学校10kv变电所及配电系统设计

目录目录 1 课程设计原始数据课程设计原始数据 1 1 1 设计题目 1 1 2 设计要求 1 1 3 设计依据 1 1 4 设计任务 2 2 负荷计算及功率补偿负荷计算及功率补偿 3 2 1 负荷计算的方法 3 2 2 无功功率补偿 5 3 变电所位置和型式的选择变电所位置和型式的选择 6 3 1 根据变配电所位置选择一般原则 6 3 2 变电所的型式与方案 6 4 变电所变压器和主接线方案的选择变电所变压器和主接线方案的选择 7 4 1 主变压器的选择 7 4 2 装设一台主变压器的主接线方案 7 5 短路电流的计算短路电流的计算 8 5 1 绘制计算电路 8 5 2 确定短路计算基准值 8 5 3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值 8 5 4 K 1 点 10 5KV 侧 的相关计算 9 1 5 5 K 2 点 0 4KV 侧 的相关计算 9 6 变电所一次设备的选择校验变电所一次设备的选择校验 11 6 1 选择校验条件 11 6 2 10KV 侧一次设备的选择校验 12 6 3 0 4KV 侧一次设备的选择校验 13 7 变压所进出线与邻近单位联络线的选择变压所进出线与邻近单位联络线的选择 14 7 1 10KV高压出线的选择 14 7 2 变电所及邻近单位焦点路线的选择 14 7 3 0 4KV 低压出线选择 14 7 4 按发热条件选择 15 7 5 校验电压损耗 15 7 6 短路热稳定校验 16 设计总结设计总结 17 致致 谢谢 18 参考文献参考文献 19 附图附图 20 1 课程设计原始数据 1 1 设计题目 某学校 10KV 变电所及配电系统设计 2 1 2 设计要求 要求根据学校所能取得的电源及学校用电负荷的实际情况 并适当考 虑到学校的发展 按照安全 可靠 优质 经济的供配电基本要求 确定 变电所的位置与型式 确定变电所主变压器的台数与容量 类型 选择变 电所主结线方案及高低压设备和进出线 进行导线截面的选择计算 并选 择继电保护装置 确定防雷和接地装置 最后按要求写出设计说明 绘出 设计图样 3 1 3 设计依据 1 1 学校总平面图 见附图 2 2 车间组成及工厂负荷情况 3 学校组成及布置 教学楼 宿舍楼 实验楼 锅炉房 食堂 4 工厂负荷情况 学校年最大负荷利用小时为 4600H 日最大负荷持续时间为 12H 该 学校除食堂 教学楼和锅炉房属二级负荷外 其余均为三级负荷 低压动 力设备均为三相 额定电压为 380V 电气照明及家用电器均为单相 额 定电压为 220V 本学校的负荷统计资料如表所示 表中设备容量是范围值 编号名称 设备 容量 kw 需 要 系 数 功 率 因 数 有功 功率 kw 无功 功率 kvar 视在 功率 kvA 计算 电流 A 1 宿舍 楼 2000 80 8160120200303 9 2 教学 楼 3800 750 8285213 356 2 5 541 3 4 3 实验 楼 3200 350 65112131 172 3 1 261 8 0 4 食 堂 300 60 61823 93045 6 5 锅炉 房 300 60 61823 93045 6 总 计 K p 0 9 K q 0 9 0 76533 7 460 6 2 705 8537 表 1 1 5 5 供电电源情况 按照学校与当地供电部门签订的供用电协议规定 本学校可由附近一 条 10kV 的公用电源干线取得工作电源 该干线的走向参看工厂总平面图 该干线的导线牌号为 LGJ 35 干线首端 即电力系统的馈电变电站 距离本 厂约 5 0km 干线首端所装设的高压断路器断流容量为 500MVA 此断路器 配备有定时限过电流保护和电流速断保护 定时限过电流保护整定的动作 时间为 1 5s 为满足工厂二级负荷的要求 可采用高压联络线由邻近的单 位取得备用电源 与临近单位高压联络架空线线长度为 3km 5 6 6 气象资料 本厂所在地区的年最高气温为 38 年平均气温为 23 年最低气 温为 8 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 当地主导风向为东北风 年雷暴 日数为 20 7 7 电费制度 学校与当地供电部门达成协议 在学校变电所高压侧计量电能 设专 用计量柜 按两部电费制交纳电费 每月基本电费按主变压器容量计为 18 元 kVA 动力电费为 0 2 元 kW H 照明 含家电 电费为 0 5 元 kW H 工厂最大负荷时的功率因数不得低于 0 9 