供电工程课程设计（10kv变电所）.doc

扬州大学能动学院课程设计报告扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题 目：远达厂10KV变（配）电所电气设计课 程： 供 配 电 工 程 专 业： 电气工程及其自动化 学 号： 061101203 班 级： 电气0602 姓 名： 曹 成 强 指导教师： 李 世 博 完成日期： 2009年7月2日 扬州大学能源与动力工程学院供配电工程课程设计任务书1题 目远达厂10KV变（配）电所电气设计2原始资料2.1 工程概况工厂共有生产车间7个，另有综合辅助设施2个。根据工程的总体规划，工厂拟设总降压变电所或配电所一座，车间变电所3座。高压变电所或高压配电所拟与二号车间变电所合建。3、4车间负荷为二级负荷2. 2 负荷资料电力负荷：（）1号车间变电所STS1供电负荷：1车间 动力 150Kw、Kd=0.75、cosj=0.65照明 20Kw、Kd=0.85、cosj=0.7车间 动力 380Kw、Kd=0.65、cosj=0.7照明 25Kw、Kd=0.85、cosj=0.7 综合楼 动力 180Kw、Kd=0.75、cosj=0.8照明 280Kw、Kd=0.85、cosj=0.8（）2号车间变电所STS2供电负荷：车间 动力 400Kw、Kd=0.65、cosj=0.7照明 30Kw、Kd=0.85、cosj=0.74车间 动力 600Kw、Kd=0.55、cosj=0.75照明 40Kw、Kd=0.85、cosj=0.75车间 动力 200Kw、Kd=0.6、cosj=0.75照明 20Kw、Kd=0.85、cosj=0.7（3）3号车间变电所STS3供电负荷：6车间 动力 280Kw、Kd=0.65、cosj=0.7照明 25Kw、Kd=0.85、cosj=0.77车间 动力 250Kw、Kd=0.65、cosj=0.7照明 20Kw、Kd=0.85、cosj=0.7食堂等 动力 180Kw、Kd=0.75、cosj=0.8照明 40Kw、Kd=0.8、cosj=0.6 注：计算总负荷时，KD取0.9。2. 3 供电条件工作电源由电力系统的地区变电所提供，变电所有35Kv和10Kv两种电压出线可供工厂选用，变电所到工厂的架空线路总长度为5Km。此外，电力系统还有一个变电所的10Kv线路可向工厂提供所需的备用电源，变电所到工厂的架空线路长为7Km 。工作电源和备用电源不允许同时对工厂供电。供电部门要求在工厂高压进线侧进行用电计量，要求高压侧功率因数不得低于0.9。不同电价，计量分开。已知变电所A出口处短路容量为300MVA400MVA，变电所出口处短路容量为400MVA500MVA。2. 4 其他资料当地年最高气温为40，年平均气温为27，年最低气温2，年最热月平均最高气温为35，年最热月平均气温为29，年最热月地下0.8m处平均温度为25。当地年雷暴日数为28天。当地海拔高度为100m，土壤电阻率80m。3具体任务及技术要求本次课程设计共1.5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：编制设计报告正文（设计说明书、计算书）电子版。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）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）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2009年6月16日7完成期限2009年6月17日至6月26日8学生任务分配电气0602班 9指导教师：李世博 李新兵目 录课程设计任务书1.绪论.61.1工程概况.61.2设计依据. .62.负荷计算与无功补偿 .82.1 各回路负荷计算 .82.2 无功补偿方案选择 .82.3 总计算负荷确定 .93.（配）变电所电气主接线设计 .103.1 负荷等级确定与供电电源取得.103.2 电力变压器选择.103.3 变电所电气主接线设计.114.（配）变电所电气平面布置 .114.1（配）变电所所址与结构形式选择. .124.2（配）变电所平面布置设计.125.短路计算与高低压电器选择 .13 5.1 短路电流计算. .13 5.2高压电器选择校验.145.3低压电器选择校验.156.电线电缆选择校验.176.1高低压母线选择校验.176.2 高压进出线电缆选择校验.176.3 低压出线电缆选择校验.18致谢.19主要参考文献.19个人小结.20附录 课程设计图纸附录1（配）变电所高压电气系统图附录2（配）变电所低压电气系统图附录3（配）变电所电气平面布置图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工程概况工程整体按二级负荷供电，供电电源电压等级为二级，主回路数为18个，备用回路为8个，有两台变压器。