《kv变电所设计》word版

毕业论文（设计）10kv变配电所的设计姓 名 学 号年 级专 业系（院）指导教师摘 要电力产业作为支撑国家经济发展的基础产业随着经济的快速发展，发展也十分迅速，而且我国很多的电力技术包括特高压输电项目等都处于国际领先地位。在电力系统中，变电所的设计占有非常重要的位置，电力网络等够可靠无故障运行，工厂企业等够安全持续用电都与变配电所的合理设计和设备配置有很大的关系。变电所一般由一次设备，及监视一次设备安全运行的二次设备，电力变压器等组成。中小型的变配电所在大多数中小企业中有着广泛的应用，给企业的快速发展起到了支撑性的基础作用。本次设计就是考虑到工厂的实际应用和未来的发展根据理论结合实际设计了一个基于企业供电的10kv变配电所。出于工厂生产的安全和负荷的重要性考虑，本设计根据进行了负荷的计算，根据计算结果，并留出一定裕度，选择两台主变压器。并且根据短路计算选择了一二次设备。最后做了简单的防雷和接地设计。使其更加贴合实际，对现场施工更具有指导性。关键词 变电所； 短路计算； 负荷；AbstractElectric power the basic industryto support national economic developmentwith therapid development of has made progress,anda lot of in China has been walking in the forefront ofthe .In ,the substation designoccupies a very position,and theand stable reliability andpower on the designof the substationandthe configuration.Substation ofadevice,andasafe running of the equipmentis oftwopower transformers and otherequipment monitoring.Is widely usedinsmallpower transformation and distributionofthe majority of small and medium-sized enterprises,tothe development of is the basisofsupport. design isto the practical application andfuture developmentbased on the of theory and practice design apower supplybased on10kVsubstation. Because of the importanceofsafetyproductionandloadinto ,this design according totheload calculation,according the calculation results,and set aside a certainmargin,choosestwo main transformers.And selectone or two to the calculation ofshort circuit.Finally,do a simplelightning protection and grounding design.To it morepractical,more guidanceonthe construction site.Keyword;Shortcircuitcalculation; Load目 录第一章绪论11.1课题来源及其设计背景11.2工厂原始资料11.3工厂变配电所的设计原则2第二章负荷计算与无功功率补偿32.1负荷计算的方法32.2 无功功率补偿5第三章主变压器选择与主接线设计63.1变压器的选择原则63.2 变压器型号的选择63.3 变电所主变压器台数的选择73.4变压器容量的选择73.5 变压器的功率损耗83.6变配电所的主接线方式83.7 变配电所电气主接线的基本形式93.8电气主接线的确定12第四章短路电流计算134.1短路电流产生的原因及危害134.2 短路计算的目的及其条件134.3短路电流计算原则和方法144.4短路电流计算14第五章电气设备的选择175.1 变电所高压一次设备的介绍175.2 一次设备的选择与校验的条件和项目175.3 变电所10kV侧一次设备的选择185.4 变电所380V低压一次设备的选择205.5变配电所高低压进出线及母线的选择21第六章变电所二次回路与继电保护226.1二次回路的定义和分类226.2二次回路的操作电源236.3断路器的控制和信号回路236.4变电所的测量和绝缘监视回路246.5变配电所的保护系统设计25第七章防雷与接地系统设计277.1变电所防雷277.2 接地电阻及其接地装置28第八章供电系统电气图纸设计308.1主供电设计图30总结32附录33参考文献36致谢37第一章 绪论1.1课题来源及其设计背景1.1.1课题来源 本课题是基于于山东济宁欧科工矿设备原变电所扩建建项目并结合自己的论文设计题目，具有一定的实践性和可行性。