毕业设计（论文）-某高校10kv降压变电所的电气设计.doc

毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题 目： 某高校 10kv 降压变电所的电气设计 （英文）： a university 10kv substation electrical design 院 别： 自动化学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2010 年 3 月 广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 某高校某高校 10kv10kv 降压变电所的电气系统设计降压变电所的电气系统设计 摘要摘要 本文设计任务旨在体现对本专业各科知识的掌握程度，同时检验本专业的学习结果。由于本论 文是拟题，并不是实际工程的改造，故文中某些观点不一定适合本校区的实际情况。 首先根据任务书上要求，通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的 分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了 10kv 以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及 供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，然后，最大 持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压 互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了 10kv 电气一次部分的设计。最后根据最大持续工作 电流及短路计算的计算结果，做出线路保护，变压器保护，母线保护，防雷保护。从而完成了 10kv 电气二次部分的设计。 本次设计论文是以我国现行的各有关规范、规程和技术标准为依据。此设计是一个初步设计， 主要根据任务书提供的原始资料，参照有关资料及书籍，对各种方案进行比较而得出的。 关键词：关键词：主接线；电气设备；变电站电气设计 某高校 10kv 降压变电所的电气系统设计 1 a university 10kv substation electrical design abstract this design task is to reflect on the subjects of the professional knowledge levels, and test results of this professional learning. as the title of this paper is intended, not the transformation of the actual project, so this paper some of the views are not necessarily the actual situation for our school district. first of all, according to mandate of the book, so that the sum of the proposed substation and the outlet direction to consider, and through the analysis of load data, security, economic and reliability considerations, identified the main 10kv and electricity connection points, and then load calculation and supply area through the main transformer station to determine the number, capacity and model, but also to determine the capacity of the station, transformers and model, then, the maximum continuous operating current and short circuit calculation results, on the high-voltage fuse, isolating switch, bus, insulators and wall bushings, voltage transformers, current transformers for the selection, thus completing the first part of the 10kv electrical design. finally, the maximum continuous operating current and short circuit calculation results, make line protection, transformer protection, bus protection, lightning protection. thus completing the second part of the 10kv electrical design. this design thesis is based on our current relevant norms, rules and technical criteria. this design is a preliminary design, mainly based on the original