机械厂10kV降压变电所电气设计原稿

1、摘要本文详细介绍了泰山机械10KV总降变电站的设计。主接线的选择、高压设备的选择、负载的计算、短路电流的计算、各种继电保护的选择、整定的计算等都进行了详细的说明。特别对主接线的选型、变压器的选型以及断路器、电流互感器、电压互感器等一些电气设备的选型和校验进行了详细的描述和分析。本次设计内容紧密结合实际，通过大量搜索相关资料，设计出符合当前要求的变电站。我得到了学校老师和同学们的耐心指导和很多帮助，在此向他们表示衷心的感谢和崇高的敬意。关键词：短路电流计算继电保护断路器目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc259002914 前言 PAGEREF _Toc2590

2、02914 h - 2 - HYPERLINK l _Toc259002915 1负荷计算和无功计算与补偿 PAGEREF _Toc259002915 h - 3 - HYPERLINK l _Toc259002916 1.1负荷计算和无功计算 PAGEREF _Toc259002916 h - 3 - HYPERLINK l _Toc259002917 1.2年用电量估算 PAGEREF _Toc259002917 h - 6 - HYPERLINK l _Toc259002918 2变电站位置和形式的选择 PAGEREF _Toc259002918 h - 7 - HYPERLINK l

3、_Toc259002919 3变电站主变台数、容量选择及主接线方案 PAGEREF _Toc259002919 h - 7 - HYPERLINK l _Toc259002920 3.1变电站主变台数的选择 PAGEREF _Toc259002920 h - 7 - HYPERLINK l _Toc259002921 3.2变电站主变容量选择 PAGEREF _Toc259002921 h - 7 - HYPERLINK l _Toc259002922 3.3变电站主接线方案的选择 PAGEREF _Toc259002922 h - 8 - HYPERLINK l _Toc259002923

4、4短路电流的计算 PAGEREF _Toc259002923 h - 8 - HYPERLINK l _Toc259002924 5变电站一次设备的选择与验证 PAGEREF _Toc259002924 h - 10 - HYPERLINK l _Toc259002925 5.1变电站高压一次设备的选型 PAGEREF _Toc259002925 h - 10 - HYPERLINK l _Toc259002926 5.2变电站高压一次设备标定 PAGEREF _Toc259002926 h - 11 - HYPERLINK l _Toc259002927 5.2.1设备动态稳定性验证 PAG

5、EREF _Toc259002927 h - 11 - HYPERLINK l _Toc259002928 5.2.2高压设备热稳定性验证 PAGEREF _Toc259002928 h - 12 - HYPERLINK l _Toc259002929 5.3变电站低压一次设备的选用 PAGEREF _Toc259002929 h - 13 - HYPERLINK l _Toc259002930 5.4变电站低压一次设备标定 PAGEREF _Toc259002930 h - 13 - HYPERLINK l _Toc259002931 6变电站高低压线路的选择 PAGEREF _Toc259

6、002931 h - 14 - HYPERLINK l _Toc259002932 6.1高压线路导体的选择 PAGEREF _Toc259002932 h - 14 - HYPERLINK l _Toc259002933 6.2低压线路导体的选择 PAGEREF _Toc259002933 h - 14 - HYPERLINK l _Toc259002934 7变电站二次回路方案选择及继电保护整定 PAGEREF _Toc259002934 h - 15 - HYPERLINK l _Toc259002935 7.1二次电路方案选择 PAGEREF _Toc259002935 h - 15

7、- HYPERLINK l _Toc259002936 7.2继电保护整定 PAGEREF _Toc259002936 h - 16 - HYPERLINK l _Toc259002937 8防雷接地装置的测定 PAGEREF _Toc259002937 h - 18 - HYPERLINK l _Toc259002938 8.1防雷装置的测定 PAGEREF _Toc259002938 h - 18 - HYPERLINK l _Toc259002939 8.2直接雷击的防治 PAGEREF _Toc259002939 h - 19 - HYPERLINK l _Toc259002940 8

