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1、10KV 变电站主接线方案设计和主要电气设备的选择摘要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，培养独立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政策、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
2、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！关键词：各种计算 ；变电所的设置；防雷10KV transformer substation host wiring project design andmain electrical equipment choiceAbstractThe curriculum design is in a teaching process important
3、link, designs through the curriculum may consolidate this curriculum theory knowledge, grasps for the power distribution design essential method, through solves each kind of actual problem, raises the independent analysis and solution actual project technical question ability, simultaneously to the
4、electric power industry related policy, the policy, the technical regulations has certain understanding, in aspects and so on computation, cartography, design instruction booklet is under the training, will lay the foundation for the next work. This design may divide into nine parts: Load computatio
5、n and reactive power computation and compensation; Transformer substation position and form choice; Transformer substation main transformer Taiwan number and capacity and host wiring plan choice; Short-circuit current computation; A transformer substation equipment choice and verification; Transform
6、er substation high pressure, low pressure line choice; Short-circuit current computation; A transformer substation equipment choice and verification; Transformer substation high pressure, low pressure line choice; Transformer substation secondary circuit plan choice and relay protection installation
7、; Anti-radar and grounding determination; Attainment and experience; Attaches the reference. Moreover has design paper 4 (to give by attached figure form), respectively is: The attached figure one Factory district Supplies Electric wire Cable Planning drawing;浙江机电职业技术学院电气工程系毕业设计说明书Attached figure tw
8、o Transformer substation Floor-plan; Attached figure three Transformer substation High pressure Electricity Main Wiring diagram; Attached figure four Transformer substation Low pressure Electricity Main Wiring diagram. Because the designer knowledge grasping depth and the breadth are limited, this d
9、esign Shang You the imperfect place, asked respectfully teacher, schoolmate to criticize points out mistakes!- 1 -浙江机电职业技术学院电气工程系毕业设计说明书目录前言2一、负荷计算和无功功率计算及补偿3二、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7四、短路电流的计算8五、变电所一次设备的选择与校验10六、变电所高、低压线路的选择13七、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定15八、防雷和接地装置的确定18九、心得和体会19十、附录参考文献20十一、附图
10、20- 2 -= 2kW 0.8 = 1.6kW ；Q30(11)= 0浙江机电职业技术学院电气工程系毕业设计说明书一负荷计算和无功功率计算及补偿泰山机械厂负荷统计资料厂房编号1 2 3 4 5 6 7 8 910用电单位名称仓库铸造车间锻压车间金工车间工具车间电镀车间热处理车间装配车间机修车间锅炉房负荷性质动力照明动力照明动力照明动力照明动力照明动力照明动力照明动力照明动力照明动力照明设备容量/kw8823381033810338103381033810138101381013851382需要系数0.25 0.80 0.35 0.80 0.25 0.80 0.25 0.80 0.25 0.8
11、0 0.50 0.80 0.50 0.80 0.35 0.80 0.25 0.80 0.50 0.80tanj1.17 1.02 1.17 1.33 1.17 0.88 1.33 1.02 1.17 1.17功率因数cosj0.651.00.701.00.651.00.601.00.651.00.751.00.601.00.701.00.651.00.651.0宿舍区照明4000.701.0(一)负荷计算和无功功率计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。具体步骤如下。1.仓库：动力部分 ，P30(11)= 88kW 0.
