10KV变电所设计论文

1、2011年某10kv变电所设计 窗体底端10kv 变电所设计 摘要：随着西校区的发展建设，原变电所已不能满足用电需求，为改善供电质量， 提高供电可靠性，并根据发展规划及负荷现状，设计 10kv 变电所。 关键词：变电所； 短路电流； 系统主接线； 微机保护 ii abstract:the ten kilovolts transformer substation design of west school abstract district of pingdingshan institute of technology abstract: with the development of west

2、 school district of pingdingshan institute of technology, the former transformer substation cant satisfy the demand of electricity. for ameliorating quality of electric supply and enhancing dependability, and according to the develop of the programming and the status of charge, i design the ten kilo

3、volts transformer substation. words: key words transformer substation, short-circuit electric current, system lord knot line,tiny-machine protection. 目录第 1 章 原始资料及电源进线方式确定. .1第 2 章 负荷计算及无功功率补偿计算. . 32.1 负荷计算部分.3 2.2 无功功率补偿 . 6 2.2.1 无功功率补偿的基本知识 . 6 第 3 章 确定变电站的位置与型式、合理布置好各设备的位置 . 10 3.1 变电所形式的确定 . 1

4、0 3.2 变电站与各设备的位置 . 11第 4 章 变电站主变压器的台数、容量及类型的选 择. 14 第 5 章 变电站主结线方案的设设计. 15 5.1 几种主接线方式的介绍: . 15 第 6 章 短路电流计算. 176.1 概 述 . 17 6.2 短路电流计算 . 17 第 7 章 电气设备的选择与校验. 26 7.1 概 述 . 26 7.2 一次侧电气设备选择与校验 . 27 7.3 低压侧一次设备选择与校验 . 32 第 8 章 10kv 变电所电力变压器的继电保护. 398.1 电力变压器的故障形式 . 39 第 9 章 变电站防雷保护与接地装置的设计. 499.1 变电站直

5、击雷过电压保护 . 499.2 雷电侵入波过电压保护.51 第 10 章 微机保护. 53 结束语 . 60 参考文献. 61 附录：设计说明书及主要材料清单 . 62第 1 章 原始资料及电源进线方式确定在本次10kv 变电站建设地区地势平坦，且附近建筑物稀疏，使得出线走廊较开 阔；年最高气温40，年平均气温15.1-16，年最低气温-10.2, 年最热月平均 最高气温35，年最热月平均气温26.年雷暴日数22.0。平均海拔110.4m，主导风 向东南风。所有用电设备的总用电负荷为7940kw，计算负荷5169.2kw。负荷总表 工程名称 一号教学楼 二号教学楼 三号教学楼 实验楼 abc

6、二号系馆楼 三号系馆楼 行政楼 图书馆 一区公寓 二区公寓 教师公寓 研究生公寓 服务楼 食堂 锅炉房 路灯 开水房 消防室 总计 用电负荷（kw） 113.75 220.53 141.5 324.78 305.82 194.56 405.8 1600 532.5 635 2063.4 527 100 100 50 45.36 50 80 需要系数 0.70 0.70 0.70 0.85 0.70 0.70 0.80 0.80 0.60 0.60 0.60 0.60 0.85 0.90 0.85 0.45 0.70 0.80 计算负荷（kw） 79.63 154.37 99.05 276.06

7、 214.07 136.19 324.64 1280 319.5 381 1238.04 316.2 85 90 42.5 20.41 35 64 5169.2 1 某校区平面图 用电负荷按其重要性和中断供电在政治经济上造成损失或影响程度，分为三级， 即一级负荷、二级负荷、三级负荷。 （1）一级负荷：为中断供电将造成人身伤亡者；或者中断供电将在政治经济上 造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、国民经济中重点企业的连续生产 过程被打乱需长时间才能恢复等。对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何 一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。 （2）二级负荷：或者中断供电将在政治经济

8、上造成重大损失者，如重大设备损 坏、 重大产品报废、 国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需长时间才能恢复等。 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或 大部分二级负荷的供电。 （3）三级负荷：为一般负荷，指所有不属于上述一、二级负荷者。对于三级负 荷，一般只需一个电源供电。 某学院现有有功功率：4175kw，无功功率：1740.54kvar，视在功率：4523.7kva。 根据要求，图书馆、行政楼及消防设施为二级负荷，其余均为三级负荷。 根据学院负荷要求，本次设计采用双电源电缆进线，一用一备。第 2 章 负荷计算及无功功率补偿计算 2.1 负荷计算部分一、

