10Kv降压变电所及车间低压配电系统设计
（2011届）
专科毕业设计（论文）资料
题目名称：10Kv降压变电所及车间低压配电系统设计
学院（部）：电气与信息工程学院
专业：电气自动化
学生姓名：
班级：电气0631 学号06053103 指导教师姓名：职称
最终评定成绩：
湖南工业大学教务处
（2011届）
专科毕业设计（论文）
题目名称：
10kv降压变电所及车间低压配
电系统设计
学院（部）：电气与信息工程学院
专业：电气自动化
学生姓名：周敏
学号 06053103 班级：电气0631
指导教师姓名：职称副教授
最终评定成绩：
2011年月
摘要
本设计含工厂供电设计，包括：负荷的计算及无功功率的补偿；变电所主变压器台数和容量、型式的确定；变电所主接线方案的选择；进出线的选择；短路计算和开关设备的选择；二次回路方案的确定及继电器保护的选择和整定；防雷保护与接地装置的设计；车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其配电设备和保护设备的选择；以及电气照明的设计，还有电路图的绘制。
本设计根据设计任务书可分为三大部分，第一部分为各车间变电所的设计选择，包括方案比较、变压所变压器台数及容量选择、变电所I的供电负荷统计无功补偿，变压所I的变压器选择；第二部分为各车间计算负荷和无功率补偿、短路电流计算、工厂总降压变电所及接入系统设计、变电所高低压电气设备的选择、继电保护的配置；第三部分为电气设计图，包括车间变配电所电气主接线图、继电保护原理接线图。
关键词：变电所变压器断路器继电器隔离开关互感器熔断器
ABSTRACT
This design including factory, including power supply system design : Calculation of load and compensation of the inactive power; Transformer substation main voltage transformer platform count and capacity , sureness of pattern; Mainly wire the choice of the scheme in the transformer substation; Pass in and out the choice of the thread; Choice of shorting out and calculating and switchgear ; Two return circuit sureness and choice that relay protect of scheme exactly make; Defend the thunder and protect the design with the earth device ; The workshop distribution line connects up the sureness of the scheme; Circuit wire and distribution equipment and protecting the choice of the equipment; And the electric design that lighted, there is drawing of circuit diagram.
This design according to the design specification can be divided into three parts, the first part of the design of each workshop substation, including scheme comparison, choose variable pressure transformer sets and capacity of what I choose, substation reactive-power compensation power load statistics, which I transformer variable pressure choice;The second part is computational load each workshop and without power compensation, short-circuit current calculation, factory general voltage substation and access system design, substation high-low voltage electrical equipment choice, relay protection configuration;
Keyword: Transformer substation Voltage transformer Circuit breaker Relay Isolate the switch Mutual inductor Fuse box
目录
第一章各车间计算负荷和无功功率补偿 (6)
1.1 根据下列公式计算 (6)
1.2 各车间计算负荷 (6)
1.3 无功功率补偿 (9)
第二章各车间变电所的设计选择 (12)
2.1 方案比较 (12)
2.2 变压所变压器台数及容量选择 (13)
第三章短路电流计算 (16)
3.1 短路电流计算的目的及方法 (16)
3.2 短路电流计算 (16)
第四章工厂总降压变电所及接入系统设计 (19)
4.1 工厂总降压变电所主变压器台数及容量的选择 (19)
4.2 35KV供电线路截面选择 (19)
第五章变电所高低压电气设备的选择 (20)
5.1 高压35KV侧设备 (20)
5.2 中压10KV侧设备 (20)
5.3 低压侧0.4KV侧设备 (21)
第六章继电保护的配置 (22)
6.1 主变压器的继电保护装置 (22)
