某小区10kV变电所的电气设计--毕业论文.doc

目 录摘要第1章 引言3 11 概述3 12 变电所国内外发展现状3 121 变电所国内发展现状3 122 变电所国外发展现状4 13 变电所设计依据4 14 研究本课题的意义4 15 本文各章内容分布4第2章 设计说明书5 21 工程概况5 22 负荷等级5 23 变压器的选择6 231 变压器容量的选择6 232 变压器台数的选择7 24 主结线7 241 电气主结线概念7 242 本系统主结线介绍7 25 电力电缆与导线的选择8 251 电缆芯数的选择8 252 电缆截面的选择8 26 高低压开关设备的选择8 261 高压开关器的选择8 262 低压开关器的选择9 27 互感器的选择9 271 电流互感器的选择9 272 电压互感器的选择10 28 开关柜的选择10 29 无功功率补偿11第3章 计算说明书12 31 负荷计算12 311 负荷计算的方法12 312 系统的负荷计算12 313 无功功率补偿计算14 314 变压器功率损耗15 32 短路电流计算16 33 校验17结论19参考文献20附录21致谢23第1章 引言11概述在人类漫长的历史长河中，电的发现给整个人类文明带来了“光明”，让人类能在电带来的光明下去攀登科学的高峰！电能是一种清洁的二次能源，二次能源是相对一次能源来说的，电是把自然界一次能源中储存的能量（如燃料中的化学能、水的势能、核能、风能、太阳能等）转换而来的；同时，电能又能很方便地转换为人们所需要的其他形式的能量（如用电炉将电能转换为热能、用电动机将电能转换为机械能、用电灯将电能转换为光能、用蓄电池将电能转换为化学能等等）。正是因为电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。变电所是变换电压和交换电能的场所，由电力变压器和配电装置组成。按变压器性质和作用可分为升压变电所和降压变电所两种；按其在电力系统内所处的地位不同，又可分为区域变电所、企业变电所及车间变电所等。只有受电和配电开关等控制设备，而无主变压器的变电所称为配电所。为使供电可靠、经济、合理，一般大型发电厂将低压电能升压后，直接或间接地经区域变电所向较远的城市或工矿区供电。在城郊或工矿区再设降压变电所，将降压后的35110kV电能配给附近的工矿企业内部的企业变电所1。 随着电力工业的不断发展和社会对电力质量的要求不断提高，电力系统对35KV电压等级要逐步淘汰，电压从110KV直接变到10KV，所以无论是住宅小区，经济开发区还是工厂都会大量地碰到10KV变电所，所以10KV变电所运行安全、可靠、方便是至关重要的。提高10KV变电所运行的可靠性对人们生活水平的提高和社会经济的发展有着重要的意义。为了让10KV变电所能安全可靠的运行，10KV变电所的电气设计就显得特别的重要。12 变电所国内外发展现状121 变电所国内发展现状我国政府已经确立了2020年全面进入小康社会的奋斗目标，绘就了我国21世纪的发展蓝图。21世纪是城市的世纪，未来15年间是我国经济社会发展的关键时期，中国城市化率将达到70%左右，即将有70%左右的人口在城镇生活。我国经济的高速发展有赖于国家城市化战略的顺利实施，而供配电系统是城市的重要基础设施，其发展必须适应我国经济高速发展的要求。我国的配电网络经过多年的建设和改造，供电能力有了明显的提高，目前已基本能够满足我国社会经济发展的要求，随着社会经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，居民和商业用电量所占的比例将逐步增大，中低压用户对电能供应的可靠性要求也越来越高，因此，配电系统的供电可靠性和质量必须跟上社会发展的脚步。供配电系统的发展与社会经济的发展水平、用电结构、供电可靠性要求等因素相协调。在负荷增长的同时，用电的结构也发生了变化，我国相关的供电法规及技术指标体系也将日益健全。122 变电所国外发展现状供配电系统的发展与所在供电区域的社会、经济、人口、面积、居民用电情况能源政策密切相关。经济发达国家和地区的城市人口比例一般为以上、居民生活用电约占总用电量的，大城市的电缆化率接近，配电网线损率为左右，负荷增长率一般小于。经济发达国家变电所的自动化水平也比较高。213 变电所设计依据本文所设计的变电所严格按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、GB50053-94 10kv及以下变电所设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行供配电设计必须遵循以下原则：（1）遵守规程、执行政策；（2）安全可靠、先进合理；（3）近期为主、考虑发展；（4）全局出发、统筹兼顾。