供配电设计 降压变电所设计

1、供配电系统设计供配电系统设计设计说明书设 计 题 目 某冶金机械修造厂降压变电所的电气设计 姓 名 学 号 姓 名 学 号 姓 名 学 号 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气 101 班 指 导 教 师 刘兴茂老师 2013 年 5 月前前 言言本文详细介绍了某冶金机械修造厂降压变电所的设计。文中对该变电所的负荷计算与变压器的选择、供电系统的拟定与短路计算、变电所电器设备的选择、继电保护方案的拟定与整定以及变电所的防雷与接地皆有详细的说明。特别对主接线的选择,变压器的选择,还有一些电气设备如断路器、电流互感器、电压互感器等的选择和校验作了详细的说明和分析。 本次设计的内容紧密结合实际，通

2、过查找大量相关资料，设计出符合当前要求的变电所。设计中除采用了一些固定方式的保护和常规保护，通过电力监控综合自动化系统，可以使变电站内值班人员或调度中心的人员及时掌握变电所的运行情况，直接对设备进行操作，及时了解故障情况，并且迅速进行处理达到供电系统的管理科学化、规范化，并且还可以做到与其他自动化系统互换数据，充分发挥整体优势，进行全系统的信息综合管理。 在本次设计中，得到了学校老师、同学的耐心指导和大量帮助，在此对他们表示衷心的感谢和崇高。关键词关键词: : 短路电流计算短路电流计算 继电保护继电保护 断路器断路器 ABSTRACTThis paper introduces soms coa

3、l mine 35kV substation design ground. In this paper, the load calculation and transformer substation of choice, power supply system with short circuit calculation, substation worked electical, relay protection scheme with setting and worked the lightning protection and grounding substation is detail

4、ed instructions. It also discusses the choice of main wiring, high pressure equipment and all kinds of the protection of relay, the calculation of load, short current and so on in detail, especially, the choice of main wiring, transformer and some electric equipment such as circuit breaker, current

5、and Voltage sensor. It shows main wiring of substation, the distribution of plane and some protection equipment of The design not only adopts some stable-form and general protections but also adopts PC protection. The synthetical automation system of electric power supervision, which can make worker

6、s on duty control the situation of substation timely, operate the equipments directly, know the breakdown and deal with it without delay, so that the system of power supply is scientific and standard in management. Whats more, it can exchange data with other automatic systems and give full play to w

7、hole advantage in order to manage information in all systems as a whole.KEYWORD: the calculation of short currentthe protection of relaycircuit breake项目组成员：日 期：目目 录录总页数：26 页1 1 负荷计算和无功功率补偿负荷计算和无功功率补偿11.1 负荷计算11.2 无功功率补偿22 2 变电所位置和型式的选择变电所位置和型式的选择23 3 变电所主变压器的选择变电所主变压器的选择33.1 负荷分级及供电电源33.2 电力变压器选择33.

8、3 变电所主接线电气设计44 4 短路电流计算与高低压电器选择短路电流计算与高低压电器选择54.1 短路电流计算54.2 高低压电器选择85 5 变电所电线电缆的选择变电所电线电缆的选择95.1 高压进线和引入电缆的选择95.2 变电所母线选择105.3 低压出线电缆选择106 6 变电所继电保护的整定变电所继电保护的整定167 7 防雷保护和接地装置的设计防雷保护和接地装置的设计187.1 雷电侵入波保护187.2 变电所公共接地装置的设计19参考文献参考文献20附录附录 A A 图纸图纸21附录附录 B B 评分标准及得分评分标准及得分221 1 负荷计算和无功功率补偿负荷计算和无功功率补

9、偿1.11.1 负荷计算负荷计算（1）单组用电设备计算负荷的计算公式1）有功计算负荷（单位为 kW）的计算公式： P30=KdPe2）无功计算负荷（单位为 kvar）的计算公式：Q30=P30tan3）视在计算负荷（单位为 kVA）的计算公式： S30=P30/cos4）计算电流（单位为 A）的计算公式： I30=S30/(1.732UN)（2）多组用电设备计算负荷的计算公式 P30=KpP30 Q30=KqQ30S30=P30/cosI30=S30/(1.732UN)根据上述公式及工厂负荷统计资料可得各厂房和生活区的负荷计算，如表 1-1所示。表 1-1 机械厂负荷计算表计算负荷编号名称类别

