某10KV變電站電氣部分設(shè)計

課程名稱：建筑供配電與照明技術(shù)課程技術(shù)設(shè)計名稱：某10KV變電站電氣部分的設(shè)計院（系）：信息與控制工程學(xué)院專業(yè)班級：建筑電氣及智能化姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：2013年06月22日建筑科技大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書專業(yè)班級：學(xué)生：指導(dǎo)教師（簽名）：一、課程設(shè)計（論文）題目某10KV變電站電氣部分的設(shè)計二、本次課程設(shè)計（論文）應(yīng)達(dá)到的目的工廠供電課程設(shè)計是在《工廠供電》課程學(xué)完結(jié)束后的一次教學(xué)實踐環(huán)節(jié)。課程設(shè)計是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分，其目的是通過課程設(shè)計加深學(xué)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(shè)計或撰寫論文的步驟和方法。圍繞課本容培養(yǎng)學(xué)生獨立進(jìn)行工業(yè)供電系統(tǒng)和建筑供電系統(tǒng)電氣部分設(shè)計計算能力，包括供電系統(tǒng)設(shè)計計算能力和電力設(shè)備選擇能力。培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，加強供電專業(yè)知識的認(rèn)識水平。鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生分析和解決電力供電專業(yè)技術(shù)問題的能力和方法。三、本次課程設(shè)計（論文）任務(wù)的主要容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計要求等）1、設(shè)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(fù)荷的要求，廠設(shè)柴油發(fā)電機組一臺型號為6170—300GS。（設(shè)計時應(yīng)預(yù)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(hù)裝置整定為1.2秒。酵母生產(chǎn)廠變電所設(shè)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(jìn)線處裝設(shè)計量電費的專用儀表，要求廠總負(fù)荷的月平均功率因數(shù)不低于0.92。當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁貫?5℃`?？偱潆娝車鸁o嚴(yán)重粉塵和腐蝕性氣體。3）負(fù)荷資料序號用電單位名稱設(shè)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(shè)計容1）、負(fù)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(shè)計5）、短路電流的計算6）、變電所一次設(shè)備的選擇與校驗7）、變電所進(jìn)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(xué)本科課程設(shè)計（論文)管理規(guī)定（試行）》的規(guī)定。2）、說明書的容應(yīng)包括設(shè)計容的七部分要點，說明書正文要求在20頁左右。四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)：1、《工廠供電》機械工業(yè)介才編著2、《工廠供電設(shè)計指導(dǎo)》機械工業(yè)介才主編3、《供配電技術(shù)》電子工業(yè)唐志平主編4、《工業(yè)企業(yè)供電課程設(shè)計及實驗指導(dǎo)書》冶金工業(yè)王建南主編五、審核批準(zhǔn)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(jìn)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(shè)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(shè)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(shè)備使用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)務(wù)，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(dá)到以下基本要求：安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。本文是對10千伏變電站電氣部分的設(shè)計。在設(shè)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(biāo)幺值計算方法來進(jìn)行短路電流的計算，通過查閱設(shè)計手冊和技術(shù)規(guī)程對主要設(shè)備和導(dǎo)體以及高壓配電裝置進(jìn)行了設(shè)計和選擇。該變電所設(shè)有2臺主變壓器（一備一用），采用橋式接線。進(jìn)行了負(fù)荷、無功補償、短路電流的計算，主要電氣設(shè)備選擇及校驗（包括斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器）。關(guān)鍵詞：主接線，短路電流，電氣設(shè)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(fù)荷計算目的、方法 7HYPERLINK1.2.1負(fù)荷計算的目的 7HYPERLINK1.2.2負(fù)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(shè)計 10HYPERLINK1.6短路電流的計算 11HYPERLINK第二章計算書 13HYPERLINK2.1負(fù)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(shè)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(guān)的選擇與校驗 21HYPERLINK2.6變電所進(jìn)出線的選擇與校驗 21HYPERLINK結(jié)束語 22HYPERLINK參考文獻(xiàn) 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(jìn)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(zhì)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(fù)荷計算目的、方法1.2.1負(fù)荷計算的目的負(fù)荷計算主要是確定“計算負(fù)荷”?！坝嬎阖?fù)荷”是按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的一個假想的持續(xù)負(fù)荷，“計算負(fù)荷”產(chǎn)生的熱效應(yīng)和實際變動負(fù)荷產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。所以根據(jù)“計算負(fù)荷”選擇導(dǎo)體及電器時，在實際運行中導(dǎo)體及電器的最高溫升不會超過容許值。計算負(fù)荷是確定供電系統(tǒng)、選擇變壓器容量、電氣設(shè)備、導(dǎo)線截面和儀表量程的依據(jù)，也是整定繼電保護(hù)的重要數(shù)據(jù)。計算負(fù)荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟合理。如計算負(fù)荷確定過大，將使電器和導(dǎo)線選得過大，造成投資和有色金屬的消耗浪費，如計算負(fù)荷確定過小又將使電器和導(dǎo)線電纜處子過早老化甚至燒毀，造成重大損失。