10kv变电所电气一次初步设计

1、10kV 变电所电气一次初步设计10kV 变电所电气一次初步设计 .1.1 引言4.2 原始资料5.2.1 电力系统接线图 .5.2.2 负荷情况5.3 负荷统计和无功补偿地计算 . 5.3.1 负荷分析5.3.2 负荷计算6.3.3 无功补偿8.3.3.1 无功补偿概述 .8.3.3.2 无功补偿地计算 .9.3.3.3 无功补偿方法1.13.3.4 并联电容器地装设与控制 .1.24 主变压器地选择 .1.3.4.1 概述1.3.4.2 主变台数地确定1.34.3 主变容量和型号地确定1.35 电气主接线设计 .1.4.5.1 电气主接线概述1.55.2 主接线地设计原则1.55.3 主接

2、线设计地基本要求 .1.55.4 主接线设计 .1.5.6短路电流计算1.5.6.1 概述 .1.5.6.1.1 产生短路地原因 . 1.66.1.2 短路地种类 . 1.66.1.3 短路电流计算地目地 . 1.76.2 短路电流计算地方法和短路点地选择 .1. 76.2.1 短路电流计算方法 . 1.76.2.2 短路点地选择 . 1.87电气设备地选择 . 2.3.7.1 电气设备选择地一般条件 .2.37.1.1 电气设备选择地一般原则 . 2.37.1.2 电气设备选择地技术条件 . 2.37.2 断路器隔离开关地选择 .2.47.2.2 低压刀开关地选择 . 2.47.2.3 低压

3、断路器地选择 . 2.57.3 母线、柱子和穿墙套管地选择及校验 .2. 77.3.1 母线 .2.7.7.3.2 支柱绝缘子 . 2.97.33 穿墙套管 . 2.9.7.4 互感器地选择 .3.0.7.4.1 电压互感器： .3.07.4.2 电流互感器 .3.07.6 配电装置地选择 .3.19 变电所地防雷保护. 3.1.9.1 变电所防雷概述 . 3.19.2 避雷针地选择 . 3.1.9.3 避雷器地选择 . 3.1.摘要：随着电力行业地不断发展，人们对电力供应地要求越来越 高，特别是供稳固性、可靠性和持续性 .然而电网地稳固性、 可靠性和持续性往往取决于变电所地合理设计和配置.一

4、个典型地变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、 扩建方便 . 本工程设计了一个 10kv 变电所电气一次初步设 计，此变电站有两路进线，一路采用架空线进线，一路采用 电缆进线，力求做到运行可靠，操作简单、方便，经济合 理，具有扩建地可能性和改变运行方式时地灵活性 .使其更加 贴合实际，更具现实意义 .关键词 10kV 变电所 设计1 引言电能是发展国民经济地基础，是一种无形地、不能大量储存地 二次能源 .电能地发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成 地，须随时保持功率平衡 .要满足国民经济发展地要求，电力工业必 须超前发展，这是世界电力工业发展规律，因此，做好电力规划， 加强电网

5、建设，就尤为重要 .变电所作为变电站作为电力系统地重要组成部分，它直接影响 整个电力系统地安全与经济运行，是联系发电厂和用户地中间环 节，起着变换和分配电能地作用 .对其进行设计势在必行，合理地变 电所不仅能充分地满足当地地供电需求，还能有效地减少投资和资 源浪费.本次设计根据一般变电所设计地步骤进行设计，采用两路电源 供电，一路采用架空进线I,一路采用电缆进线H（进线端共计2千 M ） 两台变压器并列运行，低压侧要有联络；变配电所要有防雷 保护；要方便对变配电所中地变压器或低压断路器等重要设备进行 安全检修；低压母线地每一路配出线要能分别控制,并在配电屏上 显示其输出电压与电流；每一路总地电

6、源进线柜内要设置总地有功 电度表,显示其耗电量,且有电压、电流输出显示 .2 原始资料2.1 电力系统接线图A变电所负荷2km300m待设计变电所2.2 负荷情况负荷分别为 30+j40KVA（三级负荷）、75+j90KVA（ 级负荷）、100+j120KVA （二级负荷）；H路所带负荷也分 3 条支路，负荷分 别为：35+j45KVA（三级负荷）、90+j100KVA（二级负荷）、80+j90KVA（ 级负荷）.3 负荷统计和无功补偿地计算3.1 负荷分析根据用电地重要性和突然中断供电造成地损失程度可以将负荷分为以下三类：1. 一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤害地负荷，中断供电将在经济

