1004kv变电所设计.doc

供配电课程设计

设计题目：某纺织厂10kV/0.4kV变电所设计

姓 名：
班 级：
学 号：
指导教师：
成绩评定：

2018年01月19日
目 录

1. 设计题目……………………………………………………1
1.1 原始资料………………………………………………………1
1.1.1 设计环境及基础资料………………………………………1
1.1.2 设计内容……………………………………………………2
2. 功率计算及无功功率补偿…………………………………2
2.1 功率计算………………………………………………………2
2.2 无功功率补偿…………………………………………………4
2.2.1 无功补偿的意义……………………………………………4
2.2.2 无功补偿的基本要求………………………………………4
2.2.3 无功功率平衡与补偿………………………………………4
3. 变压器的选择………………………………………………5
3.1 变压器台数的选择……………………………………………5
3.2 变压器容量的选择……………………………………………6
3.3 变压器类型的选择……………………………………………6
4. 电气主接线设计……………………………………………6
4.1 电气主接线的基本要求………………………………………6
4.2电气主接线的基本形式………………………………………6
4.3电气主接线方案………………………………………………7
4.3.1 电气主接线方案的比较……………………………………7
4.3.2 电气主接线方案的确定……………………………………7
5. 短路电流计算………………………………………………7
5.1 短路电流计算的目的…………………………………………7
5.2 短路计算的假设条件…………………………………………7
5.3 短路点的确定…………………………………………………8
5.4 短路电流计算…………………………………………………8
6. 选择主要电气设备…………………………………………11
7. 继电保护的配置……………………………………………13
武汉纺织大学课程设计

1 设计题目：某纺织厂10kV/0.4kV变电所设计
1.1 原始资料
1.1.1 设计环境及基础资料
（1）某纺织厂因生产规模扩建和提高供电可靠性的需要，拟新建一厂区，为此拟新建10/0.4KV降压变电所一座。有关负荷资料见附表1，新厂区总平面布置图见附图。
（2）从电业部门某110/10KV变电所，变电所母线出线短路容量为350MVA，用10KV双回架空线路向本厂配电，该变电所在厂南侧0.5公里。
（3）功率因数应在0.9以上(10KV)。

图1 纺织厂平面图
表1 新厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表
序
号
用电或车间单位名称
设备容量（kW）
Kd

计算负荷
P(kW)
Q(kvar)
S(kVA)
1
纺纱车间
440
0.8
0.8
0.75

2
织布车间
400
0.8
0.8
0.75

3
自来水车间
70
0.65
0.8
0.75

4
机修车间
26
0.3
0.65
1.17

5
动力车间
360
0.3
0.5
1.73

6
生活区
40
0.6
0.6
1.33

7
仓 库
25
0.3
0.5
1.17

8
小 计
1361

1.1.2 设计内容
（1）负荷计算及无功功率补偿 。
（2）选择变电所主变台数、容量及型式。
（3）设计本变电所的电气主接线，选出数个电气主接线方案进行技术经济比较，确定一个最佳方案。
（4）进行必要的短路电流计算。
（5）选择和校验所需的电气设备。
（6）进行继电保护的选择及整定（略写）。

2 功率计算及无功功率补偿
2.1 功率计算
功率计算公式如下：
有功计算负荷：,
无功计算负荷： ,
视在计算负荷： ，其中，为设备容量。
则可将图表中的P,Q,S数据计算后再填入。
1. 纺纱车间：已知，

2. 织布车间：已知，

3. 自来水车间：已知，

4. 机修车间：已知，

5. 动力车间：已知，

6. 生活区：已知，

7. 仓库：已知，

8. 小计：已知，
P=352+320+45.5+7.8+108+24+7.5=864.8kW，
Q=264+240+34.125+9.126+186.84+31.92+8.775=774.786kvar，

表1 新厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表
序
号
用电或车间单位名称
设备容量（kW）
Kd