1.1.2设计背景山东济宁欧科设备工矿公司，注册成立时间是年，是济宁市专门经营生产煤矿建设中相关设备物资、工业和贸易于一体的股份制公司。公司专门生产矿用设备，物质材料以及各种中下游衍生的机电设备等。公司目前员工数量已经达到余人，拥有各类技术人员，高级技术工程师，机械工程师等各类专业技术管理人员余人，工厂占地面积约6000平方米。各类建筑面积20万平方米。随着公司的快速发展，先后与原来国家煤炭部、机械工业部指定的矿业集团兖州矿业，枣庄矿业等建立了密切的合作关系，并为全国数十家矿业公司提供设备维修，零部件供给业务，并被有关部门授予独家代理和生产基地,凭着过硬的产品质量、优秀的售后服务，可靠的信用体系与多家大型企业建立了稳固的物资设备供应关系，其中有些矿用设备已经出口到澳大利亚，巴西，东南亚，非洲等许多国家。自从公司成立起，连续多年获得山东省政府、济宁市市政府质检部门颁发的质量可信、诚信经营，安全生产的文明单位。公司原先的变电所是在公司建立后建立的至今已经有近20年，期间不间断维修，现已不能满足公司发展的需要。需要在原址的附近建设一个10/0.4kv的变电所以满足公司的生产用电。新变电所落成以后，即能适应现有的车间生产、员工生活用电，又能进一步提高厂区供电的可靠性和安全性，为公司安全稳定生产提供强有力的保障。根据公司提供的资料，变电所占地面积20平方米左右。1.2工厂原始资料1.2.1工厂的负荷情况 工厂大部分车间都为小时三班制，生产线只有在订单完成的时候停下，或者连续运转超过7天，只有焊接车间车间为小时制。年最大负荷利用小时为5500小时，车间多为二级用电负荷，少量三级负荷。其他生活，后勤，办公用电等为三级负荷。其中动力设备都为三相电v，照明电器为单相电v。各车间负荷统计见表2-1。1.2.2供电电源 根据工厂和当地电力供电局签订的供电协议，变电所电源引自城区一降压变电站，变电站距离工厂的距离大约为，变电站到工厂的高压线型号是，厂内有电缆。变电站馈线端安装有高压断路器，其断流容量为。断路器装有电流速断保护和限时速断保护，限时速断保护整定时间为。高压侧有电气联系的架空线总长度为1.2.3水文及气象条件本变配电所施工地点位于山东鲁西南平原地区，地质条件稳定，工厂周围地势平坦，海拔约为,土壤主要以黄土为主，土壤电阻率。根据原来变电所的大小，新的变电所预计占地面积为20平方米左右，其接地装置重新铺设，并有效的和车间的接地装置相结合。工厂位于济宁城郊地区，根据当地气象部门统计，夏季多暴雨并伴有雷暴天气，春秋及冬季干燥少雨，全年最高温度为，全年平均气温为，最低气温在左右，全年平均雷暴日天数为天。很据当地电力部门的规定，需设置防雷接地装置。1.3工厂变配电所的设计原则依据国家电力部门制定发布的相关标准、等电力施工设计标准的规定，工厂供电要依照以下准则：（1） 要遵守相关规程、执行国家有关部门制定的电力设施相关政策；国家相关政策，包括资源的保护，以及节约有色金属，节约投资，尽快产出效率等，在变电所施工的过程中，必须遵循1。（2） 要做到安全可靠的供电，用电。工厂供电必须首先要做到保障人的生命安全以及工厂的各种设备不受到破坏，保证电能质量稳定可靠，不出现大的电压和频率的波动。并且在安全的条件上投资经济，减少浪费电气材料和建筑材料，使用性能更优越的产品，降低电能在设备中的自身损耗。（3） 以近期为主、适当考虑工厂的长远发展与规划。供电设计不能只考虑当前用电，还要兼顾到工程在未来十年都能否满足发展的需要。因此，需要依据工厂负荷特点，和工厂的长远扩建计划综合考虑。正确处理工厂近期的扩建与长远发展的联系，做到近期优先，兼顾长远建设，酌情考虑工厂长远扩建的可能。（4） 全局出发、统筹兼顾。依据工厂中各种设备负荷的性质以及设备容量、本设计工程的特点和济宁当地供电条件等，合理选择设计方案。工厂供电设计涉及到设备选择，建筑电气，以及电力系统中的各方面知识，是一个综合性的工程。因此要从各方面考虑，兼顾到各方面的利益，稳妥进行，不能急于求成。第二章 负荷计算与无功功率补偿2.1负荷计算的方法当前的电力工程设计中，我国使用最多的就是需要系数法。二项式法在某些工程中也会用到。由于使用简便，计算方便，需要系数法在国际上也比较通用。需要系数法就是用该设备的需要系数乘以该设备的容量。需要系数法主要适用范围是当电气设备数量比较多，尤其是相同的设备相对很多。并且各台设备容量差别大时，基本都采用需要系数法计算。二次项系数法：其基本算法是，b，c为二项式的系数，当用电设备台数少且容量相差非常大，用需要系数法误差比较大，这时用二项式法计算2。本次设计考虑到工厂设备负荷的实际情况，用需要系数法来确定计算负荷，以提高计算的精确度，减小误差。