mission statement to provide information, reference information and books, to compare the various programs which have come. key words：main electrical connection ; electrical equipment; substation electrical design 广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 目录目录 第一章第一章 设计的内容和要求设计的内容和要求.1 1.1 原始资料分析1 1.2 设计原则和基本要求1 1.2.1 荷分级及供电要求 .2 1.2.2 电压选择和电能质量 .3 1.2.3 无功补偿 .3 1.3 设计的内容3 1.3.1 负荷的计算 .3 1.3.2 变电所位置确定 7 第二章第二章主变压器的选择主变压器的选择9 2.1 主变台数的确定9 2.2 本变电站变压器的选择9 第三章第三章 电气主接线的选择电气主接线的选择.11 3.1 选择原则11 3.1.1 主接线设计的基本要求及原则 .11 3.1.2 主接线的基本形式和特点 .12 3.2 变电站主接线方案的拟定.14 第四章第四章 短路电流计算短路电流计算.15 4.1 短路电流计算的目的及假设.15 4.2 短路电流计算及计算结果.16 第五章第五章电气设备和导体的选择电气设备和导体的选择18 5.1 电气设备的选择原则.18 5.2 变电所高压一次设备的选择与校验19 5.2.1 高压一次设备的选择 .19 5.2.2 高压一次设备的校验 .21 5.3 变电所低压一次设备的选择与校验.23 5.3.1 低压一次设备的选择 .23 5.3.2 低压一次设备的校验 .24 5.4 变电所高、低压导线的选择25 第六章第六章 变电站二次回路方案的确定变电站二次回路方案的确定.26 6.1 二次回路的定义和操作电源26 6.2 断路器的控制和信号回路27 6.3 测量及绝缘监视回路28 6.4 继电保护的选择与整定30 6.5 变电所的综合自动化33 第七章第七章 防雷与接地方案的设计防雷与接地方案的设计.33 某高校 10kv 降压变电所的电气系统设计 3 7.1 直击雷保护33 7.2 接地装置的设计34 参考文献参考文献.35 致谢致谢.36 附录附录.37 附录 1 变电所电气平面布置图 37 附录 2 10kv 系统一次结线图 38 附录 3 开关房高压电气一次结线图 39 附录 4 10kv 降压变电站电气一次主接线（高压部分）40 附录 5 10kv 降压变电站电气一次主接线（低压部分）41 附录 6 高压进线柜二次结线图 .42 附录 7 高压进线柜二次结线图 .43 附录 8 变压器出线柜二次结线图 .44 广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 第一章第一章 设计的内容和要求设计的内容和要求 1.1 原始资料分析原始资料分析 我校位于广州市天河区，拟在该校区建一 10kv 变电所，其下级负荷为校区内的主 要用电户，共记有六处，分别为：教学楼，综合办公楼，学生公寓栋, 学生公寓 栋, 实训基地，学生食堂。采用两路电源供线，一路经 10kv 公共市电电缆进线（中间 有电缆接入变电所，系统按电源计） ，该是电缆取自 1.6 公里外的石牌变电站；一路 引自邻近高压联络线做备用。具体可参见 error!error! referencereference sourcesource notnot found.found.。 图 1- 1 学校平面示意图 气象条件：广州天河区地势平坦，年平均温度 22，最高温度 39.1，最热月平 均最高气温为 32.6，土温 25。 1.2 设计原则和基本要求设计原则和基本要求 变电所是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的 电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。 某高校 10kv 降压变电所的电气系统设计 1 变电所的主要作用是进行高底压的变换，一些变电站是将发电站发出的电升压， 这样一方面便于远距离输电，第二是为了降低输电时电线上的损耗；还有一些变电站 是将高压电降压，经过降压后的电才可接入用户。对于不同的情况，升压和降压的幅 度是不同的，所以变电站是很多的，比入说远距离输电时，电压为 11 千伏，甚至更高， 近距离时为 1000 伏吧，这个电压经变压器后，变为 220 伏的生活用电，或变为 380 伏 的工业用电。我国变电所主要现状是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变 电所转变，交流传输向直流输出转变，国外主要是交流输出向直流输出转变。 本次设计的变电所属 10kv 负荷型变电所，主要满足该校区工业和居民用电。 供配电系统设计应贯彻执行国家的经济技术指标，做到保障人身安全，供电可靠， 技术先进和经济合理。在设计中，必须从全局出发，统筹兼顾，按负荷性质、用电容 量、工程特点，以及地区供电特点，合理确定设计方案。还应注意近远期结合，以近 期为主。设计中尽量采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气 产品。 1.2.1 荷分级及供电要求荷分级及供电要求 电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失及 影响的程度分为一级、二级、三级负荷。独立于正常电源的发电机组，供电网络中独 立于正常的专用馈电线路，以及蓄电池和干电池可作为应急电源。二级负荷的供电系 统，应由两线路供电。必要时采用不间断电源（ups） 。 