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任务书-10kV变电站无功功率自动补偿控制技术研究
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你可能喜欢河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书本科毕业设计（论文）题目：10KV 变电站供电系统设计 姓名： 编号：河南理工大学成人教育学院河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书河南理工大学成人教育学院毕业设计（论文）任务书站别 年级专业 电气工程及自动化
学生姓名一、设计(论文)题目： 二、设计（论文）任务与要求1、主接线的设计 2、负荷计算 3、短路电流计算 4、主变的选择 5、电气设备的选择与校验 6、变电站的防雷与接地设计10KV 变电站供电系统设计三、设计（论文）时间指导教师（签名） 成教院院长（签名）河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书河南理工大学成人教育学院毕业设计（论文）评定书站别 年级专业 电气工程及自动化 学生姓名一、设计(论文)题目：10KV 变电站供电系统设计二、设计（论文）说明书 35 页，附图 1 张。 三、审阅意见及评语根据学院毕业设计管理的有关规定，同意（不同意）参加毕业设计（论文） 答辩。指导教师（签名） 职 工 作 单 称 位河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书河南理工大学成人教育学院毕业设计（论文）答辩委员会记录平顶山函授站 年级专业 文）于 年 月 电气工程及自动化 学生姓名 日进行答辩。 10KV 变电站供电系统设计 的（论设计(论文)题目：答辩学生向毕业设计答辩委员会（小组）提交以下资料： 一、设计（论文）说明书 二、设计（论文）图纸 三、指导教师评阅意见 共 35 页 共 1 张 共 1 张根据学生所提供的毕业设计（论文）材料和指导教师意见以及在答辩 过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）作出 如下决议： 一、毕业设计（论文）的总评语：（二、毕业设计（论文）的总评成绩： 毕业答辩委员会主任（组长）签字： 委员（成员）签字：年月日河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书目摘录要.......................................................IAbstract.................................... 错误！未定义书签。 绪 论.......................................................1 设计说明书 ........................................2第一部分第 1 章 主接线的设计 ..........................................21.1 电气主接线系统的基本知识 ........................................ 2 1.2 电气主接线系统的基本要求 ........................................ 2 1.3 电气主接线系统的设计 ............................................ 3 1.3.1 主接线的设计依据 ........................................... 3 1.3.2 几种主接线方式 ............................................. 4 1.3.3 主接线的确定 ............................................... 4第 2 章 负荷计算 .............................................. 62.1 负荷计算的目 .................................................... 6 2.2 负荷计算的方法 .................................................. 6第 3 章 短路电流计算 ..........................................73.1 产生短路的原因 .................................................. 7 3.2 短路的危害 ...................................................... 7 3.3 短路电流计算的目的和用途 ........................................ 7 3.4 短路电流的计算方法 .............................................. 7第 4 章 主变的选择 ...........................................104.1 变、配电站分类 ................................................. 10 4.1.1 按变、配电站用途分类 ..................................... 10 4.1.2 按变、配电站设置地点分类 ................................. 10 4.2 变电站站址的选择原则 ........................................... 10 4.3 变电所形式的确定 ............................................... 11第 5 章 电气设备的选择与校验 .................................12河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书5.1 电气设备选择的一般要求 ......................................... 12 5.2 一次侧电气设备的选择与校验原则 ................................. 13 5.2.1 开关电器的选择 ........................................... 13 5.2.2 互感器的选择 ............................................. 14 5.2.3 母线的选择与校验 ......................................... 15第 6 章 变电站的防雷与接地设计 ...............................166.1 变电站直击雷过电压保护 ......................................... 16 6.2 雷电侵入波过电压保护 ........................................... 16 6.3 接地装置中的一般规定 ........................................... 17第二部分计算书 ...........................................18第 1 章 负荷计算 .............................................181.1 1#、2#、3#教学楼，A、B、C 座实验楼负荷计算 ....................... 18 1.2 科技楼、图书馆、消防设施负荷计算 ............................... 18 1.3 男生宿舍负荷计算 ............................................... 18 1.4 女生宿舍负荷计算 ............................................... 18 1.5 教职工公寓负荷计算 ............................................. 19 1.6 研究生公寓楼、服务楼、食堂、等负荷计算 ......................... 19第 2 章 短路电流计算 .........................................202.1 T1 变压器短路电流计算 ........................................... 20 2.2 T2、T3 变压器短路电流计算 ...................................... 21 2.3 T4、T5 变压器短路电流计算 ...................................... 22 2.4 T6 变压器短路电流计算 .......................................... 23 2.5 T7 变压器短路电流计算 .......................................... 24第 3 章 一次侧设备的选择与校验 ...............................263.1 T1 变压器一次侧的设备的选择和校验 ............................... 26 3.1.1 断路器的选择与校验 ....................................... 