主要计算公式有：有功计算负荷： (2-1)无功计算负荷： (2-2)视在计算负荷： (2-3) 计算电流： (2-4)负荷计算结果如表2-1所示：表2-1 车间负荷计算表车间名称负荷类别设备容量kw需要系数 铸造车间动力5000.30.651.17150175.5230.77照明100.710707焊接车间动力3500.30.71.02105107.1150照明80.81.006.406.4机修车间动力3800.50.80.75190142.5237.5照明80.8106.406.4高温车间动力3000.20.651.176070.292.3照明60.71.004.204.2仓库动力1000.60.80.75604575照明50.81.00404锅炉动力500.40.80.75201525照明50.810404生活办公照明2000.70.90.4814067.2155.6总计-1922-757622.5998.17 681.3591.37902.16由前面统计结果，取，计算总有功计算负荷，总无功计算负荷，总的视在计算负载，总的计算电流：计算的结果同样填入上表。2.2 无功功率补偿 按照有关由国家电力部门颁布的规定：“在当地电网高峰负荷时，功率因数必须满足以下要求：大中型企业用户的电功率因数应达到0.90以上。基于此种规定，由负荷计算得，低于，因此要无功补偿3。2.2.1无功功率的作用及不足带来的危害 在电力系统中，无功功率能够调节电压水平维持电压的稳定，并且发电机，变压器等其他电磁设备的正常运行都要从电网中吸收大量的无功功率来建立磁场以传输能量4。无功功率不足将导致配发电设备容量不能得到充分利用，而功率因数是衡量供配电系统的经济运行的一个重要指标，工厂的功率因数偏低时将造成下列不良影响。（1） 降低设备效能，使动力设备出力减小 （2）将使得在网络中的电能损耗增加。（3）降低变电输配电设备设施的供电能力。2.2.2无功补偿的计算及设备选择 在工程设计中，无功补偿的设备有，发电机，调相机，并联电容器及静止补偿器等。无功补偿设备的作用，改善系统的功率因数，调节负载的平衡性。同时，功率因数的提高可以降低电能损耗5。 在电力系统中，无功补偿装置主要有三种安装方式： (1)高压集中补偿，在建设初期投资少，维护简单，但是效果不是很好，不过对于在变电所高压侧，进行补偿，可以满足工厂总的功率因数的要求，所以在一些大型企业中应用广泛。 (2)低压集中补偿，补偿效果和高压集中补偿相比有很好效果，尤其是它能使变压器减小视在功率，从而让主变压器的容量选的相对小一点，减少电能损耗，因而在实际的工程操作中有很多的应用。 (3)低压分散补偿，这种补偿方式比较灵活，可以随时投入使用，将补偿电容器安装在功率因数低的地方，也可以就地补偿，但是当补偿设备不在运行时，它也将被切除。 本次设计考虑到工厂无功功率不足和操作方便的实际情况采用低压集中补偿方式。对绝大多数变压器来说，为变压器的有功和无功损耗，因此，在进行变压器低压侧无功补偿，功率因数大于0.95为好，本设计取。为了使低侧功率因数从0.76提高到0.95，对并联电容器安装在低压侧所需要的容量为：，取参考附表2可知，并联电容可选用型，每个电容器补偿容量为因此，其电容器的个数为：。无功补偿后，变电器二次侧的视在计算负荷为：即工厂的功率因数因此，符合本设计的要求。第三章 主变压器选择与主接线设计3.1变压器的选择原则在输配电网络中，电力变压器作为转变电压的枢纽是供电设计中最重要的设备。变压器主要起到升高或者降低电压的作用，有的带分接头的变压器可以调节局部电压，这些功能方便电能的合理高效输送，分配和使用。变压器的选择应该结合工厂实际情况，根据工厂负荷的性质以及用途，进行分析与计算，并进行经济运行分析6。另外，要按照有关国家有关标准规范，优先使用电能损耗比较低，节能且高效可靠的合格产品。3.2变压器型号的选择根据分类方式的不同，变压器可以分为好多种，主要有按相数，按电压调节方式分，按绕组道题材质分，按绕组型式分，按绝缘和冷却方式分等等。在工厂供电的设计当中，大部分工厂选择使用三相双绕组的变压器，不带分接头调压。，两种联接组是10kV配电变压器中最常见的。在低压电网中较多采用Dyn11联接组有着越来越广泛的应用。原因是Dyn11其3n次谐波励磁电流不会流到高压电网中，能有效抑制高次谐波电流。Dyn11联接变压器零序阻抗相对很小，当发生低压单相接地故障时，零序电流大，零序保护装置更能敏感的切掉故障。综上所述本设计中选择Dyn11联接组配电变压器。3.3变电所主变压器台数的选择变压器台数一般根据以下条件确定：（1）电力系统中含有一级或二级供电负荷，应该适当考虑选用两台变压器，当一台检修或有故障时不至于影响工厂的正常生产。（2）工厂负荷受季节性影响大或白天和夜晚的负荷变动较大，经济技术达到相关要求时可以选用两台变压器（3）级负荷，供电要求不高，可以采用一台变压器，不设备用。如果有下列情况可以设置专用的变压器，专门供电：(1)如果动力和照明使用同一个变压器对照明质量有很大的影响时。(2)单台单相负荷较大时，宜设单相变压器；(3)工厂中有其他冲击性负荷较大的设备运行时，干扰了其他设备的正常生产作业，可配备专用的冲击负荷变压器。由于要该工厂中的用电负荷有二级负荷以及三级负荷，考虑实际情况，根据设计规范的相应要求，配置两台变压器7。3.4变压器容量的选择变压器的容量第一要满足所有用电设备的计算负荷，保证在其计算负荷下变压器能无故障长期运行。