10KV变电站电气设计

10KV变电站电气设计

室内变电站电气部分设计农村10kV室内变电站电气部分设计

第一章绪论

一、设计目的贯彻实施集给化管理，统一建设标准，统一设备规范，便利设备招标，提高工作效率，便利运行维护，加快设计评审进度，降低变电站建设和运行成本。二、设计原则开展10KV变电站典型设计的原则是：平安牢靠、技术先进、投资合理、标准统一、运行高效，努力做到统一性与牢靠性、经济性、适应性、敏捷性、先进性、时效性和和谐性的协调统一。（1）统一性：建设标准统一，基建和生产标准统一，外部形象体现国家电网公司企业文化特征。（2）牢靠性：主接线方案平安牢靠，典型设计模块重新组合后的方案仍能保证平安牢靠。（3）经济性：根据企业利益最大化原则，综合考虑工程初期投资与长期运行费用，追求设备寿命期内最佳的企业经济效益。（4）适应性：综合考虑不同地区的实际状况，要在公司系统中具有广泛的适用性，并能在肯定时期内，对不同规模，不同形式，不同外部条件均能运用。（5）敏捷性：模块划分合理，接口敏捷，组合方案多样，规模增减便利；编制基本模块和子模块的概算，便于在实际工程中依据需要调整概算。（6）先进性：设备选择先进合理，占地面积小，注意环合，各项技术经济可比，指标先进。

（7）时效性：建立典型设计滚动修订机制，随着电网进展和技术进步，不断更新，补充和完善典型设计。(8)和谐性：变电站整体进展状况与变电站周边人文地理环境协调统一。

其次章电气一次部分设计

第一节主变的选择1.1、主变容量的确定1.1.1、主变压器容量一般按变电所建成后5—10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10—20年的负荷进展，对于农村室内变电所，主变压器容量应与城市规划相结合，与城市保持同轨。1.1.2、依据变电所所带负荷的性质和电网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的力量后的允许时间内，第1页

电力工程系毕业设计（论文）应保证用户的一级和二级负荷，对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器应能保证全部负荷的70%—80%。1.1.3、同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应以全网动身，推行系列化标准化，所以，本设计采纳容量为2500kVA的变压器。1.2、主变台数的确定1.2.1、对农村的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的状况下，变电所以装设两台主变为宜。1.2.2、对于规划只装设两台主变的变电所，其变压器基础宜接大于变压器容量的

1—2级设计，以使负荷进展时更换变压器的容量。1.3、主变相数的选择当不受运输条件限制时，农村10kv室内变电所，均应选用三相变压器。1.4、绕组数量的选择1.4.1、在具有三种电压的变电所中，如通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器的15%以上容量，但在变压器的15%以上，低压侧无负荷，在变电所装设无功补偿设备时，主变宜采纳三绕组变压器。1.4.2、变压器一般应选用三绕组变压器，其低压绕组可接高压T，用起动1备用变压器或无功补偿装置。1.5、绕组的连接方式的选择1.5.1、各侧阻抗值的选择必需从电力系统稳定、继电爱护、潮流方向、无功安排、短路电流、系统内的调压手段和并联运行待方面进行综合考虑。1.5.2、对三绕组的一般型和自耦型变压器，其最大的阴抗是放在高、中、低，还是高、低侧，必需按上述1原则来确定。1.6、变压器调压方式的选择对于10KV及以下的变压器，家考虑到至少有一级电压的变压器宜采纳有裁调压方式。1.7、依据以上要求及设计要求，所选变压器参数如下：1）型式：三相三绕组自冷有裁调压变压器。型号：S11-2500/102）容量：2500kVA3）额定电压：10×±1.25%kV/0.4kV4）阻抗：6.28%连接组别：DYN11其次节电气主接线设计2.1、对电气主接线的要求电气主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，它直接影响运行的牢靠性、敏捷性，并对电器选择、配电装置布置、继电爱护、自动装置和掌握方式的拟定都有打算性关系。依据电力工业设计阅历的积累和发电厂、变电站实际运行的阅历，为满意电力系统的需要，对电气主接线提出了以下基本要求：（1）投资少、运行费用低，有扩建的可能性。（2）接线应力求简洁、清楚、操作简便；（3）运行敏捷、设备投、停便利、检修、隔离、维护便利；（4）保证对用户供电必要的牢靠性；2.2、电气主接线的形式电气主接线的基本组成是电气设备，基本环节是：电源、母线和出线。当电源数和出线数不第2页

