10kV开闭所电气部分初步规划设计.doc

供配电工程课程设计成绩评估表姓 名学号专业班级课程设计题目：10kV开闭所电气某些初步设计课程设计答辩记录：成绩评估及根据：1. 课程设计考勤状况（20%）：2. 课程设计答辩状况（30%）：3. 完毕设计任务报告规范性（50%）：最后评估成绩： 指引教师签字： 供配电工程课程设计任务书（6）班 级：级电气工程及其自动化班学 生：4653号（8人）学 时：2周时 间：第1415周指引教师：陈学珍、杨毅一、设计题目10kV开闭所电气某些初步设计二、设计目及规定通过本课程设计：熟悉供配电系统初步设计必要遵循原则、基本内容、设计程序、设计规范等，锻炼工程设计、技术经济分析比较、工程计算、工具书使用等能力，并理解供电配电系统前沿技术及先进设备。规定依照顾客所能获得电源及负荷实际状况，按照安全可靠、技术先进、经济合理规定，选取开闭所主接线方案、高压配电线路接线方式、高压设备和进出线。最后按规定写出设计阐明书，绘出设计图样。三、设计根据本设计是为某住宅区设计建设一座10kV开闭所。1、供电电源状况本地供电部门提供两个供电电源,两回10kV进线：由110/10kV甲站采用电缆引入，距离住宅区6km。10kV母线短路数据：、由35/10kV乙站采用电缆引入，距离住宅区4km，10kV母线短路数据：、。本地供电部门规定开闭所过电流保护整定期间不不不大于1.0s；在顾客10kV电源侧进行电能计量。2、负荷状况该住宅区属于二级负荷。该住宅区10kV开闭所设计出线6回。其中2回送电给200kVA变电所，2回送电给315kVA变电所，2回送电给250kVA变电所。变电所采用箱式变电所（站）。3、自然条件该地区海拨22.2m，地层以砂质粘土为主。年最高气温39，年平均气温23，年最低气温-5，年最热月平均最高气温33，年最热月平均气温26，年最热月地下0.8m处平均温度25主导风向为南风，年雷暴日数52。四、设计任务1、选取箱变型号及规格。2、设计和论证10kV开闭所主接线。3、计算短路电流。4、选取并校验电气设备。5、作电气平面总布置图。6、开闭所继电保护设计*。7、开闭所防雷保护规划设计*。目 录前言 4一、社区箱式变电站选取 5二、设计和论证10kV开闭所主接线 7三、负荷计算及短路电流计算 10四、电气设备选取与校验 15 五、开闭所防雷保护规划设计 20总 结 22参照文献 23前 言1.1 公司供配电意义和前景 随着工农业生产机械化，自动化水平迅速发展，对电能需求量也愈来愈大，对供电可靠性、经济性、灵活性及电能质量规定愈来愈高。在老式供电系统中，诸多工矿公司，特别中小型公司和作坊式工厂，浮现设备落后甚至早已超过使用年限；线路布局不合理甚至线况极差；设备管理和维护不得当；无保护系统或相对落后；寻常操作不合理等等现象，这些现象不但使电能大量损耗，带来不合理运用，并且给工人和公司带来极大安全隐患，一旦爆发将会带来极大后果。公司供电系统处在电力系统末端，通过一至两级降压后直接向负荷供电，因而接线相对简朴。它作为电力系统一种构成某些，必然要反映电力系统各方面理论和规定，并恰本地运用在工矿公司供电设计、维护运营中，因而它要受到电力系统工作状况影响和制约。但工矿公司供电系统和电力系统又有所不同，它重要反映工矿公司顾客特点和规定。如，工矿公司电力负荷记录计算，电能合理经济运用，减少用地面积新型变电站构造，大型及特种设备供电，厂内采用集中和调度技术合理性问题等。这些问题有与电力系统安全和经济运营关系密切，有是为了保证顾客高质量用电。近些年来,由于能源紧缺,筹划用电、节约用电、安全用电受到了普遍注重，工矿公司供电讨论内容较过去更为广泛。如供电方案可行性研究、低能耗高性能、便于安装维护迅速施工新型电气设备及配电电器选用，国内现行接地运营方式与国际原则协调研讨，以及计算机用于工矿公司供电系统辅助设计及监控等。这些都已在国内引起热烈讨论。随着电力工业迅速发展及规模不断扩大，老式供电技术已不适应当代供电系统更高规定。为此必要运用不断涌现新理论、新办法、新技术、新设备，把计算机技术、通信技术与老式供电技术相结合，形成当代供电技术，以适应当代供电系统迅速发展规定。