精品综合楼kV变电所进行的扩大初步设计.docx

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精品综合楼kV变电所进行的扩大初步设计

封面

作者：

PanHongliang

仅供个人学习

摘要

本设计的主要内容包括：

10/0.4kV变电所主变压器选择；变电所电气主接线设计；短路电流计算；负荷计算；无功功率补偿；电气设备选择（母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和补偿电容器）；配电装置设计；继电保护规划设计；防雷保护设计等。

根据电气主线设计应满足可靠性、灵活性、经济性的要求，本变电所电气主接线的高压侧采用单母线接线，低压侧采用单母线分段的电气主接线形式；对低压侧负荷的统计计算采用需要系数法；为减少无功损耗，提高电能的利用率，本设计进行了无功功率补偿设计，使功率因数从0.69提高到0.9；短路电流的计算包括短路点的选择及其具体数值计算；而电气设备选择采用了按额定电流选择，按短路电流计算的结果进行校验的方法；继电保护设计主要是对变压器进行电流速断保护和过电流保护的设计计算；配电装置采用成套配电装置；本变电所采用避雷针防直击雷保护。

本设计十分注重运用我国电气设计的新技术和新的设备，实用性及强，考虑到是实际工程的应用，便以通俗易懂的语言进行阐述。

关键词：

变电所设计；电气主接线；继电保护

Abstract

Thedesignonthetopicof"LiaoningInstituteofTechnologyTeachingBuildingsubstationexpansionpreliminarydesign."Themaindesignelementsinclude:

10/0.4kVmaintransformersubstationchoice。

ElectricalSubstationmainwiringdesign。

Short-circuitcurrentcalculation。

LoadCalculation。

Reactivepowercompensation。

ElectricalEquipment（bus,HVcircuitbreakers,isolationswitches,currenttransformerandvoltagetransformer,andcompensationcapacitorMOA）。

DistributionEquipmentdesign。

relayPlanningandDesign。

Lightningprotectiondesign.

Accordingtothemainlineofelectricaldesignshouldmeetthereliability,flexibility,economyrequirements,ThesubstationmainelectricalwiringHighSidesingle-buswiring,lowvoltagesideofthesingle-busabovethemainelectricalwiringform。

thelow-pressuresideloadcalculatedusingthestatisticalneedscoefficient。

Toreducethereactivepowerloss,increasedenergyutilization,Thedesignofreactivepowercompensationdesign,powerfactorfrom0.69to0.9。

short-circuitcurrentcalculationsincludeshort-circuitpointfortheselectionandspecificnumericalcalculation。

andelectricalequipmentchosenbythechoiceofratedcurrent,short-circuitcurrentcalculationbytheresultsofthecalibrationmethods。

relaydesignofthemaintransformerCurrentProtectionandover-currentprotectiondesign。

distributioninstallationscompletesetofpowerdistributionequipment。

Thesubstationusingdirectlightningstrokepreventionlightningprotection.

Thedesignisverycloseattentiontotheuseofourelectricaldesignofthenewtechnologyandnewequipment,practicalandstrong,Takingintoaccounttheactualapplication,inauser-friendlylanguagetodescribeit.

Keywords：

:

substationdesign。

Electricalwiring。

Relay.

前言

经济的迅速发展，科学技术的不断进步促使社会中各行各业都在不断地发展壮大，各大高校相继出现了前所未有的发展势头，特别是各种高、新、尖、精的技术应用，而所有的一切都离不开电，而电的中枢—变电所更是必不可少，起到至关重要的作用。

电是一个广义的范畴，伴随负荷的不同，对电的要求也会随之改变。

这次设计的题目为《辽宁工学院综合教案楼变电所扩大初步设计》。

取自辽宁工学院的实际工程应用。

理论与实际有效地结合，具备了实用性、科学性和合理性。

自2005年辽宁工学院综合教案实验楼投入使用以来，为学校做出了重要贡献，为广大师生提供了良好的工作、学习环境。

在其地下，建设有辽宁工学院最大的地下变电所。

根据学校用电量结合实际确定为10kV变电所。

经过与老师探讨和与工程技术人员的研究分析，10kV的变电所应用较为广泛，其涉及工业、农业等诸多领域，所以说对10kV变电所的设计具有十分重要的意义。

对此题目的设计除了注重实际应用外，还应考虑可靠性、经济性和电能的质量。

如线路保护、接地保护、变压器保护等保护的有关问题及其设备元件的选择。

此题目的设计涉及《发电厂电气部分》、《电力系统分析》、《电力系统继电保护》、《电力系统自动化》等所学习过的课程及相关内容。

此设计的题目是针对综合楼10kV变电所进行的扩大初步设计，在设计伊始，在工程技术人员的陪同下对变电所进行了参观学习，并把所设计的有关内容做了整体的记录，参观过程中通过技术人员的指导和结合自身的实际情况，选择变电所的高低压部分设计，这部分设计相信对自己将来的工作也会有很大的帮助。