14 研究本课题的意义本文所研究的课题是小区变电所的电气设计，做好变电所的电气设计，对小区的供电可靠性有着重要的意义，合理的规划设计，并且能够节约材料，符合科学发展观的要求。15本文各章内容分布第一章 概述，国内外发展现状，设计依据，研究意义第二章 设计说明书第三章 设计计算书第四章 结论第2章 设计说明书21工程概况本文是对某小区10KV变电所进行电气设计，有两回10kV进线，采用的是双电源、单母线分段结线形式供电。本工程的设计流程如图2-1所示：电气设备选择画出主结线系统图负荷计算电气设备校验画出平面图图2-1 设计流程22 负荷等级根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，电力负荷分为三级-一级负荷、二级负荷和三级负荷。各级负荷对供电电源的要求：一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏，以维持继续供电；对一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。二级负荷应由两个电源供电，即应由两回线路供电，供电变压器亦应有两台（两台变压器不一定在同一变电所）。三级负荷对电源无特殊要求，一般单电源供电即可。3根据负荷等级分级的原则，本文所涉及到的负荷及各负荷的等级分类如表2-1所示：表2-1负荷121的计算值负荷编号负荷名称设备容量/KW功率因数回路数/个备注1A单元住宅2400. 81三级负荷2B1单元住宅208081三级负荷3B2单元住宅208081三级负荷4C1单元住宅96081三级负荷5C2单元住宅96081三级负荷6C3单元住宅96081三级负荷7泵房123081一级负荷8A1单元电梯19051二级负荷9A2单元电梯19051二级负荷10A3单元电梯19051二级负荷111#排风机房25081一级负荷122#排风机房22081一级负荷13A单元送风机75081一级负荷14B1单元送风机75081一级负荷15B2单元送风机75081一级负荷16消防中心20081一级负荷17A1B1B2应急照明30101一级负荷18商场一60071三级负荷19商场二60071三级负荷20商场三60071三级负荷21商场四60071三级负荷23 变压器的选择在本文中选用的电力变压器是降压变压器，选择变压器主要是选择变压器的容量与台数。231变压器容量的选择选择变压器的容量一般由以下几个因素决定：（1）单台变压器容量一般不大于。若负荷集中且确有需要，可采用1600kVA或更大的变压器；（2）最大负荷率一般取为，其中为正常运行时的计算负荷；（3）两台变压器互为备用时，当一台变压器故障或检修，另一台变压器容量应能保证所有一、二级负荷供电。232变压器台数的选择选择变压器台数的一般原则：（1）三级负荷一般设一台变压器，但考虑现有开关设备开断容量的限制，所选单台变压器的额定容量一般不大于；当用电负荷所需的变压器容量大于时，通常应采用两台或更多台变压器；（2）当季节性或昼夜性的负荷较多时，可将这些负荷采用单独的变压器供电； （3）当有较大的冲击性负荷时，为避免对其他负荷供电质量的影响，可单独设变压器对其供电； （4）当有大量一、二级负荷时，为保证供电可靠性，应设两台或多台变压器。4根据以上原则以及各等级负荷的要求，并在计算的基础上选择两台容量为的干式变压器，型号为，连接组别为，两台变压器同时工作又互为备用。24 主结线241 电气主结线概念 变电所的电气主结线是由高压电气设备通过连接组成的接受和分配电能，又称一次接线或电气主系统，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次序相连接的电路。电气主结线是汇集和分配电能的通路，应满足运行的灵活性和可靠性，操作简便，经济合理，便于扩建等基本条件。5242 本系统主结线介绍根据选择主结线时要符合安全性、可靠性、灵活性和经济性的要求以及各级负荷对供电电源的要求，本文采用了双电源单母线分段形式供电的主结线结构。本系统中有两回路进线，分别是变压器所在回路和变压器所在回路，采用末端切换的供电方式。回路所带的负荷为A单元住宅、C1单元住宅、C2单元住宅、C3单元住宅、商场四、泵房、A单元电梯、B1单元电梯、B2单元电梯、1#排风机房、2#排风机房、A单元送风机、B1单元送风机、B2单元送风机、消防中心、A1B1B2应急照明；回路所带负荷为B1单元住宅、B2单元住宅、商场一、商场二、商场三、泵房、A单元电梯、B1单元电梯、B2单元电梯、1#排风机房、2#排风机房、A单元送风机、B1单元送风机、B2单元送风机、消防中心、A1B1B2应急照明。