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某10kV变电所一次设计


10kV 变电所一次系统设计

专 班 姓 学

业:供用电技术 级: 名: 号:

指导老师:

1

毕业设计(论文)课题任务书
( 2013 年 2 学期) 学院(部) : 指导教师 课题名称 1. 内容 (1)拟建变电所基本资料 为了满足企业电力负荷的需要,近期

必须新建一个 10kV 变电站。 该变电所下设有机械加工、电焊、起重、办公楼、住宅区水泵组、住宅 区水泵组、住宅用电、照明等部分。 (2)负荷资料 用电设备 机床设备组 内 容 及 任 务 2、任务 (1)变电所的负荷计算; (2)无功功率计算及补偿; (3)选择本变电所主变的台数、容量和类型; (4)变电所位置和形式选择; (5)变电所主变压器台数和容量及主接线方式选择; (6)短路电流的计算; (7)变电所一次设备的选择与校验;
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电力工程系

专业:供用电技术 学生姓名 10kV 变电所一次系统设计

负荷统计(kW) 负荷类别 433.45 129.35 113.2 30 176 768 29 三级 三级 三级 三级 二级 三级 三级

电焊机设备组 起重机组 办公楼 住宅区水泵组 住宅用电 厂区照明

(8)变电所高、低压线路的选择; (9)进行防雷保护的规划设计;

3、参考文献 1.电力工程设计手册 2.刘介才 3.张华 4.陈家楣 5.孙丽华 6.王月志 主编《工厂供电》机械工业出版社 主编《电类专业毕业设计指导》机械工业出版社 主编《供配电系统与电气设备》中国水利水电出版社 主编《电力工程基础》 机械工业出版社 主编《电能计量》 中国电力出版社

7.夏国明 主编《用电营业管理》中国水利水电出版社 8.陈跃 电出版社 9.DL/T448 2000 电能计量装置技术管理规程; 10.电测量及电能计量装置设计技术规程; 11.电能计量装置安装接线规则; 12.常美生 主编《高电压技术》中国电力出版社 主编《电气电气工程专业毕业设计指南》电力系统分册 中国水利水

13.王宇主编《工厂供配电技术》中国电力出版社

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第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章

绪言 变电所的负荷计算 无功功率计算及补偿 选择本变电所主变的台数、数量、容量和类型 变电所位置和形式选择 变电所主变压器台数和容量及主接线方式选择 短路电流计算 变电所一次设备的选择与校验 变电所高、低压线路的选择 进行防雷保护的规划设

第十一章 个人体会和总结

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第一章 绪言

电能是社会主义建设和人民生活不可缺少的重要的能源, 电力工业在国民经 济中占有十分重要的地位,电能是由发电厂供给,因为考虑经济原因,发电厂大 多建在动力资源比较丰富的地方,而这些地方又常远离大中性城市和工厂企业, 这样需要远距离输送,经过升、降压变电所进行转接,在进一步的将电能分配到 用户和生产企业。 由于电力电能的重要特点是不能储存,因此电力电能的生产、输送、分配和 使用是同时进行的, 于是电力电能从生产到使用就构成一个整体,而由电力电能 的生产、输送、分配和使用的发电机、变压器、电力线路及各种用电设备联系在 一起组成的统一整体就称为电力系统。 本设计主要从大致的 10kV 变电所一次系统设计出发,对于 10k 变电所各组 设备的设计和计算。首先,对已知的设计原始资料进行分析和舍取,可以大概的 了解变电所的设计要求;然后,对各组设备的负荷进行计算,统计总负荷和功率 因数以及电力系统的损耗。 同时,根据计算负荷选择总降压变电所的主要变压器 的台数和容量, 根据设计资料确定电源进线和电力来源,进一步可以大致拟定供 电系统图, 再对其进行短路短路电流的计算,选择变电所一次设备与其相应的校 验,选择变电所高、低压线路。 本说明在编写过程中, 参考了许多的教材和专著,在此对所有的作者表示诚 挚的谢意!由于编写时间和材料还有能力范围有限,设计中难免有错漏之处,敬 请老师指正。

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第二章 变电所的负荷计算

一、负荷计算的概念 计算负荷又称需要负荷或最大负荷,计算负荷是一个假象的持续性负荷,其 热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的效应相等。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线的依据。 负荷不是恒定值,是随时间而变化的变动值。因为用电设备并不同时运行, 即使用时,也并不是都能达到额定容量。另外,各用电设备的工作制也不一样, 有长期、短时、重复短时之分。在设计时,如果简单地把各用电设备的容量加起 来作为选择导线、电缆截面和电气设备容量的依据,那么,过大会使设备欠载, 造成投资和有色金属的浪费;过小则又会出现过载运行。其结果不是不经济,就 是出现过热绝缘损坏、线损增加,影响导线、电缆或电气设备的安全运行,严重 时,会造成火灾事故。因此负荷计算也只能力求接近实际。 为避免这种情况的发生,设计时,用的总负荷应是一个假定负荷,即计算负 荷。 计算负荷, 是通过统计计算求出的、用来按发热条件选择供配电系统中各元 件的负荷值。由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约为(3~4)t,t 为发热 时间常数,而截面在 16mm 以上的导体的 t 均在 l0min 以上,也就是载流导体大 约经 30min 后可达到稳定的温升值,因此通常取半小时平均最大负荷作为“计算 负荷” 。 二、平均负荷 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相比, 长选用最大 负荷(即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班)平均负荷,有时也计算 年平均负荷。平均负荷用来计算最多负荷和能量消耗。 三、负荷计算的方法

