(二)选择主变压器台数按其负荷性质要求为：本厂大部分车间为一班工作制，年最大有功负荷利用小时数为2300h,属于三级负荷。但由于该厂离市区较远，消防用水需要厂方自备。锅炉房供电要求有较高的可靠性，其中源，另一路作为备用电源，两个电源不并列运行，该变电站距厂南5km。(三)根据以上工厂的负荷性质和电源情况，工厂总降压变电所的主变压器考虑装设一2.2主变压器容量的选择1、装设一台时，应满足：主变压器容量S应不小于总计算负荷S3o,即(一)各车间变电所所选变压器的台数及容量：NO.1Sx≈(1.15～1.4)S₃o=(1.15～1.4)×923.2=10选择一台S9-1250/10变压器。N0.2S≈(1.15～1.4)S₀=(1.15～1.4)×601.71选择两台S9-800/10变压器。N0.3S≈(1.15～1.4)S₀=(1.15～1.4)×724.78=选择一台S9-1000/10变压器。N0.4Sy≈(1.15～1.4)S₀=(1.15～1.4)×896.选择一台S9-1250/10变压器。N0.5S≈(1.15～1.4)S₀=(1.15～1.4)×540.83=6选择一台S9-630/10变压器。NO.6S≈(0.6～0.7)S₀=(0.6～0.7)×3198.69=1选择二台S9-3150/10变压器(二)总降压变电所变压器容量和台数的选择：S≈(0.6～0.7)S=(0.6～0.7)×6198.7=37Sx≈(1.15～1.4)S₃₀=(1.15～1.4)×619油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。而油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。加装风冷后可使变压器的容量增加30%～35%。强迫油循环冷却方式，又分强油风冷和强油水冷两种。它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱。油冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带走。五、变配电所工厂总降压变电所的所址1.1车间变电所所址选择的要求(2)接近电源侧。(3)设备运输方便应考虑到电力变压器和高低压开关柜等大件设备的运输通道。(4)不应设在有剧烈振动的场所振动场所不仅影响变配电所本身建筑及其中设备的安(5)不应设在厕所、浴室附近及地势低洼和易积水的场所。(6)不宜设在有爆炸危险和火灾危险环境的正下方或正上方。(7)不应妨碍企业单位的发展，并适当考虑将来发展的可能。(1)车间变电所的总体布置及要求图5工厂总平面布置图1.1变电所的构成(一)一次回路供配电系统中承担输送和分配电能任务的电路，称一次回路，也称为2、控制设备用来控制一次电路通、断的设备，如高低压短路器、开关等。3、保护设备用来控制一次电路通、断的设备，避雷器等。4、补偿设备用来补偿电力系统中无功功率以提高功率因数的设备，如并联电容器等。(二)二次回路凡用来控制、指示、监测和保护一次设备运行的电路，叫二次回路，1.2对变电所主接线的要求(一)安全性4、35kV及以上的线路末端，应装设与隔离开关联锁的接地刀闸。(二)可靠性对二级负荷，应由两回路或者一回10kV及以上专用架空线或电缆供电；时，应采用两根电缆组成的线路，每根电缆应能承受100%的二级负荷。2、变电所的非专用电源进线侧，应装设带短路保护的断路器或负荷开关(串熔断器)。(三)灵活性(四)经济性1、主结线方案在满足运行要求的前提下，应2、变配电所的电气设备应选用技术先进、经济适用的节能产对于电源进线电压为35kV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为线3种类型。(一)线路—变压器组接线根据变压器高压侧情况的不同，可以选择4种开关电器。当电源(二)单母线接线(三)桥式接线2、经济由于不需设母线，4个回路只用了3只断路器，省去了1-2台断路器，节约总降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路雷器、断路器、互感器、隔离开关等)及其连接线组成，通常用单线表示。(一)一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图如图6-1(a),这种主结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电(一)单母线不分段接线(如图6-2a)图6-2高压配电系统的接线方案(二)单母线分段接线(如图6-2b)缺点：母线故障或检修时，仍有50%左右的用户停本次设计的重型机械修造厂电源进线较长(5km),主变压器不需要经常切换，另外再考(三)总降压变电所主接线图如附图。