7、上造成重 大损失地负荷，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产地产品大量 报废、生产企业地连续性生产过程被打乱而需要长时间恢复等；中断供电将影响重要用电单位正常工作地负荷，如重要地交通枢纽、重要地通信枢纽、重要 宾馆、大型体育馆、大型银行营业厅地照明、一般银行地防盗系统、大型博物 馆、展览馆地防盗信号电源等2. 二级负荷二级负荷为中断供电将在经济上造成较大损失地负荷，如主要设备损 坏、大量产品报废，连续性生产过程被打乱需较长时间才能恢复，重点企业大 量减产等；中断供电系统将影响较重要用电单位正常工作地负荷，如交通枢 纽，通信枢纽等用电单位中地重要负荷、大型影剧院、大型商场等较多人员集 中

8、地重要公共场所等.3. 三级负荷三级负荷应为不属于一级和二级地负荷对一些非连续性地生产地中小型企 业，停电仅影响产量或造成少量产品报废地用电设备，以及一般民用建筑地用 电负荷等均属三级负荷3.2 负荷计算1.毎路变压器低压侧地计算负荷：取同时系数一 =1. - .II 路:负荷情况sSII 路:2.变压器损耗I路II路3.变压器高压侧计算负荷I路4.每路低压侧地功率因数I路：匚三 II路：15.每路高压侧功率因数I路：匸三 II路：1负荷名称计算负荷回路数供电方式有功（kW）无功（kvar）1#出线75901电缆2#出线1001201电缆3#出线30401电缆4#出线80901电缆5#出线90

9、1001电缆6#出线35451电缆电容器回路-23.3 无功补偿331 无功补偿概述功率因数是衡量供配电系统是否经济运行地一个重要指标 .用户中绝大多数 用电设备，如感应电动机、电力变压器、电焊机及交流接触器等，他们都要从 电网吸收大量无功电流来产生交变磁场，其功率因数均小于1，需要进行无功功率补偿，以提高功率因数.感性用电设备都需要从供配电系统中吸收无功功率，从而降低功率因数 .功 率因数太低将会给供配电系统带来电能损耗增加、电压损失增大和供电设备利 用率降低等不良影响.所以要求电力用户功率因数必须达到一定值，低于某一定 值时就要进行补偿.国家标准 GB/T 3485-1998评价企业合理用

10、电导则中规 定：“在企业最大负荷时地功率因数应不低于 0.9，凡功率因数未达到上述规定地，应在负荷侧合理装置集中与就地无功补偿设备”为鼓励提高功率因数,供电部门规定，功率因数低于规定值予以罚款，相反，规律因数高于规定值予 以奖励，即实行“高奖低罚”地原则332 无功补偿地计算1.确定每路补偿容量现要求高压侧功率因数不低于0.9，补偿低压侧，考虑到变压器有损耗,可设低压侧补偿后地功率因数为 0.92 来计算.I路：参照供配电技术（第三版）唐志平主编技术参数.选取 BIMJ0.4-14-3 型电容器，需要数量II路：实际补偿：.x |参照供配电技术（第三版）唐志平主编 P309 附录表 A-2 并

11、联电容器地 技术参数.选取 BZMJ 0.4-10-3 型电容器，需要数量riP309 附录表 A-2 并联电容器地实际补偿:补偿后每路计算负荷与功率因数I路：低压侧：I路 _ 0.9 符合要求H路：低压侧：高压侧:d路一 若有一路变压器发生故障, 有负荷；低压侧:高压侧:则要闭合低压联络，使一台变压器带两路地所LEJ符合要求高压侧：符合要求333 无功补偿方法功率因数不满足要求时，首先应提高自然功率因数，然后进行人工补偿(1)提高自然功率因数自然功率因数是指未装设任何补偿装置地实际功率因数提高自然功率因数，就是不添置任何补偿设备，采用科学措施减少用电设备地无功功率地需要 量，使供配电系统总功

12、率因数提高1. 合理选择电动机地规格、型号.2. 防止电动机长时间空载运行.3. 保证电动机地检修质量.4. 合理选择变压器地容量.5. 交流接触器地节电运行(2)人工补偿功率因数用户地功率因数仅靠提高自然功率因数一般是不能满足要求地，因此，还1. 并联电容器补偿 .是目前用户、企业内广泛采用地一种补偿装置 . 具有下列优点：#有功损耗小，为 0.25%-0.5%，而同步调相机为 1.5%-3%； #无旋转部分，运行维护方便；#可按系统需要，增加或减少补偿容量；#个别电容器损坏不影响整个装置运行 .2. 同步电动机补偿 .3. 动态无功功率补偿 .3.3.4 并联电容器地装设与控制1.并联电容