9、负荷计算的目的和方法： 计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的 依据，也是整定继电器保护的重要数据。计算负荷确定得是否合理，直接影响到电器 和导线的选择是否合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线截面选择过大，造成 投资和有色金属的浪费； 如果计算负荷过小， 又将使电器和导线运行时增加电能消耗， 并产生过热，引起绝缘过早老化，甚至烧毁，一致发生事故，同样给国家造成损失。 为此，正确进行负荷计算是供配电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的 必要手段。 负荷计算成用的方法有需要系数法和二项式法： （1）需要系数法：需要系数法与用电设备的类别和工作状态有极大的

10、关系，因 此在计算时首先要正确判明用电设备的类别和工作状态，否则将造成错误。需要系数 法，用设备功率乘以需要系数和同是系数（一般取0.8），直接求出计算负荷。这种 方法比较简单，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。 （2）二项式法：将负荷分为基本部分和附加部分，后者考虑一定数量大容量设 备影响，适用于设备台数较少而容量差别较大的低压分支干线的计算负荷，及其他各 类车间和变电所施工设计亦常采用，但二项式法计算结果一般偏大。 根据分析，本次设计采用的就是需要系数法 二、负荷计算： 1、1#、2#、3#教学楼，a、b、c座实验楼 负荷容量pe=113.75+220.53+141.5+324.7

11、8=800.56 kw 需要系数kd=0.70,同时系数ki=0.80,功率因数 cos =0.85, tg =0.6 有功计算负荷： p30 = k i k d pe = 448.3kw 无功计算负荷： q30 = p30tg = 268.99kvar 视在功率计算负荷： s30 = p30 = =527.4kva cos 根据 s30 = p30 = 527.4kva，考虑到今后的发展，选择scb8-630/10变压器一台。 cos 2、2#、3#系馆楼 负荷容量pe=305.82+194.56=500.38kw 需要系数kd=0.70,同时系数ki=0.80,功率因数 cos =0.85

12、, tg =0.6 有功计算负荷： p = ki kd p = 280.2kw 30 e 无功计算负荷： q30 = p30tg = 168.13kvar 视在功率计算负荷： s30 = p30 = =329.65kva cos 根据 s30 = 台。 p30 = 329.65kva，考虑到今后的发展，选择scb8-400/10 变压器一 cos 3、行政楼、图书馆、消防设施 负荷容量pe=405.8+1600+80=2085.8kw 需要系数kd=0.80,同时系数ki=0.80,功率因数 cos =0.85, tg =0.6 有功计算负荷： p30 = k i k d pe = 1334.

13、9kw 无功计算负荷： q30 = p30tg = 800.4kvar 视在功率计算负荷： s30 = p30 = 1569.41kva cos 根据 s30 = p30 = 1570.5kva，因为这部分为二级负荷，并考虑到今后的发展，为 cos 了增容一个等级，选择scb8-1600/10 变压器两台。 4、一区宿舍 负荷容量pe=532.5kw 需要系数kd=0.60,同时系数ki=0.80,功率因数 cos =0.85, tg =0.6 有功计算负荷： p30 = k i k d pe = 255.6kw 无功计算负荷： q30 = p30tg = 153.36kvar视在功率计算负荷

14、： s30 = p30 = 300.7kva cos 根据 s30 = p30 = 300.7kva，考虑到今后的发展，选择s9-400/10 变压器一台。 cos 5、二区宿舍 负荷容量pe=635kw 需要系数kd=0.70,同时系数ki=0.80,功率因数 cos =0.85, tg =0.6 有功计算负荷： p30 = k i k d pe = 304.8kw 无功计算负荷： q30 = p30tg = 182.88kvar 视在功率计算负荷： s30 = p30 = 358.6kva cos 根据 s30 = p30 = 358.6kva，考虑到今后的发展，选择s9-400/10 变

15、压器一台。 cos 6、教师公寓 负荷容量pe=2063.4kw 需要系数kd=0.60,同时系数ki=0.80,功率因数 cos =0.85, tg =0.6 有功计算负荷： p30 = k i k d pe = 990.4kw 无功计算负荷： q30 = p30tg = 594.25kvar 视在功率计算负荷： s30 = p30 = 1165.2kva cos 根据 s30 = 台。 p30 = 1165.2kva，考虑到今后的发展，选择scb8-1250/10 变压器一 cos 7、研究生公寓楼、服务楼、食堂、锅炉房、开水房、路灯及其他 负荷容量pe=527+100+100+50+45