10、设备容量Pe/kW需要系数 KdcosP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1空气压缩车间动力3500.70.75245216.1326.7496.32模具车间动力3700.40.7148151.0211.4321.23熔制车间动力3600.30.5108187.1216.0328.24磨抛车间动力3000.80.7240244.8342.9520.95封接车间动力2500.350.6587.5102.3134.6204.56配料车间动力2000.30.556091.1109.1165.77综合楼照明1500.80.912058.1133.3202.68锅炉房1500.750.8

11、112.584.4140.6213.79生活区照明2200.70.915474.6171.1260.0合计235012751209.5 总计（380V 侧）Kp=0.8, Kq=0.850.7010201028.041448.192200.3 1.21.2 无功功率补偿无功功率补偿 表 1-2 无功补偿后工厂的计算负荷计算负荷项目cosP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A380V 侧补偿前负荷0.7010201028.041448.192200.3380V 侧无功补偿容量-630380V 侧补偿后负荷0.9321020398.041094.911663.60主变压器功率损耗0.

12、015S30=160.06S30=6610kV 侧负荷总计0.921036464.04112665由表 1-1 可知，该厂 380V 侧最大负荷时的功率因数只有 0.70，而供电部门要求该厂 10V 进线侧最大负荷是的功率因数不得低于 0.9。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此 380V 侧最大负荷时功率因数应稍大于 0.9，因此暂取 0.92 来计算 380V 侧无功补偿容量：Qc=P30(tan1-tan2)=1020tan(arccos0.70)-tan(arccos0.92)Kvar=612.0Kvar 查表 A-2 选 BW0.4-14-3 型，需要的数量为:n=Qcc/Q

13、N.C=612/14=44考虑到三相均衡分配，应装设 45 个并联电容，每项 15 个，实际补偿容量为45*14=630Kvar2 2 变电所位置和型式的选择变电所位置和型式的选择(1)变电所位置的确定：以厂区总平图的中心为坐标原点建立直角坐标系可以算出个厂房的坐标如下：1.（-3.8,-1.2）2.（-3.4，-1.0）3.（-1.5，2.9）4.（2.2,-1.1）5.（2.2,1.1）6.（2.3,3.0）7.（5.2，3.0）8.（5.2，1.1）生活区.（-5.5,2.9）根据负荷功率矩法可以确定负荷中心的坐标为：（-0.29，1.91）(2)由计算结果可知，工厂的负荷中心在 3 号

14、厂房的东南方向，考虑到方便进出线及周围环境情况，决定在 3 号厂房的东南侧紧靠厂房修建变电所，型式为车间附设型变电所。3 3 变电所主变压器的选择变电所主变压器的选择3.13.1 负荷分级及供电电源负荷分级及供电电源计算负荷总容量为 1448.19KVA二级负荷总容量为 632.4KVA3.23.2 电力变压器选择电力变压器选择一台主变压器1448.19,故选用 S9-1600/10两台主变压器，Sn（0.60.7）Sc=868.91-1013.73KVA 且 Sn559.5KVA（二级负荷计算总容量）故选用 S9-1000/10 变压器两台三相负荷基本平衡变压器连接组一般采用 Yyn0因为是

15、双回路进线，故选择由两台变压器对系统变压。3.33.3 变电所主接线电气设计变电所主接线电气设计（1）变电所高压电气主接线设计1）电气主接线形式及运行方式 采用一次侧双回路变压器组接线二次侧单母线分段接线。该回路具有以下优点：A、单母线。具有接线简单清晰、设备少、投资相对小、运行操作方便，易于扩建等优点， 但可靠性和灵活性较差，故不采用； B、单母线隔离开关分段。具有单母线的所有优点，且可靠性和灵活性相对有所提高，用隔 离开关分段虽然节约投资， 但隔离开关不能带负荷拉闸， 对日后的运行操作等带来相当多的 不便，所以不采用； C、单母线用断路器分段。具有单母线隔离开关分段接线的所有优点，而且可带