26 3.1.2 高压隔离开关的选择与校验 ................................. 26 3.1.3 接地开关的选择与校验 ..................................... 27 3.1.4 电流互感器的选择与校验 ................................... 27 3.1.5 电压互感器的选择与校验 ................................... 28河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书3.1.6 熔断器的选择与校验 ....................................... 28 3.1.7 操动机构的选择 ........................................... 28 3.1.8 操作电源的选择 ........................................... 29 3.2 母线的选择与校验 ............................................... 29 3.2.1 高压侧母线的选择与校验 ................................... 29 3.2.2 低压侧母线选择与校验 ..................................... 30第 4 章 防雷与接地接地设计 ...................................324.1 变电站直击雷过电压保护 ......................................... 32 4.1.1 防雷等级 ................................................. 32 4.1.2 保护措施 ................................................. 33 4.2 变电站雷电侵入波过电压保护 .................................... 33 4.2.1 电缆进线保护 ............................................. 33 4.2.2 所内过电压保护 ........................................... 33结束语......................................................34 附录 1：参考文献 ............................................35 附录 2：负荷分布情况详表 ....................................36 附录 3: 10kv 变电站设计一次部分主接线图 ...... 错误！未定义书签。河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书10kv 变电站的设计 摘 要根据设计任务书的要求，本次设计为 10kV 变电站电气一次部分初步设计，并绘制 电气主接线图。该变电站设有七台主变压器，站内主接线分为 10kV 和 0.4KV 两个电压 等级。为一学校提供稳定的高质量的电能。 此次变电站的设计， 其主要内容包括对电气主接线的确定， 主要是电气设备的选择， 包括断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，母线等。首先，根据主接线的经济 可靠性.运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比 较，选取最优接线方式；其次，利用需要系数法进行负荷计算，根据计算的短路容量进 行主变压器的选择；再次，进行短路电流计算，利用等值网络，根据各短路点计算出各 点各周期的短路稳态电流和短路冲击电流值；最后，根据各电压等级的额定电压和最大 持续工作电流进行设备选择，然后根据热稳定和动稳定条件进行校验。此外，从变电站 直击雷过电压保护和雷电侵入波过电压保护两方面进行防雷与接地保护的设计。 关键词 变电站/主接线/短路电流/电气设备I河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书绪论随着国民经济的发展，各类民用建筑以多层建筑为主，配电距离在变长，配电功率 在变大，负荷密度在增加，10kv配电网络承担着重大的供配电任务。而变电所在供配电 网络中起着接受、变换和分配电能的作用，所以，变电所在供配电网络中处于举足轻重 的地位[1]。 在 10kv 变电所设计中，主要完成以下任务：主接线方案的设计与论证；负荷计算； 短路电流计算；高、低压侧配电系统设计；电气设备的选择与校验；变电所形式的确定； 防雷和接地等。 目前，在 10kv 变电所的设计中，普遍采用金属封闭铠装开关柜设备，将变压器一、 二次开关设备全部合为一体。而开关设备的发展是变电所、电力系统发展的先驱。真空 开关、SF6 断路器、重合器、分段器、自动配电开关、新型熔断器的出现，为变电所向 小型化、智能化、免维护、易施工方向发展创造了良好的条件。随着科学技术的发展， 变电所综合自动化系统运用的日益广泛，逐步融入了 IT 技术，借助计算机技术和网络 通信技术，对配电网进行在线和离线的智能化监控管理。做到保护、运行、管理的自动 化。随着微机监控系统和配电自动化技术的应用，变电所内逐步实现了无人值守。这就 大大减少了危险场所人为事故发生率，增强了供配电系统的可靠性和稳定性。在先进技 术不断发展的今天，变电所综合自动化系统以其系统化、标准化和面向未来的概念正逐 步取代繁琐而复杂的传统控制保护系统。所以综合自动化是变电所发展的总方向[2]。 本次设计为一学校 10kv 变电站，其中有功功率 4170KW，无功功率 1739.45kvar， 视在功率 4521.6KVA。根据分类，科技楼、图书馆和消防设施作为二级负荷，其他均为 三级负荷。根据设计要求，高压侧 8 回路出线，初步设定六座变电所，两座独立变电所， 五座箱式变电所。 一号独立变电所负荷为科技楼、 图书馆和消防设施， 由于是二级负荷， 采用两台变压器，一用一备；二号独立变电所负荷为教师公寓；一号箱式变电所负荷为 实验楼和教学楼；二号箱式变电站负荷为男生宿舍楼，三号箱式变电站负荷为女生宿舍 楼；四号箱式变电站负荷为活动中心、餐厅、服务楼及其他负荷。 通过本次设计，要达到的目的有：巩固和提高对所学的专业理论知识的认识，并在 毕业设计的实践过程中得到灵活应用；学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法，树 立正确的设计思想； 培养独立分析和解决实际问题的工作能力及实际工程设计的基本技 能；培养查阅、使用国家规范、设计手册及其他参考资料的能力；为今后从事电力工程 设计、建设、运行及管理工作打下必要的坚实基础。1河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书第一部分1.1 电气主接线系统的基本知识设计说明书第 1 章 主接线的设计电气主接线是发电厂和变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环 节。 主接线是指由各种开关电器、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的次序相连接的接受和分配电能的电路。而用规定的电气设备 图形符号和文字符号并按照工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本 组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。 主接线可分为有母线接线和无母线接线两类。有母线接线分为单母线接线和双母线 接线；无母线接线分为单元式接线、桥式接线和多角形接线。而在中、低压供配电系统 中主要采用单母线接线、单元式接线和桥式接线[3]。 1.2 电气主接线系统的基本要求 我国《变电所设计的技术规程》规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中 的地位，回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，且应满足运行可靠，简单灵活，操 作方便和节省投资等要求[4]。 电气主接线的基本要求: 1) 可靠性： （1）研究可靠性应注意的问题： a、应重视网内外长期运行的实践经验及其可靠性的运行分析。 b、应包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。 c、在很大程度上取决于设备的可靠程度。 d、考虑待设计发电厂，变电所在电力系统中的地位和作用。 （2）具体要求： a、断路器检修时，不宜影响对系统的供电。 b、断路器或引线检修及引线故障时，尽量减少停远回路和停远时间，并保 证对一级负荷及全部及大部分二级负荷的供电。 c、尽量避免变电所全停的可能性。 d、大机组，超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。 2) 灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 （1） 调度时， 应可以灵活地投入和切除发电机， 变压器和线路， 调配电源和负荷， 满足系统在事故运行方式，检修运行方式及特殊运行方式下的系统调度要2河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书求。 （2）检修时，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修而不 致影响电力网和对用户的供电。 （3）扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线，并且对一次和二次部分的 改建工作量最少。 3) 经济性：主接线在满足可靠性，灵活性要求的前提下做到经济合理。 （1）投资省 a、主接线要求简单，以节省断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器、 避雷器等一次设备。 b、要使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。 c、要能限制短路电流，以便选择价廉的电器设备和轻型电器。 d、如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端和分支变电所 可用简单接线方式。 （2）占地面积小，主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。 （3）电能损失小，经济合理地选择各种电气，减少电能损失。 （4）具有未来发展和扩建的可能性。 1.3 电气主接线系统的设计 1.3.1 主接线的设计依据 主接线的设计依据[5]: 1）发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用。 电力系统中的变电所有：系统枢纽变，地区重要变电所和一般变电所三种类型， 一般变电所多为终端和分支变电所，电压为110KV及以下。 2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模。 变电所根据5—10年电力系统发展规划进行设计，一般装设两台主变压器，终端或 分支变电所如只有一个电源时，可只装设一台主变压器。 3）负荷大小和重要性 （1）对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证 对全部一级负荷不间断供电。 （2）对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保 证全部或大部分二级负荷的供电。 （3）对于三级负荷，一般只需一个电源供电。 4）系统备用容量大小 装有两台及以上主变的变电所，当其中一台事故断开时，其余主变的容量，3河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书应保证该变电所70%的全部负荷，在经过过负荷能力后的允许时间内，应保证用 户的一、二级负荷供电，系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。在主接 线设计时应充分考虑这一因素。 5）系统专业对电气主接线提供的具体资料 （1）出线的电压等级、回路数、每回路输送容量和导线截面。 （2）主变压器台数，容量和型号；变压器各侧的额定电压，阻抗等。 （3）系统的短路容量或归算电抗值。 （4）变压器中性点的接地方式及接地点的选择。 （5）初期和最终变电所与系统连接方式，变电所的地理位置等。 1.3.2 几种主接线方式 由原始资料可知，待设计的变电所为10KV开闭所，为一般变电所，它的修建 目的主要是提供可靠优质电能，根据《电力工程设计手册》[6]，我们可基本选定 主接线方式为： 一）单母线接线方式： 单母线接线具有简单清晰，设备小，投资小，运行操作方便，且有利于扩 建等优点，但可靠性和灵活性较差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必 须断开它所接的电源；与之相接的所有电力装置，在整个检修期间均需停止工 作。此外在出线断路器检修期间，必须停止该回路的工作。因此，这种接线只 适用于 6—220KV 系统中只有一台发电机或一台主变压器，且出线回路又不多的 中、小型发电厂和变电所，它不能满足Ⅰ、Ⅱ类用户的要求，但若采用成套配 电装置，由于可靠性高，也可用于较重要用户的供电。 二）单母线分段： 单母线分段接线具有简单清晰，设备较少，投资较小，运行操作方便，且 有利于扩建等优点，并可提高供电可靠性和灵活性。对重要用户可以从不同段 引出两回馈电线路。由两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动 将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，两段母线 同时故障的可能甚小，可以不予考虑。分段的数目，取决于电源数量和容量。 段数分得越多，故障时停电范围越小，但使用断路器数量也越多，且配电装配 和运行也越复杂，通常以 2—3 段为宜，这种接线广泛用于中、小容量发电厂的 6—10KV 接线和 6—220KV 变电所中。 1.3.3 主接线的确定 表 1-1 单母线接线与单母线相比较4河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书单母线 断路器台数 隔离开关台数 占地面积 优点 12台 16 台 占地面积较大 接线简单、清晰、设备小、操作方便、便 于扩建、投资较小 供电的可靠性， 灵活性较差， 不能满足Ⅰ、 Ⅱ类用户需要 用于6—220KV系统中仅一台发电机或一 台主变，且出线不多的中、小型变电所单母线分段 11台 14 台 占地面积较小些 接线简单、操作方便、便于扩建供电 可靠性，灵活性较好 投资较大些，占地面积较大 适用于6—10KV电压等级引出线在6回 以上的中、小型变电所缺点适用范围根据提供的原始资料，电力系统的发展，和用户的需求等几方面考虑，从近期及 远景的发展规划，经过比较确定采用两路10kv电源一用一备供电。两路10kv电源有两 路独立电源供给，高压侧为单母线分段联络接线，10kv电源进线经一号独立变电所采 用放射式引线出至本所400v段和二号独立变电所及1-5号箱式变电所。各变电所低压侧 采用单母线接线。进出线均采用高压铠装电力电缆。 该设计整个主接线网络采用双电源放射式结构，符合供电标准，满足对负荷密度 大，供电要求较高的基本要求。5河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书第 2 章 负荷计算2.1 负荷计算的目的 计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依 据，也是整定继电器保护的重要数据。计算负荷确定得是否合理，直接影响到电器和导 线的选择是否合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线截面选择过大，造成投资和 有色金属的浪费；如果计算负荷过小，又将使电器和导线运行时增加电能消耗，并产生 过热，引起绝缘过早老化，甚至烧毁，一致发生事故，同样给国家造成损失。为此，正 确进行负荷计算是供配电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。 2.2 负荷计算的方法 负荷计算成用的方法有需要系数法、二项式法和利用系数法[7]。目前前两种方法在 国内使用比较普遍。由于需要系数法比较简便，广泛使用。但是当用电设备台数较少功 率相差悬殊时，需要系数法的计算结果往往偏小，但使用于计算变、配电所的负荷。本 次设计采用的就是需要系数法。6河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书第 3 章 短路电流计算3.1 产生短路的原因 短路发生的主要原因是系统中某一部位的绝缘遭到破坏。绝缘遭到破坏的原因主要 有以下方面： 1、雷击或高电位侵入； 2、绝缘老化或外界机械损伤； 3、误操作； 4、动、植物造成的短路。 3.2 短路的危害 短路的危害[8]有： 1、短路电流IK远大于正常工作电流，短路电流产生的力效应和热效应足以使设备受 到破坏。 2、 短路点附近母线电压严重下降， 使接在母线上的其他回路电压严重低于正常电压, 会影响电气设备的正常工作，甚至可能造成电机烧毁等事故。 3、短路点处可能产生电弧，电弧高温对人身安全及环境安全带来危害。如误操作隔 离开关产生的电弧常会使操作者严重灼伤， 低压配电系统的不稳定电弧短路可能 引起火灾等 4、不对称短路可能在系统中产生复杂的电磁过程，从而产生过电压等新的危害。 5、不对称短路使磁场不平衡，会影响通信系统和电子设备的正常工作，造成空间 电磁污染。 3.3 短路电流计算的目的和用途 短路是电力系统常见的故障之一，短路电流是系统重要的技术参数[8]，主要有以下 用途： 1、校验系统设备能否承受可能发生的最严重短路； 2、作为设置短路保护的依据； 3、可通过短路电流判断系统电气联系的紧密程度，作为评价各种接线方案的依据 之一。 3.4 短路电流的计算方法 短路电流的计算步骤[9]： 1）确定计算条件，画计算电路图 （1）计算条件：系统运行方式，短路点、短路类型和短路后采取的措施。 （2）运行方式：系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少及它们之间 的连接情况。7河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书（3）根据计算目的确定系统运行方式，画相应的计算电路图。 （4）选电气设备：选择正常运行方式画计算图： （5）短路点选取使被选设备通过的短路电流最大的点。 2）画等值电路，计算参数： 分别画各短路点对应的等值电路 X ?X X 12 ? X 31 3）简化网络，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗。 X 12 ? X 1n ? X 2 n ? 1n 2 n X 1n ? X 3n X 12 ? X 13 ? X 23 （1）星—角变换公式 角—星变换公式 X ?X X 12 X 32 X 23 ? X 2 n ? X 3n ? 