电力工程系毕业设计（论文）相等时，为了便于电能的汇合和安排，彩母线作为中间环节，可使接线简洁清楚，有利于扩建，运行便利。但加装母线后，配电装置占地面积较大，使用断路器等设备较多。若不要汇流母线，电气主接线占地面积及断路器数会削减、投资也小，但其只适用于进、出线回路少，不需再扩建的电厂或变电站。电气主接线的基本接线形式依据是否采纳母线，分为有母线和无母线两大类。有线线类：单母线及单线分段接线、双母线及双母分段接线、单线性或双母

线带旁路接线、一个半断路器接线等。无母线类：多角形接线、桥形接线、发电机——变压器单元接线、发电机——变压器——线路组单元接线等。2.3、电气主接线的比较选择本设计基本条件：10KV出线：给期16回，本期8回。为满意本次设计要求，本设计的接线方式选择如下：2.3.1、10kV侧的接线设计方案一：单母线分段接线

①接线特点：母线按电源的数目和功率，电网的接线及运行方式分段，通常以2—3段为宜，段数分得越多，故障时停电范围越小，但使用断路器的数量亦越多，配电装置和运行也越简单。②优缺点分析：单母分段接线的优缺点是：A、母线发生故障时，仅故障母线停止工作，非故障段仍可继续运行；B、对双回重要用户，将双回线路分别接于不同的段上，以保证对重要用户的供电；C当一段母线故障或检修时，将使该母线段电源，出线全部停电，削减了系统的发电量，该段单回出线用户停电；D、任一出线的断路器检修时，该回路必需停电。③适用范围：一般来说单母线分段接线应用在电压等级为6—10KV，出线在6回及以上时，每段所接容量不宜超过25MW。方案二：单母线分段带旁路母线

第3页

电力工程系毕业设计（论文）

①接线特点：在出线隔离开关外侧，加装一条旁路母线，每一回出线通过一旁路隔离开关与旁母相连；在每段汇流母线与旁母之间加装一台断路器，组成专设旁路断路器的接线。②优缺点分析：单母分段带旁路母线的优点是：简洁、清楚、操作便利、易于扩建；当检修出线断路器时可不停电检修，其缺点是：当汇流母线检修或故障时，该段母线将全部停电。③适用范围：10KV电压等级，当有不允许停断路器的要求时，可设置分段断路器兼旁路断路器的旁路母线接线。通过比较方案一比方案二好。2.4、综上述，单母分段带旁路母线牢靠性高，但投资占地面积大；双母线开关操作频繁、危险性大，且占地面积大、投资大。所以，通过各个方面的比较，本设计10kV侧选择单母线分段接线。2.5、中性点的接地方式10KV中性点采纳不接地方式，不装设消弧线圈。第三节短路电流计算3.1、短路电流计算和分析的目的考虑到短路故障对电力系统运行的严峻危害性，为了保证系统的正常运行，在设计和运行中应使电力系统能克服短路故障造成的危害。为此，要进行一系列的短路电流计算，为选择电力系统的接线方式和电气设备选择和整定继电爱护装置等预备必要的技术数据。3.2.1、出名值的归算计算各元件有各值电抗时，必需把不同电压等级各元件的电抗归算到同一电压

等级，然后才能作出整个电力系统的等值电路，其参数归算过程如下：（1）选基本级

（2）确定变比：精确归算：K=

基本给侧的额定电压待归算级侧的额定电压

近似归算：K=

基本级侧的额定电压vlavB=待归算级侧的电网的平均额定电压vlav

第4页

电力工程系毕业设计（论文）（3）参数归算3.2.2、标么值的归算方法一：先出名值归算后取标么值。先将网络中各待归算级的各元件参数的出名值归算到基本级上，然后再除以基本级与之对应的基准值，得到标么值。方法二：先基准值归算，后取标么值。先将基本级的基准值，归算到各待归算级，然后再用归算级的参数除以归算准值，得到标么值参数。3、3、短路电流计算

