某校区10kV~0.4-kV变电所设计说明.doc

目 录第1章 绪论 . 4第2章 方案设计 . 72.1 负荷等级 . 72.2 供电方案 . 72.3 变配电所系统 . 7第3章 负荷计算 . 73.1功率计算 . 73.2 变压器的选择 . 83.3 电容补偿 . 9第4章 电气主接线设计 . 104.1 电气主接线设计的原则 . 104.2 电气主接线图的方式 . 114.3 电气主接线示意图 . 11第5章 短路电流计算 . 125.1 短路点的确定 . 125.2 低压电网短路电流计算的特点 . 125.3 短路电流计算 . 12第6章 选择主要电气设备 . 156.1 设备选择参照依据 . 156.2 高压柜以及设备的选择 . 166.3低压开关柜以及设备选择 . 196.4 10KV侧进线电缆的选择 . 21第7章 变压器继电保护 . 227.1 主保护温度保护 . 227.2后备保护 . 22第8章 配变电所的设计 . 238.1 高压柜平面布置 . 238.2 低压柜平面布置 . 23 小结 . 2438第一章 绪论一、设计原始资料1供电电源：由上级变电所以两路 10kV电缆线路供电，长度为2.5km和1.3km 。已知电源1、2上级母线短路容量最大值分别为187MVA和210 MVA ，最小值取最大值的0.8倍。继电保护动作时间不大于 1.5秒.2负荷资料(见附表)3气象、土壤资料按南京地区考虑.二、设计内容1选择变压器容量台数、计算补偿容量、并设计电气主接线图。2确定短路电流计算点，计算短路电流值。3选择主要电气设备（断路器、熔断器、互感器、母线、电缆、补偿电 容、开关柜等。4设计主要一次回路继电保护装置和必要的自动装置。5选择主要二次回路仪表。6设计变电所平面布置图。7设计防雷保护和接地装置。三、设计说明书要简单明白，其内容包括：1各部分选择设计的依据、方案比较和设计结果的评价分析。2主要的计算步骤和计算公式。3类似的选择和计算结果（如电气设备选择、继电保护整定等）可以列表说明。四、设计应完成的图纸名称：1电气主接线图2总平面布置图3主要元件保护配置图4. 防雷接地图画于说明书中。五、主要参考资料：110kV配电工程设计手册（谭金超）。2工厂配电设计手册。3课程设计参考图集。4.电力用户变标准设计 （一）10kV变电所 5.各种国标规范GB50052-95供配电系统设计规范 GB50054-95低压配电设计规范 GB50053-9410KV及以下变电所设计规范六、设计阶段进度：日期天数工作内容1-61负荷计算、变压器选型、无功补偿，设计一次主接线1-71短路电流的计算1-81.5选择开关柜及主要电气设备（高低压开关、进出线导线、补偿电容、电流电压互感器、二次仪表等）1-101.5设计高、低压开关柜排列图1-111高压继电保护设计1-121平面布置图设计1-152制图、整理说明书1-171答辩、考核 指导教师 2014年1月15日附表：变电所380V负荷资料：回路用途计算负荷（KW）回路用途计算负荷（KW）第一教学楼照明100学生宿舍区照明190第二教学楼照明80学生宿舍区照明290第三教学楼照明80学生宿舍区照明360第四教学楼照明100体育管照明70行政办公楼幢照明80实验室照明50实验室1动力60计算机中心照明40实验室2动力80图书馆照明80计算机中心380食堂1、2照明230食堂动力1、22100教工集体宿舍80招待所动力60招待所照明80水泵房、锅炉动力100路灯照明20新泵房动力60变电所照明10行政楼动力60要求：动力、照明分别计量；需考虑部分备用出线回路。实测负荷功率因数为平均0.805，需补偿至0.9。计量需考虑在高压侧计量。双回路电源不允许并列运行。第2章 方案设计2.1 负荷等级 本工程中照明用电为三级负荷，动力用电为二级负荷。2.2 供电方案 选用两台干式变压器（10/0.4KV）直接接入电力系统，高压侧接线为单母线分段联络，低压侧接线为单母线分段联络，每台变压器除能承担相应部分负荷外还可以承担另外一台变压器回路中的重要负荷，能保证电源和变压器互为备用。2.3变配电所系统（1） 高压供配电系统中，为了保证整个系统的供电可靠性，拟采取高压母线分段联络的供电方式。（2） 低压配电系统中为了保证本工程的二、三级负荷供电可靠性，拟采用低压母线分段联络的供电方式，并拟用TN-S系统。（3） 根据本工程实际需要拟将变电所设置在室内。（4） 根据相关规定，同时为了提高在变配电所工作的安全可靠性，拟采用接地线同基础主筋可靠焊接的方法，对整个变配电室采用等电位系统。