2 n 3n X 2n ? X 1n X 12 ? X 13 ? X 23 （2）等值电源规算 X ?X X 32 ? X 31 X 31 ? X 3n ? X 1n ? 3n 1n X 3n ? a、同类型且至短路点的电气距离大致相等的电源可归并； X 2n X 12 ? X 31 ? X 32 b、至短路点距离较远的同类型或不同类型的电源可归并； c、直接连于短路点上的同类型发电机可归并； 表 3-1 电抗标幺值和有名值的变换公式序号 1 2 3 4 元件名称 发电机 （或电动机） 变压器 电抗器 线路xR* ?SB SN U k (%) S B xT * ? 100 S x (%) U NS标幺值 & & xG * ? xG*( N )R NBxWL* ? xWL1002 3S IN UB BUN & & xG ?有名值 xG *( N ) S N2 U k (%) U N xT ? UNN x 100 (%) S xR* ? R 100 3I N22 UBxWL表 3-2 各个变压器高、低压侧短路电流值、短路容量值汇总表T1(3) IK ?1 (KA) (3) ish (KA) (3) I sh (KA)T2T3T4T5T6T715.28 38.96 23.07 15.28 15.28 277.8 21.9 44.9 26.0 21.9 37.70 85.83 49.79 37.70 37.70 85.83 49.79 37.708高 压 侧同 T1 各 值同 T1 各 值同 T1 各 值同 T1 各 值同 T1 各 值同 T1 各 值& IK ?1 (KA)(3) I? (KA)S ((3) K ?1) (MVA)低 压 侧(3) IK ? 2 (KA)18.26 36.41 21.11 18.2618.26 36.41 21.11 18.2629.5 66.14 38.42 29.519.66 40.31 23.30 19.66i (KA) I(3) sh(3) sh(KA)& IK ? 2 (KA)河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书(3) I? (KA)21.9 15.237.70 26.1237.70 26.1218.26 12.6518.26 12.6529.5 20.4419.66 13.62S((3) K ? 2) (KA)9河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书第 4 章主变的选择4.1 变、配电站分类 4.1.1 按变、配电站用途分类 按变、配电站用途的分类有[10]： 1、在供配电系统中，一般将110/10（6）kv或35/10（6）kv 的变电站称为区域变 电站或总降压变电站，这是因为10（6）kv只能供少数用电设备使用，大多数 用电设备都需再次降压后才能使用。 2、10(6)/0.4kv的变、配电称为用户变电站，在工业企业中称为车间变电站。 3、10kv配电站又称为开闭所，在城市电网中使用较为广泛。 4.1.2 按变、配电站设置地点分类 按变、配电站设置地点的分类有[10]： 1）110kv以上的变电站通常为室外变电站。 2）35/6kv变电站一般为室内变电站。这种形式的变电站运行维护方便，占地面积 少。 3）配电站（开闭所）可为独立建筑物，也可附设于大型工业或民用建筑物中。 4）10(6)/0.4kv变电站的型式由用户负荷状况和周围环境情况综合考虑确定。 （1）负荷较大的车间和站房，一般设附设变电站或半露天变电站 （2）负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房中部且环境许可时，宜设车间内变 电站或组合式成套变电站 （3）高层或大型民用建筑物内，一般设室内变电站或组合式成套变电站。 （4）负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区一般设独立变电站，也可设 附设式变电站或户外箱式变电站。 （5）环境允许的中小城市居民区和工厂的生活区，当变压器容量在315KVA以下 时，可设杆上或高台式变电站 4.2 变电站站址的选择原则 变电站站址选择的原则有[11]： 1、接近负荷中心处。主要从节约一次投资和减少运行时电能损耗的角度出发。 2、进出线方便。要求有足够的进出线走廊，提供给架空线、电缆或电缆隧道。 3、靠近电源侧。变电站应靠近电源进线侧布置，以免过大的功率倒送，产生不必 要的电能损耗和电压损失。 4、满足供电半径的要求。由于电压等级决定线路最大的输送功率和输送距离，供 电半径过大的会导致线路上电压损失过大，使末端用电设备处的电压不能满足 要求，因此变电站的位置应保证所有用电负荷均处于该站的有效供电半径内。10河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书5、运输设备方便。因为变配电设备通常体积较大，不易拆卸，应考虑运输通道。 6、避免有剧烈震动和高温的场所。剧烈震动会使变配电设备导电部分的连接螺栓 变松，使得连接部位接触电阻变大，发热加剧；高温的场所会使电气设备正常 运行时超过起允许温度或不能达到额定功率，影响电气设备使用且依造成设备 损坏。 7、 避免多尘或有腐蚀性气体的场所。 电气元件在多尘或有腐蚀性的场所易受损坏。 如无法远离，应避免在污染源的主导风向的下风侧。 8、避免设在潮湿或易积水场所。因为潮湿易导致设备绝缘损坏。 9、避免设在有爆炸危险的区域内或设在有火灾危险区域的正上面或正下面。 4.3 变电所形式的确定 本次设计为一学校 10kv 变电站，其中有功功率 4170KW，无功功率 1739.45kvar， 视在功率 4521.6KVA。根据分类，科技楼、图书馆和消防设施作为二级负荷，其他均为 三级负荷。根据设计要求，高压侧 8 回路出线，初步设定六座变电所，两座独立变电所， 五座箱式变电所。 一号独立变电所负荷为科技楼、 图书馆和消防设施， 由于是二级负荷， 采用两台变压器，一用一备；二号独立变电所负荷为教师公寓；一号箱式变电所负荷为 实验楼和教学楼；二号箱式变电站负荷为男生宿舍楼，三号箱式变电站负荷为女生宿舍 楼；四号箱式变电站负荷为活动中心、餐厅、服务楼及其他负荷。 根据变电站的用途、负荷状况，并结合供配电理论知识，变电站形式确定如下：表 1-4-1 变电站形式确定表变压器序号 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 变电所形式 箱式变电所 独立变电所 独立变电所 箱式变电所 箱式变电所 独立变电所 箱式变电所 变压器型号 SCB8-630/10 SCB8-1600/10 SCB8--400/10 S9-400/10 SCB8--630/10 ZBW1-10/630 ZBW1-10/630 ZBW1-10/630 箱式柜壳规格 ZBW1-10/63011河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书第 5 章 电气设备的选择与校验5.1 电气设备选择的一般要求 电气设备选择的一般要求有[12]： 1）满足正常情况下短路、过电压、检修。 2）按当地环境条件校核。 3）力求技术先进和经济合理。 4）与整个工程建设标准协调一致。 5）同类设备尽量减少品种。 6）选用新产品应具有可靠试验数据，并经正式鉴定合格 为了保证高压电器的可靠运行，高压电器应满足下列条件： 1）按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择； 2）按短路条件包括动稳定、热稳定和持续时间校验； 3）按环境条件如温度、湿度、海拔、环境、介质状态等选择； 4）按各类高压电器的不同特点，如断路器的操作性能、互感器的二次侧负荷和准 确等级、熔断器的上下级选择性配合等进行选择。 表 5-1 选择高压电器时应校验的项目电气名称 断路器 负荷开关 隔离开关 熔断器 限流电抗器 电流互感器 电压互感器 支柱绝缘子 穿墙套管 母线 电缆 额定 电压 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 额定 电流 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 额定开 断电流 ○ ○ 短路电流校验 动稳定 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 热稳定 ○ ○ ○ 环境条件 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 二次负荷准确等级 二次负荷准确等级 其他 操作性能 操作性能 操作性能 上下级配合注：1、表中“〇”为选择电器进行的项目。 2、此表是按电气设备用于 50HZ 的情况，用于其他频率时对频率也要校验。12河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书5.2 一次侧电气设备的选择与校验原则 5.2.1 开关电器的选择 开关电器的选择原则具有互通性，即不仅要保证开关电器正常时的可靠工作， 还应保证系统故障时，能承受短路时的故障电流的作用，同时尚应满足不同的开关 电器对电流分断能力的要求，因此，开关电器的选择应符合下列条件： 1）满足正常工作条件[12] （1）满足工作电压要求 即： Ur ? U NU m ? UW（5-1） （5-2）式中 Um ——开关电器最高工作电压； Uw——开关电器装设处的最高工作电压； Ur ——开关电器额定电压； UN——系统的额定电压。 （2）满足工作电流要求 即Ir ? Ic式中 Ir——开关电器额定电流 Ic——开关电器装设处的计算电流 （3）满足工作环境要求 选择电气设备时，应考虑其适合运行环境条件要求， 如：温度、风速、污秽、海拔、地震、烈度等。 