机加电机修理车间产实锻造车间原料车间备件车间工车验车图6-3总降压变电所内桥式主接线图图6—4有公共备用干线的放射式2.树干式单回路树干式接线这种接线的优点是投资少、有色金属消耗量低，且使变(配)电所馈电出部用户均将停电。因而，单树干式接线一般用于三级负荷配电，单侧供电双回路树干式(图6-5),其供电可靠性稍低于双回路放射式，但投资较省。一般3.环形环形接线有闭环式和开环式两种运行方式(图6-6)。为便于实现继电保护的选择性，一般配电线七.短路计算电力变压器的电抗标幺值供电系统短路示意图如图6-1所示。分别为I、Ia₂(一)最小运行方式下短路电流的计算1、求K-1点的短路电流和短路容量(U=37kV)G×图7-1短路计算电路图(1)计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值架空线路的电抗标幺值其中X₀为导线的单位长度电抗平均值，查表得为0.42/km。绘K-1点的短路等效电路图，如图6-2(a)所示，并计算其总电抗标幺值(2)计算K-1点的三相短路电流和短路容量K-1点所在电压级的基准电流为K-1点短路电流各值Ik==I₄Ix-=1.56×1.342、求K-2点的短路电流和短路容量(U=10.5kV)(1)计算短路电路中各元件的电抗标幺值变压器T1,T2的电抗标幺值S(a)K-1点的短路等效电路图(b)K-2点的短路等效电路图图7-2最小运行方式下的短路等效图所以K-2点的短路等效电路图如图5-2(b)所示，并计算其总电抗电抗标幺值(2)计算K-2点的三相短路电流和短路容量K-2点所在电压级的基准电流为K-2点短路电流各值Ik-2=I₄Ix-2=5.5×0.61i=2.551x-2=2.55×3.399(二)最大运行方式下短路电流的计算(1)计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值绘K-1点的短路等效电路图，如图6-3(a)所示，并计算其总电抗标幺值(2)计算K-1点的三相短路电流和短路容量K-1点所在电压级的基准电流为K-1点短路电流各值(1)计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值绘K-2点的短路等效电路图，如图6-3(b)所示，并计算其总电抗(2)计算K-2点的三相短路电流和短路容量K-2点所在电压级的基准电流为K-2点短路电流各值I-₂=I₄₁Ix-2=5.5×0.7iw=2.55T-₂=2.55×4.081(a)K-1点的短路等效电路图S(b)K-2点的短路等效电路图(a)K-1点的短路等效电路图(b)K-2点的短路等效电路图图7-3最大运行方式下的短路等效图同理可其它各车间二次侧的短路电流，计算结果见表7-1。表7-1三相短路电流计算结果表短路计算点三相短路容量/最大最小最大最小最大最小最大最小最大最小5最大最小最大最小最大69最小1.1变电所进出线的种类(一)高压进线(二)高压出线(一)架空线在供电可靠性要求不很高或投资较少的中小型工厂设计中优先选用。(二)电缆在供电可靠性要求较高或投资较高的各类工厂供电设计中优先选用。(一)高压架空线架空线路是指室外架设在电杆上用于输送电能的线路.由于其(1)一般采用铝绞线。(2)当档距或交叉档距较长、电杆较高时，宜采用钢心铝绞线。(3)沿海地区或有腐蚀性介质的场所，宜采用铝绞线或防腐铝绞线。(1)在施工和竣工验收中必须遵循有关规定，以保证施工质量和线路安全运行。(2)合理选择路径，做到路径短，转角小，交通运输方便，并与建筑物保持一定的安(3)按有关规程要求，必须保证架空线路与地及其他设施在安全距离内。(4)电杆尺寸应满足以下要求(二)高压电缆线2、埋地敷设的电缆，应采用有外保护层的铠装电缆；但在无机械损伤可能的场所，可2.1高压配电线路接线方式的选择电力线路的接线方式是指由电源端(变配电所)向负荷端(电能用户或用电设备)输送(一)放射式接线放射式接线是指变配电所母线上引出的以一线路直接向一个车(二)树干式接线(三)环形接线2.2高压配电线路的设计2.3导线截面的选择及校验(一)发热条件(二)电压损失(三)机械强度一、35kV高压进线的选择根据本次设计要求，从某220/35kV变电站35kV双回路架空线引入本厂，其中计算负荷为5615.1+j2625.7KVA,本厂年最大负荷利用小时为2300h,架空线采用LGJ型钢心铝绞线。选择标准截面50mm²,即型号为LGJ-50。(二)校验发热条件查表可知，LGJ-50最高允许温度为70℃时，允许载流量I=210A>lc(三)校验机械强度满足机械强度要求。