大学毕业设计论文供配电技术课程设计和考试.docx

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大学毕业设计论文供配电技术课程设计和考试

1、待设变电所为郊区中间变电所,在供电给周围负荷的同时,也输送部分系统的交换功率。

2、系统电源情况：

待设变电所连着220KV变电所一个，110KV水电厂一个

220KV系统变电所：

在该变电所高压母线上的短路容量为500MVA，距离待设变电所10KM

100KV水电厂的接线如图所示：

6KVUd%=10.5110KV

X0=0.4Ω/KM

12KM

2×30MW2×45MVA

COSφ=0.8

XG*″=0.2

3、所的地理位置

10km

12km

4、电力负荷水平

（1）待设计的变电所连接的电源之间有一定的功率交换预计有15KW，功率因数为0.8。

（2）待设变电所10KV侧负荷如下表所示，预计10年内每年5%增长率。

负荷同时系数Kop=0.8,Koq=0.7，年最大负荷利用小时数Tmax=4500h，预留四回备用。

（3）待设变电所10KV负荷表

序号

用户名称

最大负荷MW

负荷性质

功率因数

1

7501厂

2.0

Ⅰ

0.90

2

电台

2.0

Ⅰ

0.90

3

印刷厂

4.2

Ⅰ

0.90

4

自行车厂

3.8

II

0.90

5

机械厂

3.6

II

0.85

6

肉联厂

2.4

III

0.85

7

木材加工厂

2.0

III

0.85

8

建材厂

3.0

III

0.85

（4）变电所自用负荷以2台100KVA考虑。

5、气象及地质条件

（1）年最高温度40℃；年最高日平均温度30℃；年最低温度0℃；最热地面下0.8M处土壤平均温度30.4℃。

（2）年平均雷电日50日/年，土壤电阻率500Ω/M，地震烈度3级以下，海拔高度50M。

（3）待设变电所无污染影响，所址外0.5KM处有一条主干公路，地理位置如地理环境图所示。

1、设计（论文）内容

（1）选择变电所主要变压器台数、容量及型式；

（2）设计变电所电气主接线，并论证其为最佳主接线方案；

（3）设计变电所自用电接线；

（4）计算短路电流及选择主要电气设备；

（5）若110KV线路功率因数要求为0.9，试确定无功补偿量；

（6）变电所防雷保护及接地网的设计；

（7）设计变电所电气总平面布置。

2、设计（论文）的目的要求：

（1）通过本次设计，掌握变电所电气一次部分初步设计的方法及步骤，具备一定的工程实践知识及解决实际问题的能力。

（2）通过本次设计，提高绘制电气主接线等各类电气图纸的

（3）设计说明书及计算书各一份

（4）变电所电气接线图一张

（5）变电所自用电接线图一张

（6）避雷针（线）的布置图一张

（7）变电所接地网布置图一张

（8）10KV系统配置图一张

（9）变电所电气总平面图一张及所对应的断

序号

阶段名称

日期

1

电气主接线方案确定

第一、二周

2

自用电接线设计

第三周

3

短路电流计算及电气设备选择

第四周

4

计算无功补偿量

第五周

5

防雷保护及接地网的设计

第六、七周

6

配电装置及电气总平面图布置设计

第八、九周

7

整理设计成果，答辩

第十周

3、应收集的资料及主要参考文献

《电力工程电气设计手册》一次部分

《供配电设计手册》焦留成主编，中国计划出版社

《电力工程专业毕业设计指南》电力系统分册，陈跃主编，中国水利水电出版社

《电类专业毕业设计指导》张华主编，机械工业出版社

《水电站电气设备》尹厚丰、应明耕主编，中国水利水电出版社

第一章变电所主变压器的选择及主接线的设计

一、变电所主变压器台数、容量及型式的选择

1、变压器台数的选择

据国际《35-110KV变电所设计规范GB50059-92》有关条文规定，为保证供电的可靠性，变电所一般装设两台主变，当只有一个电源的变电所可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台，现时待设变电所有水电厂和220KV变电所两个电源，故选择2台主变。