12、25 = 22kW ；Q30(11)= 22kW 1.17 = 25.74k varS30(11)= 222 + 25.742 = 33.86k VA ； I30(11)=33.86k VA1.732 0.38kV= 51.45A照明部分， P30(12)2.铸造车间：动力部分，- 3 -浙江机电职业技术学院电气工程系毕业设计说明书P30(21)= 338kW 0.35 = 118.3kW ；Q30(21)= 118.3kW 1.02 = 120.666 k varS30(21)= 118.32 + 120.6662 = 168.98k VA I30(21)=168.98k VA 1.732
13、0.38kV= 256.75A照明部分， P30(22)= 10kW 0.8 = 8kW ；Q30(22)= 03.锻压车间：动力部分，P30(31)= 338kW 0.25 = 84.5kW ；Q30(31)= 84.5kW 1.17 = 98.865k varS30(31)= 84.52 + 98.8652 = 130.06k VAI30(31)=130.06k VA 1.732 0.38kV= 197.61A照明部分， P30(32)= 10kW 0.8 = 8kW ；Q30(32)= 04.金工车间：动力部分，P30(41)= 338kW 0.25 = 84.5kW ；Q30(41)=
14、 84.5kW 1.33 = 112.385k varS30(41)= 112.3852 + 84.52 = 140.61k VA I30(41)=140.61k VA 1.732 0.38kV= 213.64 A照明部分， P30(42)= 10kW 0.8 = 8kW ；Q30(42)= 05.工具车间：动力部分，P30(51)= 338kW 0.25 = 84.5kW ；Q30(51)= 84.5kW 1.17 = 98.865k varS30(51)= 84.52 + 98.8652 = 130.06k VAI30(51)=130.06k VA 1.732 0.38kV= 197.61
15、A照明部分， P30(52)= 10kW 0.8 = 8kW ；Q30(52)= 06.电镀车间：动力部分，P30(61)= 338kW 0.5 = 169kW ；Q30(61)= 169kW 0.88 = 148.72k varS30(61)= 1692 + 148.722 = 225.12k VAI30(61)=225.12k VA 1.732 0.38kV= 342.04 A照明部分， P30(62)= 10kW 0.8 = 8kW ；Q30(62)= 07.热处理车间：动力部分，P30(71)= 138kW 0.5 = 69kW ；Q30(71)= 69kW 1.33 = 91.77
16、k varS30(71)= 692 + 91.772 = 114.82k VAI30(71)=114.82k VA 1.732 0.38kV= 174.46 A照明部分， P30(72)= 10kW 0.8 = 8kW ；Q30(72)= 0- 4 -= 400 0.7kW = 280kW 。Q30(11)= 0浙江机电职业技术学院电气工程系毕业设计说明书8.装配车间：动力部分，P30(81)= 138kW 0.35 = 48.3kW ；Q30(81)= 48.3kW 1.02 = 49.266k varS30(81)= 48.32 + 49.2662 = 68.99k VAI30(81)=6
17、8.99k VA1.732 0.38kV= 104.82 A照明部分， P30(82)= 10kW 0.8 = 8kW ；Q30(82)= 09.机修车间：动力部分，P30(91)= 138kW 0.25 = 34.5kW ；Q30(91)= 34.5kW 1.17 = 40.365k varS30(91)= 34.52 + 40.3652 = 53.10k VAI30(91)=53.10k VA1.732 0.38kV= 80.68A照明部分， P30(92)= 5kW 0.8 = 4kW ；Q30(92)= 010. 锅炉房：动力部分，P30(101)= 138kW 0.5 = 69kW
18、；Q30(101)= 69kW 1.17 = 80.73k varS30(101)= 692 + 80.732 = 106.2k VAI30(101)=106.2k VA 1.732 0.38kV= 161.36 A照明部分， P30(102)= 2kW 0.8 = 1.6kW ；Q30(102)= 011.宿舍区照明， P30(11)另外，所有车间的照明负荷： P= 63.2KW30取全厂的同时系数为： KSp = 0.95 ， KSq = 0.97 ，则全厂的计算负荷为：P3011= 0.95( P30( i1) i =1+ P30 ) = 0.95 (1063.6 + 63.2) = 1
19、070.46 kWQ3011= 0.97 Q30( i1) i=1= 0.97 867.372=841.35k varS30= 1070.462 + 841.352 = 1361.53kV A ； I30 =1361.53kV A3 0.38kV= 2068.69A(二)无功功率补偿由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：S30= 1361.53kV A这时低压侧的功率因数为：cosf(2)= 1070.46 = 0.791361.53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，- 5 -浙江机电职业技术学院电气工程系毕业设计说明书取：cosf = 0.95