第3章 负荷计算3.1 功率计算（1） 动力计算负荷的计算-二级负荷P动力=60+80+2*100+60+100+60+60+80=700 KW（2） 照明计算负荷的计算-三级负荷P照明=1000+80*2+100+70+80+50+40+80+30*2+80*2+20+10+90*2+60 =1 170KW（3）1#母线C1所带负荷PCA1=100*3+80*6+70+50+40+60=1000KW（4）2#母线C2所带负荷PCA2=30*2+80*2+90*2+20+10+60*4+100*2=870KW负荷编号1#B12345678910111213负荷名称一教照明二教照明三教照明四教照明体育馆照明行政楼照明实验室照明计算机中心照明图书馆照明实验室1动力实验室2动力计算机中心3食堂动力1设备容量（KW）10080801007080504080608080100计算电流（A）160.4128.3128.3160.4112.3128.380.264.2128.396.2128.3128.3160.4负荷编号2#B1415161718192021222324252627负荷名称食堂1照明食堂2照明教工宿舍招待所照明路灯照明变电所照明学生宿舍1区照明学生宿舍2区照明学生宿舍3区照明食堂动力2招待所动力水泵房锅炉动力新泵房动力行政楼动力设备容量（KW）303080802010909060100601006060计算电流（A）48.148.1128.3128.332.116.0144.3144.396.2160.496.2160.496.296.2表3-1-负荷功率计算总计算负荷的计算P总=P动力+P照明=1870KWS总=P总/cos1=1870/0.805=2322.98KVA3.2 变压器的选择3.2.1变压器台数的选择（1）为满足负荷对供电可靠性的要求，对具有大量一、二级负荷，宜采用两台及以上变压器，当一台故障或检修时，另一台仍能正常工作。（2）负荷容量大而集中时，虽然负荷只为三级负荷，也可采用两台及以上变压器。（3）对于季节负荷或昼夜负荷变化比较大时，从供电的经济性角度考虑；为了方便、灵活的投切变压器也可以选择两台变压器。因此选用两台变压器3.2.2变压器容量的选择装有两台主变压器的变电所每台主变压器的容量应不小于总的计算负荷的60，一般选取为70即：同时每台主变压器的容量应不小于全部一二级负荷之和 SNT=0.7*S总=1626.09KVA 并且 SNTS动力=700/0.805=869.56KVA所以选取SNT=2000KVA3.2.3变压器类型的选择 表3-2-变压器型号及参数查表选择-2000/10型变压器3.3电容补偿 电力用户的功率因数应达到下列规定数值： 本设计的高压供电的工业用户电力用户功率因数为0.90及以上。电力用户处的并联电容器补偿方式可分个别补偿、分组（分散）补偿和集中补偿三种。集中补偿指电容器组集中安装在电力用户的总降压变电所二次侧或变配电所的一次侧或二次侧。实测负荷功率因数为平均0.805，需补偿至0.9。 =0.753.3.1 1#变压器所在回路电容补偿（1）0.4KV母线C1的计算负荷补偿前：PC1*=PCA1=1000KW QC1*=PCA1*tan1=1000*tan(arccos0.805)=737Kvar SC1*=PCA1/cos0.805=1242.24KVA补偿后：QC补=*PCA1*(tan1-tan2)=0.75*1000*(0.737-0.456)=189.75Kvar 选用BW-0.4-14-1型电容器 n=189.75/14=13.55，n取15，每相5个 QC实补=15*14=210Kvar补偿后实际功率因素cos=0.91 满足条件 PC1=1000KW QC1=PC1*tan=1000*0.456=455.6Kvar SC1=PC1/cos=1099KVA(2) 10KV侧母线B1的计算负荷 由变压器参数知 P与Q 所以 PB1=PC1+P=1009.81KW QB1=QC1+P=523.34KVAR SB1=PB1/0.9=1137.37KVA3.3.2 2#变压器所在回路电容补偿（1）0.4KV母线C2的计算负荷补偿前：PC2*=PCA2=870KW QC2*=PCA2*tan1=870*tan(arccos0.805)=641.2Kvar SC2*=PCA2/cos0.805=1080.75KVA补偿后：QC补=*PCA2*(tan1-tan2)=0.75*870*(0.737-0.456)=165.1Kvar 选用BW-0.4-14-1型电容器 n=165.1/14=11.79，n取12，每相4个 