本主结线形式的工作原理：电源、同时向系统供电，、与、构成两回路供电，采用单母线分段形式，当变压器任一回路出现故障或检修时，关闭联络开关，另一台变压器所在回路对所有负荷供电。主结线图如附录A所示。25 电力电缆与导线的选择251 电缆芯数的选择 电缆芯数选择原则：1电压及以下的三相五线制低压配电系统，应采用芯型电缆；2交流系统应采用三芯电缆；3在水下或重要的较长线路中，为避免或减少中间接头，或单芯电缆比多芯电缆有较好的综合技术经济性时，可选用单芯电缆。252 电缆截面的选择电缆截面选择原则：1导线容许载流量大于或等于导线实际运行电流，即 (2-1)2. 当截流量表中给出的环境温度与实际运行时环境温度不同时，根据发热量等效的原则，作如下修正，修正后允许截流： （2-2）式中系数为： （2-3）式中 为允许最高持续工作温度。3高压线路按热稳定选择电缆；低压线路按导线容许载流量选择电缆。6在本变电所所设计的电气系统中，电缆截面选择如附录B、C、D所示。26 高低压开关设备的选择261高压开关器的选择 高压开关器选择原则：1高压断路器（）：满足开关额定电压大于或等于线路额定电压，即 (2-4)2高压隔离开关（）：满足开关所能承受最大电流大于或等于开关安装处电流，即 （2-5）本系统的高压断路器选择的型号为：，所能承受最大电流。262低压开关器的选择低压断路器（）：满足断路器分断最大电流大于或等于装设开关处冲击短路电流，即 7 （2-6） 本系统的低压断路器选择的型号为：、和型。27 互感器的选择电流互感器应能做到系统正常时长期运行，并取得准确度等级要求的电流传变值。同时应能承受短时短路电流的作用。电压互感器是一种电压变换装置，它将高电压变换为低电压，以便用低压量值反映高压量值的变化。因此，通过电压互感器可以直接用普通电气仪表进行电压测量。8271 电流互感器的选择在选择电流互感器时要满足以下条件1满足工作电压要求电流互感器额定电压等于系统的标称电压，即 （2-7） 2满足工作电流要求 一次侧额定电流大于或等于线路计算电流，即 （2-8） 3准确度等级 在对电流互感器一次侧额定电流进行选择时，考虑到二次仪表的指针指在仪表盘左右时较易准确读数，因此，一般为： (2-9)在本文中高压侧选择的电流互感器型号为： 型号说明： 电流互感器 额定电压（kV） 支柱式 设计序号浇注成型固体 带有保护级低压侧选择的电流互感器型号为： 型号说明： 1 0.5 电流互感器 母线式 额定电压(kV)浇注绝缘固体 设计序号272 电压互感器的选择选择电压互感器时要满足工作电压的要求，一次侧电压等于系统的标称电压，即 （2-10）在本系统中只在高压侧安装了电压互感器，选择的型号为：。型号说明： 电压互感器 额定电压（kV） 单相 浇注式28 开关柜的选择在本文中选择的是航利电气的开关柜，高压系统开关柜选择的型号为：型号含义: 金属铠装开关设备 额定电压移开式（手车式） 设计序号户内装置低压系统开关柜选择的型号为：型号含义 森源电气系统 辅助电路方案代码 抽出式 主电路方案代码 封闭式开关柜29 无功功率补偿电力系统中电压的变化对无功负荷的影响远大于对有功负荷的影响。所以，影响供配电系统电压的主要因素是无功功率。电力系统的无功电源包括同步发电机、调相机、电容器、静止补偿器等。后三种又称无功补偿装置。 系统的无功功率需求量常常远大于有功功率。如果系统的无功功率全部由发电机来负担，一方面将大大减少发电机的有功出力，另一方面将由于发电机距用户较远，将大大增加无功功率通过网络时产生的线路损耗。9无功补偿是提高功率因数的方法之一，它是一种人工补偿，我们在这里采用并联电容器补偿。 根据以上分析的原因，在本系统中，为了保持负荷的电压维持在正常的水平上，在低压侧母线上进行无功功率补偿。选择的无功功率补偿装置为型。第3章 计算说明书在本章中，将对本系统进行数据的计算，包抱负荷计算、短路计算以及校验。31 负荷计算311 负荷计算的方法 计算负荷又称需要负荷或最大负荷，它是一个假想的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷产生的最大热效应相等。本文负荷计算的方法为需要系数法，在计算某供电范围内的计算负荷时，首先根据负荷类别进行分组，然后按照下列步骤进行计算。1.设备功率 每组中只有一台（套）电气设备时，应将设备实际向供配电系统汲取的电功率作为计算负荷； 2.单组设备计算负荷 当分组后同一组中的设备台数3台时，计算负荷应考虑其需要系数；3.当每组电气设备台（套）数3台时，考虑其使用率非常高，将需要系数取为1，其余计算与上述公式相同。11312 系统的负荷计算根据需要系数法对本系统进行负荷计算。