某工地半室外型变电所设计

- 1 -第一章 设计任务1.1 设计题目某工地半室外型变电所设计1.2 设计要求（1） 变电所的电气主接线设计，绘出主接线图；（2） 绘出变电所的平面布置图，变压器室布置结构图，对变电所的土建提出要求；（3） 选择变压器型号，高压设备型号规格；（4） 确定变电所接地，防雷措施；（5） 为照明干线与工地一区选择导线规格、截面；1.3 设计依据：（1） 电源进线高压 10KV（2） 工地用电设备清单如表所列设备编 号用电设备名称 台数 额定容量频率 额定电压相数 备注1 混凝土搅拌机 3 10KW 0.95 380 32 砂浆搅拌机 1 4.5KW 0.9 380 33 电焊机 4 22KVA 380 1 =65%N4 起重机 2 30KW 0.92 380 3 =25%5 砾石洗涤机 1 7.5KW 0.9 380 36 照明（白炽灯） 10KW 220 1（3）工地一区电压 380/220V，计算电流为 55A，采用 BLX-500- 2 -型明敷供电（4） 照明干线的计算负荷共计 10KW，导线长 250m，用380/220V 三相四线制供电，设干线上电压损失不超过 5%，敷设地点的环境湿度为 30第二章 负荷计算和无功功率补偿2.1 负荷计算2.1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为 KW） = ， 为系数30PdKedb)无功计算负荷（单位为 kvar）= tan30Qc)视在计算负荷（单位为 kvA）=30ScosPd)计算电流（单位为 A） = , 为用电设备的额定电压（单位为 KV）30INUS2.1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为 KW） =30PipK30式中 是所有设备组有功计算负荷 之和， 是有功负荷同时系数，iP30 p可取 0.850.95b)无功计算负荷（单位为 kvar）= ， 是所有设备无功 之和； 是无功负荷同时系30QiqK30iQ3030QqK数，可取 0.90.97c)视在计算负荷（单位为 kvA） =30S230Pd)计算电流（单位为 A） =INU经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表 2.1 所示（额定电压取- 3 -380V）表 2.1 各厂房和生活区的负荷计算表计算负荷编号名称 设备容量 eP需要系数 dKcostan/kW30P/kvar30Q/kV30SA/A30I1 起重机60KW 0.25 0.5 1.73 15 25.95 2 电焊机88KV.A 0.35 0.7 1.02 33.54 23.1 7 搅拌机42KW 0.7 0.75 0.88 29.4 25.87 6 照明 9KW 9 0 86.82 74.92总计计入 =0.95, pK=0.97q0.74 82.48 72.67 111.43 169.32.2 无功功率补偿 由表 2.1 可知，该厂 380V 侧最大负荷时的功率因数只有 0.74。而供电部门要求该厂 10KV 进线侧最大负荷时功率因数不低于 0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此 380V 侧最大负荷时功率因数应稍大于 0.9，暂取0.95 来计算 380V 侧所需无功功率补偿容量：= (tan - tan )=82.48tan(arccos0.74) - tan(arccos0.95) = 47.84 kvarCQ30P12取: =50 则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：vark 2230(2)8.4(7.3950)86.1SkVA计算电流 30(2)61.9.kI变压器的功率损耗为：30(2).15.1586.1.29TPSkVAkW- 4 -30(2).6.86.15.7varTQSkVAk变电所高压侧的计算负荷为： (1)42983PW30(1)74.9250)var.7r.varQkk 230(1)8.3.89.01SVA30(1).5.14kVAI补偿后的功率因数为： 满足（大于 0.90）的要求。.7cos.4表 2.2 无功补偿后工厂的计算负荷计算负荷项目 cos/KW30P/kvar30Q/kVA30S/A30I380V 侧补偿前负荷 0.74 82.48 74.92 111.43 169.3380V 侧无功补偿容量 -50380V 侧补偿后负荷 0.95 82.48 24.92 86.16 130.91主变压器功率损耗 0.015 =1.2930S0.06 =5.1730S10KV 侧负荷计算 0.94 83.77 30.09 89.01 5.14第三章 变电所主变压器及主接线方案的选择3.1变电所主变压器的选择根据工地的负荷性质和电源情况，工地变电所的主变压器考虑为一台接线方案：型号为 S9 型，而容量根据式 ， 为主变压器容量， 为总的30STN TN 30S计算负荷。