20、。要使低压侧的功率因数由 0.79 提高到 0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为：QC= 1070.46 (tan arccos 0.79 - tan arccos 0.95)k var = 478.92k var取: QC=480 k var 则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：S 30(2)= 1070.462 + (841.35 - 480)2 = 1129.80kV A计算电流 I =30(2)1129.80kV A = 1716.60 A3 0.38kV变压器的功率损耗为：DP 0.015ST30(2)= 0.0151129.80kV A = 16.95kWDQT 0.06S
21、 30(2)= 0.06 1129.80kV A = 67.79k var变电所高压侧的计算负荷为： P30(1)= 1070.46kW + 16.95kW = 1087.41kWQ30(1)= (841.35- 480)k var+ 67.79k var = 429.14k varS 30(1)= 1087.412 + 429.142 kV A = 1169.03kV A I 30(1)=1169.03kV A = 67.50 A3 10kV补偿后的功率因数为：cosf =(三)年耗电量的估算1087.41 = 0.93 满足（大于 0.90）的要求。1169.03年有功电能消耗量及年无功电
22、能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量：Wp a= a P30 Ta年无功电能耗电量：Wqa= b Q30Ta结合本厂的情况，年负荷利用小时数Ta 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： pa = 0.721169.03kW4800h = 4.04106 kWh；年无功耗电量： qa =0.78841.35kvar4800h =3.15106 kWh 。二 变电所位置和形式的选择- 6 -浙江机电职业技术学院电气工程系毕业设计说明书由于本厂有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经10k
23、V 公共市电架空进线（中间有电缆接入变电所）；一路引自邻厂高压联络线。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 GB500531994 的规定，结合本厂的实际情况，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(一)变电所主变压器台数的选择变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器
24、。(二)变电所主变压器容量选择。每台变压器的容量SN T 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：SN T= (0.6 0.7) S302） 任一台变压器单独运行时，应满足：SN T S30(1+11) ，即满足全部一、二级负荷需求。代入数据可得：SN T =（0.60.7）1169.03=（701.42818.32）kV A 。又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为 20 C ），所选变压器的实际容量：SN T 实 = (1- 0.08) SNT = 920KVA 也满足使用要求，同时又考虑到未来 510 年的负荷发展，初步取SN T =1000 kV A 。考虑到安全性
25、和可靠性的问题，确定变压器为 SC3 系列箱型干式变压器。型号：SC3-1000/10 ，其主要技术指标如下表所示：变压器型号额定容量/ kV A额定电压/kV联 结 损耗/kW组 型号空载电流I0 %短路阻抗UK%高压低压空载负载SC3-1000/101000 10.5 0.4 Dyn11 2.45 7.45 1.36（附：参考尺寸（mm）：长：1760 宽：1025 高：1655 重量（kg）：3410）- 7 -浙江机电职业技术学院电气工程系毕业设计说明书（三） 变电所主接线方案的选择方案：高、低压侧均采用单母线分段。优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用
26、两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。方案：单母线分段带旁路。优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。方案：高压采用单母线、低压单母线分段。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。以上三种方案均能满足主接线要求，采用三方案时虽经济
27、性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案。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厂的供电系统简图如图（一）所示。采用两路电源供线，一路为距本厂 6km 的馈电变电站经 LGJ-185 架空线（系统按电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为500MV A ；一路为邻厂高压联络线。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 点短路的三相短路电流和短路容量。SC3-1000/10K-1K-2