例如计算A单元住宅计算负荷如下：单元住宅：设备容量，功率因数，需要系数，故 计算有功功率；计算无功功率 ； 计算视在功率；计算电流。式中 :总设备功率，单位为； :需要系数； :计算有功功率，单位为； :计算无功功率，单位为； :计算视在功率，单位为； :电气设备功率因素角的正切值； :电气设备额定电压，单位为； :计算电流，单位为。同理，根据以上计算过程，可以计算出所在回路和变压器所在回路的计算负荷，如表3-1和表3-2所示表3-1 T1所在回路负荷计算的计算表负荷计算点容量/功率因数需要系数计算有功功率/计算无功功率/计算视在功率/计算电流/单元住宅2400.80.750.49672120182.3C1单元住宅960.80.750.5483660911C2单元住宅960.80.750.5483660911C3单元住宅960.80.750.5483660911泵房1230.80.750.786.164.6107.6163.5A单元电梯190.51.7311932.93857.7B1单元电梯190.51.7311932.93857.7B2单元电梯190.51.7311932.93857.71#排风机房250.80.750.717.513.121.933.22#排风机房220.80.750.715.411.519.329.2A单元送风机7.50.80.7517.55.69.412.2B1单元送风机7.50.80.7517.55.69.412.2B2单元送风机7.50.80.7517.55.69.412.2消防中心200.80.75120152538A1B1B2应急照明30100130030456市场四60071021606128571302表3-2 T2所在回路负荷计算的计算表负荷计算点容量/功率因数 需要系数计算有功功率/计算无功功率/计算视在功率/计 算电流/B1单元住宅2080.80.750.483.262.4104158B2单元住宅2080.80.750.483.262.4104158泵房1230.80.750.786.164.6107.6163.5A单元电梯190.51.7311932.93857.7B1单元电梯190.51.7311932.93857.7B2单元电梯190.51.7311932.93857.71#排风机房250.80.750.717.513.121.933.22#排风机房220.80.750.715.411.519.329.2A单元送风机7.50.80.7517.55.69.412.2B1单元送风机7.50.80.7517.55.69.412.2B2单元送风机7.50.80.7517.55.69.412.2消防中心200.80.75120152538A、 B1、B2应急照明30100130030456市场一60071021606128571302市场二60071021606128571302市场三60071021606128571302对于多组设备的计算负荷需要加上一个同时系数，即 (3-1)取值范围一般在0.8 0.9之间；对于变电所总计算负荷，取值范围一般在0.851。313 无功功率补偿计算1补偿前、点计算负荷如表3-3所示：表3-3 、的负荷计算点/584546090952614418 68701043594952810953544753715910872补偿后B1、B2点计算负荷补偿前： （3-2）补偿后： （3-3）设补偿后式中 :补偿前的平均有功功率，单位为； :补偿前的平均无功功率，单位为；:需补偿的无功功率，单位为；，:补偿前后的功率因数角。所需补偿的无功功率为： （3-4） 表3-4 、的负荷计算点补 前功 率因 数补 后功 率因 数补 偿的 无功 功率实 际补 偿量/补后/补后/计 算视 在功 率/计 算电 流/实际功率因数补后B10760840930395196.616*6=96526.1207.8565.7859.50.93补后B20750890930395235.316*8=128535.4211.5575.3874.10.93根据、点的视在功率，可对变压器进行选择，选择变压器额定容量。314 变压器功率损耗变压器最大的有功和无功损耗都是由两部分-空载损耗和负载损耗构成。在本节中计算高压侧的计算负荷，、点的计算负荷就是、点的计算负荷加上变压器、的功率损耗。计算结果如表3-5所示。表3-5 、的负荷计算点空载损耗/短路损耗/有功损耗/无功损耗/1.55.7641.24.520.6530.6228.4577.7877.71.55.7641.24.520.6539925275961444432 短路电流计算 供配电系统中的短路，是指相导体之间或相导体与地之间不通过负载阻抗而发生的电气连接，是电力系统的常见故障之一。 