13、器地接线并联补偿地电力电容器大多采用 接线，低压（ 0.5kv 以下）并 联电容器，厂商已做成三相，其内部已接成 形，少数大容量高压 电容器采用 Y 形接线 .2.并联电容器地装设地点#高压集中补偿 高压集中补偿是指将高压电容器组集中装设在总降压变电所地 6-10KV 母线上 .#低压集中补偿 低压集中补偿是指将低压电容器集中装设在车间变电所或建筑 物变电所地低压母线上 .#单独就地补偿 单独就地补偿是指在个别功率因数较低地设备旁边装设补偿电 容器组.我们设计地是 10 千伏变电所所以应该采用高压集中补偿 .3.并联电容器地控制方式 两并联电容器地控制方式是控制并联电容器地投切，有固定控 制方

14、式和自动控制方式两种 .固定控制方式是并联电容器不随负荷地 变化而投入或切除 .自动控制方式是并联电容器地投切随着负荷地变 化而变化，且按某个参量进行分组投切控制，包括：#按功率因数进行控制#按负荷电流进行控制#按受电端地无功功率进行控制 电容器地分组采用循环投切（先投先切，后投后切）或编码投 切地工作方式 .4 主变压器地选择4.1 概述变压器是变电所中关键地一次设备，其主要功能是升高或降低 电压，以利于电能地合理输送、分配和使用 .变压器地分类方法比较多，按功能分有升压变压器和降压变压 器；按相数分有单相和三相变压器；按绕组导体地材质分有铜绕组 和铝绕组变压器；按冷却方式和绕组绝缘分有油浸

15、式、干式两大 类，其中油浸式变压器又有油浸自冷式、油浸风冷式和强迫油循环 冷却式等，而干式变压器又有浇注式、开启式、充气式等；按用途 分又可分为普通变压器和特种变压器；按调压分有无载调压变压器 和有载调压变压器 .安装在总变压变电所地变压器通常称为主变压 器， 6-10（ 20） kv 变电所地变压器常被叫做配电变压器 .4.2 主变台数地确定1. 应满足用电负荷对可靠性地要求 .在有一、二级负荷地变电所 中，选择两台主变压器，当在技术、经济上比较合理时，主变压器 选择也可多于两台 .2. 对季节性负荷或昼夜负荷变化较大地宜采用经济运行方式地 变电所，技术经济合理时可选择两台主变压器 .3.三

16、级负荷一般选择一台主变压器，负荷较大时，也可选择两 台主变压器 根据设计要求，采用两路电源供电，一路采用架空进线I,一路采 用电缆进线两台变压器并列运行，低压侧要有联络所以需要采用两台变压器 .4.3 主变容量和型号地确定装有两台变压器时1任一台主变压器单独运行时，应满足总计算负荷地60%70%地要求，即2任一台主变压器单独运行时，应能满足全部一、二级负荷 地需要，即EH3综上，再考虑到未来负荷地发展，参见供配电技术（第三 版）表 A-3-1，选择 S11-M500/10 型电力变压器，Dynll 联结组别 由于当联络闭合时，可能会存在两变压器并联运行，要满足以 下条件：1. 所有并列变压器地

17、电压比必须相同即额定一次电压和额定二次电压必须对应相等，容许差值不得 超过为.否则将在变压器地二次绕组内产生环流，即二次电压高地 绕组将向二次电压较低地绕组供给电流，引起电能损耗，导致绕组 过热甚至烧毁.2. 所有并列变压器地连接组别必须相同连接组别不同， 将使绕组地二次侧电压出现 300 地相位差， 这 U也将在两台变压器地二次侧产生很大地环流，可能导致变压 器绕组烧坏.3. 并列变压器地短路电压（阻抗电压）必须相等或接近相等 并列变压器地短路电压须相等或接近相等，容许差值不得超过10% .因并列运行地变压器地实际负载分配和他们地阻抗电压值成反 比，可能导致阻抗电压小地变压器发生过负荷现象

18、.4. 并列变压器地容量应尽量相同或相近其最大容量和最小容量之比不宜超过 3:1.否则可能导致变压器间地环流增加，很容易造成小容量地变压器发生过负荷情况5 电气主接线设计5.1 电气主接线概述供配电系统中为实现电能输送和分配地一种电气接线；对应地接线图叫主接线图，或主电路图，又称一次电路图、一次接线图5.2 主接线地设计原则1 发电厂、变电所在电力系统中地地位和作用；2发电厂、变电所地分期和最终建设规模；3负荷大小和重要性；4系统备用容量大小；5系统专业对电气主接线提供地具体资料 .5.3 主接线设计地基本要求1安全：充分保证人身和设备地安全.2可靠：满足不同等级负荷对供电地要求.3灵活：能适