8、.3雷击防护 PAGEREF _Toc259002940 h - 19 - HYPERLINK l _Toc259002941 8.4接地装置的确定 PAGEREF _Toc259002941 h - 19 - HYPERLINK l _Toc259002942 总结 PAGEREF _Toc259002942 h - 20 - HYPERLINK l _Toc259002943 至 PAGEREF _Toc259002943 h - 21 - HYPERLINK l _Toc259002944 附录 PAGEREF _Toc259002944 h - 23 - HYPERLINK l _To

9、c259002945 1 工厂供电电缆方案 PAGEREF _Toc259002945 h - 23 - HYPERLINK l _Toc259002946 2 变电站布置图 PAGEREF _Toc259002946 h - 24 - HYPERLINK l _Toc259002947 3变电站高压电气主接线图 PAGEREF _Toc259002947 h - 26 - HYPERLINK l _Toc259002947 4变电站低压电气 PAGEREF _Toc259002947 h 主接线图 - 26 -前言课程设计是教学过程中的一个重要环节。通过课程设计，可以巩固本课程的理论知识，掌

10、握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力。对电力行业的相关政策、导则和技术法规有一定的了解，并接受计算、制图、设计指导等方面的培训，为以后的工作打下基础。本设计可分为九个部分：负荷计算和无功计算与补偿；变电站位置和形式的选择；主变台数、容量选择及变电站主接线方案；计算短路电流；一次设备的选择和验证；变电站高低压线路的选择；变电站二次回路方案的选择和继电保护的整定；确定防雷和接地装置；经验和经验；附上参考资料。此外，还有设计图4（以附图形式给出），分别是：附图1厂区供电电缆规划图；附图2变电站规划图；附图3“变电站高压”电气主接线图”； 图4“变电站

11、低压电气主接线图”。由于设计师所掌握的知识深度和广度有限，本设计仍存在不完善之处。请各位老师和同学批评指正！1 负荷计算和无功计算及补偿台山机械厂负荷统计厂号电力单位名称负载性质设备容量/kw所需系数功率因数1库力量880.251.170.65照明20.801.02成型厂力量3380.351.020.70照明100.801.03锻造车间力量3380.251.170.65照明100.801.04金工车间力量3380.251.330.60照明100.801.05工具车间力量3380.251.170.65照明100.801.06电镀车间力量3380.500.880.75照明100.801.07热处理

12、车间力量1380.501.330.60照明100.801.08组装车间力量1380.351.020.70照明100.801.09机器商店力量1380.251.170.65照明50.801.010锅炉房力量1380.501.170.65照明20.801.0宿舍区照明4000.701.01.1 负荷计算和无功计算计算负荷时，采用需求系数法计算各车间，照明和电源部分分别计算，最后照明部分与宿舍区照明一起计算。具体步骤如下。仓库：动力部分，;照明部分， ;铸造厂：动力部分，;照明部分， ;锻造车间：动力部分，;照明部分， ;金属加工车间：动力零件，;照明部分， ;工具车间：动力部分，;照明部分， ;电

13、镀车间：动力部分，;照明部分， ;热处理车间：动力部分，;照明部分， ;装配车间：动力部分，;照明部分， ;机械车间：动力零件，;照明部分， ;锅炉房：动力部分，;照明部分， ;11.宿舍区照明， 。此外，所有车间的照明负载：取全厂同时系数为： ， ，计算的全厂负荷为：;无功补偿由上述计算，变压器低压侧的视在计算负载可得如下：此时低压侧的功率因数为：为了使高压侧的功率因数为0.90，补偿后的低压侧的功率因数应高于0.90，采取： 。将低压侧的功率因数从0.79提高到0.95，低压侧并联电容器的容量为：取： =480 ，则补偿后变电站低压侧的视在计算负荷为：计算电流变压器的功率损耗为：变电站高压