1.2本设计课题及内容本供配电系统设计对象为某10kV开闭所，其设计所用有关资料及数据见本设计任务书。依照本设计规定，可将整个供配电系统分为如下几种方面进行分步计算与设计： （1）社区箱式变电站选取 它具备成套性强、体积小、构造紧凑、运营安全可靠、维护以便、以及可移动等特点，与常规土建式变电站相比，同容量箱式变电站占地面积普通仅为常规变电站1/101/5，大大减少了设计工作量及施工量，减少了建设费用。 （2）设计和论证10kV开闭所主接线 配电所电气主接线是以电源进线和引出线为基本环节，以母线为中间环节构成电能输配电路。其基本形式按有无母线普通分为有母线按线和无母线按线两大类。主接线是由电力变压器、各种开关电器、电流互感器、电压互感器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备以一定顺序相连接接受和分派电能电路。（3）负荷计算及短路电流计算在电力系统设计和运营中，不但要考虑正常工作状态，并且还必要考虑到发生故障时所导致不正常工作状态。实际运营表白，破坏供电系统正常运营故障，多数为各种短路故障。为了限制发生短路时所导致危害和故障范畴扩大，需要在供电系统中加装保护，以便在故障发生时，自动而迅速地切断故障某些，以保障系统安全正常运营。这就需要咱们精确计算短路电流大小。（4）选取并校验电气设备 电气设备气设备按在正常条件下工作进行选取，就是要考虑电气装置所处位置，环境温度，海拔高度以及有无防尘防火防剥等规定。电气规定是指电气装置对设备电压、电流、频率规定。 电气设备按在短路故障条件下工作进行选取，就是要按最大也许短路故障时动稳定度和热稳定度进行校验。对熔断器及装有熔断器电压互感器，不必进行动稳定度和热稳定度校验；对电力电缆，由于机械强度足够，因此也不必要进行短路动稳定度和热稳定度校验。(5)开闭所防雷保护规划设计 电力系统电气设备遭受到雷击放电会引起过电压，雷电过电压产生雷电冲击波，具备很大破坏性。直击雷高电压引起强大电流会产生极大热效应和力效应，相伴尚有电磁脉冲和闪络放电。因此，必要要采用有效办法加以防护。下面就结合设计任务书，依照以上五个某些依次进行计算和设计。一、社区箱式变电站选取箱式变电站有称预装式变电站是集高压受电某些、配电变压器、低压配电某些于一体组合装置，该技术是从欧洲引进，俗称欧式箱变也是寻常生活中惯用箱变之一。以ZBW(XBW)系列箱式变电站为例：它具备成套性强、体积小、构造紧凑、运营安全可靠、维护以便、以及可移动等特点，与常规土建式变电站相比，同容量箱式变电站占地面积普通仅为常规变电站1/101/5，大大减少了设计工作量及施工量，减少了建设费用1、型号及其含义：见下图 2、ZBW(XBW)系列箱式变电站重要技术参数简介，见下表3、箱式变电站平面布置形式及外形尺寸 ZBW系列箱式变电站，依照排列方式分：1.“目”字型排列2.“品”字型排列该住宅区10kV开闭所设计出线6回。其中2回送电给200kVA变电所，2回送电给315kVA变电所，2回送电给250kVA变电所。变电所采用箱式变电所（站）。故选取6个ZBW系列箱式变电站,其高压侧额定电压均为10kv,变压器容量分别为2个200kVA,2个315kVA,2个250kVA。由于是为生活社区供电，并且容量均在50-400kvA内，故选取三相品字型排列。二、设计和论证10kV开闭所主接线 配电所电气主接线是以电源进线和引出线为基本环节，以母线为中间环节构成电能输配电路。其基本形式按有无母线普通分为有母线按线和无母线按线两大类。主接线是由电力变压器、各种开关电器、电流互感器、电压互感器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备以一定顺序相连接接受和分派电能电路。由于本设计工作电源由附近地区11010kV甲变电站和35/10kV乙变电站获得，该厂又属于二级负荷，故需有两路进线，高压配电所采用采用单母线接线。各住宅社区变电所均需选用两台变压器，故可采用单母线分段接线方式。 2.1高压配电所主接线方案论证 （1）方案一：两路电源单母线接线 两路电源进线单母线接线典型方案如图2-1，两个进线断路器必要实行操作联锁，只有在工作电源进线断路器断开后，备用电源进线断路器才干接通，以保证两路电源不并列运营。