2）满足短路故障时的动、热稳定条件 （1）满足动稳定要求imax ? ish（5-3） （5-4）或I max ? I sh式中 imax——开关电器的极限通过电流峰值 Imax——开关电器的极限通过电流有效值； ish——开关电器安装处的三相短路冲击电流； Ish——开关电器安装处的三相短路冲击电流有效值 （2）满足热稳定要求2 It2 ? t ? I ? ? tm式中 It——开关电器的t秒热稳定电流有效值； I∞——开关电器安装处的三相短路电流有效值； tim——假想时间。 3）满足开关电器分断能力的要求13河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书（1）断路器 断路器应能分断最大短路电流: (3) I br ? I K 式中 Ibr ——断路器的额定分断电流； I(3) K（5-5）——断路器安装处的三相短路电流有效值。 （5-6）（2）负荷开关 负荷开关应满足最大负荷电流: I br ? I c 式中 Ibr ——负荷开关的额定分断电流；Ic ——负荷开关安装处的最大负荷电流。 5.2.2 互感器的选择 互感器的选择应满足以下条件[7]： 1） 满足工作电压要求 即： Ur ? U NU m ? UW（5-7） （5-8）式中 Um ——互感器最高工作电压； Uw——互感器装设处的最高工作电压； Ur ——互感器额定电压； UN——系统的额定电压。 2）满足工作电流要求 应该一次、二次侧分别考虑 （1）一次侧额定电流Ir1： I r1 ? I cI r1 ? (1.25 ~ 1.5) I c（5-9） （5-10）式中 Ir1——互感器一次额定电流 Ic——互感器装设处的计算电流 I ? 5A （2）二次侧额定电流Ir2 ： r 2 3）准确度等级：已知电流互感器的准确度与一次侧电流大小和二次侧负荷大小 有关。通常测量仪表用的互感器（含电压互感器和电流互感器），应具有0.5 或1级的准确度；电费计量用的互感器应具有0.5级的准确度；监视用的互感 器应具有1级的准确度；继电保护用的互感器应具有B级或D级的准确度。准 确级反映了互感器转变一次侧电气量的准确程度。 4）由于短路时，短路电流会流过电流互感器的一次绕组，所以应该做动、热稳 定变化；而电压互感器是并联接入电路的，不会承受一次回路上通过的短路 电流，因此无须做短路动、热稳定校验。(3) （1）满足短路故障时的动稳定条件 ：只须满足 imax ? ish 即可14河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书2 2 （2）满足短路故障时的热稳定条件： 只须满足 It ? t ? I ? ? tm 即可。5.2.3 母线的选择与校验 5.2.3.1 母线选择条件 母线的选择应符合如下条件[13]： 1、满足正常负荷下的长期运行条件； 2、能承受故障时故障电流，尤其是短路电流的短时的作用； 3、 为保证电源质量， 必须限制线路上的压损， 以满足线路末端的电压偏差要求， 即应满足线路压损的要求； 4、应满足机械强度的要求； 5、应考虑线路的经济运行条件。 5.2.3.2 母线选型 母线选型标准[13]： 户内——硬母线优先采用铝、其次为铜，截面分为矩形、槽型、管型，布置方式 有水平垂直布置及平放、立放之分。 户外——软母线优先采用钢芯铝绞线。 电缆——包括线芯材料，电缆绝缘型式、密封层、保护层。 在本次设计10KV侧采用屋内配电装置，因此采用硬铝排母线。 5.2.3.3 母线选择条件分析及校验 1）中压线路 由于距离系统较近，短路电流大且故障切除时间较长，但其上负荷电流 较小，母线选择的主要矛盾是能否承受短时电流的作用，既热稳定问题。因 此，一般用热稳定条件确定母线截面，在以其他条件进行校验。 2）低压线路 由于低压线路负荷电流相对较大，短路电流较小且故障切除时间短，母 线选择的主要矛盾是能否承受工作电流，故一般以载流量条件选择母线截面， 用其他条件校验。15河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书第 6 章 变电站的防雷与接地设计6.1 变电站直击雷过电压保护 建筑物防雷设计，应认真调查地质、地貌、气象、环境等条件和雷电活动规律 以及被保护物的特点等，因地制宜地采用防雷措施，做到安全可靠、技术先进、经 济合理。 35KV及以下高压配电装置构架或房顶不宜装避雷针，因为其绝缘水平很低，雷 击时易引起反击，所以宜采用避雷带[14]。 采用避雷带保护的技术要求： 1）避雷带应具有足够的截面和机械强度； 2）避雷带的布置，应尽量避免万一断路时造成全厂停电或者大面积停电事故。 3）当避雷带附近有电气设备、导线或63KV及以下架构时应验算避雷带对上述设 施的间隙距离。 4）为降低雷击过电压，应尽量降低避雷带接地端的接地电阻，一般不超过10欧 5）应尽量缩短一端绝缘的避雷带的档距，以便减小雷击点到接地装置的距离，降 低雷击避雷带时的过电压。 6）对一端绝缘的避雷带，应通过计算选定适当数量的绝缘子个数。 7）当有两根及以上一端绝缘的避雷带并行敷设时，为降低雷击时的过电压，可考 虑将各条避雷带的绝缘末端用与避雷带相同的钢绞线连接起来， 构成雷电通路， 以减少阻抗，降低过电压。 由于本站为 10KV 变电站，占地面积较小，从经济性和可靠性两方面考虑， 防直击雷采用在女儿墙上装设避雷带，即利用建筑物混泥土的钢筋引地下的地 基作大地可靠接地，坚直连结良好后，沿房顶一圈再与混泥土内的钢筋连结牢 固，形成避雷带。 6.2 雷电侵入波过电压保护 配电装置对侵入雷电波的过电压保护是采用阀型避雷器及与阀型避雷器相配 合的进线保护段等保护措施。 220KV及以下的配电装置电气设备绝缘与阀型避雷器通过雷电流为5000A幅值 的残压进行配合；330KV、500KV配电装置电气设备绝缘与磁吹阀型避雷器通过雷 电流为10KA幅值的残压进行配合。 进线保护段的作用，要于利用其阻抗限制雷电流幅值和利用其电晕衰耗来降 低雷电波陡度，并通过进线段上管型避雷器的作用，使之不超过绝缘配合所要求 的数值。 防雷保护设备的接地对保护作用的发挥有着直接的影响，其接地电阻的大小16河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书对电力系统的安全运行有着密切的关系。 6.3 接地装置中的一般规定 接地装置的一般规定为[14]： 1）为保证人身和设备的安全，电气设备宜接地或接零。 2）为了将各种不同用途和各种不同电压的电气设备接地，应使用一个总的接地装 置。 3）如作接地装置有困难时，允许用绝缘台来维护和操作电气设备。 4）电压为1KV以下的交直流电气设备，中性点可直接接地或不接地。 5）在中性点直接接地的低压电力网中，电力设备的外壳宜采用低压接零保护，即 “接零”。 6）在中性点非直接接地的低压电力网中，应防止变压器高、低压绕组间绝缘击穿 引起的危险。 7） 电气设备的人工接地体应尽可能使在电气设备所在地点附近对地电压分布均匀。 8）设计接地装置时，应考虑到一年四季中，均能保证接地电阻的要求值。 9）在确定变电所接地装置的型式和布置时，应降低接触电势和跨步电势，使其不 超过规定值。17河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书第二部分计算书第 1 章 负荷计算1.1 1#、2#、3#教学楼，A、B、C 座实验楼负荷计算 负荷容量： Pe ? 113.7 ? 220.55 ? 140.9 ? 322.78 ? 797.93KW 需要系数： K d ? 0.70 ，同期系数： Ki ? 0.80 ，功率因数： cos ? ? 0.85 ， tg? ? 0.6 有功计算负荷： Pc ? Ki K d Pe ? 446.84 KW 无功计算负荷： Qc ? Pctg? ? 268.1K var 视在功率计算负荷： Sc ? Pc / cos ? ? 525.69KVA 根据 Sc ? Pc / cos ? ? 525.69KVA ，考虑到今后的发展，选择 SCB8-630/10 变压器 一台。 1.2 科技楼、图书馆、消防设施负荷计算 负荷容量： Pe ? 405.6 ? 1600 ? 80 ? 2085.6 KW 需要系数： K d ? 0.80 ，同期系数： Ki ? 0.80 ，功率因数： cos ? ? 0.85 ， tg? ? 0.6 有功计算负荷： Pc ? Ki K d Pe ? 1334.78KW 无功计算负荷： Qc ? Pctg ? ? 800.87 K var 视在功率计算负荷： Sc ? Pc / cos ? ? 1570.33KVA 根据 Sc ? Pc / cos ? ? 1570.33KVA ，因为这部分为二级负荷，并考虑到今后的发 展，为了增容一个等级，选择 SCB8-1600/10 变压器两台。 1.3 男生宿舍负荷计算 负荷容量： Pe ? 530.3KW 需要系数： K d ? 0.60 ，同期系数 Ki ? 0.80 ，功率因数 cos ? ? 0.85 ， tg? ? 0.6 有功计算负荷： Pc ? Ki K d Pe ? 254.54 KW 无功计算负荷： Qc ? Pctg ? ? 152.72 K var 视在功率计算负荷： Sc ? Pc / cos ? ? 299.46KVA 根据 Sc ? Pc / cos ? ? 299.46KVA ，考虑到今后的发展，选择 S9-400/10 变压器 一台。 1.4 女生宿舍负荷计算 负荷容量： Pe ? 535KW 需要系数： K d ? 0.70 ，同期系数： Ki ? 0.80 ，功率因数： cos ? ? 0.85 ， tg? ? 0.6 有功计算负荷： Pc ? Ki K d Pe ? 299.6KW 无功计算负荷： Qc ? Pctg ? ? 179.76 K var 视在功率计算负荷： Sc ? Pc / cos ? ? 325.47 KVA 根据 Sc ? Pc / cos ? ? 325.47 KVA ，考虑到今后的发展，选择 S9-400/10 变压器18河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书一台。 