28、Dyn11系统QF 架空线L=6KMG邻厂高压联络线10KV380VSC3-1000/10图（一）- 8 -浙江机电职业技术学院电气工程系毕业设计说明书下面采用标么制法进行短路电流计算。(一)确定基准值：取 Sd= 100MV A ，Uc1= 10.5kV ，Uc 2= 0.4kV所以： Id1=Sd3Uc1=100MV A3 10.5kV= 5.500kA Id 2=Sd3Uc 2=100MV A3 0.4kV= 144.000kA(二)计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的电缆电抗）1) 电力系统的电抗标么值： X * =1100MV A = 0.200 500MV
29、A2) 架空线路的电抗标么值：查手册得 X 0 = 0.35W / km ，因此：X* = 0.35(W / km) 6km 2100MV A = 1.904(10.5kV )23）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得U % = 6 ，因此：kX* = X * =346 100MV A100 1000kV A= 6.000可绘得短路等效电路图如图（二）所示。K-1K-23/6.01/0.22/1.9044/6.0图（二）(三)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1) 总电抗标么值： X*S(k -1)= X * + X1*2= 0.200 + 1.904
30、 = 2.1042) 三相短路电流周期分量有效值： I(3)k -1=XId1*S(k -1)= 5.50kA = 2.614kA2.1043) 其他三相短路电流： I (3) = I(3) = I(3)k -1= 2.614kAi(3)sh= 2.55 2.614kA = 6.666kAI(3)sh= 1.51 2.614kA = 3.947 kA- 9 -| X 4 ) = 0.200 + 1.904 + 6/ 2 = 5.104浙江机电职业技术学院电气工程系毕业设计说明书4) 三相短路容量：S (3) k -1=XSd*S(k -1)= 100MV A = 47.529MV A2.104
31、(四)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1) 总电抗标么值： X*S(k -2)= X *1+ X*2+ ( X*3*2) 三相短路电流周期分量有效值： I (3) k -2=XId 2*S(k -2)= 144kA = 28.213kA5.1043) 其他三相短路电流： I (3) = I(3)= I(3)k - 2= 28.213 kAi(3)sh= 1.84 28.213kA = 51.912kAI(3)sh= 1.09 28.213kA = 30.752kA4) 三相短路容量：S (3) k -2=XSd*S(k -2)= 100MV A = 19.592MV
32、 A5.104五变电所一次设备的选择与校验(一)变电所高压一次设备的选择根据机械厂所在地区的外界环境，高压侧采用天津市长城电器有限公司生产的JYN2-10（Z）型户内移开式交流金属封闭开关设备。此高压开关柜的型号：JYN2-10/4ZTTA（说明：4：一次方案号；Z：真空断路器；T：弹簧操动；TA ：干热带）。其内部高压一次设备根据本厂需求选取，具体设备见附图三变电所高压电气主接线图。初选设备：高压断路器： ZN24-10/1250/20高压熔断器：RN2-10/0.5 -50电流互感器：LZZQB6-10-0.5-200/5 电压互感器：JDZJ-10接地开关：JN-3-10/25母线型号：
33、TMY-3 （50 4）；TMY-3 （80 10）+1 （60 6）绝缘子型号：ZA-10Y 抗弯强度： Fal 3.75kN（户内支柱绝缘子）从高压配电柜引出的 10kV 三芯电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆，型号：YJV-3 50，无钢铠护套，缆芯最高工作温度90 C 。(二)变电所高压一次设备的校验根据高压一次设备的选择校验项目和条件，在据电压、电流、断流能力选择设备的基础上，对所选的高压侧设备进行必需的动稳定校验和热稳定度校验。设备的动稳定校验- 10 -max =50kA 6.666kAmax =79kA 6.666kA ，满足条件；max =63 kA 6.666kA(3) = 3
34、(6.666kA)2 0.9m 10-7 N / A2 = 34.63N0.2m浙江机电职业技术学院电气工程系毕业设计说明书1) 高压电器动稳定度校验校验条件： imax i (3)sh; Imax I(3)sh由以上短路电流计算得i(3)sh= 6.666kA ； I(3)sh= 2.614kA 。并查找所选设备的数据资料比较得：高压断路器 ZN24-10/1250/20i，满足条件；电流互感器 LZZQB6-10-0.5-200/5iJN-3-10/25 接地开关i，满足条件。2) 绝缘子动稳定度校验校 验 条 件 ： F F (3)母 线 采 用 平 放 在 绝 缘 子 上 的 方 式
35、， 则 ：alcF (3) = F (3) = 3i(3)2cshl 10-7 N / A2 （其中a =200mm；l =900mm）。a所以： F (3) =c3(6.666kA)2 0.9m0.2m10-7 N / A2 = 34.63N 3.75kN 满足要求。3) 母线的动稳定校验校验条件： s sTMY 母线材料的最大允许应力s=140MPa。alcal10kV 母线的短路电流 I(3)sh= 3.947kA ；i(3)sh= 6.666kA 三相短路时所受的最大电动力：Fc母线的弯曲力矩：MF (3) l10=34.63N 0.9m10= 3.12N m母线的截面系数：W =b2 h6=(0.05m)2 0.004m6