10kv变电所设计-毕业论文.doc

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毕 业 设 计（论 文）

设计（论文）题目： 某10KV变电所设计

学 院 名 称： 电子与信息工程学院
专 业： 电气工程及其自动化
班 级： 电气071
姓 名： 王凌 学 号 09
指 导 教 师： 顾时明 职 称 工程师

定稿日期：2011年 5月20日

目录

第一章 绪论…………………………………………………………..3
第二章 负荷分析计算…………………………………………………3
第三章 主接线设计…………………………………………………..6
第四章 电气设备的选择......……………………..………….… 8
第五章 小结………………………………………………………….15
第六章 参考文献…………………………………………………….16

第一章 绪论

随着国民经济的发展，各类民用建筑以多层建筑为主，配电距离在变长，配电功率在变大，负荷密度在增加，10kv配电网络承担着重大的供配电任务。而变电所在供配电网络中起着接受、变换和分配电能的作用，所以，变电所在供配电网络中处于举足轻重的地位。
在10kv变电所设计中，主要完成以下任务：主接线方案的设计与论证；负荷计算及无功功率补偿；短路电流计算；高、低压侧配电系统设计；电气设备的选择与校验；变电所形式的确定及其内部电气平面布置设计；对电力变压器的继电保护；防雷和接地等等。
目前，在10kv变电所的设计中，普遍采用金属封闭铠装开关柜设备，将变压器一、二次开关设备全部合为一体。而开关设备的发展是变电所、电力系统发展的先驱。真空开关、SF6断路器、重合器、分段器、自动配电开关、新型熔断器的出现，为变电所向小型化、智能化、免维护、易施工方向发展创造了良好的条件。随着科学技术的发展，变电所综合自动化系统运用的日益广泛，逐步融入了IT技术，借助计算机技术和网络通信技术，对配电网进行在线和离线的智能化监控管理。做到保护、运行、管理的自动化。随着微机监控系统和配电自动化技术的应用，变电所内逐步实现了无人值守。这就大大减少了危险场所人为事故发生率，增强了供配电系统的可靠性和稳定性。在先进技术不断发展的今天，变电所综合自动化系统以其系统化、标准化和面向未来的概念正逐步取代繁琐而复杂的传统控制保护系统。所以综合自动化是变电所发展的总方向。考虑到人工操作与智能化操作的接合，在变电所内做微机保护设计，主要从微机保护的原理，硬、软件组成，微机保护的特点和微机保护可靠性提高的措施等方面做出叙述。

第二章 负荷计算及分析

本设计包括以下电气系统：
10Kv配电系统；
照明系统；
建筑物防雷，接地系统及安全措施；
负荷分类及容量:
一级负荷：消防风机，消防水泵，应急照明，防火卷帘等。
二级负荷：生活泵，潜水泵等。
其余为三级负荷。
供电电源:
本工程运用低压配电系统采用220/380V放射式与树干式相结合的方式，对于单台容量较大的负荷或重要负荷采用放射式供电；对于照明及一般负荷采用树干式与放射式相结合的供电方式。供电范围按防火分区划分，分别从变配电室引来低压电缆对本区域进行供电。
计量：本公共部分可由建设单位根据实际需要设置计量表记。
消防专用设备：消防专用设备的过载保护只报警，不跳闸。
变配电所：
设置2台10KVA的专变。专变部分采用高供高计，二路电源供电，互为热备用，在高压进线柜后设置计量柜。公变高压采用环网柜，功率因数在低压侧采用并联电容器组集中补偿，要求自动补偿到0.9以上。专变高压采用高压真空开关柜，功率因数在低压侧采用并联电容器组集中补偿，要求自动补偿到0.9以上。
低压配电系统
从专用变引出电缆放射式供电到各幢楼的电梯及消防设备。消防设备采用专用的供电回路，在变电所处要有明显的标志，电缆采用耐火电缆。
照明：
照明分普通照明与应急照明。
普通照明主要采用节能灯。
应急照明在各疏散楼梯间、前室、消控室、配电房、防排烟机房等处设置，采用消防电源与自带电池的应急灯相结合。在小高层的疏散走道和安全出口等处设置应急疏散照明，采用专用的疏散指示标志灯。
考虑室外及景观照明电源。
通过本次设计，要达到的目的有：巩固和提高对所学的专业理论知识的认识，并在毕业设计的实践过程中得到灵活应用；学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法，树立正确的设计思想；培养独立分析和解决实际问题的工作能力及实际工程设计的基本技能；培养查阅、使用国家规范、设计手册及其他参考资料的能力；为今后从事电力工程设计、建设、运行及管理工作打下必要的坚实基础。
有功计算负荷：PC= KiKdPe
P C为有功功率 Ki为需要系数 Kd为同时系数 Pe为设备容量
无功计算负荷：QC= PC tgф
QC为无功功率 tgф为功率因数的正切值
视在功率计算负荷：SC= PC/cosф
SC为视在功率 cosф为功率因数
自行车库用电：
有功功率Pe=15*7=105w PC= KiKdPe=0.8*0.8*105=67.2w
无功功率QC= PC tgф=67.2*0.48=32.256w
视在功率SC= PC/cosф=67.2/0.9=75w
其他设备计算同上
计算表如下：