16、.36+50+3=880.36kw 需要系数kd=0.70,同时系数ki=0.80,功率因数 cos =0.85, tg =0.6 有功计算负荷： p30 = k i k d pe = 492.8kw无功计算负荷： q30 = p30tg = 295.68kvar 视在功率计算负荷： s30 = p30 = 579.76 kva cos 根据 s30 = p30 = 579.74kva， 考虑到今后的发展， 选择scb8-630/10 变压器一台。 2.2 无功功率补偿 2.2.1 无功功率补偿的基本知识 在工业与民用建中， 有大量设备的工作需要通过向系统吸收无功功率来建立交变 的磁场，这使及

17、输筑设备中，系统输送的电能容量中无功功率的成分增加。在系统变 配电设备配电线路规格一定的情况下，直接影响到有功功率的输送。因此，在供配电 系统中，必须限制无功功率的大小，即提高功率因数，以便提高系统设备的有效利用 率。供配电系统要求0.38kv的电能用户的功率因数应达到 0.85 以上，10 kv 的电能 用户的功率因数应达到0.90以上。 四、系统功率因数状况分析： （表：4-1）建筑物 名称 教 学 楼、 实 验楼 系馆楼 一区宿 舍 二区宿 舍 图 书 馆、行 政楼 教师公 寓 其他负 荷 总计 照明 其他 备注 pe (1) 281.9 p30(1) 157.9 q30(1) pe (

18、2) 518.4 p30(2) 290.3 q30(2) 161.0 106.5 127 158 65.0 51.12 60.96 101.2 384.4 426 508 1458 215.3 204.48 243.84 933 tg = q301 + q30 2 = 0.81 p301 + p30 2 cos = arctg = 0.78 497 196 1527.4 238.5 109.7 784.5 1566 773 5633.8 751.8 371 3009.72 1860 因照明均采用无补偿的荧光灯 ，其功率因数0.55，其他负荷功率因数为 0.85， 系统功率因数计算步骤如下：荧光

19、灯： cos = 0.55 tg = tg ? arccos 0.55=1.52 其它负荷： cos = 0.85 tg = tg ? arccos 0.85=0.61 照明负荷：pe=1527.4kw p30 = k i k d pe1 = 0.700.801527.4=855.34kw q30 = p30tg = 855.341.52=1300.12 kvar 其他负荷：pe=5633.8kw p30 = k i k d pe = 0.700.805633.8=3154.93kw q30 = p30tg = 3009.720.61=1924.5kvar qc1 + qc 2 = 0.881

20、 pc1 + pc 2 系统的功率因数为： tg = cos = arctg = 0.78 经过计算，目前系统的功率因数为0.78。根据供电营业规则规定：用户在当 地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到以下规定：10kva及以上高压 供电的用户功率因数为0.90以上。其他电力用户和大中型电力排灌站、趸购转售电企 业，功率因数为0.85以上。农业用电，功率因数为0.80。根据这一要求，有必要进行 无功功率补偿。补偿过程如下： 1、一号主变（负荷为：教学楼和实验楼）： 有功计算负荷： p30(1) = k i k d pe = 448.3kw 无功计算负荷： q30(1) = p30(1

21、)tg = 268.99kvar 需补偿的容量为：qc= p30(1) （tgarccos0.78-tgarccos0.85）=85.29kvar 查电气设备实用手册选取电容器型号：bwf0.4-25-1，额定容量qr为25kvar。 需装设的电容器个数为：n=qc/qr =3.4 考虑到三相平衡，应装设 6 个，每相 2 个。 检验：此时，并联电容器的实际容值为： qc =625=150kvar 2 s30(1) = p30(1) + (q30(1) ? qc ) = 408.93 ?p = 0.0016 s30(1) =6.54 t ?qt = 0.06 s30(1) =24.54 高压侧

22、计算负荷： p30(2) = ( p30(1) + ?pt ) = 454.8kw q30(2) = q30(1) + ?qt ? qc = 208.24 kvar cos = p30(2) s30(2) 2 2 s30(2) = ( p30(2) + q30(2) ) = 500.25 kva = 0.910.85证明这一补偿满足功率因数要求。 2、二号主变（负荷为：系馆楼）： 有功计算负荷： p30(1) = k i k d pe = 280.2 kw 无功计算负荷： q30(1) = p30(1)tg = 168.13 kvar 需补偿的容量为： qc = p30(1) (tga rcc

23、os 0.78 ? tg arccos 0.85) = 53.23 kvar 查电气设备实用手册选取电容器型号:bwf0.4-25-1, 额定容量qr为 25kvar。 需装设的电容器个数为： n = qc = 2.1 qr 考虑到三相平衡，应装设 3 个, 每相 1 个。 检验：此时，并联电容器的实际容值为： qc =3x25=75 kvar 2 s30(1) = p30(1) + (q30(1) ? qc ) = 302.84 ?p = 0.0016 s30(1) =4.85 t ?qt = 0.06 s30(1) =18.17 高压侧计算负荷： p30(2) = ( p30(1) + ?