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 GB50052-1995b) 10kV及以下变电所设计规范 GB50053-1994c) 低压配电系统设计规范 GB50054-1995d）民用建筑电气设计规范 JGJ/T16-1992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 负荷等级确定根据设计任务书及相关设计规范，确定本工程中用电设备的负荷等级及其配电方式见表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方式回路编号备注11车间动力三级放射式WP121车间照明三级放射式WL132车间动力三级放射式WP242车间照明三级放射式WL25综合楼动力三级放射式WP36综合楼照明三级放射式WL373车间动力二级放射式WP483车间照明二级放射式WL494车间动力二级放射式WP5104车间照明二级放射式WL5115车间动力三级放射式WP6125车间照明三级放射式WL6136车间动力三级放射式WP7146车间照明三级放射式WL7157车间动力三级放射式WP8167车间照明三级放射式WL817食堂等动力三级放射式WP918食堂等照明三级放射式WL91.2.2 供电电源取得 工程整体按二级负荷供电，外网按供电电源按二级主回路数有18个，备用回路数有8个。 供电系统概略图 （注：图中备用回路未示出。）如图1-1所示。 图1-1供电系统概略图（另起一页）2 负荷计算与无功补偿2.1 各回路负荷计算采用需要系数法进行计算。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无功补偿前低压配电干线及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PCkWQCkvarSckVAICA一WP1动力1500.750.651.17112.5131.63173.08262.9WL1照明200.850.71.021717.3424.2836.9WP2动力3800.650.71.02247251.94352.86536.1WL2照明250.850.71.0221.2521.6830.3546.1WP3动力1800.750.80.75135101.25168.75256.4WL3照明2800.850.80.75238178.5297.5452.0二WP4动力4000.650.71.02260265.2371.43564.3WL4照明300.850.71.0225.526.0136.4355.3总计算负荷1465 /1056.25993.55/ 0.730.95950.63893.931304.911982.61其中一二级负荷（WP4、WL4） 0.691.03280.35291.27404.27614.22备注其中 回路不计入总计算负荷。表2-2 变压器T2无功补偿前低压配电干线及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PCkWQCkvarSckVAICAWP5动力2000.550.750.8811096.8146.67222.8WL5照明400.850.71.023434.6848.5773.8WP6动力2000.60.750.88120105.6160.00243.1WL6照明200.850.71.021717.3424.2836.9三WP7动力2800.650.71.02182185.64260395.0WL7照明250.850.71.0221.2521.6830.3546.1WP8动力2500.650.71.02162.5165.75232.14352.7WL8照明200.850.71.021717.3424.2836.9WP9动力1800.750.80.75135101.25168.75256.4WL9照明400.80.61.333242.5653.3481.0总计算负荷1255/830.75788.64/ 0.730.95747.68709.781030.931566.33其中一二级负荷（WP5、WL5） 0.740.91144131.7195.1296.5备注其中 回路不计入总计算负荷。2.2 无功补偿方案根据计算出的功率因数发现不符合供电部门的要求，需要进行无功补偿，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950.63893.931304.911982.610.73补偿容量 QN.CkvarQN.C= 950.63 tan(arccos0.73 )tan(arccos0.92 )=485.04 实际取 20组 25 kvar= 500 kvar/-500/补偿后低压母线计算负荷950.63393.931029.021563.430.924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747.68709.781030.931566.330.73补偿容量 QN.CkvarQN.C =747.68 tan(arccos0.73 )tan(arccos 0.92)=381.5实际取 20 组 20 kvar= 400 kvar/-400/补偿后低压母线计算负荷747.68309.78809.311229.630.9242.3 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950.63393.931029.021563.430.9242T1功率损耗PT0.01Sc ；QT0.05Sc10.3051.45/3变压器T1高压侧计算负荷（序号12）960.93445.381059.1361.140.9074变压器T2低压母线计算负荷747.68309.78809.31122 9.630.9245T2功率损耗PT0.01Sc ；QT0.05Sc8.0940.45/6变压器T2高压侧计算负荷（序号45）755.77350.23832.9848.090.9077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）1716.7795.611892.10109.240.907 1545.03716.051702.8998.320.907（另起一页）3 变压器类型、台数及容量选择3.1变压器类型选择本工程变压器类型选择见表3-1。