供电工程课程设计-公司双回路10kV变电所电气设计（全套图纸）.doc

供电工程课程设计扬州大学能源与动力工程学院供电工程课程设计任务书3全套cad图纸，+1538937061题 目福达公司双回路10kv变电所电气设计2原始资料2.1 该变配电所为福达公司用电，对电源质量要求供电可靠、电压稳定。因此由市网10kv双电源供电。2.2 负荷资料用电单位名称设备容量(kw)需要系数cos1车间动力照明200200.750.850.650.72车间动力照明160200.650.850.70.7综合楼动力照明401000.750.850.80.8食堂宿舍动力照明60400.750.80.80.6锅炉房仓库等动力照明100200.70.80.750.72.3 供电条件由市电源10kv双电源供电，供电部门要求在进线侧进行用电计量，并要求进线侧功率因素不得低于0.9。电源1进线处三相短路容量180mva、电源2进线处三相短路容量160mva。2.4 其他资料当地年最高气温为37，年平均气温为25，年最低气温6，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下0.8m处平均温度为25。当地年雷暴日数为25天。当地海拔高度为130m，土壤电阻率110m。3具体任务及技术要求本次课程设计共2周时间，具体任务与日程安排如下：第1周周一：布置设计任务，熟悉有关资料，负荷计算、主变压器选择。 周二：供电一次接线方案确定，短路计算。周三：进出线电缆及开关设备选择计算。周四：设计绘制变电所高压电气系统图。周五：设计绘制变电所低压电气系统图。第2周周一：设计绘制变电所低压电气系统图（续）。 周二：设计绘制变电所电气平面布置图。 周三：设计绘制变电所接地平面布置图。 周四：编制设计报告正文（设计说明书、计算书）电子版。周五：整理打印设计报告，交设计成果。要求根据设计任务及工程实际情况，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，独立完成10kv变配电所的电气设计。设计深度应达到扩大初步设计要求，制图应符合国家规范要求。4实物内容及要求课程设计报告由设计任务书、设计报告正文、设计图纸三部分组成，并有封面、目录，装订成册。4.1 设计报告正文内容包括：（1）负荷等级确定与供电电源（2）负荷计算与无功补偿（3）变电所所址选择与结构型式（4）变压器类型、台数及容量选择（5）变电所电气主接线设计（6）短路计算与电气设备选择校验（7）进出线电缆选择校验（8）变电所电气装置布置（9）变电所接地装置布置（10）参考文献设计报告正文编写的一般要求是：必须阐明设计主题，突出阐述设计方案、文字精炼、计算简明，条理清晰、层次分明。设计报告正文采用a4纸打印。4.2 设计图纸包括：（1）变电所高压电气系统图（1张a3）（2）变电所低压电气系统图（1张a3加长）（3）变电所电气平面布置图（1张a3）（4）变电所接地平面布置图（1张a3）设计图纸绘制的一般要求是：满足设计要求，遵循制图标准，依据设计规范，比例适当、布局合理，讲究绘图质量。设计图纸采用a3图纸cad出图。5参考文献1 中国计划出版社编注册建筑电气工程师必备规范汇编北京：中国计划出版社，中国建筑工业出版社，20032 易立成编注册电气工程师(供配电)执业资格考试强制性标准摘编北京：中国电力出版社，20043 翁双安主编.供电工程. 北京：机械工业出版社，20044 中国航空工业规划设计研究院等编工业与民用配电设计手册（第2、3版）北京：中国电力出版社，1994、20055 北京照明学会设计委员编建筑电气设计实例图册北京：中国建筑工业出版社，1998，2000，20026 孙成群主编民用建筑电气设计资料集办公住宅北京：知识产权出版社，20027 朱林根主编21世纪建筑电气设计手册北京：中国建筑工业出版社，20018 戴瑜兴等编民用建筑电气设计数据手册北京：中国建筑工业出版社，20039 中元国际工程设计研究院编电气设计50北京：机械工业出版社，200510 本书编委会编建筑电气设备选型（2001版，2002版，20032004版），北京：中国建筑工业出版社，2001，2002，200311 刘江主编建筑电气设备选型北京：中国建筑工业出版社，200312 朱林根主编现代住宅建筑电气设计北京：中国建筑工业出版社，200413 全国电气文件编制和图形符号标准化委员会编电气简图用图形符号标准汇编北京：中国标准出版社，200114 全国电气文件编制和图形符号标准化委员会编电气制图及相关标准汇编北京：中国标准出版社，200115 高低压电器最新产品技术样本等6任务书写于2006年9月8日7完成期限2006年9月25日至10月8日8学生任务分配9指导教师：李世博1. 