2、主变压器容量的选择

主变容量应根据5-10年的发展规划进行选择，适当考虑到远期10-20年负荷的发展，对城郊变电所，主变压器容量还应与城市规划相结合。

并应考虑主变正常运行和事故时的过负荷能力。

对选两台主变的变电所，每台变压器的容量一般按式Sn=0.7Pm（Pm为变电所最大负荷）选择：

按5年发展规划：

Sn=0.7Pm=16.44（MVA）

按10年发展规划：

Sn=0.7Pm=20.98（MVA）

这样当一台主变停用时，可保证对70%负荷供电，考虑变压器的事故过负荷能力40%，而可保证对98%负荷供电，由于一般变电所大约有25%的非重要负荷，因此在一台主变停用时，仍能对一、二级负荷供电。

3、主变压器型式的选择

变压器有油浸式和干式两种，一般在户外情况下采用三相油浸节能型变压器。

具有三种电压的变电所，如通过各侧绕组的功率均达到15%以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。

现待设变电所为郊区中间变电所，且只有110KV和10KV两个电压等级，所以待设变电所选择三相双绕组高阻抗有载调压油浸式变压器，查《设备手册》选择型号为SFZ7系列110KV级双绕组有载调压变压器，其技术参数列于表1-1

表1-1SFZ7系列110KV级双绕组有载调压变压器技术参数表

发展方案

型号

额定容量（KVA）

额定电压（KV）

损耗（KW）

阻抗电压（%）

空载电流（%）

连接组别

高压

低压

空载

负载

5年

SFZ7-16000/110

16000

110±8×1.5%

10.5

25.3

86

10.5

1.1

Yn,d11

10年

SFZ7-20000/110

20000

110±8×1.5%

10.5

30

104

10.5

1.2

Yn,d11

二、变电所主接线的设计原则

待设的110KV变电站为市郊中间变电站，是降压变电站具有110KV、10KV两个电压等级。

高压侧为电源侧，有二回路，其中连接着110KV水电厂一个和220KV变电站一个的一回110KV线路，距离待设变电站分别为12KM和10KM。

两电源之间存在15MW的功率交换，低压侧10KV为负荷侧，负荷性质分别为：

I、II、III类。

根据负荷性质，应设计20回10KV馈线其中包括四回备用馈线。

变电所主接线的设计对电气设备的选择。

配电装置的布置、工作的灵活性、继电保护以及运行的可靠性与经济合理性有密切关系，而电气主接线是变电所电气部份的主体，对变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起重要作用。

根据我国《变电所设计技术规程》规定：

变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位，回路数、设备特点及负荷性质等条件确定。

并且应满足运行可靠、简单灵活。

操作方便和节省投资等要求。

现就主接线应满足的可靠性、灵活性、经济性三项基本要求说明如下：

1、保证供电可靠性

（1）、断路器检修时，不影响对用户供电；

（2）、设备的母线故障或检修时，应尽量减少停止运行的回数和停运时间并保证对I类和II类负荷的供电；

（3）尽量避免全变电所停运的可能性

2、具有一定的灵活性

（1）、调度灵活，操作方便，应能灵活地投入或切除某些元件，调配电源负荷，能满足系统在事故检修及运行方式下的调整要求。

（2）、检修安全应能方便地运断路器，母线及继电保护设备进行安全检修而不影响电力网的正常运行及用户的供电。

（3）扩建方便，应能容易地从初期过渡到最终接线，并在扩建过渡时，一次和二次设备等所需的改造最少。

3、具有合理的经济性

（1）投资省，主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关等一次设备投资，要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备的电缆投资。

（2）占地面积小，电气主接线的设计要为配电装置的布置创造条件，以节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。

（3）电能损耗，经济合理地选择主变压器的型式、容量和台数。

避免两次变压而增加电能的损耗。

综合以上所述，由于待设110KV变电所电源侧110KV有二回线路，低压侧10KV负荷侧负荷的性质分别为I、II、III类。

根据负荷性质，必须保证重要负荷供电的连续性、可靠性，为此，拟定本次设计的主接线初步方案。

三、变电所主接线初步方案

A、技术比较（确定各级电压等级配电装置的接线方式）

设计规程规定：

110-220KV配电装置中出线一回时，采用不分段单母线或变压器-线路单元接线，当出线为2回时，一般采用桥形接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线分段。

出线回数较多，连接的电源较多，负荷大或污秽环境中，则采用双母线接线。

6-10KV配电装置中，一般采用单母线分段或单母线。

如果单母线分段不能满足供电可靠性，则可采用双母线接线。

现待设变电所中，其中110KV侧连着水电厂和220KV变电所2回进线，由于待设变电所中选用2台主变压器，故引出2回出线，因此采用桥形接线，而在10KV侧有多个供电线路，为满足供电可靠性可采用单母线分段或双母线。