QC实补=12*14=168Kvar补偿后实际功率因素cos=0.902 满足条件 PC2=870KW QC2=PC2*tan=870*0.484=421.1Kvar SC2=PC2/cos=966.67KVA(2) 10KV侧母线B2的计算负荷 由变压器参数知 P与Q 所以 PB2=PC2+P=879.81KW QB2=QC2+P=488.84KVAR SB2=PB2/0.9=1006.49KVA第四章 电气主接线设计4.1电气主接线设计的原则 电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，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、适用、经济、美观的原则。4.2电气主接线图的方式常用的10/0.4kV用户终端的电气主接线10kV部分（双回进线）：1.单母线分段:接线灵活，可靠性高、经济性差2.内桥接线:接线灵活，可靠性高、经济性差3.外桥接线:多用于线路经常切换、开关柜闭锁繁琐、很少采用4.线变组:多用于变压器经常切换、开关柜闭锁繁琐、很少采用常用的10/0.4kV用户终端的电气主接线0.4kV部分（2台变压器）：单母线分段：可靠性低、经济性高10kV部分选用单母线分段,采用负荷开关熔断器。0.4kV部分选用单母线分段4.3电气主接线示意图第五章 短路电流计算短路电流计算是供配电系统设计与运行的基础，主要用于解决以下问题：（1）选择和校验各种电气设备，例如断路器、互感器、电抗器、母线等（2）合理配置继电保护和自动装置（3）作为选择和评价电气主接线方案的依据 图5-1 变压器高低压侧母线短路示意图5.1短路点的确定一般用户变电所选择变压器高低压侧母线短路时作为短路点。5.2低压电网短路电流计算的特点（1）配电变压器容量远远小于电力系统的容量，因此变压器一次侧可以作为无穷大容量电源系统来考虑； （2）低压回路中各元件的电阻值与电抗值之比较大不能忽略，因此一般要用阻抗计算。（3）低压网中电压一般只有一级，且元件的电阻多以m (毫欧)计，因而用有名值比较方便； 5.3短路电流计算图5-2 短路电流计算示意图5.3.1确定基准值：取=100MVA =10.5kV =0.4KV 而=100MV.A/（*10.5kV）=5.50kA=100MV.A/（*0.4kV）=144.34kA5.3.2计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值： （1）电力系统：由于电源侧短路容量定为Sk1max=187MVA,因此1max=100MVA/187MV.A=0.535Sk1min=187*0.8=149.6MVA,因此1min=100MVA/149.6MV.A=0.67Sk2max=210MVA,因此2max=100MVA/210MV.A=0.476Sk2min=210*0.8=168MVA,因此2min=100MVA/168MV.A=0.60（2）电缆：查得X0 =(0.08/km),因此X*L1=0.08/km*2.5km*=0.181X*L2=0.08/km*1.3km*=0.094（3）电力变压器：Uk%=6,而=2000KV.A,因此=6*100*1000/100/2000=3两台变压器分列运行：5.3.3求K-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流：总电抗标幺值：X(k-1)max=1max+X*L1=0.535+0.181=0.716 X(k-1)min=1min+X*L1=0.67+0.181=0.851三相短路电流周期分量有效值：max=max=5.50kA/0.716=7.68kAmin=min=5.50kA/0.851=6.47kA5.3.4求K-2点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流：总电抗标幺值:X(k-2)max=1max+X*L1+=0.535+0.181+3=3.716 X(k-2)min=1min+X*L1+=0.67+0.181+3=3.851三相短路电流周期分量有效值：max=max=144.34kA/3.716=38.84kAmin=min=144.34kA/3.851=37.49kA5.3.5求K-3点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流：总电抗标幺值：X(k-3)max=2max+X*L2=0.476+0.094=0.57 