某10KV变电站电气部分设计

课 程 设 计

课程名称： 建筑供配电与照明技术课程技术 设计名称： 某10KV变电站电气部分的设计 院 （系）： 信息与控制工程学院 专业班级： 建筑电气及智能化 姓 名：

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学 号： 指导教师：

2013年06月22日

西安建筑科技大学课程设计（论文）任务书

专业班级： 学生姓名： 指导教师（签名）：

一、课程设计（论文）题目

某10KV变电站电气部分的设计 二、本次课程设计（论文）应达到的目的

工厂供电课程设计是在《工厂供电》课程学完结束后的一次教学实践环节。课程设计是实践教学环节的重要组成部分，其目的是通过课程设计加深学生对课程基本知识的理解，提高综合运用知识的能力，掌握本课程的主要内容、工程设计或撰写论文的步骤和方法。围绕课本内容培养学生独立进行工业供电系统和建筑供电系统电气部分设计计算能力，包括供电系统设计计算能力和电力设备选择能力。培养学生理论联系实际的能力，加强供电专业知识的认识水平。锻炼和培养学生分析和解决电力供电专业技术问题的能力和方法。

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三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参设计

设备容量 等） 用电单位名需要功率计算数、要求

系数 因数 系数1、设计依据

1）电源和环境条件：

由西王集团热电厂10KV双回路供电，正常情况下，一路工作，一路备用。西王热电厂10kv出线母线短路容量为200MVA，该路线路长为：架空线采用高压架空绝缘线LYJ—3ⅹ150mm2，长度1.2KM，引至厂区北边，然后换用YJLV22型高压交联聚乙烯电缆直埋至高压配电室内。为满足部分二级负荷的要求，厂内设柴油发电机组一台型号为6170—300GS。（设计时应预留一路出线与柴油发电机组相连）。西王集团热电厂10KV母线的定时限过电流保护装置整定为1.2秒。酵母生产厂变电所内设有两台变压器，容量待选。

2）其它条件

济南供电局要求在10KV电源进线处装设计量电费的专用仪表，要求厂总负荷的月平均功率因数不低于0.92。

当地最热月平均最高气温为35℃`。 总配电所周围无严重粉尘和腐蚀性气体。 3）负荷资料

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1

2

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 空压站 干燥 压榨成型 真空包装 搅拌 水泵房及水处理 真空过滤 酵母离心 试验室 照明 办公楼 宿舍楼 制冷站 工作 备用 （KW） （KW） 1332 380 55 15 40 14.5 90 30 90 20 50 40 100 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.88 0.75 0.75 0.88 0.75 0.75 0.88 0.75 0.75 0.88 0.7 0.75 0.88 0.65 0.75 0.88 0.6 0.75 0.88 0.85 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 1.33 1.33 1.33 2、设计内容 1）、负荷计算 2）、无功功率补偿

3）、主变压器台数和容量、类型的选择 4）、变电所主接线方案的设计 5）、短路电流的计算

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6）、变电所一次设备的选择与校验 7）、变电所进出线的选择与校验 3、书面报告格式及内容要求：

1）、说明书的格式要符合《西安建筑科技大学本科课程设计（论文)管理规定（试行）》的规定。

2）、说明书的内容应包括设计内容的七部分要点，说明书正文要求在20页左右。

四、应收集的资料及主要参考文献：

1、《工厂供电》 机械工业出版社 刘介才 编著 2、《工厂供电设计指导》 机械工业出版社 刘介才主编 3、《供配电技术》 电子工业出版社 唐志平 主编

4、《工业企业供电课程设计及实验指导书》 冶金工业出版社 王建南 主编

五、审核批准意见

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教研室主任（签字）

摘要

工厂供电系统一般中型工厂的电源进线电压是6-10kV。电能先经高压配电所集中，再由高压配电线路将电能分送到各车间变电所，或由高压配电线路直接供给高压用电设备。车间变电所内装有电力变压器，将6-10kV的高压电降为一般低压用电设备所需的电压，然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备使用。

工厂供电工作要很好地为工业生产务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：安全、可靠、优质、经济此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

本文是对10千伏变电站电气部分的设计。在设计中，我们从安全、可靠、灵活、

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经济这四个方面考虑，来确定变电所的主接线方式，运用短路电流标幺值计算方法来进行短路电流的计算，通过查阅设计手册和技术规程对主要设备和导体以及高压配电装置进行了设计和选择。