一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或将在政治上，经济上造成重大损失者； 或中断将影响有重大政治经济意义的用电单位的正常工作者。 就学校供配电这一块来讲，我校现没有一级用电负荷。 二级负荷为中断供电将在政治上，经济上产生较大损失的负荷，如主要设备损坏， 大量产品报废等；或中断供电将影响重要的用电单位正常的工作负荷，如交通枢纽、 通信枢纽等；或中断供电将造成秩序混乱的负荷等。 在本次毕业设计中，根据供配电系统设计规范gb50052-1995，我校现有的二 级负荷有：各楼的消防电梯、消防水泵、应急照明，银行用电设备，医院急诊室用电 设备，保卫处用电设备，学校大门照明与门禁系统，水泵，食堂厨房用电，教学楼照 明。 三级负荷为不属于前两级负荷者,对供电无特殊要求。 广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 我校除了前面罗列的二级负荷外，全为三级负荷。 1.2.2 电压选择和电能质量电压选择和电能质量 用电单位的供电电压应根据用电容量，用电设备的特性，供电距离，供电线路的 回路数，当地公共电网的现状及其发展规划等因素，经济技术比较确定。 供配电系统的设计时，应正确选择变压器的变比及电压分接头，降低系统阻抗， 并应采取无功功率补偿的措施，还应使三相负荷平衡，以减少电压的偏差。 单相用电设备接入三相系统，使三相保持平衡。220v 照明负荷，当线路大于 30a 时，应采用三相系统，并应采用三相五线制。这样，可以降低三相低压配电系统的不 对称性和保证电气安全。 当单相用电设备接入电网时，求其计算负荷是以其三相中最大的一相负荷乘以三 所得。那么我们在设计中尽量或者注意使其三相平衡分布，这样单相接入的负荷就可 以以其全部负荷相加即为其计算负荷。后面的负荷列表中将引用这一用电思想。 1.2.3 无功补偿无功补偿 供配电设计中正确选择电动机、变压器的容量，降低线路的感抗。当工艺条件适 当时，应采取同步电机或选用带空载切除的间歇工作制设备等，提高用电单位自然功 率因数。 10kv 及以下变电所设计规程中规定 10kv 的用电单位，功率因数取 0.9 以 上。 为基本满足上述要求，这里的功率因数我取 0.92，在设计时把无功补偿装置统一 装设在变压器的低压母线侧。这样的补偿，可以选择相对较小容量的变压器，节约初 期投资。对于容量较大，并且功率因数很低的用电负荷采用单独集中补偿。 1.3 设计的内容设计的内容 根据前面对原始材料的分析和参考设计原则，现对校区的用电户进行负荷的统计 和计算。我们做负荷统计是以计算负荷为基础的。计算负荷，是假想的负荷，是按允 许发热条件选择供配电系统的导线截面，确定变压器容量，制订提高功率因数的措施， 选择及整定保护设备以及校验供电电压质量等的依据。 某高校 10kv 降压变电所的电气系统设计 3 1.3.1 负荷的计算负荷的计算 负荷计算的方法有需要系数法、估算法及二项式法几种。按需要系数法确定用电 设备的有功计算负荷（kw）的计算公式为 (1-1) kdpep30 式中 pe用电设备组的总的设备容量，单位为 kw。 kd用电设备组的需要系数， 根据参考书工厂供电设计指导中的表 2-1 查得变配电所的需要系数为 0.450.7。 无功计算负荷（kvar）为 (1-2)tan3030pq 式中 tan用电设备组的总的设备组 cos 的正切值。 视在计算负荷（kva）为 (1-3) cos/3030ps 式中 cos 为功率因数，取 0.9。 计算电流(a)的计算公式 (1-4) )3/(3030unsi 式中 un用电设备组的额定电压，单位为 kv。 民用建筑电气设计规范-jgj16-2008第 3.5.6 条中规定单相负荷应均衡分配到 三相上，当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷总容量的 15%时，全部按三 相对称负荷计算；当超过 15%时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相 加，等效三相负荷可按下列方法计算： (1)只有相负荷时，等效三相负荷取最大相包荷的 3 倍。 (2)只有线间负荷时，等效三相负荷为：单台时取线间负荷的倍；多台时取最3 大线间负荷的倍加上次大线间负荷的(3-)倍。 3 我校用电户中，只有实训基地用到三相设备，故对此特别分析。实训基地中，单相负 荷为：电脑（400w） 台数（20）+空调（2.5kw） 台数（5）+多媒体（2kw） 台数 （2）照明每层（5kw） 层数（5）49.5kw 并且它们接同一相电压。 三相负荷包括数控机床，车床，电焊，机械或电动机根据上面介绍的需要系数法 （公式 14）确定为 80kw。 广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 显然 49.5/80=0.618 100%=61.8%15%。按照规定，应将单相负荷换算为等效三相 负荷，再与三相负荷相加。具体对应我校的实训基地，则总的计算负荷为： 49.5 3+80=228.5kw 我校其他用电户均为单相负荷，把负荷代入上述各式计算得各种负荷。得出我校 的总负荷为 1018kw，具体计算如表 1-1 负荷统计表所示。表中电脑额定功率为 400w，空调为 2.5kw，电梯为 11kw，多媒体为 2kw，照明按每层负荷 层数计算。 