1.2.2負(fù)荷計算的方法若已知一個供電圍的電氣設(shè)備數(shù)量和容量時，負(fù)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(dāng)在電氣設(shè)備數(shù)量和容量都不清楚的情況下，可采用各種用電指標(biāo)進(jìn)行負(fù)荷計算，其方法有：負(fù)荷密度法、單位指標(biāo)法、住宅用電指標(biāo)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(shè)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(shè)備的作用，因此，當(dāng)用電設(shè)備組中設(shè)備容量相差懸殊時，使用二項式法可以得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。3.利用系數(shù)法是通過平均負(fù)荷來求計算負(fù)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(zhǔn)確的計算方法，但其計算過程相對繁瑣。因本設(shè)計的電氣設(shè)備數(shù)量和容量都是確定的，且容量相差不大，所以本次負(fù)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(shè)備組有功計算負(fù)荷之和，是有功負(fù)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(shè)備無功之和；是無功負(fù)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(fù)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(shè)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(shè)備來做到，但不能達(dá)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(hù)、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(hù)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(shè)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?fù)荷計算可知，該廠低壓側(cè)側(cè)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)只有0.78。而供電部門要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)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(cè)最大負(fù)荷時功率因數(shù)應(yīng)稍大于0.92，暫取0.98來計算380V側(cè)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(shè)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(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電站以裝設(shè)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(shè)計任務(wù)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(yuǎn)期負(fù)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(yīng)同時滿足下列兩個條件：1、任一臺主變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足總計算負(fù)荷的60%-70%的要求，即(1-7)2、任一臺主變壓器單獨運行時，應(yīng)能滿足全部一、二級負(fù)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(yīng)相應(yīng)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(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)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(shè)計電氣主接線是發(fā)電廠和變電站電氣設(shè)計的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)。主接線是指由各種開關(guān)電器、電力變壓器、母線、電力電纜或?qū)Ь€、移相電容器、避雷器等電氣設(shè)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(shè)備圖形符號和文字符號并按照工作順序排列，詳細(xì)地表示電氣設(shè)備或成套裝置的全部基本組成和連接關(guān)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(jìn)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(shè)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(yīng)盡可能簡單、方便4.經(jīng)濟上合理5.應(yīng)具有擴建的可能性本次設(shè)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(shè)計圖1-1變電所主接線方案的設(shè)計1.6短路電流的計算本次設(shè)計采用短路電流標(biāo)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(zhǔn)容量各個元件的電抗標(biāo)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(biāo)幺值（2）所在電壓級的基準(zhǔn)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(shè)備的選擇與校驗及變電所進(jìn)出線的選擇與校驗計算過程見變電所一次設(shè)備的選擇與校驗及變電所進(jìn)出線的選擇與校驗計算書第二章計算書2.1負(fù)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(fù)荷：（設(shè)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(cè)總的計算負(fù)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(yīng)相應(yīng)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(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)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(zhǔn)容量各個元件的電抗標(biāo)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(biāo)幺值（2-47）（2）計算K1點所在電壓級的基準(zhǔn)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(biāo)幺值（2-53）（2）計算K2點所在電壓級的基準(zhǔn)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(shè)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(jìn)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。