10kv变电所及低压配电系统的设计

目录

1引言2

1.1.用户供电系统3

2 变电所负荷计算和无功补偿的计算 (2)

2.1负荷情况 (2)

2.1.1负荷统计全厂的用电设备统计如下表 (2)

2.2变电站的负荷计算 (2)

2.1.2负荷计算 (2)

2.3无功补偿的目的和方案 (3)

2.4无功补偿的计算及设备选择 (3)

3 变电所变压器台数和容量的选择 (5)

3.1变压器的选择原则 (5)

3.2变压器类型的选择 (5)

3.3变压器台数的选择 (5)

3.4变压器容量的选择 (6)

4 主接线方案的确定 (7)

4.1主接线的基本要求 (7)

4.1.1安全性 (7)

4.1.2可靠性 (7)

4.1.3灵活性 (7)

4.1.4经济性 (7)

4.2主接线的方案与分析 (7)

4.3电气主接线的确定与绘图 (8)

5 短路电流的计算 (11)

5.1短路电流及其计算 (11)

5.2三相短路电流的计算 (10)

6 变电所高压进线、一次设备和低压出线的选择 (14)

6.1用电单位总计算负荷 (14)

6.2高压进线的选择与校验 (14)

6.2.1架空线的选择 (14)

6.2.2电缆进线的选择 (14)

6.3变电所一次设备的选择 (14)

6.3.1高压断路器的选择 (14)

6.3.2高压隔离开关的选择 (15)

6.3.3高压熔断器的选择 (15)

6.3.4电流互感器的选择 (15)

6.3.5电压互感器的选择 (16)

6.3.6高压开关柜的选择 (16)

6.4低压出线的选择 (17)

6.4.1低压母线桥的选择 (17)

6.4.2低压母线的选择 (17)

7 防雷保护与接地装置的设计 (18)

7.1架空线路的防雷措施 (18)

7.2变配电所的防雷措施18

7.3变电所公共接地装置的设计 (19)

7.3.1 接地电阻的要求 (19)

7.3.2 接地装置 (19)

7.4变配电所配电装置的保护 (20)

8 变电所二次回路方案 (21)

8.1继电保护的选择与整定 (21)

8.1.1继电保护的选择要求 (21)

8.1.2继电保护的装置选择与整定 (21)

结论 (26)

辞 (27)

参考文献 (28)

1引言

1.1 用户供电系统

电力用户供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（10000kV·A以上）、中型（1000-10000kV·A）、小型（1000kV·A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.中型电力用户供电系统

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。高压配电所通常与某个车间变电所合建。

3.小型电力用户供电系统

一般小型电力用户也用10kV外部电源进线电压，通常只设有一个相当于车间变电所的降压变电所，容量特别小的小型电力用户可不设变电所，采用低压220/380V直接进线。

2. 变电所负荷计算和无功补偿的计算

2.1 负荷情况

本厂多数车间为三班制，最大负荷利用小时h

T5000

=，除1#、2#、3#车

max

间部分设备属二级负荷外，其它均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明设备为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计参见下表

?≥。

1-1。供电部门对功率因数的要求值：10kV供电时，cos0.9

变电所位置已选定，每个车间距离变电所的距离为：

1#车间：110m ；2#车间：80m ；

3#车间：100m ；4#车间：90m 。

2.2.1 负荷计算

按需要系数法计算各组负荷：

有功功率 P= K d ?Σpei （2.1） 无功功率 Q=P ??tan （2.2） 视在功率 S=22Q P + （2.3） 上述三个公式中：ΣPei ：每组设备容量之和，单位为kW ；K d ：需要用系数；

?cos :功率因数。

总负荷的计算：

1.有功功率 P c =K ∑ p ?ΣP c.i （

2.4） 2.无功功率 Q c = K ∑q ?ΣQ c.i （2.5）

3.视在功率 S c =2C 2C Q P + （2.6）

式中：对于干线，可取K ∑ p =0.85-0.95，K ∑q =0.90-0.97。对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取K ∑ p =0.8-0.9，K ∑q =0.85-0.95。由干线负荷直接相加来计算时，可取K ∑ p =0.9-0.95，K ∑=0.93-0.97。

2.3 无功补偿的目的和方案

由于用户的大量负荷如感应电动机、电焊机、气体放电灯等，都是感性负荷，使得功率因数偏低，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。电力系统要求用户的功率因数不低于0.9，按照实际情况本次设计要求功率因数为0.92以上，因此，必须采取措施提高系统功率因数。目前提高功率因数的常用的办法是装设无功自动补偿并联电容器装置。