图2-1单母线接线单母线接线长处是简朴、清晰、设备少、运营操作以便且有助于扩建，但可靠性与灵活性不高。若母线故障或检修，会导致所有出线停电2）方案二：单母线分段接线当出线回路数增多且有两路电源进线时，可用断路器将母线分段，成为单母线分段接线，如图2-2所示，QF3为分段断路器。母线分段后，可提高供电可靠性和灵活性。在正常工作时，分段断路器可接通也可断开运营。两路电源进线一用一备时，分段断路器接通运营，此时，任一段母线浮现故障，分段断路器与故障段断路器都会在断电保护装置下自动断开，将故障段线母线切除后，非故障段母线便可继续工作。而当两路电源同步工作互为备用（又称暗备用）时，分段断路器则断开运营，此时若任一电源（如电源）浮现故障，电源进线断路器（QF1）自动断开，分段断路器QF3可自动投入，保证给所有出线或重要负荷继续供电。单母线分段接线保存了单母线长处，又在一定限度上克服了它缺陷，如缩小了母线故障影响范畴、分别从两段母线上引出两路出线可保证对一级负荷供电。图2-2单母线分段接线(3) 主接线论证1)单母线接线与单母线分段接线比较,见表2-1。2) 主接线拟定依照原始资料提供，和电力系统发展，顾客需求等几方面综合考虑，因此拟定10kV开闭所主接线方式为：单母线分段接线。表2-1 接线方式比较三、负荷计算及短路电流计算3.1供电系统总计算负荷计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一种假想持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生最大热效应相等。在配电设计中，普通采用30分钟最大平均负荷作为按发热条件选取电器或导体根据。其中由设计规定所给出数据可知,该开闭所出线所供应6个变电站变压器功率因素都按已达到0.9解决,参照设计任务书所给条件可知,开闭所6回出线中2回送电给200kVA变电所，2回送电给315kVA变电所，2回送电给250kVA变电所。因此,可以拟定总计算负荷，拟定这一级计算负荷目是为了选取高压母线及其开关电器和高压进线电力电缆。 Kd取0.8，计算总负荷：Pc.1=KdPe.1=0.8(200+315+250)2=1224kwQc.1=Pc.1tan=1224*0.484=592.42kvar同步系数：Kp=0.95 Kq=0.97总有功计算负荷：Pc= KpPc.i=1224kw*0.95=1162.8kw总无功计算负荷：Qc= KqQc.i=592.42kvar*0.97=574.65kvar总视在计算负荷：Sc = =1297.02KVA计算电流 ： Ic= =74.88A 依照以上公式可以依次算出各变电所计算负荷。详细计算如下表3-1所示:由以上计算可知，分别由两个地区变电所引入10kv 电源干线总计算电流Ic =74.88A。3.2短路电流计算短路电流计算目是为了对的选取和校验电气设备，以及进行继电保护装置整定计算。进行短路电流计算，一方面要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑各元件额定参数都表达出来，并将各元件依次编号，然后拟定短路计算点。短路计算点要选取得使需要进行短路校验电气元件有最大也许短路电流通过。接着，按所选取短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各重要元件阻抗。在等效电路图上，只需将被计算短路电流所流经某些重要元件表达出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，并且短路电路也比较简朴，因而普通只需采用阻抗串、并联办法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。 短路电流计算办法：惯用有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。