10kv变电所设计Word格式文档下载.doc
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目录
第一章绪论 1
1.1课题来源及其设计背景 1
1.2工厂原始资料 1
1.3工厂变配电所的设计原则 2
第二章负荷计算与无功功率补偿 3
2.1负荷计算的方法 3
2.2无功功率补偿 5
第三章主变压器选择与主接线设计 6
3.1变压器的选择原则 6
3.2变压器型号的选择 6
3.3变电所主变压器台数的选择 7
3.4变压器容量的选择 7
3.5变压器的功率损耗 8
3.6变配电所的主接线方式 8
3.7变配电所电气主接线的基本形式 9
3.8电气主接线的确定 12
第四章短路电流计算 13
4.1短路电流产生的原因及危害 13
4.2短路计算的目的及其条件 13
4.3短路电流计算原则和方法 14
4.4短路电流计算 14
第五章电气设备的选择 17
5.1变电所高压一次设备的介绍 17
5.2一次设备的选择与校验的条件和项目 17
5.3变电所10kV侧一次设备的选择 18
5.4变电所380V低压一次设备的选择 20
5.5变配电所高低压进出线及母线的选择 21
第六章变电所二次回路与继电保护 22
6.1二次回路的定义和分类 22
6.2二次回路的操作电源 23
6.3断路器的控制和信号回路 23
6.4变电所的测量和绝缘监视回路 24
6.5变配电所的保护系统设计 25
第七章防雷与接地系统设计 27
7.1变电所防雷 27
7.2接地电阻及其接地装置 28
第八章供电系统电气图纸设计 30
8.1主供电设计图 30
总结 32
附录 33
参考文献 36
致谢 37
37
第一章绪论
1.1课题来源及其设计背景
1.1.1课题来源
本课题是基于于山东济宁欧科工矿设备有限公司原变电所扩建建项目并结合自己的论文设计题目，具有一定的实践性和可行性。
1.1.2设计背景
山东济宁欧科设备工矿公司，注册成立时间是年，是济宁市专门经营生产煤矿建设中相关设备物资、工业和贸易于一体的股份制公司。
公司专门生产矿用设备，物质材料以及各种中下游衍生的机电设备等。
公司目前员工数量已经达到余人，拥有各类技术人员，高级技术工程师，机械工程师等各类专业技术管理人员余人，工厂占地面积约6000平方米。
各类建筑面积20万平方米。
随着公司的快速发展，先后与原来国家煤炭部、机械工业部指定的矿业集团兖州矿业，枣庄矿业等建立了密切的合作关系，并为全国数十家矿业公司提供设备维修，零部件供给业务，并被有关部门授予独家代理和生产基地,凭着过硬的产品质量、优秀的售后服务，可靠的信用体系与多家大型企业建立了稳固的物资设备供应关系，其中有些矿用设备已经出口到澳大利亚，巴西，东南亚，非洲等许多国家。
自从公司成立起，连续多年获得山东省政府、济宁市市政府质检部门颁发的质量可信、诚信经营，安全生产的文明单位。
公司原先的变电所是在公司建立后建立的至今已经有近20年，期间不间断维修，现已不能满足公司发展的需要。
需要在原址的附近建设一个10/0.4kv的变电所以满足公司的生产用电。
新变电所落成以后，即能适应现有的车间生产、员工生活用电，又能进一步提高厂区供电的可靠性和安全性，为公司安全稳定生产提供强有力的保障。
根据公司提供的资料，变电所占地面积20平方米左右。
1.2工厂原始资料
1.2.1工厂的负荷情况
工厂大部分车间都为小时三班制，生产线只有在订单完成的时候停下，或者连续运转超过7天，只有焊接车间车间为小时制。
年最大负荷利用小时为5500小时，车间多为二级用电负荷，少量三级负荷。
其他生活，后勤，办公用电等为三级负荷。
其中动力设备都为三相电v，照明电器为单相电v。
各车间负荷统计见表2-1。
1.2.2供电电源
根据工厂和当地电力供电局签订的供电协议，变电所电源引自城区一降压变电站，变电站距离工厂的距离大约为，变电站到工厂的高压线型号是，厂内有电缆。
变电站馈线端安装有高压断路器，其断流容量为。
断路器装有电流速断保护和限时速断保护，限时速断保护整定时间为。
高压侧有电气联系的架空线总长度为
1.2.3水文及气象条件
本变配电所施工地点位于山东鲁西南平原地区，地质条件稳定，工厂周围地势平坦，海拔约为,土壤主要以黄土为主，土壤电阻率。
