KV降压变电所电气一次设计.doc
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西南科技大学城市学院本科生毕业论文III
10KV降压变电所电气一次设计
摘要：
变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。
变电所涉及方面很多，需要考虑的问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。
同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。
选择变电所高低压电气设备，为变电所平面及剖面图提供依据。
本变电所的初步设计包括了：
（1）总体方案的确定
（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）配电系统设计与系统接线方案选择（5）防雷与接地保护等内容。
关键词：
变电所；负荷；输电系统；配电系统
Abstract：
Thesubstationisanimportancepartoftheelectricpowersystem,itisconsistedoftheelectricappliancesequipmentsandtheTransmissionandtheDistribution.Itobtainstheelectricpowerfromtheelectricpowersystem,throughitsfunctionoftransformationandassign,transportandsafety.Thentransportthepowertoeveryplacewithsafe,dependable,andeconomical.Theregionoffactoryeffectmanyfieldsandshouldconsidermanyproblems.Analysechangetogiveorgetanelectricshockamissionforcarryingandcustomerscarriesetc.circumstance,makegooduseofcustomerdataproceedthencarrycalculation,ascertainthecorrectequipmentofthecustomer.Atthesametimefollowingthechoiceofeverykindoftransformer,thenmakesurethelinemethodofthetransformersubstation,thencalculatetheshort-circuitelectriccurrent,choosingtosendtogetherwiththeelectricwiremethodandthestyleofthewire,thenproceedingthecalculationofshort-circuitelectriccurrent.Thisfirststepofdesignincluded:
（1）ascertainthetotalproject
（2）loadanalysis（3）thecalculationoftheshort-circuitelectriccurrent（4）thedesignofanelectricshockthesystemdesigntoconnectwithsystemandthechoiceoflineproject（5）thechoiceandthesettleoftheprotectivefacility（6）thecontentstodefendthethunderandprotectionofconnecttheearth.
Keywords：
substation；load；transmissionsystem；powerdistributionsystem
目录
第一章原始资料 1
1.1工厂总平面布置图 1
1.2工厂供电协议 1
1.3.地理位置及其气象资料 1
1.4.负荷统计 2
第二章负荷计算和无功功率计算及补偿 4
2.1电力负荷分级及供电要求 4
2.2负荷计算和无功功率计算 4
2.3无功功率补偿 8
第三章变电所位置和形式的选择 11
3.1变配电所所址选择的一般原则 11
3.2确定变电所位置的选择 11
第四章变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择 13
4.1变电所主变压器台数的选择 13
4.2变电所主接线方案的选择及供电接线形式的选择 14
4.2.1主接线的基本要求 14
4.2.2电气主接线的设计原则 14
4.2.3主接线的设计步骤 15
4.3变配电所的主接线方案的技术比较 15
4.3.1电源进线方案的确定 15
4.3.2供电接线方案选择 18
第五章短路电流的计算 20
5.1短路电流的原因及其计算 20
第六章变电所一次设备的选择与校验 24
6.1高低压成套设备的选择 24
6.1.1高压开关柜的选择 24
6.1.2计量柜的选择 24
6.1.3低压配电屏的选择 25
6.2变电所高压一次设备的选择 25
6.2.1高压断路器的选择 25
6.2.2高压隔离开关的选择 26