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我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。需 要系数法的优点是简便, 适用于全厂和车间变电所负荷的计算,二项式法适用于 机加工车间, 有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。但在确定设备 台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时, 采用二项式法较之采用 需要系数法合理,且计算也较简便。 四、负荷计算的公式 一个用电设备组的计算负荷 Pc 应为:

Pc ?
其中

? av?WL

K? KL

PN? ;

K ? ——用电设备组总的设备容量,等于该组所有用电设备的设备容量
之和,即

PN? ? ?PN ;

K L ——设备组的负荷系数,即设备组在最大负荷时的输出功率与运行
的设备容量之比;

? av ——设备组的平均效率,即设备组在最大负荷时的输出功率与取用
功率之比;

? WL ——配电线路的平均效率,即配电线路在最大负荷时的末端功率之
比。

K? KL


? av?WL

? Kd ;

(1)用电设备组的计算负荷 有功计算负荷为:

Pc ? K d PN? ;
Pc 后,可按下列公式分别求出其余的计算负荷

在求出有功计算负荷

无功计算负荷

Qc ? Pc tan? ;

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视在计算负荷

Sc ?
Ic ?

Pc ? Pc 2 ? Qc 2 cos?
Sc 3U N




计算电流

(2)多组用电设备的计算负荷 多组用电设备的有功计算负荷 多组用电设备的无功计算负荷 多组用电设备的视在计算负荷

Pc? ? K ?p ?Pc ;
Qc? ? K ?q ?Qc ;
2 SC? ? PC2 ? ? QC ?



多组用电设备的计算电流

I C? ?

S C? 3U N



其中

K ?p ——有功功率同时系数; K ?q ——无功功率同时系数。

同时系数 K ?p 和 K ?q 的取值, 是根据统计规律和实际测量结果确定的,通常可按

K?p ? 0.8 ~ 0.95 ,K?q ? 0.85 ~ 0.97 取值。
五、计算负荷 为了满足企业电力负荷的需要,近期必须新建一个 10kV 变电站。该变电所 下设有机械加工、电焊、起重、办公楼、住宅区水泵组、住宅区水泵组、住宅用 电、照明等部分。负荷资料如下:

用电设备 机床设备组 电焊机设备组 起重机组 办公楼 住宅区水泵组

负荷统计(kW) 负荷类别 433.45 129.35 113.2 30 176 三级 三级 三级 三级 二级
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住宅用电 厂区照明

768 29

三级 三级

解:先求各组的计算负荷: (1) 机床设备组。查表,取 Kd ? 0.25 , cos? ? 0.5 , tan? ? 1.73 ,故

P .45 ? 108.36 (kW) C?1? ? 0.25* 433
QC ?1? ? 108.36*1.73 ? 187.46 (k var)
( 2 )电焊机设备组。查表,取 Kd ? 0.35 , cos? ? 0.6 , tan? ? 1.33 ,故

P ? 45.27 (kW) C?2 ? ? 0.35*129.35
QC ?2? ? 45.27*1.33? 60.21 (k var)
(3) 起重机组。查表,取 Kd ? 0.15 , cos? ? 0.5 , tan? ? 1.73,故

P (kW) C?3? ? 0.15*113.2? 16.98
QC ?3? ? 16.98*1.73? 29.38 (k var)
(4)办公楼。查表,取 K d ? 0.85 , cos? ? 1.0 , tan? ? 0 ,故

PC?4? ? 0.85* 30 ? 25.( 5 kW)
QC ?4? ? 25.5 * 0 ? ( 0 k var)
(5)住宅区水泵组。查表,取 K d ? 0.8 , cos? ? 1.0 , tan? ? 0 ,故

PC?5? ? 0.8 *176 ? 140.( 8 kW)
QC ?5? ? 140.8 * 0 ? ( 0 k var)
(6)住宅用电。查表,取 K d ? 0.8 , cos? ? 1.0 , tan? ? 0 ,故

PC?6? ? 0.8 * 768 ? 614.( 4 kW)
QC ?6? ? 614.4 * 0 ? ( 0 k var)
(7)厂区照明。查表,取取 K d ? 1 , cos? ? 1.0 , tan? ? 0 ,故

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P (kW) C?7 ? ? 1* 29 ? 29
QC ?7 ? ? 29* 0 ? ( 0 k var)
,K?q ? 0.97 ) 此变电所计算负荷为(取 K?p ? 0.95

P ( 108.36 ? 45.27 ? 16.98 ? 25.5 ? 140.8 ? 614.4 ? 29 ) c? ? 0.95*
? 931 .29 ( kW ) ;

Qc? ? 0.97* ( 197.46 ? 60.21? 29.38 ? 0 ? 0 ? 0 ? 0)
? 278 .44 (kvar ) ;
SC? ? 931 .29 2 ? 278 .44 2 ? 972 .02 (kV?) ;

I C? ?