24、pt ) = 285.05 kw q30(2) = q30(1) + ?qt ? qc = 133.07kvar cos = p30(2) s30(2) 2 2 s30(2) = ( p30(2) + q30(2) ) = 314.54 kva = 0.910.85证明这一补偿满足功率因数要求。 电容器选型：bwf0.4-25-1，额定电压：0.4kv 额定电容：497.61?f 相 数：单相外形尺寸 (mm) l 380 b 115 h 340 h 420 额定容量：25kvar f 200 质量 25kg 生产厂家表：补偿前后的各功率值及计算电流值：补偿前 p30 （kw） 448.3 2

25、80.2 1334.9 255.6 304.8 990.4 492.8 4107 q30 （kvar） s30 （kva） 268.99 168.13 800.9 153.36 182.88 594.25 295.68 2464.19 527.4 329.65 1569.41 300.7 358.6 1165.2 579.76 4830.72 计 算 电 流 计 算 电 流 i 30(1) （a） t1 变压器 t2 变压器 t3、t4 变压 器 t5 变压器 t6 变压器 t7 变压器 t8 变压器 总计 补偿后 29.0 18.13 86.3 16.53 19.72 64.07 31.88

26、 265.63 计 算 电 流 i 30(2) （a） 761.3 475.82 2265.31 434.04 517.60 1681.87 836.84 6972.75 计 算 电 流 p30 （kw） 454.84 285.05 1357.7 259.9 310 1007.3 501 4175.79 q30 （kvar） s30 （kva） 208.24 133.07 586.45 94.4 127.28 432.65 176.48 1758.57 500.25 314.54 1478.9 276.5 335.1 1096.3 531.17 4532.76 i 30(1) （a） t1 变

27、压器 t2 变压器 t3、t4 变压 器 t5 变压器 t6 变压器 t7 变压器 t8 变压器 总计 27.51 17.30 81.32 15.20 18.43 60.28 29.21 249.25 i 30(2) （a） 722.07 454.01 2134.67 399.11 483.69 1543.45 766.70 6542.67 注：视在功率与计算电流是不能通过直接相加得到的。 视在功率： s30 = p30 2 + q30 2 计算电流： i 30 = s30 3u第 3 章 确定变电站的位置与型式、合理布置好各设备 的位置 3.1 变电所形式的确定一、变、配电站分类： 1、按变

28、、配电站用途分类 （1）在供配电系统中，一般将 110/10（6）kv 或 35/10（6）kv 的变电站称为 区域变电站或总降压变电站，这是因为 10（6）kv 只能供少数用电设备使用，大多 数用电设备都需再次降压后才能使用。 （2）10(6)/0.4kv 的变、配电称为用户变电站，在工业企业中称为车间变电站。 （3）10kv 配电站又称为开闭所，在城市电网中使用较为广泛。 2、按变、配电站设置地点分类 可分为室内变电站、室外变电站、杆上变电站、室外箱式变电站。 （1）110kv 以上的变电站通常为室外变电站。 （2）35/6kv 变电站一般为室内变电站。这种形式的变电站运行维护方便，占地

29、面积少。 （3）配电站（开闭所）可为独立建筑物，也可附设于大型工业或民用建筑物中。 （4）10(6)/0.4kv 变电站的型式由用户负荷的状况和周围环境情况综合考虑确 定。 1）负荷较大的车间和站房，一般设附设变电站或半露天变电站。 2）负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房中部且环境许可时，宜设车间内变电 站或组合式成套变电站。 3）高层或大型民用建筑物内，一般设室内变电站或组合式成套变电站。 4）负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区一般设独立变电站，也可设附 设式变电站或户外箱式变电站。 5）环境允许的中小城市居民区和工厂的生活区，当变压器容量在 315kva 以 下时，可设杆上或高台式变