6.2.3高压熔断器的选择 27
6.2.4电流互感器的选择 27
6.2.5电压互感器的选择 28
6.3变电所高压一次设备的校验 29
6.3.1设备的动稳定校验 29
6.3.2高压设备的热稳定性校验 30
6.4变电所低压一次设备的选择 31
6.4.1变电所低压一次设备的校验 31
6.4.2变电所高、低压线路的选择 32
第七章防雷和接地装置的确定 35
7.1防雷的装置及方案的确定 35
7.1.1防雷装置确定 35
7.1.2防雷方案的确定 35
7.1.3雷电侵入波的保护 37
7.2确定共用人工接地装置 37
7.2.1确定接地电阻允许值RE（al） 37
7.2.2人工接地体的初步敷设方案 37
结束语 39
致谢 40
附录参考文献 41
西南科技大学城市学院本科生毕业论文
第一章原始资料
1.1工厂总平面布置图
1.2工厂供电协议
设计10kv变电所.该变电所由距离工厂大约6公里的上一级区域变电站，为进线一路电源作为正常工作电源，电压等级10.0/0.4KV。
根据负荷统计，厂区有二级负荷。
全厂功率因数，COSφ≥0.9。
，工厂实行两班制工作，年最大负荷利用小时计算，取TMAX=4800H。
全厂设备容量约2800KW。
本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。
每月基本电费按主变压器容量为20元/kVA，动力电费为0.9元/Kw.h，照明电费为0.55元/Kw.h。
工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：
6~10VA为800/kVA。
1.3.地理位置及其气象资料
四川省雅安市名山机械厂座落于“雨城”雅安市工业园区，东临成雅高速名山出口200米处，南距雅安8公里，北距名山县城1公里，交通便捷，环境优美。
当地年最高气温：
40℃，最高月平均气温：
34℃，年最低气温：
-4℃，地震最大烈度：
7度以上，年平均雷电日：
38天。
1.4.负荷统计
工厂负荷情况本厂的供电除二级负荷（电镀车间、铸造车间、锻压车间、金工车间、工具车间）外，均为三级负荷，统计资料如表所示
名山机械厂负荷统计资料
厂房编号
用电单位名称
负荷性质
设备容量/kw
需要系数kd
功率因数
1
仓库
动力
88
0.25
1.17
0.65
照明
2
0.80
1.0
2
铸造车间
动力
338
0.35
1.02
0.70
照明
10
0.80
1.0
3
锻压车间
动力
338
0.25
1.17
0.65
照明
10
0.80
1.0
4
金工车间
动力
338
0.25
1.33
0.60
照明
10
0.80
1.0
5
工具车间
动力
338
0.25
1.17
0.65
照明
10
0.80
1.0
6
电镀车间
动力
338
0.50
0.88
0.75
照明
10
0.80
1.0
7
热处理车间
动力
138
0.50
1.33
0.60
照明
10
0.80
1.0
8
装配车间
动力
138
0.35
1.02
0.70
照明
10
0.80
1.0
9
机修车间
动力
138
0.25
1.17
0.65
照明
5
0.80
1.0
10
锅炉房
动力
138
0.50
1.17
0.65
照明
2
0.80
1.0
宿舍区
照明
400
0.70
1.0
第二章负荷计算和无功功率计算及补偿
2.1电力负荷分级及供电要求
电力负荷又称电力负载，它有两种含义：
一是指耗用电能的用电设备或用电单位（用户），如说重要负荷，不重要负荷等；另一是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）和空负荷（空载）等。
负载的类别包括交直流电阻性负载、交流电感性负载、交流电容性负载，如水泵电动机为交流电感性负载。
电力负荷的具体含义要依具体情况而定。
电力负荷是进行供配电系统设计的主要依据，包括负荷计算和负荷等级的确定。
计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假象负荷。
它是设计时作为选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的重要依据。
负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器、开关等。
负荷计算过小，则依此选用的设备和载留部分有过热危险，轻者是线路和配电设备寿命降低，重者影响配电系统的安全运行。
负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。
因此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供配电系统安全、经济运行的必要手段。
负荷计算常用的方法有：
需要系数法、二项式法、和利用系数法，前两种方法在国内设计单位的使用最为普遍。
此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法和ABC法等，
此设计因为具有重要的二级负荷和三级负荷，车间设备台数较多而容量差别较小，故此采用需要系数法来对电力负荷进行计算，因为需要系数是用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。