表表 1 1-1-1 负荷统计表负荷统计表 电脑空调电梯多媒体照明其它需要 系数 kd 功率 （kw ） 额定电 流 （a） 教学 楼 400 40 2.5k 10 2k 3012k 65k0.589128.46 综合 办公 楼 400 30 2.5k 30 2k 1510k 65k0.4582118.36 学生 公寓 栋 400 12 00 5k 75k0.6312450.34 学生 公寓 栋 400 80 0 5k 85k0.6219316.10 实训 基地 400 20 2.5k 5 11k 2 2k 25k 580k0.45103148.67 学生 食堂 2.5k 2 3k 310k0.51217.32 备用 1100144.34 备用 2100144.34 某高校 10kv 降压变电所的电气系统设计 5 计算负荷(低压侧补偿前)总的 设备 容量 pek w 同时 系数 k 计算系数 tg p30/kwq30/kvars30/kvai30/a 10180.71.33712.6947.761185.761711.54 由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为： 30 1185.76skv a 这时低压侧的功率因数为： (2) 712.6 cos0.60 1185.76 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 0.60 提高到 0.92，则低压侧需装设 cos0.92 的并联电容器容量为： 712.6 (tanarccos0.60tanarccos0.92) var647.04 var c qkk 取:=277.91则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为： c q vark 22 30(2) 712.6(947.76647.04)773.17skv a 计算电流 30(2) 773.17 1116.01 30.4 kv a ia kv 变压器的功率损耗为： 30(2) 0.0150.015 773.1711.60 t pskv akw 30(2) 0.060.06 773.1746.39 var t qskv ak 变电所高压侧的计算负荷为： 30(1) 712.611.60724.20pkwkwkw 30(1) (947.76647.04) var 46.39 var347.11 varqkkk 22 30(1) 724.20347.11803.09skv akv a 30(1) 803.08 46.37 3 10 kv a ia kv 补偿后的功率因数为：满足（大于 0.90）的要求。 724.20 cos0.901 803.09 由此得补偿后总的计算总负荷表如下： 广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 表表 1-21-2 计算总负荷表计算总负荷表 计算负荷 p30/kwq30/kvars30/kvai30/a 低压侧 712.6300.72773.131116.01 变压器损耗 11.6046.39 高压侧 724.20347.11803.0946.37 由此，我们可以得出该变电所的进出线示意图，如图 1-2 所示： 图 1- 2 变电所的进出线示意图 1.3.2 变电所位置确定变电所位置确定 由于本校有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经 10kv 公共市电电缆进线（中间有电缆接入变电所） ，该是电缆取自 1.6 公里外的石牌变 电站；一路引自邻近高压联络线做备用。如图 1-3 所示。 某高校 10kv 降压变电所的电气系统设计 7 图 1- 3 变电所引线示意图 变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据民用建筑电气设计 规范-jgj16-2008第 4.2.1 条变电所选址原则： 一、接近负荷中心； 二、进出线方便； 三、接近电源侧； 四、设备运输方便； 五、不应设在有剧烈振动或高温的场所； 六、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行 风向的下风侧； 七、不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴 邻； 八、不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的 正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定； 九、不应设在地势低洼和可能积水的场所。 参考选址原则，结合我校实际，变电所的设置可选用独立式，附设式，箱式。校 区场地允许可设独立式变电所，但考虑到我校伟位于中心城区，面积并不宽裕；再加 上不占据有限的绿地面积以及对环境的影响，考虑到将来设备的运输及安装高度，可 采用单独设立方式。变电所设在大门右侧，如图 1-4 所示。 广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 图 1- 4 变电所位置图 第二章第二章主变压器的选择主变压器的选择 主要考虑变压器的台数，容量；变压器的型式等。 2.1 主变台数的确定主变台数的确定 电力变压器台数的选取应根据用电负荷的特点、经济运行、节能和降低工程造价 等因素综合确定。对于一般车间、居民住宅、机关学校等，如果一台变压器能满足用 电负荷需要时，宜选用一台变压器，其容量大小由计算负荷确定，但总的负荷通常在 1000kv 以下，且用电负荷变化不大。对于有大量一、二级用电负荷或用电负荷季节性 （或昼夜）变化较大，或集中用电负荷较大的单位，应设置两台及以上的电力变压器。 如有大型冲击负荷，为减少对照明或其它用电负荷的影响，应增设独立变压器。对供 电可靠性要求高，又无条件采用低压联络线或采用低压联络线不经济时，也应设置两 台电力变压器。选用两台变压器时，其容量应能满足一台变压器故障或检修时，另一 台仍能对一级和部分二级负荷供电。 主变压器台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择。