30、电站。 二、变电站站址的选择原则： 1、接近负荷中心处。主要从节约一次投资和减少运行时电能损耗的角度出发。 2、进出线方便。要求有足够的进出线走廊，提供给架空线、电缆或电缆隧道。3、靠近电源侧。变电站应靠近电源进线侧布置，以免过大的功率倒送，产生不 必要的电能损耗和电压损失。 4、满足供电半径的要求。由于电压等级决定线路最大的输送功率和输送距离， 供电半径过大的会导致线路上电压损失过大，使末端用电设备处的电压不能满足要 求，因此变电站的位置应保证所有用电负荷均处于该站的有效供电半径内。 5、 运输设备方便。 因为变配电设备通常体积较大， 不易拆卸， 应考虑运输通道。 6、避免有剧烈震动和高温的

31、场所。剧烈震动会使变配电设备导电部分的连接螺 栓变松，使得连接部位接触电阻变大，发热加剧；高温的场所会使电气设备正常运行 时超过起允许温度或不能达到额定功率，影响电气设备使用且依造成设备损坏。 7、避免多尘或有腐蚀性气体的场所。电气元件在多尘或有腐蚀性的场所易受损 坏。如无法远离，应避免在污染源的主导风向的下风侧。 8、避免设在潮湿或易积水场所。因为潮湿易导致设备绝缘损坏。 9、避免设在有爆炸危险的区域内或设在有火灾危险区域的正上面或正下面。 三、变电所形式的确定： 根据变电站的用途、 负荷状况， 并结合供配电理论知识， 变电站形式确定如下：变电所形式 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

32、 t8 箱式变电所 箱式变电所 独立变电所 独立变电所 箱式变电所 箱式变电所 独立变电所 箱式变电所 变压器型号 scb8-630/10 scb8-400/10 scb8-1600/10 scb8-630/10 s9-400/10 s9-400/10 scb8-1250/10 s9-630/10 zbw1-10/630 zbw1-10/630 zbw1-10/630 箱式柜壳规格 zbw1-10/630 zbw1-10/630 3.2 变电站与各设备的位置设计变压器室的结构布置时，除了应根据gb50053199410kv及以下变电所设 计规范和gb50059199235110kv变电所设计规

33、范外，还应参考建设部批准的 全国通用建筑标准设计.电气装置标准图集中的88d264电力变压器室布置 （6-10/0.4kv,200-1600kva）和97d267附设式电力变压器室布置（35/0.4kv， 200-1600kv）,不过只适用于油浸电力变压器室。根据变电站总体布置要求：便于运行维护和检修、保证安全运行、便于进出线、 节约土地和建筑费用及符合发展要求。确定变电站和各设备的总体布局如下图示： 1 号独立变电站布置平面图 注释：门 采光窗 高压电缆进线口 低压电缆出线口 低压侧17号柜为gcs 型低压抽出式开关柜 高压侧114号柜为14 台 kyn28-10 型交流铠装移开式高压开关柜

34、 1518号柜为4台bzgn-1a 型镉镍电池直流操作成套柜 通风方式以自然通风为主，四周留有采光窗，并装设纱门扇，防止小动物进入。 1号独立变电站有两台scb8-1600/10/0.4kv变压器，主要负荷有图书馆、行政楼 及消防设施，均为二级负荷。两台变压器采用一用一备方案，正常时只有一台工作， 当工作的变压器检修或出现故障时，将断开工作的变压器，启动备用变压器。这部分 负荷总安装容量为 2085.8kw，有功计算负荷pc为 1334.9kw，无功计算负荷qc为 800.4kvar，视在功率计算负荷sc为 1569.41kva。无功补偿后有功计算负荷pc为 1357.7kw，无功计算负荷qc

35、为 586.45kvar, 视在功率计算负荷sc为 1478.9kva。此 变电站两台变压器，联结组别均为：d，yn11。低压侧 220/380 三相四线制配电，中 性点直接接地系统，采用 tn-c-s 系统公共接地保护装置，各单位工程进户线外作重 复接地装置。2 号独立变电站布置平面图 注释：低压室18号柜为gcs 型低压抽出式开关柜 通风方式以自然通风为主，四周留有采光窗，并装设纱门扇，防止小动物进入 2号独立变电站有一台scb8-1250/10/0.4kv变压器，主要负荷为教师公寓楼。这 部分负荷总安装容量为 2063.4kw，有功计算负荷pc为 990.4kw，无功计算负荷qc为 59

