1、I10KV 变电所及其配电系统的设计摘 要：变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。变电所涉及方面很多，需要考虑的问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电所高低压电气设备，为变电所平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）总体方案的确定（2）
2、负荷分析（3）短路电流的计算（4）配电系统设计与系统接线方案选择（5）继电保护的选择与整定（6）防雷与接地保护等内容。关键词：变电所；负荷；输电系统；配电系统II3第 1 章 绪论1.1 工厂变配电所的设计1.1.1 用户供电系统电力用户供电系统由外部电源进线、用户变配电所、高低压配电线路和用电设备组成。按供电容量的不同，电力用户可分为大型（10000kVA 以上） 、中型（1000-10000kVA） 、小型（1000kVA 及以下）1.大型电力用户供电系统大型电力用户的用户供电系统，采用的外部电源进线供电电压等级为 35kV及以上，一般需要经用户总降压变电所和车间变电所两级变压。总降压变电
3、所将进线电压降为 6-10kV 的内部高压配电电压，然后经高压配电线路引至各个车间变电所，车间变电所再将电压变为 220/380V 的低电压供用电设备使用。某些厂区环境和设备条件许可的大型电力用户也有采用所谓“高压深入负荷中心”的供电方式，即 35kV 的进线电压直接一次降为 220/380V 的低压配电电压。2.中型电力用户一般采用 10kV 的外部电源进线供电电压，经高压配电所和10kV 用户内部高压配电线路馈电给各车间变电所，车间变电所再将电压变换成220/380V 的低电压供用电设备使用。高压配电所通常与某个车间变电所合建。3.小型电力用户供电系统一般小型电力用户也用 10kV 外部电
4、源进线电压，通常只设有一个相当于车间变电所的降压变电所，容量特别小的小型电力用户可不设变电所，采用低压220/380V 直接进线。1.1.2 工厂变配电所的设计原则1.必须遵守国家的有关规程和标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。2.应做到保障人身和设备安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，应采用效率高、能耗低、性能较先进的电气产品。3.应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。44.必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方
5、案。1.2 课题来源及设计背景1.2.1 课题来源本课题是来源于云南锡业股份集团公司下属建安机械化安装公司的变电所新建项目，具有一定的实践性和可行性。1.2.2 设计背景本公司现要新建一个 10/0.4kV 的变配电所，向公司生产区、办公楼、职工住宅区及其生活水泵组供电。原先变电所只能满足两个车间、办公楼和生活区的用电负荷。随着近年来，云锡集团公司的企业内部的调整，下属子公司之间的相互合并等原因，建安机械化安装公司扩充了规模，兼并了原来其他单位的一些用电设备，因此，原先的变电所已经不能满足需要，要在原址旁边新建一座 10/0.4kV 变配电所，以满足单位改革后用电负荷的要求。鉴于云锡公司用电的
6、特殊性，新建变电所的电源取自 3km 外云锡公司一专用 35kV 变电站和 3km 外市供电公司另一相同容量的 35kV 变电站。新变电所建成后，能满足现有的生产、生活用电，有效地提高负荷转移能力，进一步提高供电可靠性。5第 2 章 变电所负荷计算和无功补偿的计算2.1 变电站的负荷计算2.1.1 负荷统计全厂的用电设备统计如下表：表 2.1 用电负荷统计用电设备 负荷统计（kW） 负荷类别机床设备组 433.45 三级电焊机设备组 129.35 三级起重机组 113.2 三级办公楼 30 三级住宅区水泵组 176 二级住宅用电 768 三级厂区照明 29 三级2.1.2 负荷计算按需要系数法
7、计算各组负荷：有功功率 P= K d pei （2.1）无功功率 Q=P （2.2）tan视在功率 S= （2.3）2QP上述三个公式中：Pei：每组设备容量之和，单位为 kW；K d：需要用系数；:功率因数。cos 小批量生产的金属冷加工机床电动机：Kd=0.16-0.2（取 0.2） =0.5 =1.73costan有功负荷 P C1=KdPS1=0.2*433.45=86.69kW无功负荷 Q C1=PC1 =86.69*1.73=149.97kvartan视在功率 S C1= =174.74kVA 21CQ 电焊机组的计算负荷：Kd=0.35 =0.35 =2.68costan有功负荷
8、 P C2=KdPS2=0.35*129.35=45.27kW6无功负荷 Q C2=PC2 =45.27*2.68=121.33kvartan视在功率 S C2= =129.5kVA 2CQP 起重机的计算负荷：Kd=0.1-0.15（取 0.15） =0.5 =1.73costan有功负荷 P C3=KdPS3=0.15*113.2=16.98kW无功负荷 Q C3=PC3 =16.98*1.73=29.38kvartan视在功率 S C3= =33.93kVA 23CQ 住宅区水泵组：Kd=0.8 =0.8 =0.75costan有功负荷 P C4=KdPS4=0.8*176=140.8k
9、W无功负荷 Q C4=PC4 =0.75*140.8=105.6kvart视在功率 S C4= =176kVA 24CQ 办公楼：Kd=0.8 =1 =0costan有功负荷 P C5=KdPS5=0.8*30=24kW无功负荷 Q C5=PC5 =0kvart视在功率 S C5= =24kVA 25CQ 住宅区：Kd=0.45 =1 =0costan有功负荷 P C6=KdPS6=0.45*768=345.6kW无功负荷 Q C6=PC6 =0kvart视在功率 S C6= =345.6kVA 26CQ 厂区照明：Kd=1 =1 =0costan有功负荷 P C7=KdPS7=1*29=29