14、侧的计算负荷为：补偿后的功率因数为：满足（大于0.90）要求。1.2 年用电量估算年有功耗电量和年无功耗电量可按下式计算：年有功能耗：年无功消耗：结合工厂情况，年负荷利用小时数为4800h，取年平均有功负荷率和年平均无功负荷率。由此我们可以得到我们的工厂：耗电量： ；不耗电年耗电量： .2 变电站位置和形式的选择由于工厂有次要的重要负荷，考虑到供电可靠性的要求，采用两条进线，一条是10kV公用电力架空进线（中间有一根电缆接变电站）；联络线。变电站的形式由用电负荷和周围环境决定。根据变电站选址及形式选择规定和GB50053-1994的规定，结合工厂实际情况，在此单独设置变电站。方法。其设立地点见

15、图1厂区供电电缆规划图。变电站布置见图2“变电站平面图”。3 变电站主变台数、容量选择及主接线方案3.1 变电站主变台数的选择变压器的台数应根据负载特性和经济运行来选择。当满足下列条件之一时，应安装两台或多台变压器： 一次或二次负荷较多；季节性负荷变化大；集中负荷大。考虑到我厂的实际情况，考虑二次重要负荷供电的安全性和可靠性，选用了两台主变压器。3.2 变电站主变容量选择每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：任何一台变压器单独运行时，应满足：任何变压器单独运行时，应满足： ，即满足一次、二次负载的全部要求。代入数据得到： =(0.60.7)1169.03=(701.42818.32) 。考虑

16、到厂区气象数据（年平均气温为 ），选用变压器的实际容量：也满足使用要求，同时考虑到未来5至5年的负荷发展10 年，最初取= 1000 。考虑到安全性和可靠性问题，确定该变压器为SC3系列箱式干式变压器。型号：SC3-1000/10，主要技术指标如下表：变压器模型额定容量/额定电压/千伏连接组模型损耗/kW空载当前的%短路阻抗%高压力低压空载加载SC3-1000/10100010.50.4Dyn112.457.451.36（附：参考尺寸（mm）：长度：1760 宽度：1025 高度：1655 重量（kg）：3410）3.3 变电站主接线方案的选择方案一：高压侧和低压侧均由单母线分段。优点：母线经

17、断路器分段后，对于重要用户，可从不同母线段引出两路，两路供电；重要用户间断供电，不停电。缺点：检修一段母线或母线隔离开关时，必须将母线的出线断电；出线为双回线时，架空线经常交叉；展开时，需要向两个方向展开。方案二：带旁路的单母线段。优点：具有单母线段的所有优点，在断路器维修时不会中断对用户的供电。缺点：常用于大型电厂和变电站中心，投资高。方案三：高压采用单母线，低压采用单母线段。优点：当任一主变大修或故障时，可通过切换操作快速恢复整个变电站的供电。缺点：高压母线或供电线路维修或故障时，仍需对整个变电站断电。以上三种方案均能满足主要布线要求。三种方案虽然经济性最好，但可靠性比其他两种方案差；第二

18、种方案需要大量的断路器和复杂的接线，其经济性能相对较低。可怜的;采用方案一不仅满足负载供电要求，而且更加经济，因此本设计选用方案一。根据选定的接线方式，画出主接线图，见图3变电站高压电主接线图。4 短路电流的计算我厂供电系统示意图如图（1）所示。采用两条供电线路，一条为距厂区6km的支线变电站，经LGJ-185架空线（系统按供电计算），第一条安装的高压断路器分断能力主干线段为；另一条为邻近厂区高压联络线。接下来计算变电站高压10kV母线k-1点短路和低压380V母线k-2点短路的三相短路电流和短路容量我们工厂的。图1）采用标准单位法计算短路电流。(1) 确定参考值：采取, ,所以：计算短路中各