根据原来变电所的大小，新的变电所预计占地面积为20平方米左右，其接地装置重新铺设，并有效的和车间的接地装置相结合。
工厂位于济宁城郊地区，根据当地气象部门统计，夏季多暴雨并伴有雷暴天气，春秋及冬季干燥少雨，全年最高温度为，全年平均气温为，最低气温在左右，全年平均雷暴日天数为天。
很据当地电力部门的规定，需设置防雷接地装置。
1.3工厂变配电所的设计原则
依据国家电力部门制定发布的相关标准、、等电力施工设计标准的规定，工厂供电要依照以下准则：
（1）要遵守相关规程、执行国家有关部门制定的电力设施相关政策；
国家相关政策，包括资源的保护，以及节约有色金属，节约投资，尽快产出效率等，在变电所施工的过程中，必须遵循[1]。
（2）要做到安全可靠的供电，用电。
工厂供电必须首先要做到保障人的生命安全以及工厂的各种设备不受到破坏，保证电能质量稳定可靠，不出现大的电压和频率的波动。
并且在安全的条件上投资经济，减少浪费电气材料和建筑材料，使用性能更优越的产品，降低电能在设备中的自身损耗。
（3）以近期为主、适当考虑工厂的长远发展与规划。
供电设计不能只考虑当前用电，还要兼顾到工程在未来十年都能否满足发展的需要。
因此，需要依据工厂负荷特点，和工厂的长远扩建计划综合考虑。
正确处理工厂近期的扩建与长远发展的联系，做到近期优先，兼顾长远建设，酌情考虑工厂长远扩建的可能。
（4）全局出发、统筹兼顾。
依据工厂中各种设备负荷的性质以及设备容量、本设计工程的特点和济宁当地供电条件等，合理选择设计方案。
工厂供电设计涉及到设备选择，建筑电气，以及电力系统中的各方面知识，是一个综合性的工程。
因此要从各方面考虑，兼顾到各方面的利益，稳妥进行，不能急于求成。
第二章负荷计算与无功功率补偿
2.1负荷计算的方法
当前的电力工程设计中，我国使用最多的就是需要系数法。
二项式法在某些工程中也会用到。
由于使用简便，计算方便，需要系数法在国际上也比较通用。
需要系数法就是用该设备的需要系数乘以该设备的容量。
需要系数法主要适用范围是当电气设备数量比较多，尤其是相同的设备相对很多。
并且各台设备容量差别大时，基本都采用需要系数法计算。
二次项系数法：
其基本算法是，b，c为二项式的系数，当用电设备台数少且容量相差非常大，用需要系数法误差比较大，这时用二项式法计算[2]。
本次设计考虑到工厂设备负荷的实际情况，用需要系数法来确定计算负荷，以提高计算的精确度，减小误差。
主要计算公式有：
有功计算负荷：
（2-1）
无功计算负荷：
（2-2）
视在计算负荷：
（2-3）
计算电流：
（2-4）
负荷计算结果如表2-1所示：
表2-1车间负荷计算表
车间名称
负荷类别
设备容量kw
需要系数
铸造车间
动力
500
0.3
0.65
1.17
150
175.5
230.77
照明
10
0.7
1
7
焊接车间
350
1.02
105
107.1
8
0.8
1.0
6.4
机修车间
380
0.5
0.75
190
142.5
237.5
高温车间
300
0.2
60
70.2
92.3
6
4.2
仓库
100
0.6
45
75
5
4
锅炉
50
0.4
20
15
25
生活办公
200
0.9
0.48
140
67.2
155.6
总计
--
1922
-
757
622.5
998.17
681.3
591.37
902.16
由前面统计结果，取，，计算总有功计算负荷，总无功计算负荷，总的视在计算负载，总的计算电流：
计算的结果同样填入上表。
2.2无功功率补偿
按照有关由国家电力部门颁布的规定：
“在当地电网高峰负荷时，功率因数必须满足以下要求：
大中型企业用户的电功率因数应达到0.90以上。
基于此种规定，由负荷计算得，低于，因此要无功补偿[3]。
2.2.1无功功率的作用及不足带来的危害
在电力系统中，无功功率能够调节电压水平维持电压的稳定，并且发电机，变压器等其他电磁设备的正常运行都要从电网中吸收大量的无功功率来建立磁场以传输能量[4]。
无功功率不足将导致配发电设备容量不能得到充分利用，而功率因数是衡量供配电系统的经济运行的一个重要指标，工厂的功率因数偏低时将造成下列不良影响。
