10KV供配电课程设计

  广东技术师范学院

供配电课程设计

 题    目     10KV变电所     

 系    部     自动化学院      

 班    级     10电师（2）     

 姓    名     黄 万 平         

 学    号     *************   

 指导教师     周   卫           

        _2013_年_06月__20__日

前言………………………………………………………………3

一、负荷计算和无功功率计算及补偿…………………………4

二、变电所位置和形式的选择…………………………………6

三、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择………6

四、短路电流的计算……………………………………………7

五、变电所一次设备的选择与校验……………………………9

      六、变电所二次设备的选择与校验……………………………12

七、变电所高、低压线路的选择………………………………14

八、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定……………15

九、防雷和接地装置的确定……………………………………19

十、心得和体会…………………………………………………20

十一、附录参考文献……………………………………………21

十二、附图………………………………………………………21

前       言

课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。

本设计可分为九部分：负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所位置和形式的选择；变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；变电所高、低压线路的选择；变电所二次回路方案选择及继电保护的整定；防雷和接地装置的确定；心得和体会；附参考文献。

另外有设计图纸4张（以附图的形式给出），分别是：附图一《厂区供电线缆规划图》；附图二《变电所平面布置图》；附图三《变电所高压电气主接线图》；附图四《变电所低压电气主接线图》。

由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师、同学批评指正！

一、负荷计算和无功功率计算及补偿

1.第一车间负荷计算：

查表A-1-1中的小批量的金属切削机床项，可得Kd=0.18, =0.5,  =1.73

所以  0.18×(7.5×3+4×8+3×7+1.5×10)=16.29kw

      16.29×1.73=28.18kvar

查表A-1-1中的通风机项，可得Kd=0.8, =0.8,  =0.75

所以  =0.8×2×3=4.8kw,     =4.8×0.75=3.6kvar;

则第一车间的总负荷：设同时系数,均为0.9，

     =0.9×(16.29+4.8)=18.98KW

      =0.9×(28.18+3.6)=28.6kvar

      ==34.33KVA

       =×0.38)=52.2A

2第二车间负荷计算：

=65×0.3=19.5kw

=19.5×4/3=26kvar

==32.5KVA

=×0.38)=49.4A

3第三车间负荷计算：

=56×0.4=22.4kw

=22.4×4/3=29.87kvar

==37.3KVA

=×0.38)=56.73A

4第四车间负荷计算：

=40×0.4=16kw

=16×=16.32kvar

==22.855KVA

=×0.38)=34.72A

5第五车间负荷计算：

=72×0.3=21.6kw

=21.6×=22kvar

==30.83KVA

=×0.38)=46.84A

6生活区负荷计算：

=300×0.5=150kw

=150×3/4=112.5kvar

==187.5KVA

=×0.38)=284.88A

取全厂的同时系数为：，，则全厂的计算负荷为：

=0.95×(18.98+19.5+22.4+16+21.6+150)=236.056kw

 =0.97×(28.6+26+29.87+16.32+22+187.5)=300.98kvar

 ==382.5KVA

 =581.2A

7.变压器低压侧的有功负荷和视在负荷分别为P=236.056kw,S=382.5KVA

这时低压侧的功率因数为：=P/S=0.617

为使高压侧的功率因数0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90。

取=0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为：

    ==223.5kvar

查表A-2选BW0.4-25-3型电电容器，需要的数量为n=/=223.5/25=9

实际补偿容量为 =25×9=225kvar  

补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：

==248KVA

计算电流:=376.8A

此时变压器的功率损耗为:Δ=0.015=3.72kw

                       Δ=0.06=14.88kvar

变电所高压侧总的计算负荷为

    Δ=236.056+3.72=239.776kw

    =Q-+Δ=300.98-225+14.88=90.86kvar

    ==256.4KVA

    ==14.8A

补偿后的功率因数为==0.935满足（大于0.90）的要求。

8.年耗电量的估算

     年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：

年有功电能消耗量：    

年无功电能耗电量：    

结合本厂的情况，年负荷利用小时数为4800h，取年平均有功负荷系数a=0.72,年平均无功负荷系数b=0.78。由此可得本厂：

年有功耗电量： =0.72×236.056×4800=815809.536kw.h

年无功耗电量： =0.78×300.98×4800=1126869.12kw.h

二、变电所位置和形式的选择

由于本单位是三级重要负荷，一般采用一条进线，系统电源由地区变电所经6km、10kv高压架空线而后经1km、10kv高压电缆送入本单位变电所。

变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和形式的选择规定》及GB50053－1994的规定，结合本单位的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。其设立位置参见附图一《厂区供电线缆规划图》。内部布置形式参见附图二《变电所平面布置图》。