此外 电力用户需按 新装变压器容量计算 一次性地向供电部门交纳供电贴费 6 10kV 为 800 元 kVA 1 4 设计任务 要求在规定时间内独立完成下列设计说明书 包括 学校负荷计算及功率补偿 列出负荷计算表 表达计算成果 学校总降压变电所主变压器的台数及容量选择 学校总降压变电所主接线设计 导线型号及截面的选择 学校电力系统短路电路的计算 变电所一侧设备的选择与校验 6 防雷保护和接地装置的设计 2 负荷计算及功率补偿 2 1 负荷计算的方法 2 1 1 负荷计算的内容和目的 1 计算负荷又称需要负荷或最大负荷 计算负荷是一个假想的持 续性的负荷 其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相 等 在配电设计中 通常采用 30 分钟的最大平均负荷作为按发热条件选 择电器或导体的依据 2 尖峰电流指单台或多台用电设备持续 1 秒左右的最大负荷电流 一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失 电压波动和电压下降以 及选择电器和保护元件等的依据 在校验瞬动元件时 还应考虑启动电流 的非周期分量 3 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比 常选用最大负荷班 即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班 的 平均负荷 有时也计算年平均负荷 平均负荷用来计算最大负荷和电能消 耗量 本设计采用需要系数法确定 主要计算公式有 有功功率 为系数 30 P d K e P d K 无功功率 tan 30 Q 30 P 7 视在功率 30 S cos 30 P 计算电流 为用电设备的额定电压 单位为 KV 30 I N U S 3 30 N U 2 1 2 由上述方法算出个车间的符合列表如下 编号名称 设备 容量 kw 需 要 系 数 功 率 因 数 有功 功率 kw 无功 功率 kvar 视 在功 率 kvA 计 算电 流 A 1 宿舍 楼 2000 80 8160120200303 9 2 教学 楼 3800 750 8285213 356 2 5 541 3 3 实验 楼 3200 350 65112131 172 3 1 261 8 0 4 食 堂 300 60 61823 93045 6 5 锅炉 房 300 60 61823 93045 6 8 总 计 K p 0 9 K q 0 9 0 76533 7 460 6 2 705 8537 表 2 1 2 1 3 全厂负荷计算 取 0 9 0 9 p K q K 根据上表可算出 593Kw 511 8kvar 788 56 kv A i P 3030i Q 30i S 其中是所有设备组有功计算负荷之和 是所有设备 i P 3030 P i Q 30 无功之和 30 Q 则 0 9 593Kw 533 7Kw 30 P p K i P 30 0 9 511 8kvar 460 62kvar 30 Q iq QK 30 kv A 705 8 kv A 30 S 22 3030 PQ 537A 30 I N U S 3 30 533 7 705 8 0 75cos 30i 30i P S 9 2 2 无功功率补偿 2 2 1 功率因数 由上表可知 该学校 380V 侧最大负荷时的功率因素只有 0 76 而供 配电部门要求该学校 10kV 进线侧最大负荷时功率因数不应低于 0 9 需要 功率补偿 Qc 533 7 tan arccos0 75 tan arccos0 92 kvar 243 kvar 由 工厂供电设计指导 P319 表选 BW0 4 13 1 额定容量 13 kvar n Qc q 243 13 19 要为 3 的倍数 即 21 台 2 2 2 补偿后 重新选择变压器容量 S 30 2 565 211326 460 7 533 22 补偿后的功率因数 PT 0 015S 30 2 0 015 565KVA 8 475Kw QT 0 06 S 30 2 0 06 565KVA 33 9Kw 变电所高压侧的计算负荷 P 30 1 533 7kw 8 475kw 542 26 kw Q 30 1 460 62kw 21 13 33 9 220 9kvar S 30 1 585 9 22026 542 22 2 2 3 补偿后的功率因数 10 92 0 927 0 585 26 542 cos 满足相关规定 计算负荷 项目 cos P30 