6.2 电流速断保护装置 (22)
6.3 变压器的差动保护 (23)
6.4 35KV进线线路保护 (23)
6.5 10KV进线线路保护 (24)
6.6 电流速断保护装置 (25)
结论 (26)
参考文献 (27)
致谢 (28)
附录 (29)
第一章各车间计算负荷和无功功率补偿
计算负荷
计算负荷也称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均作为按民热条件选择电器工导体的依据。
1.1 根据下列公式计算：
有功功率（KW）：P30=K∑KL／ηeη WL
需要系数：Kd=P30／P e
无功计算负荷（kvar）:Q30=P30tanψ
视在计算负荷（kVA）：S30= P30／c o s ψ
计算电流（A）：I30=S30／√3UN
负荷不是恒定值，是随时间而变化的变动值。因为用电设备并不同时运行，即使用时，也并不是都能达到额定容量。另外，各用电设备的工作制也不一样，有长期、短时、重复短时之分。在设计时，如果简单地把各用电设备的容量加起来作为选择导线、电缆截面和电气设备容量的依据，那么，过大会使设备欠载，造成投资和有色金属的浪费；过小则又会出现过载运行。其结果不是不经济，就是出现过热绝缘损坏、线损增加，影响导线、电缆或电气设备的安全运行，严重时，会造成火灾事故。因此负荷计算也只能力求接近实际。
为避免这种情况的发生，设计时，用的总负荷应是一个假定负荷，即计算负荷
1.2 各车间计算负荷
A组 Pc=900 KW
Q c=630 kvar
Sc=1098.6 kva
I c=1669.2 A
B组纺丝机 Pc=160KW
Q c=124.8 kvar
Sc=202.9 kva
I c=308.3 A
筒绞机Pc=225KW
Q c=16.9 kvar
Sc=28.1 kva
Ic=42.7 A
烘干机Pc=63.8KW
Qc=65.0 kvar
Sc=91.06 kva
Ic=138.35A
脱水机Pc=7.2KW
Qc=5.76 kvar
Sc=9.22 kva
Ic=14A
通风机Pc=126KW
Qc=94.5 kvar
Sc=157.5 kva
Ic=239.3A
淋洗机Pc=4.5KW
Qc=3.51 kvar
Sc= 5.7kva
Ic=8.67A
变频机Pc=672KW
Qc= 470.4kvar
Sc= 820.28kva
Ic=1246.32A
传送机Pc=32KW
Qc= 22.4kvar
Sc= 39.06kva
Ic=59.35A
B组总计算负荷P30=870.36KW
Q30= 642.616kvar
S30= 1081.89kva
I30=1643.8A
C组 P30=126KW
Q30=75.6 kvar
S30=146.94kva
I30=223.26A
D组 P30=210KW
Q30= 157.5kvar
S30=262.5kva
I30=398.84A
E组 P30=130KW
Q30= 91kvar
S30=158.69kva
I30=241.1A
F组 P30=217.5KW
Q30=163.125 kvar
S30=271.88kva
I30=413.08A
全厂总负荷P30=858.85KW
Q30= 644.13825kvar
S30=1073.56kva
I30=1631.16A表1-1 本厂负荷统计资料表
主变压器容量的选择条件为 SN.T≥S30，因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选为1250KV.A（附表3。）
1.3 无功功率补偿
在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的
动态性能，这种技术措施称为无功功率补偿。无功功率指的是交流电路中，电压U与电流I存在一相角差时,电流流过容性电抗(XC)或感性电抗(XL)时所形成的功率分量。这种功率在电网中会造成电压降落或电压升高和焦耳损失，却不能做出有效的功。因而需要对无功功率进行补偿。合理配置无功补偿是电力系统规划和设计工作中一项重要内容。在运行中,合理使用无功补偿容量，控制无功功率的流动是电力系统调度的主要工作之一。
1.3.1 无功补偿容量的确定
由上述计算已知该工厂补偿前的计算负荷为,
P30=858.85KW
Q30= 644.13825kvar
S30=1073.56kva
I30=1631.16A
若要求把功率因数提高到COSφ1≥0.9，COSφ2经查表取COSφ2=0.92 则： Qc= Pc(tanφ1-tanφ2)
=858.85(0.936-0.426)kvar
=438.014 kvar
选择并联电容器型号为BCMJ0.4—20—3 单个容量qc=20,则容电器的个数n===21.9≈22(个)。
1.3.2 无功补偿后的主变压器容量和功率因数
变电电所低压侧的视在计算负荷为：
S‵30=kv.A=883kv.A
因此无功功率补偿后主变压器容量可选为1000KV.A变电所变压器的功率损耗为：
△ PT≈0.015×883KV.A=13.245KV.A
△ QT≈0.06×883KV.A=52.98KV.A
变电所高压侧的计算负荷为：
P30(1)、=858.851KW+13.245KW=872.096KW
Q30(1)、=(644.138-438.014)kvar+52.98kvar=259.104kvar
S30(1)、=KV.A=909.73KV.A
在无功补偿后，企业的功率因数提高为：
COSφ(1)===0.952
这一功率因数满足规定要求
1.3.3 无功补偿前后主要容量的变化
主变压器容量在补偿后减小容量：SN.T-SN.T1=1250KV.A-1000KV.A=250KV.A。
第二章各车间变电所的设计选择
图2-1
2.1 方案比较
表2-1