D1I110kVD235kVIID310kV

解：1）取基准容量SB=100MVA，基准电压取各级平均额定电压，即UBI=115KV，UBⅡ=37KV，UBⅢ=10.5KV。2）、计算各元件电抗标么值，作出等值电路图：变电器T1、T2的电抗为：

x1=x2==

211UTNSB(uk12%+vIR31%UK23%)×22100STINUBI

111102100×(10.5+17.56.5)×××2100501152≈0.2

x3=x4=

U2N11SB(uk12%+vk23%UK31%)×T22100ST∏NUBC

111102100=×(17.5+6.510.5)×××2100501052≈0.14

0.2=0.12则有：0.14x7=x511×6==0.072xT=x111x2=

3)①当D1点发生三相短路时

xf1=xG1+x2x=0.058+0.0454≈0.1

第5页

电力工程系毕业设计（论文）

短路基准电流IB=

SB3UAV

=

1003×115

=0.502KA

因系统为无限大容量电源，故它供应的三相短路电流周期重量不衰减，即I’’=I=5.02KA；故障点远离发电厂，故冲击系数kim=1.8。冲击电流ich=kim(2I''=1.8×2×5.02=12.78(KA))①当D2点发生三相短路时：Xf2=xf1+xt=0.1+0.1=0.2短路基准电流IB=

SB3nav

=

100=1.56KA）（3×37

次暂态电流I’’=

11IB=×1.56=7.8(KA)xf20.2

因系统为无限大容量电源，故它供应的三相短路电流不衰减，I’I∞=7.8KA；故障点’=远离发电厂，冲击系数kim=1.8。冲击电流ich=kim·(2I'')=1.8×2×7.8=19.85(KA)②为D3点发生三相短路时：Xf3=xf2+x8=0.2+0.07=0.27短路基准电流电流IB=

SB100==5.5(KA)3N3×10.5

次暂态电流I''=

11IB=×5.5=20.37(KA)xf30.27

因系统为无限大容量电源，故它供应的三相短路电流不衰减，I''=I∞=20.37KA；故障点远离发电厂，冲击系数kim=1.8；冲击电流ich=kim(2I'')=1.8×2×20.37=51.85(KA)4)短路电流计算结果表短路点I″（KA）

I∞(KA)

5.027.820.37

ich(KA)

D1D2D3

5.027.820.37

12.7819.8551.85

第4节设备选择4.1、电气设备和载

流导体选择的一般条件4.1.1、按正常工作条件选择电器（1）依据额定电流选择。电器的额定电流In不应小于安装回路的最大工作电流Imax，即In≥Imax。不同工作回路的最大工作电流计算方法如下：同步发电机、调相机、三相电力变压器最大工作电流为额定电流值的1.05倍；电动机的最大工作电流为其额定电流值。第6页

电力工程系毕业设计（论文）（2）依据额定电压选择，依据额定电压选择电器时应满意以下条件：电器的额定电压un不小于电器装设点电网的额定电夺unc，即un≥unc。4.1.2、校验热稳定、动稳定和开断电流短路电流通过电器时，会引起电器温度上升，并产生巨大的电动力，校验电器和载流导体的热稳定、动稳定和开断力量应考虑到各种短路最严峻的状况。（1）校验开断电流：额定开断电流Ikd应大于I″，即Ikd≥I″。（2）校验热稳定，为保证电器的热稳定，在选择电器时满意电器所允许的热效应

It2×t≥QK。

（3)校验动稳定。为保证电器的最大三相冲击短路电流ich的条件即ip≥ich；4.1.3、依据机械负荷选择依据机械负荷选择电器时，要求电器端子的允许机械负荷不小于电器引线在正常和短路时所承受的最大作用力。4.1.4、按电器工作的特别要求校验依据各种电器的工作特点、用途等进行特别项目的校验。4.2、设备的选择与校验4.2.110KV电气一次设备的选择短路电流计算时间：主变进线侧tjs=1.5s主变出线侧xjs=0.5s且出线侧10KV变压器容量Snmax=16000KVA1、断路器的选择主变进线侧电压条件UN≥UNC=10KV

50000

电流条件IN≥Imax=

3×110

×1.05=3031A

初选型号ZN-10/3150-40型号额定电压/KV10最高工作电压/KV4.5额定电流/A3150额定开断电流/KA40动稳定电流峰值/KA100热稳定电流/KA40(2s)

ZN-10/3150-40

校验：①校验开断电流Ikd=40＞I’’=20.37，满意条件Ikd≥I’’；②校验动稳定ip=100＞ich=51.85，满意条件ip≥ich

2③校验热稳定QK=I∞·t=20.37×1.5=622.4(KA·S)