1.5 教职工公寓负荷计算 负荷容量： Pe ? 2062.9KW 需要系数： K d ? 0.60 ，同期系数： Ki ? 0.80 ，功率因数： cos ? ? 0.85 , tg? ? 0.6 有功计算负荷： Pc ? Ki K d Pe ? 990.19 KW 无功计算负荷： Qc ? Pctg ? ? 594.11K var 视在功率计算负荷： Sc ? Pc / cos ? ? 1164.93KVA 根据 Sc ? Pc / cos ? ? 1164.93KVA ，考虑今后的发展，选择 SCB8-1250/10 变压器 一台 1.6 研究生公寓楼、服务楼、食堂、等负荷计算 负荷容量： Pe ? 526 ? 100 ? 100 ? 50 ? 44.45 ? 4 ? 824.45KW 需要系数： K d ? 0.70 ，同期系数 Ki ? 0.80 ，功率因数： cos ? ? 0.85 ， tg? ? 0.6 有功计算负荷： Pc ? Ki K d Pe ? 461.69 KW 无功计算负荷： Qc ? Pctg ? ? 277.01K var 视在功率计算负荷： Sc ? Pc / cos ? ? 543.16KVA 根据 Sc ? Pc / cos ? ? 543.16KVA ，考虑今后的发展，选择 SCB8-630/10 变压器一 台。表 1-1 变压器选型、负载率以及负荷范围 主变序号 一号 二号 三号 四号 五号 六号 七号 容量及型号 SCB8-630/10 SCB8-1600/10 SCB8--400/10 S9-400/10 SCB8--630/10 实际容量（KVA） 525.69 0.33 299.46 325.47 .16 负载率 83.4% 98.1% 98.1% 74.9% 81.4% 93.2% 86.2% 负荷范围 教学楼、实验楼 科技楼、图书馆 二号备用 男生宿舍 女生宿舍 教职工公寓 其他注：SCB8 型变压器系广东顺德特种变压器厂产品 S9 型变压器系福州变压器厂产品19河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书第 2 章 短路电流计算本次设计一次侧采用标幺值法，二次侧采用有名值法进行短路电流的计算。假 设本系统为无限大容量电力系统。 2.1 T1 变压器短路电流计算 T1 变压器： U k % ? 4% 1）高压侧： （1） S B ? 100MVA , U B1 ? 10.5KV , l ? 5km , X 0 ? 0.08? / km 确定基准电流： I B1 ? S B / 3U B1 ? 5.5KA （2）电缆线路电抗: X *? ( K ?1) ? X L* ? 0.36其等值电路为图 2-2-1：X1 K-1（3）求 k-1 点的短路总阻抗及三相短路电流和短路容量： ① 总阻抗： X *? ( K ?1) ? X L* ? 0.36② 三相短路电流周期分量有效值：(3) IK ?1 ? I B1 / X *? ( K ?1)? 5.5 / 0.36 ? 15.28 KA③ 其他三相短路电流： 对 L 较大的中、高压系统，取 K sh ? 1.8 ，则:(3) ish ? 2 I p K sh ? 2.55I ((3) K ?1) ? 38.96 KA(3) I sh ? 1.51I ((3) K ?1) ? 23.07 KA (3) I &(3) ? I ? ? I ((3) K ?1) ? 15.28KA④ 三相短路容量：S((3) K ?1) ? S B / X * ? ( K ?1) ? 277.8MVA2）低压侧： （1）电力电缆线路的阻抗（折算到低压侧）：X 0 ? 0.08? / km ， r0 ? 0.09? / km ， l ? 0.5km20河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书' RL ? lr0 (U B1 / U B 2 )2 ? 6.53 ?10?5 ? ' XL ? lX 0 / (U B1 / U B 2 )2 ? 5.80 ?10?5 ?（2）电力变压器的阻抗：' RT ?? Pk (U C 2 / S NT ) 2 ? 2.38 ?10?3 ? ,其中 ? Pk ? 4200 KW ' 2 ?2 XT ? (U K /100)(U C 2 / S NT ) ? 1.02 ?10 ?（3）绘制的等值电路图如图 2-2-2：X1 R1 XT RT K-2得 k-2 点短路时电路的总阻抗：' ' R ( K ? 2) ? RL ? RT ? 2.45 ? 10 ?3 ? ?X? ( K ? 2)' ' ? XL ? XT ? 10.26 ? 10 ?3 ?（4）求三相短路电流周期分量有效值：(3) 2 2 IK ?2 ? U B 2 / ( 3 R ( K ? 2) ? X ( K ? 2) ) ? 21.9 KA ? ?（5）三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值： （注： X? ( K ? 2) / R ( K ? 2) ? 4.19 ，查表可知： K sh ? 1.45 ） ?(3) ish ? 2 K sh I ((3) K ? 2) ? 44.9 KA(3) (3) 2 I sh ? IK ? 2 1 ? 2( K sh ? 1) ? 26.0 KA(3) I &(3) ? I ? ? I ((3) K ? 2) ? 21.9 KA（6）三相短路容量：(3) S((3) 3U B 2 I K K ? 2) ? ? 2 ? 15.2 MVA2.2 T2、T3 变压器短路电流计算 T2、T3 变压器： U k % ? 6% 1）高压侧短路电流及短路容量与 T1 变压器相同，这里不再重复。 2）低压侧： （1） 电力电缆线路的阻抗（折算到低压侧）：X 0 ? 0.08? / km ， r0 ? 0.09? / km ， l ? 0.5km21河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书' RL ? lr0 (U B1 / U B 2 )2 ? 6.53 ?10?5 ? ' XL ? lX 0 / (U B1 / U B 2 )2 ? 5.80 ?10?5 ?（2） 电力变压器的阻抗：' RT ?? Pk (U B 2 / S NT )2 ? 0.81?10?3 ? ,其中 ? Pk ? 13000KW ' 2 ?3 XT ? (U K /100)(U B 2 / S NT ) ? 6 ? 10 ?（3） 绘制的等值电路图如图 2-2-3：X1 R1 XT RT K-2得 k-2 点的短路电路总阻抗为：' ' R ( K ? 2) ? RL ? RT ? 0.88 ? 10 ?3 ? ?X? ( K ? 2)' ' ? XL ? XT ? 6.06 ?10?3 ?（4）求三相短路电流周期分量有效值(3) 2 2 IK ? 2 ? U B 2 / ( 3 R ( K ?2) ? X ( K ?2) ) ? 37.70KA ? ?（5）三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值： （注： X? ( K ? 2) / R ( K ? 2) ? 6.89 ，查表可知： K sh ? 1.61 ） ?(3) ish ? 2 K sh I ((3) K ? 2) ? 85.83KA(3) (3) 2 I sh ? IK ? 2 1 ? 2( K sh ? 1) ? 49.79 KA(3) I &(3) ? I ? ? I ((3) K ? 2) ? 37.70 KA（6）三相短路电容：(3) S((3) 3U B 2 I K K ? 2) ? ? 2 ? 26.12 MVA2.3 T4、T5 变压器短路电流计算 T4、T5 变压器： U k % ? 4% 1） 高压侧短路电流及短路容量与 T1 变压器相同，这里不再重复。 2） 低压侧： （1）电力电缆线路的阻抗（折算到低压侧）：X 0 ? 0.08? / km ， r0 ? 0.09? / km ， l ? 0.5km22河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书' RL ? lr0 (U B1 / U B 2 )2 ? 6.53 ?10?5 ? ' XL ? lX 0 / (U B1 / U B 2 )2 ? 5.80 ?10?5 ?（2）电力变压器的阻抗：' RT ?? Pk (U B 2 / S NT )2 ? 4.3 ?10?3 ? ，其中 ? Pk ? 4300 KW ' 2 ?2 XT ? (U K /100)(U B 2 / S NT ) ? 1.6 ?10 ?（3）绘制的等值电路图如图 2-2-4：X1 R1 XT RT K-2得 k-2 点的短路电路总阻抗为：' ' R ( K ? 2) ? RL ? RT ? 4.37 ? 10 ?3 ? ?X? ( K ? 2)' ' ? XL ? XT ? 16.06 ? 10 ?3 ?（4）三相短路电流周期分量有效值为：(3) 2 2 IK ?2 ? U B 2 / ( 3 R ( K ?2) ? X ( K ?2) ) ? 18.26 KA ? ?（5）三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值为： （注： X? ( K ? 2) / R ( K ? 2) ? 3.68 ，查表可知： K sh ? 1.41 ） ?(3) ish ? 2 K sh I ((3) K ? 2) ? 36.41KA(3) (3) 2 I sh ? IK ? 2 1 ? 2( K sh ? 1) ? 21.11KA(3) I &(3) ? I ? ? I ((3) K ? 2) ? 