根据现场的实际情况，拟定采用低压集中补偿方式进行无功补偿。

2.4 无功补偿的计算及设备选择

我国《供电营业规则》规定：容量在100kV ·A 及以上高压供电用户，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，如达不到上述要求，则必须进行无功功率补偿。

一般情况下，由于用户的大量如：感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等都是感性负荷，使得功率因数偏低，达不到上述要求，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。当功率因数提高时，在有功功率不变的情况下，无功功率和视在功率分别减小，从而使负荷电流相应减小。这就可使供电系统的电能损耗和电压损失降低，并可选用较小容量的电力变压器、开关设备和较小截面的电线电缆，减少投资和节约有色金属。因此，提高功率因数对整个供电系统大有好处。

要使功率因数提高，通常需装设人工补偿装置。最大负荷时的无功补偿容量Q N ·C 应为：

Q N ·C ='C C Q Q -=P C （?tan -'tan ?） (2.7)

C

.N C .N q Q n =C

C S P 9.729506

.619C

.N C .N q Q

n =C

C S P

按此公式计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量，当负荷减小时，补偿容量也应相应减小，以免造成过补偿。因此，无功补偿装置通常装设无功功率自动补偿控制器，针对预先设定的功率因数目标值，根据负荷的变化相应投切电容器组数，使瞬时功率因数满足要求。

提高功率因数的补偿装置有稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设备。前者主要有同步补偿机和并联电容器。动态无功功率补偿设备用于急剧变动的冲击负荷。

低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装，根据负荷变化相应循环投切的电容器组数一般有4、6、8、10、12组等。用上式确定了总的补偿容量后，就可根据选定的单相并联电容器容量q N ·C 来确定电容器组数：

(2.8)

在用户供电系统中，无功补偿装置位置一般有三种安装方式：

(1)高压集中补偿 补偿效果不如后两种补偿方式，但初投资较少，便于集中运行维护，而且能对企业高压侧的无功功率进行有效补偿，以满足企业总功率因数的要求，所以在一些大中型企业中应用。

(2)低压集中补偿 补偿效果较高压集中补偿方式好，特别是它能减少变压器的视在功率，从而可使主变压器的容量选的较小，因而在实际工程中应用相当普遍。

(3)低压分散补偿 补偿效果最好，应优先采用。但这种补偿方式总的投资较大，且电容器组在被补偿的设备停止运用时，它也将一并被切除，因此其利用率较低。

本次设计采用低压集中补偿方式。

P C Q C S C 取自低压母线侧的计算负荷，?cos 提高至0.92

?cos = = =0.85

Q N ·C =P C （?tan -'tan ?）=619.506*[tan(arccos0.85)-tan(arccos0.92)]=120kvar 选择BSMJ0.4-20-3型自愈式并联电容器，q N ·C =20kvar

（2.9）

=120kvar/20kvar=6 取 n=6 补偿后的视在计算负荷

S C =2C ·N C 2C Q Q (P ）-+=674.19kV ·A ?cos = =0.92

3. 变电所变压器台数和容量的选择

3.1 变压器的选择原则

电力变压器是供电系统中的关键设备，其主要功能是升压或降压以利于电能的合理输送、分配和使用，对变电所主接线的形式及其可靠性与经济性有着重要影响。所以，正确合理地选择变压器的类型、台数和容量，是对接下来主接线设计的一个主要前题。

选择时必须遵照有关国家规范标准，因地制宜，结合实际情况，合理选择，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品，并优先选用技术先进的产品。

3.2 变压器类型的选择

电力变压器类型的选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组形式、绝缘及冷却方式、联结组别等。，

变压器按相数分，有单相和三相两种。用户变电所一般采用三相变压器。

变压器按调压方式分，有无载调压和有载调压两种。10kV配电变压器一般采用无载调压方式。

变压器按绕组形式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器等。用户供电系统大多采用双绕组变压器。

变压器按绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等。

10kV配电变压器有Yyn0和Dyn11两种常见联结组。由于Dyn11联结组变压器具有低压侧单相接地短路电流大，具有利于故障切除、承受单相不平衡负荷的负载能力强和高压侧三角形接线有利于抑制零序谐波电流注入电网等优点，从而在TN及TT系统接地形式的低压电网中得到越来越广泛的应用。

3.3 变压器台数的选择

变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。《10kV及以下变电所设计规范GB50053－94》中规定，当符合以下条件之一时，宜装设两台及两台以上的变压器：⑴有大量一级或二级负荷；⑵季节性负荷变化较大；⑶集中负荷容量较大。

变电所中单台变压器（低压为0.4kV）的容量不宜大于1250kV·A。当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，可选用较大容量的变压器。

在一般情况下，动力和照明宜共用变压器。当属下列情况之一时，可设专用