3.2.1 在最小运营方式下短路电流计算(以甲站中200kVA为例）（1）拟定基准值设S d =100MVA，Ud=Uc，即高压侧Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则I d1=S d/ U d1=100MVA/（ 10.5kV）=5.50kAI d2 =S d/ U d2=100MVA/( 0.4kV）=144.34kA（2）计算短路电路中各重要元件电抗标幺值1）电力系统（S0C = 200MVA）X1* = 100kVA/200= 0.502）电缆线路 由110/10kV甲站采用电缆引入，故对10kV电力电缆可取X0=0.10/km,而线路长5km，故 X2*=（0.105）100MVA/（10.5kV）2=0.45绘制等效电路如图，图上标出各元件序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。（3）求k-1点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1）总电抗标幺值X*（k-1）=X*1+X*2= 0.50+0.45= 0.952）三相短路电流周期分量有效值I（3）k-1=Id1/X*（k-1）=5.50kA/0.95= 5.79 kA3）其她三相短路电流I(3)=I(3)=I(3) k-1=5.79kAi(3)sh=2.55 I(3)=2.555.79kA=14.76kAI(3) sh =1.51 I(3)=1.515.79kA=8.74kA 4）三相短路容量S(3) k-1=S d/ X*（k-1）=100MVA/0.95=105.26MVA3.2.2 在最大运营方式下短路电流计算同理:（1）拟定基准值设S d =100MVA，Ud=Uc，即高压侧Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则I d1=S d/ U d1=100MVA/（ 10.5kV）=5.50kAI d2 =S d/ U d2=100MVA/（ 0.4kV）=144.34kA（2）计算短路电路中各重要元件电抗标幺值1）电力系统（Soc= 300MVA） X1*= 100/300= 0.332）电缆线路 10kV开闭所电气某些初步设计X2*=（0.105）100MVA/（10.5kV）2=0.45（3）求k-1点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1）总电抗标幺值 X*(K-1) = X1*X2* =0.33+0.45=0.78 2）三相短路电流周期分量有效值 I（3）k-2=Id2/X*（k-2）=5.50kA / 0.78= 7.05kA 3）其她三相短路电流 I(3)=I(3)=I(3) k-1=7.05kAi(3)sh=2.55 I(3)=2.557.05kA=17.98kAI(3) sh =1.51 I(3)=1.517.05kA=10.64kA4）三相短路容量S(3) k-1=S d/ X*（k-1）=100MVA/0.78=128.21MVA甲站最小运营方式下短路计算成果甲站最大运营方式下短路计算成果乙站最小运营方式下短路计算成果乙站最大运营方式下短路计算成果四、电气设备选取与校验供电系统电气设备重要有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设备等。电气设备选取普通规定必要满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作规定，同步设备应工作安全可靠，运营以便，投资经济合理。电气设备按在正常条件下工作进行选取，就是要考虑电气装置所处位置，环境温度，海拔高度以及有无防尘防火防剥等规定。电气规定是指电气装置对设备电压、电流、频率规定。 电气设备按在短路故障条件下工作进行选取，就是要按最大也许短路故障时动稳定度和热稳定度进行校验。对熔断器及装有熔断器电压互感器，不必进行动稳定度和热稳定度校验；对电力电缆，由于机械强度足够，因此也不必要进行短路动稳定度和热稳定度校验。