972.02 ? 56.12 (?) 。 3 *10

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第三章 无功功率计算及补偿

一、无功功率补偿的概念 在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变 电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平,减小网络损耗和改 善电力系统的动态性能, 这种技术措施称为无功功率补偿。无功功率指的是交流 电路中, 电压 U 与电流 I 存在一相角差时,电流流过容性电抗(XC)或感性电抗(XL) 时所形成的功率分量。 二、无功功率补偿的目的 进行无功功率补偿的目的是为了提高功率因数。 常用电气设备的功率因数除白炽灯、电阻、电热器等接近于 1 外,其他如电 动机、变压器、架空线以及电气仪表的功率因数均小于 1。如交流异步电动机, 在空载时的功率因数只有 0.2~0.3; 在轻载时均为 0.5; 在额定负载时均为 0.7~ 0.89。不带电容器的日光灯的功率因数为 0.45~0.6。负载的功率因数低,会引 起一些不良后果,主要表现有两个方面: (1)电力系统和用电企业的设备不能被充分利用。因为电力系统内的发电机和 变压器等设备,在正常情况下,不允许长期超过额定电压和额定电流运行。所以 当电压和电流都已达到额定值时,功率因数低便造成设备有功功率的输出较少。 同样容量的设备,功率因数越低,其输出的有功功率就越少。 (2)引起电力系统电能损耗增大和供电质量降低。对输电和配电线路来说,线 路中的损耗与电流大小的平方成正比,当输送同样大小的有功功率 P=IUcosφ 时,功率因数 cosφ 越低,输电线路中的电流 I=P/Ucos φ 就越大,而线路的 电能损耗是与电流的平方成正比增加的。

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另外,当功率因数降低,线路电流增大时,势必造成线路中电压降增大,这将导 致线路末端的电压降低。 若要满足末端用户电压要求,则线路始端的电压就要升 高,从而会使整个线路的供电质量降低。 从以上两方面来看, 提高用电功率因数是非常必要的,它不但可以提高电力 系统和用电企业设备的利用率,做到在同样发电设备条件下,提高发电能力。而 且可以减小电能损耗和提高用电质量,它是节约用电的一项很重要的技术措施。 三、无功功率补偿计算

COS ? ?

P 1035 .91 ? ? 0.96 S 1047 .8

功率因数为 0.96 ,所以不需要进行无功补偿。 四、无功功率补偿的方法 一般企业负载多为电动机,使电网处于感性状态,需要容性补偿。 (1)采用同步电动机人工补偿无功功率 同步电动机与异步电动机相比, 最突出的优点是在功率因数超前的方式下运 行, 能输出无功功率来补偿企业所需要的无功功率,因而可以提高企业的功率因 数。 如果同步电动机轴上不带机械负载, 只是空转运行, 专门用作补偿无功功率, 则称为同步调相机。 同步调相机一般容量较大,实质上是一种打容量的无功功率 发电机,主要装在电力系统大容量的枢纽变电所,作为系统的无功补偿装置。 (2)采用并联电容器人工补偿无功功率 补偿方式可分为单独补偿、分组补偿和集中补偿三种。 单独补偿: 在大型耗电设备进线端进行电容器补偿,直接安装在用电设备附 近就地补偿, 这样可减少供配电线路和变压器中得无功负荷,降低线路和变压器 的有功电能损耗补偿范围最大,经济效果最好。 分组补偿: 电容器安装分别安装在功率因数较低的车间配电母线上,分散补 偿, 这种方式的补偿范围和经济效果介于集中补偿和单独补偿之间,因此在中小 型企业中应用较普遍。

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集中补偿: 适用于功率因数比较稳定的电力系统,电容器组集中安装在总降 压变电所二次侧(6~10kV 侧)母线上,对整个企业进行补偿。 (3)有源补偿 即无功发电机,该电机通过闭环控制能发出无功。属于无阶补偿(电容器补 偿属于有阶补偿) ,补偿效果更好,是无功补偿未来的发展方向。但该方法造价 较高,一般企业不会使用。

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第四章

选择本变电所主变的台数、容量和类型

一、主变台数的选择 选择主变压器台数时应考虑下列原则: (1)一般情况下应首先考虑选择一台变压器。 (2)下列情况可考虑选择两台或两台以上变压器: a.对供有大量一、二负荷的白农电所,宜采用两台变压器,以便当一台变 压器发生故障或检修时,另一台变压器能对一、二级负荷继续供电,以满足供电 可靠的要求。对只有二级而无一级负荷的变电所,也克只采用一台变压器,但必 须在低压侧敷设与其他变电所项链的联络线作为备用电源; b. 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜采用经济运行方式的变电所,也 可考虑采用两台变压器; c.除了上述情况外的一般用户变电所,如果负荷集中而容量相当大时,虽 为三级负荷也可以采用两台或以上变压器。 二、主变容量的选择 1、对于仅装设一台变压器的变电所,变压器容量 ST 应满足全部用电设备计 算负荷 S C 的需要,即

ST ? S C
2、对于装设两台主变压器的变电所,每台变压器的容量 ST 应同时满足一下 两个条件: (1) 任一台变压器单独运行时,宜满足总计算负荷 S C 的大约 60 %— 70 %的需 要,即

ST ? (0.6 ~ 0.7)SC
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(2)任一台变压器单独运行时,应满足一、二级负荷 SC (1?2) 的需要,即