该变电所设有2台主变压器（一备一用），采用桥式接线。进行了负荷、无功补偿、短路电流的计算，主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器）。

关键词：主接线，短路电流，电气设备，配电装置

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目录

摘要............................................................... VI 第一章 变电站总体分析............................................. 10

1.1变电站的定义及分类.......................................... 10

1.1.1变电站的定义 .......................................... 10 1.1.2变电站的分类 .......................................... 10 1.2负荷计算目的、方法.......................................... 10

1.2.1负荷计算的目的 ........................................ 10 1.2.2负荷计算的方法 ........................................ 10 1.3无功功率补偿................................................ 12

1.3.1无功功率补偿的方法 .................................... 12 1.3.2无功功率补偿的分析 .................................... 12 1.4主变压器台数和容量、类型的选择.............................. 12

1.4.1主变压器台数的确定 .................................... 12 1.4.2主变压器容量的确定 .................................... 13 1.4.3主变压器型式的选择 .................................... 13 1.5变电所主接线方案的设计...................................... 14 1.6短路电流的计算.............................................. 15 第二章 计算书..................................................... 17

2.1负荷计算.................................................... 17 2.2无功功率补偿计算............................................ 21 2.3主变压器台数和容量、类型的选择.............................. 22 2.4短路电流的计算.............................................. 23

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2.5变电所一次设备的选择与校验.................................. 25

2.5.1高压母线的选择与校验 .................................. 25 2.5.2电流互感器的选择与校验 ................................ 26 2.5.3电压互感器的选择与校验 ................................ 26 2.5.4高压断路器选择与校验 .................................. 26 2.5.5高压隔离开关的选择与校验 .............................. 27 2.6变电所进出线的选择与校验.................................... 27 结束语............................................................. 28 参考文献........................................................... 30

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第一章 变电站总体分析

1.1变电站的定义及分类

1.1.1变电站的定义

变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用，是进行电压变换以及电能接受和分配的场所。 1.1.2变电站的分类

1）根据变电站的性质分为：升压、降压变电站。

2）根据变电站在系统中的地位：枢纽变电站、区域变电站和用户变电站。

1.2负荷计算目的、方法

1.2.1负荷计算的目的

负荷计算主要是确定“计算负荷”。“计算负荷”是按发热条件选择电气设备的一个假想的持续负荷，“计算负荷”产生的热效应和实际变动负荷产生的最大热效应相等。所以根据“计算负荷”选择导体及电器时，在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过容许值。

计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失。 1.2.2负荷计算的方法

若已知一个供电范围的电气设备数量和容量时，负荷计算的方法有：需要系数法、利用系数法和二项式法；当在电气设备数量和容量都不清楚的情况下，可采用各种用电指标进行负荷计算，其方法有：负荷密度法、单位指标法、住宅用电指标法等。

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1.需要系数法计算简单，是最为常用的一种计算方法，适合用电设备数量较多，且容量相差不大的情况。

2.二项式法其考虑问题的出发点就是大容量设备的作用，因此，当用电设备组中设备容量相差悬殊时，使用二项式法可以得到较为准确的结果。

3.利用系数法是通过平均负荷来求计算负荷，这种方法的理论依据是概率论与数理统计，因此是一种较为准确的计算方法，但其计算过程相对繁琐。

因本设计的电气设备数量和容量都是确定的，且容量相差不大，所以本次负荷计算方法选择需要系数法。主要计算公式如下：

1）有功功率：（单位为KW）PCKpPci （1-1）

I1n式中是所有设备组有功计算负荷之和，Kp是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95

2）无功功率:（单位为kvar） （1.2）

式中是所有设备无功之和；Kq是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97

23）视在功率:（单位为kvA）SCPC2QC （1-3）

4）计算电流:（单位为A）ICSC3U (1-4)

低耗损变压器的功率损耗也可按下式计算：

(1-5) 注：负荷计算过程见计算书

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1.3无功功率补偿

1.3.1无功功率补偿的方法

要使供配电系统的功率因数提高，一般从两个方面采取措施：

一是提高用电设备的自然功率因数，自然功率因数是指不采用任何补偿装置式的功率因数。这种方法只能通过选择功率因数高的电气设备来做到，但不能达到完全补偿。

二是采取人工补偿的方法使总功率因数得以提高，有两种方法，一是采用同步电动机替代异步电动机工作，由于投资和损耗较大，又不便于维护、检修，供配电系统中很少采用。二是采用并联电容器补偿。