36、4.25kvar，视在功率计算负荷sc为 1165.2kva。无功补偿后有功计算负荷pc为 1007.3kw，无功计算负荷qc为 432.65kvar, 视在功率计算负荷sc为 1096.3kva。此 变电站变压器，联结组别均为：d，yn11。低压侧220/380 三相四线制配电，中性点 直接接地系统，采用 tn-c-s 系统公共接地保护装置，各单位工程工程进户线外作重 复接地装置。第 4 章 变电站主变压器的台数、容量及类型的选择根据变电所所带用户负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量， 对于有重 要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力 后的允许时间内

37、，应保证用户的一级和二级重要负荷。对一般性变电所，当一台变压 器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%-80%。同时，主变压器的容量选 择必须满足本次设计的变电所的负荷容量要求，也尽可能考虑变电所建成后5-10年 的规划负荷的要求，也适当考虑到远期的负荷发展，与城市规划相结合。 根据某学院设计要求，要求高压侧出线8回，则初步确定本校区内共设立七座变 电所，其中，两座独立变电所，五座箱式变电所。一号独立变电所负荷为图书馆、行 政楼及消防设施，因其为二级负荷，采用两台变压器供电，工作方式为一用一备；二 号独立变电所负荷为教师公寓楼；一号箱式变电所负荷为教学楼和实验楼；二号箱式 变电所负荷为

38、系馆楼；三号箱式变电所负荷为一区学生宿舍楼；四号箱式变电所负荷 为二区学生宿舍；五号箱式变电所负荷为研究生公寓楼、食堂、服务楼及其他负荷。表：变压器选型、负载率及负荷范围 变压器选型、 主变序号 一号 二号 三号 四号 五号 六号 七号 八号 容量及型号 scb8-630/10 scb8-400/10 scb8-1600/10 scb8-1600/10 s9-400/10 s9-400/10 scb8-1250/10 s9-630/10 实际容量（kva） 负载率 500.3（527.4） 314.5（341.7） 79.4%（83.7%） 78.6%（85.4%） 负荷范围 教学楼、实验楼

39、系馆楼 图书馆、行政楼 三号备用 一区宿舍 二区宿舍 教师公寓 其他 1478.9 1570.5） 92.4%（98.2%） （ 1478.9 1570.5） 92.4%（98.2%） （ 276.5（300.7） 335.1（358.6） 69.1%（75.2%） 83.7%（89.7%） 1096.3 1165.2） 87.7%（93.2%） （ 531.2（579.76） 84.2%（92.0%） 注：1 、括号内、外分别为补偿前、后的容量和负载率第 5 章 变电站主结线方案的设计电气主接线的基本要求 我国变电所设计的技术规程规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统 中的地位， 回路数

40、， 设备特点及负荷性质等条件确定， 且应满足运行可靠， 简单灵活， 操作方便和节省投资等要求。 5.1 几种主接线方式的介绍: 由原始资料可知，本次设计的10kv变电站，为一般变电站，它的修建目的主要是 为某学院提供可靠优质电能，根据电力工程设计手册，我们可基本选定主接线方 式为： 1、单母线接线方式： 单母线接线具有简单清晰，设备小，投资小，运行操作方便，且有利于扩建等优 点，但可靠性和灵活性较差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所接 的电源；与之相接的所有电力装置，在整个检修期间均需停止工作。此外在出线断路 器检修期间，必须停止该回路的工作。 单母线接线图 因此，这种接线只适用

41、于 6220kv 系统中只有一台发电机或一台主变压器，且 出线回路又不多的中、小型发电厂和变电所，它不能满足、类用户的要求，但若 采用成套配电装置，由于可靠性高，也可用于较重要用户的供电。 2、单母线分段： 单母线分段接线图 单母线分段接线具有简单清晰，设备较少，投资较小，运行操作方便，且有利于 扩建等优点，并可提高供电可靠性和灵活性。对重要用户可以从不同段引出两回馈电 线路。由两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证 正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，两段母线同时故障的可能甚小，可以 不予考虑。分段的数目，取决于电源数量和容量。段数分得越多，故障时停电范围越

42、 小，但使用断路器数量也越多，且配电装配和运行也越复杂，通常以 23 段为宜， 这种接线广泛用于中、小容量发电厂的 610kv 接线和 6220kv 变电所中。 3、主接线的确定: 1、单母线接线与单母线分段相比较单母线 断路器台数 隔离开关台数 占地面积 优点 缺点 适用范围 12 台 16 台 占地面积较大 接线简单、清晰、设备小、操 作方便、 便于扩建、 投资较小 单母线分段 11 台 14 台 占地面积较小些 接线简单、 操作方便、 便于扩 建供电可靠性，灵活性较好 供电的可靠性，灵活性较差， 投资较大些，占地面积较大 不能满足、类用户需要 用于 6220kv 系统中只有一 台发电机或

