10KV变电所设计课程设计说明书.docx

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10KV变电所设计课程设计说明书

10KV变电所设计_课程设计说明书

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称:

供电工程题目:

35/10KV变电所设计专业班级:

电气工程及其自动化1091班学生姓名:

学号:

____指导老师:

黄绍平

任务书下达日期:

2013年3月1日

设计完成日期:

2013年5月15日

设计内容与设计要求

一、设计内容

（一）原始数据

1.电源资料:

高压电源为35KV～采用双回路供电～其中一条回路来自A站～另一条回路来自B站。

电源容量为无限大系统～A站最小运行方式系统电抗为1.679～最大运行方式系统电抗为4.76,B站最小运行方式系统电抗为0.3056～最大运行方式系统电抗为1.054。

华北地区供电网络基准容量为1000MVA。

2.气候资料:

年平均温度+15?

～最高温度+38?

～最低温度,20?

。

平均降雨635mm.最大风速25m/s～风向:

西北风。

3.负荷情况

平均安装最大负荷序号负荷名称供电回路线路长度（kw）功率因数11051.320.825km陶瓷厂

2242.110.804km益豪车厂

3359.810.653.6km电焊机厂

4强力砖厂570.520.795km5特种钢厂120020.854.7km6综合负荷124210.753.3km7综合负荷2230.310.774.1km8综合负荷3118.510.813.9km9综合负荷4136.410.834.4km10综合负荷5240.910.83.75km11综合负荷6214.610.851.2km

（二）设计内容

1（负荷计算与无功功率补偿

2（主变压器选择

3（电气主接线设计

4（短路电流计算

5（电气设备的选择与校验

6（进出线的选择

二、设计要求

1（在规定时间内完成以上设计内容,2（用计算机画出电气主接线图,3（编写设计说明书,计算书,～设备选择要列出表格。

主要设计条件计算机与博超电气电力设计软件。

说明书格式目录

正文内容:

一、设计要求及概述

二、负荷计算与无功补偿

三、主变压器选择

四、电气主接线设计

五、短路电流计算

六、电气设备选择与校验

七、进出线的选择

八、结语

参考文献

装订格式:

全部采用16K打印纸或课程设计专用纸～竖装。

装订顺序:

课程设计报

告书封面,任务书,说明书目录,正文,附件,图纸等,。

参考文献

1（刘介才.《供配电设计手册》

第一章设计要求及概述……………………………………1

第二章负荷计算与无功补偿………………………………2

2.1负荷的计算及过程…………………………………3

2.2功率补偿的计算……………………………………4第三章主变压器选择………………………………………5

3.1主变压器台数的确定………………………………6第四章电气主接线设计…………………………………7第五章短路电流计算………………………………………8

5.1短路电流计算的目的…………………………8第六章电气设备选择与校验.....................11

6.1高压电器设备选择的一般原则………………11

6.2电气设备选择…………………………………12第七章进出线的选择…………………………………18

7.1无功功率的计算………………………………18第八章结语………………………………………………22

第一章设计要求及概述

本文将根据变电所的负荷，短路电流，无功补偿，主变压器选择以及电气主接线设计校验进出线的选择进行计算，并且对变电所的电气设备选择以及二次系统设计进行研究。

在理论研究的基础上，通过结合实际的计算实例，可以进一步认识变电所的供电系统，变电所的供电系统在如今起着至关重要的作用。

为了确保供电系统的稳定性，供电系统要满足供电系统的基本原则是:

供电可靠，操作方便、运行安全灵活，经济合理，具有发展的可能性。

（1）供电可靠性

供电可靠性是指供电系统不间断供电的可靠程度。

应根据负荷等级来保证其不同的可靠性。

在设计时，不考虑双重事故。

（2）操作方便，运行安全灵活

供电系统的接线应保证在正常运行和发生事故时操作和检修方便、运行维护安全可靠。

为此，应简化接线，减少供电层次和操作程序。

（3）经济合理

接线方式在满足生产要求和保证供电质量的前提下应力求简单，以减少投资和运行费用，并应提高供电安全性。

（4）具有发展的可能性

接线方式应保证便于将来发展，同时能适应分期建设的需要，对以后的设计和维护都应该都能够提供方便。

1

第2章负荷计算与无功补偿

2.1负荷计算

根据任务书上提供的数据算过程如下:

主变压器二次侧负荷

1.陶瓷厂有功功率Pc1=1051.3kw功率因素cosΨ=0.82tanQC1=Pc1*tanΨ=735.9KVar视在功Ψ=0.7无功功率

率sc1=pc1/cosΨ=1282.1KV.A

2.益号车厂Pc2=242.1功率因素cosΨ=0.8tanΨ=0,75无功功率QC2=Pc2*tanΨ=181.6视在功率sc=pc2/cosΨ=302KV.A

3.电焊厂Pc3=359.8功率因素cosΨ=0.65tanΨ=1.17无功功率QC3=Pc3*tanΨ=420.1视在功率sc3=pc3/cosΨ=553.4KV.A

4.强力砖厂Pc4=570.5功率因素cosΨ=0.79tanΨ=0.78QC4=Pc4*tanΨ=445.99视在功率sc4=pc4/cosΨ=721KV.A

2

5.特种钢Pc5=1200功率因素cosΨ=0.85tanΨ=0.62QC5=Pc5*tanΨ=744.0视在功率sc=pc1/cosΨ=1282.1KV.A

6.综合1有功功率Pc6=242功率因素cosΨ=0.75tanΨ=0.88

Ψ=213.8视在功率sc6=pc6/cosΨ=322.6KV.AQC6=Pc6*tan

7.综合2Pc7=118.5功率因素cosΨ=0.81tanΨ=0.72QC7=Pc7*tanΨ=85.3视在功率sc7=pc7/cosΨ=146.3KV.A

8.综合3Pc8=136.4功率因素cosΨ=0.83tanΨ=0.67QC8=Pc8*tanΨ=91.4视在功率sc8=pc8/cosΨ=164.3KV.A9.综合4Pc9=230功率因素cosΨ=0.77tanΨ=0.83QC9=Pc9*tanΨ=191.1视在功率sc9=pc9/cosΨ=298KV.A

10.综合5Pc10=240.9功率因素cosΨ=0.8tanΨ=0.75QC10=Pc10*tanΨ=180.7视在功率sc10=pc10/cosΨ=301KV.A

3

11.综合6Pc11=214.6功率因素cosΨ=0.85tanΨ=0.62QC11=Pc11*tanΨ=133.1视在sc10=pc10/cosΨ=251.7KV.A

总的计算负荷取KΣp=0.95KΣq=0.97

根据上述的计算结果

Σpi=4606KVΣQi=3422KVar

c=KΣp*Σpi=0.95*4606.4=4376.1KVP

Qc=KΣq*ΣQi=0.97*3422.9=3320.2KVar

22pcQc，Sc==5492KV.A

功率因素的确定

cosΨ=Pc/Sc=0.796

2（2功率补偿的计算

电容器补偿容量的计算

1（电容器所需补偿容量。

因该供电系统的自然功率因数低于0.9，所以应该进行人工补偿,补偿后的功率因数应该达到0.95以上,即以上,则可以满足该供电系统所需补偿容量。

4

确定武功补偿的容量

Qr.c=Pc（tanΨ-tanΨ~）=4376.1*（0.75-0.32）=1897KVar

2（电容器柜数及型号的确定。

电容器拟采用双星形接线接在变电所的二次母线上,因此选标称容量为30kvar、额定电压为kv的电容器,装于电容器柜中,没柜装15个,每柜容量为450kvar,则电容器柜总数为

3.选择电容器的组数和没组的容量，考虑到无功补偿控制器投切的路数为4,6,8,10,12等，所以要选择成套并联电容器屏，但是可以安装的电容器组数是12组，则需要安装的电容器单组容量为;

qr.c=Qr.c=1879KVar/12=156.6KVar根据查表可知选择自愈型并联电容器，的每组容量

qr.c=160KV.ar则每组的容量为12*160=1920KV.ar视在的计算负荷

2222S,P，（Q,Q）,4376.1，（3320,1897）,4601KV.arcccrc.

则功率因素是

cosΨ=Pc/Sc=4376/4601=0.951满足要求

5

第3章主变压器的选择

3.1主变压器台数的确定

对供电要求由于该35kv降压供电系统中有很多一类负荷,比较高,所以选择两台主变压器,两台同时工作，相互备用。

根据,本设计假设选择了-10000/35主变压器两S,SSZNTca9

台。

变压器损耗:

kw,P,0.01S,44.7,Q,0.05S,223.3kvarTca1Tca1

`系统总负荷:

4420.51113.5kvarP,P，,P,Q,Q，,Q,,,T,1ca1T1

22S,P，Q=4558.1kv?

