学校10kv变电所及配电系统设计.docx

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学校10kv变电所及配电系统设计

学校10kv变电所及配电系统设计

1课程设计原始数据

1.1设计题目

某学校10KV变电所及配电系统设计

1.2设计要求

要求根据学校所能取得的电源及学校用电负荷的实际情况，并适当考虑到学校的发展，按照安全、可靠、优质、经济的供配电基本要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，进行导线截面的选择计算，并选择继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明，绘出设计图样。

1.3设计依据

（1）学校总平面图

见附图。

（2）车间组成及工厂负荷情况

（3）学校组成及布置

①教学楼；②宿舍楼；③实验楼；④锅炉房；⑤食堂；

（4）工厂负荷情况

学校年最大负荷利用小时为4600H，日最大负荷持续时间为12H。

该学校除食堂、教学楼和锅炉房属二级负荷外，其余均为三级负荷。

低压动力设备均为三相，额定电压为380V。

电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。

本学校的负荷统计资料如表所示（表中设备容量是范围值。

）

编号

名称

设备容量/kw

需要

系数

功率

因数

有功功率/kw

无功功率/kvar

视在功率/kvA

计算电流/A

1

宿舍楼

200

0.8

0.8

160

120

200

303.9

2

教学楼

380

0.75

0.8

285

213

356.25

541.3

3

实验楼

320

0.35

0.65

112

131

172.31

261.80

4

食堂

30

0.6

0.6

18

23.9

30

45.6

5

锅炉房

30

0.6

0.6

18

23.9

30

45.6

总计

K∑p=0.9

K∑q=0.9

0.76

533.7

460.62

705.8

537

表1.1

（5）供电电源情况

按照学校与当地供电部门签订的供用电协议规定，本学校可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。

该干线的走向参看工厂总平面图。

该干线的导线牌号为LGJ-35；干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约5.0km。

干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。

此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。

为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。

与临近单位高压联络架空线线长度为3km。

（6）气象资料

本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-8℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。

当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。

（7）电费制度

学校与当地供电部门达成协议，在学校变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。

每月基本电费按主变压器容量计为18元／kVA，动力电费为0.2元／kW．H，照明（含家电）电费为0.5元／kW．H。

工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。

此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：

6～10kV为800元／kVA。

1.4设计任务

要求在规定时间内独立完成下列设计说明书，包括：

①学校负荷计算及功率补偿，列出负荷计算表、表达计算成果；

②学校总降压变电所主变压器的台数及容量选择；

③学校总降压变电所主接线设计；

④导线型号及截面的选择；

⑤学校电力系统短路电路的计算；

⑥变电所一侧设备的选择与校验；

⑦防雷保护和接地装置的设计；

2负荷计算及功率补偿

2.1负荷计算的方法

2.1.1负荷计算的内容和目的

（1）计算负荷又称需要负荷或最大负荷。

计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。

在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。

（2）尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。

一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。

在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。

（3）平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。

常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。

平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。

本设计采用需要系数法确定。

主要计算公式有：

有功功率：

=，（为系数）

无功功率：

=tan

视在功率：

=

计算电流：

=,为用电设备的额定电压（单位为KV）

2.1.2由上述方法算出个车间的符合列表如下：

编号

名称

设备容量/kw

需要

系数

功率

因数

有功功率/kw

无功功率/kvar

视在功率/kvA

计算电流/A

1

宿舍楼

200

0.8

0.8

160

120

200

303.9

2

教学楼

380

0.75

0.8

285

213

356.25

541.3

3

实验楼

320

0.35

0.65

112

131

172.31

261.80

4

食堂

30

0.6

0.6

18

23.9

30

45.6

5

锅炉房

30

0.6

0.6

18

23.9

30

45.6

总计

K∑p=0.9

K∑q=0.9

0.76

533.7

460.62

705.8

537

表2.1

2.1.3全厂负荷计算

取=0.9；=0.9

根据上表可算出：

=593Kw；=511.8kvar；=788.56kv·A

其中是所有设备组有功计算负荷之和；是所有设备无功之和。

则：

==0.9×593Kw=533.7Kw

==0.9×511.8kvar=460.62kvar

=kv·A=705.8kv·A

==537A

==533.7/705.8=0.75

2.2无功功率补偿

2.2.1功率因数

由上表可知，该学校380V侧最大负荷时的功率因素只有0.76，而供配电部门要求该学校10kV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.9，需要功率补偿。