计算负荷
P(kW)
Q(kvar)
S(kVA)
1
纺纱车间
440
0.8
0.8
0.75
352
264
440
2
织布车间
400
0.8
0.8
0.75
320
240
400
3
自来水车间
70
0.65
0.8
0.75
45.5
34.125
56.875
4
机修车间
26
0.3
0.65
1.17
7.8
9.126
12
5
动力车间
360
0.3
0.5
1.73
108
186.84
216
6
生活区
40
0.6
0.6
1.33
24
31.92
40
7
仓 库
25
0.3
0.5
1.17
7.5
8.775
15
8
小 计
1361
0.64
0.74
0.90
864.8
774.786
1161.1
2.2 无功功率补偿
2.2.1 无功补偿的意义
无功平衡是保证电力系统电压质量的基础。合理的无功补偿和有效的电压控制，不仅可保证电压质量，而且能提高电力系统运行的经济性、安全性和稳定性。
2.2.2 无功补偿的基本要求
电力系统的无功电源与无功负荷，在各种正常运行以及事故运行时,都应实行分层分区、就地平衡原则，并且无功电源应具有灵活的调节能力，和一定的检修备用和事故备用容量。
在正常运行方式时，突然失去一台最大的无功电源设备，系统应能迅速调出无功事故备用容量，保持系统电压稳定和正常供电，避免出现电压崩溃；而在正常检修运行方式下，若发生上述事故，应采取切除部分负荷，或切除并联电抗器等必要措施，以维持电压稳定。
对于220kV及以上系统的无功补偿，还应考虑其提高电力系统稳定性的作用。
无功补偿设备的配置与设备类型的选择，应进行技术经济比较。可分组投切的并联电容器及可调节的并联电抗器，通常为主要无功补偿设备。
2.2.3 无功功率平衡与补偿
对于不同电压等级的电网，无功功率平衡与补偿形式有所不同。
用户为提高功率因数，所需装设的并联电容器容量，可参考图表2。
经计算，用户的功率因数为0.74，题目要求将功率因数提高到0.90以上。
因表内数据过多,只截取了功率因数为0.74的情况。
表2 单位负荷所需的补偿电容器容量 单位：kvar/kW[1]
原功率因数cosφ1
要提高到的功率因数cosφ2
0.70
0.75
0.80
0.82
0.84
0.86
0.88
0.90
0.92
0.94
0.96
0.98
1.00
0.74

0.03
0.16
0.21
0.26
0.32
0.37
0.43
0.48
0.55
0.62
0.71
0.91
故需装设的并联电容器容量为Q=0.43kvar/kW×864.8kW=371.864kvar以上，才能将功率因数提高到0.90以上。
表3 补偿电容的选择
型号
额定电压/kV
标准容量/ kVar
相数
BW0.23-4(5)-1
BW0.4-12(13,14)-1(3)
BW0.4-40(60,80)-1(3)
BWF6.3-22(25,30,40,
50,100)-1W
BWF10.5-22(25,30,33.4,
40,50,100,120)-1W
BW0.525-12(13,14)-1(3)
BWM6.3-100(200,334)-1W
BWF12.5-25(40,100,120,150)-1W
BWM10.5-50(100,200,334)-1W
BGM6.3-45(50,100)-1W
BGM10.5-45(50,100)-1W
0.23
0.4
0.4
6.3

10.5

0.525
6.3
12.5
10.5
6.3
10.5
4 5
12 13 14
40 60 80
22 25 34 40 50 100
22 25 30 33.4
40 50 100 120
12 13 14
100 200 334
25 40 100 120 150
50 100 200 334
45 50 100
45 50 100
1
1 3
1 3
1
1
1
1 3
1
1
1
1
1
1
故选择型号为BW0.4-40(60,80)-1(3)的电容器。
并联个数n=371.864kvar/80w≈5台，即并联5个如上型号的变压器可将功率因数补偿到0.90以上。