16、负荷切合开 关，便于日后的运行操作，可靠性和灵活性较高。2）开关柜型式及配置采用 KA-5 充气式负荷开关。3）所用电设计见电气图。4）电气主接线图绘制（2）变电所低压电气主接线设计1）电气主接线形式及运行方式采用单母线分段式接线。2）开关柜型式及配置采用 KA-5 充气式负荷开关3）电气主接线图绘制4 4 短路电流计算与高低压电器选择短路电流计算与高低压电器选择4.14.1 短路电流计算短路电流计算（1）绘制计算电路及选取短路计算点、（2）确定短路计算基准值设，即高压侧，低压侧100dSMVA1.05dcNUUU110.5dUkV，则 ，20.4dUkV111005.533 10.5dddS

17、MVAIkAUkV22100144330.4dddSMVAIkAUkV1）电力系统的电抗标幺值最大运行方式：最小运行方式：2）电力线路的电抗标幺值3）电力变压器的电抗标幺值 （4）计算 k-1 点（10.5kV 侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量1）总电抗标幺值最大运行方式：+=0.7588最小运行方式：+=0.9948）短路电流最大运行方式：Imax(1)=1/0.7588*5.5=7.248KA短路容量：Sk（1）max=131.787MVA最小运行方式：Imin(1)=1/0.9948*5.5=5.529KA短路容量：Sk（1）min=105.396MVA（5）计算 k-2 点

18、（0.4kV 侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量1）总电抗标幺值最大运行方式：+=3.0058最小运行方式：+=3.24482）短路电流最大运行方式：Imax(2)=1/3.0058*144=47.907KA短路容量：Sk（2）max=33.269MVA最小运行方式：Imin(2)=1/3.2448*144=44.379KA短路容量：Sk（2）min=30.819MVA以上短路计算结果综合如表 4-1 所示。表 4-1 短路计算结果三相短路电流/kA三相短路容量/MVA短路计算点运行方式 3kI 3I 3I 3shi 3shI 3kS最大7.2487.2487.24818.48213

19、.069131.787k-1最小5.5295.5295.52914.0999.969105.396最大47.90747.90747.90788.14962.33133.269k-2最小44.37944.37944.37981.65757.7430.8194.24.2 高低压电器选择高低压电器选择（1）10kV 侧一次设备的选择校验变电所 10kV 侧一次设备选择效验如表 4-1 所示。表 4-2 10kV 侧一次设备选择效验表选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度参数UNINI k (3)ish(3)I(3)2tima设备地点电气条件数据10kV65A7.248kA18.482kA63额

20、定参数UNeINeIocimaxIt2t高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA512高压隔离开关GN-10/20010KV200A25.5KA500高压熔断器RN2-1010KV0.5A50KA电压互感器S9-1000/1010KV/0.4KV电流互感器LQJ-1010KV100/5A31.8KA81避雷器 FS4-1010KV一次设备型号规格户 外 式 高 压隔离开关 GW4-15G/20012KV400A25KA500（2）380kV 侧二次设备的选择校验变电所 10kV 侧一次设备选择效验如表 4-3 所示。表 4-2 10kV 侧一次设备选择效验表选择校

21、验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度参数UNI30I k (3)ish(3)I(3)2tima设备地点电气条件数据3801663.6047.90788.1472754.10额定参数UNeINeIocimaxIt2t低压断路器DW15-4000/3D380400040电流互感器LMZJ1-0.55001500/5一次设备型号规格电流互感器LMZ1-0.5500100/5160/55 5 变电所电线电缆的选择变电所电线电缆的选择5.15.1 高压进线和引入电缆的选择高压进线和引入电缆的选择（1）10kV 高压进线的选择校验，采用 LJ 型铝绞线架空铺设，接往 10kV 公共干线。1) 按发热条件