43、一台主变， 且出线 不多的中、小型变电所 适用于 610kv 电压等级引 出线在 6 回以上的中、 小型变 电所中 2、主接线的确定 根据提供的原始资料，电力系统的发展，和用户的需求等几方面考虑，从近期及 远景的发展规划，经过比较确定采用两路10kv电源一用一备供电。两路10kv电源有两 路独立电源供给，高压侧为单母线分段联络接线，10kv 电源进线经一号独立变电所 采用放射式引线出至本所400v段和二号独立变电所及 1-5 号箱式变电所。各变电所 低压侧采用单母线接线。进出线均采用高压铠装电力电缆。该设计整个主接线网络采 用双电源放射式结构， 符合供电标准， 满足对负荷密度大， 供电要求较高

44、的基本要求。第 6 章 短路电流计算 6.1 概 述供配电系统中的短路， 是指相导体之间或相导体与地之间不通过负载阻抗而发生 的电气连接，是系统的常见故障之一。 1、短路电流的计算方法：由于电力系统供电的工业企业内部发生短路时，由于 工业企业内所装置的元件，其容量要小，而阻抗则较系统阻抗大得多，当这些元件遇 到短路时， 系统母线上的电压变动很小， 可以为电压维持不变， 即系统容量为无限大。 所以我们在这里进行短路电流计算方法，以无限大容量电力系统供电作为前提计算 的。 2、接线方式 计算短路电流时所用的接线方式， 应是可能发生最大短路电流的正常接线方式， 而不能用在仅切换过程中可能并联运行的接

45、线方式。 3、短路的种类 对中性点接地系统，可能发生的短路类型有：三相短路 k (3) 、两相短路 k (2) 、单 相短路 k (1) 和两相接地短路 k (1+1) 对中性点不接地系统，短路类型有：三相短路 k (3) 和两相短路 k (2) 。 具统计，从短路类型来看，单相短路或接地短路发生率最高；从短路发生的部位 来看，线路（尤其是架空线路）上发生短路或接地比例最大。我国的中压系统采用中 性点不接地系统，主要就是为了避免单相接地造成的停电事故。 6.2 短路电流计算一、 短路点选取： 因为本设计是 10kv 变电所设计，须对高压开关柜、低压开关柜及其内部各 种设备进行选取和校验，须对变

46、电所进行各种保护设计。考虑到以上因素，在各个变 压器高压侧、低压侧分别设置一个短路点。具体见短路电流计算等值电路图中所示。 二、短路电流计算分析： 本设计一次侧采用标幺值法，二次侧采用有名值法进行短路电流计算。设本系统 为无限大容量电力系统。 1、t1变压器：变压器的短路电压（阻抗电压）百分值： u k % = 4 1）、高压侧： 基准容量： s d =100 mva ,基准电压： u d 1 = u c1 =10.5 kv ,电缆线路长度： l=5 km ,电力线路没相的单位长度电抗平均值： x0 =0.08 /km 确定基准电流： i d 1 = sd 3u d 1 =5.5 ka sd

47、=0.36 u d21 * 电缆线路电抗标幺值： x wl = lx0 其等值电路为图 1： 等值电路图 1 求 k-1 点的短路总阻抗及三相短路电流和短路容量： * 总阻抗： x * ( k ?1) = x wl =0.36 三相短路电流周期分量有效值： i (3)?1) = k i d1 x * ( k ?1) =5.5/0.36=15.27 ka 其他三相短路电流： 对 l 较大的中、高压系统，取短路电流冲击系数： k sh =1.8，则 (3) i (3) = i = i (3)?1) =15.27ka k (3) ish = 2.55i (3)?1) =2.5515.27ka=38.