选 =125 KVA =111.43KVA，即选一台 S9-125/10（6）型低TNS 30损耗配电变压器。3.2 变电所主接线方案的选择 变电所主接线表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。变电所主接线对变电所设备的选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供配电设计中的重要环节。1、变配电所这接线应满足的基本要求：（1） 可靠性（2） 灵活性（3） 安全性（4） 经济性- 5 -2、变电所主接线的选择原则（1） 当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。（2） 当东电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器接线。（3） 接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。（4） 610KV 固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，硬装设线路隔离开关。（5） 变压器低压侧为 0.4KV 的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。按上面主变压器方案可设计以下主接线方案：- 6 -3.3 变电所的平面布置图:1-高压配电室 2室外变压器台 3低压配电室4值班室3 4213.4 变压器室布置结构图1油浸式变压器 2高压负荷开关操作机构 3高压负荷开关5 4328167- 7 -4高压母线支架 5高压母线 6接地线 7中型母线8临时接地线接线端子3.5 对变电所土建提出的要求：（1） 变压器室的通风窗，应采用非燃烧材料。（2） 在多层和高层主体建筑物的底层布置装有可燃性油的电气设备时，其底层外墙开口部位的上方应设置宽度不小于 1.0m 的防火挑檐。多油开关室和高压电容器室均应设有防止油品流散的设施。（3） 配电所各房间经常开启的门、窗，不宜直通相邻的酸、碱、蒸汽、粉尘和噪声严重的场所。（4） 变压器室、配电室、电容器室等应设置防止雨、雪和蛇、鼠类小动物从采光窗、通风窗、门、电缆沟等进入室内的设施。（5） 变电所的电缆夹层、电缆沟和电缆室，应采取防水、排水措施。（6） 变压器室宜采用自然通风。夏季的排风温度不宜高于 45，进风和排风的温差不宜大于 15。（7） 高、低压配电室、变压器室、电容器室、控制室内，不应有与其无关的管道和线路通过。（8） 有人值班的独立变电所，宜设有厕所和给排水设施。（9） 在配电室内裸导体正上方，不应布置灯具和明敷线路。当在配电室内裸导体上方布置灯具时，灯具与裸导体的水平净距不应小于 1.0m，灯具不得采用吊链和软线吊装。第四章 短路电流的计算4.1 绘制计算电路 500MVAK-1 K-2LGJ-150,8km10.5kV S9-125 0.4kV(2)(3)(1)系统图 5-1 短路计算电路- 8 -4.2 确定短路计算基准值设基准容量 =100MVA，基准电压 = =1.05 ， 为短路计算电压，dSdUcNcU即高压侧 =10.5kV，低压侧 =0.4kV，则1U2d（5-1）kAVMIdd 5031（5-2）kSIdd 14.224.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值4.3.1 电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量 =500MVA，故ocS=100MVA/500MVA=0.2 （5-3）1X4.3.2 架空线路查表得 LGJ-150 的线路电抗 ，而线路长 8km，故kmx/36.0（5-4）.2)5.1()836.0(202 VMAUSlxcd4.3.3 电力变压器查表得变压器的短路电压百分值 =4，故%k=32 （5-5）34101025kdNSAXV式中， 为变压器的额定容量NS因此绘制短路计算等效电路如图 5-2 所示。2.01k-1 k-26.21132图 5-2 短路计算等效电路4.4 k-1 点（ 10.5kV 侧）的相关计算4.4.1 总电抗标幺值=0.2+2.6=2.8 （5-6）*21)(Xk4.4.2 三相短路电流周期分量有效值（5-7）kAIkdk 965*)1(14.4.3 其他短路电流- 9 -（5-8）kAIIk96.1)3()()3( （5-9）kish 0.552. （5-10）2.1)3()3(4.4.4 三相短路容量（5-11）MVAXSkdk 7.358.20*)1()3(14.5 k-2 点（ 0.4kV 侧）的相关计算4.5.1 总电抗标幺值=0.2+2.6+32=34.8 （5-12）*32*1)( XXk4.5.2 三相短路电流周期分量有效值（5-13）*2()4.1.8dkkIAk4.5.3 其他短路电流（5-14）(3)()(3)1.kII（5-15）.8447.62shi kA（5-16）(3)(3)09.514.5.4 三相短路容量（5-17）(3)2*(2)102.874.dkkSMVX以上短路计算结果综合图表 5-1 所示。