3 变压器的选择
3.1 变压器台数的选择
发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线行式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和枢纽变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于两台；而对弱联系的中、小型电厂和低压侧电压为6-10kV的变电所或与系统联系只是备用性质时，可只装一台主变压器。
本次设计为10kV/0.4kV降压变电所，为小型变电所，故只装一台主变压器。
3.2 变压器容量的选择
单元接线的主变压器容量的确定原则。
单元接线时变压器容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则算出两台机容量之和来确定。
发电机的额定容量为1361kVA，扣除厂用电负荷后为1161.1kVA，还需留有10%的裕度，则需1161.1×1.1=1277.21kVA，故选择1600kVA的变压器一台。
3.3 变压器类型的选择
“中电制造”SG10系列非包封H级干式变压器技术数据（频率均为50Hz）
电压组合高压（kV）：3,6,6.3,6.6,10,10.5,11，高压分接范围%：±5或±2×2.5%
低压（kV）：0.4 联结组标号：Y,yn0或D，yn11 绝缘水平LI75AC35/AC3
型号及容量KVA
空载损耗W
负载损耗W（145℃）
负载损耗W（120℃）
空载电流%
声级（LPA）dB
短路阻抗%
器身重量kg
SG10-100/10
400
1570
1467
0.80
40
4
600
SG10-160/10
540
2120
1980
0.80
42
4
760
SG10-200/10
620
2520
2354
0.80
42
4
920
SG10-250/10
720
2750
2569
0.70
44
4
1080
SG10-315/10
880
3460
3232
0.70
46
4
1230
SG10-400/10
970
3980
3718
0.60
46
4
1510
SG10-500/10
1160
4870
4550
0.60
47
4
1740
SG10-630/10
1290
5950
5559
0.60
47
6
1930
SG10-800/10
1520
6950
6493
0.50
48
6
2260
SG10-1000/10
1760
8120
7586
0.50
48
6
2750
SG10-1250/10
2080
9690
9052
0.50
49
6
3140
SG10-1600/10
2440
11730
10958
0.50
50
6
3820
SG10-2000/10
3320
14450
13450
0.40
50
6
4490
SG10-2500/10
4000
17170
16040
0.40
51
6
5480
故选择型号为SG10-1600/10的变压器。

4 电气主接线设计
4.1 电气主接线的基本要求
电气主接线必须满足可靠性，灵活性和经济性三项基本要求。
4.2 电气主接线的基本形式
电气主接线主要分为有汇流母线和无汇流母线两大类。
其中有汇流母线分为单母线接线和双母线接线。单母线接线分为简单单母线,单母线分段，单母线带旁路接线；双母线接线分为简单双母线，双母线分段，双母线带旁路，3/2断路器双母线以及变压器-母线接线。
无汇流母线分为单元及扩大单元接线，桥型接线和角型接线。其中桥型接线分为内桥接线和外桥接线。
4.3电气主接线方案
4.3.1 电气主接线方案的比较
1.简单单母线接线：6-10kV配电装置的出线不超过5回时。
因为有7个用电或车间单位，出线超过5回，不能使用。
2.单母线分段接线：6-10kV配电装置总出线回路数为6回及以上时，每一分段上所街的总容量，不宜超过25MW。
单母线分段接线能提高供电的可靠性。当任一段母线或某一台母线隔离开关故障及检修时、自动或手动跳开分段断路器QF，仅有一半线路停电，另一段母线上的各回路仍可正常运行。重要负荷分别从两段母线上各引出一条供电线路，就保证了足够的供电可靠性。两段母线同时故障的概率很小，可以不予考虑。当可靠性要求不高时，也可用隔离开关QS将母线分段，故障时将会短时全厂停电，待拉开分段隔离开关后，无故障段即可恢复运行。
单母线分段接线除具有简单、经济和方便的优点，可靠性又有一定程度的提高，因此在中、小型发电厂和变电所中仍被广泛应用。
3.双母线接线：6-10kV配电装置，当短路电流较大，出线需带电抗器时；或当变电站装有两台变压器，6-10kV线路为12回及以上时。
因为出线数没有超过12回且只有一台变压器，短路电流也不大，故不采用双母线接线。
4.双母线分段接线：广泛应用于中、小型发电厂的6-10kV发电机电压母线。
这种接线将双母线接线的工作母线分为两段，可看做是单母线分段和双母线相结合的一种形式，它增加了一台分段断路器和一台母联断路器。双母线分段接线具有单母线分段和双母线两者的特点，任何一段母线故障或检修时仍可保持双母线并列运行，有较高的可靠性和灵活性。
4.3.2 电气主接线方案的确定
综上所述，为了更好的满足电气主接线的基本要求，可将进线端10kV处采用双母线分段接线，出线端0.4kV处采用单母线分段接线方式