1、变电所110KV侧可能接线方案技术比较如下表1-2所示

表1-2变电所110KV侧接线方案技术比较表

接线方案

内桥接线

外桥接线

接

线

图

优点

内桥接线一次侧可装设线路保护，倒换线路时操作方便，设备投资与占地面积少

对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到单母线分段接线，且投资少，占地面积少

缺点

操作变压器和扩建成单母线分段不如外桥方便，不利于变压器经常切换

倒换线路时操作不方便，变电所一次侧无线路保护

适用范围

这种接线适用于进线距离长的终端变电所

这种接线适用于进线短而倒闸次数少的变电所或变压器采取经济运行需要经常切换的终端变电所以及可能发展为有穿越负荷的变电所

技术比较结果

经上述比较，由于待设变电所两回线路进线分别为12KM和10KM较短，且考虑到以后发展的需要，因此选用外桥接线

2、变电所10KV侧可能接线方案技术比较如下表1-3所示：

表1-3变电所10KV侧可能接线方案技术表

接线方案

单母线分段接线

双母线接线

接

线

图

优点

任一母线发生故障时，不影响另一母线运行。

单母线分段比双母线所用设备少，系统简单、经济、操作安全

可靠性比单母线分段高，运行灵活

缺点

当其中任一段母线需要检修或发生故障时，接于该母线的全部进出线均停止运行

设备投资多，接线复杂，操作安全性较差

适用范围

多用于具有一、二级负荷，且进出线较多的变电所

主要用于负荷容量大，可靠性要求高、进出回路多的变电所

技术比较结果

经上述比较，由于待设变电所负荷容量不大，在两种接线方式均满足可靠性的情况下，考虑到经济问题，因此选用单母线分段接线

B、经济比较

经过上述技术比较，可初步确定待设变电所的电气主接线。

由于主变容量根据5-10年的发展规划进行选择，且选择不同容量的变压器其综合投资和年运行费用就不同，因此进行经济比较是很有必要的，初步拟定按5年发展规划和按10年发展规划两个方案对变压器进行经济比较。

查《电气设备选择施工安装设计应用手册》，计算过程详看计算书，可得相关参数如下表1-4所示：

表1-4经济比较表

方案号

综合投资Z（万元）

年运行费用u（万元）

Ⅰ（按5年发展规划）

98.3

53.3

II（按10年发展规划）

112

57.7

比较结果

经上述比较，方案Ⅰ的综合投资和年运行费用都比方案II少，故选择方案Ⅰ（按5年发展规划）

第二章变电所自用电接线设计

自用电接线包括从电源引接至所用电的全部网络，其中高压部分也是电站主接线的组成部分。

所用电接线的基本要求与主接线大体相同，其中最主要的是供电的可靠性。

对小电站还要力求接线简单、清晰、运行方便，并合理节省费用。

现主要以电源的引接方式、接线的形式的供电网络三个层次给予说明，所用变压器选择。

一、所用变压器的选择

按设计题目要求，变电所自用负荷接两台100KVA考虑，因此所用变压器应装设两台容量为100KVA的变压器，为了节省一、二次设备的投资和占地面积，以及运行维护的方便。

查表可选择SC9—100/10型树脂干式变压器，将其配置成可推拉式，装嵌在10KV高压柜内其技术参数列于表2-1

表2-1所用变压器技术参数

型号

额定容量（KVA）

额定电压（KV）

损耗（KW）

阻抗电压（%）

空载电流（%）

连接组别

高压

低压

空载

负载

SC9-100/10

100

10.5±5%

0.4

0.4

1.48

4

2.0

Y/Yn0

二、所用电的接线形式

所用电的低压电路还具有相应的接线形式以满足可靠性等方面的要求。

（1）由前面一章知，单母线分段有较高的可靠性，现决定采用单用单母线分段，二分段母线用自动开关和闸刀开关相联，分段自动开关在正常情况下处于分闸位置，当因故失去一个电源时，投入分段自动开关，由另一电源带全部负荷，这就是暗备用。