当符合下列条件之一时， 宜装设两台及以上主变压器： 1）有大量一级或二级负荷。 2）季节性负荷变化较大，适于采用经济运行方式。 3）集中负荷较大，例如大于 1250kva 时。 2.2 本变电站变压器的选择本变电站变压器的选择 变压器台数的选取：根据我校实际，虽然一台变压器现已满足了现在二次侧随着 本科教育工作的推进和未来几年的继续扩招，为未来发展提供足够的空间：这主要表 现在电力变压器及一些相当重要的配电线路上，应力求在满足现有需求的基础上从大 选择，以避免一台变压器或一组变压器刚服役不到几年又因为容量问题而台而光荣下 岗的情况的发生。故本变电所宜装两台主变压器。 某高校 10kv 降压变电所的电气系统设计 9 变压器容量的选择：每台变压器的容量应同时满足以下两个条件： n t s 1） 任一台变压器单独运行时，宜满足： 30 )7 . 06 . 0(ssnt 2） 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。 )111(30 ssnt 代入数据可得：=（0.60.7）803.09=（481.854562.163）kva。 n t s 又考虑到本校的气象资料（年平均气温为 22） ，同时又考虑到未来 510 年的负 荷发展，我们这里初步取=1000kva 。根据电力工程电气设计手册 ， “供电系统 n t s 中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷式电力变压器。 ”考虑到安 全性和可靠性的问题，确定变压器为 s13-m-rl 系列三相卷铁心全密封油浸式电力变 压器，台数为两台。型号：s13-1000/10 ，其主要技术指标如下表所示： 表表 2-12-1 变压器技术指标表变压器技术指标表 额定 电压/kv 损耗/kw变压器 型号 额定 容量 /kv a高 压 低 压 联 结 组型 号空 载 负 载 空载 电流 % 0 i 短路 阻抗 % k u s13-1000/10100010.50.4 dyn11 0.818.450.214.5 该变压器符合国际标准是指国际标准化组织(iso)和国际电工委员会(iec)所制定 的标准，以及 iso 确认并公布的其他国际组织制定的标准。10kv s13/s11 型级超低损 耗三角形卷铁心无励磁调压油浸式配电变压器继承了卷铁芯电力变压器的所有优点： 1、铁芯均在生产线上进行卷制，不需要横剪设备，消除了由人工叠片、叠装、拆 装铁轭造成的质量波动。 2、三角形立体卷铁芯经退火处理后，能彻底消除内应力，磁路各处均无高磁阻存 在。故空载损耗与励磁电流可大幅度下降，试验表明空载损耗比传统变压器下降 40-50%； 空载电流下降 90%以上。 3、由于三角形立体卷铁芯是用不间断连续硅钢带绕制而成，只有几个接缝不会 产生叠片式铁芯那样因磁路不连贯而发出的噪声，噪声一般可降低 10-15db，达到静音 状态。 广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 三角形立体卷铁芯电力变压器与传统插片式电力变压器相比，具有以下一系列突 出优点： 1、节电节能：空载损耗减小 40-50%，负载损耗减小 7-10%； 2、降低线损：空载电流减小 90%以上； 3、超静音：噪声降低 10-15 分贝； 4、无干扰：漏磁减小 50%以上； 5、节约原材料：铜铁成本减小 20-30%； 6、经济效益显著：十年变电成本比新 s9 下降 17.2%，比非晶态变压器下降 12.5。 第三章第三章 电气主接线的选择电气主接线的选择 3.1 选择原则选择原则 电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主题。它与电力系统、电厂动能 参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备 选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须结合 电力系统和发电厂和变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间 的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。 电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据，以国家经济建设的方针、政策、 技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项 技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备 元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、实用、经济、美观的原则。 3.1.1 主接线设计的基本要求及原则主接线设计的基本要求及原则 对所选用的主结线，必须满足下列要求： （1）可靠性，要尽量减少计划外停电时间，尽量缩小事故后的影响范围。 （2）灵活性，主接线应力求简单，满足在调度，检修及扩建市的灵活性。 （3）安全性，保证在一切操作切换时工作人员和设备的安全，以及能在安全条件 下进行维护检修工作。 某高校 10kv 降压变电所的电气系统设计 11 （4）经济性，应使主接线的初投资和年运行费用达到经济合理。 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、当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。 3、当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组、 接线。 