这种方法简便，应用广泛，尤其使用于变配电所的负荷计算，
2.2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。
仓库：
动力部分，
；
；
照明部分，；
铸造车间：
动力部分，
；
照明部分，；
锻压车间：
动力部分，
；
照明部分，；
金工车间：
动力部分，
；
照明部分，；
工具车间：
动力部分，
；
照明部分，；
电镀车间：
动力部分，
；
照明部分，；
热处理车间：
动力部分，
；
照明部分，；
装配车间：
动力部分，
；
照明部分，；
机修车间：
动力部分，
；
照明部分，；
锅炉房：
动力部分，
；
照明部分，；
11.宿舍区照明，。
另外，所有车间的照明负荷：
取全厂的同时系数为：
，，则全厂的计算负荷为：
；
名山机械厂负荷统计资料
厂房编号
用电单位名称
负荷性质
设备容量/kw
需要系数
功率因数
P30/
KW
Q30/
KVAR
S30/
KVA
I30/
A
1
仓库
动力
88
0.25
1.17
0.65
22
25.7
33.86
51.45
照明
2
0.80
1.0
1.6
1.6
2
铸造车间
动力
338
0.35
1.02
0.70
118.3
120.666
168.96
256.75
照明
10
0.80
1.0
8
8
3
锻压车间
动力
338
0.25
1.17
0.65
84.5
98.865
168.96
256.75
照明
10
0.80
1.0
8
8
4
金工车间
动力
338
0.25
1.33
0.60
84.5
98.865
130.06
197.61
照明
10
0.80
1.0
8
8
5
工具车间
动力
338
0.25
1.17
0.65
84.5
98.865
130.06
197.610
照明
10
0.80
1.0
8
8
6
电镀车间
动力
338
0.50
0.88
0.75
169
148.72
225.12
342.026
照明
10
0.80
1.0
8
8
7
热处理车间
动力
138
0.50
1.33
0.60
69
91.77
114.82
170.46
照明
10
0.80
1.0
8
8
8
装配车间
动力
138
0.35
1.02
0.70
48.3
49.266
68.99
104.82
照明
10
0.80
1.0
8
8
9
机修车间
动力
138
0.25
1.17
0.65
34.5
40.365
53.10
80.18
照明
5
0.80
1.0
4
4
10
锅炉房
动力
138
0.50
1.17
0.65
69
80.73
106.2
161.36
照明
2
0.80
1.0
1.6
1.6
宿舍区
照明
400
0.70
1.0
280
280
2.3无功功率补偿
我国《供电营业规则》规定：
容量在100kV·A及以上高压供电用户，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，如达不到上述要求，则必须进行无功功率补偿。
一般情况下，由于用户的大量如：
感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等都是感性负荷，使得功率因数偏低，达不到上述要求，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。
当功率因数提高时，在有功功率不变的情况下，无功功率和视在功率分别减小，从而使负荷电流相应减小。
这就可使供电系统的电能损耗和电压损失降低，并可选用较小容量的电力变压器、开关设备和较小截面的电线电缆，减少投资和节约有色金属。
因此，提高功率因数对整个供电系统大有好处。
要使功率因数提高，通常需装设人工补偿装置。
最大负荷时的无功补偿容量QN·C应为：
QN·C==PC（-）
按此公式计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量，当负荷减小时，补偿容量也应相应减小，以免造成过补偿。
因此，无功补偿装置通常装设无功功率自动补偿控制器，针对预先设定的功率因数目标值，根据负荷的变化相应投切电容器组数，使瞬时功率因数满足要求。
提高功率因数的补偿装置有稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设备。
前者主要有同步补偿机和并联电容器。
动态无功功率补偿设备用于急剧变动的冲击负荷。
低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装，根据负荷变化相应循环投切的电容器组数一般有4、6、8、10、12组等。
用上式确定了总的补偿容量后，就可根据选定的单相并联电容器容量qN·C来确定电容器组数：
在用户供电系统中，无功补偿装置位置一般有三种安装方式：
（1）高压集中补偿补偿效果不如后两种补偿方式，但初投资较少，便于集中运行维护，而且能对企业高压侧的无功功率进行有效补偿，以满足企业总功率因数的要求，所以在一些大中型企业中应用。
（2）低压集中补偿补偿效果较高压集中补偿方式好，特别是它能减少变压器的视在功率，从而可使主变压器的容量选的较小，因而在实际工程中应用相当普遍。
（3）低压分散补偿补偿效果最好，应优先采用。