kw Q30 kvar S30 kVA I30 A 380V 侧补 偿前负荷 0 75533 7460 62705 81072 380V 侧无 功补偿容 量 273 380V 侧补 偿后负荷 0 943533 7187 62565 7859 主变压器 功损耗 0 015S 30 2 8 475 0 06 S 30 2 33 9 10kV 侧负 荷总计 0 927542 26220 9585889 3 变电所位置和型式的选择 3 1 根据变配电所位置选择一般原则 1 尽量靠近负荷中心 2 进出线方便 11 3 靠近电源侧 4 设备运输方便 5 不应设在有剧烈震动或高温的场所 6 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所 7 不宜设在厕所 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 8 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 9 不应设在地势较洼和可能积水的场所 综合考虑 变电所应设在变电所为小区内附式 建在小区内一侧 有 高 低压配电室 值班室及变压器室 值班室有分别通往高 低压配电室 的门 且朝值班室开 变压器室的门朝外开 室内设通风窗 进风窗设在 变压器室前门的下方 出风窗设在变压器室的上方 高压配电室设不能开 启的自然采光窗 窗台距室外地坪 1 8 低压配电室设能开启地自然采m 光窗 3 2 变电所的型式与方案 1 采用独立变电所 2 有原始材料知 该学校除实验楼 教学楼 锅炉房属二级负荷外 其余均属三级负荷 综合考虑变配电所位置的选择原则 该学校采用一个 高压配电所 变电所方案如下 学校只用一个变电所 见附图 12 4 变电所变压器和主接线方案的选择 4 1 主变压器的选择 根据工厂的负荷性质和电源情况 工厂变电所的主变压器考虑有下列 两种可供选择的方案 装设一台变压器 型号为 S9 630 10 型 而容量根据式 30 SS TN 为主变压器容量 为总的计算负荷 选 630 kv A 585 TN S 30 S TN S 30 S kv A 即选一台 S9 1000 10 型低损耗配电变压器 至于工厂二级负荷所 需的备用电源 考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担 4 2 装设一台主变压器的主接线方案 见附图 13 5 短路电流的计算 5 1 绘制计算电路 图 5 1 5 2 确定短路计算基准值 设 即高压侧 低压侧 MVASd100 UcUd kvUd5 101 kvUd4 02 14 则 1 1 100 5 5 33 10 5 d d d SMVA IkA UkV 2 2 100 144 330 4 d d d SMVA IkA UkV 5 3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值 5 3 1 电力系统的电抗标幺值 2 0 500 100 MVA MVA Soc Sd Xs 5 3 2 架空线路的电抗标幺值 59 1 5 10 100 535 0 22 Vc Sd XolXwl 5 3 3 电力变压器的电抗标幺值 14 7 630100 10001005 4 100 N k T S SdU X 5 3 4 绘制等效电路 图 5 2 5 4 k 1 点 10 5kV 侧 的相关计算 5 4 1 总电抗标幺值 79 1 59 1 2 0 2 1 1 XXX K 5 4 2 三相短路电流周期分量有效值 15 KA KV X Id I K K 07 3 79 1 5 5 1 2 1 5 4 3 其他短路电流 KAIII K 07 3 1 KAKAISh64 4 07 3 51 1 KAKAish83 7 07 3 55 2 5 4 4 三相短路容量 MVA MVA X Sd S K K 87 55 79 1 100 1 3 1 5 5 k 2 点 0 4kV 侧 的相关计算 5 5 1 总电抗标幺值 93 8 14 7 59 1 2 0 3 2 1 2 XXXX K 5 5 2 三相短路电流周期分量有效值 KA KA X I I K d K 13 16 93 8 144 2 2 2 5 5 3 各三相短路电流 KAKAi KAKAI KAIII sh sh k 68 2913 1684 1 58 1713 1609 1 13 16 1 5 5 4 三相短路容量 MVA MVA X S S k d k 