4、为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压 器分列运行。 5、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。 6、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，应装设线路隔离开关。 7、采用 610 kv 熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。 8、由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互 感器。 9、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。当有继电保护 或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。 10、当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器 时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。 3.1.2 主接线的基本形式和特点主接线的基本形式和特点 单母线接线及单母线分段接线 1、单母线接线 单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列 工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输入功率不一定 相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。 单母接线的优点：接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于向两 端延伸，扩建方便。缺点：可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回 路都要停止工作，也就成了全厂或全站长期停电。调度不方便，电源只能并列运行， 广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流3。 综上所述，这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发电厂和 变电站中。 2、单母分段接线 单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以 从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自 动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。在可靠性要求不高时， 亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后， 拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。 这种接线广泛用于中、小容量发电厂和变电站 610kv 接线中。但是，由于这种 接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整体母线系统可靠 性受到限制，所以，在重要负荷的出线回路较多、供电容量较大时，一般不予采用。 3、单母线分段带旁路母线的接线 单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性，但这增加 了一台旁路断路器，大大增加了投资。 双母线接线及分段接线 1、双母线接线 双母接线有两种母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线的回路，都装有一 台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线接线连接。两组母线之间的联络， 通过母线联络断路器来实现。其特点有：供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。 由于双母线有较高的可靠性，广泛用于：出线带电抗器的 610kv 配电装置； 3560kv 出线数超过 8 回，或连接电源较大、负荷较大时；110220kv 出线数为 5 回 及以上时。 2、双母线分段接线 为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母分段接线，用分段断路器将工作母线 分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀 地分布在两段工作母线上。双母接线分段接线比双母接线的可靠性更高，当一段工作 母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所 连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所 连的电源回路和出线回路切换到备用母线上，即可恢复供电。这样，只是部分短时停 某高校 10kv 降压变电所的电气系统设计 13 电，而不必短期停电。 双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中，同时在 220550kv 大容 量配电装置中，不仅常采用双母分段接线，也有采用双母线分四段接线的。 3、双母线带旁路母线的接线 双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路 不致停电。这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路 母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。 