用电设备
台数
容量
需要系数
cosф
tgф
计算负荷
无功功率
视在功率
生活汞
1
15
0.6
0.8
0.75
7.2
5.4
9
消火栓汞
1
55
0.6
0.8
0.75
26.4
19.8
33
喷淋汞
1
37
0.6
0.8
0.75
17.76
13.32
22.2
排烟风机
8
18.5
0.8
0.8
0.75
94.72
71.04
118.4
电梯常用电源
7
12
0.5
0.5
1.73
33.6
58.28
67.2
电梯备用电源
7
12
0.5
0.5
1.73
33.6
58.28
67.2
总计
25
149.5

213.28
226.12
314

同时系数取0.8 根据SC= PC/cosф=499.4KVA，选择SCB8-630/10变压器两台。　
功率因数tgф=(Qc1+Qc2)/(Pc1+Pc2) cosф=arc tgф= 0.734
因为功率因数要达到0.9以上。所以功率补偿如下：
Pc=376.48KW Qc=304.426KVA 需补偿的容量为“Qcc=Pc（tgarccos0.734-taarccos0.9）=160kvar

第三章 主接线设计

第一节 电气主接线的基本知识
电气主接线是发电厂和变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主节。 主接线是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备依一定的次序相连接的接受和分配电能的电路。而用规定的电气设备图形符号和文字符号并按照工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置 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。
主接线可分为有母线接线和无母线接线两类。有母线接线分为单母线接线和双母线接线；无母线接线分为单元式接线、桥式接线和多角形接线。而在中、低压供配电系统中主要采用单母线接线、单元式接线和桥式接线。
主接线的选择直接影响到电力系统运行的可靠性，灵活性，并对电器选择，配电装置布置，继电保护，自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各方面的因素，经过技术、经济比较后方可确定。

第二节 电气主接线的基本要求
1、可靠性：
（1）研究可靠性应注意的问题：长期运行的实践经验及其可靠性的运行分析。 应包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。
（2）具体要求： 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。 断路器或引线检修及引线故障时，尽量减少停远回路和停远时间，并保证对一级负荷及全部及大部分二级负荷的供电。
2、灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
（1）调度时，应可以灵活地投入和切除发电机，变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式及特殊运行方式下的系统调度要求。
（2）检修时，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修而不致影响电力网和对用户的供电。
（3）扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
3、经济性：主接线在满足可靠性，灵活性要求的前提下做到经济合理。
（1）投资省 主接线要求简单，以节省断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器、避雷器等一次设备。 要使继电保护和二次回路不过于复杂。选择价廉的电器设备和轻型电器。
（2）占地面积小，主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。
（3）电能损失小，经济合理地选择各种电气，减少电能损失。
（4）具有未来发展和扩建的可能性。