X(k-3)min=2min+X*L2=0.60+0.094=0.694三相短路电流周期分量有效值：I”k-3max=Id1/X(k-3)max=5.50kA/0.57=9.65kAI”k-3min=Id1/X(k-3)min=5.50kA/0.694=7.925kA5.3.6求K-4点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流：总电抗标幺值:X(k-4)max=2max+X*L2+=0.476+0.094+3=3.57 X(k-4)min=2min+X*L2+=0.60+0.094+3=3.694三相短路电流周期分量有效值：I”k-4max=Id2/X(k-4)max=144.34kA/3.57=40.43kAI”k-4min=Id2/X(k-4)min=144.34kA/3.694=39.07kA第6章 选择主要电气设备6.1 设备选择参照依据表6-1 高压侧设备选择参照表6-2 低压侧设备选择参照6.2高压开关柜以及设备的选择根据企业所在地区的外界环境，高压侧选择ABB公司生产的UniSwitch间隔式金属封闭开关柜，12KB-630A。 开关柜名称DBC型母线连接柜BMC型分段计量柜SDF型负荷开关-熔断器组合电器柜SEC型分段柜尺寸宽*高（mm）375*1885750*1885375*1885500*1885内部设备HY5WZ1-17/45GSN-10/QLZZBJ910-200/5A 0.2/0.5级JDZ1010 10/0.1 0.2级RN2-10/0.5AFKN10-10/400XRNT-12 200AGSN-10/QFKN10-10/400 其内部的高压一次设备根据本次需要选取。初选设备： 高压负荷开关：FKN10-10/400 高压熔断器：XRNT-12 200A RN2-10/0.5A 电压互感器：JDZ1010 10/0.1 0.2级 电流互感器：LZZBJ910-200/5A 0.2/0.5级避雷器：HY5WZ1-17/45 高压母线型号：TMY-30*4 带电显示器：GSN-10/Q 6.2.1 高压负荷开关的选择与校验高压负荷开关能够开断正常的负荷电流或规定范围内的过负荷电流，但不能切断短路电流，所以必须和高压熔断器串联使用，借助熔断器来切断短路电流。本方案选用FKN10-12/400型高压负荷开关，相关参数如下表。型号参数额定电压（KV）额定电流（A）最大开断电流（A）极限通过电流（KA）热稳定电流（KA）：时间（S）闭合电流峰值（KA）操作机构型号FKN10-10/400104001200258.5:515CW4表6.3 FKN10-10/400型断路器技术参数6.2.2电流互感器的选择 1）满足工作电压要求即： Ur=UN UmUw式中 Um电流互感器最高工作电压；Uw电流互感器装设处的最高电压； Ur电流互感器额定电压；UN系统标称电压；2）满足工作电流要求，应对一、二次侧电流进行考虑。 （a）一次侧额定电流Ir1：Ir1Ic式中Ic线路计算电流。（b）二次侧额定电流Ir2：Ir2=5A3）准确度等级由于考虑到仪表指针在仪表盘1/22/3左右较易准确读数，因此： Ir1=（1.251.5）Ic由于 Ur=10KV Ic=2000/（3*10）=115.5 A Ir1=（1.251.5）Ic=144.3173.2A本工程高压侧系统的电流互感器主要用于计量和测量，因此准确级选0.2/0.5级，因此选用LZZBJ910-200/5型电流互感器。其它电流互感器选择按以上方法选择，具体见本工程供配电系统图。6.2.3电压互感器的选择1）满足工作电压要求 对一、二次侧分别考虑如下：（a）一次侧电压： Ur1=UN Um1Uw式中 Um1电压互感器最高工作电压； Uw 电压互感器装设处的最高工作电压Ur1电压互感器额定电压； UN 系统的标称电压（b）二次侧电压Ur2: Ur2=100V本工程高压供配电系统中Ur1=10kV,因此选用电压互感器JDZ1010，用于计量，所以准确级选0.2级。6.2.4母线的选择母线选择：经计算IC=124A，因此拟定TMY-30*4的母线，Ial=242A，（35，空气敷设）IalIC , SSmin=I*tima/C=9.65k*2/171=79.830*4mm2,则满足热稳定性要求;所选导线横截面积是120mm2，ca=M/W , M=FL2/8 , W=bh2/6 , Fmax=1.732*10-7*Kf*ish2*L1/a 铜母线允许应力a1母线绝缘子跨距L2 相间距离a 最大冲击电流 ish(A)母线厚度b母线宽度h137MPa1m0.2m9650*2.554mm30mm母线长度L1矩形母线形状系数Kf短路最大电动力Fmax母线最大相间计算应力ca750mm115.73N 3.28MPa caa1 满足机械强度的要求。