本设计按照以下的步骤进行：

首先：

依照主接线的特点，选择各个电压等级的接线方式，进行综合比较，选择最佳接线方式。

其次：

进行短路电流计算，根据短路点计算三相短路稳态电流和冲击电流。

再次：

根据所选电气元件，结合实际绘制设计图纸，包括主接线图、二次回路图等。

最后进行校验。

以上是理论知识的体现而更中要的一点是在设计中培养自己运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，增强工程观，在设计过程中主要立足于应用所学基本理论和专业知识，大胆地运用新理论、新技术去分析解决实际问题,以便更好地适应工作的需要。

所有的设计查阅资料是必不可少的，而资料的获取应以实际为准，做为一名初次设计者，设计之前应具备一定的设计能力，但是由于缺乏经验，知识体系的不够完善等多种原因，适用于估算。

在估算的过程中，所得理论结果只要与实际偏差不大，对整个电力系统不产生重大的影响，是可行的。

了解整个设计的目的、内容和基本要求进行设计的资料推备。

资料准备主要通过查阅（包括上网查问）文献资料和参加生产实习两条渠道进行。

此设计充分吸收专业理论知识，考虑自己毕业设计的选题方向，有目的、有计划地查阅与选题方向有关的文献资料，特别是在参加生产实习的过程中有意识地搜集生产过程及新技术、新设备、改革新成果的应用等方面资料，这也是为毕业设计课题收集资料的最重要途径。

选定题目后，应再有针对性地查阅一些资料，最后对所有收集的资料进行整理。

并对其进行完善，对于一个完整的设计而言，文字与图纸并存。

文字的详细叙述使内容丰富，而图纸则一目了然。

最后由于设计者的水平有限，以及对电气技术日新月异的发展掌握不够，加之国外电气技术和产品的大量引进，我国对电气设计设备技术标准、规范还在不断地改进和完善，所以设计难免有不足，希望老师给予批评指正，使本设计更加完善。

第1章毕业设计概述

1.1毕业设计题目

《辽宁工学院综合教案楼变电所扩大初步设计》

1.2毕业设计目的

本设计是针对辽宁工学院综合教案楼变电所进行的扩大初步设计，设计中涉及“发电厂电气部分”、“电力系统分析”、“电力系统继电保护”等课程有关内容，通过设计培养学生综合运用所学知识分析、解决本专业领域工程技术问题的能力；培养学生独立自学能力；使学生受到工程师的基本训练，即工程设计和科学研究的初步能力；包括：

调查研究、搜集资料（含文献检索）；方案论证、技术方案的计划与实施；理论分析、设计和计算；撰写学术论文或设计说明书等的能力。

1.3毕业设计内容

主变压器选择；变电所电气主接线设计；短路电流计算；电气设备选择（母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和补偿电容器）；配电装置设计；继电保护设计；防雷保护设计；绘制电气主接线图，绘制配电装置平面图及直击雷保护范围图。

1.进行10kV变电所扩大初步设计；

2.完成任务书中的全部内容；

3.绘制变电所电气主接线图；

4.绘制配电装置平面图及直击雷保护范围图；

5.毕业设计说明书按统一格式打印装订成册；

6.说明书文字在1.5万字以上，语言通顺简练，图表画法符合国家标准；

7.完成与设计有关的英文资料翻译；

第2章负荷计算

2.1负荷概述

设计辽宁工学院的变电所为综合楼提供可靠的电源，负荷的确定是为了正确、合理地选择电气设备和线路，并为无功补偿提高功率因数提供依据，由此再合理选择变压器开关电器等元件。

电力负荷及其大小是供电设备设计计算的根本依据，正确合理地进行负荷计算，对于投资的经济性，技术上的安全可靠性以及以后的经济运行和维护等关系重大，在本设计中采用需要系数法来确定计算负荷。