负荷等级确定与供电电源1.1 工程概况与设计依据1.1.1工程概况福达公司有两个车间、综合楼、食堂宿舍、锅炉房仓库各一栋。由市电源10kv双电源供电，供电部门要求在进线侧进行用电计量，并要求进线侧功率因素不得低于0.9。电源1进线处三相短路容量180mva、电源2进线处三相短路容量160mva。而且它们都是二级负荷。1.1.2 设计依据1）设计任务书2）国家现行电气设计规范：a）供配电系统设计规范 gb50052-95b) 10kv及以下变电所设计规范 gb50053-94c) 低压配电系统设计规范 gb50054-95d）民用建筑电气设计规范 jgj/t 16-92等3）相关专业提供的条件4) 当地供电部门有关管理规定5）业主有关要求1.2 负荷等级确定与供电电源取得1.2.1 负荷等级确定本工程用电设备负荷等级确定见表1-1。表1-1 负荷等级确定序号用电设备名称负荷等级低压配电回路回路编号备注11车间动力二级负荷双回路1 , 121车间照明二级负荷双回路2 , 232车间动力二级负荷双回路3 , 342车间照明二级负荷双回路4 , 45综合楼动力二级负荷双回路5 , 56综合楼照明二级负荷双回路6 , 67食堂宿舍动力二级负荷双回路7 , 78食堂宿舍照明二级负荷双回路8 , 89锅炉房仓库等动力二级负荷双回路9 , 910锅炉房仓库等照明二级负荷双回路10 , 101.2.2 供电电源取得 根据供配电系统设计规范 gb50052-95第2.0.2条 一级负荷应由两个电源供电；第2.0.6条 二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。第4.0.1条 用电单位的供电电压应根据用电容量、用电设备特性、供电距离、供电线路的回路数、当地公共电网现状及其发展规划等因素，经技术经济比较确定。所以本工程采用两路10kv电源供电，变电所安装两台变压器互为备用。对一二级负荷采用低压双回路供电，两回路分别接在变压器低压侧两段母线上，供电系统概略图如图1-1所示。图1-1供电系统概略图2. 负荷计算与无功补偿2.1 各回路负荷计算负荷计算方法选用需要系数法，根据公式：有功计算负荷（kw） pc=pm=kdpe无功计算负荷（kvar） 视在计算负荷（kva） 计算电流（a） 各低压配电干线的计算负荷、无功补偿前低压母线计算负荷见表2-1，表2-2。表2-1 变压器t1无功补偿前低压母线计算负荷序号回路编号设备名称设备容量pe / kwkd计算负荷pckwqckvarsckvaica111车间动力2000.750.651.17150175.37230349221车间照明200.850.71.021717.3424.2836.9332车间动力1600.650.71.02104106.1148.57225.7442车间照明200.850.71.021717.3424.2836.9总计算负荷288316.15427.66649.760.9 ，0.930.66259.2294.02391.96595.5其中二级负荷(1 , 2 ,3 , 4)0.90.930.66259.2294.02391.96595.5表2-2 变压器t2无功补偿前低压母线计算负荷序号回路编号设备名称设备容量pe / kwkd计算负荷pckwqckvarsckvaica15综合楼动力400.750.80.753022.537.556.9826综合楼照明1000.850.80.758563.75106.25161.437食堂宿舍动力600.750.80.754533.7556.2585.4648食堂宿舍照明400.80.61.33242.6753.38159锅炉仓库等动力1000.70.750.887061.7393141.8610锅炉仓库等照明200.80.71.021616.3222.8634.73总计算负荷278240.720.9 ，0.930.75250.2223.87335.73510.09其中二级负荷(1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6)0.920.930.75250.2223.87335.73510.092.2 无功补偿方案根据供配电系统设计规范 gb50052-95第5.0.3条 采用电力电容器作为无功补偿装置时，宜就地平衡补偿，低压部分的无功功率宜由低压电容器补偿；高压部分的无功功率宜由高压电容器补偿。