ST ? SC (1?2)
应注意,6—10kV 变电所主要变压器的单太容量,一般不宜大于 1000kVA(或 1250kVA) ; 对于装设在二层以上的店里变压器,应考虑垂直与水平运输对通道及 楼板荷载的影响,如,干式变压器,其容量不宜大于 630kVA;对居住小区变电 所内的油浸式变压器单台容量也不宜大于 630kVA。 三、主变类型的选择 变压器选型原则: (1)一般优先采用 S 7、S 9 和S11 等系列低损耗变压器,其容量系列为 R10; (2)如果周围环境恶劣,应选用具有防尘。防腐蚀性能的 BSL1 (3)对于高层建筑、地下建筑、机场等消防要求搞的场所,宜选用 SLL、SG、 SGZ 等型式的干式电力变压器; (4 )对于电网电压波动较大而不能满足用电负荷要求时,应选用 SZ 7 、 SZ 和 SLZ 等型式的有载调压电力变压器。 最近几年,TN 系统已普遍被采用,但在工程设计中,仍型密闭式电力变压 器;还有选用 Y,yn0 结线组别的变压器,D,yn11 结线的优点。据 GB50052-95 《供配电系统设计规范》中第 6.0.7 条规定: “在 TN 及 TT 系统接地型式的低压 电网中,宜选用 D,yn11 结线组别的三相变压器作为配电变压器” 。因为 D,yn11 结线比 Y,yn0 结线的变压器具有以下优点: 1)有利于抑制高次谐波电流。 2)有利于单位相接地短路故障的切除。 3)能充分利用变压器的设备能力。 所以应优先选用 D,yn11 结线变压器。

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第五章 变电所位置和形式选择

一、基本要求 1、接近负荷中心; 2、进出线方便; 3、接近电源侧; 4、设备运输方便; 5、不应设在有剧烈振动或高温的场所; 6、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所,当无法远离时,不应设在污染源盛 行风向的下风侧; 7、不应设在厕所、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, 当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时,应符合现行国 家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定; 9、不应设在地势低洼和可能积水的场所。 二、对有燃油性设备变电所要求 1、装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所,不应设在三、四级耐火等级 的建筑物内;当设在二级耐火等级的建筑物内时,建筑物应采取局部防火措施。 2、多层建筑中,装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠 外墙部位, 且不应设在人员密集场所的正上方、 正下方、 贴邻和疏散出口的两旁。 3、高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所,当 受条件限制必须设置时, 应设在底层靠外墙部位,且不应设在人员密集场所的正 上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁,并应按现行国家标准《高层民用建筑设 计防火规范》有关规定,采取相应的防火措施。 4、露天或半露天的变电所,不应设置在下列场所:
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⑴、有腐蚀性气体的场所; ⑵、挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁; ⑶、附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场; ⑷、容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全 运行的场所。 三、变电所的形式(类型) (1)车间附设变电所 (2)车间内变电所 (3)露天(或半露天)变电所 (4)独立变电所 (5)杆上变电台 (6)地下变电所 (7)楼上变电所 (8)成套变电所 (9)移动式变电所 工厂是 10kv 以下,变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心,工厂的负荷 中按负荷功率矩法来确定。

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第六章 变电所主变压器台数和容量及主接线方式

一、主变压器台数 选择主变压器台数按其符合性质要求为: 1、工厂负荷性质 工厂为三班工作制,年最大有功负荷利用小时数为 3500h,属于三级负荷。 2、供电电源条件 (1)本厂变电所从附近 35/10kV 变电所引入 10kV 电源。 (2)要求工厂最大负荷时功率因数不得低于 0.9。 因此只装设一台主变压器. 二、变压器的容量 主变压器的容量选择必须满足本次设计的变电所的负荷容量要求, 也尽可能 考虑变电所建成后 5--10 年的规划负荷的要求,也适当考虑到远期的负荷发展, 与城市规划相结合 根据变电所所带用户负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量, 对于 有重要负荷的变电所, 应考虑当一台主变压器停运时,其余变压器容量在计及过 负荷能力后的允许时间内, 应保证用户的一级和二级重要负荷。 对一般性变电所, 当一台变压器停运时,其余变压器容量应能保证全部负荷的 70%--80%。 对于仅装设一台变压器的变电所,变压器容量 ST 应满足全部用电设备计算 负荷 S C 的需要,即

ST ? SC
该工厂全部用电设备计算负荷 SC ? ? 972.02?kVA? 宜选用 1000 kVA 的变压 器。 所以在此选择以选择其额定容量为 1000 kVA ,型号为 S9 系列三项环氧树脂
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干式变压器,连接组别为 Dyn11,即 S9—1000—10∕0.4—Dyn11. 三、主接线方式 1、变配电所主接线方案的基本要求 (1)保证向用户供电的可靠性、安全性、灵活性、经济性。 (2)保证电能质量--频率和电压符合要求。 (3)大型电厂的机组在分期投入过程中,应考虑逐年电力,电量平衡。 2、高、低压侧主接线的基本形式 (1)10KV 侧电气主接线的基本形式

(2) 380/220 侧电气主接线的基本形式

(3) 低压线路的接线方式 ①放射式接线:
M M

220/380V
M

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特点: 配电线路互不影响,供电可靠性较高,但配电设备和导线材料耗用较多,且运行 不够灵活;主要用于容量大、负荷集中或重要的用电设备,或者需要集中联锁启动。 ②树干式接线:

特点: 配电设备和导线材料耗用较少,运行灵活性好,特别是采用封闭式母线槽时;但干 线故障时影响范围大,供电可靠性较低;一般用于用电设备容量不很大、布置较均匀 的场合,例如对机械加工车间的中小机床设备供电以及对照明灯具供电等,均采用树 干式接线。 ③链式接线: 220/380V

特点 : 它实质上是一种树干式接线,适用范围与树干式相似,但链式相连的用电设备一 般不宜多于 5 台,链式相连的配电箱不宜多于 3 台,且总容量不宜超过 10kW。 在这里采用树干式接线。

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第七章

短路电流计算

一、短路的形式 三相短路的基本形式有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相短路。 三相短路电压和电流仍是对称的,只是电流比正常值增大,电压比额定值降低。 三相短路发生的概率最小,只有 5%左右,但是它的危害是最严重的短路形式。 两相短路发生的概率约为 10%~15% 两相接地短路是指中性点不接地系统中两不同相均发生单相接地而形成的两相 短路,亦指两相短路后又接地的情况。两相接地短路发生的概率约为 10%~20%。 单相接地的危害虽不如其他短路形式严重但中性点直接接地的系统中,发生的概 率最高,约占短路故障的 65%~70%。 二、采用标幺制法计算短路电流 1、标么值法(相对单位制法) (1)绘计算电路图,选短路计算点。 (2) 设 定 基 准 容 量 Sd 和 基 准 电 压 Ud , 计 算 短 路 点 基 准 电 流 I d 一 般 设 (短路计算电压) 。短路基准电流按下式计算: Sd ? 1 0 M 0 VA , 设Ud ? Uc ,

Id ?

Sd 3Ud

2.计算短路回路中各主要元件的阻抗标么值一般只计算电抗。 (1)电力系统的电抗标么值
Xs ? ? Sd Soc

式中 Soc ——电力系统出口断路器的断流容量〔单位为 MVA)。 (2)电力线路的电抗标么值

Xwl ? ? X 0l

Sd U 2c
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式中 Uc——线路所在电网的短路计算电压(单位为 kV)。 采用标么值计算时,无论短路计算点在哪里,电抗标么值均不需换算。

(3)电力变压器的电抗标么值

X T?

?

U k % Sd 100 S N

式中 Uk%一一变压器的短路电压(阻抗电 压)百分值;

S N 一一变压器的额定容童(.单位为 kVA,计算时化为与 Sd 同单位)

(4)绘短路回路等效电路,并计算总阻抗采用标么值法计算时 .无论有几个短路计 算点,其短路等效电路只有一个,图中对一次侧的短路回路总电扰标么值为
? ? ? X? ( k ?2) ? X1 ? X 2

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图中对二次侧的短路回路总电抗标么值为

X

? ? ( k ?2 )

? ? X3 X4 ?X ?X ? ? ? X3 ? X4 ? 1 ? 2

计算短路电流分别对各短路计算点计算其各种短路电流如
(3) (3) (3) I k(3) , I ``(3) , I ? , ish , 和I sh 等。

三、计算变电所的计算负荷
画出等效电路图

图 4-1 短路等效电路图 确定基准值 取 S d ? 100MV .A,U d1 ? U c1 ? 10.5kV ,U d 2 ? U c 2 ? 0.4kV

I d1 ?
Id 2 ?

Sd 100MV . A ? ? 5.50kA 3U d 1 3 ?10.5kV
Sd 100MV . A ? ? 144kA 3U d 2 3 ? 0.4kV

计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值:查表得 Soc=500(MVA)

X? ?

Sd =100/500=0.2 S oc

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线路的电抗标幺值:

X wl ? X 0 l

Sd Uc
2

=0.38*5*(100/10.52)=1.72

电力变压器的电抗标幺值:

XT ?

U k %S d =4.5*100*103/100*800=5.62 100S N

确定基准值 取 S d ? 100MV .A,U d1 ? U c1 ? 10.5kV ,U d 2 ? U c 2 ? 0.4kV

I d1 ?
Id 2 ?

Sd 100MV . A ? ? 5.50kA 3U d 1 3 ?10.5kV
Sd 100MV . A ? ? 144kA 3U d 2 3 ? 0.4kV

1、短路点发生在高压侧,即计算 k-1 点的短路电流时 (1) 总电抗标幺值: X *? k1 ? X *1 ? X *2 ? 0.2 ? 1.72 ? 1.92 (2) 计算三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量有效值: I (3) kl ? I dl / X *? kl ? 5.50 / 1.92 ? 2.86(kA) 其他三项短路电流: I ''(3)? I ?
(3)

? I kl =2.86

(3)

(3) i sh ? 2.55* 2.86 ? 7.29

I sh
三相短路容量为: Skl
(3)

(3)

? 1.51* 2.86 ? 4.32

? Sd / X *? k1? 100/ 1.92 ? 52.0(MVA)

24

2.短路点发生在低压侧,即计算 k-2 点的短路电流时 (1) 总电抗标幺值: X *? k 2 ? X *1 ? X *2 ? (2) 计算三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量有效值为: I (3) k2 ? I d2 / X *? k2 ? 144/ 4.7 ? 30.6 其他三相短路电流: I ''(3)? I?
(3)