根据设计，两台主变压器分别供有不同的负荷，在此设计中忽略了部分负荷，根据工程技术的要求选取以下负荷：

2.2负荷计算

1#变压器负荷计算

照明部分

如上表可知：

1=295KW

=206.5KW

299.425Kvar

消防电梯

表2-1辽宁工学院综合楼负荷一览表

1#

号

变

压

器

设

备

功

率

KW

COSΦ

tgΦ

数目

2#

号

变

压

器

设

备

功

率

KW

COSΦ

tgΦ

数目

照

明

设

备

15

0．70

0．80

1．45

5

照

明

设

备

50

0．70

0．80

0．75

1

120

1

30

2

21

1

40

1

计

算

机

240

0．80

0．80

0．75

2

消

防

电

梯

44

0．20

0．50

1．70

1

消

防

电

梯

44

0．20

0．50

1．70

1

电

力

设

备

160

0．70

0．80

0．75

1

200

1

消

防

照

明

干

线

50

0．70

0．80

0．75

1

120

2

180

2

进

风

机

7．5

0．70

0．85

0．62

1

30

1

正

压

风

机

14

0．60

0．80

0．75

1

进风机

计算机

污水泵

消防照明干线

2#变压器负荷计算

电梯部分

正压风机

消防照明干线

电力专用

1#变压器最后计算负荷

2#变压器最后计算负荷

第3章无功功率补偿

所谓无功功率补偿是把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量在相互转化，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。

根据辽宁工学院综合楼的具体情况，及其无功补偿方法的技术、经济比较选用电力电容器补偿中的并联补偿方法。

并联补偿时把电容器并接到被补偿设备的电路上，以提高功率因数，这种方法称为并联电容器补偿，这种方法适用于用电单位。

3.1并联电力电容器补偿

如图3-1所示为并联电力电容器补偿的原理图。

由图可见电力电容器在图中所示位置进行无功补偿时，线路WL1输送无功功率仍为无功功率，即，而变压器输送的无功功率则为，线路WL1输送的无功功率则为，因此，电源只需向电力负荷提供的功率。

图3-1并联电力电容器补偿的原理图

通过以上可知并联电力电容器降低了通过输电线路及变压器的功率（或电流），同时也减少了对发电机无功功率的需求量。

3.2无功补偿容量的计算

根据设计要求与实际需要变电所的功率因数达到0.9，所以对无功进行补偿。

1#变压器的负荷补偿：

功率因数：

，现将其提高到0.90。

经过补偿后：

2#变压器的负荷补偿

功率因数为：

现欲将提高到0.90。

经过补偿后：

第4章主变压器选择

在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。

在输配电系统中，变压器起到桥梁作用，变压器是借助电磁感应原理，以相同的频率，交换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。

4.1变电所变压器容量、台数、型号选择

4.1.1变压器容量

变压器空载运行时需用较大的无功功率，这些无功功率需由供电系统供给，变压器容量如选的过大，不但增加投资，而且使变压器长期处于轻载运行，出现“大马拉小车”现象，使空载的损耗增加，功率因数降低，网络损耗增加。

若容量选的小，会使变压器长期过负载，易损坏设备。

变压器的最佳负载率在40%-70%之间，负载过高，损耗明显增加，另一方面，由于变压器容量裕度小，负载稍有增长，便需要增容，更换大容量的变压器，势必增加投资，且影响供电。

总之选择变压器的容量，要以现有的负荷为依据，按照5-10年的发展计划来确定，按照辽宁工学院综合楼变电所的设计选用的变压器容量为1000kVA。

4.1.2主变压器台数和型号

1．台数

变压器的台数应根据负荷的特点和经济运行进行选择，要由负荷大小，对供电的可靠性和电能质量的要求来决定，并兼顾节约电能、降低运行造价、维护设备等因素，确定变压器台数应综合考虑，进行认真的技术经济比较。

按负荷的等级和大小来说，对于带一、二级负荷的变电所，当一、二级负荷较多时，应选两台或两台以上变压器，如只有少量的一、二级负荷并能从相邻的变电所取得低压备用电源，可以只采用一台变压器。

对于像辽宁工学院综合楼来说主要负荷是二、三类负荷，二级负荷主要是消防电梯、应急照明等负荷；而三级负荷主要是电力设备和普通照明，根据需要拟装设两台变压器。

2．型号

主变压器的型号选择主要考虑以下因素：

1）.变电所的所址选择；2）.建筑物的防火等级；3）.建筑物的使用功能；4）.主要用电设备对供电的要求；5）.当地供电部门对变电所的管理体制等。

设置在一类高、低压主体建筑中的变压器，应选择干式、气体绝缘或非可燃性液体绝缘的变压器；二类高、低压主体建筑也宜如此，否则应采取相应的防火措施。

主变压器安装在地下时，根据消防要求，不得选用可燃性油变压器，地下层一般比较潮湿，通风条件不好，也不宜选用空气绝缘的干式变压器，而宜采用环氧树脂浇注型或者六氟化硫型变压器，综合所述结合校的具体情况选型为SCB9-1000/10KV变压器。