3.2变电站主接线方案的拟定变电站主接线方案的拟定 方案 单母线接线： 优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。 缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）故障或检修，均需使整 个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短 时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电。 适用范围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器。 方案 单母线分段接线： 优点： 1 用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同段引出两个回路，有两个电 源供电。 2 当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断 供电和不致使重要用户停电。 缺点： 1 当一段母线或母线隔离开关故障时或检修时，该段母线的回路都要在检修期间 内停电。 2 当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越。 3 扩建时需向两个方向均衡扩建。 适用范围： 1 610kv 配电装置出线回路数为 6 回及以上。 2 3563kv 配电装置出线回路数为 48 回。 广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 3 110220kv 配电装置出线回路为 34 回。 方案 双母线接线 优点： 1 供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致 使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只 停该回路。 2 调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活的适 应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。 3 扩建方便。像双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和符 合均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致 连接不同的母线段时，不会如单母分段那样导致出线交叉跨越。 4 便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组 母线上。 缺点： 1 增加一组母线，每回路就需要增加一组母线隔离开关。 2 当母线故障或检修时，隔离开关作为倒闸操作电器，容易误操作。为了避免隔 离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。 适用范围： （1）610kv 配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时。 （2）3563kv 配电装置，当出线回路数超过 8 回时，或连接的电源较多，负荷较 大时。 （3）110220kv 配电装置出线回路数为 5 回及以上时，或当 110220kv 配电装置 在系统中居重要地位，出线回路数为 4 回及以上。 以上三种方案均能满足主接线要求，采用方案时虽经济性最佳，但是其可靠性 相比其他两方案差；采用方案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，参见附录 2 10kv 系统一次结线图 ，附录 3开关房高压电气一次结线图 ，附录 4 10kv 降压变电站电气一次主接线（高压部 分） 。 某高校 10kv 降压变电所的电气系统设计 15 第四章第四章 短路电流计算短路电流计算 4.1 短路电流计算的目的及假设短路电流计算的目的及假设 电力系统发生短路后将造成停电事故，严重的短路会影响电力系统的稳定性，使 系统中个电厂之间的功率平衡受到破坏。但是，短路有时是不可避免的，因此除积极 设法防范可能发生短路的一切因素外，还要进行短路计算，以便正确的选择电气设备， 进行继电保护装置的整定计算，使其有足够的动热稳定性即使在发生最大的短路电流 时也不至于损坏。 本校的供电系统简图如图 4-1 所示。采用两路电源供线，一路经 10kv 公共市电电 缆进线（中间有电缆接入变电所，系统按电源计） ，该是电缆取自 1.6 公里外的石牌 变电站；一路引自邻近高压联络线做备用。下面计算本校变电所高压 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。 图 4-1 供电系统简图 4.2 短路电流计算及计算结果短路电流计算及计算结果 下面采用标么制法进行短路电流计算。 确定基准值： 取， 100 d smv a 1 10.5 c ukv 2 0.4 c ukv 500mv.asoc 广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 所以： 1 1 100 5.500 33 10.5 d d c smv a ika ukv 2 2 100 144.000 330.4 d d c smv a ika ukv 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： 2 . 0 .500 .100 * 1 amv amv soc s x d 2) 电缆线路的电抗标么值：查手册得，因此： 0 0.35/xkm 29 . 