20 11 93 8 100 2 3 2 短路计算结果 16 三相短路电流 KA三相短路容 量 短路计 算点 k I I I sh I sh i K S k 1 点 3 073 073 074 647 8355 87 k 2 点 16 1316 1316 1317 5829 6 8 11 20 表 5 1 6 变电所一次设备的选择校验 6 1 选择校验条件 6 1 1 按工作电压选择 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压 即 eN U N U eN U 高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压 即 N U eN U max U 10kV 11 5kV 高压开关设备 互感器及支柱绝缘 eN U max U N U max U 额定电压 12kV 穿墙套管额定电压 11 5kV 熔断器额定电压 eN U eN U 12kV eN U 6 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 eN I 30 I eN I 30 I 6 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 oc I oc S 不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量 即或 3 k I 3 k S oc I 3 k I 3 oc S 3 k S 17 对于分断负荷设备电流的设备来说 则为 为最大负 oc I max OL I max OL I 荷电流 6 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 分别为开关的极 max i 3 sh i 3 maxsh II max i max I 限通过电流峰值和有效值 分别为开关所处的三相短路冲击电流 3 sh i 3 sh I 瞬时值和有效值 b 热稳定校验条件 imat tItI 2 3 2 6 1 5 短路动稳定度的校验条件 1 断路器 负荷开关 隔离开关 电抗器的动稳定电流的峰值 应不小于可能的最大的短路冲击电流 或其动稳定电流有效值应 max i sh i max I 不小于可能的最大的短路冲击电流即 sh I shmax ii shmax II 2 电流互感器大多数给出动稳定倍数 其动稳定度 max1 2 esN KiI 校验条件为 式中 为电流互感器的额定一次电流 sh1Nes iI2K 1N I 6 1 6 断路器 负荷开关 隔离开关 电抗器的热稳定度校验 断路器 负荷开关 隔离开关 电抗器的热稳定度校验条件为 式中 为电器的热稳定电流 t 为其热稳定时间 为 ima 2 3 2 t tItI t I 3 I 通过电器的三相短路稳态电流 为短路发热假想时间 电流互感器大多 ima t 给出热稳定倍数和热稳定时间 t 其热稳定度校验条件为 1 2 t t N i K I 式中 为电流互感器额定一次电流母线 电缆的短路热 ima 2 3 2 1Nt tIt I K 1N I 稳定度 可按其满足热稳定度的最小截面来校验 即 min A 式中 A 为母线 电缆的导体截面积 C 为导体的短路热 ima 3 min t C I AA 18 稳 对于上面的分析 得 6 2 10KV 侧一次设备的选择校验 选择校验项目电压电流 断流能 力 动稳定度热稳定度 其 他 参数 N U 30 I k I sh i ima tI 2 装 置地 点 条 件 数据 10KV 36 3 7A 3 07KA4 64KA14 145 107 3 2 额定参数 N U N I oc I max itIt 2 高压少油断 路器 SN10 10I 630 10KV630A16KA40KA5122162 高压隔离开 关 600 10 6 8 TGN 0KV600A52KA20522 高压熔断器 RN1 10 10KV50A11 6KA 一 一 次 设 备 型 号 规 格 电压互感器 LDJ 10 10KV 19 电流互感器 IQJ 10 10 0 1KV 100 5A KA 8 311 02225 811 1 090 2 避雷器 FS4 10 10KV 户外式高压 隔离开关 GW4 15G 200 15KV200A 表 6 1 6 3 0 4KV 侧一次设备的选择校验 选择校验项目电压电流 断流能 力 动稳定 度 热稳定度 其 他 参数 N U 30 I 3 k I 3 sh i