当当变电所中配置两台变压器时，一般选择两台容量相同的变压器，每一台变压器容量应同时符合下列两个条件：(一) 当每一台变压器独立运行时，为了在以后负荷增加时，还能满足使用，应该满足总计算负荷的的需要，即， ； （3.1）这样可以做到每一台变压器能承担总负荷的，此时变压器效率相对较高。(二) 每一台变压器独立运行时，都能达到全部一级负荷和二级负荷的需要，即， （3.2） 表示一二级负荷。条件(二)是考虑变压器发生故障的情况下，其中一台完好的变压器能够保障所有负荷的供电。根据无功补偿后的计算负荷，所以，取变压器容量为630kVA。综上，选择，型电力变压器。由于该厂含有二级负荷，一旦出现大的停电或电力事故，将严重影响企业正常生产，因此对电源的供电可靠性提出了很高的要求，因此选用两台变压器，当一个变压器在事故发生时，另一台变压器能继续向负载供电。3.5变压器的功率损耗根据电机学理论中变压器的知识，变压器的无功损耗和有功损耗计算方法如下 （3-1） （3-2）上式中，为变压器的空载有功有功和短路有功损耗，为负荷利用率用视在功率比上变压器的容量。本次设计使用型号的变压器，查附表3知，分别为1.3kw和5.8kw，空载电流和阻抗电压为3.0和5带入上上式中得则变压器高压侧无功功率则高压侧电流 3.6变配电所的主接线方式变配电所的主接线设计在供电工程设计中是一个综合性的问题，应该依照其工程建设规模大小，根据工厂的线路回数，电压的级别，负荷等具体情况来确定。它是选择电气设备和确定各种电气设备安装方式的总依据。主接线设计的好坏对全厂用电设备的安全，高效和经济运行有很大的关联。主接线的设计应该依照下列具体要求8。（1）安全 应符合国家有关标准和技术规范的要求和需要，保证设备和人身安全。（2）可靠 供电可靠是电力系统中的基本要求，可靠性可以用主接线平均无故障的工作时间来表示。一旦出现电力事故都可能造成难以估量的损失，所以供电可靠性是电力生产的最重要的要求。（3） 敏捷灵活性包括检修方便，操作灵活方便，可以很容易地从最初的扩大，最后连接，同时用最少的切换，以适应不同的运行模式，以适应负荷的发展。（4） 经济性 在保证安全高效运行的情况下，应尽可能的节约有色金属材料，减少投资和运行的费用，为适应长期的发展，应优先选用性能优异的节能产品。3.7变配电所电气主接线的基本形式3.7.1单母线接线单母线接线是工厂企业变配电所中最简单的一种接线形式，一般有单母线不分段，单母线分段两种接线方式。单母线不分段接线见图4-1，其接线比较简单清晰明了，经济性好投资少。但灵活和安全性较差，单母线接线的适用范围是系统比较简单如只有一台变压器等。图4-1单母线接线 单母线分段接线，克服了单母线接线的某些不足，提高了一定的供电的可靠性。其母线可以用断路器隔开，当发生故障时，可以将故障母线隔开，保障无故障母线安全运行。见图4-2 ，功率的大小和电源的数量决定了单母线分段的数目，多数情况下，分段数等于电源数。单母线分段的优点减小了停电范围，不过当断路器检修时，也需要把断路器所在的支路断开。单母线分段接线除了具有单母线接线的优点外还提高了供电的可靠性，因此在中小型电厂和中低压电网中有着广泛的应用。 图4-2单母线分段接线3.7.2双母线接线每个回路都需要配置两个母线隔离开关是双母线接线的最大特点。双母线接线相对单母线接线来说，在可靠性和灵活性方面有了很大的提高。双母线接线在有着重要负荷如一级和二级重要负荷的场所及虽然没有重要负荷但是在一些大中型企业中用的比较多。双母线的主要缺点是操作步骤相对复杂，有时候需要倒闸操作，当故障发生在其中一条母线时，这条母线也需要停电。为了克服这种缺点，增设旁路母线可以解决此问题。图3-3 双母线接线3.7.3桥式接线桥式接线中，开设设备的数量比较多，投资相比大一些，但是运行灵活。它比单母线分段接线简单，可以减少单母线断路器的数量。依照联络断路器在变压器两侧的位置分为内桥和外侨接线。内桥式接线，主要用于不经常切换变压器，电源线路较比较长，事故检修机率多的变配电所。图3-4内桥式接线图3-5外桥式接线(2)外桥式接线，适用于故障率较低，变压器在经济运行方式下常常投入和切掉运行以及穿越功率比较大的场合。3.8电气主接线的确定本次设计变电所为10kv变电所，出现回路数为6回，容量相对来说较小，根据各种接线方式的适用范围和工厂供电的需要选用单母线分段接线。变电所有一路电源进线，为保障对车间的持续供电，同时又不影响变电所及其设备的的维护与保养，使用单母线分段的接线方式在变压器的二次侧。见图3-6变压器二次侧单母线分段，接线方式的可靠性高，一台主变压器检修或故障时，通过开关的操作，可以在很短的时间内供电恢复。并且某一条支路出现故障不影响其他支路的安全供电。因为本次设计高压电源进行为一回，所以在高压母线上需要配置高压联络线，以便能在单回电源进线出现故障时，从其他厂区获得临时的供电9。图3-6单母线分段主接线第四章 短路电流计算4.1短路电流产生的原因及危害 短路就是指不是正常的电气导线相接，产生了破坏性的电流。短路方式有很多中，其中三相电中，三相短路时的危害最大，产生的短路电流最大，是两相短路电流的倍。电力网络中发生的短路大部分是绝缘受到破坏造成的。这种损坏可能是设备本身不符合质量规范，或者是运行时间过长，设备绝缘被过电压击穿，或是绝缘不够等等。 