某企业kV-kV变电所设计-电气与自动化工程学院专业课程设计

*大学电气与自动化工程学院专业课程设计任务书班级 学号 姓名 设计题目某企业10kV/0.4 kV变电所设计 年 月一、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 。已知上级母线短路容量最大值分别为 187 MVA 和 210 MVA 。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成套选型样本。5.电力用户变标准设计 （一）10kV变电所 六、设计阶段进度：日期天数工作内容1负荷计算、变压器选型、无功补偿，设计一次主接线1短路电流的计算1.5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）1.5设计高、低压开关柜排列图1高压继电保护设计1平面布置图设计2制图、整理说明书1答辩、考核 指导教师 年 月 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实验室1动力60第二教学楼照明80实验室2动力80第三教学楼照明80计算机中心380第四教学楼照明100食堂动力1、22100体育馆照明70招待所动力60行政办公楼幢照明80水泵房、锅炉动力100实验室照明50新泵房动力60计算机中心照明40行政楼动力60图书馆照明80食堂1、2照明230教工集体宿舍80招待所照明80路灯照明20变电所照明10学生宿舍区照明190学生宿舍区照明290学生宿舍区照明360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。 目录1.变电所负荷计算62.变压器的选择62.1变压器台数的选择62.2变压器容量的选择62.3变压器类型的选择73.电容补偿74.电气主接线设计84.1电气主接线设计的原则84.2电气主接线图的方式85.短路电流计算105.1短路点的确定105.2低压电网短路电流计算的特点105.3短路电流计算116.选择主要电气设备156.1高压开关柜以及设备的选择156.1.1 高压断路器的选择与校验166.1.2电流互感器的选择176.1.4母线的选择186.1.5熔断器的选择和校验196.2低压开关柜以及设备选择206.2.1低压断路器的选择206.2.2电流互感器的选择227.继电保护的整定及防雷措施227.2 0.4KV侧低压断路器保护237.3 防雷保护的选择231.变电所负荷计算(1)动力计算负荷的计算=60+80+2*100+60+100+60+60=620 KW(2)照明计算负荷的计算=100+80+80+100+70+80+50+40+80+2*30+80+80+20+10+90+90+60+80=1250KW(3)总计算负荷的计算=+=1870KW因此=/cos=1870/0.805=2322.98KVA2.变压器的选择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=0.7=1626.09KVA & （+）=620/0.805=770.19所以选取=2000KVA2.3变压器类型的选择查得选择SG10-2000/10型3.电容补偿 实测负荷功率因数为平均0.805，需补偿至0.9。要使功率因数提高，通常需装设人工补偿装置。最大负荷时的无功补偿容量应为： 式(2-8)按此公式计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量，当负荷减小时，补偿容量也应相应减小，以免造成过补偿。因此，无功补偿装置通常装设无功功率自动补偿控制器，针对预先设定的功率因数目标值，根据负荷的变化相应投切电容器组数，使瞬时功率因数满足要求。提高功率因数的补偿装置有稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设备。前者主要有同步补偿机和并联电容器。动态无功功率补偿设备用于急剧变动的冲击负荷。低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装，根据负荷变化相应循环投切的电容器组数一般有4、6、8、10、12组等。用上式确定了总的补偿容量后，就可根据选定的单相并联电容器容量来确定电容器组数： 式(2.9) 取自低压母线侧的计算负荷，实测负荷功率因数为平均0.805，需补偿至0.9。 =0.75 变压器的无功损耗=2000*0.4/100+6/100*(2322.98)2/2000=169.89kvar=+=362.41+161.89=524.3kvar 2台300kvar所以n=524.3/3002台因此选取BKMJ0.4-300-3型并联电容器4.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，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2.内桥接线:多用于线路经常切换、开关柜闭锁繁琐、很少采用3.外桥接线:多用于变压器经常切换、开关柜闭锁繁琐、很少采用4.线变组:可靠性能低、经济性能高常用的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:接线灵活，可靠性高、经济性差10kV部分选用线变组,0.4kV部分选用单母线分段电气主接线示意图 5.