tI 23 装 置地点 条 件 数据 380V 总 859A 16 13K A 29 68K A 3925 113 16 2 额定参数 N U N I oc I max itIt 2 低压断路器 DW15 1000 380V1500A30KA 一 次 设 备 型 低压断路器 DZ 630 380V630A30KA 20 低压刀开关 HD13 1000 30 380V1000A 电流互感器 LMZJ1 0 5 500V1000 5A 号 规 格 电流互感器 LMZ1 0 5 500V 160 5A 100 5A 表 6 2 7 变压所进出线与邻近单位联络线的选择 7 1 10kv 高压出线的选择 采用 LGJ 型钢芯铝铰线架空敷设 接住 10KV 公用干线 1 按发热条件选由及室外环境温度 35查表得37 36 30 TN IIC 初选标准为 35即的线 22 62 31 15 1 37 36mmmmAAAec 2 mm35 LGJ 2 校正发热条件查表得 因此满足 37 36170 30 IAIal 3 校正机械强度查附表得 10KV 架空最小截面 22 3525minmmAmmA 7 2 变电所及邻近单位焦点路线的选择 由于学校采用的是地埋电缆不必考虑机械强度和短路 动稳定 只 需考虑热稳定度 由上表计算出发热条件 及土壤环境 3537 36 30 TN IIC 由表得初选电缆线芯截面为2173 1 37 36 30 jecIAec 21 因此初选 LJ 25 查表 LJ 25 Ial 因此满足 37 36135 30 I 校验热路稳定按式 C t IAA ima3 min AI3070 3 ssstima5 02 015 0 15 0 终端变电所保护动作时间为 0 5s 断路器短路时间为 0 25s C 87 代 入得 因此满足要求 23 min 25 4 23 87 5 0 3070mmA s C t IA 所以选 LJL22 10000 3x25 7 3 0 4KV 低压出线选择 馈电给一号宿舍楼的线路采用聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设 1 按发热条件选择 由及地下 0 8m 土壤温度 35查表 8 43 121 30 IC 初选芯截面 95 其 Ial 满足发热条件 2 mmAIA121130 30 2 校验电压损耗 测距宿舍离变电所距离为 800m 由表差得 95的 2 mm 3 芯电缆的 kmR 30 0 0 kmX 06 0 0 kwP112 30 var131 30 kQ 得 V kv kkw u 0 11 38 0 1 006 0 var1311 030 0 112 故满足允许电压损耗起的要求 5 9 2 100 380 0 11 ual V V u 4 短路热稳定校验 23 min 0 184 76 75 0 16130mm C t IA ima 所选线性满足要求 5 教学楼的线路亦采用 VLV22 1000 3 240 1 120 的四芯聚氯乙烯 绝缘的铝芯电缆直埋敷设 6 食堂亦采用 VLV22 1000 3 240 1 120 的四芯聚氯乙烯绝缘的铝 22 芯电缆直埋敷设 7 锅炉房亦采用 VLV22 1000 3 240 1 120 的四芯聚氯乙烯绝缘的 铝芯电缆直埋敷设 8 实验室亦采用 VLV22 1000 3 240 1 120 的四芯聚氯乙烯绝缘的 铝芯电缆直埋敷设 7 4 按发热条件选择 工厂二级负荷容量共 1145KVA 最热月土AkVkVAI04 20 103 30 壤平均温度为 21 查表 工厂供电设计指导 8 43 初选缆心截面为 25的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆 其满足要求 2 mm 30 90 al IAI 7 5 校验电压损耗 由表 工厂供电设计指导 8 41 可查得缆芯为 25的铝 2 mm 缆芯温度按 80 计 而二级负荷 kmR 54 1 0 kmX 12 0 0 kWkWP321 1818285 30 var 8 260var 9 23 9 23213 30 kkQ 线路长度按 2km 计 因此 V kV kkW U13 105 10 212 0 var 8 260 254 1 321 5 05 1 100 10000 13 105 al UVVU 由此可见满足要求电压损耗 5 的要求 7 6 短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路电流校验 由前述引入电缆