三、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择

（1）变电所主变压器台数的选择

    这个单位变电所虽然是三级负荷，但是考虑到现实当中的实际情况，结合实际的用电情况，仍然采用两台变压器，一台负责第一到第五车间供电，另一台变压器负责生活区的供电。这样，即使其中一台变压器出现了故障，因有另一台变压器正常工作，可为另一负荷提供电源。

（2）变电所主变压器容量选择。每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：

1）任一台变压器单独运行时，宜满足：

2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷需求。即

代入数据可得：=（0.6~0.7）×382.5=229.5267.75KVA

查表A-3得，可选两台容量为315KVA的变压器，型号为S9-315/10。

其主要技术指标如下表所示：

变压器

 1）、一次侧单母线不分段，二次侧单母线分段主接线

因为在三级负荷中采用单电源进线，变电所装两台变压器，应采用一次侧单母线不分段，二次侧单母线分段主接线比较合适。优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。

根据所选的接线方式，画出主接线图，参见附图三《变电所高压电气主接线图》。

四、短路电流的计算

 本单位的供电系统简图如图（一）所示。采用一路电源供线，一路为距本厂7km的馈电变电站经LGJ-185架空线6KM（系统按∞电源计），在经过1KM的高压电缆线接入本单位的变电所。该干线首段所装高压断路器的断流容量为100MV。A。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点和K-3点短路的三相短路电流和短路容量。

下面采用标么制法进行短路电流计算。

（1）确定基准值：

     取，，

所以： 

（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：

电力系统的电抗标么值：  =1

架空线路1WL的电抗标么值：  = 2.058

电缆线2WL的电抗标么值： =0.0726

电力变压器T1，T2的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得%=4，因此，

=12.698

可绘得短路等效电路图如图（二）所示。

（3）计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

总电抗标么值：1+2.058+0.0726=3.1306

k-1点所在电压级的基准电流:

      =5.5KA

k-1点短路电流和短路容量各量：

       0.319

       5.5×0.319=1.755KA

       =4.475KA

      =31.94MVA

  (4) 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

      总电抗标么值:1+2.058+0.0726+12.698=15.8286

  k-2点所在电压级的基准电流:

      =144.337KA

  k-2点短路电流和短路容量各量：

      144.337×0.0632=9.12KA

      =16.781KA

     =6.318MVA

五、变电所一次设备的选择与校验

（一） 、变电所一次高压设备的选择

1）、变电所一次高压断路器的选择

由短路计算可得，=17.32A

               0.319

              5.5×0.319=1.755KA

              =4.475KA

查表A-4，选择SN10—10I/630型少油断路器。

高压一次断路器选择校验表

2）、变电所一次高压隔离开关的选择

根据1）中所给的电气条件，查表A-5，选择型高压隔离开关。

高压隔离开关选择校验表

3）、变电所一次高压熔断器的选择

    根据变压器一次侧高压额定电压10KV，额定电流17.32A，查表A--6-2，选择RN2-10/0.5-50型高压熔断器。

4）、变电所一次高压电流互感器的选择

    根据变压器一次侧高压额定电压10KV，额定电流17.32A，查表A--7，选变比为100/5A的LQJ-10型电流互感器。Kes=225, Kt=90, t=1s, 0.5级二次绕组的=0.4。