表 5-1 短路计算结果三相短路电流 三相短路容量/MVA短路计算点 )3(kI)3(I)3(I)3(shi)3(shI)3(kSk-1 1.96 1.96 1.96 5.0 2.96 35.7k-2 4.1.4.17.62 4.51 2.87- 10 -第五章 变电所一次设备的选择校验5.1 10kV 侧一次设备的选择校验5.1.1 按工作电压选则 设备的额定电压 一般不应小于所在系统的额定电压 ，即 ，eNU NUeN高压设备的额定电压 应不小于其所在系统的最高电压 ，即 。maxmax=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压NUmax=12kV，穿墙套管额定电压 =11.5kV，熔断器额定电压 =12kV。e eN eN5.1.2 按工作电流选择设备的额定电流 不应小于所在电路的计算电流 ，即eNI 30Ie30I5.1.3 按断流能力选择设备的额定开断电流 或断流容量 ，对分断短路电流的设备来说，不应ocIocS小于它可能分断的最大短路有效值 或短路容量 ，即)3(kI)3(k或oc)3(oc对于分断负荷设备电流的设备来说，则为 ， 为最大负荷电ImaxOLaxLI流。5.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件或maxi)3(sh)3(maxshI、 分别为开关的极限通过电流峰值和有效值， 、 分别为开关maxiI )3(shi)(sI所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b)热稳定校验条件 imattI2)3(对于上面的分析，如表 5-1 所示，由它可知所选一次设备均满足要求。- 11 -表 5-1 10 kV 一次侧设备的选择校验选择校验项目 电压 电流 断流能力动态定度 热稳定度 其它参数 NUNI)3(kI)3(shIimatI2)3(装置地点条件数据 10kV 7.2A( )1TI1.96kA 4.87.0kA 1.96.7额定参数 eN eNocImaxi tI2高压少油断路器SN10-10I/63010kV 630kA 16kA 40 kA 516高压隔离开关-10/20068GN10kV 200A - 25.5 kA 02二次负荷0.6高压熔断器 RN2-1010kV 0.5A 50 kA - -电压互感器 JDJ-1010/0.1kV - - - -避雷器 FS4-10 10kV - - - -一次设备型号规格户外隔离开关GW4-12/40012kV 400A - 25kA 5012- 12 -5.2 380V 侧一次设备的选择校验同样，做出 380V 侧一次设备的选择校验，如表 5-2 所示，所选数据均满足要求。表 5-2 380V 一次侧设备的选择校验选择校验项目 电压 电流 断流能力动态定度热稳定度 其它参数 NUNI)3(kI)3(shIimatI2)3( -装置地点条件数据 380V 总 135.24A 4.12kA 7.58kA 4.10.78-额定参数 eN eN ocImaxitI2-1 号低压断路器DW16-630/3D380V 200A 30kA - - -4 号低压断路器DW20-630380V 630A（大于 ）30I30Ka(一般) - - -2 号低压断路器DW20-200380V 200A（大于 ）30I25 kA - - -3 号低压断路器 DW15-200380V 100A 20A - - -5 号低压断路器 DW15-200380V 150A 20A一次设备型号规格6 号低压断路器 DW15-200380V 200A 20A5.3 高低压母线的选择查表得到，10kV 母线选 LMY-3(40 4mm),即母线尺寸为 40mm 4mm;380V 母线选 LMY-3（120 10）+80 6，即相母线尺寸为 120mm 10mm，而中性线母线尺寸为 80mm 6mm。第六章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择- 13 -6.1 10kV 高压进线和引入电缆的选择6.1.1 10kV 高压进线的选择校验采用 LGJ 型钢芯铝绞线架空敷设，接往 10kV 公用干线。a).