A<10000,1,1,1

因此检验合格

实际功率因数:

P4420.8,1cos,,,,0.97,S4558.1,1

主变压器型号的选择应尽量考虑采用低损耗、高效率的变压器。

根据实际情况本设计选择了两台型号为-10000/35的变压SZ9

器，带负荷调压分接头，绕组连接方式Y,,阻抗阻抗d11

。

U,7.5%k

6

第四章电气主接线设计

供电系统的主接线图

7

第5章短路电流的计算

5.1短路电流计算的目的

为了确定线路接线是否需要采取限制电流的措施，保证各种电气设备和道题在正常运行和故障的情况下都能安全可靠地工作，为选择继电保护方法和整定计算提供依据，验算导体和电器的动稳定性热稳定性以及电气开断电流所用的短路电流计算，应考虑10年的远景发展规划。

5.2短路电流计算

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法），本设计中采用的是标幺制法。

仅对和点分析在各种运行情况下的短路电流，任意SS12

点的短路电流计算类似，该系统短路等效电路图如图4-1所示。

1.确定基准值

选取基准容量S=100MVAb

计算S1点取基准电压37kv即U=37kvb1

SbI,,1.56kAb13Ub1

计算S2点选取基准电压10.5kv即U=10.5kvb2

SbI,,5.5kAb2U3b2

8

2.计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

最大运行方式:

S100*dX,X,4.76*,0.35A站:

A1max22cU（）37n

S100*dB站:

=X,X1.054*,0.082Bmax22（cU）37n最小运行方式:

S100*dX,X,1.679*,0.12A站:

A3min22cU（）37n

S100*dX,X,0.3056*,0.02B站:

B4min22cU（）37n变压器电抗的计算:

US7.5100*kbX,,,0.75TS10010010N

3.最大运行方式下短路电流的计算

（1）在S1点发生短路时:

``***I,I/X,4.46kAX,X,0.35kb,A,A31111

i,2.55*4.46,11.4kAI,1.51*4.46,6.7kAp3p3

（2）在S2点发生短路时:

*****X,（X，X）//（X，X）,0.47,TT212

``*I,I/X,11.7kAkb,322

9

i,2.26*11.7,26.4kAp3

I,1.31*11.7,15.3kAp3

4.最小运行方式下短路电流的计算

（1）在S1点发生短路时:

**X,X,0.12,A23

``*I,I/X,13kAkb,A312

i,2.55*13,33.1kAp3

I,1.51*13,19.6kAp3

（2）在S2点发生短路时:

*****X,（X，X）//（X，X）,0.41,TT334

``*I,I/X,13.4kAkb,323

i,2.26*13.4,30.3kAp3

I,1.31*13.4,17.6kAp3

系统短路电流计算的结果列于下表5-1所示:

表5-1系统短路电流计算的结果

35kv母线S1点短路电流10kv母线S2点短路电流

````运行方式II（kA）（kA）（kA）（kA）iiI（kA）I（kA）p3p3p3p3k3k3

最小运行1333.119.613.430.317.6方式

最大运行4.4611.46.711.726.415.3方式

10

第6章电气设备的选择

6.1高压电器设备选择的一般原则

由于各种高压电气设备具有不同的性能特点，选择与校验条件不尽相同，高压电气设备的选择与校验也是有所不同的。

为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件有:

按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择;按短路条件包括动稳定、热稳定校验;按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。

1.额定电压和最高工作电压

高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高工作电压U不N得低于所接电网的最高运行电压。

一般电气设备允许的最高工作电压可达1.1~1.15U，而实际电网的最高运行电压U一般NN.W不超过1.1U，因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的N

额定电压U不低于装置地点电网额定电压U的条件选择，即NN.W

U?

UNN.W

2.额定电流

电气设备的额定电流I是指在额定环境温度下，电气设备的N

长期允许通过电流。

I应不小于该回路在各种合理运行方式下N

的最大持续工作电流Imax，即

I?

INmax

计算时有以下几个应注意的问题:

11

（1）由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的I为发电机、调相机或变压器的额max

定电流的1.5倍;

（2）若变压器有过负荷运行可能时，I应按过负荷确定max

（1.3~2倍变压器额定电流）;

（3）母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的I;max

（4）出线回路的I除考虑正常负荷电流（包括线路损耗）max

外，还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷。

6.2电气设备选择

1.断路器

高压断路器是变电所主要电气设备之一，其选择的好坏，不但直接影响变电所的正常状态下运行，而且也影响在故障条件下是否能可靠地分断。

断路器的选择根据额定电压、额定电流、装置种类、构造型式、开断电流或开断容量各技术参数，并且进行动稳定和热稳定校验。

（1）按额定电压选择

断路器的额定电压，应不小于所在电网的额定电压，即

U?

UNN.W

式中U—断路器的额定电压，KV;N

U—电网的额定电压，KV。

N.W

（2）按额定电流选择

12

断路器的额定电流I应不小于回路的持续工作电流，即N

I?

INca

式中I—断路器额定电流，A;N

I—回路持续工作电流，A。

ca

（3）按配电装置种类选择

装置的种类指断路器安装的场所。

装设在屋内的应选屋内型，装设在屋外的，应选屋外型。

2.隔离开关

隔离开关应按其额定电压、额定电流及使用的环境条件选择出合适的规格和型号，然后按短路电流的动、热稳定性进行校验。

按环境条件选择隔离开关时，可根据安装地点和环境选择户内式、户外式、普通型或防污型等类型，防污型用于污染比较严重的地方。

隔离开关按构造可分为三柱式、双柱式和V型结构，工况企业35KV变电所户外多选用V型结构。

此外，隔离开关还有带接地刀闸和不带接地刀闸两种，带接地刀闸的一般用于变电所进线。

在选择隔离开关的同时还必须选择配套的操作机构。

隔离开关的选择，除了不校验开断能力外，其余与断路器的选择相同，因为隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间，故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同3.电流互感器

13

根据使用环境和安装条件确定电流互感器的类型，然后按正常工作条件及短路参数确定其规格。

选择步骤如下:

（1）额定电压的选择

电流互感器的额定电压应大于或等于电网的额定电压，同断路器额定电压的选择。

（2）一次额定电流的选择

电流互感器原边额定电流I应大于等于1.2~1.5倍最大长1N

时工作电流I，即ca

I>（1.2~1.5）I1Nca

（3）、确定准确等级

电流互感器的准确度级别有0.2，0.5,1.0，3.0，10等级。

测量和计量仪表使用的电流互感器为0.2级，只为电流、电压测量用的电流互感器允许使用1.0级，对非重要的测量允许使用3.0级。

（4）动稳定校验

电流互感器满足动稳定的条件是

K2I,iem1Nim

式中K----动稳定倍数，由产品目录查出;es

i-----三相短路冲击电流，Kaim

（5）热稳定校验