0 ) 5 . 10( .100 6 . 1)/(35 . 0 * 2 0 * 2 kv amv kmkm u s lxx d d 3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得，因此： 5 . 4% k u 5 . 4 0 . 1 .100 100 5 . 4 * 100 % * 4 * 3 amv s su xx n dk 可绘得短路等效电路图如图 4-2 所示。 图 4-2 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: 49 . 0 29 . 0 2 . 0 * 2 * 1 * )1( xxx k 2)三相短路电流周期分量有效值： ka11.224 49 . 0 50 . 5 * )1( 1)3( ka x i i k d 3)其他三相短路电流：ii= i=11.224ka )3( )3( )3( 1k i=2.55 11.224ka= 28.6212ka i=1.55 11.224ka=17.3972ka )3( sk )3( sk 4)三相短路容量：s= 204.082mv.a * )1( )3( 1 k d k x s 49 . 0 .100amv 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： 2.74 2 5 . 4 29 . 0 2 . 0)( * 4 * 3 * 2 * 1 * )1( xxxxx k 某高校 10kv 降压变电所的电气系统设计 17 2) 三相短路电流周期分量有效值：ika )3( 52.555 74 . 2 144 * )2( 2 ka x i k d 3) 其他三相短路电流： kaiii k 55.52 )3( 2 )3()3( kakaisk692.9655.5284 . 1 )3( kakaisk57.28055.5209 . 1 )3( 4) 三相短路容量：s =36.496mv.a * )2( )3( 2 k d k x s 74 . 2 .100amv 第五章第五章电气设备和导体的选择电气设备和导体的选择 5.15.1 电气设备的选择原则电气设备的选择原则 电器设备选择的一般条件如下： （1）按正常条件选择 电器设备按正常条件选择，就要考虑电器装置的环境条件和电气要求。环境条件 是指电器装置所处的位置特征；电器要求是指电器装置对设备的电压、电流、频率 （一般为 50hz）等方面的要求；对一些断路电器如开关、熔断器等，还应考虑起断流 能力。 1）考虑所选设备的工作环境。如户内、户外、防腐、防暴、防尘、放火等要求， 以及沿海或湿热地域的特点。 2）所选设备的额定电压 应不低于安装地点电网电压 即 u etn.un （1） u etn.un 一般电器设备的电压设计值满足 1.1 应而可在应 1.1 下安全工作。 u etn.uetn. 3）电器的额定电流是指在额定周围环境温度 0 下，电器的长期允许电流 ietn. 应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续的工作电流 ，即 ietn.imax （2） ietn.imax 由式可以推算，当电器的环境温度 高于 40（但不高于 60）时，环境 温度每升高 1，应减少允许电流 1.8%；当使用环境低于 40时，每降低 1，允许 电流增加 0.5%。 广东技术师范学院本科毕业论文（设计） （2）按短路条件校验 1）动稳定校验 动稳定（电动力稳定）是指导体和电器承受短路电流机械效力的能力。满足 稳定的条件 （3） ii shet 或 （4） iishet 式中 、 设备安装地点短路冲击电流的峰值及其有效值（ka） ishish 、 设备允许通过电流的峰值及其有效值（ka） ietiet 对于下列情况可不校验动稳定或热稳定。 a 用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故不校验热稳定。 b 电压互感器及其所在回路的裸导体和电器可不校验动、热稳定，因为短路电流很 小。 c 电缆一般均有足够的机械强度，可不校验动稳定。 2）热稳定校验 短路电流通过时，电器各部件温度不应超过短时发热最高允许值，即 t （5） ni 2 tima i 2 式中 设备安装地点稳态三相短路电流； i 短路电流假想时间； tima t 秒内允许通过的短路电流值或称 t 秒热稳定电流（ka） ； it t厂家给出的热稳定计算时间，一般为 4s、5s、1s 等。 5.2 变电所高压一次设备的选择与校验变电所高压一次设备的选择与校验 5.2.1 高压一次设备的选择高压一次设备的选择 根据学校所在地区的外界环境，高压侧采用合肥高压开关有限公司生产的 kyn- 某高校 10kv 降压变电所的电气系统设计 19 12(z)型手车式高压开关柜。此高压开关柜的型号：kyn-12/4ztta（说明：4：一次方 案号；z：真空断路器；t：弹簧操动；ta ：干热带） 。 该开关柜的主要优点：本开关柜满足 iec298、gb3906 等标准要求，具有防止带负 荷推拉断路器手车，防止误分、合断路器、防止接地开关处在闭合位置时关合断路器、 防止误入带电隔室，防止在带电时误合接地开关的连锁功能。 其内部高压一次设备根据本校需求选取，具体设备见附图四变电所电气一次主 接线图（高压部分） 。柜内所有设备均满足 iec 和 gb 最新标准，初选设备如下表： 表表 5-15-1 高压一次设备表高压一次设备表 电压等级 电气设备 10kv 高压断路器 ev12s 电流互感器 lzzbj9-12 电压互感器 jdz-10 熔断器 xrnp-10 避雷器 hy5wz 接地开关 jn-3-10/25 零序电流互感器 lyj-10 母线 tmy-3 （