X *3 X *4 31.6 ? 0.2 ? 1.72 ? ? 4.7 X *3 ? X *4 11.24

? Ik 2
(3)

(3)

? 30.6

ish

? 1.84* 30.6 ? 56. 3

I sh
三相短路容量为:

(3)

? 1.09* 30.6 ? 33.3

Sk2

(3)

? Sd / X *? k 2? 100/ 4.7 ? 221.3(MVA)

25

第八章

变电所一次设备的选择与校验

一、电器设备选择的一般条件 1、按正常运行条件选择 电器设备按正常运行条件选择,就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环 境条件是指电器装置所处的位置特征;电气要求是指电器装置对设备的电压、电流、频 率等方面的要求;对一些断路电器如开关、熔断器等,还应考虑其断流能力。 ⑴ 考虑所选设备的工作环境。 ⑵ 所 选 设 备 的额 定 电 压 U N ,et 应 不 低 于 安装 地 点 电 网 的 额定 电压 U N , 即

U N ,et ? U N
⑶ 电器的额定电流 I N ,et 是指在额定周围环境温度 ? o 下电器的长期允许电流。

I N ,et 应 不 小 于 该 回 路 在 各种 合 理 运 行 方 式 下 的最 大 持 续 工 作 电 流 I m a x , 即 I N ,et ? I max




2、按短路条件校验 ⑴ 动稳定校验 动稳定是指导体和电器承受短路电流机械效应的能力。满足稳定的条件是

I et ? I sh 。

式中 I sh ─设备安装地点短路冲击电流的有效值(kV) 。 I et ─设备允许通过

的电流的有效值(kV) 。 对于下列情况可不校验动稳定或热稳定。 1)用熔断器保护的电器,其热稳定由熔断时间保证,故不校验热稳定。 2)电压互感器及其所在回路的裸导体和电器可不校验动、热稳定,因为短路电 流很小。 3)电缆可不校验动稳定。 ⑵ 热稳定校验
26

短路电流通过时,电器各部件温度不应该超过短时发热最高允许值,即

I t t ? I ? tima
式中

2

2

(18)

; I ? ─设备安装地点稳态三相短路电流(kV) ; t ima ─短路电流假象时间(s) ;t─厂家给出的热稳定计算时间(s) 。 I t ─t 秒内允许通过的短路电流值(kV)

二、高压一次设备的选择 高压一次设备的选择,必须满足一次电路正常条件下和短路条件下工作的要求, 同时设备应工作安全可靠,运行维护方便,投资经济合理。 高压电器的选择和校验可按表所列各项条件进行。 选择条件 设备名称 高压断路器 隔离开关 负荷开关 高压熔断器

额定电压

额定电流 开断电流
I br ? I ?

动稳定

热稳定

U N ,et ? U N I N ,et ? I max


I br ? I ?

iet ? i sh

I t t ? I ? tima

2

2

1、高压开关柜的选择 GG-1A 和 GG-1A(F)型高压开关柜为固定式,一般靠墙安装,从正面进行操作和维 修,适于 3 ~10kV、 50Hz 三相交流单母线系统作为接受和分配电能之用;其中 GG-1A(F)为防误型,它在 GG-1A 型的基础上略加改进,增加了一些闭锁机构,以 实现“五防” :防止带负荷拉、合隔离开关;防止误分、合断路器;防止带电挂接 地线;防止带接地线合隔离开关;防止人员误入带电间隔。GG-1A(F)型与 GG-A 型 在应用范围、一次线路方案及有关技术数据方面都是相同的。该设计选择的高压 开关柜如下表所示:

编号

型号

主要设备

接线方式

27

少油断路器 No101 No106 No102 No105 No107 GG-1A(F)-24 GG-1A(F)-11 SN10-10I SN10-10Ⅱ SN10-10Ⅲ

隔离开关

GN 8 -10T
6

2、计量柜的选择 GG-1A-J 和 GG-1A(J)型计量用高压开关柜,通称为高压计量柜,专用于中小型 发电厂和变配电所在三相交流 50Hz、电压 10kV 及以下、电流 400A 及以下的单母线 系统中作为输送或接受电能计量之用。本型产品系室内安装,于 GG-1A(F)型固定式 高压开关柜配套使用。计量用高压开关柜的一次线路方案和技术数据如表所示。



号 名称





设 型号



接 线 方 式

高压隔离开关 GG-1A(J)-04 高压熔断器 电流互感器 电压互感器

GN8-10 RN2-10 LQJ-10 JDJ-10

注:本设计中的计量柜(No103 和 No104)都采用 GG-1A(J)-04 型。 三、高压电器的选择与校验 1、高压断路器选择与校验 现初选 SN10-10Ⅰ/630-300 进行校验,如表所示。 高压断路器选择校验表 序号 SN10-10Ⅰ/630-300 选择要求 项目 1 2
UN
IN

装设地点电气条件 结论 项目 ≥ ≥
U W .N
IC

数据 10KV 630A

数据 10KV 54.06A 合格 合格
28

3 4 5

I OC .N

16KA 40KA
2 16 ? 2 =512

≥ ≥ ≥
2

Ik

(3)

4.52KA 5.1KA
2 2 ? (1.7 ? 0.2) ? 7.6

合格 合格 合格

I OC . max

i sh

(3)