表3-1 变压器类型选择序号类 型选择结果选择依据 1变压器相数三相用户一般采用三相的2变比及调压方式10/0.38 无载调压10KV变压器一般采用无载调压3绕组型式双绕组用户供电系统大多采用双绕组4绝缘及冷却方式 干式绝缘多层或高层主体建筑内变电所要考虑防火要求5外壳防护等级IP25要防止大于12mm的固体异物进入，且要防喷水6联结组别Dyn11用于多雷区及土壤电阻率较高地区7产品型号10（15%）/0.4kv S9系列变压器容量3.2变压器台数选择 两台，根据负载的计算负荷大小来确定的。3.3变压器容量选择本工程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容量SNTkVA1视在计算负荷SckVA 1702.8912502（0.60.7）SckVA1192.023一二级负荷Sc（）kVA542.794变压器负荷率T170%1250T270%1250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空载电流阻抗电压干变带防护外壳外形尺寸长宽高mmT1S9-1250100.472.21804.22000110002.551800*1250*1600T2S9-1250100.472.21804.22000110002.551800*1250*1600（另起一页）4 变电所电气主接线设计4.1 变电所高压侧电气主接线设计 两台变压器可以相互独立，也可以相互备用，两种接线方案如下图所示；考虑到供电系统的可靠性，选用第二种方式，即两台变压器相互备用。 本工程可能采用的两个主接线方案见图4-1，4-2。技术经济较表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）供电安全性高高供电可靠性一般高灵活方便性一般高扩建适应性一般高设备的先进性一般一般占地面积大小小小设备的经济性一般一般 由上表可知，主接线方案二各种性能都比较优越，故选用主接线方案二考虑到电能计量方式、所用电与操作电源的取得，高低压开关柜型号为KYN44A-12，尺寸为L800*D1500*H2200。4.2 变电所低压侧电气主接线设计 低压侧采用单母线分断接线。方案一：低压出线柜放置在两边，负荷无功补偿采用就地补偿，还采用低压母线集中补偿方式，选用低压成套无功补偿装置，可与低压配电屏并排安装，无功自动补偿控制器电流采用电流互感器安装在低压进线柜中，低压进线总开关和低压出线开关均采用低压断路器，可带负荷操作且恢复供电速度快。低压配电的接地采用TN-C-S制。方案二：低压出线柜放置在中间。低压出线柜放在两边，负荷无功补偿采用就地补偿，还采用低压母线集中补偿方式，选用低压成套无功补偿装置，可与低压配电屏并排安装，无功自动补偿控制器电流采用电流互感器安装在低压进线柜中，低压配电的接地采用TN-S制，柜内设置N和PE线，低压配电屏采用固定分隔式，断路器为插入式安装。比较：方案二低压出线柜放在两边，便于扩建，选择方案二。 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。 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。（另起一页）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。图5-1高压系统短路计算电路 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。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=10.5kV，Uc2=0.4kVkA系统Skmax=400KVA , Skmin=300KVA0.25线路x0= 0.35/km , L=5km1.59变压器Uk%= 5，SNT=1250KVA4k-1点Id1=5.50KA1.842.992.992.997.624.512.59k-2点变压器并联Id2=144.34KA3.8437.637.637.695.956.832.6变压器分列Id2=144.34KA5.8424.724.724.763.037.321.45.1.2 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。 