19、主要元件的单位电抗值：（忽略架空线到变电站的电缆电抗）电力系统电抗的标准单位值：架空线电抗的标准单位值：查手册，所以：3）电力变压器电抗的标准单位值：取自所选变压器的技术参数，因此：可以画出短路等效电路图如图（2）所示。图二）计算k-1点短路的单位值总电抗和三相短路电流和短路容量总电抗标准单位值：三相短路电流周期分量的有效值：其他三相短路电流：三相短路容量：(4)计算k-2短路总电抗和三相短路电流和短路容量的单位值总电抗标准单位值：三相短路电流周期分量的有效值：其他三相短路电流：三相短路容量：5 变电站一次设备的选择与验证5.1 变电站高压一次设备的选择- 电压侧采用长城电气生产的JYN2-1

20、0 (Z)型家用移动式交流金属封闭开关设备。本高压开关柜型号： JYN2-10 /4ZTTA（指令：4：初级程序号；Z：真空断路器；T：弹簧操作；TA：干热带）。其高压一次设备根据工厂需要选用，具体设备见图3变电站高压电气主接线图。主要设备：高压断路器：ZN24-10/1250/20 高压熔断器：RN2-10/0.5 -50电流互感器： LZZQB 6-10-0.5-200/5 电压互感器：JDZJ-10接地开关：母线型号：TMY-3 （50 4） ； TMY-3 (80 10)+1 (60 6)绝缘子型号：ZA-10Y 抗弯强度： 3.75kN（家用支柱绝缘子）从高压配电柜引出的10kV三芯

21、电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆，型号：YJV-3 50，不带钢铠装护套，电缆芯工作温度最高。5.2 变电站高压一次设备标定根据高压一次设备选型验证项目及条件，在根据电压、电流、电流分断能力选型设备的基础上，对选定的高压侧设备进行必要的动稳定性验证和热稳定性验证.5.2.1设备动态稳定性检查高压电器动态稳定性检查检查条件：由上述短路电流计算= ; = 。并找到选定的设备数据对比：高压断路器ZN24-10/1250/20 =50kA ，符合条件；电流互感器LZZQB 6-10-0.5-200/5 =79kA ，符合条件；JN-3-10/25接地开关=63 kA ，符合条件。绝缘子动态稳定性检查验证

22、条件：母线平放在绝缘子上，则：（其中=200mm； =900mm）。所以： =满足要求。母排动态稳定性检查标定条件： TMY母线材料的最大许用应力=140MPa。10kV母线短路电流= ; =三相短路时接收的最大电功率为： =母线弯矩：母线截面系数：三相短路母线应力计算：可以得到， =140MPa = ，满足动态稳定性的要求。5.2.2高压设备的热稳定性验证高压电器的热稳定性验证校准条件：查看产品信息：高压断路器： =31.5kA，t=4s；电流互感器： = 44.5 kA，t=1s；接地开关：= 25kA ，t=4s。取, = ，并将数据代入上述公式。经计算，以上电器满足热稳定性要求。高压母

23、线热稳定性验证校准条件：A =查看产品资料，得到铜排的C=171 ，拿去。母线段：A=50 4 =200最小内容截面：因此， ，母线满足热稳定性要求。3）高压电缆的热稳定性验证检查条件：A =最小内容截面：选用电缆YJV-3 50，电缆满足热稳定性要求。5.3 变电站低压一次设备的选择低压侧也采用长城电气生产的GGD2低压开关柜。选用的主要低压一次设备见图4“变电站低压电气主接线图”。一些主要设备：低压断路器：NA1型智能万能断路器、TMS30型塑壳无闪络智能断路器低压熔断器：NT系列电压互感器：JDZ1系列电流互感器：LMZJ1、LMZ1系列母线型号：TMY-3 (80 10)+1 (60

24、6)绝缘子型号：ZA-6Y 抗弯强度： 3.75kN（家用支柱绝缘子）另外，无功补偿柜选用两台GCJ1-01型柜，采用自动补偿，满足补偿要求。5.4 变电站低压一次设备标定由于低压一次侧设备按低压一次设备选型验证项目及条件选型，故无需对熔断器、刀闸、断路器进行验证。低压电流互感器、电压互感器、电容器及母线、电缆、绝缘子等校验项目与高压侧相应电器相同。这里只列出低压母线的标定： 380kV侧母线动稳定标定：标定 测试条件：TMY母线材料的最大许用应力=140MPa。380kV母线短路电流= ; =三相短路时接收的最大电功率为：母线弯矩：母线截面系数：三相短路母线应力计算：可以得到， =140MP

