1、 新疆大学 毕业设计 10KV 变电所设计 毕业设计（论文）任务书 一、 题目： 10kv 变电所设计 指导思想和目的： 1、灵活运用本专业所学的基础和专业知识。 2、培养学生的专业技术知识和技能，能运用所学理论知识和技能解决生产第一线的运行、维护、检修及技术管理等实际工作，具有分析解决一般技术和业务问题的能力。 3、对学生进行一次高级人才基本技能的综合训练，培养学生分析和解决本专业技术实际问题的能力，包括技术经济政策的理解能力；查阅和综合分析各种文献资料、掌握使用工程技术 规范和手册、图表等技术资料的能力；计算机应用能力；绘图和设计说明书（论文）的撰写等方面的能力。 4、培养学生树立严肃认真
2、的工作作风，实事求是、严谨论证的科学态度，团结勤奋、协同作战的优良作风和应有的职业道德。 二 设计任务或主要技术指标： 1.设计任务 要求根据用电负荷实际情况，并适当考虑发展。按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与形式，确定变电所主变压器的参数、容量与类型。选择变电所主 接 线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置、确定防雷和接地装置，最后按要求写 出设计说明书，绘制设计图纸。 二、 设计进度与要求： 第 1 周：收集 10kv 降压变电所 资料。 第 2 周： 了解掌握 10kv 降压变电站的基本组成 。 第 3 周： 根据设计背景计算变电所负荷
3、。 第 4 周 ：短路电流计算。 第 5 周 ：电气主接线选择与校验。 第 6 周 ：继电保护预防雷保护的设计。 弟 7 周：制作 10kv 降压变电站设计报告。 弟 8 周：答辩 三、 主要参考书及参考资料： 1刘介才 编著 .工厂供电 ， 第 4 版 ， 机械工业出版社 ， 2005 2雷振山编著中小型变电所实用设计手册，第 1 版，中国水利水电出版社， 2000。 3雷振山 编著实用供配电技术手册，第 1 版，中国水利水电出版社， 2002。 4王子午编著常用供配电设备选型手册，第一版，煤炭工业出版社， 1998。 5徐泽植编著 10kV 及以下供配电设计与安装 ，第一版，煤炭工业出版社
4、， 2002。 教研室主任（签名）： 系（部）主任（签名）： 2012 年 2 月 21 日 摘要 变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备 和线路 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 供配电 设计需要 考虑 很多方面 ，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况 .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 电所 的 主 接线方式，再进行短路电流计算，选择导线，选择变电所高低压电气 一次 设备 等 。本变电所的设计包括了：（ 1）
5、总体方案的确定（ 2）负荷分析（ 3）短路电流的计算（ 4） 主接线方案的选择 （ 5）继电保护的选择与整定（ 6） 防雷设计 。 关键词 ： 变电所 ;负荷 ;短路电流 ;防雷设计 目录 1 变电站设计背景 . 1 1.1 工厂变配电所的设计 . 1 1.1.1 电力用户供电系统的分类 . 1 1.1.2 工厂变配电所的设计原则 . 1 1.2 原始资料 . 1 1.2.1 课题来源 . 1 1.2.2 设计背景 . 1 2 变电所负荷计算和无功补偿的计算 . 3 2.1 计算负荷的方法及负荷计算法的确定 . 3 2.2 需要系数法的基本知识 . 3 2.3 变电所的负荷计算 . 4 2.3
6、.1 负荷统计 . 4 2.3.2 负荷计算 . 5 2.4 无功补偿的目的和方案 . 8 2.5 无功补偿的计算及电容器的选择 . 8 3 变电所变压器台数和容量的选择 . 11 3.1 变压器的选择原则 . 11 3.2 变压器类型的选择 . 11 3.3 变压器台数的选择 . 11 3.4 变压器容量的选择 . 11 4 电气主接线方案的设计 . 13 4.1 主接线的基本要求 . 13 4.2 主接线的基本形式与分析 . 13 4.3 变电所主接线方案的选择 . 15 5 短路电流的计算 . 17 5.1 产生短路电流的原因、危害及计算方法 . 17 5.2 高压电网三相短路计算 .