5 短路电流计算
5.1 短路电流计算的目的
为了保证电力系统安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动地使有关断路器跳闸。继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要准确的短路电流数据。
5.2 短路计算的假设条件
1.在短路过程中，所有发电机电势的相位及大小均相同，亦即在发电机之间没有电流交换，发电机供出的电流全部是流向短路点的。而所有负荷支路则认为都已断开。
2.不计磁路饱和。这样，系统中各元件的感抗便都是恒定的、线性的，可以运用叠加原理。
3.不计变压器励磁电流。
4.系统中所有元件只计入电抗。但在计算短路电流非周期分量衰减时间常数，或者计算电压为1kV以下低压系统短路电流时，则须计及元件的电阻。
5.短路皆为金属性短路，即不计短路点过渡电阻的影响。
6.三相系统是对称的。对于不对称短路，可应用对称分量法，将每序对称网络简化成单相电路进行计算。
5.3 短路点的确定

5.4 短路电流计算
按无穷大系统供电计算短路电流。为简单起见，标幺值符号*全去掉。
1.短路点1
（1）确定标幺值基准：

（2）计算各主要元件的电抗标幺值：
系统电抗（取断路器）

10kV线路电抗（LGJ-35） x=0.389Ω/km

（3）求三相短路电流和短路容量：
a.总电抗标幺值：

b.三相短路电流周期分量有效值：

c.其他三相短路电流值：

d.三相短路容量：

2.短路点2
（1）确定标幺值基准：

（2）计算短路电流中各元件的电抗标幺值：
a.系统电抗：
b.10kV线路电抗：
c.110/10kV电力变压器电抗（）：

（3）求三相短路电流和短路容量：
a.总电抗标幺值：

b.三相短路电流周期分量有效值：

c.其他三相短路电流：

d.三相短路容量：

3.短路点3
（1）确定标幺值基准：

（2）计算各元件的电抗标幺值：
a.系统电抗：
b.10kV线路电抗：
c.110/10kV电力变压器电抗（）：

d.10kV厂内架空线路电抗（给变电所供电）：
因这段10kV架空线路很短，l≈0，电抗可不计。
则
e.10/0.4kV电力变压器（1000kVA变压器）：

（3）计算三相短路电流和短路容量
a.总电抗标幺值：

b.三相短路电流周期分量有效值：

c.其他三相短路电流

d.三相短路容量

三相短路电流计算列表

短路点计算
三相短路电流（kA）
三相短路容量（MVA）

短路点1
14.25
14.25
14.25
36.3
21.5
259
短路点2
2.3
2.3
2.3
5.9
3.5
27.0
短路点3
24
24
24
44
26.2
16.8

6 选择主要电气设备
100/10kV的10kV出线设备的选择
计算数据
高压断路器SN10-10Ⅰ
隔离开关GN6-10T/400
电流互感器LA-10
避雷器
FZ-10
U=10kV
10kV
10kV
10kV
10kV
I=39.3A
630A
400A
40/5

16kA

300MVA

40kA
52A

10/0.4kV的10kV进线设备的选择
计算数据
高压断路器SN10-10Ⅰ
隔离开关GN6-10T/200
电流互感器LA-10
备注
U=10kV
10kV
10kV
10kV

采用GG-10-54高压开关柜
I=33.5A
630A
200A
40/5

16kA

300MVA

40kA
25.5kA

0.4kV设备的选择
计算数据
低压断路器DZ20Y-1250

隔离开关HD11-1000
电流互感器LM-0.5
备注
U=0.4Kv
0.4kV
0.4kV
0.4kA

采用BFC-0.5G-D8低压开关柜
I=838A
1250A
1250A
1000/5

50kA

7 继电保护的配置
（一） 主变压器保护
根据规程规定1600kVA变压器应设下列保护：
1.瓦斯保护
防御变压器内部短路和油面降低，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。
2.电流速断保护
防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。
3.过电流保护
防御外部相间短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护，动作于跳闸。
4.过负荷保护
防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。
（二）10kV进线线路保护
1.电流速断保护
在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，动作于跳闸。但电流速断保护存在着一定的“死区”，约占线全长的20%。
2.过电流保护
由于电流速断保护存在着约占线路全长20%的“死区”，因此由过电流保护作为其后备保护，同时防御速断保护区外部的相间短路，保护动作于跳闸。
3.过负载保护
（三）10kV线路保护
1.过电流保护
防止电路中短路电流过大，保护动作于跳闸。
2.过负载保护
防止配电变压器的对称过载及各用电设备的超负荷运行。

参考文献：
[1] 10kV变配电所设计中常见的问题分析[J].林兆权.沿海企业与科技.2010(02)
[2] 陈作兵,容亮.0.4kV低压电网无功补偿方式探讨[J].安徽电力,2006(01):45-48.
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