4.1.3主变压器确定

位于辽宁工学院综合楼地下变电所的主变压器型号为环氧树脂浇注型，其技术参数如表2-1所示。

表4-1SCB9-1000/10变压器技术参数

型号

额定

容量（KVA）

额定电压（kV）

空载

损耗（W）

负载损耗（W）

短路阻抗（%）

空载

电流

（%）

变压器连接组

高压

低压

SCB9-1000/10

1000

10.5

0.4

1660

8550

6

1.0

4.2干式变压器的结构

为了确保供电安全，迫切需要即可深入负荷中心又无燃烧危险的变压器，而当今，随着社会进步，干式变压器得到了广泛的应用，根据国家标准《干式变压器》定义，所谓干式变压器，就是指铁心和绕组不浸入液体中的变压器。

干式变压器的结构与油浸式变压器的差别不大，采用晶粒取向电工钢片，轭和柱采用全斜接缝，心柱用钢带或自干型绝缘粘带绑扎，也有用粘结剂将铁心胶合，铁心为防止因凝结而引起锈蚀，在铁心表面涂有耐热的防锈覆盖漆或树脂，容量较大时，铁芯中要有气道，气道尺寸为15-20mm，而干式变压器的绕组材料是铜箔或铝箔，有时也采用铜线绕制，而低压线圈（1000V及以下），用铜箔（或铝箔）与预浸环氧树脂的绝缘材料紧密绕制，采用缠绕玻璃纤维加强树脂包封，经过工艺处理后，使高低压线圈各自成为一个坚固的整体，不但具有很强的承受短路能力，而且经过冷热循环实验，证明了线圈具有耐潮、耐裂、阻燃和自熄功能。

由于干式变压器的适用材料不同，其绝缘等级也不同，绝缘材料等级与绝缘材料最高允许温度见表4-2。

表4-2绝缘等级与最高允许温度

绝缘等级

Y

A

E

B

F

H

C

绝缘材料最高允许温度（）

95

105

120

130

155

180

220

4.3干式变压器的特点

1.占地面积小，不必单独建设变压器室，它可以和10kV的高压柜，380/220V的低压配电柜装在一个室内。

2.运行、维修量小。

3.具有耐热、防尘、耐潮的特点，适合于安装负荷中心，对系统经济运行节电起到了一定作用。

4.损耗小、噪声小。

5.绝缘性好，局部放电量小，耐雷电冲击力强。

6.机械强度高,抗温度变化，抗短路能力强。

7.价格昂贵。

8.寿命期后，不易回收，污染环境。

4.4干式变压器的使用注意事项

1.干式变压器选择不同的外壳，是由所处的环境和防护要求而定。

2.干式变压器绕组的绝缘，很大程度影响变压器的安全和使用寿命。

3.自然空气冷却和强迫空气冷却。

4．干式变压器的过载能力与环境温度、载前的负荷情况、变压器的绝缘散热情况和发热时间常数有关。

第5章变电所电气主接线

电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。

用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。

电气主接线是变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的首要环节。

对电气主接线的基本要求概括地说应包括电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性。

5.1对电气主接线的基本要求和原则

5.1.1电气主接线的基本要求

1．可靠性

所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。

衡量可靠性的客观标准是运行实践。

经过长期运行实践的考验，对变电所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。

主接线的可靠性不仅要考虑—次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。

同时，可靠性不是绝对的，而是相对的。

一种主接线对某些变电所是可靠的，而对另一些变电所可能是不可靠的。

2．灵活性

主接线的灵活性有以下几方面要求；

1）调度要求。

可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。

2）检修要求。

可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，且不致影响对用户的供电。

3）扩建要求。

可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改建量最小。

3．经济性

经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。

5.1.2电气主接线的原则

1．考虑变电所在电力系统中的地位和作用

变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。

变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

2．考虑近期和远期的发展规模

变电所主接线设计应根据5—10年电力系统发展规划进行。

应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。

3．考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响

对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。

三级负荷一般只需一个电源供电。

4．考虑主变台数对主接线的影响

变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。

通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。

而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

5．考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电、适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。

电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不问。

例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

5.2电气主接线设计程序

1、电气主接线的设计程序

电气主接线的设计伴随着变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。

在各阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。

（1）对原始资料进行分析，具体内容如下：

1）本工程情况。

主要包括：

变电所类型；设计规划容量；变压器容量及台数；运行方式等。

2）电力系统情况。

电力系统近期及远景发展规划（5—10年）；变电所在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用；本期工程和远景规划与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。

3）负荷情况。

负荷的性质及地理位置、电压等级、出线回路数及输送容量等。

电力负荷在原始资料中虽已提供，但设计时应该认真地辩证地分析。

因为负荷的发展和增长速度受政治、经济、工业水平和自然条件等方面影响。

如果设计时，只依据负荷计划数字，而投产时实际负荷小了，就等于积压资金，否则电量供应不足，就会影响其他工业的发展。

4）环境条件。

当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、地震等因素对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。

特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差甚大，应子以重视。

对重型设备的运输条件也应充分考虑。

5）设备制造情况。

为使所