某10KV變電站電氣部分設計

課程名稱：建筑供配電與照明技術課程技術設計名稱：某10KV變電站電氣部分的設計院（系）：信息與控制工程學院專業(yè)班級：建筑電氣及智能化姓名：學號：指導教師：2013年06月22日建筑科技大學課程設計（論文）任務書專業(yè)班級：學生：指導教師（簽名）：一、課程設計（論文）題目某10KV變電站電氣部分的設計二、本次課程設計（論文）應達到的目的工廠供電課程設計是在《工廠供電》課程學完結束后的一次教學實踐環(huán)節(jié)。課程設計是實踐教學環(huán)節(jié)的重要組成部分，其目的是通過課程設計加深學生對課程基本知識的理解，提高綜合運用知識的能力，掌握本課程的主要容、工程設計或撰寫論文的步驟和方法。圍繞課本容培養(yǎng)學生獨立進行工業(yè)供電系統(tǒng)和建筑供電系統(tǒng)電氣部分設計計算能力，包括供電系統(tǒng)設計計算能力和電力設備選擇能力。培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，加強供電專業(yè)知識的認識水平。鍛煉和培養(yǎng)學生分析和解決電力供電專業(yè)技術問題的能力和方法。三、本次課程設計（論文）任務的主要容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、設計要求等）1、設計依據(jù)1）電源和環(huán)境條件：由西王集團熱電廠10KV雙回路供電，正常情況下，一路工作，一路備用。西王熱電廠10kv出線母線短路容量為200MVA，該路線路長為：架空線采用高壓架空絕緣線LYJ—3ⅹ150mm2，長度1.2KM，引至廠區(qū)北邊，然后換用YJLV22型高壓交聯(lián)聚乙烯電纜直埋至高壓配電室。為滿足部分二級負荷的要求，廠設柴油發(fā)電機組一臺型號為6170—300GS。（設計時應預留一路出線與柴油發(fā)電機組相連）。西王集團熱電廠10KV母線的定時限過電流保護裝置整定為1.2秒。酵母生產(chǎn)廠變電所設有兩臺變壓器，容量待選。2）其它條件供電局要求在10KV電源進線處裝設計量電費的專用儀表，要求廠總負荷的月平均功率因數(shù)不低于0.92。當?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁貫?5℃`?？偱潆娝車鸁o嚴重粉塵和腐蝕性氣體。3）負荷資料序號用電單位名稱設備容量需要系數(shù)KX功率因數(shù)cosφ計算系數(shù)tgφ工作（KW）備用（KW）1制冷站13352空壓站38053干燥554壓榨成型150.750.750.885真空包裝400.750.750.886攪拌14.50.750.750.887水泵房及水處理900.750.750.888真空過濾300.70.750.889酵母離心900.650.750.8810試驗室200.60.750.8811照明500.850.61.3312辦公樓40313宿舍樓10032、設計容1）、負荷計算2）、無功功率補償3）、主變壓器臺數(shù)和容量、類型的選擇4）、變電所主接線方案的設計5）、短路電流的計算6）、變電所一次設備的選擇與校驗7）、變電所進出線的選擇與校驗3、書面報告格式及容要求：1）、說明書的格式要符合《建筑科技大學本科課程設計（論文)管理規(guī)定（試行）》的規(guī)定。2）、說明書的容應包括設計容的七部分要點，說明書正文要求在20頁左右。四、應收集的資料及主要參考文獻：1、《工廠供電》機械工業(yè)介才編著2、《工廠供電設計指導》機械工業(yè)介才主編3、《供配電技術》電子工業(yè)唐志平主編4、《工業(yè)企業(yè)供電課程設計及實驗指導書》冶金工業(yè)王建南主編五、審核批準意見教研室主任（簽字）摘要工廠供電系統(tǒng)一般中型工廠的電源進線電壓是6-10kV。電能先經(jīng)高壓配電所集中，再由高壓配電線路將電能分送到各車間變電所，或由高壓配電線路直接供給高壓用電設備。車間變電所裝有電力變壓器，將6-10kV的高壓電降為一般低壓用電設備所需的電壓，然后由低壓配電線路將電能分送給各用電設備使用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)務，切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達到以下基本要求：安全、可靠、優(yōu)質、經(jīng)濟此外，在供電工作中，應合理地處理局部和全局、當前和長遠等關系，既要照顧局部的當前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應發(fā)展。本文是對10千伏變電站電氣部分的設計。在設計中，我們從安全、可靠、靈活、經(jīng)濟這四個方面考慮，來確定變電所的主接線方式，運用短路電流標幺值計算方法來進行短路電流的計算，通過查閱設計手冊和技術規(guī)程對主要設備和導體以及高壓配電裝置進行了設計和選擇。該變電所設有2臺主變壓器（一備一用），采用橋式接線。進行了負荷、無功補償、短路電流的計算，主要電氣設備選擇及校驗（包括斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器）。關鍵詞：主接線，短路電流，電氣設備，配電裝置