It ?t

2

I ? ? t ima

显然所选的高压断路器是满足要求的。 2、高压隔离开关的选择与校验 由于隔离开关主要是用于电气隔离而不能分断正常负荷电流和短路电流,因此,只 需要选择额定电压和额定电流,校验动稳定度和热稳定度。由于选用 GG-1A(F)型开关 柜,故初步选择 GN8-10T/200 型进行校验,如表所示。
GN8 ?10T / 200

序号 项目 1 2
UN
IN

选择 数据 10KV 200A 要求 ≥ ≥

安装地点电气条件 项目
U W .N
IC

数据 10KV 54.06A 合格 合格

结论

额定峰值耐受电流(动稳 3 定) i oc. max 25.5KA ≥

i sh
2

(3)

4.52KA

合格

4

4s 热稳定电流(热稳定) 102 ? 5 ? 500 故所选的高压断路器是满足要求。 四、互感器的选择 1、电流互感器的选择



I ? ? t ima

7.6

合格

电流互感器的选择与校验主要有以下几个条件: (1)电流互感器额定电压应不低于安装地点线路额定电压; (2) 根据一次负荷计算电流 I 30 选择电流互感器变比; (3)根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度; (4)校验动稳定度和热稳定度。 1)电流互感器变比选择 2)电流互感器准确度选择及校验 准确度选择的原则:计费计量用的电流互感器其准确度为 0.2~0.5 级,计量用的

29

电流互感器其准确度为 0.1~3.0 级。为了保证准确度误差不超过规定值,一般还校 验电流互感器二次负荷(伏安) ,互感器二次负荷 S 2 不大于二次额定负荷 S 2 N ,所选 准确度才能得到保证。 2、电压互感器选择 电压互感器的选择应按以下几个条件: ⑴ 按安装地点环境及工作要求选择装置类型; ⑵ 电压互感器的额定电压应不低于装设点线路额定电压; ⑶ 按测量仪表对电压互感器准确度要求选择并校验准确度。 电压互感器准确度的设置一般有5档,计量用的为0.5级以上,一般测量用的准 确度为1.0~3.0 级,保护用准确度为3P级和6P级。 为了保证准确度的误差在规定范围内, 二次负荷应不大于相应的额定值计算公式为
S2 ? S N

(21) (22)

S2 ?

?? P u ?2 ? ?? Q u ?2

式中,? Pu ? ? ?S u cos? u ? 和 ? Qu ? ? ?S u sin? u ? 分别为仪表、 继电器电压线圈消耗的 总有功功率和总无功功率。 与电压互感器的选择目的相同,故选用 JDZJ-10,准确度为 0.5 级。 五、低压一次设备的选择 低压一次设备的选择,与高压一次设备的选择一样,必须考虑安装地点并满足在 正常条件下和短路条件下工作的要求,同时设备应工作安全可靠,运行维护方便,投 资经济合理。 低压一次设备的选择校验项目如表所列: 设备名称 低压熔断器 低压刀开关 低压负荷开关 低压断路器 电压(V) 电流 (A) 断流能力(kA) √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ - O O O 短路电流校验 动稳定度 热稳定度 - O O O

注:表中“√”表示必须校验; “O”表示一般可不校验。 “-”表示不必校验
30

六.低压配电屏的选择 低压配电屏是按一定接线方案将有关电气设备组装在一起的一种金属框架,结构 简单、价廉,并可双面维护,检修方便,在变电所中,作为变电所用低压配电装置。 他有固定式和抽屉式两种结构。 抽屉式低压屏为封闭式结构。它的特点是:密封性能好,可靠性高。由于主要设备 均装在抽屉内,当回路故障时,可拉出检修或换上备用抽屉,一边与迅速恢复供电。抽 屉式低压屏还具有布置紧凑、占地面积小的优点,但其结构比较复杂,工艺要求较高, 钢材消耗较多,价格也较高。因此在大机组的厂用电和粉尘较多的车间,抽屉式低压屏 使用较多。 PGL 型低压配电屏是我国 80 年代统一设计的结构比较合理、性能比较优越的产品, 目前应用最为普遍。它又分 1、2 型,即 PGL1 型和 PGL2 型,两者的一次线路方案相同, 只是其中电器设备型号有些区别。由于 PGL1 型中又得电器已列为淘汰产品,因此现在 主要应用 PGL2 型。将低压配电屏的选择列表,如表所示。

主要设备 编号 No202~204 No206、No207 No209~No216 PGL2-25 DW15 PGL2-30 HD13 型号 接线方式 低压断路器 低压刀开关

No205

No208

PGL2-07 DW15 HD13

No201 No217

PGL2-05

七、低压电器的选择与校验 1、低压刀开关的选择
31

低压刀开关选择校验表 用电设备 序号
U W ?N
Ic

刀开关数据 刀开关型号

1 2 3 4 5 6 7

机床设备组 电焊机设备组 起重机组 办公楼 住宅区水泵组 住宅用电 厂区照明

380 380 380 380 380 380 380

300 300 300 200 200 100 100

HD13-300 HD13-300 HD13-300 HD13-200 HD13-200 HD13-100 HD13-100

2、低压断路器的选择 低压断路器的选择校验表。

序 号

断路器数据 车间名称
U W ? N (V) I c (A) 断流能力(kA)