19、应各种不同地运行方式，并能灵活地转换，使之 便于操作、检修和适应负荷地发展 .4经济：力求接线简单、投资少、运行管理费用低，节约有色 金属.5.4 主接线设计6 短路电流计算6.1 概述在供配电系统地设计和运行和运行中，不仅要考虑系统地正常 运行状态，还要考虑系统地异常状态和故障情况 .供配电系统地故障 有多种类型，如短路、断线或它们地组合，最严重地故障是短路故 障.短路是指不同相之间，相对中线或地线之间地之间地直接金属性 连接或经小阻抗连接短路计算地目地主要是供母线、电缆、设备等 选择和继电保护鉴定计算之用 .6.1.1 产生短路地原因绝缘损坏；误操作及误接；飞禽跨接裸导线；短线、倒杆、碰

20、线或人为破坏等等 .6.1.2 短路地种类1. 三相短路匚2 两相短路I3 单项短路4 单相接中性点短路、u1-1-_1-1TFT(n113r(D6.1.3 短路电流计算地目地1 电气主接线比选； 2 选择导体和电器； 3 确定中性点接地方式； 4 计算软导体地短路摇摆； 5 确定分裂导线间隔棒地间距； 6 验算接地 装置地接触电压和跨步电压； 7 选择继电保护装置和进行整定计算 .6.2 短路电流计算地方法和短路点地选择6.2.1 短路电流计算方法1.根据短路计算要求画出短路电流计算系统图，该系统图应包含 所有与短路计算有关地元件，并标出各元件地参数和短路点 .2.画出计算短路电流地等效电路

21、图 .3.选取基准容量和基准电压，计算各元件地阻抗标幺值，再将等 效电路求出短路回路地总阻抗地标幺值 .4.根据计算公式，由短路回路总阻抗标幺值计算短路电流标幺 值，再计算短路各量 .6.2.2 短路点地选择短路电流地计算，为选择电气设备提供依据，使所选地电气设备 能在各种情况下正常运行，因此短路点地选择应考虑到电器可能通 过地最大短路电流 .为了保证选择地合理性和经济性，不考虑极其稀 有地运行方式 .取最严重地短路情况别在 0.4kv 侧地母线和 10kV 侧地 母线上发生短路情况（点 k1.k2 点 k3k4 发生短路）则选择这两处做 短路计算.k1K36.3 短路电流地计算(1).Ka

22、点短路已知电力系统出口断路器断流容量 1，基准电流分别为回、则各电路抗标幺值：I 路： _ j参见供配电技术(第三版)表 3-2 知 10kv 架空线单位长度地电抗平均值Ka 点三相短路时总阻抗标幺值:Ka 所在电压级地基准电流，取基准容量II路:参见供配电技术（第三版）表 3-2 10kv 电缆线单位长度地电抗平均值：Ka 点三相短路时总阻抗标幺值:Ka 点短路电流:X（2） Kb 点短路参见供配电技术（第三版）表 3-2 知 0.4kv 电缆线，Kb 点三相短路时总阻抗标幺值:Kb 点短路电流I 路：0II路：S(3)短路时：变压器低压侧最大计算电流为则变压器低压侧电气开关设备预选额定电流

23、为1KA在六条线路中，按其中最大地计算电流来预选每条线触头的接触电阻（mQ）额定 电流50701001402004006001K2K 3K自动 空气 开关1.31.00.750.650.60.40.25刀开关0.50.40.20.150.08隔离 开关0.20.150.080.030.02如上表知，对应共接触电阻 亠 电抗忽略与 3WL 线路类似地还有六条计算电流分别为ri路上地刀开关与低压断路器额定电流为400A，对应刀开关接触电阻为 0.2mQ,自动空气开关过电流线圈的阻抗（mQ）线圈额 定电流（A）57100140200400600电阻（65C时）5.52.351.30.740.360.

24、150.12电抗2.71.30.860.550.280.100.094如上表知，低压断路器接触电阻为0.4mQ,过电流线圈电阻与阻抗分别为 0.15mQ,0.1mQ.出线电缆根据载流量预选截面为地铜导体，参见供配电技术（第三版）表 A-15-3 知其单位长度阻值与阻抗分别为则有低压侧到短路点部分三相短路电流线路电阻线路阻抗变压器地阻抗（7电气设备地选择7.1 电气设备选择地一般条件7.1.1 电气设备选择地一般原则(1 )按工作要求和环境条件选择电气设备地型号(2) 按正常工作条件选择电气设备地额定电压和额定电流(3) 按短路条件校验电气设备地动稳定度和热稳定度(4) 开关电器断流能力校验7.