22、选择。由及室外环境温度为 33，查看表30155.6N TIIAA8-35，初选 LJ-16,其 35时的，满足发热条件。9555.6alIAA2) 校验机械强度。查表 8-33，最小允许截面积为 35，因此 LJ-16 不2mm满足机械强度要求，选用 LJ-35。由于此线路很短不需要校验电压损失。（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆选择校验 采用 YJL22-10000 型交联聚乙烯绝缘的铝心电缆直接埋地铺设。1) 按发热条件选择。由及土壤温度为 25，查看表 8-30155.6N TIIAA43，初选电缆芯为 25的交联电缆。其2mm3090alIAI，满足发热条件。2) 校验短路热稳定

23、。按321，满足发热条件。2）校验电压损耗 由工厂平面图量得变电所至 1 号厂房距离约为80m，查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计） ，2120mm00.31Rkm75 C，又 1 号厂房的 P30=148KW，Q30=151KVAR，因此按式00.07X km得：NpRqXUU故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面CMW(3)22mint0.7547907mm545.90476imaAImmC由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要2120mmminA求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四2mm30022 10003 300 1 150

24、VLV 芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。(3)馈电给三号车间（熔制车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。22 10003 300 1 150VLV 1）按发热条件选择 由 I30=328.2A 及地下 0.8m 土壤温度，初选25 C缆芯截面，其，满足发热条件。2240mm30325alIAI2）校验电压损耗 由工厂平面图量得变电所至 1 号厂房距离约为40m，查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计） ，2120mm00.31Rkm75 C，又 1 号厂房的 P30=108KW，Q30=187KVAR，因此按式00.07X km得：NpRqXUU故满足允许

25、电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面CMW(3)22mint0.7547907mm545.90476imaAImmC由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要2120mmminA求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四2mm30022 10003 300 1 150VLV 芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。（4）馈电给 4 号厂房（磨拋车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。15013003100022VLV1）按发热条件选择 由 I30=520.9A 及地下 0.8m 土壤温度，查表25 C8-43，初选

26、缆芯截面，其，满足发热条件。2150mm30242alIAI2）校验电压损耗 由工厂平面图量得变电所至 4 号厂房距离约为110m，查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计） ，2150mm00.25Rkm75 C，又 4 号厂房的 P30=240KW，Q30=244.8KVAR，因此按式00.07X km得：NpRqXUU故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面CMW(3)22mint0.7547907mm545.90476imaAImmC由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要2120mmminA求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四2mm3

27、0015013003100022VLV芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。（5）馈电给 5 号厂房（封装车间）的线路，采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线 BLV-1000 型 5 根（包括 3 根相线、1 根 N 线、1 根 PE 线）穿硬塑料管埋地敷设。 1）按发热条件选择 由及环境温度为 33，查表 8-40，相线初选缆芯截面 185，30204.5IA2mm其，满足发热条件。 30278alIAI2）校验机械强度 查表 8-34 得，=2.5，因此上面所选的 185的minA2mm2mm导线满足机械强度要求。 3) 所选穿管线估计长 84m，而查表 8-38 得（按缆芯工作温

28、度00.18/Rkm50计） ，又热处理车间的, ，因00.081/Xkm87.5CPW102.3arCQkv此线路电压损失为 87.5(0.084 0.18)102.3 var (0.084 0.081)5.30.38kWkUVkV满足允许电压损耗 5%的要求。%(5.3/380 ) 100%1.4%5%alUVVU （6）馈电给 6 号厂房（配料车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。22 10003 300 1 150VLV 1）按发热条件选择 由 I30=204.5A 及地下 0.8m 土壤温度，查表25 C8-43，初选缆芯截面 185mm2，其，满足发热条件。2）