25、a = ，满足动态稳定性的要求。380V侧母线热稳定性验证：验证条件：A =查产品资料，得到铜排的C=171 ，拿去。母线段：A=80 10 =800最小内容截面：因此，满足热稳定性要求。6 变电站高低压线路的选择为保证供电的安全性、可靠性、质量和经济性，在选择电线电缆时应满足以下条件：发热条件；电压损失条件；经济电流密度；机械强度。根据设计经验：一般10KV及以下的高压线路和低压电力线路，通常根据受热情况选择电线电缆的截面，然后检查电压损失和机械强度.对于低压照明电路，由于对电压等级要求较高，通常根据内容的电压损失进行选择，然后验证加热条件和机械强度。6.1 高压线路导体的选择一段交联聚乙烯

26、绝缘电力电缆YJV-3 50作为引入线（直埋）。高压主接线如图3所示。高压侧计算电流选用电缆的内容载流量：满足加热条件。6.2 低压线路导体的选择TN-CS系统用于进入各车间的电线布线；变电站到各车间和宿舍区的供电采用地埋电缆，电缆采用VV22铜芯交联聚乙烯钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆绝缘，根据车间负荷不同，截面不同。电线电缆截面的选择满足条件：满足加热条件的相线段的选择，即；中性线（N线）截面选择，这里用的一般三相四线就满足了；保护线（PE线）截面选择当, ;小时，小时，对于保护中性线（PEN）的选择，取（N线）和（PE）的最大横截面。结合计算得到的负荷，变电站到各车间的低压电缆模型可得如下

27、：电镀车间：VV22-1KV-3120+170两台并联；铸造厂：VV22-1KV-3240+1120锅炉房：VV22-1KV-3120+170锻造车间：VV22-1KV-3150+195；金工车间：VV22-1KV-3185+195工具车间：VV22-1KV-3150+195热处理车间：VV22-1KV-3150+195装配车间：VV22-1KV-370+150机修车间：VV22-1KV-350+135仓库：VV22-1KV-325+116宿舍区：VV22-1KV-3185+195并联；另外，送至各车间的照明电路采用：铜芯聚氯乙烯绝缘线BV型。7 变电站二次回路方案的选择及继电保护的整定7.1

28、 二次电路方案选择二次回路电源选择二次回路工作电源分为直流电源和交流电源。电池组供电的直流工作电源有腐蚀性，有爆炸的危险；整流装置供电的直流工作电源安全性高，但经济性较差。考虑到交流工作电源可以大大简化二次电路，投资大大减少，工作可靠，维护方便。此处使用交流工作电源。高压断路器的控制和信号电路高压断路器的控制电路取决于操作机构的形式和操作电源的种类。结合上述设备和电源的选型，采用弹簧操动机构的断路器控制和信号回路。电气测量仪器和绝缘监测装置这里根据GBJ63-1990的要求，选择合适的电测仪表，并使用相应的绝缘监测装置。10KV电源进线：电能计量柜内装有有功电能表和无功电能表；为了了解负载电流

29、，安装了电流表。变电站每条母线上：安装电压表测量电压，安装绝缘检测装置。电力变压器高压侧：安装电流表一只，有功电能表一只。380V电源线和变压器低压侧：各安装一个电流表。低压电源线：安装电流表一只。电气测量仪器和绝缘监测装置在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次性重合闸型）和备用电源自动输入装置（APD）。7.2继电保护整定继电保护需要选择性、快速性、可靠性和灵敏度。因为我厂高压线不是很长，容量也不是很大，所以继电保护装置比较简单。线路相间短路保护主要采用带时间限制的过流保护和瞬时动作的电流速断保护；线路单相接地保护采用绝缘监测装置，安装在变电站高压母线上，对信号进行操作。继电保护