电流互感器满足热稳定的条件是

14

tIfssK,tmIt1N

式中K---对应于t的热稳定倍数，由产品目录查出;ts

t-----给定的热稳定时间，一般为1s;

I---三项稳态短路电流有效值，A;ss

t----短路电流的家乡作用时间，s。

f

4.电压互感器

电压互感器的选择是根据额定电压、装置种类、构造形式、准确度等级以及按副边负载选择，由于电压互感器与电网并联，当系统发生短路时，互感器本身并不遭受短路电流的作用，故不需校验动、热稳定性。

5.避雷器

根据避雷器的工频电压要大于最大运行相电压的3.5倍的原理来选，课设所涉及的避雷器选择如表6-5所示。

表6-5避雷器选择结果

电压等级避雷器型号

FZ—3535kv

FZ2—610kv

6.接地开关

根据短路电流计算结果选JN—35型（J:

接地开关,N:

户内用,35:

额定工作电压（KV））和选JN2—10型（J:

接地开关,N:

户内用,2:

设计序号，10:

额定工作电压（KV））。

7.支柱绝缘子

15

主要用来支持导线和杆塔绝缘。

目前种类很多，主要有悬式绝缘子，针式绝缘子，蝴蝶型绝缘子，拉紧绝缘子，支柱绝缘子，钢化玻璃绝缘子，陶瓷横担，钢化玻璃横担，各类电气设备进出线套管，以及穿墙套管等。

选高压支柱式绝缘子:

户外支柱:

ZS——实心棒型支柱

ZSX——悬挂式棒式支柱

ZSW——耐污型棒式支柱

户内支柱:

ZN——户内内胶装支柱瓷绝缘子

ZL——户内联合胶装

Z——户内外胶装

A，B，C，D——机械破坏等级

Y——圆柱底座

——椭圆形底座T

F——方形

户外选ZSW—35/4

35/4Y户内选ZL—

6.高压开关柜的选择

（1）、高压开关柜型号的选择

高压开关柜按安装地点和使用环境分，可分为户内型、户外型、普通型、封闭型、矿用一般型和矿用防爆型等类型。

按电器元件在高压开关柜内的安装方式不同可分为固定式和移开式两种。

按开关柜的安装方式和维护小球分，又分为靠墙或不靠墙安装，单面或双面维护。

16

在高压开关柜中大都装设少油断路器，对于频繁通断或短路故障较多的线路，要选中装有真空断路器的开关柜。

选择高压开关柜的时候还应考虑其操作机构，手动式用于小型变电所，电磁式用于大、中型变电所。

（2）、高压开关柜一次电路方案的确定

选择高压开关柜的一次电路方案时，应考虑以下几个因素:

（1）开关柜的用途。

高压开关柜按用途不同，可分为进线柜、出现柜、电压互感器柜等多种。

开关柜的用途不同，柜内的电气元件和接线方式也不同，确定开关柜的一次电路方案时，应首先考虑其用途。

（2）负荷情况。

对于负荷容量大、继电保护要求较高的用电户，必须使用断路器进行保护和控制;对于负荷容量较小，继电保护要求不高的用电户，可采用装有负荷开关和熔断器的开关柜，对于单回路供电的用户，开关柜只要求断路器靠近母线的一侧装设隔离开关;对双回路供电的用户，断路器两侧都应该装设隔离开关。

（3）开关柜之间的组合情况。

变电所的进线柜和联络柜，由于安装需要，往往选用两种不同方案的开关柜组合使用。

（4）进出线及安装布置情况。

为了保证足够的安全距离，两个架空出线柜不得相邻布置，中间至少应隔开一个其他方案的开关柜。

当高压开关柜的型号和一次电路方案确定以后，开关柜中所装电器元件的型号也就基本确定。

下一步应对柜内电气元件的技术参数进行选择校验。

17

第7章变电所进出线的选择

7.1无功功率的计算

陶瓷厂有功功率Pc1=1051.3kw功率因素cosΨ=0.82

tanΨ=0.7

C1=Pc1*tanΨ=735.9无功功率Q

益号车厂Pc2=242.1功率因素cosΨ=0.8tanΨ=0,75无功功率QC2=Pc2*tanΨ=181.6

电焊厂有功功率Pc3=359.8功率因素cosΨ=0.65tanΨ=1.17

无功功率QC3=Pc3*tanΨ=420.1

强力砖厂有功功率Pc4=570.5功率因素cosΨ=0.79tanΨ=0.78

QC4=Pc4*tanΨ=445.99

特种钢厂有功功率Pc5=1200功率因素cosΨ=0.85tanΨ=0.62

QC5=Pc5*tanΨ=744.0

18

综合1有功功率Pc6=242功率因素cosΨ=0.75tanΨ=0.88C6=Pc6*tanΨ=213.8Q

综合2有功功率Pc7=118.5功率因素cosΨ=0.81tanΨ=0.72QC7=Pc7*tanΨ=85.3

综合3有功功率Pc8=136.4功率因素cosΨ=0.83tanΨ=0.67C8=Pc8*tanΨ=91.4Q

综合4有功功率Pc9=230功率因素cosΨ=0.77tanΨ=0.83QC9=Pc9*tanΨ=191.1

综合5有功功率Pc10=240.9功率因素cosΨ=0.8tanΨ=0.75QC10=Pc10*tanΨ=180.7

综合6有功功率Pc11=214.6功率因素cosΨ=0.85tanΨ=0.62

QC11=Pc11*tanΨ=133.1

总的计算负荷取KΣp=0.95KΣq=0.97

Pc=KΣp*Σpi=0.95*4606.4=4376.1KWQc=KΣq*ΣQi=0.97*3422.9=3320.2