（1）降低设备效能，使动力设备出力减小
（2）将使得在网络中的电能损耗增加。
（3）降低变电输配电设备设施的供电能力。
2.2.2无功补偿的计算及设备选择
在工程设计中，无功补偿的设备有，发电机，调相机，并联电容器及静止补偿器等。
无功补偿设备的作用，改善系统的功率因数，调节负载的平衡性。
同时，功率因数的提高可以降低电能损耗[5]。
在电力系统中，无功补偿装置主要有三种安装方式：
（1）高压集中补偿，在建设初期投资少，维护简单，但是效果不是很好，不过对于在变电所高压侧，进行补偿，可以满足工厂总的功率因数的要求，所以在一些大型企业中应用广泛。
（2）低压集中补偿，补偿效果和高压集中补偿相比有很好效果，尤其是它能使变压器减小视在功率，从而让主变压器的容量选的相对小一点，减少电能损耗，因而在实际的工程操作中有很多的应用。
（3）低压分散补偿，这种补偿方式比较灵活，可以随时投入使用，将补偿电容器安装在功率因数低的地方，也可以就地补偿，但是当补偿设备不在运行时，它也将被切除。
本次设计考虑到工厂无功功率不足和操作方便的实际情况采用低压集中补偿方式。
对绝大多数变压器来说，，为变压器的有功和无功损耗，因此，在进行变压器低压侧无功补偿，功率因数大于0.95为好，本设计取。
为了使低侧功率因数从0.76提高到0.95，对并联电容器安装在低压侧所需要的容量为：
，取
参考附表2可知，并联电容可选用型，每个电容器补偿容量为
因此，其电容器的个数为：
。
无功补偿后，变电器二次侧的视在计算负荷为：
即工厂的功率因数
因此，符合本设计的要求。
第三章主变压器选择与主接线设计
3.1变压器的选择原则
在输配电网络中，电力变压器作为转变电压的枢纽是供电设计中最重要的设备。
变压器主要起到升高或者降低电压的作用，有的带分接头的变压器可以调节局部电压，这些功能方便电能的合理高效输送，分配和使用。
变压器的选择应该结合工厂实际情况，根据工厂负荷的性质以及用途，进行分析与计算，并进行经济运行分析[6]。
另外，要按照有关国家有关标准规范，优先使用电能损耗比较低，节能且高效可靠的合格产品。
3.2变压器型号的选择
根据分类方式的不同，变压器可以分为好多种，主要有按相数，按电压调节方式分，按绕组道题材质分，按绕组型式分，按绝缘和冷却方式分等等。
在工厂供电的设计当中，大部分工厂选择使用三相双绕组的变压器，不带分接头调压。
，两种联接组是10kV配电变压器中最常见的。
在低压电网中较多采用Dyn11联接组有着越来越广泛的应用。
原因是Dyn11其3n次谐波励磁电流不会流到高压电网中，能有效抑制高次谐波电流。
Dyn11联接变压器零序阻抗相对很小，当发生低压单相接地故障时，零序电流大，零序保护装置更能敏感的切掉故障。
综上所述本设计中选择Dyn11联接组配电变压器。
3.3变电所主变压器台数的选择
变压器台数一般根据以下条件确定：
（1）电力系统中含有一级或二级供电负荷，应该适当考虑选用两台变压器，当一台检修或有故障时不至于影响工厂的正常生产。
（2）工厂负荷受季节性影响大或白天和夜晚的负荷变动较大，经济技术达到相关要求时可以选用两台变压器
（3）级负荷，供电要求不高，可以采用一台变压器，不设备用。
如果有下列情况可以设置专用的变压器，专门供电：
（1）如果动力和照明使用同一个变压器对照明质量有很大的影响时。
（2）单台单相负荷较大时，宜设单相变压器；
（3）工厂中有其他冲击性负荷较大的设备运行时，干扰了其他设备的正常生产作业，可配备专用的冲击负荷变压器。
由于要该工厂中的用电负荷有二级负荷以及三级负荷，考虑实际情况，根据设计规范的相应要求，配置两台变压器[7]。
3.4变压器容量的选择
变压器的容量第一要满足所有用电设备的计算负荷，保证在其计算负荷下变压器能无故障长期运行。
当当变电所中配置两台变压器时，一般选择两台容量相同的变压器，每一台变压器容量应同时符合下列两个条件：
（一）当每一台变压器独立运行时，为了在以后负荷增加时，还能满足使用，应该满足总计算负荷的的需要，即，
；
（3.1）
这样可以做到每一台变压器能承担总负荷的，此时变压器效率相对较高。
（二）每一台变压器独立运行时，都能达到全部一级负荷和二级负荷的需要，即，
（3.2）
表示一二级负荷。