30、装置接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的动作方式采用交流操作电源中的“去分励脱扣”动作方式（接线简单、灵敏可靠）；带时间限制的过流保护采用反时限过流保护装置。型号使用 GL-25/10。优点是：继电器数量大大减少，同时可实现电流速断保护，可采用交流操作，操作简单经济，投资大大减少。本设计在变压器上安装了过流保护和速断保护装置；低压侧采用相关断路器，实现三级保护。1）变压器继电保护变电站配备两台10/0.4 1000变压器。高压侧继电保护电流互感器低压母线侧三相短路电流为200/5A。以下是设置继电器的动作电流、动作时限和速断电流倍数。a) 过流保护动作电流的设定：,因此，其工作电流：

31、工作电流设置为 9A。b) 过流保护动作时限的设定由于该变电站为终端变电站，其过流保护动作电流的 10 倍动作时限设定为。c) 电流速断保护速断电流倍数设置取，则其速断电流为：因此，速断电流倍数设置为： 。2）10KV侧继电保护此处选择 GL-25/10 继电器。计算数据由以上条件得出：变压器一次侧过流保护的10次动作时限设置为0.5s；过流保护采用两相二继电器式接线；高压侧线首端三相短路电流为2.614kA；变比为 200/5A 保护电流互感器的工作电流为 9A。以下是高压母线过流保护装置的设置。 （高压母线继电保护用电流互感器变比为200/5A）设置工作电流, , ,所以,根据 GL-25

32、/10 继电器的规格，工作电流设置为 7A。设置动作时限：母线的三相短路电流反映在：的倍数，即：由“反时限过流保护动作时限设定曲线”确定的实际动作时间： =0.6s。实际行动时间：母线的三相短路电流反映在：的倍数，即：因此，由 10 倍动作电流的动作时限曲线得到的动作时限为： 。3）0.38KV侧低压断路器保护设定项目：(a) 瞬时过电流脱扣器动作电流整定：满足：通用断路器为1.35； 2 到 2.5 用于塑壳断路器。(b) 短延时过电流脱扣器动作电流及动作时间设定：满意度：拿1.2。此外，还应满足前后保护装置的选择性要求，前者保护动作时间至少比后者多一步0.2s（0.4s、0.6s）。(c)

33、 长延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定：满意度：拿1.1。(d) 过电流脱扣器与被保护电路的配合要求：满意度：绝缘电线电缆内容短时过载倍数（瞬时和短延时过电流脱扣器，一般取4.5；长延时过电流脱扣器，取1.11.2）。(e) 热脱扣器动作电流的设定：满意度：取1.1，一般应通过实际操作来检查。低压侧NA1、TMS30系列低压断路器可根据上述设置要求并参考相关产品资料进行设置，此处不再详述。8 防雷接地装置的确定8.1 防雷装置的确定闪电引起的大气过电压会对电气设备和变电站建筑物造成严重损坏。因此，变电站必须采取有效的防雷措施，以确保电气设备的安全。根据以下情况选择防雷装置。8.2 直接雷

34、击的防治根据变电所内雷击物体的分类，变电所内的建筑物应配备直接防雷装置。在进线1km长度内进行直接防雷。防止直接雷击的常用设备是避雷针。选用的避雷器：接闪器采用直径圆钢；引下线采用直径圆钢；接地体采用三根2.5m长的角钢打入地下与引下线并联。8.3 雷电入侵防护由于雷电入侵波常见且有害，因此对其进行保护非常重要。对于变电站，雷电侵入波保护采用阀式避雷器保护与阀式避雷器配套的进线；为了保护变电站中的变压器和电气设备，在配电装置中放置了阀门避雷器。8.4 接地装置的确定接地装置是接地线与接地体的组合，根据工厂实际情况选择接地装置：交流电气设备可采用自然接地体，如钢筋、金属管等。建筑物。我厂大型接地体采用扁钢制作。经验证，截面选择为，厚度为。铜接地线截面的选择：低压电气设备接地的裸露部分的