采用并联电容器补偿时目前供配电系统中普遍采用的一种补偿方法，也叫移相电容器静止无功补偿。它具有有功损耗小、运行维护方便、补偿容量增减方便、个别电容器损坏不影响整体使用等特点，所以本设计采用并联电容器补偿。 1.3.2无功功率补偿的分析

由负荷计算可知，该厂低压侧侧最大负荷时的功率因数只有0.78。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.92。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.92，暂取0.98来计算380V侧所需无功功率补偿容量：

(1-6)

注：无功功率补偿计算过程见无功功率补偿计算书

1.4主变压器台数和容量、类型的选择

1.4.1主变压器台数的确定

在《电力工程电气设计手册》中可知：“对大中城市郊区的一次变电站，在中、低压已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜”。在运行或检修时，可以一台工作，一台备用或检修，并不影响供电，也可以两台并列运行。根据设计任务书中所

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示本变电所为地方变电所，且出线回路数较多，为保证供电的可靠性，在考虑了所建变电站的近期和远期负荷相差较大的情况下，参照规程要求，宜选用两台小容量主变压器（一备一用）。 1.4.2主变压器容量的确定

变压器补偿后的视在功率为1734.24KVA，台数确定为2台，装有两台主变压器时，其中任意一台主变压器容量应同时满足下列两个条件：

1、任一台主变压器单独运行时，应满足总计算负荷的60%-70%的要求，即 (1-7)

2、任一台主变压器单独运行时，应能满足全部一、二级负荷的需要，即: (1-8) 1.4.3主变压器型式的选择

电力变压器的额定容量是指它在规定的环境温度条件下，室外安装时，在规定的使用年限内连续输出的最大视在功率。考虑到变压器安装地点的年品均气温不等于20℃时，则年平均气温每升高1℃，变压器的容量应相应减小1℃。因此，室外变压器的实际容量为：（以下为计算公式）

(1-9)

对于室内变压器，由于散热条件较差，变压器进风口和出风口间大概有15℃的温差，因此，处在室内的变压器环境温度比户外温度大约高8℃，即：（以下为计算公式）

(1-10)

考虑到为发展需求留有一定的空间，故选择容量为1600KVA满足要求。故选择型号为S9-1600/10的变压器。

注：变压器容量、类型计算过程见变压器容量、类型计算书

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1.5变电所主接线方案的设计

电气主接线是发电厂和变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。

主接线是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备依一定的次序相连接的接受和分配电能的电路。而用规定的电气设备图形符号和文字符号并按照工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。

变电所最常用的主接线包括：单母线接线、双母线接线、断路器接线、桥形接线等等。其中桥形接线是中、小规模的地区变电所和城市供电变电所较常采取的方案。其主要好处是两台主变起到了互为备用（暗备用方式）的作用，在采取这两种方式的电气主接线时，不管哪一路电源进线失去电压，由于“桥”的存在，都不会影响该降压变电所中两台主变的投运，从而就大大提高了对用户供电的可靠性。若需要把并列运行方式改为单列运行方式，则断开桥臂即可实现，此外在检修某些设备时，也提供了许多方便。

发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。 1.运行的可靠 2.具有一定的灵活性 3.操作应尽可能简单、方便 4.经济上合理

5.应具有扩建的可能性

本次设计采用内桥式接线，接线图如下：

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图1-1变电所主接线方案的设计

1.6短路电流的计算

本次设计采用短路电流标幺值计算方法计算短路电流。 1.由已知条件画出短路计算等效电路图

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图1-2 短路计算等效电路图

2.取基准容量Sd100MVA,Ud110.5kv,Ud20.4kv各个元件的电抗标幺值为：

系统：SX*1dS1000.5 oc200架空线路：X*2X0lSd0.351.21000. U2d110.52381变压器：X3*X*U%S4100kSdN451001001.62.813 3.三相短路时的短路电流和容量的计算公式为：

（1）计算短路回路总阻抗标幺值

（2）所在电压级的基准电流:(KA) （3）计算短路电流各量:

②(KA) ③(KA) (MVA) 16 / 30

（1-14）（1-15） （1-16）1-17）

（1-18）

1-11）1-12）1-13）

（

（

（

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注：短路电流计算过程见短路电流计算书

变电所一次设备的选择与校验及变电所进出线的选择与校验计算过程见变电所一次设备的选择与校验及变电所进出线的选择与校验计算书

2.1负荷计算1、制冷站： ,,,

2、空压站：

第二章 计算书

（2-1） 2-2）

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,,,

（2-3） （2-4）

3、干 燥： ,,,

4、压榨成型： ,,,

5、真空包装： ,,,

6、搅拌： ,,,

（2-5） （2-6）

（2-7） （2-8）

（2-9） （2-10）

（2-11） 2-12）

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7、水泵房及水处理： ,,,

（2-13） （2-14）

8、真空过滤： ,,,

9、酵母离心： ,,,

10、实验室： ,,,

11、照明： ,,,

（2-15） （2-16）

（2-17） （2-18）

（2-19） 2-20）

（2-21）

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（2-22）

12、办公楼： ,,,

（2-23） （2-24）

13、宿舍楼： ,,,

（2-25） （2-26）

总的计算负荷：（设同时系数为0.9）

（2-27）

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（2-28）

（2-29）

（2-30）

（2-31）

2.2无功功率补偿计算 ,,

（2-32）

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（2-33）

（2-34） （2-35）

高压侧总的计算负荷为：

（2-36） （2-37） （2-38）

（2-39） （2-40） 2.3主变压器台数和容量、类型的选择

变压器补偿后的视在功率为1734.24KVA，台数确定为2台，根据变压器容量确定的条件，

SN（0.6~0.7)S1054.13~1229.82KVA （2-41）

C故选择型号为S9-1600/10的变压器。

电力变压器的额定容量是指它在规定的环境温度条件下，室外安装时，在规定的使用年限内连续输出的最大视在功率。考虑到变压器安装地点的年品均气温不等于20℃时，则年平均气温每升高1℃，变压器的容量应相应减小1℃。因此，室外变压器的实际容量为：

S（1T0.av20100)S(13520)16001360KVA N.T100 （2-42）

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对于室内变压器，由于散热条件较差，变压器进风口和出风口间大概有15℃的温差，因此，处在室内的变压器环境温度比户外温度大约高8℃，即

ST0.9213601251KVA （2-43）

考虑到为发展需求留有一定的空间，故选择容量为1600KVA满足要求。

2.4短路电流的计算

1.由已知条件画出短路计算等效电路图

图2-1 短路计算等效电路图

2.取基准容量S100MVA,U10.5kv,U0.4kv

dd1d2各个元件的电抗标幺值为：

S100*系统：Xd0.5 （2-44） 1S200ocS*d0.351.21000.381 （2-45） 架空线路：XXl20210.52Ud1U%S变压器：X*X*kd451002.813 （2-46）

34100SN1001.63.K1点三相短路时的短路电流和容量的计算

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（1）计算短路回路总阻抗标幺值

X*X*X*0.881 （2-47）

12k1（2）计算K1点所在电压级的基准电流

IdS1005.5kA （2-48）

d13Ud1310.5（3）计算K1点短路电流各量

I*k11X*11.135 k10.881 Ik1Id1I*k15.51.1356.243kA ishk12.55Ik12.556.24315.92kA SSk1d*1001.135113.5MVA Xk14.计算K2点三相短路时的短路电流 （1） 计算短路回路总阻抗标幺值

XK2*X*k1X3*//X*40.8812.81322.288 （2）计算K2点所在电压级的基准电流

IS100d2d3U0.4144.3kA d23（3）计算K2点短路电流各量

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（2-49） （2-50） （2-51）

（2-52） （2-53） （2-54）

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11I*0.437 （2-55） k2X*2.288k2IdS100144.3kA （2-56）

d23Ud230.4ishk21.847k21.8463.059116.029kA Sdk2SX*1000.43743.7MVA k22.5变电所一次设备的选择与校验

2.5.1高压母线的选择与校验 1.按允许载流量选择母线截面：IcIal 变压器的型号为S91600/10:

INSN3U160092A N310.5SecINj921580mm2 ec1.经查表，选取矩形铝母线LMY30*40 2.母线动稳定校验：

F(s)(3)2c3kfilsh1073(15.92103)2,Kbaf1,abn3.母线热稳定校验：

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2-57）

（2-58） （2-59）

2-60） （2-61） 2-62） （（ （真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。

(3)SminItina1.456.24310386.28 （2-63） c87S304Smin , 故满足热稳定要求

2.5.2电流互感器的选择与校验

进线UN=10kV,I1N=

SN=92.38A故查表选择，变比为150/5A的LCZ-35型电流互3UN感器，Kes=212,Kt=65,t=1s （1）动稳定校验：

Kes×2I1N=212×2×0.15=44.97>ish=15.92kA， （2-64）

满足动稳定要求。 （2）热稳定校验：

3）tima=50.67kA2s， （2-65） (KtI1N)2t=(65×0.15)2×1=95.1kA2s>（I满足热稳定要求。 2.5.3电压互感器的选择与校验

经查表，选用JD26-10型，10000/100变电压互感器。 2.5.4高压断路器选择与校验

表2-1高压断路器选择校验表

2SN10—10I/630 序号 项目 数据 选择要求 装设地点电气选择 结论 项目 数据 26 / 30

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1 2 3 4 UN 10kV 630A 16kA 40kA ≥ ≥ ≥ ≥ UW.N 10kV 100.13A 6.243A 15.92A 合格 合格 合格 合格 IN IC Ik(3)Ioc imax ish(3)5 It2t 16241024kA2s ≥ 2Itima 50.667kA2s 合格 2.5.5高压隔离开关的选择与校验

表2-2高压隔离开关选择校验表

GN8610T/600 选择装设地点电气选择 结论 项目 数据 序号 项目 数据 要求 1 2 3 4 UN IN 10kV 600A 52kA ≥ ≥ ≥ ≥ UW.N 10kV 100.13A 15.92A 合格 合格 合格 合格 IC ish(3)imax It2t 20242000kA2s 2Itima 50.667kA2s 2.6变电所进出线的选择与校验

按允许通过最大负荷电流，查表选LJ—7D型电力电缆 校验：

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Ial140A （2-66）

k'65350.866 （2-67）

6525IalKIal0.866140121.24A100.13A （2-68）

所以满足要求。

结束语

为期一周的课程设计工作就要结束了，置身于此，不免有较强的成就感，当然也留有遗憾。

使我感到满足和自豪的是，在设计的过程中，加强了对专业知识的掌握，特别是供配电方面，比如短路电流的计算方法、变压器的选型和校验、高压电器设备的选型与校验等，都有了不小的提高。由于在设计的过程中，需要查阅大量的资料和参考书，有时甚至要到网络上去搜集，这就提高了我的查阅资料的能力。设计画图的环节中，有效加强了计算机绘图的水平。与此同时，沟通和协作也是相当重要，总之，通过这次毕业设

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计，使自己在多方面得到了提高，为日后的社会工作奠定了坚实的基础。

美中不足的是，由于以前没有作过这样的大型设计，在设计的过程中有不少不曾遇见过的问题，比如怎样选择最合适的电器设备；变电所的布置等。尽管经过各方面的努力之后，大部分的问题都被解决了，毕竟时间和精力有限，设计成果并不是太理想，很有待今后的努力。

在设计的过程中，我得到了不少老师和同学的热心帮助，在此，对为我提供帮助的老师和同学表示衷心的感谢！

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参考文献

[1]傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算.北京：中国电力出版社，2004 [2]卓乐友.电力工程电气设计200例.北京：中国电力出版社，2004 [3]舒飞.AutoCAD2006电气设计.北京：机械工业出版社，2003

[4]孙宝成等.配电技术手册（10～35KV部分）.北京：中国电力出版社，2005 [5]电气工程师（供配电）实务手册.北京：机械工业出版社，2006 [6]刘增长主编.电气工程CAD.中国水利水电出版社，2004

[7]熊信银.发电厂电气部分（第三版）.北京：中国电力出版社，2004 [8]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理.北京：中国电力出版社，2004 [9]丁毓山.变电所设计（10-220KV）.辽宁：辽宁科学技术出版社，2004 [10] 杨宛辉等.《发电厂电气部分》设计计算资料.西北工业出版社.2003

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