第三节 主接线设计
一、主接线的设计依据:
1、发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用。
电力系统中的变电所有：系统枢纽变，地区重要变电所和一般变电所三种类型，一般变电所多为终端和分支变电所，电压为110KV及以下。
2、发电厂、变电所的分期和最终建设规模。
变电所根据5—10年电力系统发展规划进行设计，一般装设两台主变压器，终端或分支变电所如只有一个电源时，可只装设一台主变压器。
3、负荷大小和重要性
（1）对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。
（2）对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。
（3）对于三级负荷，一般只需一个电源供电。
4、系统备用容量大小
装有两台及以上主变的变电所，当其中一台事故断开时，其余主变的容量，应保证该变电所70%的全部负荷，在经过过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷供电，系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。在主接线设计时应充分考虑这一因素。5、系统专业对电气主接线提供的具体资料
（1）出线的电压等级、回路数、每回路输送容量和导线截面。
（2）主变压器台数，容量和型号；变压器各侧的额定电压，阻抗等。
（3）系统的短路容量或归算电抗值。
（4）变压器中性点的接地方式及接地点的选择。
（5）初期和最终变电所与系统连接方式，变电所的地理位置等。

第四章 电气设备的选择

1.1断路器
断路器是控制电流通断的设备，主要用于对线路及设备的保护，当电路中出现过载、短路、欠压等故障时，能迅速切断电源，保护线路、负载及相关设备的安全。

1.2电流互感器
电流互感器：将大电流变成小电流的互感器。在正常使用情况下其比差和角差都应在允许范围内。
电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。

1.3电压互感器
电压互感器：将高电压变成低电压的互感器。在正常使用情况下，其比差和角差都应在允许范围内。电压互感器。压互感器是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通φ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即100V，电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的（电容式电压互感器应用广泛），另有非电磁式的，如电子式、光电式。施工、安装要点

1.4隔离开关
隔离开关隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器，顾名思义，是在电路中起隔离作用的它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。刀闸的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。

2.1母线简介：
母线的作用是将发电机和变压器生成的电能集中，然后再分配给用户。
母线的选择应符合如下条件：
1）、母线应满足正常负荷下的长期运行条件；
2）、应能承受故障时故障电流，尤其是短路电流的短时作用；
3）、为保证电源质量，必须限制线路上的电压损失，以满足线路末端的电压偏差要求，即应满足线路电压损失的要求；
4）、应满足机械强度要求;
5）、应考虑线路的经济运行.
2.2母线选型
户内——硬母线优先采用铝、其次为铜，截面分为矩形、槽型、管型，布置方式有水平垂直布置及平放、立放之分。
户外——软母线优先采用钢芯铝绞线。
电缆：包括线芯材料，电缆绝缘型式、密封层、保护层。
2.3母线选择条件分析
1）中压线路 由于距离系统较近，短路电流大且故障切除时间较长，但其上负荷电流较小,母线选择的主要矛盾是能否承受短时电流的作用，既热稳定问题。因此，一般用热稳定条件确定母线截面，在以其他条件进行校验。
2）低压线路 由于低压线路负荷电流相对较大，短路电流较小且故障切除时间短，母线选择的主要矛盾是能否承受工作电流，故一般以载流量条件选择母线截面，用其他条件校验。二、母线选择：
1、高压侧母线的选择：以热稳定条件选择母线截面
满足热稳定要求的导线或电缆的最小截面应为：A>I/C×式中，C—热稳定校验系数
tim—假想时间

高压侧：Ic=Sc/Ur=28.8A ,A>I/C×=9KA/171×=136mm2
因此选择截面积为150 mm2 ，载流量为227A的YJV22-8.7/15KV。
电缆选择方法同母线选择，不再赘述。
10KV侧选择：YJV22-8.7/15-3×50型交联聚乙烯绝缘电力电缆；
0.4KV侧选择：TMY-3(80×6)+(40×6)
2.4一次侧电气设备选择
2.4.1 开关电器的选择：
开关电器的选择原则具有互通性，即不仅要保证开关电器正常时的可靠工作，还应保证系统故障时，能承受短路时的故障电流的作用，同时尚应满足不同的开关电器对电流分断能力的要求，因此，开关电器的选择应符合下列条件：
满足正常工作条件
满足工作电压要求 即：Ur = UN
Um ≥ Uw
式中 Um ——开关电器最高工作电压；
Uw——开关电器装设处的最高工作电压；
Ur ——开关电器额定电压；
UN——系统的额定电压。
满足工作电流要求 即 Ir ≥ Ic
满足工作电流要求 即 Ir ≥ Ic
式中 Ir——开关电器额定电流
Ic——开关电器装设处的计算电流
满足工作环境要求 选择电气设备时，应考虑其适合运行环境条件要求，如：温度、风速、污秽、海拔、地震、烈度等。