第5.0.4条 无功补偿容量宜按无功功率曲线或无功补偿计算方法确定。本工程选用并联电容器组，在变电所低压侧集中补偿，采用自动投切方式。 变压器低压侧无功补偿及无功补偿后低压母线计算负荷见表2-3，表2-4。表2-3 变压器t1无功补偿后低压母线计算负荷计算点变压器t1有功计算负荷pckw无功计算负荷qckvar视在计算负荷sckva计算电流ica功率因数cos补偿前低压母线计算负荷259.2294.02391.96595.50.66补偿容量 qn.ckvarqn.c=pc tan(arccos0.66 )tan(arccos0.92 )=184.62 实际取10组20kvar=200kvar-200补偿后低压母线计算负荷259.294.02275.73418.930.94表2-4 变压器t2无功补偿后低压母线计算负荷计算点变压器t2有功计算负荷pckw无功计算负荷qckvar视在计算负荷sckva计算电流ica功率因数cos补偿前低压母线计算负荷250.2223.87335.73510.090.75补偿容量 qn.ckvarqn.c =pc tan(arccos0.75)tan(arccos0.92 )=117.28实际取6组20 kvar= 120kvar-120补偿后低压母线计算负荷250.2103.87270.9411.610.9242.3 总计算负荷确定高压进线总计算负荷见表2-5。表2-5 变电所高压进线总计算负荷序号计算点有功计算负荷pckw无功计算负荷qckvar视在计算负荷sckva计算电流ica功率因数cos1变压器t1低压母线计算负荷259.294.02275.73418.930.942t1功率损耗pt0.01sc ；qt0.05sc2.7613.793变压器t1高压侧计算负荷（序号12）261.96107.81283.316.40.9244变压器t2低压母线计算负荷250.2103.87270.9411.610.9245t2功率损耗pt0.01sc ；qt0.05sc2.70913.5456变压器t2高压侧计算负荷（序号45）252.91117.42278.8416.10.9077其他高压出线计算负荷8变电所高压进线总计算负荷（序号367）514.87225.230.95 0.97489.13218.47535.730.90.913. 变压器类型、台数及容量选择3.1变压器类型选择变压器类型选择见表3-1。表3-1 变压器类型选择序号类 型选择结果依 据1变压器相数三相用户变电所一般采用三相变压器2变比及调压方式无载10kv变压器一般采用无载调压方式3绕组型式双绕组用户供电系统大都采用双绕组方式4绝缘及冷却方式环氧树脂、干式风冷变压器使用方便5外壳防护等级ip20变压器是安装在室内6联结组dy11低压侧短路电流大，利于故障的排除7型 号scb10/0.4kv功耗低3.2变压器台数选择本工程项目选择两台变压器。由于工程项目总负荷较大，一二级负荷较多，且根据10kv及以下变电所设计规范第3.3.1条有大量一级或二级负荷时，宜装设两台及以上变压器。第3.3.2条 装有两台及以上变压器的变电所，当其中任一台变压器断开时，其余变压器的容量应满足一级负荷及二级负荷的用电。3.3变压器容量选择变压器容量选择见表3-2。表3-2 变压器容量选择序号项 目计算负荷选择两台变压器的容量sntkva1视在计算负荷sckva 726.4310002（0.60.7）sckva508.53一二级负荷sc（）kva726.434变压器负荷率t10.731000t20.731000所选变压器其他技术参数见表3-3。表3-3 变压器技术参数变压器全型号原边额定电压kv副边额定电压kv原边额定电流a副边额定电流a空载损耗kw短路损耗kw空载电流阻抗电压t1 scb10100.420050001.557.090.66 t2scb10100.420050001.557.090.664.