为了满足I类负荷对恢复供电的紧迫要求宜设置BZT（备用电源自动投入）装置，以加速成切换过程和避免匆忙中的人为操作。

两电源不允许在低压侧并列。

三、负荷供电回路

所用负荷的供电回路常用以下四种形式，直接或间接地从低压母线取电。

（1）、一级辐射式供电

每个回路有单独的隔离引接、保护和操作电器以避免影响主母线的正常运行，供电可靠性较高。

一般只限于某些容量较大或较重要的公共负荷。

（2）、二级辐射式供电

二级辐射式供电的前提是负荷的分组，采用分组二级供电方式的优点是：

A、便于供电的分组管理，方便运行维护；B、减小主盘的供电回数，提高一级辐射供电的可靠性；C、就地设置可大量节约电缆。

向Ⅰ、II类负荷供电的分盘应采用有独立的引接闸刀开关的配电盘，以保证供电的可靠性和灵活性。

（3）、干线式供电

对一些相邻近的小容量III类负荷或同一用电设备的不同负荷可共用一组供电回路和电源电缆，直接在各负荷的操作电器的电源侧并接电源。

（4）、环网式供电

将干线式供电回路的末端接至另一电源，构成环式供电，环式供电用于重要负荷，但同样也禁闭环运行。

综合考虑供电的可靠性、安全性、技术性和经济性决定采用：

高压部分采用单母线分段，负荷配电采用一级辐射式、环网式混合供电。

具体图样见图纸书上。

第三章短路电流计算及主要设备的选择

一、短路电流计算

根据设计的变电所电气主接线绘制出等值电路图，采用标么值计算，取Sj=100MVA;Uj=Up网络，对选择10KV~110KV配电装置的电器和导体，需计算出在最大运行方式下流过电气设备的短路电流，选取d1、d2两个短路点，计算过程详见计算书，各短路点短路电流计算结果见表3-1