从上表可以看出，按技术指标，方案一和方案二都比较适用于三级负荷，但考虑发生短路时方案二只能熔断器恢复供电的时间较长的缺点，而且可靠性不高，而方案一采用高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分方便，同时高压断路器有断电保护装置，在变电所发生短路和过负荷时均能自动跳闸，而且在短路故障和过负荷情况消除后，又可直接快速合闸，从而恢复供电的时间缩短，从经济指标来看，方案二比方案一投资稍低，但从长远的利益看，方案一比较好一些，因此决定采用方案一。
各配电干线、支线采用VV22型铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套内钢带铠装电力电缆，配电干线沿电缆沟敷设，配电箱到用电设备的配电支线有条件时沿电缆沟敷设，否则采用穿铁管沿地暗敷设。
动力配电箱采用型号为XL(F)-14、15落地式防尘型动力配电箱，动力配电箱安装高度是箱底离地面0.3米，箱底座用水泥、沙、砖堆砌作基础，并做好防小动物措施。
配电屏选择型号为GGD2A固定低压配电屏。
GGD2的技术参数
2.2 变压所变压器台数及容量选择
2.2.1 变压所Ⅰ变压器台数及容量选择
变压所Ⅰ的供电负荷统计
同时系数取P∑P=0.9，K∑Q=0.95，计算出∑P30和∑Q30。
∑P30=0.9×（∑P30纺炼车间+P30锅炉房）
=0.9×（1087.95+217.5）KW
=1174.91KW
∑Q30=0.95×（∑Q30纺炼车间+Q30锅炉房）
=0.95×（803.27+163.13）kvar
=918.08kvar
变压所Ⅰ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）无功补偿试取
QC=400kvar
补偿以后：算出Q30=∑Q30-QC=518.08kvar
COSφ=
=
=0.91
=
=
变压所Ⅰ的变压器选择
为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：
=0.7×1284.06KV.A
=898.84KV.A
选择变压器型号为SL7系列，额定容量为1000kvA，两台。
查表取变压器各项参数：SL7-1000/35 空载损耗1800W；负载损耗；阻抗电压6.5%；空载电流1.5%；短路损耗13500W
每台变压器的功率损耗（n=1），也可以用简化经验公式
2.2.2 变电所Ⅱ变压器台数及容量选择
变压所Ⅱ的供电负荷统计
QC=400kvar
变压所Ⅱ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）无功补偿试取
QC=400kvar
变压所Ⅱ的变压器选择为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）
选SL7—800/35 空载损耗1540W；负载损耗；阻抗电压6.5%；空载电流1.6%；短路损耗11000W。
每台变压器的功率损耗（n=1），也可以用简化经验公式
变压所Ⅲ变压器台数及容量选择
供电给变电所Ⅰ的10KV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：
计算变压器的损耗：P; Q; S; I30。先按经济电流密度选择导线经济截面：
由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得：架空线的经济电流密度所以可得经济截面：初选标准截面积为95
可选型号为LJ-95，其允许载流量为325A
按发热条件检验：查附表7得LJ-95型铝绞线的载流量（室外25℃）。325A＞I30=85A,因此满足发热条件。
供电给变电所Ⅱ的10KV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：
计算变压器的损耗：P; Q; S; I30。先按经济电流密度选择导线经济截面：
由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得：架空线的经济电流密度所以可得经济截面：初选标准截面积为70
可选型号为LJ-70，其允许载流量为265A
按发热条件检验：265A＞I30=63.37A,因此满足发热条件
供电给变电所Ⅲ的10KV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：
计算变压器的损耗：P; Q; S; I30。先按经济电流密度选择导线经济截面：
由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得：架空线的经济电流密度所以可得经济截面：初选标准截面积为16
可选型号为LJ-16，其允许载流量为105A
按发热条件检验：105A＞I30=16.41A,因此满足发热条件
第三章短路电流计算
3.1 短路电流计算的目的及方法
短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。
接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，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，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。
3.2 短路电流计算
本设计采用标幺制法进行短路计算
3.2.1 确定基准值
取 Sd = 100MV·A,Uc1 = 37KV,Uc2 = 10.5KV,Uc3=0.40KV
而 Id1 = Sd /√3Uc1 = 100MV·A/(√3×37KV) = 1.55KA
Id2=Sd/√3Uc2=100MV·A/(√3×10.5KV) =
5.50KA
Id3=Sd/√3Uc3=100MV·A/(√3×0.40)=144.34KA
3.2.2 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
电力系统（SOC = 1500MV·A）