7、17 6 变电所高压进线、一次设备和低压线路的选择 与效验 . 21 6.1 高压侧的负荷计算 . 21 6.1.1 变压器的功率损耗计算 . 21 6.1.2 高压侧的负荷计算 . 21 6.2 变电所高压进线的选择与校验 . 21 6.2.1 架空线的选择 . 22 6.2.2 电缆进线的选择 . 22 6.3 高压一次设备的选择 . 22 6.3.1 高压断路器的选择与效验 . 22 6.3.2 高压隔离开关的选择与效验 . 24 6.3.3 高压熔断器的选择与效验 . 25 6.3.4 电流互感器的选择与效验 . 26 6.3.5 电压互感器的选择 . 27 6.3.6 接地 开关的选
8、择与效验 . 27 6.3.7 高压侧母线的效验 . 27 6.3.8 绝缘子的效验 . 28 6.4 变电所低压一次设备的选择 . 28 6.5 低压线路导线的选择 . 30 7 变电所二次回路方案选择及继电保护的整定 . 34 7.1 二次回路的定义和分类 . 34 7.2 二次回路操作电源的选择 . 34 7.3 二次回路的接线要求 . 34 7.4 高压断路器的控制和信号回路 . 35 7.5 变电所的电能计量回路 . 35 7.6 变电所的测量和绝缘监测回路 . 35 7.7 继电保护的整定 . 35 8 变电所防雷与接地装置的确定 . 38 8.1 确定共用人工接地装置 . 38
9、8.2 防雷保护的选择 . 39 总结 . 40 致谢 . 41 参考文献 . 42 附录 A . 43 附 录 B . 44 附录 C . 45 10kv 变电所设计 1 1 变电站 设计背景 1.1 工厂变配电所的设计 1.1.1 电力 用户供电系统 的分类 电力用户供 配 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
10、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。 3.小型电力用户供电系统 对于
11、小型电力用户 供 电系统 ，由于所需容量较小 ，通常只设有一个相当于车间变电所的降压变电所， 将 6-10KV 电压降为低压用电设备所需电压 。 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。 4.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
12、区供电条件等，合理确定设计方案。 1.2 原始资料 1.2.1 课题来源 本课题是 某 机械化安装公司的变电所新建项目 。 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。 10kv 变电所设计 2 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， 随着 企业内部的调整，下属子公司之间的相互合并等原因，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。 鉴于公司用电的特殊性，新建变电
13、所的电源取自 3km 某 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。 对某机械化安装公司全厂用电设备的 统计如 表 2.1 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 三级 住宅用电 768 三级 厂区照明 29 三级 10kv 变电所设计 3 2 变电所负荷计算和无功补偿的计算 2.1 计算负荷的方法及
14、负荷计算法的确定 由于用电设备组并不一 定同时运行，即使同时运行， 也并不一定都能达到额定容量。另外，各用电设备的工作制也不一样，有 连续、短时、断续周期之分。在设计时，如果简单地把各用电设备的额定容量加起来，作为选择导线截面和电气设备容量 的依据，选择过大会使设备欠载，造成投资和有色金属的 浪费；选择过小则会使设备过载运行，出现过热，导致绝缘老化甚至损坏 ，影响导线或电气设 备的安全运行，严重时会造成火灾事故。为避免这种情况的发生，设计时 ，应用计算负荷选择导线和电气设备。 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内 实际变动负荷所产生的最大热效应相
15、等。在供电设计中，通常采用半小时的最大平均值作为按发热条件选择电气设备和导体的依据。 用半小时最大负荷 30P 来表示其有功计算负荷，而无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流则分别表示为 30Q 、 30S 和 30I 。 我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。 由于 需要系数法的优点是 简便，适用于全产和车间变电所负荷的计算 ，因此本设 计变电所的负荷的计算采用需要系数法 。 2.2 需要系数法 的基本知识 (1).需要系数 dK 需要系数是用电设备组在最大负荷时需要的有功功率与其设备容量的比值，即 dK = maxP / eP = 30P / eP 式 (2.1) 用电
16、设备组的设备容量 eP ，是指用电设备组所有设备（不含备用设备）的额定容量 NK 之和，即 eP = NP 。而设备的额定容量，是设备在额定条件下的最大输出功率 。但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不一定都满负荷，同时设备本身和配电线路都有功率损耗，因此用电设备组的需要系数为 dK =K LK / e WL 式 (2.2) 式中 K 代表设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之比 ; LK 代表设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与运行的设备容量之比； 10kv 变电所设计 4 e 代表设备组的平均效率； WL 代表配电线路的平均效
17、率，即配电线路在最大负荷时的末端功率与首段功率之比。 (2).计算用电设备组的计算负荷 在求出有功计算负荷 30P 后，可按下列各公式分别求出其余的计算负荷： 30Q = 30P tan 30S = 30P cos 式 (2.3) 30I = 30S /（ 3 NU ） 式中 cos 代表用电设备组的平均功率因数 ， tan 代表对应于用电设备组 cos 的正切值 。 (3).计算多组用电设备的计算负荷 在车间变电所低压母线上或配电干线上，常有多种用电设备，应考虑各种用电设备的最大负荷不同时出现的因数，因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应引入有功计算负荷和无功计算负荷的同时系数 PK 和 Q
18、K 。对有 N 组用电设备的计算负荷如下： 30P = pK 30( )1Nii P 30Q = QK 30( )1Nii Q 式 (2.4) 30S = 2230 30PQ 30I = 30S /（ 3NU ） 同时系数 PK 和 QK 的取值为： 对车间干线 : PK 取 0.85-0.95， QK 取 0.90-0.97 对低压母线 : 由用电设备组计算负荷直接相加计算， PK 取 0.80-0.90， QK 取 0.85-0.95 由车间干线计算负荷直接相加计算， PK 取 0.90-0.95， QK 取 0.93-0.97 2.3 变 电所 的 负荷计算 2.3.1 负 荷统计 对
19、某 机械化安装公司 全厂 用电设备 的 统计如 表 2.1 10kv 变电所设计 5 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 三级 住宅用电 768 三级 厂区照明 29 三级 2.3.2 负荷计算 按需要系数法计算各组负荷 由式子 (2.1)和式子 (2.3)可知 ： 有功功率 30P = dK eP 式 (2.5) 无功功率 30Q = 30P tan (2.6) 视在功率 30S = 2230 30PQ (2.7) 上述三个公式
20、中： eP ：每组设备容量之和，单位为 kW； dK ： 需要 系数； cos :用电设备组的平均功率因数 ； tan ：对应于用电设备组 cos 的正切值 。 小批量生产的金属冷加工机床电动机： 查附 录 A， dK =0.16-0.2（取 0.2） cos =0.5 tan =1.73 有功负荷 30(1)P = dK (1)eP = 0.2*433.45=86.69（ kW） 无功负荷 30(1)Q = 30(1)P tan =86.69*1.73=149.97（ kvar） 视在功率 30(1)S = 2230(1) 30(1)PQ =174.74（ kVA） 电焊机组的计算负荷： 查附录 A， dK =0.35 cos =0.35 tan =2.68 有功负荷 30(2)P = dK (2)eP =0.35*129.35=45.27(kW)