但这种补偿方式总的投资较大，且电容器组在被补偿的设备停止运用时，它也将一并被切除，因此其利用率较低。
由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：
这时低压侧的功率因数为：
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：
。
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：
确定了总的补偿容量后，选用补偿电容器的型号为BWF10.5-40-1W,就可根据选定的单相并联电容器容量qN·C来确定电容器组数：
=478.92/36=13.3
因此，选择补偿电容器为3的倍数即15个
取:
=480则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：
计算电流
变压器的功率损耗为：
变电所高压侧的计算负荷为：
补偿后的功率因数为：
满足（大于0.90）的要求。
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，年平均无功负荷系数。
由此可得本厂：
年有功耗电量：
；
年无功耗电量：
。
第三章变电所位置和形式的选择
3.1变配电所所址选择的一般原则
变配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术经济分析比较后确定。
①尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属的损耗。
②进出线方便，特别是要便于架空进出线。
③不应妨碍企业的发展，有扩建的可能。
④接近电源侧。
⑤设备便于运输，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电设备的运输。
⑥不应设在有剧烈震动或高温的地方，无法避开时，应有相应的保护。
⑦不宜设在多尘或有腐蚀气体的场所，无法远离时，不应在污染源的下风侧。
⑧不应设在厕所、浴室和其他经常积水的场所的正下方，且不宜与上述场所相邻。
3.2确定变电所位置的选择
名山机械厂厂区负荷指示图
本次设计采用负荷指示图的方法来确定变电所的位置，通过负荷指示图能直观的确定工厂的负荷中心，再结合上述选择变电所所址的其他条件全面考虑，根据《变电所位置和形式的选择规定》及GB50053－1994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《厂区供电线缆规划图》。
第四章变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择
电力变压器是供电系统中的关键设备，其主要功能是升压或降压以利于电能的合理输送、分配和使用，对变电所主接线的形式及其可靠性与经济性有着重要影响。
所以，正确合理地选择变压器的类型、台数和容量，是对接下来主接线设计的一个主要前题。
选择时必须遵照有关国家规范标准，因地制宜，结合实际情况，合理选择，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品，并优先选用技术先进的产品。
4.1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。
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：
任一台变压器单独运行时，宜满足：
任一台变压器单独运行时，应满足：
，即满足全部一、二级负荷需求。
代入数据可得：
=（0.6~0.7）×1169.03=（701.42~818.32）。
又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为），所选变压器的实际容量：
也满足使用要求，同时又考虑到未来5~10年的负荷发展，初步取=1000。
考虑到安全性和可靠性的问题，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
/
额定
电压
/kV
联结组型号
损耗/kW
空载
电流
%
短路
阻抗
%
高压
低压
空载
负载
SC3-1000/10
1000
10.5
0.4
Dyn11
2.45
7.45
1.3
6
（附：
参考尺寸（mm）：
长：
1760宽：
1025高：
1655重量（kg）：
3410）
4.2变电所主接线方案的选择及供电接线形式的选择
4.2.1主接线的基本要求
主接线是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。
它是电气设备选择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。
概括地说，对一次接线的基本要求包括安全、可靠、灵活和经济四个方面。
在满足上述技术要求的前提下，主接线方案应力求接线简化、投资省、占地少、运行费用低。
采用的设备少，且应选用技术先进、经济适用的节能产品。
总之，变电所通过合理的接线、紧凑的布置、简化所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全的
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