29、校验电30242alIAI压损耗 由工厂平面图量得变电所至 6 号厂房距离约为 102m，查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计） ，20mm5km/76. 00R75 C，又 4 号厂房的 P30=60KW，Q30=92.1KVAR，因此按式00.07X km得：NpRqXUU故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面CMW(3)22mint0.7547907mm545.90476imaAImmC由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要2120mmminA求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四200mm322 10003 300 1 150VL

30、V 芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。（7） 、馈电给 7 号厂房（综合楼）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。22 10003 300 1 150VLV 1）按发热条件选择 由 I30=204.5A 及地下 0.8m 土壤温度，查表25 C8-43，初选缆芯截面 185mm2，其，满足发热条件。30242alIAI2）校验电压损耗 由工厂平面图量得变电所至 7 号厂房距离约为165m，查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计） ，20mm5km/76. 00R75 C，又 4 号厂房的 P30=120KW，Q30=58.1KVAR，因此按式00.07X km得

31、：NpRqXUU故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面CMW(3)22mint0.7547907mm545.90476imaAImmC由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要2120mmminA求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四200mm322 10003 300 1 150VLV 芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。（8）馈电给 8 号厂房（锅炉房）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。22 10003 300 1 150VLV 1）按发热条件选择 由 I30=204.5A 及地下 0.8m 土

32、壤温度，查表25 C8-43，初选缆芯截面 185mm2，其，满足发热条件。2）校验电30242alIAI压损耗 由工厂平面图量得变电所至 8 号厂房距离约为 165m，而查得的铝芯电缆 R0=0.31/KM（按缆芯工作温度计） ，25mm275 C075. 00X，又 8 号厂房的 P30=112.5KW，Q30=84.4KVAR，因此按式km得：NpRqXUU故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面CMW(3)22mint0.7547907mm545.90476imaAImmC由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定2120mmmin

33、A要求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的200mm322 10003 300 1 150VLV 四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。(9)、馈电给生活区的线路 采用 BLX-1000 型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1）按发热条件选择 由 I30=334A 及室外环境温度为，查表 8-C3240，初选,其时的，满足发热条件。BLX-10002401C3230a455IAIl2）校验机械强度 ，最小允许截面积，因此2min10AmmBLX-1000满足机械强度要求。 24013）校验电压损耗 由图 3.1 所示工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约 156m，而由表 8-36

34、 查得其阻抗与近似等值的BLX-10002401LJ-240 的阻抗,，又生活区km/14. 00R30. 00XkmP30=154W，Q30=74.6Kvar，因此按式得：NpRqXUU故满足允许电压损耗的要求。6 6 变电所继电保护的整定变电所继电保护的整定（1）电源进线继电保护整定计算1）定时限过电流保护动作电流：启动电流：kdz.maxK1.25 1I7.24810.660.85zqfhKIKAK灵敏系数：、作为本条线路的近后备保护符合要求minlmdzI18.482K1.7331.5I10.66、作为相邻线路的远后备符合要求minlmdzI88.149K8.2691.5I10.66动

35、作时限：tttt1.50.50.52.5s 2）电流速断保护动作电流：3dzmaxII1.3 47.90762.28kkKA（）所以动作电流整定为 70A。灵敏系数：3es.max3minU /310.5 10 /3X0.33 3.50.85.53 10WLXI3es.min3axU /310.5 10 /3X0.33 3.50.57.248 10WLmXIm125. 13/U23X1Lmax.e0minkXIsdz）（符合要求%15%5 .37%100LL%Lminb动作时限：s0t（2）变压器继电保护整定计算1）定时限过电流保护动作电流：3 47.9071.05 16.35kA0.95 25gh Top kreljxrTAK IIKKK n 灵敏系数：,符合要求5 . 17 . 1min22opksenIIKkA20jxTAkopopKnII动作时限：s5 . 25 . 05 . 05 . 1tttt 2）电流速断保护动作电流：2 3 max47.9071.05 12.012kA25kop kreljxTAIIK Kn 灵敏系数：23 . 2min21 opksenIIKkA15jxTAkopopKnII符合要求动作时限：s0t7 7 防雷保护和接地装