X1* = 100MVA/1500MVA= 0.07
架空线路（XO = 0.4Ω/km）
X2* = 0.4×19×100/ (37.75×37)= 0.56
电力变压器（UK% = 6.5%）
X3* =X4*= UK%Sd/100Sn =(6.5×100×1000KVA) /(100×1600KVA)=4.06
3.2.3 求k点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
总电抗标幺值
X*Σ(K)= X1*＋X2*= 0.07+0.56=0.63
三相短路电流周期分量有效值
IK(3) = Id1/X*Σ(K)= 1.56/0.63 =2.48KA
其他三相短路电流
I"(3) = I∞(3) = Ik (3) =2.48KA
ish(3) = 2.55×2.48KA = 6.32KA
Ish(3)=1.51×2.48KA=3.74KA
三相短路容量
Sk(3) = Sd/X*Σ(k) =100MVA/0.63=158.73MVA
3.2.4 在最大运行方式下
求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
总电抗标幺值
X*Σ(K-1) = X1*＋X2*＋X3*∥X4* =0.07+0.56+(4.06×4.06)/(4.06×2)=2.66 三相短路电流周期分量有效值
IK-1(3) = Id2/X*Σ(K-1) = 5.50KA/2.66= 2.07KA
其他三相短路电流
I"(3) = I∞(3) = Ik-1(3) = 2.07KA
ish(3) = 2.55×2.07KA =5.28KA
Ish(3)=1.51×2.07KA=3.13KA
三相短路容量
Sk-1(3) = Sd/X*Σ(k-1) = 100MVA/2.07 = 48.31MV·A
最大运行方式下：
总电抗标幺值
X*Σ(K-1)= X1*+ X2*+ X3*=0.07+0.56+4.06=4.69
三相短路电流周期的有效值：
IK-1(3)=Id2/ X*Σ(K-1)=5.50KA/4.69=1.17
其他三相短路电流
I"(3)= I∞(3) = Ik-1(3) =1.17
ish(3) =2.55×1.17=2.98KA
Ish(3)=1.51×1.17=1.76KA
三相短路容量
Sk-1(3) = Sd/X*Σ(k-1) = 100MVA/4.69=21.32KVA
3.2.5 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
电力系统（SOC = 350MV·A）
X1*= 100MVA/350MVA= 0.29
架空线路
X2* =0
电力变压器（UK% = 6.5%）
X3* =6.5×100MVA/(100×1000KVA)=6.5 X4*=6.5×100MVA/（100×800）=8.13
X5*=6.5×100MVA/（100×500）=13
求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量最大运行方式；
总电抗标幺值
X*Σ(K-2) = X1*＋X2*+X3*∥X4∥X5 = 0.29+0+2.82= 3.11 三相短路电流周期分量有效值
IK-2(3) = Id3/ X*Σ(K-2)=144.34KA/3.11 = 46.41KA 其他三相短路电流
I"(3) = I∞(3) = Ik-2(3) = 46.41KA
ish(3) = 1.84×46.41KA =85.39KA
Ish(3)=1.09×46.41KA=50.59KA
三相短路容量
Sk-2(3) = Sd/X*Σ(k-2)= 100 MVA/3.11 = 32.15MVA 最小运行方式：
总电抗标幺值
X*Σ(K-2)= X1*＋X2*+X3*=0.29+6.5=6.79
三相短路电流周期分量有效值为
IK-2(3)= Id3/ X*Σ(K-2)=144.34/6.79=21.26
其他三相短路电流为
I"(3) = I∞(3) = Ik-2(3) =21.26KA
ish(3) = 1.84×21.26KA=39.12KA
Ish(3)=1.09×21.26KA=23.17KA
④三相短路容量为
Sk-2(3) = Sd/X*Σ(k-2)= 100 MVA/6.79=14.73KVA
第四章工厂总降压变电所及接入系统设计
4.1 工厂总降压变电所主变压器台数及容量的选择
为保证供电的可靠性，选用两台主变压器（每台可供负荷的70%）：
所以选择变压器型号为SL7-1600/35,两台。
查表得参数：空载损耗：2650w；负载损耗：19500w；阻抗电压为：104V；空载电流为：22.4A。
为保证供电的可靠性，选用两回35KV供电线路。
用简化公式求变压器损耗：空载损耗为3400w;短路损耗为19800w.
4.2 35KV供电线路截面选择
每回35KV供电线路的计算负荷:kd=1.0; cosφ=1.0
P30=总负荷的70%=2511(kw)
q30= P30.kd=0(kvar)
s30==2511(kvA)
I===41.4(A)
按经济电流密度选择导线的截面：
I= P30/(uncosφ)=46(A)
由表5.1查得jec=1.15mm2,故
Aec=106/1.15=51mm2
因此初选的标准截面为95mm2
可选LGJ- 50.
再按长期发热条件检验：
查附表7得LGJ- 50型钢芯铝绞线的载流量（室外25c时）ial=231(A)>i30=106(A),因此满足要求。
所选导线符合发热条件，同时也满足机械强度要求。
第五章变电所高低压电气设备的选择
根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和短路情况校验，总降压变电所主要高低压电气设备确定如下。
5.1 高压35KV侧设备
35KV侧设备的选择如表5-1所示。
5.2 中压10KV侧设备
10KV侧设备如表5-2所示