1、动稳定校验条件： imaxi(3)sh 或 ImaxI(3)sh 式中imax，Imax-开关极限通过电流（动稳定电流）峰值和有效值（单位为kA）；i(3)sh ，I(3)sh -开关所在处三相短路冲击电流瞬时值和有效值（单位为kA）。2、热稳定校验条件：It2tI(3)2tima 式中 It-开关热稳定电流有效值（单位为kA）；t-开关热稳定实验时间（单位为s）；I(3)-开关所在处三相短路稳态电流（单位为kA）；tima -短路发热假想时间（单位为s）。短路发热假想时间tima普通按下式计算：tima = tk+0.05s式中tk-短路持续时间，用电路主保护动作时间加相应断路器全分闸时间。tk= top+ toc；top为继电保护动作时间；toc为断路器全分段时间（含固有分闸时间与灭弧时间）。 4.1高压配电所电气设备选取 KYN44-12（MDS）型户内金属铠装移开式开关设备（如下简称开关设备），系3.6-12千伏三相交流50Hz单母线及单母线分段系统成套配电装置。重要用于发电厂、中小型发电机送电、工矿企事业配电以及电业系统二次变电所受电、送电及大型高压电动机起动等。实行控制保护、监测之用。本开关柜满足IEC298、GB3906等原则规定，具备防止带负荷推拉断路器手车、防止误分合断路器、防止接地开关处在闭合位置时关合断路器、防止误入带电隔室、防止在带电时误合接地开关联锁功能，既可配用ABB公司VD4真空断路器，又可配用V真空断路器。实为一种性能优越配电装置。表 4-1 一次重要设备选取4.2高压配电所电气设备校验表4-2 高压电器选取校验项目和条件(1) 高压断路器选取与校验高压断路器选取与校验，重要是按环境条件选取构造类型，按正常工作条件选取额定电压，额定电流并校验开断能力，按短路故障条件校验动稳定性和热稳定性，并同步选取其操动机构和操作电源。高压断路器选取一方面按正常使用条件初选一种型号，即：断路器额定电压不得不大于其工作电压；断路器额定电流不得不大于其计算电流；动稳定校验ImaxI(3)sh ；热稳定校验It2tI(3)2tima。在本设计中，依照总计算电流 Ic74.88A，可初选VS1-12/630型进行校验表4-3高压断路器选取校验表（2）高压隔离开关选取与校验（3） 高压熔断器选取与校验高压熔断器选取与校验，重要是按环境条件选取构造类型，按正常工作条件选取额定电压、额定电流并校验开断能力。在本设计中，高压侧熔断器是用于保护电压互感器。普通,选取高压熔断器熔体电流应取线路计算电流1.11.3倍。 因而，可初选 RN2-10型进行校验，满足条件，校验合格。(4)电流互感器选取与校验 电流互感器在电路中重要用于测量、计算和各种继电保护等，其选取规定一方面按正常工作条件和使用地点、环境来选。按规定初选LZZJB6-10电流互感器，如表4-5。校验条件为： 电流互感器额定电压不低于装设地点电路额定电压; 流互感器额定一次电流不不大于电路计算电流，而其额定二次电流普通为5A； 稳定度校验：ImaxI(3)sh ； 稳定校验It2tI(3)2tima。（5） 电压互感器选取与校验电压互感器额定一次电压，应与安装地点电网额定电压相适应，其额定二次电压普通为100v。其二次负荷S2不得不不大于规定精确级所规定额定二次容量S2N。电压互感器二次负荷S2，只计二次回路中所有仪表、继电器电压线圈所消耗视在功率。电压互感器一、二次侧装有熔断器保护，因而不需进行短路动稳定度和热稳定度校验。RZL10/0.1kv额定电压为12Kv,因此满足条件校验合格。4.3导线和电缆截面选取与校验对10kV及如下高压线路和低压动力线路，普通先按发热条件来选取导线和电缆截面，再校验其电压损失、机械强度、短路热稳定等条件。4.3.1按发热条件选取电缆截面(由110/10kV甲站引入且最大方式运营时)线路计算电流为 I= / UN查供电工程附录表32 得70mm2截面YJV型电缆在23载流量为255A，不不大于74.88A，因而选取YJV22-8.7/10-470型电力电缆。4.3.3母线选取与校验1.按发热条件选取导线和电缆截面线路计算电流I=74.88A,查文献一第241面表30得636.3载流量为1125A,可选TMY-3(636.3)型母线。2.按短路热稳定条件检查。 