变电所电气主接线设计变配电所电气主接线设计是供电工程设计中一项最重要的内容，必须依据供电电源情况、生产要求、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合确定，在满足安全可靠和灵活方便的前提下，做到经济合理；必须遵守国家标准gb50053199410kv及以下变电所设计规范和电力行业管理的有关规定。主接线设备采用的电气设备，应符合国家或行业的产品技术标准，并应优先选用技术优先、经济适用和节能的成套设备和定型产品。4.1 高压配电网接线设计本项目无高压配电网。由供电部门提供两路10 kv环网电源。4.2变电所电气主接线设计 本项目所用电源由供电部门提供两路10 kv环网电源，可同时供电，互为备用。因此高压系统电气接线图可选择单母线两路电源接线。 本工程可能采用的两个主接线方案见图4-1，4-2。技术经济比较见表4-1。图4-1主接线方案一 图4-2主接线方案二表4-1 电气主接线方案的比较比较项目主接线方案一（图4-1）主接线方案二（图4-2）技术指标供电安全性相同相同供电可靠性低高电能质量相同相同灵活方便性低高扩建适应性相同相同建筑寿命及占地面积大小少多设备的先进性相同相同经济指标低高高压开关柜选择kyn44a-12型开关柜，其用途是保证人员与设备安全。本工程项目采用高供高计，计量柜在主进开关柜之前，第一柜为进线隔离柜。根据10kv及以下变电所设计规范 gb50053-94第3.5.1条 供一级负荷的配电所或大型配电所，当装有电磁操动机构的断路器时，应采用220v或110v蓄电池组作为合、分闸直流操作电源；当装有弹簧储能操动机构的断路器时，宜采用小容量镉镍电池装置作为合、分闸操作电源。第3.5.3条 小型配电所宜采用弹簧储能操动机构合闸和去分流分闸的全交流操作。本工程真空断路器采用弹簧储能操动机构，并考虑经济性本工程采用可靠性较高的直流操作电源 220v 20ah。4.3 低压配电网的接线形式根据供配电系统设计规范gb5005295第6.0.3条 当用电设备为大容量，或负荷性质重要，或在有特殊要求的车间、建筑物内，宜采用放射式配电。所以本工程项目低压配电网采用放射式接线，当负荷为二级以上时则采用双回路放射式接线。放射式线路故障影响范围小，因而可靠性较高，而且易于控制和实现自动化，适于对重要负荷的供电。单回路放射式接线一般供二、三级负荷或专用设备，供二级负荷时宜有备用电源；双回路放射式接线供电可靠性较单回路放射式接线大大提高，可供二级负荷，若双回路来自两个独立电源，还可供一级负荷。 本工程变电所高压电气系统图见附录图纸电01，变电所低压电气系统图见附录图纸电02。5. 短路计算与电气设备选择校验5.1 短路电流计算5.1.1 高压系统短路计算 采用标幺值法计算最大三相短路电流和最小两相短路电流，计算公式如下： 基准电流id计算： 基准电抗xd计算： 电力系统电抗的标幺值： 电力线路的电抗标么值： 电力变压器电抗的标幺值：三相短路电流计算： 短路计算电路图见图5-1。短路点选在高压母线k-1点和变压器二次侧k-2点。短路计算见表5-1。图5-1高压系统短路计算电路表5-1 高压系统短路计算元件及短路计算点元件技术参数电抗标么值最大三相短路电流ka最小两相短路电流sd=100mva,uc1=10kv，uc2=0.4kvka系统 skmax=180mv.a ,skmin=160mv.a0.560.625线路x0= 0.1 , l=3km2.85变压器uk%= 6 ，snt=1000kv.a6k-1点id1=5.5ka3.41/ 3.4751.611.611.614.112.431.37 k-2点变压器分列id2=144.34ka9.41/9.47515.3415.3415.3439.1123.1613.195.1.2 低压系统短路计算 采用有名值法计算主要低压配电干线首端和末端的三相/单相短路电流，计算公式如下： 三相阻抗相同的低压配电系统、短路电流周期分量有效值（ka）可根据下式计算:归算到低压侧的高压系统阻抗可按下式计算：高压侧系统的电抗 高压侧系统的电阻 变压器绕组的电阻 低压电网两相短路电流与三相短路电流的关系为 单相短路电流为 短路计算电路图见图5-2，图5-3。短路计算见表5-2，表5-3。