22

2

2

2

It×t=40×2=3200(KA·s)

2满路条件I∞×t≥QK

综上述，所选断路器型号IN-10/3150-40符合要求主变出线侧电压条件UN≥UNC=10KV

16000

电流条件IN≥Imax=

3×10

=923.7A

初选型号ZNS-10/1250-25第7页

电力工程系毕业设计（论文）型号额定电压/KV10最高工作电压/KV11.5额定电流/A1250额定开断电流/KA25动稳定电流峰值/KA63热稳定电流/KA25(2s)

ZN-10/1250-25

校验：①校验开断电流Ikd=25＞I’’=20.37，满意条件Ikd≥I’’；②校验动稳定ip=63＞ich=51.85，满意条件ip≥ich

2

22

③校验热稳定It×t=25×2=1250(KA·s)QK=I

∞·t=20.37×0.5=207.5(KA·S)满路条件I∞×t≥QK综上述，所选断路器型号IN5-10/1250-25符合要求2、隔离开关的选择主变出线侧电压条件UN≥UNC=10KV电流条件IN≥Imax=3031A初选型号GN2-10G/3150型号XGN2-35额定电压/KV35额定电流/A1600动稳定电流/KA31.5热稳定电流/KA16(2s)

22

22

校验：①校验动稳定ip=125＞ich=51.85，满意条件ip≥ich

2

22

②校验热稳定It×t=50×2=5000(KA·s)

2QK=I∞·t=20.37×1.5=622.4(KA·S)

22

满意条件I∞×t≥QK综上述，所选隔离开关型号GN2-10G/3150符合要求主变出线侧电压条件UN≥UNC=10KV电流条件IN≥Imax=923.7A初选型号GN2-10/1000型号GN2-10/1000额定电压/KV10额定电流/A1000动稳定电流/KA80热稳定电流/KA40(5s)

2

校验：①校验动稳定ip=80＞ich=51.85，满意条件ip≥ich

2

22

②校验热稳定It×t=40×5=8000(KA·s)

2QK=I∞·t=20.37×0.5=207.5(KA·S)

22

满意条件I∞×t≥QK综上述，所选隔离开关型号GN2-10/1000符合要求3、电流互感器的选择主变进线侧电流条件IN≥Imax=3031A电压条件UN≥UNC=10KV所选型号LZZBJ9-12，0.2S/0.5/10P/10P,1000/5A第8页

2

电力工程系毕业设计（论文）型号LZZBJ-10额定电流/A1000动稳定电流/KA100热稳定电流/KA40(2s)

校验：①校验动稳定ip=100＞ich=51.85，满意条件ip≥ich

2

22

②校验热稳定It×t=40×2=3200(KA·s)

2QK=I∞·t=20.37×0.5=207.5(KA·S)

22

满意条件I∞×t≥QK综上述，变压器出线侧电流互感器型号LZZBJ-10符合要求4、站用变的选择设计任务中给出条件：站变从站内10KV侧接入，站用负荷按典型站用负荷考虑，站用变容量2×100KVA选出站用变型号SCL2-100/10型号容量/KVA电压/KV连接组标号空载损耗/KW0.53负载损耗/KV1.6阻抗电压/%4

2

SCL2-100/10

100

10/0。4

Y，gno/D,ynll

3、避雷器的选择型式选择：氧化锌避雷器；额定电压：UN≥UNC=10KV选出型号YH5WS-17/45型号避雷器额定电压有效值/KV17系统额定电压/KV8/20us雷电冲击波线压峰值不大于/KV45

YH5WS-17/4S

10

1、穿墙套管的选择电压条件：UN≥UNC=10KV电流条件：IN≥Imax=3031A选出型号CWWL-10/3150-37、导体的选择（1）主变进线侧：铜排2（TMY-125×10）（2）主变出线侧：10KV交联聚乙烯电力电缆，YJV22-8.7/10-3×1508、10KV并联电容器成套装置本设计任务书中给出条件，无功补偿：10KV侧采用电力电容器两组，本期容量3900KVar+5400kVar选出型号TBB310-10020/334型号额定电压/KV总标称容量/kVar10020单台标称容量/kVar334接线方式