动稳定性校验：=225×=31.82KA  4.475KA，满足动稳定性要求。

热稳定性校验：=1296  3.696，满足热稳定性要求。

所以选变比为100/5A的LQJ-10型电流互感器满足要求

5）、变电所一次高压电压互感器的选择

   根据变压器一次侧高压额定电压10KV，额定电流17.32A，查表A--8，选

JDZJ-10型电压互感器电压比为10000/：100/：100/3，0.5 0.5级二次绕组额定负荷为50VA。

6）变电所一次高压母线的选择

根据==14.8A ，选择TML-1×40×4

校验条件：    TMY母线材料的最大允许应力=140MPa

10kV母线的短路电流=1.755KA；=4.475KA 三相短路时所受的最大电动力：   

=15.6N

母线的弯曲力矩：   =1.404N。M

母线的截面系数：   =

母线在三相短路时的计算应力：= =1.32Mpa

可得，=140MPa=1.32Mpa，满足动稳定性要求。

同理，低压母线选择TML-3×40×4。

7）、支柱绝缘子选择

绝缘子型号：ZA-10Y抗弯强度：3.75kN（户内支柱绝缘子）

校验条件：  母线采用平放在绝缘子上的方式，则：（其中=200mm；=900mm）。

所以：= 15.6N满足要求。

8）、穿墙套管选择CWL-10/6000型

六、变电所二次设备的选择与校验

1）、低压断路器的选择

第一车间低压断路器的选择DW15-200

（1）、瞬时脱扣器额定电流选择和动作电流整定

       ，故选取脱扣器

       =1.35×3×52.2=216.4A

查表A-9-5的整定倍数，选择3倍整定倍数瞬时脱扣器，则动作电流整定为3×100=300A216.4A

与保护线路的配合

故满足要求。

（2）、长严时过电流脱扣器动作电流整定

动作电流整定：=1.1×52.2=57.42A

查表A-9-5，选择60-100中整定电流为60A的脱扣器，则=60A

与保护线路的配合   

故满足要求。

（3）、断路器额定电流选择   =100A 

 查表A-9-4，选择200A DW15系列断路器，=50KA

（4）、断流能力校验  =50KA=16.781KA

故满足要求。

（5）、灵敏度校验   

故满足要求。

所以选低压断路器为DW15-200，过电流脱扣器额定电流为100A。

同理，第二车间低压断路器选择DW15-200，过电流脱扣器额定电流为100A。

      第三车间低压断路器选择DW15-200，过电流脱扣器额定电流为100A。         第四车间低压断路器选择DW15-200，过电流脱扣器额定电流为100A。

　    第五车间低压断路器选择DW15-200，过电流脱扣器额定电流为100A。

       生活区低压断路器选择DW15-400，过电流脱扣器额定电流为300A。

2）、低压熔断器的选择

第一车间低压熔断器的选择：

（1）、选择熔体及熔断器额定电流  

     =52.2A，    =0.4×3×52.2=62.6A

根据两式计算结果查表A-10，选=80A。选RT0-100型熔断器，其熔体额定电流为80A，熔断器额定电流为100A，最大断流能力为50KA。

（2）、校验熔断器能力

       =50KA =16.781KA

断流能力满足要求。

所以选低压熔断器为RT0-100，其熔体额定电流为80A，熔断器额定电流为100A，最大断流能力为50KA。

同理，第二车间低压熔断器选择为RT0-100，其熔体额定电流为60A，熔断器额定电流为100A，最大断流能力为50KA。

      第三车间低压熔断器选择为RT0-100，其熔体额定电流为80A，熔断器额定电流为100A，最大断流能力为50KA。

     第四车间低压熔断器选择为RT0-100，其熔体额定电流为60A，熔断器额定电流为100A，最大断流能力为50KA。

     第五车间低压熔断器选择为RT0-100，其熔体额定电流为60A，熔断器额定电流为100A，最大断流能力为50KA。

    生活区低压熔断器选择为RT0-400，其熔体额定电流为300A，熔断器额定电流为400A，最大断流能力为50KA。

七、变电所高、低压线路的选择

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。

　　　根据设计经验：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。

（1）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-350做引入线（直埋），高压主接线如附图三所示。

高压侧计算电流==14.8A所选电缆的允许载流量：=14.8A，满足发热条件。

(2)低压线路导线的选择

由于没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TN-C-S系统；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用BV型铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，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

一、时，；

二、时，

三、时，

4)保护中性线（PEN）的选择，取（N线）与（PE）的最大截面。

结合计算负荷，查表A-12-2可得到由变电所到各个车间的低压电缆的型号为：

第一车间:BV-1KV-3×16-1×10, 

第二车间:BV-1KV-3×16-1×10, 

第三车间:BV-1KV-3×16-1×10, 

第四车间:BV-1KV-3×10-1×6, 

第五车间:BV-1KV-3×16-1×10, 

生活区：BV-1KV-3×185-1×95, 

八、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定

（一）二次回路方案选择

1)二次回路电源选择

二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。

蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；...............由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。 