图5-2 低压配电干线1短路计算电路图图5-3 低压配电干线2短路计算电路表5-2 低压配电干线1短路计算元件及短路计算点元件技术参数每相阻抗m相零阻抗值 m冲击系数三相短路电流ka单相短路电流uc=400vka系统sk=29.32kv.a ,0.545.40.363.64变压器snt=1000kv.auk%=6 ，pk%=7.09 1.1349.51.1349.533母线（规格） l=10m 0.251.80.563.8k-1点1.924,16.772.05,16.971.69913.732.8719.2412.87线路（规格） l=80m 14.85.664.3214.88k-2点16.72,22.3766.37,31.851.18.2712.868.352.99表5-3 低压配电干线2短路计算元件及短路计算点元件技术参数每相阻抗m相零阻抗值 m冲击系数三相短路电流ka单相短路电流uc=400vka系统sk=29.32kv.a ,0.545.40.363.64变压器snt=1000kv.auk%=6 ，pk%=7.09 1.1349.51.1349.533母线（规格） l=10m 0.251.80.563.8k-3点1.924,16.772.05,16.971.69913.732.8719.2412.87线路（规格） l=80m 14.85.664.3214.88k-4点16.72,22.3766.37,31.851.18.2712.868.352.995.2高压电气设备选择校验选择高压电器，必须满足供电系统正常工作条件下的短路故障条件下工作要求，同时电器应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。变电所高压电气设备选择校验见表5-4。从表中可以看出所选设备均满足要求。表5-4 高压电气设备选择校验选择校验项目电压电流开断能力动稳定热稳定其他装置地点条件参 数kv a ka kakas数据电源进线 1030.9 1025.5100.55变压器t1一次侧1016.41.614.111.610.55变压器t2一次侧1016.11.614.11 1.610.55设备型号规格额定参数高压电源进线断路器（型号规格）126301640164变压器一次侧断路器（型号规格）126301640164高压熔断器（型号规格）100.550电压互感器（型号规格）10/0.10.5高压计量柜电压互感器（型号规格）10/0.10.5高压计量柜电流互感器（型号规格）1040/5201010.2高压电源进线电流互感器（型号规格）1040/5201010.2变压器t1一次侧电流互感器（型号规格）1020/5201010.2变压器t2一次侧电流互感器（型号规格）1020/5201010.25.3低压电气设备选择校验考虑所选择设备的工作环境，如户内、户外、环境温度、海拔或有无防尘 防腐、防火、防爆等要求，以及沿海或是温热地域的特点。电器的额定电压应不低于所在线路的额定电压。电器的额定电流应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流。保护电器还应按保护特性选择。还要按短路条件校验。5.3.1低压断路器选择校验及脱扣器整定低压进线及主要配电干线断路器选择校验及脱扣器整定见表5-5。从表中可以看出所选设备均满足要求。低压联络断路器选择同进线断路器，其他出线断路器选择方法同主要配电干线，具体型号规格及整定见设计图纸标注。表5-5 低压断路器选择校验及脱口器整定选择校验项目电压电流开断能力长延时脱扣电流短延时脱扣电流及时间瞬时脱扣电流灵敏度其他装置地点条 件参数kv a kaaipkat si/st.ma a与母线电缆配合的校验见母线电缆选择校验部分数据低压进线0.38418.93,411.68.27122338470.4384712.87配电干线10.38 418.938.27460.832620.232622.99配电干线20.38411.618.27452.816640.216642.99断路器型号规格额定参数t低压进线断路器（型号规格）0.382000800500.4配电干线1断路器（型号规格）0.382000630500.2配电干线2断路器（型号规格）0.382000630500.25.3.2电流互感器的选择校验 低压进线及主要配电干线测量用电流互感器选择校验见表5-6。