Qc=533.7〔tan（arccos0.75）－tan（arccos0.92）〕kvar

=243kvar

由《工厂供电设计指导》P319表选：

BW0.4-13-1,额定容量13kvar

n=Qc/△q=243/13=19，要为3的倍数，即21台。

2.2.2补偿后，重新选择变压器容量：

Sˊ30

（2）=

补偿后的功率因数：

PT≈0.015Sˊ30

（2）=0.015×565KVA=8.475Kw

QT≈0.06Sˊ30

（2）=0.06×565KVA=33.9Kw

变电所高压侧的计算负荷：

P′30

（1）=533.7kw＋8.475kw=542.26kw

Q′30

（1）=（460.62kw＋21×13）＋33.9=220.9kvar

S′30

（1）=

2.2.3补偿后的功率因数：

∴满足相关规定。

项目

计算负荷

P30/kw

Q30/kvar

S30/kVA

I30/A

380V侧补偿前负荷

0.75

533.7

460.62

705.8

1072

380V侧无功补偿容量

-273

380V侧补偿后负荷

0.943

533.7

187.62

565.7

859

主变压器功损耗

0.015Sˊ30

（2）=8.475

0.06Sˊ30

（2）=33.9

10kV侧负荷总计

0.927

542.26

220.9

585

889

3变电所位置和型式的选择

3.1根据变配电所位置选择一般原则：

1尽量靠近负荷中心；

2进出线方便；

3靠近电源侧；

4设备运输方便；

5不应设在有剧烈震动或高温的场所；

6不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所；

7不宜设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；

8不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方；

9不应设在地势较洼和可能积水的场所。

综合考虑，变电所应设在变电所为小区内附式，建在小区内一侧，有高、低压配电室、值班室及变压器室。

值班室有分别通往高、低压配电室的门，且朝值班室开；变压器室的门朝外开，室内设通风窗，进风窗设在变压器室前门的下方，出风窗设在变压器室的上方;高压配电室设不能开启的自然采光窗，窗台距室外地坪1.8，低压配电室设能开启地自然采光窗。

3.2变电所的型式与方案：

1采用独立变电所。

2有原始材料知，该学校除实验楼、教学楼，锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷，综合考虑变配电所位置的选择原则，该学校采用一个高压配电所，变电所方案如下：

学校只用一个变电所，见附图。

4变电所变压器和主接线方案的选择

4.1主变压器的选择

根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：

装设一台变压器,型号为S9-630-10型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。

选=630kv·A>=585kv·A，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。

至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。

4.2装设一台主变压器的主接线方案

见附图。

5短路电流的计算

5.1绘制计算电路

图5.1

5.2确定短路计算基准值

设，,即高压侧,低压侧。

则：

5.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值

5.3.1电力系统的电抗标幺值

5.3.2架空线路的电抗标幺值

5.3.3电力变压器的电抗标幺值

5.3.4绘制等效电路：

图5.2

5.4k-1点（10.5kV侧）的相关计算

5.4.1总电抗标幺值：

5.4.2三相短路电流周期分量有效值：

5.4.3其他短路电流：

5.4.4三相短路容量：

5.5k-2点（0.4kV侧）的相关计算

5.5.1总电抗标幺值

5.5.2三相短路电流周期分量有效值：

5.5.3各三相短路电流：

5.5.4三相短路容量：

短路计算结果

短路计算点

三相短路电流/KA

三相短路容量

k-1点

3.07

3.07

3.07

4.64

7.83

55.87

k-2点

16.13

16.13

16.13

17.58

29.68

11.20

表5.1

6变电所一次设备的选择校验

6.1.1按工作电压选择

设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。

=10kV，=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。

6.1.2按工作电流选择

设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即

6.1.3按断流能力选择

设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或

对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。

6.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验

a）动稳定校验条件：

或、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值