18.26 KA（6）三相短路容量：(3) S((3) 3U B 2 I K K ? 2) ? ? 2 ? 12.65MVA2.4 T6 变压器短路电流计算 T6 变压器： U k % ? 6% 1）高压侧短路电流及短路容量与 T1 变压器相同，这里不再重复。 2）低压侧： （1）电力电缆线路的阻抗（折算到低压侧）：X 0 ? 0.08? / km ， r0 ? 0.09? / km ， l ? 0.5km23河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书' RL ? lr0 (U B1 / U B 2 )2 ? 6.53 ?10?5 ? ' XL ? lX 0 / (U B1 / U B 2 )2 ? 5.80 ?10?5 ?（2）电力变压器的阻抗：' RT ?? Pk (U B 2 / S NT )2 ? 1.1?10?3 ? ，其中 ? Pk ? 10750KW ' 2 ?3 XT ? (U K /100)(U B 2 / S NT ) ? 7.68 ?10 ?（3）绘制等值电路图为图:2-2-5：X1 R1 XT RT K-2得 k-2 点的短路电路总阻抗为：' ' R ( K ? 2) ? RL ? RT ? 1.17 ? 10 ?3 ? ?X? ( K ? 2)' ' ? XL ? XT ? 7.74 ?10?3 ?（4）三相短路电流周期分量有效值为：(3) 2 2 IK ? 2 ? U B 2 / ( 3 R ( K ?2) ? X ( K ?2) ) ? 29.5KA ? ?（5）三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值为： （注： X? ( K ? 2) / R ( K ? 2) ? 6.62 ，查表可知： K sh ? 1.59 ） ?(3) ish ? 2 K sh I ((3) K ? 2) ? 66.14 KA(3) (3) 2 I sh ? IK ? 2 1 ? 2( K sh ? 1) ? 38.42 KA(3) I &(3) ? I ? ? I ((3) K ? 2) ? 29.5 KA（6）三相短路容量为：(3) S((3) 3U B 2 I K K ? 2) ? ? 2 ? 20.44 MVA2.5 T7 变压器短路电流计算 T7 变压器： U k % ? 4.5% 1）高压侧短路电流及短路容量与 T1 变压器相同，这里不再重复。 2）低压侧： （1）电力电缆线路的阻抗（折算到低压侧）：X 0 ? 0.08? / km ， r0 ? 0.09? / km ， l ? 0.5km24河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书' RL ? lr0 (U B1 / U B 2 )2 ? 6.53 ?10?5 ? ' XL ? lX 0 / (U B1 / U B 2 )2 ? 5.80 ?10?5 ?（2）电力变压器的阻抗：' RT ?? Pk (U B 2 / S NT )2 ? 2.5 ?10?3 ? ，其中： ? Pk ? 6200 KW ' 2 ?2 XT ? (U K /100)(U B 2 / S NT ) ? 1.14 ?10 ?（3）绘制的等值电路图如图 2-2-6：X1 R1 XT RT K-2得 k-2 点的短路电路总阻抗为：' ' R ( K ? 2) ? RL ? RT ? 2.57 ? 10 ?3 ? ?X? ( K ? 2)' ' ? XL ? XT ? 11.46 ? 10 ?3 ?（4）三相短路电流周期分量的有效值为：(3) 2 2 IK ?2 ? U B 2 / ( 3 R ( K ?2) ? X ( K ?2) ) ? 19.66 KA ? ?（5）三相短路冲击电流及第一个短路全电流的有效值为： （注： X? ( K ? 2) / R ( K ? 2) ? 4.46 ，查表可知： K sh ? 1.45 ） ?(3) ish ? 2 K sh I ((3) K ? 2) ? 40.31KA(3) (3) 2 I sh ? IK ? 2 1 ? 2( K sh ? 1) ? 23.30 KA(3) I &(3) ? I ? ? I ((3) K ? 2) ? 19.66 KA（6）三相短路的容量为：(3) S((3) 3U B 2 I K K ? 2) ? ? 2 ? 13.62 MVA25河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书第 3 章 一次侧设备的选择与校验(3) (3) ? 38.96 KA ， I sh ? 23.07 KA ， I ((3) 已知数据： ish K ?1) ? 15.28 KAI c ? 28.9 A ， S((3) K ?1) ? 277.8MVA3.1 T1 变压器一次侧的设备的选择和校验 3.1.1 断路器的选择与校验 表 3-1：VD4 型真空断路器技术参数额定电压 Ur 额定电流 Ir 4s 额定热稳定电流 It（有效值） 额定动稳定电流 imax（峰值） 额定短路开断电流 Ibr注：厦门 ABB 开关有限公司产品10KV 630A 16KA 40KA 40KA校验： 1） 满足短路故障时的热稳定条件：2 ? tim 即可，其中 tim ? 0.15s 须满足 I t2 ? t ? I ?因 162 ? 4 ? 1024 ? 15.282 ? 0.15 ? 35.02 ，所以满足热稳定条件。 2） 满足短路故障时的动稳定条件：(3) 须满足 imax ? ish 即可。(3) ? 38.96KA ，所以满足动稳定性条件。 因 imax ? 40 KA ? ish3） 满足分断能力要求： 须满足 I br ? I ((3) K ?1) 即可。 因 I br ? 20 KA ? I ((3) K ?1) ? 15.28 KA ，所以满足分断能力条件。 综上：T1 变压器选择上述型号断路器能满足要求。 3.1.2 高压隔离开关的选择与校验 表 3-2：GN19-10 型户内高压隔离开关技术参数:额定电压 Ur 额定电流 Ir 4s 额定热稳定电流 It（有效值） 额定动稳定电流 imax（峰值）2610KV 630A 20KA 50KA河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书最高工作电压 Umax注：沈阳高压开关有限责任公司产品12KV校验: 1） 满足短路故障时的热稳定条件：2 ? tim 即可，其中 tim ? 0.15s 须满足 I t2 ? t ? I ?因 202 ? 4 ? 1600 ? 15.282 ? 0.15 ? 35.02 ，所以满足热稳定条件。 2）满足短路故障时的动稳定条件：(3) 须满足 imax ? ish 即可。(3) ? 38.96 KA ，所以满足动稳定性条件。 因 imax ? 50 KA ? ish综上：T1 变压器选择上述型号高压隔离开关能满足要求。 3.1.3 接地开关的选择与校验 表 3-3：JN1-10（C）I 型接地开关技术参数额定电压 Ur 额定动稳定电流 imax（峰值） 4s 额定热稳定电流 It（有效值）注:沈阳高压开关有限责任公司产品10KV 50KA 12.5KA校验： 1） 满足短路故障时的热稳定条件：2 ? tim 即可，其中 tim ? 0.15s 须满足 I t2 ? t ? I ?因 12.52 ? 4 ? 625 ? 15.282 ? 0.15 ? 35.02 ，所以满足热稳定条件。 2）满足短路故障时的动稳定条件：(3) 须满足 imax ? ish 即可。(3) ? 38.96 KA ，所以满足动稳定性条件。 因 imax ? 50 KA ? ish综上：T1 变压器选择上述型号接地开关能满足要求。 3.1.4 电流互感器的选择与校验 表 3-4：LZZJ9-10 型电流互感器技术参数额定电流变比 Ir1/Ir2 额定动稳定电流 imax（峰值） 2s 额定热稳定电流 It（有效值） 准确等级注：大连互感器厂产品 2750A/5A 40KA 7.5KA 0.5河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书校验：因线路短路时，短路电流会流过电流互感器的一次绕组，所以应做热、动 稳定校验。1） 满足短路故障时的热稳定条件：2 ? tim 即可，其中 tim ? 0.15s 须满足 I t2 ? t ? I ?因 7.52 ? 2 ? 112.5 ? 15.282 ? 0.15 ? 35.02 ，所以满足热稳定条件。 2）满足短路故障时的动稳定条件：(3) 须满足 imax ? ish 即可。(3) ? 38.96KA ，所以满足动稳定性条件。 因 imax ? 40 KA ? ish综上：T1 变压器选择上述型号电流互感器能满足要求。 3.1.5 电压互感器的选择与校验 表 3-5：JSW-10 型电压互感器技术参数:额定电压变比 额定输出 极限输出 准确等级注：大连互感器厂产品10KV/0.1KV 0.1KV/3KV 120VA 500VA 0.53.1.6 熔断器的选择与校验 表 3-6：RN2-10/0.5 型熔断器作为电压互感器保护用熔断器技术参数:额定电压 Ur 最高工作电压 Umax 额定电流 Ir 额定断流容量 Sbr注：上海电磁厂产品10KV 11.5KV 0.5A 1000MVA校验：满足额定电压和额定断流容量即可。 因系统短路容量为 277.8MVA， 小于熔断器的额定断流容量， 所以满足条件。 3.1.7 操动机构的选择 选择 CT8 型弹簧储能操动机构作为高压开关的操动机构。储能电动机需要 的电源选直流，有 BAGN-1A 型镉镍电池直流操作成套柜作为直流操作屏，由蓄 电池屏、控制屏组成。 