有时，电力行业从业人员或用电厂家误操作违反了有关电力设施操作规定也会造成短路事故。一旦发生短路，短路电流要比正常电流大的多的多，如果不及时切断将会给电力系统产生很大的危害10。并且短路时，由于继电保护的作用，断路器动作会造成停电，且离电源端越近发生故障时停电面积越大，造成的危害越大。4.2 短路计算的目的及其条件4.2.1短路计算的目的短路电流其计算的结果可以用于电力系统的运行和设计，且短路电流计算是电力系统中三大计算之一。主要目的包括：一 选择和确定电气主接线方案。二 校验设备的热稳定及定稳定性。三 更有效合理的设计接地装置。四 短路及各种故障的分析。五 输电线对通信线路的影响与继电保护的整定和设计。4.2.2 短路计算的条件一 一般是将系统看成是无限大容量电源。电源的功率无穷大，端电压保持恒定。二 假定短路的回路中各个元件的阻值维持不变。并且，变压器励磁电流和电路电容也忽略不计。三 在发生短路事故后，故障的类别保持不变，比如说两相接地短路不会变成三相短路。四 具有分接开关的变压器，其分解开关位置视为主分接位置。五 不计短路电弧电阻。4.3短路电流计算原则和方法短路电流一般是计算最严重的短路故障所产生的短路电流即系统在最大运行方式下时，产生的短路电流最大。同时，短路点应选在发生短路电流最大的点。短路电流计算的方法一般有欧姆法和标幺制法。计算高压电路电流时一般使用标幺制法，低压电路一般使用欧姆法即有名值法。本设计使用标幺制法，来计算短路电流11。所谓标幺制就是实际值比上基准值。基准值可以任意选取，但是在电力系统计算当中，一旦选定两个基准值，其他的基准值都可以用这两个来表示，短路计算时，一般先选定基准容量和基准电压。4.4短路电流计算依据变电所实际情况，在出现短路最严重的地方选择短路点，画出短路计算图，短路点，取变压器两侧，因此短路计算电路等效电路图如图4-1所示。图4-1 短路计算电路图4.4. 1确定基准值设，低压侧，则基准电流： 4.4.2 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1. 电源的电抗标幺值由工厂原始资料断路器容量为，因此2. 架空线路的电抗标幺值根据原始资料架空线路，则由附录表4可查得，而线路长，故架空线路的的电抗标幺值为3. 电力变压器的电抗标幺值由3.4节得本设计中选择台变压器型号为 的变压器，查附表1可得，其短路电压百分数，因此k-1故障点的短路电流计算1. 总电抗标幺值2. 三相短路电流周期分量有效值3. 其他短路电流4. 三相短路容量k-2故障点的短路电流计算1. 总电抗标幺值2. 三相短路电流周期分量有效值3. 其他短路电流4. 三相短路容量计算结果综合如表4-1所示。4-1 短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk12.82.82.87.144.22852.1k224.8224.8224.8245.6727.0517.25第五章 电气设备的选择 正确合理的选择电气设备可以使电力系统安全经济运行，使电气设备的出力达到最优化，提高利用效率，不浪费资源。在电气设备选择时，要依据施工工程实际的情况，稳妥的采用电力工程中的新技术，新设备等，并要兼顾节约投资，使效益最大化。同时，还要考虑维护的简单方便性，即选择在市场上相对比较成熟的设备12。5.1 变电所高压一次设备的介绍（1）高压开关柜 高压开关柜是变电所的主要一次成套设备，是按照一定的线路接线方式把一二次设备组装起来的成套配电装置。是为了操作人员能够安全灵活的控制，一般分为固定式和手车式两大类型。 （2）高压断路器 可以接通和断开正常的设备工作电流，还能承担较大的短路电流。并且在继电保护作用断路器时可以切掉短路电流，因为要分断电流，因此断路器都带有优良的灭弧装置。（3） 隔离开关 因不用开断电流，所以不带有灭弧装置，但是要有很强的绝缘能力。一般和断路器配合使用，用来检修设备。（4） 熔断器 线路长时间过负荷时，或设备故障发生短路时，用于切断强大的短路电流。（5） 避雷器 避雷器的作用是保护变配电所或输电线路免受雷击的破坏，或者把强大的雷电流引入大地。（6）静电电容器 主要用于补偿无功功率。（7）电流互感器 主要是把检测到的电能数据提供给二次回路，供计量和继电保护装置整定使用13。5.2 一次设备的选择与校验的条件和项目5.2.1. 按正常工作条件选择(1) 工作电压选择电气设备的额定电压，要略大于或等于所在线路的额定定电压，即 （5-1）(2) 工作电流选择 电气设备的额定电流要略大于或等于所在线路的额定电流， 即 （5-2）(3) 按断流能力选择设备的额定开断电流或者是断流容量要大于此设备在开断短路电流时的有效值或者短路容量。即 ，。 （5-3）5.2.2. 按短路条件进行校验设备动稳定和热稳定。高压断路器，负荷开关及隔离开关的短路稳定度检验：(1) 动稳定校验条件或 （5-4）式中、为设备的极限通过电流或者动稳定电流的峰值和有效值、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 （5-5）式中为设备的热稳定电流有效值（单位为kA）；t为热稳定试验时间（单位为s）；开关所在处的三相短路稳态电流（单位为kA）；短路发热假想时间（单位为s）。