按发热条件选择 由 = =7.2A 及室外环境温度 30，由30ITN1及室外环境温度 30，查表得，301.72NTIA初选 LGJ-25,其 30时的 =127A ,满足发热条件。al30Ib).校验机械强度 查表得，最小允许截面积 =16 ，而 LGJ-25 满minA2足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。6.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用 YJL22-10000 型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。a)按发热条件选择 由 = =7.2A 及土壤环境 30，查表得，初选30ITN1缆线芯截面为 25 的交联电缆，其 =90A ,满足发热条件。2mal30Ib)校验热路稳定 按式 ，A 为母线截面积，单位为CtAima)(min； 为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为 ；C 为材料热稳定2minA 2系数； 为母线通过的三相短路稳态电流，单位为 A； 短路发热假想时间，)3(I imat单位为 s。本电缆线中 =1960， =0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动)3(Iimat作时间为 0.5s，断路器断路时间为 0.2s，C=77，把这些数据代入公式中得，满足发热条件。 2malb）校验电压损耗 设变电所至工地距离约为 288m，而查表得到 150的铝芯电缆的 =0.25 （按缆芯工作温度 75计） ， =0.072m0Rk/0X，又 =82.48kW, =72.67 kvar，故线路电压损耗为k/30P30Q- 14 -()82.4(0.528)7.6var(0.71)6.97.3NpRqXkWkU VV =5%。16.97%0.6%3alUc）断路热稳定度校验 (3) 2min 0.754.946imatAI mC满足短热稳定要求，即选缆芯截面为 150 的电缆，即选 VLV22-1000-23 150+1 80 的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表 7-1 所示。表 7-1 进出线和联络线的导线和电缆型号规格线 路 名 称 导线或电缆的型号规格10KV 电源进线 LGJ-25 铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆 YJL2210000325 交联电缆（直埋）380V 低压出线 VLV22-1000-3 150+1 80（直接穿硬塑料管敷设）第七章 降压变电所防雷与接地装置的设计7.1 变电所的防雷保护7.1.1 直接防雷保护 在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻 （表 9-6） 。通常采R10用 3-6 根长 2.5 m 的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离 5 m，打入地下，管顶距地面 0.6 m。接地管间用 40mm4mm 的镀锌扁钢焊接相接。引下线用 25 mm 4 mm 的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径 20mm 的镀锌扁刚，长 11.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有 3m 以上的距离。7.1.2 雷电侵入波的防护a)在 10KV 电源进线的终端杆上装设 FS410 型阀式避雷器。引下线采用 25 mm 4 mm 的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。b）在 10KV 高压配电室内装设有 GG1A（F）54 型开关柜，其中配有- 15 -FS410 型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。c）在 380V 低压架空线出线杆上，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。7.2 变电所公共接地装置的设计7.2.1 接地电阻的要求按工厂供电设计指导表 9-6。此边点所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：4ER且 4.27/10/2AVI其中, 因此公共接地装置接地电阻 。10(835)7EIA ER7.2.2 接地装置的设计 采用长 2.5m、 50mm 的钢管 16 根，沿变电所三面均匀布置，管距 5 m，垂直打入地下，管顶离地面 0.6 m。管间用 40mm4mm 的镀锌扁刚焊接相接。变电