导体截面积A=23.4mm2,由文献一第58面短路热稳定条件得tima = 1.1s,Amin=636.3mm2=396.9mm2,A Amin,符合短路热稳定条件。综上所述，可选取TMY-3(636.3)型电缆。五、开闭所防雷和接地 在雷雨天气，高楼上空浮现带电云层时，迅雷针和高楼顶部都被感应上大量电荷，由于避雷针针头是尖，而静电感应时，导体尖端总是汇集了最多电荷这样，避雷针就汇集了大某些电荷避雷针又与这些带电云层形成了一种电容器，由于它较尖，即这个电容器两极板正对面积很小，电容也就很小，也就是说它所能容纳电荷很少而它又汇集了大某些电荷，因此，当云层上电荷较多时，避雷针与云层之间空气就很容易被击穿，成为导体这样，带电云层与避雷针形成通路，而避雷针又是接地避雷针就可以把云层上电荷导人大地，使其不对高层建筑构成危险，保证了它安全 避雷器是变电站保护设备免遭雷电冲击波袭击设备。当沿线路传入变电站雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器一方面放电，并将雷电流通过良导体安全引入大地，运用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平如下，使电气设备受到保护。 避雷器按其发展先后可分为：保护间隙是最简朴形式避雷器；管型避雷器也是一种保护间隙，但它能在放电后自行灭弧；阀型避雷器是将单个放电间隙提成许多短串联间隙，同步增长了非线性电阻，提高了保护性能；磁吹避雷器运用了磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同步还具备限制内部过电压能力；氧化锌避雷器运用了氧化锌阀片抱负伏安特性（非线性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上电压，在正常工频电压下呈高电阻特性），具备无间隙、无续流残压低等长处，也能限制内部过电压，被广泛使用。从组合构造分；当前市场上避雷器有几下几种：1)间隙类开放式间隙、密闭式间隙2)放电管类开放式放电管密封式放电管3)压敏电阻类单片、多片4)抑制二极管类5)压敏电阻/气体放电管组合类-简朴组合、复杂组合6)碳化硅类按照其保护性质有可以分为：开路式避雷器、短路式避雷器或开关型、限压型 按照工作状态（安装形式）又可分为：并联避雷器和串联式避雷器。户外变配电所中，普通采用避雷针作为直击雷防护办法，并且规定所有被保护电气设备和建筑物均应处在避雷针保护范畴之内。对于6-10kV变配电所应在每路进线终端和每组每组母线上装设避雷器。本次设计开闭所采用HY5WS2-17/50型号。总 结本次课程设计是10kV开闭所电气某些初步设计。课程设计结束了，我基本上掌握了对一次供电系统设计所要经历环节。此过程涉及整体构思、资收集和整顿、技术数据计算、方案论证与选取、组织成稿与完善。在完毕本次设计过程中，最大难点就是资料收集。由于诸多图书资料内设备及方案过于落后，甚至有些在当代供配电设计中已经裁减，因而设计时需要依照计算技术数据在期刊及网络上进行收集设备及方案信息。此外本设计重点是一次系统，在二次系统方面没有太大设计深度，因而本设计还是存在一定缺陷。通过本次课程设计锻炼，在专业知识方面，本人不但对供配电系统有了更系统化地学习，并且对其她专业课巩固有了很大增进作用。此外该过程中，还学会使用有关辅助工具，如公式编辑器等。特别是能纯熟运用Office软件进行专业论文编排，这些对后来工作与学习都将有很大协助 。作为大学阶段一次重要学习经历我感觉自己受益非浅，同步深深感觉自己自学能力在逐渐提高，独自思考和分析问题能力也得到增强。不久将来，我将要走上工作岗位。我非常注重这样学习机会，会更加努力学好专业课知识，为后来工作道路打下坚实基本。参照文献【1】 翁双安，供电工程. 北京：机械工业出版社，.5【2】 苏文成. 工厂供电. 北京：机械工业出版社，.3【3】 刘介才. 工厂供电（第4版）. 北京：机械工业出版社，.7【4】 王建华. 电气工程师手册. 北京：机械工业出版社，.2【5】 余健明等.供电技术.第3版.北京：机械工业出版社，1998【6】 雍静. 供配电系统北京. 北京：机械工业出版社，.5