2.4.2按照正常工作条件选择设备，短路条件校验设备：
以T1变压器一次侧为例对设备进行选择和校验：
1、VD4型真空断路器
技术参数：
额定电压Ur:10KV，额定电流Ir:630A
4s额定热稳定电流（有效值）It:16KA
额定动稳定电流（峰值）imax:40KA
额定短路开断电流Ibr:40 KA
校验：满足短路故障时的热稳定条件：
只须满足 I2t×t≥I2∞×tim
（式中tim为假想时间，经过计算tim=0.15s）
因为162×4=1024＞92×0.15=12.15，所以满足热稳定性条件。
所以，T1变压器一次侧选择上述型号断路器能满足要求。
GN19-10型户内高压隔离开关（沈阳高压开关有限责任公司生产）
技术参数：
额定电压Ur：10KV，最高工作电压Umax：12KV，额定电流Ir：630A
动稳定电流（峰值）:50KA
4s热稳定电流（有效值）：20KA
校验：满足短路故障时的热稳定条件：
只须满足 I2t×t≥I2∞×tim
（式中tim为假想时间，经过计算tim=0.15s）
因为202×4=1600＞92×0.15=12.15，所以满足热稳定性条件。
所以，T1变压器一次侧选择上述型号断路器能满足要求。
JN1-10（C）I型接地开关（沈阳高压开关有限责任公司生产）
技术参数：
额定电压Ur：10KV，动稳定电流imax：50KA
4s热稳定电流It：12.5KA
校验：满足短路故障时的热稳定条件：
只须满足 I2t×t≥I2∞×tim
（式中tim为假想时间，经过计算tim=0.15s）
因为12.52×4=625＞92×0.15=12.15，所以满足热稳定性条件。
所以，T1变压器一次侧选择上述型号断路器能满足要求。
LZZJ9-10型电流互感器（大连互感器厂生产）
技术参数：
额定电流变比Ir1/Ir2：50A/5A，动稳定电流imax：40KA，
2s热稳定电流（有效值）It：7.5KA
准确等级∶0.5
校验：因为线路短路时，短路电流会流过电流互感器的一次绕组，所以应做动、热稳定校验满足短路故障时的热稳定条件：
只须满足 I2t×t≥I2∞×tim
（式中tim为假想时间，经过计算tim=0.15s）
因为7.52×2=112.5＞92×0.15=12.15，所以满足热稳定性条件。
所以，T1变压器一次侧选择上述型号断路器能满足要求
JSW-10型电压互感器（大连互感器厂生产）
技术参数：
额定电压变比：10KV/0.1KV/0.1/3 KV，额定输出：120VA
极限输出：500VA， 准确等级：0.5
2.5 二次侧电气设备选择
2.5.1 低压断路器选择：
低压断路器，又叫低压自动空气开关、自动开关，是低压系统中既能分合负荷电流也呢感分断短路电流的开关电器。低压断路器除了具有一般开通电路的功能外；同时还具有反映系统的故障状态，判断是否需要分断电路，并执行分断动作的功能，即具有对系统发保护功能。
低压断路器通常是按其结构型式分类的，可分为框架式、塑壳式和小型模块式。其操作方式有
力操作、电动操作和储能操作。其触头极数有单极、2极、3极和4极。
1)、主触头和灭弧系统 这部分是执行电路通断的主要部件。低压断路器的主触头一般由耐弧合金制成，采用灭弧栅片灭弧。主触头是由操作机构和脱扣器操作起通断的，操作机构可用操作受柄操作，也可用用电动机构操作。在正常情况下，触头可接通、分断工作电流，当出现故障时，呢感依靠自由脱扣机构快速及时地切断高达数十倍额定电流的故障电流，从而保护系统中的电气设备和线路。
2)、具有不同保护功能的各种脱扣器：是实施保护功能的主要元件，由不同功能的脱扣器可以组合成不同性能的低压断路器。
3)、自由脱扣机构和操作机构 这一部分是联系以上1、2两部分的中间传递部件。
低压断路器的选取原则：Id< Icu >Ics > Icw >> Inm > In > Ic
Inm——断路器壳架等级额定电流（A）
In ——断路器额定电流（A）
Icu ——断路器额定极限短路分断电流（A）
Ics ——断路器额定运行短路分断电流（A）
Icu ——断路器额定短路耐受电流（A）
Ic ——线路负载计算电流（A）
Id——断路器负载侧短路电流（KA）
低压侧主断路器设计选型，还应注意该配电网络的短路电流；断路器的分断能力；变压器的可能的过载运行；大功率重负荷电机的频繁启动及反接自动；断路器工作环境温度等诸多因素。一般壳架额定电流Inm宜比实际线路额定电流选大一级。