短路发热假想时间一般按下式计算 （5-6）在无限大容量系统中，电源的内阻抗为零，电源内部不存在压降，有。因此s上式中为短路持续时间，短路持续时间就等于短路所在处的主保护动作时间加上断路器分闸时间。当时，。电流互感器的热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行。其校验条件按下列进行。(1) 动稳定校验条件或 (5-7)称为动稳定电流也是电器的极限通过电流峰值。为三相短路瞬时冲击电流。为动稳定倍数 。(2) 热稳定校验条件或 (5-8)为热稳定电流， 为热稳定实验时间s。为热稳定倍数。5.3 变电所10kV侧一次设备的选择 根据工厂负荷等级和所处的地理环境，高压侧采用型户内固定式交流金属封闭开关柜。初选设备见表5-1，下面分别对每一个设备进行具体校验。表5-1 一次设备选择表设备名称设备型号高压断路器ZN12-10/2000高压熔断器RN1-10/50高压隔离开关电流互感器电压互感器JDZ-105.3.1高压断路器的选择与校验查附录表1知高压断路器型号ZN12-10/2000各项参数见表5-2。表5-2 高压断路器各项参数表参数名额定电压额定开断电流极限通过电流热稳定电流额定电流数值10KV31.5KA80KA31.5KA2000A 在本设计中，。根据高压断路器的验证条件和表5-2可知，额定电压和电流均符合条件。(1)开断能力校验：；(2)热稳定与动稳定校验：；综上可知符合条件。 高压隔离开关的选择查附录表3知高压隔离开关型号各项参数如下参数表5-3表5-3 高压隔离开关参数参数名称额定电压额定电流动稳定电流峰值热稳定电流数值本设计中，。根据5.2节中高压隔离开关的验证条件知额定电流和电压均符合条件（1）热稳定性与动稳定性检验：。综上可知符合条件。5.3.3 电流互感器的选择电流互感器LQJ-10：查附录表8可得参数表5-4表5-4 电流互感器参数表参数名称额定电压额定电流比1s热稳定倍数动稳定倍数数值10kv100/590225根据5.2节中电流互感器的验证条件则：；动稳定校验条件：热稳定校验条件： 因此均满足条件。5.3.4 高压熔断器的校验高压熔断器：查附录表6可得参数表5-5表5-5 高压容电器参数表参数名称额定电压额定电流熔体电流数值10kv100A40A本设计中，根据5.2节中电流互感器的验证条件则：；因此满足条件。5.4 变电所380V低压一次设备的选择选择低压电气设备和选择高压一次设备一样，都要满足电气设备在正常条件下以及发生短路故障下的工作要求，并且设备应运行维护便捷，安全性能高，另外也要投资经济节约14。5.4.1低压设备的选择根据本设计计算参数初步选择设备表如表5-6表5-6设备选择表设备名称设备型号低压断路器DW17-2000低压断路器DW15-4000低压熔断器RT0-600低压刀开关HD13-1500/3低压断路器DZ20-6305.4.2低压设备的校验(1) 低压断路器DW17-2000：查附表6可知额定电压为380V，断路器脱扣器额定电流为2000A，额定开断电流80kA。据5.2节中高压断路器的验证条件知： ；因此符合条件。(2) 低压断路器DW15-4000：查附表5可知额定电压为V，脱扣器额定电流，额定开断电流80kA，此断路器装在各车间线端，各个车间的电流都在500A以下。据5.2节中低压断路器的验证条件则：；因此符合条件。(3) 低压熔断器：查附表8可知额定电压为V，额定电流，额定开断电流。此熔断器装在总线端和车间总线端，可以起到短路保护能力。据5.2节中熔路器的验证条件则：；。因此符合条件。5.5变配电所高低压进出线及母线的选择 母线及高低压进出线起到传输电能的关键作用，因此母线及导线的合理选择对电力系统减少电能损耗，减少电力故障都至关重要。在当今市场铜价远高于铝价的情况下，一般均使用铝导线代替铜导线。同时，导线个电缆的选择要满足电能质量的要求，做到经济运行，较小的投资，而且要布局合理，以便于维护与保养。5.5.1高低压母线的选择(1) 母线的选择，主要包括母线所用的材料，类型和布置方式的选择，导体截面的选择，热稳定，动稳定等项的校验等。对于高压母线，由于最大负荷电流不是很大，选择的矩形铝母线。下面校验选择该母线的热稳定性，查附表得常温时矩形路母线的额定电流，长时间发热的允许温度是，校正系数为。根据校验条件，满足要求。(2) 低压母线的选择，低压母线选择原则和高压母线相似，只是运行的最大负荷电流不同，根据低压侧最大负荷电流选择的矩形铝母线。5.5.2架空线和电缆的选择一般10kv以上的高压架空线和低压380v低压动力线路通常按发热条件选择，而35kv以上一般先按经济电流密度选择，本次设计中，根据工厂负荷的总电流，厂内电缆线选择型电缆，高压架空线选择裸导线钢芯铝绞线此两种选择热，动稳定均符合设计。5.5.3低压线路的敷设方式由于本厂内大部分是电缆线，所以只进行电缆线的敷设设计即可，对于电缆线一般都是铺设电缆沟或者沿墙壁或者其他建筑物就地埋设。但在埋设的过程当中，应该做到尽量少弯曲铺设，以减少电缆的弯曲扭伤。在电缆穿越建筑物或者楼板时，要用钢管套保护，减少外皮磨损，保护绝缘不受损伤。