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=187MVA,因此=100MVA/187MV.A=0.53=187*0.8=149.6MVA,因此=100MVA/149.6MV.A=0.66=210MVA,因此=100MVA/210MV.A=0.48=210*0.8=168MVA,因此=100MVA/168MV.A=0.60（2）电缆：查得 =(0.08/km),因此=0.08/km*2.5km*=0.181=0.08/km*1.3km*=0.094（3）电力变压器：,而,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和短路容量：总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流：=7.74kA=2.55*7.74kA=19.70kA=1.51*7.74kA=11.69kA三相短路容量：=100MVA/0.711=140.65MVA5.2.4求K-2点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量：总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流：=38.90kA=2.26*15.44kA=99.20kA=1.31*15.44kA=58.74kA三相短路容量：=100MVA/3.711=26.95MVA5.3.4求K-3点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量：总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流：=2.55*9.58kA=24.43kA=1.51*9.58kA=14.47kA三相短路容量：5.3.5求K-4点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量：总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流：=2.26*40.39kA=102.99kA=1.31*40.39kA=60.99kA三相短路容量：短路点 7.74kA 19.70kA 11.69kA 140.65MVA 38.90kA 99.20kA 58.74kA 26.95MVA 9.58kA 24.43kA 14.47kA 174.22MVA 40.39kA 102.99kA 60.99kA 27.98MVA 6.选择主要电气设备电气设备的选择与校验6.1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8BK86-12系列金属铠装移开式开关设备。此开关柜的型号：8BK8612。其内部的高压一次设备根据本厂需要选取。初选设备： 高压断路器：ZN68A12/3150 高压熔断器：XRNP10/200 电压互感器：JDZ1010 电流互感器：LZZBJ912-300/5 避雷器：HY5WZ1-17/45 高压母线型号：LMY-20*3 带电显示器：GSN-10/Q 6.1.1 高压断路器的选择与校验高压断路器除在正常情况下通断电路外，主要是在发生故障时，自动而快速的将故障切除，以保证设备的安全运行。1.选择时，除按一般原则选择外，由于断路器还有切断短路电流，因而必须校验短路容量，热稳定性及动稳定性等各项指标。按工作环境选择：选择户外或户内，若工作条件特殊，还需要选择特殊型式；按额定电压选择：应该大于或等于所在电网的额定电压，即：；按额定电流选择：应该等于或大于变压器高压侧最大长期工作电流，即：；校验高压断路器的开断电流：即：；校验高压断路器的动稳定性：；校验高压断路器的热稳定性：2.高压断路器的选择（1）额定电压：（2）额定电流：变压器高压侧最大长期工作电流IcaIca=S/3Un1=2000/*10.5=109.97A（3）根据有关资料初选ZN68A12/3150型断路器如表6.1型号技术参数额定电流（A）额定开断电流（KA）极限通过电流 (kA)4秒热稳定电流(kA)ZN68A12/315031504010040 表6.1 ZN68A-12/3150型断路器技术参数(4)校验：a.=12KVb.=630A=109.97Ac.额定开断电流校验:10KV母线三相稳态短路电流=9.58KA，ZN68A12/3150所以断路器的额定开断电流=40KA符合要求。d.动稳定校验：10KV母线三相短路冲击电流：=24.43（KA），ZN68A12/3150型断路器的极限通过电流=40（KA），符合动稳定要求。e.热稳定效验：根据资料继电器的动作时间取1.2秒,即1.2秒，高压母线短路容量:Qdt=(9.58kA)2*(1.2)S=89.78(kA2S)， ZN68A12/3150型断路器的4秒热稳定电流:=16(kA)，=(40kA)2*4S=6400(kA2S)，1.5满足其保护灵敏系数1.5的要求。（2）装设电流速断保护。（a）速断电流的整定 利用式,式中=1.3，=1，=300A/5A，=10KV/0.4KV=25，因此速断电流为（b）电流速断保护灵敏系数的检验 利用式，式中，因此7.2 0.4KV侧低压断路器保护（a）瞬时过流脱扣器动作电流整定：瞬时过流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流，即式中为可靠系数，对取1.35，Ppk=Ist1.07Ica,即Ppk=1.07*2699.11A=2888.05A,于是=1.35*1888.05A=3898.86A所以瞬时过流脱扣器动作电流整定为4000A。（b）长延时过流脱扣器动作电流整定：长延时过电流脱扣器的动作电流，应躲过线路的计算电流Ica，即IOP(L)KrelIca,式中对取1.1，Ica=2699.11A,于是I