根据前面计算，故选用TMY-30*4，作为母线。6.2.5熔断器的选择和校验1.熔断器选择 (1)保护变压器的熔断器的熔体额定电流：对于610kV变压器，凡容量在1000kVA及以下者，可采用熔断器作为变压器的短路及过载保护，其熔体额定电流可取为变压器一次侧额定电流的1.42倍。=1.42000/10.5=153.96A因此选择XRNT12/200型熔断器（2）保护电压互感器的熔断器的熔体额定电流： 熔体额定电流 0.5 A 型号：RN2-102熔断器保护灵敏度的校验 为了保证熔断器在其保护范围内发生短路故障时能可靠地熔断，因此要求满足： =6153.96=923.79A式中： 熔断器保护范围末端短路故障时流过熔断器最小短路电流。=7.93KA，因此满足条件。6.3低压开关柜以及设备选择低压开关柜用在低压电力系统中，作为低压配电系统。低压开关柜选用MNS-B型号的开关柜，本工程所选用的低压开关柜外形尺寸为1000(800)10002200mm,模数单位E=25mm，该产品具有设计紧凑、以较小的空间容纳较多的功能，垂直母线采用 高强度阻燃型功能隔离版进行保护，具有抗电弧的能力。单元各馈电柜具体小室高度见系统图（1）0.4KV侧低压柜设备选取表6-4 0.4KV低压柜设备选取设备种类 负荷出线号开关柜方案12345671、13、4、 23、252、3、6、9、11、12、16、1757810、22、24、26、2714、15出线柜尺寸：32E*16E32E*8E32E*8E32E*8E32E*8E32E*8E32E*8E断路器型号及参数NS-250N250A/200ANS-160N160A/160ANS-160N160A/125ANS-100N100A/100ANS-100N100A/80ANS-100N100A/100AKFM2-63C63A/50A电流互感器型号及参数BH-30200/5A0.5BH-30200/5A0.5BH-30200/5A0.5BH-M8100/5A0.5BH-M8100/5A0.5BH-M8100/5A0.5BH-M8100/5A0.5设备种类负荷出线号开关柜方案8910111213181920、21-出线柜尺寸：32E*8E32E*8E32E*8E进线柜尺寸：40E*72E电容补偿柜尺寸：2*(40E*72E)2*(32E*72E)母联柜尺寸：40E*72E断路器型号及参数KFM2-63C63A/50AKFM2-63C63A/20ANS-160N160A/160AMT323200A/2500AMT121250A/1000AMT323200A/2500A电流互感器型号及参数BH-M8100/5A0.5BH-M8100/5A0.5BH-30200/5A0.5BH-1204000/5A0.5/10PBH-601500/5A0.5BH-1003000/5A0.5其他设备熔断器RT16-100避雷器YK1-B100/4熔断器RT14-100避雷器YK1-B100/4电容BW0.4-14-1注：1、1#补偿带15个电容，每相5个，2#补偿带12个电容，每相4个 2、电容补偿柜，自动控制正屏需增加功率因素控制器RVC （2）0.4KV侧母线选取 Ia1Ica=Iw.max=Sc1/(3*Uc1)=1099/(3*0.4)=1587.7A 选取TMY-(125*10)裸铜母线，设计采用TMY-42*(125*10)标准。 35时，Ia1=2330A，满足要求。热稳定性校验：SSmin=I*tima/C=40.43K*4/171=472.9mm2125*10mm2，满足要求动稳定性校验：由下表可知，满足条件。ca=M/W , M=FL2/8 , W=bh2/6 , Fmax=1.732*10-7*Kf*ish2*L1/a 铜母线允许应力a1母线绝缘子跨距L2 相间距离a 最大冲击电流 ish(A)母线厚度b母线宽度h137MPa1m0.2m40430*2.5510mm125mm母线长度L1矩形母线形状系数Kf短路最大电动力Fmax母线最大相间计算应力ca800mm19204.4N 44.2MPa ca1.5，满足要求。2#主变，KS2=I(2)K4.min/IOP1=39.07K*3/(2*10/0.4*211.92)=6.41.5，满足要求。第八