各个变压器低压侧所选择的断路器参数表6-4： DW15-630
DW15-1000
壳架等级额定电流（A）
1000
额定电流（A）
1000
额定分断电流（KA）
瞬时
40
0.4s短延时 30
额定接通电流（KA）
瞬时
84
0.4s短延时 63
飞弧距离（mm）
250
适配的变压器编号
T1 T2

2.5.2 低压隔离开关：
低压隔离开关选择QP型低压隔离开关，由厦门电器控制设备厂生产。主要用于有大短电流的配电线路和电动机电路中，作为手动不频繁操作的电源开关、应急开关和隔离开关，并作电路保护之用。开关可直接开闭电动机等大电感负载，并可控制电容器等容性负载。
其技术参数：
QP-1000
额定绝缘电压（V～）

1000
额工作电流Ie（A）

1000
额定分断电流（A）

1500
额定接通电流（A）

1500
额定短时耐受电流（KA）

50
适配的变压器编号

T1、T2
2.5.3 互感器的选择：
（1）电流互感器的选择
10kV电流互感器按使用用途可分为两种，一为继电保护用，二为测量用；它们分别设在配电所的进线、计量、出线、联络等柜内
选用沈阳互感器厂生产的LMG—0.38系列低压电流互感器
（2）电压互感器的选择
选择宁波互感器厂生产的JDG6—0.38系列电压互感器
JDG6—0.38系列电压互感器为单相双线圈干式户内型产品，适合于交流50HZ，380V电路中，供测量电压、电能和功率以及继电保护和自动装置用。

2.5.4 电容器的选择：
电容器选型：BWF0.4-25-1， 生产厂家：西安电力电容器厂
额定电压：0.4kv 额定容量：25kvar
额定电容：497.61μF 相 数：单相
外形尺寸(mm)： L B h H F 质量
380 115 340 420 200 25kg

第七章 小结

本设计题目是10KV变电所设计。在顾时明老师的指导下，依照国家相关规范及毕业设计任务书要求，根据自己所学的有关供配电的理论知识，经过三个月的努力，终于完成了毕业设计。
本设计主要完成了以下任务：主接线方案的设计与论证；负荷计算及无功功率补偿；短路电流计算；高、低压侧配电系统设计；电气设备的选择与校验；变电所形式的确定及其内部电气平面布置设计；已基本完成毕业设计任务书的要求。
在变电所的设计中，我做到了“具体问题具体分析”，根据实际情况分析问题，由于理论与实际还存在了一定的距离。因此，在实际中遇到了一些实际问题的麻烦。但在最后还是在各位老师和同学的帮助下克服了困难。
通过这次设计使我掌握了不少的课本以外的知识，相信会为我以后的学习和工作带来不少的帮助。

参考文献
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