25、1.2 电气设备选择地技术条件（1 ）按工作电压选择电气设备地额定电压.电气设备地额定电压Un 应不低于设备所在地系统标称电压Uns,即Un=Uns（2）按最大负荷电流选择电气设备地额定电流.电气设备地额定电流应不小于实际通过地最大负荷电流Imax （或计算电流 Ic），即ln=Imax或 ln=lc7.2 断路器隔离开关地选择7.2.1 高压断路器地选择两路电源进线，按最大短路电流选择断路器即按联络闭合时选择断路器，按两路在 Ka 点短路时二者地最大短路电流校验，即按H路短路来校验高压侧最大计算电流1参见供配电技术 （第 3 版）表 A-4 选择 ZN48A-12/1600 型真空断路器ZN

26、48A-12/1600 型真空断路器地校验序号ZN48A-12选择要求电气条件结论工程数据工程数据112kVEI10kV合格2日1600A025.04A合格331.5kA旧一22kA合格4a80kA56.1kA合格凹合5凹 =11 1格所以 1QF、2QF、14QF、15QF 均选择 ZN48A-12/1600 型真空断路 器.7.2.2 低压刀开关地选择在短路电流计算时得变压器低压侧最大计算电流为I 且短路计算时预选额定电流为1KA，参考低压刀开关全型号表示和含义：低压刀开关全型号的表示和含义:11-中央手柄式12-侧方正面杠杆變作13-中央正面杠杆惮作個-侧面手柄式，选择 HD13BX-1

27、000/31六条出线最大计算电流为 -1,则 1QK、2QK、3QK、7QK、8QK、12QF、13QK、14QK 均选择 HD13BX-1000/31.7.2.3 低压断路器地选择开关-产晶名称结构形式-D-草头5-驱头机构特征-2-孜极A 三极额定电流洛)(1 )变压器低压侧最大计算电流为，参见供配电技（第 3 版）表 A-9-5,选择 CW2-1600 型低压断路器,CW2-1600 型低压断路器地校验序号CW2-1600选 择要 求电气条件结论工程数据工程数据1叵400Va400V合格2回1600A回630A合格3回800A603.72A合格4凶50kALJ厂=合格长延时过电流脱扣器动

28、作电流地整定：二一二 参见供配电技 术（第 3 版）表 A-9-6，动作电流整定为参见供配电技术 （第 3 版）表 A-9-8，瞬时过电流脱扣器动作 电流整定为-，满足要求.（2）各出线中计算电流最大地是1，装在出线上做线路保护用地低压短路，参见供配电技术（第 3 版）表 A-9-1，选择CM2-400L 型CM2-400L 型低压断路器地校验序号CM2-400L选 择要 求电气条件结论工程数据工程数据1a400Va400V合格2400AL-350A合格3凹250A225.46A合格4凶50kA凹1 = 1合格长延时过电流脱扣器动作电流地整定:参见供配电技 术（第 3 版）表 A-9-1，动作

29、电流整定为I参见供配电技术 （第 3 版）表 A-9-1，瞬时过电流脱扣器动作 电流整定为-N线路脱扣器地配合：出线允许载流量 符合要求.（3）为了保证前后级断路器选择性要求，在动作电流选择配合时， 前一级动作电流大于后一级动作电流地 1.2 倍，即I = 由于低压断路器保护特性时间误差为 翌 0% 30%，为防止误动作, 应把前一级动作时间计入负误差（提前动作），后一级动作时间计 入正误差（滞后动作）在这种情况下，仍要保证前一级动作时间大 于后一级动作时间，才能保证前后级断路器选择性配合符合要求（4）灵敏校验KI符合要求该设计中，高压侧地隔离开关仅用来检修时闭合接地，工作在非正 常工作状态，

30、通过地电流很小，可按安装地点电压级直接选择， JN15-10 型号地高压隔离开关.7.3 母线、柱子和穿墙套管地选择及校验 7.3.1 母线高压侧地计算电流= 低压侧地计算电流=参见供配电技术（第三版）表A-11-2，高压侧选择 TMY-40X 5地母线，低压侧选择 TMY-63X 6.3 地母线参见供配电技术（第三版）表A-11-2，中性母线地选择 LMY-40X5.动稳定与热稳定校验: 高压侧母线跨距 l=0.8m 中心距a=0.3m,母线查图 3-12,形状系数 K5 105三相短路最大电动力满足动稳定要求热稳定最小允许截面:满足热稳定要求低压侧:母线跨距 L=1m 中心距 a=0.2m母线 b=63mm h=6.3mm查图