条件
（二）是考虑变压器发生故障的情况下，其中一台完好的变压器能够保障所有负荷的供电。
根据无功补偿后的计算负荷，
所以，取变压器容量为630kV·
A。
综上，选择，型电力变压器。
由于该厂含有二级负荷，一旦出现大的停电或电力事故，将严重影响企业正常生产，因此对电源的供电可靠性提出了很高的要求，因此选用两台变压器，当一个变压器在事故发生时，另一台变压器能继续向负载供电。
3.5变压器的功率损耗
根据电机学理论中变压器的知识，变压器的无功损耗和有功损耗计算方法如下
（3-1）
（3-2）
上式中，，为变压器的空载有功有功和短路有功损耗，为负荷利用率用视在功率比上变压器的容量。
本次设计使用型号的变压器，查附表3知，分别为1.3kw和5.8kw，空载电流和阻抗电压为3.0和5
带入上上式中得
则变压器高压侧无功功率
则高压侧电流
3.6变配电所的主接线方式
变配电所的主接线设计在供电工程设计中是一个综合性的问题，应该依照其工程建设规模大小，根据工厂的线路回数，电压的级别，负荷等具体情况来确定。
它是选择电气设备和确定各种电气设备安装方式的总依据。
主接线设计的好坏对全厂用电设备的安全，高效和经济运行有很大的关联。
主接线的设计应该依照下列具体要求[8]。
（1）安全应符合国家有关标准和技术规范的要求和需要，保证设备和人身安全。
（2）可靠供电可靠是电力系统中的基本要求，可靠性可以用主接线平均无故障的工作时间来表示。
一旦出现电力事故都可能造成难以估量的损失，所以供电可靠性是电力生产的最重要的要求。
（3）敏捷灵活性包括检修方便，操作灵活方便，可以很容易地从最初的扩大，最后连接，同时用最少的切换，以适应不同的运行模式，以适应负荷的发展。
（4）经济性在保证安全高效运行的情况下，应尽可能的节约有色金属材料，减少投资和运行的费用，为适应长期的发展，应优先选用性能优异的节能产品。
3.7变配电所电气主接线的基本形式
3.7.1单母线接线
单母线接线是工厂企业变配电所中最简单的一种接线形式，一般有单母线不分段，单母线分段两种接线方式。
单母线不分段接线见图4-1，其接线比较简单清晰明了，经济性好投资少。
但灵活和安全性较差，单母线接线的适用范围是系统比较简单如只有一台变压器等。
图4-1单母线接线
单母线分段接线，克服了单母线接线的某些不足，提高了一定的供电的可靠性。
其母线可以用断路器隔开，当发生故障时，可以将故障母线隔开，保障无故障母线安全运行。
见图4-2，功率的大小和电源的数量决定了单母线分段的数目，多数情况下，分段数等于电源数。
单母线分段的优点减小了停电范围，不过当断路器检修时，也需要把断路器所在的支路断开。
单母线分段接线除了具有单母线接线的优点外还提高了供电的可靠性，因此在中小型电厂和中低压电网中有着广泛的应用。
图4-2单母线分段接线
3.7.2双母线接线
每个回路都需要配置两个母线隔离开关是双母线接线的最大特点。
双母线接线相对单母线接线来说，在可靠性和灵活性方面有了很大的提高。
双母线接线在有着重要负荷如一级和二级重要负荷的场所及虽然没有重要负荷但是在一些大中型企业中用的比较多。
双母线的主要缺点是操作步骤相对复杂，有时候需要倒闸操作，当故障发生在其中一条母线时，这条母线也需要停电。
为了克服这种缺点，增设旁路母线可以解决此问题。
图3-3双母线接线
3.7.3桥式接线
桥式接线中，开设设备的数量比较多，投资相比大一些，但是运行灵活。
它比单母线分段接线简单，可以减少单母线断路器的数量。
依照联络断路器在变压器两侧的位置分为内桥和外侨接线。
内桥式接线，主要用于不经常切换变压器，电源线路较比较长，事故检修机率多的变配电所。
图3-4内桥式接线
图3-5外桥式接线
（2）外桥式接线，适用于故障率较低，变压器在经济运行方式下常常投入和切掉运行以及穿越功率比较大的场合。
3.8电气主接线的确定
本次设计变电所为10kv变电所，出现回路数为6回，容量相对来说较小，根据各种接线方式的适用范围和工厂供电的需要选用单母线分段接线。
变电所有一路电源进线，为保障对车间的持续供电，同时又不影响变电所及其设备的的维
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