从表中可以看出所选电流互感器均满足要求。低压联络测量用电流互感器选择同进线测量用电流互感器，其他出线测量用电流互感器选择方法同主要配电干线，具体型号规格见设计图纸标注。表5-6 低压电流互感器选择校验选择校验项目电压 kv电流a精度等级其他系统电压互感器额定电压计算电流互感器变比低压进线电流互感器（型号规格）0.380.4418.93,411.61600/50.5配电干线1电流互感器（型号规格）0.380.4418.93500/50.2配电干线2电流互感器（型号规格）0.380.4411.61500/50.25.3.2低压电容器组控制及保护电器的选择主要选择安装在电容器屏上的无功补偿自动投切控制器、开关熔断器组、电流互感器、避雷器、熔断器、接触器、热继电器等，见表5-7。从表中可以看出所选设备均满足要求。表5-7低压电容器组控制及保护电器的选择选择校验项目电压 kv电流a开断能力ka数量只其他系统电压额定电压计算电流额定电流电容器支路电容器bsmj0.4-300.380.43016组热继电器t450.38305216熔断器rt20-630.38306316接触器ct39-63.b30c0.38306316开关熔断器组qsa-5000.384185002电流互感器bh-400.38418500/560.5避雷器fys-0.220.220.222自动投切控制器jkg-120.380.3826. 母线电缆选择校验6.1高低压母线选择校验高低压母线的选择要根据发热条件、电压损失条件、经济电流密度条件、机械强度条件和短路热稳定条件。高低压配电装置的硬母线选择校验见表6-1。从表中可以看出所选母线均满足要求。表6-1 高低压配电装置母线选择校验选择校验项目电流动稳定热稳定装置地点条件参 数 a kakas数据高压电源进线 30.9 4.11100.55t1低压进线418.9 32.871.610.55t2低压进线411.632.871.61 0.55母线型号规格技术参数ammmmmpa竖放0.167hb2高压开关柜母线（型号规格）2501204030.951706.9825t1低压配电屏母线（型号规格）2501204030.961706.9825t2低压配电屏母线（型号规格）2501204030.961706.9825注：铜母线， ，c171/amm2。6.2 高压进出线电缆选择校验高低进出线电缆的选择要根据发热条件、电压损失条件、经济电流密度条件、机械强度条件和短路热稳定条件。高压进出线电缆选择校验见表6-2。从表中可以看出所选电缆均满足要求。表6-2 高压进出线电缆选择校验选择校验项目电压电流电压损失热稳定装置地点条件参 数kv akw kvar km kas数据高压电源进线 10 30.9489.13218.4736100.55电缆型号规格技术参数kv ar0.km-1x0.km-1 kmmm2mm2高压进线（型号规格）8.7/102350.310.10132.5951.8670注：， ，对yjv电缆c143amm2。6.3低压出线电缆选择校验低压出线电缆的选择要根据发热条件、电压损失条件、经济电流密度条件、机械强度条件和短路热稳定条件。低压配电干线1、2电缆选择校验见表6-3。从表中可以看出所选电缆均满足要求。其余出线选择详见低压系统图。表6-3 低压出线电缆选择校验选择校验项目电压电流电压损失热稳定装置地点条件参 数kv akw kvar km kas数据配电干线10.38418.93259.294.020.084.8588.271.1配电干线20.38418.93250.2103.870.084.758.271.1电缆型号规格技术参数kv ar0.km-1x0.km-1 kmmm2mm2配电干线1 （型号规格）0.6/12090.310.0780.08560.6570配电干线2（型号规格）0.6/12090.310.0780.08560.6570注：， ，对yjv电缆c143amm2。7.变电所电气装置布置7.1变电所的所址与结构形式7.1.1所址选择变电所的位置应接近负荷中心以减小低压供电半径、降低电缆投资、节约电能损耗、提高供电质量，同时还要考虑进出线方便、设备运输方便、接近电源侧，并注意防尘、防腐、防水、防火、防爆等要求。本工程变电所位置选于建筑物内，满足规范要求。7.1.2 结构型式变配电所的结构