表3-1短路电流计算结果一览表

短路点

支路名称

（KV）

回路名称

次暂态短路电流

I″（3）

（KA）

０.１S短路电流I0.1（3）（KA）

０.２S短路电流I0.2（3）

（KA）

1S短路电流I1（3）

（KA）

２S短路电流I2（3）

（KA）

4S稳态短路电流I∞（3）

（KA）

短路电流冲击值ich

（KA）

d1

115

水电厂Ｓ＝２×３０MW／０.８

1.316

1.089

1.061

1.074

1.090

1.108

3.558

省网Xxt=∞

2.181

2.181

2.181

2.181

2.181

2.181

5.561

短路点总电流Ｉd∑

3.497

3.270

3.242

3.255

3.271

3.289

8.917

d2

10.5

水电厂Ｓ＝２×３０MW／０.８

4.375

4.235

4.322

4.994

5.052

5.052

11.16

省网Xxt=∞

7.451

7.451

7.451

7.451

7.451

7.451

19.00

短路点总电流Ｉd∑

11.826

11.686

11.773

12.445

12.503

12.503

30.09

二、主要电气设备的选择

在选择电气设备时应遵循如下的原则：

1、导体和电器力求技术先进，安全适用，经济合理，贯彻以铝代铜，减小占地等政策。

2、在选择导体和电器时应按正常工作条件进行选择，并按短路情况校验其动稳定和热稳定以满足正常运行、检修和短路情况下的要求。

3、验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行计算。

4、为了便于维修，减少备品备件的型号，设计时同一电压等级的导体和电器尽量采用同一品种。

5、所选的导体和电器，应按当地的气温、风速、覆冰、海拔等环境条件进行校验

根据原水电部86年颁布的《导体和电器选择设计技术规程SDGJ14-86》，对主电路所有电气设备进行选择和校验，选择结果列于下列各表中。

表3-110KV高压开关柜一览表

开关柜的型号

KYN-10型

BA1-10、16、25

一次线路方案编号

05

23

27

47

18

19

一次线路方案图

用途

型号及名称

馈电

左右联络

所用变压器

TV及避雷器（柜宽1000）

电容器柜（柜宽1000）

SN10-10Ⅰ/630型少油断路器

1

SN10-10III/2000型少油断路器

1

1

LDJ型电流互感器

3

3

3

UKI-12型电压互感器

3

RN2-10型熔断器

3

FZ型避雷器

3

3

SCL-10型变压器

1

LQG-0.5型电流互感器

3

RN3-10型熔断器

3

3

BW10.5-12-1型电容器

3

外形尺寸（宽×深×高）mm

800×1500×2200

800×1800×2200

800×1500×2200

800×1500×2200

额定电流（A）

630

2000

表3-2：

导体选择结果一览表

导线名称

型号

载流量（A）

最大允许应力

110KV母线

LGJ-25/4

252

10KV母线

LGY-100×8单条平放矩形铝母线

1454

69000000Pa

10KV电缆

3XZLQ-185普通粘性绝缘三芯（铝）

771

表3-3：

断路器选择结果一览表

安装地点

型号

额定电压

（KV）

最高工作电压

（KV）

额定电流

（A）

额定短路开断电流（KA）

动稳定电流（KA）

4秒后热稳定电流（KA）

110KV出线

SW

110

126

1200

21

53

21

110KV分段

SW6-110

110

126

1200

21

53

21

主变110KV侧

SW6-110

110

126

1200

21

53

21

主变10KV侧

SN10-10III

10

11.5

2000

40

130

40

10KV分段

SN10-10III

10

11.5

2000

40

130

40

10KV馈线

SN10-10J

10

11.5

630

20

50

20

表3-4：

电流互感器选择结果一览表

安装地点

型号

额定电流比2×600/5

级次组合

额定二次负荷（Ω）

1秒后热稳定倍数

动稳定倍数

0.5级

1.0级

主变110KV侧

LCWD-10

2×600/5

0.5/D/D

2

75

135

110KV分段

LCWDL-10

2×600/5

0.5/D/D

2

75

135

主变10KV

LDJ-10

3000/5

0.5/D

0.4

0.6

50

90

10KV分段

LDJ-10

3000/5

0.5/D

0.4

0.6

50

90

10KV馈线

LDJ-10

630/5

0.5/D

0.4

0.6

50

90

表3-5：

高压熔断器选择结果一览表

安装地点

型号

额定电压（KV）

额定电流（A）

最大开断电流（KA）

额定断流容量（MVA）

备注

10KV侧电压互感器

RN2-10

10

0.5

50

1000

1000

所用变压器

RN3-10/50

10

50

50

200

10KV侧电容器

RN3-10/50

10

50

50

200

表3-6：

电压互感器选择结果表

安装地点

型号

数量

额定变比

额定容量（VA）

0.2级

0.5级

1级

110KV线路侧

TYD-110

6个

110000/√3、100/√3、100/√3、100

50

100

10KV母侧

VKI12

2组

10000/√3、1000/√3、100/√3

30

90

280

表3-7隔离开并选择结果一览表

安装地点

型号

额定电压（KV）

额定电流（A）

动稳定电流（KA）

4秒热稳定电流（KA）

110KV侧

GW4-110

110

1250

50

20

表3-8电容器选择结果表

安装地点

型号

额定电压（KV）

标称容量（KVA）

标称电容μＦ

10KV侧

ＢＷＹ0.5-12-1

10.5

12

0.347

表3-9支柱绝缘子选择结果一览表

安装地点

型号

额定电压

（ＫＶ）

绝缘子高度（mm）

机械破坏负荷（kg）

１１０ＫＶ侧

ＺＳ－１１０

１１０

１２００

１５００

１０ＫＶ侧

ＺＬ－１０／４

１０

１６０

２.４

第四章无功功率补偿

一、补偿无功功率的必要性。

无功功率的主要消耗者是感应电动机、变压器和电焊机等。

它们都需要无功功率来建立交变磁场。

无功功率除发电机是主要无功功率电源外，线路电容也产生一部分无功功率。

但上述无功功率往往不能满足负荷对无功功率和电网对无功功率的需要，需要加装无功补偿设备。

例如，同期调相机、移相电容器等，它们都是无功功率电源，这里仅谈，用移相电容补偿无功功率，即无功补偿问题。

无功电源不足，交流系统电压降低，从而损坏用电设备，严重的会造成电压崩溃，使系统瓦解而造成大面积停电，还会使电能损耗增加，效率降低，限制线路的输电能力，因而补偿无功功率是保证电力系统安全运行的重要措施。

二、提高功率因数的补偿方法

1、采用同期调相机，同期调相机主要是空载运行的同步电动机，在过励磁情况下输出感性无功功率。

与采用移相电容器相比，有功功率的单相损耗较大，具有旋转部分，