TBB310-10020/334

10

单Y

9、开关柜的选择电压条件：UN≥UNC=10KV电流条件：IN≥Im

ax=3031A选出型号KYN□-12Z第9页

电力工程系毕业设计（论文）型号额定电压/KV总标称容量/kVar3150单台标称容量/kVar32接线方式

KYNZ-12Z

10

11．5

电气一次部分主要材料表序号1名称型号及规格单位备注

10KV真空断路器

ZN-10/3150-40台额定电压：10KV，额定电流：3150A最高工作电压：11.5KV，额定开断电流：40KA动稳定电流：100KA，热稳定电流：401KA（2S）ZN5-10/125-25台额定电压：10KV，额定电流：1250A最高工作电压：11.5KV，额定开断电流：25KA动稳定电流：63KV,热稳定电流：（2S）25KAGN2-10G/3150额定电压：10KV，额定电流：3150A动稳定电流：125KA，热稳定电压：50KA（2S）组

主变进线侧

2

10KV真空断路器

主变出线侧

3

10KV隔离开关

主变出线侧

4

10KV隔离开关

GN2-10/1000组额定电压：10KV，额定电流：1000A动稳定电流：80KA，热稳定电流40KA（5S）LZZJB9-120.2S/0.5/10P/10P,4000/5ALZZBJ-100.2S/0.5/10P/10P，4000/5ALZZBJ-100.2S/0.5.10P,1000/5A台

主变出线侧

5

10KV电流互感器

主变出线侧

台

6

10KV站用变压器

SCL2-100/10容量：100KVA，额定电压：10/0.4KV空载损耗：0.53KW，负载损耗：1.6KW阻抗电压：4%，连接组别：Y,yno/D,yn11YH5WS-17/45避雷器额定电压有效值：17KV系统额定电压：10KV8/20US雷电冲击波残压峰值不大于45KVCWWL-10/3150-3

台

7

10KV氧化锌避雷器

只

10KV主变进线

8

穿墙套管

M

10KV主变进线

9

10KV导体10交联聚乙烯电力电缆

铜排2（TMY-125×10）Y5V22-8.7/10-3×150

M

第10页

电力工程系毕业设计（论文）1010并联电容器成套装置TBB310-10020/334额定电压：10KV，接线方式：单Y总标称容量：10020kVar单位标称容量：334kVarKYN□-12z额定电压：10KV，额定电流：3150A最高工作电压：11.5kV,额定开断电流：31.5KA动稳定电流80KA，热稳定电流：31.5KA(4S)套

11

10KV开关柜

面

第三章接地

为爱护站内设备及人身平安，变电站内敷设以水平接地体为主，辅以直接地板的人工接地网，水平接地带用60MM×60MM热镀锌扁钢，直接地极用L50MM×50MM×2500MM热镀锌角钢，主接地网外缘闭合，在建筑物四周埋设环防接地网，地下连接处理设以址接地极组成的集中接地装置。继电器室及屋内配电装置埋设环形接地网，构架避雷针，独立避雷针和避雷器设置以垂直接地极组成的集中接地装置，集中接地装置与屋外主接地网相连。各种设备接地部位应与产接地网相连。

第四章电气二次部分设计

第一节二次设备的布置1、主要二次设备组屏原则（1）同一变电站二次设备柜体结构，形状

及颜色均应全都。（2）监控测控屏，每台主变压顺组面测控屏，共2面。（3）故障录波。线路和主变压器配置1面故障灵波器屏。（4）10KV二次设备采纳爱护测控一体扮装置，装于10KV开关柜上，每个单元配置1台爱护测控装置。2、二次设备布置方案计算机监控系统的站控层设备布置在继电器室内，各单元的测控屏及相应的公用测控屏、爱护屏、备自投屏、故障灵波器屏、直流屏、蓄电池屏、站用电屏、通信屏、电能表屏、消弧线圈掌握屏等二次设备布置在继电器室内。预留5面备用屏位。3、直流系统直流系统电压采纳220V，设置一组免维护阀控式铅酸蓄电流，蓄电池容量按2h放电计算（无人值班）容量为200Ah，不设端电池，电池为104个，每个2V，通信不另设蓄电池，全站合同一套蓄电池组，蓄电池组柜置于继电器室内。直流系统采纳两套高频开关充电装置（充电模块按N+1配置）配置两组各3个10A模块，，系统接线采纳单母分段接线。4、元件爱护及自动装置配置。元件爱护设计按GB14