考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。

2)高压断路器的控制和信号回路

高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。

3)电测量仪表与绝缘监视装置

这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。

a)10KV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。

b)变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。

c)电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。

d)380V的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。

e)低压动力线路：装设电流表一只。

4)电测量仪表与绝缘监视装置

在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合式）、备用电源自动投入装置（APD）。

（二）继电保护的整定

    继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。

由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。

继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。

此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。

1)变压器继电保护

变电所内装有两台10/0.4315的变压器。低压母线侧三相短路电流为=16.781KA，高压侧继电保护用电流互感器的变比为300/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。

a)过电流保护动作电流的整定：  

，

.218.24A

故其动作电流：=5.915A

动作电流整定为6A。

b)过电流保护动作时限的整定

由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为。

c)电流速断保护速断电流倍数整定

取 ，故其速断电流为：

                       =0.42

因此速断电流倍数整定为： =0.7

2）10KV侧继电保护

在此选用GL-25/10型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短路电流为4.475kA；变比为300/5A保护用电流互感器动作电流为6A。下面对高压母线处的过电流保护装置进行整定。（高压母线处继电保护用电流互感器变比为300/5A）

整定的动作电流

取=37A,

，故

 =1.002A

根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为1.5A 。

整定的动作时限：

母线三相短路电流反映到中的电流：=1.775×1/60=29.58A

对的动作电流的倍数，即：4.93

由《反时限过电流保护的动作时限的整定曲线》确定的实际动作时间：=0.6s。

的实际动作时间：

母线三相短路电流反映到中的电流：=1.775×1/60=29.58A

对的动作电流的倍数，即：19.72A

所以由10倍动作电流的动作时限曲线查得的动作时限：。

3）0.38KV侧低压断路器保护

整定项目：

(a)瞬时过流脱扣器动作电流整定：

满足  

：对万能断路器取1.35；对塑壳断路器取2～2.5。

(b)短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：

满足:  取1.2。

另外还应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差0.2s(0.4s,0.6s)。

(c)长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：

满足：  取1.1。

(d)过流脱扣器与被保护线路配合要求：

满足：  ：绝缘导线和电缆允许短时过负荷倍数(对瞬时和短延时过流脱扣器，一般取4.5；对长延时过流脱扣器，取1.1～1.2)。

(e)热脱扣器动作电流整定：

满足：  取1.1，一般应通过实际运行进行检验。

可根据以上整定要求，参考相关产品资料对低压侧的NA1和TMS30系列低压断路器进行整定，在此不详述。

九、防雷和接地装置的确定

（一）防雷装置确定

雷电引起的大气过电压会对电器设备和变电所的建筑物产生严重

的危害，因此，在变电所必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。下面分情况对防雷装置进行选择。

（二）直击雷的防治

根据变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直击雷保护装置。在进线段的1km长度内进行直击雷保护。防直击雷的常用设备为避雷针。所选用的避雷器：接闪器采用直径的圆钢；引下线采用直径的圆钢；接地体采用三根2.5m长的的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。

（三）雷电侵入波保护

由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其保护非常重要。对变电所来说，雷电侵入波保护利用阀式避雷器以及与阀式避雷器相配合的进线保护段；为了其内部的变压器和电器设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器。

（四）接地装置确定

接地装置为接地线和接地体的组合，结合本厂实际条件选择接地装置：交流电器设备可采用自然接地体，如建筑物的钢筋和金属管道。本厂的大接地体采用扁钢，经校验，截面选择为，厚度为。铜接地线截面选择：低压电器设备地面上的外露部分截面选择为（绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为。

所用的接地电阻选择：查表得接地电阻应满足R5，Re120V/IE

根据经验公式：    其中：为同一电压的具有电联系的架空线线路总长度；为同一电压的具有电联系的电缆线路总长度。

则：              =4.67

所以，变电所的接地电阻应选为5。

附录参考文献

1.《工厂供电》 2005年7月第4版　 机械工业出版社　 刘介才 编

2.《中小型变电所实用设计手册》 2000年5月第1版  中国水利水电出版社  雷振山 编

3.《实用供配电技术手册》 2002年1月第一版  中国水利水电出版社  刘介才 编

4.《常用供配电设备选型手册 》1998年2月第一版煤炭工业出版社 王子午 徐泽植 编

5.《10kV及以下供配电设计与安装图集》中册 2002年1月第一版  煤炭工业出版社  王子午 陈昌 编

6.《工厂常用电气设备手册下册补充本（一），（二）》 2003年二月第一版 中国电力出版社

十二、附图

附图1《厂区供电线缆规划图》   （A4）；

附图2《变电所平面布置图》     （A4）；

附图3《变电所高压电气主接线图》（A3）；

附图4《变电所低压电气主接线图》（A3）。