就整个工厂的铺设方式来说，本次设计选择放射式的方式，因为，当厂内有其他设备发生故障时不至于影响其他车间的正常安全生产。第六章 变电所二次回路与继电保护6.1二次回路的定义和分类由保护，测量，控制等设备组成的监视一次回路正常稳定运行的电路称为二次回路，在二次回路中运用到的设备叫做二次设备。变电所的二次回路是保持一次回路正确，安全，可靠运行的系统15。依据相关电力施工规定，在二次回路中应配置下列仪表（1）10kv的变电所的高压侧应配置电流表和有功功率表，如果商业上需要计算用电量，还要配置无功电能表一个。（2）如果高压侧没有配置电能表，需要在其低压侧配置电能表，并且还需要装设电流表。（3）在车间的配电线路中，还需要配置电流表，以方便查看各车间的用电负荷（4）在用并联电容器补偿的总线上，需要配置三只电流表，分别测量三相电流，并装设一只无功电能表。6.2二次回路的操作电源二次回路的供电虽然只辅助于一次系统，但是却对一次系统的安全稳定运行起着极其重要的作用。因为它可以对测量一次电路的各种仪表单独供电，使之基本不受一次电路的影响。事故状态下，在母线电压快速下降时，应能使继电保护系统可靠的动作，所以要求其充分可靠，容量足够大并且具有独立性。要求在系统出现严重短路或者其他事故事，必须可靠的动作或跳闸。操作电源一般是由直流电源提供，一般可由现有的直流蓄电池，如镉镍蓄电池等，也可以通过整流装置换流方式提供直流电。但是对于10kv变配电所，容量相对较小，继电保护不复杂，可以通过电压互感器等取得220v交流源使用。6.3断路器的控制和信号回路对于10kv变配电所小型的变电所其监视方式基本都使用灯光监视的方式，而音响监视方式多用于大型变电所，因此，本次设计才用灯光监视控制回路。采用手动操作的断路器控制和信号回路，图6-1为手动操作的断路器控制和信号回路图图7-1 断路器控制与信号原理图需要断路器合闸时，推上操作机构手柄使断路器合闸。辅助触点闭合，红灯变亮，指示断路器已经合闸。红灯同时还起着监视跳闸回路完好性的作用。分闸时时，扳下操作机构使断路器分闸，这时候，断路器的辅助触点断开，切断跳闸回路，同时辅助触点闭合，绿灯亮，表明断路器已经分闸。6.4变电所的测量和绝缘监视回路在电力系统中进行测量的主要目的是对电能的计量，比如功率的测量功率等，也可以用测量的数据监视系统的运行状态是否是处在安全运行中，三相电压是否平衡等。测量和监视回路是二次系统的组成部分之一，对其各种仪表的配置都要满足电气安全运行的需要16。6.4.1 变电所高压侧测量和绝缘监察回路为能正确的反映电气装置的各种运行数据和绝缘状况，并实现商业化运营的需要，供电部门或企业本身都会在变配电所配置电气测量仪表。一便于对系统中电流，电压，频率等各项参数做到随时监测。图7-2 610kV线路测量和计量仪表的原理电路6.4.2 变电所低压侧测量和绝缘监察回路图7-3 220/380V线路测量和计量仪表的原理电路6.5变配电所的保护系统设计变配电所及其周边设备的安全运行关系着全厂的持续安全生产，因此对其做好保护，尽快切除各种可能发生的故障显得格外重要。这就有必要进行继电保护设计。对继电保护的要求要做到速动性，选择性，可靠性和灵敏性。当变配电所某处发生短路故障时，应能有选择性的启动应该动作的保护，并且要做到可靠迅速，以减小短路故障带来的损失。电力变压器是电力系统中使用相当普遍和十分重要的电器设备，在整个变电所中，变压器的保护是最重要的。虽然它和发电机有区别，是一种静止的电气设备，结构相对可靠，发生故障的机会很少，但它一旦发生故障将会给供电的可靠性和系统的正常运行带来严重的后果。为了保证变压器的安全稳定的运行。防止故障的扩大，根据变压器故障的发生，敏感，快速和可靠的保护装置和良好的选择性是非常必要的。6.5.1变压器瓦斯保护 变压器瓦斯保护又叫做气体保护是反映变压器内部故障的一种保护装置。在变压器的油箱内发生故障时，在故障电流作用下，变压内的液体油会受热分解产生大量气体，长生的气体越多，变压器内的压强越大，气体迫使油和气体冲向保护装置，利用此原理实现变压器的保护。变压器瓦斯保护原理图见图7-4。图7-4 变压器气体保护原理图6.5.2 变压器过负荷保护变压器在运行的过程当中，有可能会出现过负荷，长期的过负荷运行会减小变压器的运行寿命，破坏变压器的绝缘保护，因此有必要设置过负荷保护，变压器过负荷保护的整定原理同线路过负荷保护一样，动作电流整定依照一次侧额定电流整定，动作时间一般为。整定计算公式 (6-1)为可靠系数，取1.2；为低压侧线路电流，根据公式和负荷计算的结果 由上过负荷电流整定为。6.5.2变压器过电流保护变压器内外部故障或异常运行都可能导致其过电流现象，应设置相应的电流保护。采用DL-11/50型感应式过电流继电器，(1) 过电流保护动作电流的整定 (6-2)取，。因此，动作电流故动作电流整定为5A。(2) 过电流保护动作时间的整定因本变电所为电力系统的终端变电所，高压出线处时间为，故根据时间级保护配合原则整定时间为多一个时间级差为。(3) 过电流保护灵敏系数的检验，用最小短路电流检验。已知最小短路电流：保护一次侧动作电流：因此其保护灵敏系数为：满足灵敏系数1.5的要求。