本节主要是对系统变压器高、低压侧的三相短路电流进行计算，计算的目的是为校验系统设备能否承受可能发生的最严重短路。本节的计算按无限大容量系统进行，所谓“无限大容量”电源，是指电力系统中某局部无论发生了什么扰动，电源的电压幅值与频率均保持恒定。12因为、回路所用变压器相同，故短路电流也一样，计算过程如下：变电所的变压器为型，容量，接线、阻抗电压，短路损耗，电压等级为，设变压器高压侧短路容量为，电压基准值为。则 电抗标幺值： 系统电抗标幺值： 变压器电抗标幺值：1点：电压等级： 基准电流为： 图3-1 短路电流计算电路 三相短路周期分量有效值： 对较大的中、高压系统，取冲击系数，则三相短路全电流冲击值（短路电流可能出现的最大瞬时值）：2点：电压等级： 基准电流为：点电抗标幺值：三相短路周期分量有效值： 对较大的低压系统，取冲击系数，则三相短路全电流冲击值（短路电流可能出现的最大瞬时值）： 33 校验 通过上述短路计算得知，供电系统短路时，短路电流是相当大的，如此大的短路电流通过用电器和导体，一方面要产生很大的电动力，即电动效应；另一方面要产生很高的温度，即热效应。13这两类效应可能对电气设备和导体乃至供配电系统造成严重的后果，因此要分析短路电流的效应，并对电气设备和导体进行短路稳定度校验。现对断路器进行校验，高压侧断路器校验结果如表3-6所示：表3-6 校验情况表安装点的电气条件型断路器校验项目数据校验项目数据结论冲击电流开断电流选取合格 经校验，型断路器符合要求。低压侧断路器校验结果如表3-7所示：表3-7 校验情况表安装点的电气条件型断路器校验项目数据校验项目数据结论冲击电流开断电流选取合格经校验，型断路器符合要求。 结论变电所在电力系统中处于非常重要的位置，起着承上启下的作用，变电所的电气设计对供电稳定性有着重要的意义。本文所研究的某小区10kV变电所的电气设计，绘制了主结线图、高低压系统图和平面图，并进行了系统的负荷计算、短路电流计算和导线截面计算，以及在计算的基础上进行了电气设备的选择和校验。本文的设计不足之处是变电所自动化控制技术运用得较少，为了提高变电所运行的可靠性，应该不断加强自动化控制。 随着科学技术的不断发展，电力工业也取得了飞速发展，变电所设计与制造技术也不断的成熟，这为电力供应的可靠性提供了条件。本文所研究的虽然只是小问题，但为以后在供配电方面的研究打下了坚实的基础。 参考文献1孟祥忠.现代供电技术.第一版.北京：清华大学出版社.2006:22范明天 张祖平.中国配电网发展战略相关问题研究.第一版.北京：中国电力出版社，2008:103中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册.第二版北京：中国电力出版社 19944刘学军.工厂供电.第一版.北京：中国电力出版社，20075陈庆红.变电运行.第一版.北京：中国电力出版社，20056徐志强.建筑电气设计技术.第一版.广州：华南理工大学出版社，19947刘思亮.建筑供配电.第一版.北京.中国建筑工业出版，19988何首贤 葛廷友 姜秀玲.供配电技术.第一版.北京：中国水利水电出版社，2005（2007重印）9王晓文.供用电系统.第一版.北京：中国电力出版社，2005：8510夏国明.供配电技术.第二版.北京：中国电力出版社，200711雍静.供配电系统.第一版.北京：机械工业出版社，2003.6：4512狄富清.变电设备合理选择与运行检修.北京：机械工业出版社，2006.113张朝英.供电技术.第一版.北京：机械工业出版社，2005附录附录A 系统主结线图附录B 1号变压器低压配置图致谢本文的工作是在老师的悉心指导下完成的，从论文的选题到撰写都倾注了老师的汗水与心血，给了我很多的指导和帮助。在论文撰写期间，他以严谨的治学态度、扎实的理论基础、丰富的实际经验和渊博的学识，不厌其烦地对我的论文写作进程进行审阅，提供了宝贵的指导和修改意见，在老师的批评和指正下，我终于完成了这篇论文的研究和撰写工作。在此，首先，谨向老师致以最诚挚的谢意。其次要感谢湖南南华大学，是它为我的学习提供了良好的环境和为实践创造了良好的条件，营造了浓厚的学习氛围，在这里，让我掌握了学习和研究的基本方法。感谢杨发礼、周仪伟、陈秋云等领导，和他们的交流使我对课题研究开阔了思路，增长了知识，在论文的协作过程中他们都提供了很大的帮助。再次向所有曾指导、关心、帮助过我的老师、领导以及我的亲人和朋友表达最深切的谢意。谢谢他们一直关心我、支持我、帮助我!1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 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