断路器型号 DW15-400 DW15-400 DW15-400 DW15-400 DW15-400 DW15-400 DW15-400

1 机床设备组 2 3 4 5 6 7 电焊机设备 组 起重机组 办公楼 住宅区水泵 组 住宅用电 厂区照明

380 380 380 380 380 380 380

300 300 300 150 200 150 150

25 25 25 25 25 25 25

32

第九章、变电所高、低压线路的选择

一、高、低压线路选择的意义 为了保证供电的安全、可靠、优质、经济,选择导线和电缆时应满足下列条 件:发热条件;电压损耗条件;经济电流密度;机械强度。 根据设计需求:一般 10KV 及以下的高压线路和低压动力线路,通常先按发 热条件选择导线和电缆截面, 再校验其电压损耗和机械强度。 对于低压照明线路, 因对电压水平要求较高, 通常先按允许电压损耗进行选择,再校验其发热条件和 机械强度。 二、高、低压线路选择 (一)高压线路导线的选择 架空进线后接了一段交联聚乙烯绝缘电力电缆 YJV-3 50 做引入线(直埋) 。 高压侧计算电流 所选电缆的允许载流量: 满足发热条件。 (二) 低压线路导线的选择 根据不同的车间负荷采用不同的截面。其中导线和电缆的截面选择满足条件: 1) 相线截面的选择以满足发热条件即, ; 2) 中性线(N 线)截面选择,这里采用的为一般三相四线,满足 ; 3) 保护线(PE 线)的截面选择 4) 保护中性线(PEN)的选择,取(N 线)与(PE)的最大截面。

33

第十章

进行防雷保护的规划设计

一、

变电所的防雷保护

1、变电所的防雷保护 (1)直击雷防护 在变电所屋顶装设避雷针或避雷器带,并引出两根接地

线与变电所公共接地装置相连。避雷针采用直径 20mm 的镀锌圆钢,避雷带 采用 25mm×4mm 的镀锌扁钢。 (2)雷电侵入波的防护 a、在 10KV 电源进线额终端杆上装设 FS4-10 型阀式避雷器。其引下线采用 25mm×4mm 的镀锌扁钢,下面与公共接地网焊接相连,上面与避雷器接地端 螺栓连接。 b、 在 10KV 高压配电室内装设的 GG-1A(F)-54 型高压开关柜, 其中配有 FS4-10 型避雷器,靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来防护雷电侵入波的危 害。 c、在 380V 低压架空出线杆上,装设保护间隙,或将其绝缘子的铁脚接地, 用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。 二、 变电所公共接地装置的设计 1、接地电阻的要求 由资料,变电所装设的避雷器与总容量在 100KV 上的变压器相连的公共接 地装置的接地电阻应满足以下条件: RE≦4Ω 2、接地装置的设计 采用 2.5m、φ 50mm 的镀锌钢管,由式 n≧经估测取 16 根,沿变电所三面 布置,管距 2.5m,垂直打入地下,管顶离地面 0.6m。管间用 40mm×4mm 的镀锌扁 钢焊接相连。接地干线通入变电所,高低、压开光柜均与一条接地干线及室外公 共接地装置焊接相连。 接地干线均采用 25mm×4mm 的镀锌扁钢。变电所接地装置
34

布置图见图鉴。 接地电阻的验算: RE=RE(1)/nη ≈==3.85Ω 满足 RE≦4Ω 的要求。

35

第十一章

个人体会和总结

转瞬间,毕业设计已经结束,回想这短短几周时间,让人感触颇深。在设 计开始之前,因为学习过关于电厂的许多发电机、变压器、主接线等知识,以为 设计不会有相象中的那么难, 但是真的做起来才知道并非容易的事,整个设计都 是以“提出问题——分析问题——解决问题”这样的程序完成的。在指导教师的 严格要求下,我的全部毕业设计都独立完成,遇到问题向老师请教,全面地、系 统地、完整地把我大学三年来所学的联系起来,把自己的理论专业知识系统化, 更重要的是使自己在工作之前有了一个更大的进步。 本次设计的难点,我个人认为在于主接线、电气设备的选择以及短路计算 上, 但是在指导老师的鼓舞和关心下使我坚定了一种成功的信念,我在不断的查 阅相关手册和专业书籍的过程中克服了一个个难题。 事实上这次设计对我们的锻炼是多方面的,除了对设计过程熟悉外,我们还进一 步提高了作图,对各种信息的分析,表格的查阅,以及 WORD 文档的使用等多方 面的能力。不久我们将走上工作岗位,这样的学习机会对我们来说已经不多了, 我们非常重视。作为这次毕业设计的课题组长,我发扬团队合作的精神,互相配 合,团结协作,在和谐的氛围中完成了这次作业。 通过本次毕业设计,使我知道自己还有许许多多要去学习,对与即将毕业 的我来说,这次设计给了我最好的启示:无论什么时候都不应该丢掉学习,更应 该锻炼自学能力,不断的深造自己,这样才会跟得上发展如此之快的社会。毕业 设计不但使我的理论水平有了很大的提高,同时使我进一步地掌握了专业知识, 当然这也是留给大学的最后一件值得珍惜和有成就感的事情。

2013 年 11 月

36


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