6.5.3. 装设变压器电流速断保护由于过电流保护动作时间较长不能够迅速隔离故障，故需要安装瞬时速断保护以快速反应变压器的故障。(1) 速断电流的整定 已知：，。因此速断动作电流为：选电流继电器，动作电流整定为。保护一次侧动作电流为：(2) 电流速断保护灵敏系数的检验 已知：，因此其保护灵敏系数为：依据规定，电流保护（含电流速断保护）的最小灵敏系数为1.5，因此灵敏系数符合要求。第七章 防雷与接地系统设计7.1变电所防雷 雷云形成时，会带有很高的过电压，当雷云一旦与地面金属导体有接触时会产生很大的雷电流，如果没有做好很好的防雷保护，将会对电气设备，甚至对变电所本身造成难以想象的损坏。因此在雷雨天气多发的地区做好供电的防雷工作，意义重大。在防雷工作当中，要充分掌握雷电科学知识，掌握雷电的特点做到有针对性的预防和配置防雷设备，对当地供电部门和气象部门所统计的雷电资料做到充分分析17。7.1.1防雷设备一般由接伞器，引下线，接地装置等组成防雷设备，接伞器就是在雷放电时直接接受雷击的物体，通常是由金属组成的，接伞器包括有避雷针，避雷带，避雷网等组成。7.1.2防雷设计本地区夏季多雨雷电频发。且从当地气象部门获得的气象资料显示本地区多直接雷为主，基于此种情况，在进行该设计时，为节省投资成本，造成不必要的浪费，只需要进行直击雷的防护即可。变电所直击雷保护的基本要求：应能保护整个被保护的设备和室外较高的建筑物或者易受雷击的物体都要设置直击雷保护。（1）确定避雷针的保护范围 在国际上通常使用滚球法来确定保护的范围，滚球法就是用一个半径的球体，沿着需要保护的部位滚动，当球体只接触到避雷针和地面时，球弧下部位就是保护范围。对于不同的建筑或设备，保护级别不一样，防雷级别根据附表12查得变电所属于第一类防雷建筑物，滚球半径为30m，根据工厂原始资料变电所使用两支距离为10米的避雷针高度为为20m。两支等高避雷针每侧的保护范围最小宽度： (8-1)为滚球半径，避雷针高度，D，两避雷针的距离。当两避雷针的距离时，按单个计算范围，当两避雷针外侧与单支避雷针外侧计算相同。根据(8-1)公式带入计算得：根据已知的资料变电所的施工长4米宽3米，可以做到全部保护。7.2接地电阻及其接地装置接地电阻是引下线电阻和埋设于地下的金属接地装置电阻的总和。根据通过电流的性质，接地电阻一般分为工频接地电阻和冲击接地电阻两种。正常工作的工频负荷电流流入接地装置时表现的电阻就是工频接地电阻。而只有雷击接地装置时才会有冲击电阻。（1） 接地电阻的计算按照电力部门的规定，保护接地电阻应满足， （7-2）理论计算公式为 （7-3）但在工程设计中通常使用 （7-4）为土壤的电阻率，未接地体长度，为接地体直径。在本设计中，由初始资料并查附表11得土壤电阻率为，有电气联系的架空线为5km，查附表14可知，确定变电所接地装置的电阻应满足条件（8-2）及 （7-5） （7-6）为相同电压下具有电气关系的架空线的长度，本设计，为电缆线的长度，这里，带入计算得则比较两式接地电阻应为（2）接地装置的方案初步考虑围绕变电所的四周距离变电所的墙体2-3米，放入直径50mm,长度为2.5m的钢管接地体，每隔5米放入一根，管间用扁钢焊接起来。单根钢管的接地电阻由（7-4）知接地的钢管数为：为垂直接地体利用系数可查附表13，由于接地体要求均匀对称排列，因此选择14根直径50mm,长2.5m钢管做接地体，用扁钢连接，环形配置。第八章 供电系统电气图纸设计8.1主供电设计图图8-1 主供电系统图图8-2 工厂平面图总结为了满足欧科工矿设备的生产用电，本次设计搜集了大量的资料，包括实际的负荷统计与预测，并向当地供电部门详细咨询了一些问题，通过负荷计算，短路计算，主接线设计，变压器选择，设备选择，等多方面设计基本上满足了工厂的用电要求。本次毕业设计以欧科工矿设备公司以实际背景，通过搜集学习各种供配电知识，在实际的设计过程中，缺乏实际经验成了我进行设计的最大的障碍，许多的用电设备不知道其基本参数，对变配电所设计的基本资料知之甚少，甚至还有很多的概念没有搞明白。通过本次设计，希望自己在以后的学习当中，做到理论与实践的结合，真正把理论知识用到实践中去，为自己所用，为我所服务的单位所用。附 录附表1高压断路器ZN12-10/2000的主要技术数据参数名额定电压额定开断电流极限通过电流热稳定电流额定电流数值10KV31.5KA80KA31.5KA2000A附表2并联电容器参数型号额定容量kvar额定电容501.44附表3 S9-630/10变压器参数表型号额定容量额定电压/kv空载损耗负载损耗空载电流阻抗电压S9-630/1063010/0.4130058003.05附表4 电力线路单位长度电抗平均值线路结构线路电压架空线路附表5 高压隔离开关的主要技术数据参数名称额定电压额定电流动稳定电流峰值热稳定电流数值附表6 低压断路器的主要技术数据型号脱扣器额定电流A长延时动作整定电流A短延时动作整定电流A瞬间动作额定电流A单相接地短路动作电流A分断能力电流kA20001000200070001200060001200080(短延时30)0.2附表7 低压断路器的主要技术数据型号额定电压V脱扣器额定电流A瞬时脱扣电流倍数分断