目錄HYPERLINK摘要 VHYPERLINK第一章變電站總體分析 7HYPERLINK1.1變電站的定義及分類 7HYPERLINK1.1.1變電站的定義 7HYPERLINK1.1.2變電站的分類 7HYPERLINK1.2負荷計算目的、方法 7HYPERLINK1.2.1負荷計算的目的 7HYPERLINK1.2.2負荷計算的方法 7HYPERLINK1.3無功功率補償 8HYPERLINK1.3.1無功功率補償?shù)姆椒?8HYPERLINK1.3.2無功功率補償?shù)姆治?9HYPERLINK1.4主變壓器臺數(shù)和容量、類型的選擇 9HYPERLINK1.4.1主變壓器臺數(shù)的確定 9HYPERLINK1.4.2主變壓器容量的確定 9HYPERLINK1.4.3主變壓器型式的選擇 9HYPERLINK1.5變電所主接線方案的設計 10HYPERLINK1.6短路電流的計算 11HYPERLINK第二章計算書 13HYPERLINK2.1負荷計算 13HYPERLINK2.2無功功率補償計算 16HYPERLINK2.3主變壓器臺數(shù)和容量、類型的選擇 17HYPERLINK2.4短路電流的計算 17HYPERLINK2.5變電所一次設備的選擇與校驗 19HYPERLINK2.5.1高壓母線的選擇與校驗 19HYPERLINK2.5.2電流互感器的選擇與校驗 20HYPERLINK2.5.3電壓互感器的選擇與校驗 20HYPERLINK2.5.4高壓斷路器選擇與校驗 20HYPERLINK2.5.5高壓隔離開關的選擇與校驗 21HYPERLINK2.6變電所進出線的選擇與校驗 21HYPERLINK結束語 22HYPERLINK參考文獻 23

第一章變電站總體分析1.1變電站的定義及分類1.1.1變電站的定義變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用，是進行電壓變換以及電能接受和分配的場所。1.1.2變電站的分類1）根據(jù)變電站的性質分為：升壓、降壓變電站。2）根據(jù)變電站在系統(tǒng)中的地位：樞紐變電站、區(qū)域變電站和用戶變電站。1.2負荷計算目的、方法1.2.1負荷計算的目的負荷計算主要是確定“計算負荷”?！坝嬎阖摵伞笔前窗l(fā)熱條件選擇電氣設備的一個假想的持續(xù)負荷，“計算負荷”產(chǎn)生的熱效應和實際變動負荷產(chǎn)生的最大熱效應相等。所以根據(jù)“計算負荷”選擇導體及電器時，在實際運行中導體及電器的最高溫升不會超過容許值。計算負荷是確定供電系統(tǒng)、選擇變壓器容量、電氣設備、導線截面和儀表量程的依據(jù)，也是整定繼電保護的重要數(shù)據(jù)。計算負荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和導線電纜的選擇是否經(jīng)濟合理。如計算負荷確定過大，將使電器和導線選得過大，造成投資和有色金屬的消耗浪費，如計算負荷確定過小又將使電器和導線電纜處子過早老化甚至燒毀，造成重大損失。1.2.2負荷計算的方法若已知一個供電圍的電氣設備數(shù)量和容量時，負荷計算的方法有：需要系數(shù)法、利用系數(shù)法和二項式法；當在電氣設備數(shù)量和容量都不清楚的情況下，可采用各種用電指標進行負荷計算，其方法有：負荷密度法、單位指標法、住宅用電指標法等。1.需要系數(shù)法計算簡單，是最為常用的一種計算方法，適合用電設備數(shù)量較多，且容量相差不大的情況。