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=400MVA ,0.040.3980.0270.2651.6变压器SNT=1250KVAUk%= 5 ，Pk=11KW1.1266.41.1266.41.6母线3（100*10）+80*8 L= 5Km 0.1250.9050.281.91.6k-1点7.88.681.629.666.838.825.3线路（YJV电缆） L=50m 0.151.0860.3362.2801.6k-2点8.911.01.625.941.533.920.0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= 400MVA ,0.040.3980.0270.2651.6变压器SNT=1250KVAUk%= 5 ，Pk=11KW 1.1266.4 1.1266.41.6母线（3（100*10）+80*8） L= 7Km 0.1751.2670.3922.661.6k-3点8.29.51.628.263.837.023.3线路（YJV电缆） L=50m 0.151.0860.3362.2801.6k-4点9.311.71.624.956.332.618.75.2高压电气设备选择校验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kVA kAkAkAs数据电源进线101252.997.622.991.0变压器T1一次侧1061.1424.763.024.70. 65变压器T2一次侧1048.0924.763.024.70.65设备型号规格额定参数高压电源进线断路器（VS1-12/630-16）126301640164变压器一次侧断路器（VS1-12/630-16）126301640164高压熔断器（XRNT3-10/200-50）1020050电压互感器（JDZ12-10）(10/0.1)/（0.5）高压计量柜电压互感器（JDZ12-10）（10/0.1）/（0.5）高压计量柜电流互感器（LZZBJ12-10A）/2000,3000/5180100（10P15）高压电源进线电流互感器（LZZBJ12-10A）/2000,3000/5180100（10P15）变压器T1一次侧电流互感器（LZZBJ12-10A）/（1500/5）180100（10P15）变压器T2一次侧电流互感器（LZZBJ12-10A）/（1500/5）180100（10P15）5.3低压电气设备选择校验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0.381563.43801563.437817.150.210944.01配电干线10.38536.165536.12680.50.23752.7配电干线20.38564.365564.32821.50.23950.1断路器型号规格额定参数t低压进线断路器（CW1-2000）0.3820001600800.2配电干线1断路器（CM1-630M）0.38630630650.2配电干线2断路器（CM1-630M）0.38630630 650.25.3.2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（LZZJ-10Q）0.380.381563.432000/510P配电干线1电流互感器（LZZJ-10Q）0.380.38536.1600/510P配电干线2电流互感器（LZZJ-10Q） 0.38 0.38 564.3600/510P（另起一页）6 母线电缆选择校验6.1高低压母线选择校验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98.327.622.991.0T1低压进线1563.4375.4829.60. 65T2低压进线1229.6371.9128.20.65母线型号规格技术参数AkA高压开关柜母线（TMY-3（80*8）13705017.48 640T1低压配电屏母线（TMY-3（2（100*10）0+2（100*10）2924200139.551000T2低压配电屏母线（TMY-3（2（100*10）0+2（100*10）2924200132.961000注： ，C171/Amm2。6.3 高压进出线电缆选择校验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1098.321545.03716.050.252.991.0高压出线至T11061.142.990.65高压出线至T21048.092.990.65电缆型号规格技术参数kV Ar0.km-1x0.km-1 kmmm2mm2高压进线（YJV22-8.7/10-3*120）8.7/10220.50.1810.0950.2520.91120高压出线至T1 （ZB-YJV-8.7/10-3*70）8.7/10167.116.8670高压出线至T2 （ZB-YJV-8.7/10-3*70）8.7/10167.116.8670注：， ，对YJV电缆C143Amm2。6.3低压出线电缆选择校验低压配电干线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10.38536.1247251.940.1529.61.0配电干线20.38564.3260265.20.1528.21.0电缆型号规格技术参数kV Ar0.km-1x0.km-1 kmmm2mm2配电干线1 （2根YJV-0.6/1-120）0.6/12990.1810.0770.14.44206.99240配电干线2（2根YJV-0.6/1-120）0.6/12990.1810.0770.14.67197.20240注：， ，对YJV电缆C143Amm2。（另起一页）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