10、kW无功负荷 Q C7=PC7 =0kvart视在功率 S C7= =29kVA 27CQ总负荷的计算：1.有功功率 Pc=K p P c.i （2.4）2.无功功率 Qc= Kq Q c.i 7（2.5）3.视在功率 S c= （2.6）2CQP式中：对于干线，可取 K p =0.85-0.95，K q =0.90-0.97。对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取 K p =0.8-0.9，Kq =0.85-0.95。由干线负荷直接相加来计算时，可取 K p =0.9-0.95，K q =0.93-0.97。表 2.2 计算负荷表计算负荷设备组Kd需要系数costanPc/k
11、W Qc/kvar Sc/kVA机床组 0.2 0.5 1.73 86.69 149.97 174.74电焊机组 0.35 0.35 2.68 45.27 121.33 129.5起重机 0.15 0.5 1.73 16.98 29.38 33.93水泵组 0.8 0.8 0.75 140.8 105.6 176办公楼 0.8 1 0 24 0 24住宅区 0.45 1 0 345.6 0 345.6厂区照明 1 1 0 29 0 29 688.34 406.28 对干线 取 Kp =0.95, Kq =0.97 653.92 394.09 763.49总计对低压母线 取 Kp =0.90,
12、Kq =0.95619.506 385.966 729.92.2 无功补偿的目的和方案由于用户的大量负荷如感应电动机、电焊机、气体放电灯等，都是感性负荷，使得功率因数偏低，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。电力系统要求用户的功率因数不低于 0.9，按照实际情况本次设计要求功率因数为0.92 以上，因此，必须采取措施提高系统功率因数。目前提高功率因数的常用的办法是装设无功自动补偿并联电容器装置。根据现场的实际情况，拟定采用低压集中补偿方式进行无功补偿。2.3 无功补偿的计算及设备选择8我国供电营业规则规定：容量在 100kVA 及以上高压供电用户，最大负荷时的功率因数不得低于 0.9，如达
13、不到上述要求，则必须进行无功功率补偿。一般情况下，由于用户的大量如：感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等都是感性负荷，使得功率因数偏低，达不到上述要求，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。当功率因数提高时，在有功功率不变的情况下，无功功率和视在功率分别减小，从而使负荷电流相应减小。这就可使供电系统的电能损耗和电压损失降低，并可选用较小容量的电力变压器、开关设备和较小截面的电线电缆，减少投资和节约有色金属。因此，提高功率因数对整个供电系统大有好处。要使功率因数提高，通常需装设人工补偿装置。最大负荷时的无功补偿容量 QNC应为：QNC= =PC（ - ） (2.7)tan按此公式计算出的无
14、功补偿容量为最大负荷时所需的容量，当负荷减小时，补偿容量也应相应减小，以免造成过补偿。因此，无功补偿装置通常装设无功功率自动补偿控制器，针对预先设定的功率因数目标值，根据负荷的变化相应投切电容器组数，使瞬时功率因数满足要求。提高功率因数的补偿装置有稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设备。前者主要有同步补偿机和并联电容器。动态无功功率补偿设备用于急剧变动的冲击负荷。低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装，根据负荷变化相应循环投切的电容器组数一般有 4、6、8、10、12 组等。用上式确定了总的补偿容量后，就可根据选定的单相并联电容器容量 qNC来确定电容器组数：(2.8)C.NqQ
15、n在用户供电系统中，无功补偿装置位置一般有三种安装方式：(1)高压集中补偿 补偿效果不如后两种补偿方式，但初投资较少，便于集中运行维护，而且能对企业高压侧的无功功率进行有效补偿，以满足企业总功率因数的要求，所以在一些大中型企业中应用。(2)低压集中补偿 补偿效果较高压集中补偿方式好，特别是它能减少变压器的视在功率，从而可使主变压器的容量选的较小，因而在实际工程中应用相当普遍。9(3)低压分散补偿 补偿效果最好，应优先采用。但这种补偿方式总的投资较大，且电容器组在被补偿的设备停止运用时，它也将一并被切除，因此其利用率较低。本次设计采用低压集中补偿方式。PC QC SC 取自低压母线侧的计算负荷，
16、 提高至 0.92cos= = =0.85cosCSP9.725061QNC=PC（ - ）=619.506*tan(arccos0.85)-tan(arccos0.92)tan=120kvar选择 BSMJ0.4-20-3 型自愈式并联电容器，q NC=20kvar（2.9）C.NqQn=120kvar/20kvar=6 取 6补偿后的视在计算负荷SC= =674.19kVA2CN2(P）= =0.92cos10第 3 章 变电所变压器台数和容量的选择3.1 变压器的选择原则电力变压器是供电系统中的关键设备，其主要功能是升压或降压以利于电能的合理输送、分配和使用，对变电所主接线的形式及其可靠
17、性与经济性有着重要影响。所以，正确合理地选择变压器的类型、台数和容量，是对接下来主接线设计的一个主要前题。选择时必须遵照有关国家规范标准，因地制宜，结合实际情况，合理选择，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品，并优先选用技术先进的产品。3.2 变压器类型的选择电力变压器类型的选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组形式、绝缘及冷却方式、联结组别等。 ，变压器按相数分，有单相和三相两种。用户变电所一般采用三相变压器。变压器按调压方式分，有无载调压和有载调压两种。10kV 配电变压器一般采用无载调压方式。变压器按绕组形式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器等。用户供电系统大多采用双绕组变压器。变压器按绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等。10kV 配电变压器有 Yyn0 和 Dyn11 两种常见联结组。由于 Dyn11 联结组变压器具有低压侧单相接地短路电流大，具有利于故障切除、承受单相不平衡负荷的负载能力强和高压侧三角形接线有利于抑制零序谐波电流注入电网等优点，从而在 TN 及 TT 系统接地形式的低压电网中得到越来越广泛的应用。