2.二項式法其考慮問題的出發(fā)點就是大容量設備的作用，因此，當用電設備組中設備容量相差懸殊時，使用二項式法可以得到較為準確的結果。3.利用系數(shù)法是通過平均負荷來求計算負荷，這種方法的理論依據(jù)是概率論與數(shù)理統(tǒng)計，因此是一種較為準確的計算方法，但其計算過程相對繁瑣。因本設計的電氣設備數(shù)量和容量都是確定的，且容量相差不大，所以本次負荷計算方法選擇需要系數(shù)法。主要計算公式如下：1）有功功率：（單位為KW）（1-1）式中是所有設備組有功計算負荷之和，是有功負荷同時系數(shù)，可取0.85~0.952）無功功率:（單位為kvar）（1.2）式中是所有設備無功之和；是無功負荷同時系數(shù)，可取0.9~0.973）視在功率:（單位為kvA）（1-3）4）計算電流:（單位為A）(1-4)低耗損變壓器的功率損耗也可按下式計算：(1-5)注：負荷計算過程見計算書1.3無功功率補償1.3.1無功功率補償?shù)姆椒ㄒ构┡潆娤到y(tǒng)的功率因數(shù)提高，一般從兩個方面采取措施：一是提高用電設備的自然功率因數(shù)，自然功率因數(shù)是指不采用任何補償裝置式的功率因數(shù)。這種方法只能通過選擇功率因數(shù)高的電氣設備來做到，但不能達到完全補償。二是采取人工補償?shù)姆椒ㄊ箍偣β室驍?shù)得以提高，有兩種方法，一是采用同步電動機替代異步電動機工作，由于投資和損耗較大，又不便于維護、檢修，供配電系統(tǒng)中很少采用。二是采用并聯(lián)電容器補償。采用并聯(lián)電容器補償時目前供配電系統(tǒng)中普遍采用的一種補償方法，也叫移相電容器靜止無功補償。它具有有功損耗小、運行維護方便、補償容量增減方便、個別電容器損壞不影響整體使用等特點，所以本設計采用并聯(lián)電容器補償。1.3.2無功功率補償?shù)姆治鲇韶摵捎嬎憧芍?，該廠低壓側側最大負荷時的功率因數(shù)只有0.78。而供電部門要求該廠10KV進線側最大負荷時功率因數(shù)不低于0.92?？紤]到主變壓器的無功損耗元大于有功損耗，因此380V側最大負荷時功率因數(shù)應稍大于0.92，暫取0.98來計算380V側所需無功功率補償容量：(1-6)注：無功功率補償計算過程見無功功率補償計算書1.4主變壓器臺數(shù)和容量、類型的選擇1.4.1主變壓器臺數(shù)的確定在《電力工程電氣設計手冊》中可知：“對大中城市郊區(qū)的一次變電站，在中、低壓已構成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電站以裝設兩臺主變壓器為宜”。在運行或檢修時，可以一臺工作，一臺備用或檢修，并不影響供電，也可以兩臺并列運行。根據(jù)設計任務書中所示本變電所為地方變電所，且出線回路數(shù)較多，為保證供電的可靠性，在考慮了所建變電站的近期和遠期負荷相差較大的情況下，參照規(guī)程要求，宜選用兩臺小容量主變壓器（一備一用）。1.4.2主變壓器容量的確定變壓器補償后的視在功率為1734.24KVA，臺數(shù)確定為2臺，裝有兩臺主變壓器時，其中任意一臺主變壓器容量應同時滿足下列兩個條件：1、任一臺主變壓器單獨運行時，應滿足總計算負荷的60%-70%的要求，即(1-7)2、任一臺主變壓器單獨運行時，應能滿足全部一、二級負荷的需要，即:(1-8)1.4.3主變壓器型式的選擇電力變壓器的額定容量是指它在規(guī)定的環(huán)境溫度條件下，室外安裝時，在規(guī)定的使用年限連續(xù)輸出的最大視在功率?？紤]到變壓器安裝地點的年品均氣溫不等于20℃時，則年平均氣溫每升高1℃，變壓器的容量應相應減小1℃。因此，室外變壓器的實際容量為：（以下為計算公式）(1-9)對于室變壓器，由于散熱條件較差，變壓器進風口和出風口間大概有15℃的溫差，因此，處在室的變壓器環(huán)境溫度比戶外溫度大約高8℃，即：（以下為計算公式）(1-10)考慮到為發(fā)展需求留有一定的空間，故選擇容量為1600KVA滿足要求。故選擇型號為S9-1600/10的變壓器。注：變壓器容量、類型計算過程見變壓器容量、類型計算書1.5變電所主接線方案的設計電氣主接線是發(fā)電廠和變電站電氣設計的首要部分，也是構成電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)。主接線是指由各種開關電器、電力變壓器、母線、電力電纜或導線、移相電容器、避雷器等電氣設備依一定的次序相連接的接受和分配電能的電路。而用規(guī)定的電氣設備圖形符號和文字符號并按照工作順序排列，詳細地表示電氣設備或成套裝置的全部基本組成和連接關系的單線接線圖，稱為主接線電路圖。變電所最常用的主接線包括：單母線接線、雙母線接線、斷路器接線、橋形接線等等。其中橋形接線是中、小規(guī)模的地區(qū)變電所和城市供電變電所較常采取的方案。其主要好處是兩臺主變起到了互為備用（暗備用方式）的作用，在采取這兩種方式的電氣主接線時，不管哪一路電源進線失去電壓，由于“橋”的存在，都不會影響該降壓變電所中兩臺主變的投運，從而就大大提高了對用戶供電的可靠性。