48、95ka k (3) i sh = 1.51i (3)?1) =1.5115.27ka=23.06ka k 三相短路容量： s(3)?1) = k sd x * ( k ?1) =100mva/0.36 =277.8mva 2)、低压侧： 电力电缆的阻抗（需折算到低压侧） ： x0 =0.08 /km x l = lx0 ( r0 =0.09 /km l=0.5km u c 2 =0.4kv uc2 2 /) =0.080.5(0.4/10.5) (0.4/10.5)=0.06m u c1 rl = lr0 ( uc2 2 /) =0.090.5 (0.4/10.5) (0.4/10.5)=0

49、.07 m u c1电力变压器的阻抗： rt = ?pk ( uc2 2 ) =5960(0.4/630) (0.4/630)=2.4m s nt xt = u k u c22 = (4/100) (0.4kv0.4kv/630kva)=10.16 m 100 s nt 绘制等值电路图为图 2： 等值电路图 2 得 k-2 点短路电路总阻抗为： r ( k ? 2) = rl + rt =0.07 m +2.4 m =2.47 m x ( k ? 2) = x l + x t =0.05 m +10.16 m =10.21 m （4） 、 i (3)? 2) k 求三相短路电流周期分量有效值

50、uc2 = =22.0ka 3 r 2 ( k ? 2) + x 2 ( k ? 2) （5） 、三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值 (3) i (3) = i = i (3)? 2) =22.0 ka k (3) ish = 1.84 i (3)? 2) =1.8422.0=40.84 ka k (3) i sh = 1.09 i (3)? 2) =1.0922.0 =23.98 ka k （6） 、三相短路容量 s(3)? 2) = 3u c 2 i (3)? 2) =1.7320.422.0=15.24 mva k k 2、t2 变压器： u k % = 4 1） 、高压侧短路电流

51、及短路容量与 t1 变压器相同，这里不再赘述。 2） 、低压侧： 电力电缆的阻抗（需折算到低压侧） ： x0 =0.08 /km r0 =0.09 /km l=0.5km rl = lr0 ( uc2 2 /) =0.090.5(0.4/10.5) (0.4/10.5)=0.07 m u c1 uc2 2 /) =0.080.5(0.4/10.5) (0.4/10.5)=0.06 m u c1 x l = lx0 ( 电力变压器的阻抗： rt = ?pk ( uc2 2 ) =4000(0.4/400) (0.4/400)=4.0 m s nt xt = u k u c22 =(4/100)(

52、0.4 kv0.4 kv /400 kva)=16 m 100 s nt (3)绘制等值电路图为图 3: 等值电路图 3 得 k-2 点短路电路总阻抗为： r ( k ? 2) = rl + rt =0.07 m +4.0 m =4.07 m x ( k ? 2) = x l + x t =0.06 m +16 m =16.06 m （4） 求三相短路电流周期分量有效值 、 uc2 i (3)? 2) = =13.9 ka k 2 3 r ( k ? 2) + x 2 ( k ? 2) （5） 、三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值 (3) i (3) = i = i (3)? 2) =1

53、3.9 ka k (3) ish = 1.84 i (3)? 2) =1.8413.9kv=25.58 ka k (3) i sh = 1.09 i (3)? 2) =13.9 kv1.09=15.15 ka k （6） 、三相短路容量 s(3)? 2) = 3u c 2 i (3)? 2) =1.7320.4 kv13.9 ka=9.63 mva k k 3、 t3 变压器、 t4 变压器： u k % =6 1） 、高压侧短路电流及短路容量与 t1 变压器相同，这里不再赘述2） 、低压侧： 电力电缆的阻抗（需折算到低压侧） ： x0 =0.08 /km rl = lr0 ( r0 =0.0

54、9 /km l=0.5km uc2 2 /) =0.090.5(0.4/10.5) (0.4/10.5)=0.07 m u c1 uc2 2 /) =0.080.5(0.4/10.5) (0.5/10.5)=0.06 m u c1 x l = lx0 ( 电力变压器的阻抗： rt = ?pk ( uc2 2 ) =12000(0.4/1600) (0.4/1600)=0.75 m s nt xt = u k u c22 =(6/100) (0.4 kv0.4 kv /1600 kva)=6 m 100 s nt 绘制等值电路图为图 4 等值电路图 4 得 k-2 点短路电路总阻抗为： r (

55、k ? 2) = rl + rt =0.07 m +0.75 m =0.82 m x ( k ? 2) = x l + x t =0.06 m +6 m =6.06 m （4）、 求三相短路电流周期分量有效值 u c2 i (3)? 2) = =37.74 kv k 3 r 2 ( k ? 2) + x 2 ( k ? 2) （5）、三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值 (3) i (3) = i = i (3)? 2) =37.74 ka k (3) ish = 1.84 i (3)? 2) =1.8437.74kv=69.44 ka k (3) i sh = 1.09 i (3)? 2) =37.74 kv1.09=41.14 ka k （6）、三相短路容量s(3)? 2) = 3u c 2 i (3)? 2) =1.7320.4 kv37.74 ka=26.17 mva k k 4