二、35kV高压引入电缆(由高压配电室至主变)的选择采用YJLV22-35KV型交联聚乙烯的铝芯电缆直接埋地敷设。(一)按发热条件选择初选截面50mm²,又Kol₄=160×1.05A=168A>(二)校验电压损失因此段电缆线路长度较短，故不需校验电压损失。(三)短路热稳定校验不满足要求，应重选50mm²三、10kV高压母线的选择按发热条件选择由表2-2负荷统计表可知查表可知：选一条40×4mm²在25℃时的载流量为456A,考虑到周围环境温度为20℃,K₀l₄=456×1.05A=478.8A>(二)热稳定校验表8—1各种部分电缆技术参数一览表序号导线标称截面(mm2)绝缘厚度护套厚度电缆近似外径(mm)电缆近似重量(kg/km)电缆载流量(A)在空气中直埋土壤中16 2637475869789(一)NO.1车间变电所到10kV母线的馈线电缆的选择根据所给资料，当地年最热月地下0.7~1m处平均温度为20℃,故需计算在20℃时的载流量校正系数K采用YJLV22-10000V交联聚乙烯绝缘电力电缆直接埋地敷设。1、按发热条件选择由表2-2全厂负荷统计表2、短路稳定校验Ia₁=Ko×l=1.05×55=57.75A>55.1AIc不满足要求，重选A=50mm²(二)N0.2车间变电所到10kV母线的馈线电缆的选择根据所给资料，当地年最热月地下0.7~1m处平均温度为20℃,故需计算在20℃初选截面2.5mm²,查表可得其Ia=35AIa=Ko×l₄=1.05×35=36.7A不满足要求，重选A=50mm²。故改选缆芯截面为50mm²的电缆，即选YJLV22-10000-3×50的三芯聚氯乙烯绝缘电(三)N0.3车间变电所到10kV母线的馈线电缆的选择根据所给资料，当地年最热月地下0.7~1m处平均温度为20℃,故需计算在20℃时的载流量校正系数K初选截面4mm²,查表可得其Ie≤l不满足要求，重选A=50mm²。(四)N0.4车间变电所到10kV母线的馈线电缆的选择根据所给资料，当地年最热月地下0.7~1m处平均温度为20℃,故需计算在20℃初选截面6mm²,查表可得其I=55AIa=Ko×l₄=1.05×55=57.5AIe≤l2、短路稳定校验短路稳定校验不满足要求，重选A=50mm²。故改选缆芯截面为50mm²的电缆，即选YJLV22-10000-3×50的三芯聚氯乙烯绝缘电(五)NO.5车间变电所到10KV母线的馈线电缆的选择根据所给资料，当地年最热月地下0.7~1m处平均温度为20℃,故需计算在20℃时的载流量校正系数K试选VLV22-10000型交联聚乙烯电力电缆直接埋地敷设。1、按发热条件选择由负荷计算表可知初选截面2.5mm²,查表可得其Ia₁=Ka×l=1.05×35=36.7A不满足要求，重选A=50mm²故改选缆芯截面为50mm²的电缆，即选YJLV22-10000-3×50的三芯聚氯乙烯绝缘电(六)N0.6车间变电所到10KV母线的馈线电缆的选择根据所给资料，当地年最热月地下0.7~1m处平均温度为20℃,故需计算在20℃初选截面50mm²,查表可得其Ia=Ko×l=1.05×180=189AIc≤la满足要求.即选YJLV22-10000-3×50的三芯聚氯乙烯绝缘电力电缆。表8-2各车间变压器到6kV母线联络线型号统计表线路型号35KV架空进线510KV母线九.一次设备的选择与校验电气设备在使用中，不但要求在正常工作条件下安全可靠的运行，而且要求在发生严重短路了故障时不受到严重破坏。因而要根据环境条件和供电要求确定其形式和参数，保证电器正常运行时安全可靠，故障时不致损坏，并在技术合理时注意节约，此外，还应根据产品情况及供应能力统筹兼顾，条件允许时优先选用先进设备。1、一次设备选择及校验的条件共配电系统中的电气设备是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的，电气设备的选择，除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外，还应满足在短路故障时不至损坏的条件，开关电气还必须具有足够的断流能力，并适应所处的位置、环境温度、海拔高度，以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。1.1电气设备的选择应遵循以下3个原则1、按工作环境及正常工作条件选择电气设备(1)根据电气装置所处的位置、使用环境和工作条件，选择电气设备型号。(2)按工作电压选择电气设备的额定电压。电气设备的额定电压Un应不低于其所在线路的额定电压Uw.n,即：1.2一次设备选择校验见表9-1表9-1一次设备的选择和校验项目一次设备名称开断电动稳定热稳