若需要把并列運行方式改為單列運行方式，則斷開橋臂即可實現(xiàn)，此外在檢修某些設備時，也提供了許多方便。發(fā)電廠、變電站主接線必須滿足以下基本要求。1.運行的可靠2.具有一定的靈活性3.操作應盡可能簡單、方便4.經(jīng)濟上合理5.應具有擴建的可能性本次設計采用橋式接線，接線圖如下：圖1-1變電所主接線方案的設計圖1-1變電所主接線方案的設計1.6短路電流的計算本次設計采用短路電流標幺值計算方法計算短路電流。1.由已知條件畫出短路計算等效電路圖圖1-2短路計算等效電路圖圖1-2短路計算等效電路圖2.取基準容量各個元件的電抗標幺值為：系統(tǒng)：（1-11）架空線路：（1-12）變壓器：（1-13）3.三相短路時的短路電流和容量的計算公式為：（1）計算短路回路總阻抗標幺值（2）所在電壓級的基準電流:(KA)（1-14）（3）計算短路電流各量:（1-15）②(KA)（1-16）③(KA)（1-17）(MVA)（1-18）注：短路電流計算過程見短路電流計算書變電所一次設備的選擇與校驗及變電所進出線的選擇與校驗計算過程見變電所一次設備的選擇與校驗及變電所進出線的選擇與校驗計算書第二章計算書2.1負荷計算1、制冷站：,,,（2-1）（2-2）2、空壓站：,,,（2-3）（2-4）3、干燥：,,,（2-5）（2-6）4、壓榨成型：,,,（2-7）（2-8）5、真空包裝：,,,（2-9）（2-10）6、攪拌：,,,（2-11）（2-12）7、水泵房及水處理：,,,（2-13）（2-14）8、真空過濾：,,,（2-15）（2-16）9、酵母離心：,,,（2-17）（2-18）10、實驗室：,,,（2-19）（2-20）11、照明：,,,（2-21）（2-22）12、辦公樓：,,,（2-23）（2-24）13、宿舍樓：,,,（2-25）（2-26）總的計算負荷：（設同時系數(shù)為0.9）（2-27）（2-28）（2-29）（2-30）（2-31）2.2無功功率補償計算,,（2-32）（2-33）（2-34）（2-35）高壓側總的計算負荷為：（2-36）（2-37）（2-38）（2-39）（2-40）2.3主變壓器臺數(shù)和容量、類型的選擇變壓器補償后的視在功率為1734.24KVA，臺數(shù)確定為2臺，根據(jù)變壓器容量確定的條件，（2-41）故選擇型號為S9-1600/10的變壓器。電力變壓器的額定容量是指它在規(guī)定的環(huán)境溫度條件下，室外安裝時，在規(guī)定的使用年限連續(xù)輸出的最大視在功率?？紤]到變壓器安裝地點的年品均氣溫不等于20℃時，則年平均氣溫每升高1℃，變壓器的容量應相應減小1℃。因此，室外變壓器的實際容量為：（2-42）對于室變壓器，由于散熱條件較差，變壓器進風口和出風口間大概有15℃的溫差，因此，處在室的變壓器環(huán)境溫度比戶外溫度大約高8℃，即（2-43）考慮到為發(fā)展需求留有一定的空間，故選擇容量為1600KVA滿足要求。2.4短路電流的計算圖2-1短路計算等效電路圖1.由已知條件畫出短路計算等效電路圖圖2-1短路計算等效電路圖2.取基準容量各個元件的電抗標幺值為：系統(tǒng)：（2-44）架空線路：（2-45）變壓器：（2-46）3.K1點三相短路時的短路電流和容量的計算（1）計算短路回路總阻抗標幺值（2-47）（2）計算K1點所在電壓級的基準電流（2-48）（3）計算K1點短路電流各量（2-49）（2-50）（2-51）（2-52）計算K2點三相短路時的短路電流（1）計算短路回路總阻抗標幺值（2-53）（2）計算K2點所在電壓級的基準電流（2-54）（3）計算K2點短路電流各量（2-55）（2-56）（2-57）（2-58）2.5變電所一次設備的選擇與校驗2.5.1高壓母線的選擇與校驗1.按允許載流量選擇母線截面：（2-59）變壓器的型號為（2-60）（2-61）經(jīng)查表，選取矩形鋁母線2.母線動穩(wěn)定校驗：,,（2-62）3.母線熱穩(wěn)定校驗：（2-63）,故滿足熱穩(wěn)定要求2.5.2電流互感器的選擇與校驗進線UN=10kV,I1N==92.38A故查表選擇，變比為150/5A的LCZ-35型電流互感器，Kes=212,Kt=65,t=1s（1）動穩(wěn)定校驗：Kes×I1N=212××0.15=44.97>ish=15.92kA，（2-64）滿足動穩(wěn)定要求。（2）熱穩(wěn)定校驗：(KtI1N)2t=(65×0.15)2×1=95.1kA2s>tima=50.67kA2s，（2-65）滿足熱穩(wěn)定要求。