表 3-7：CT8 型弹簧储能操动机构主要技术参数:CT8-Ⅰ 额定电压 额定电流 110 63028CT8-Ⅱ 110 1000CT8-Ⅲ 110 3000河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书3.1.8 操作电源的选择 选择 BZGN-70-400/110 型镉镍电池直流电源成套装置。其特点：体积小， 重量轻，结构紧凑，放电性能好，使用寿命长。消除了储能电容和酸性蓄电池 组带来的不便。 表 3-8：BZGN-70-400/110 型镉镍电池直流电源成套装置主要技术参数:输入电压（V~） 经常负荷 直流输出电压 直流输出电流 容量 合闸电流 12 控制回数 2360mm×800mm×550mm 380 110V 160A 400Ah 2800A 16事故负荷 合闸回数 外形尺寸注：鞍山整流器厂产品其他变压器电气设备的选择与 T1 相同，不再重复叙述。 3.2 母线的选择与校验 3.2.1 高压侧母线的选择与校验 高压侧母线的选择：根据热稳定条件选择母线截面 满足热稳定要求的导线或电缆的最小截面 Amin 应为：Amin ? I ? / C tim式中，C—热稳定校验系数tim—假想时间（由《工厂供电》表 5-4 计算可得：tim ? 0.15s ）由 Amin ? I ? / C tim ? 15.28 / 87 ? 0.15 ? 68.02mm 2 则选 LMY-25×3 型铝排母线， 每相铝线竖放， 条数均为一， 其载流量 Ial 为 340A。 校验： 载流量 I a1 ? 340 A 表 3-9：负荷计算所得一次侧计算电流表T1 Ic1(A) 28.8 T2 84.9 T3 84.9 T4 16.0 T5 19.4 T6 63.5 T7 30.7其中视在功率： Sc ? Pc 2 ? Qc 2计算电流： I c ?Sc 3U r由上表知，Ic 全小于 Ial，则满足要求。29河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书3.2.2 低压侧母线选择与校验 低压侧母线选择：以载流量为条件选择母线 表 3-10：负荷计算所得一次侧计算电流表T1 Ic2(A) I∞(KA) 760.2 21.9 T2 478.2 37.70 T3
T4 420.4 18.26 T5 508.8 18.26 T6 .5 T7 807.5 19.66各个变压器低压侧母线选择： T1变压器：LMY-2（80×10）型铝母排 T2变压器：LMY-2（120×10）型铝母排 T3变压器：LMY-2（120×10）型铝母排 T4变压器：LMY-2（80×10）型铝母排 T5变压器：LMY-2（80×10）型铝母排 T6 变压器：LMY-2（100×10）型铝母排 T7 变压器：LMY-2（80×10）型铝母排 校验：以热稳定性进行校验 1）T1 变压器：LMY-2（80×10）型铝母排，Amin ? 800mm2I ? / C tim ? 21.9 / 87 ? 0.15 ? 97.5mm2则 Amin ? I ? / C tim ，满足要求。 2）T2、T3变压器：LMY-2（120×10）型铝母排Amin ? 1200mm2I ? / C tim ? 37.7 / 87 ? 0.15 ? 167.8mm 2则 Amin ? I ? / C tim ，满足要求。 3）T4、T5 变压器： LMY-2（80×10）型铝母排Amin ? 800mm2I ? / C tim ? 18.26 / 87 ? 0.15 ? 81.3mm 2则 Amin ? I ? / C tim ，满足要求。 4）T6 变压器：LMY-2（100×10）型铝母排Amin ? 1000mm2I ? / C tim ? 29.5 / 87 ? 0.15 ? 131.3mm 2则 Amin ? I ? / C tim ，满足要求。 5）T7 变压器：LMY-2（80×10）型铝母排Amin ? 800mm2I ? / C tim ? 19.66 / 87 ? 0.15 ? 87.5mm 2则 Amin ? I ? / C tim ，满足要求。 注：因电缆的选择方法与选择母线时相同，不再重复叙述。30河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书10KV 侧：YJV-3×180/10 型交联聚乙烯绝缘电力电缆； 0.4KV 侧：YJV-4×240/0.6 型交联聚乙烯绝缘电力电缆。31河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书第 4 章 防雷与接地接地设计4.1 变电站直击雷过电压保护 4.1.1 防雷等级 （1）一号独立变电站长：17.5m 建筑物年预计雷击次数： 宽：13.9m 高：6m 面积：243.25mm2N ? kN g Ae其中：N—建筑物预计雷击次数（次/a） K—校正系数，一般情况下取 1 2 Ng—建筑物所处地区雷击的年平均密度（次/（km .a）a） Ae—与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2） 雷击大地的年平均密度的确定：N g ? 0.024Td1.3其中：Td—年平均雷暴日（d/a） 建筑物等效面积 Ae：D ? H (200 ? H )Ae ? [ LW ? 2( L ? W ) ? D ? ? D 2 ] ?10?6其中：D—建筑每边的扩大宽度（m） L、W、H—分别为建筑物的长、宽、高（m） 计算： N g ? 0.024Td1.3 ? 0.024 ? 29.51.3 ? 1.95D ? H (200 ? H ) ? 6 ? (200 ? 6) ? 34.1Ae ? [17.5 ?13.9 ? 2 ? (17.5 ? 13.9) ? 34.1 ? 3.14 ? 34.12 ] ?10 ?6 ? 0.06 N ? kN g Ae ? 1?1.95 ? 0.06 ? 0.12 （次/a）因建筑物年预计雷击次数 0.3 次/a 以下为三类防雷建筑，故一号独 立变电站为三类防雷建筑。 2 （2）二号独立变电站长：22m 宽：3.5m 高：6m 面积：77m 计算： N g ? 0.024Td1.3 ? 0.024 ? 29.51.3 ? 1.95D ? H (200 ? H ) ? 6 ? (200 ? 6) ? 34.1Ae ? [22 ? 3.5 ? 2 ? (22 ? 3.5) ? 34.1 ? 3.14 ? 34.12 ] ?10?6 ? 0.05 N ? kN g Ae ? 1?1.95 ? 0.05 ? 0.098 （次/a）因建筑物年预计雷击次数 0.3 次/a 以下为三类防雷建筑， 故二号独立32河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书变电站也为三类防雷建筑。 4.1.2 保护措施 本设计的建筑为三类防雷建筑，根据《建筑物防雷设计规范》三类防雷建 筑保护措施：防直击雷采用装设在女儿墙、屋角或屋檐上的避雷带，并在屋面 上装设不大于 20×20 米或 24×16 米的网格，突出屋面的物体、沿其顶部四周 装设避雷带。建筑物宜利用钢筋混凝土屋面板，梁，柱，和基础的钢筋作为接 闪器，引下线和接地装置。引下线不应少于两根，但周长不超过 25 米且高度不 超过 30 米的建筑物可只设一根引下线， 引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置。 其间距不应大于 25 米。但仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时， 可按跨度设引下线，但引下线的平均间距不应大于 25 米。 4.2 变电站雷电侵入波过电压保护 变电所的35KV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设阀型避 雷器，其接地端应与电缆的金属外皮连接。对于三芯电缆，末端的金属外皮应 直接接地。对单芯电缆，为防止在电缆外皮中产生环流，只允许将电缆一端的 外皮直接接地，而另一端应经接地器或者保护间隙接地，也可用氧化锌避雷器 进行保护。 因本站全部进出线均为地下电缆，则变电站可以不安装防雷电过电压的 避雷器。 4.2.2 所内过电压保护 因本站均采用真空断路器，而 10KV 真空断路器的间隙较小，若遇操作过 电压，可能会引起真空断路器爆炸，所以我们在 10KV 真空断路器附近加装了 一组过电压保护器，它既对真空断路器起操作过电压保护的作用，也可以作避 雷器用。本站设计采用型号为 DGB—10 的三叉式轻式过电压保护器。 该学校所在地的气象状况为：海拔：84.7m；年平均温度：27.9℃；年最 高温度：33.4℃ ；年雷暴日数：29.5 天/年。变电站接地可利用建筑物基础 内的钢筋再加上用直径 50MM， 长 2500MM 钢管作接地体， 打成方格型， 埋深 1M， 用扁钢连接，保证接地电阻小于 10Ω 。 有设备外壳、构支架、预埋件均按要求接地，应有两点以上与主接地网 连接。接地电阻应小于 4 欧姆，并要求刷两层防锈漆和一层黑漆。 4.2.1 电缆进线保护33河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书结束语本设计题目是10kv变电站的设计。在 老师的指导下，依照国家相关规范及毕业 设计任务书要求，根据自己所学的电力系统分析和供配电技术相关的理论知识，经过一 个多月的努力，终于完成了毕业设计，限于毕业设计的时间要求，本设计侧重于10kv变 电站一次系统的设计。 本设计主要完成了以下任务：主接线方案的设计与论证；负荷计算；短路电流计算；高 压侧配电系统设计；电气设备的选择与校验；变电所形式的确定；防雷和接地保护；并 绘制10kv变电站一次部分主接线图。已基本完成毕业设计任务书的要求。 在做设计的开始， 老师就教导我们要严格要求自己，要勤于思考，勤于动手，勤 于询问。做毕业设计的过程中，做到具体问题具体分析，广泛查阅相关资料，了解相关 的设计规程，严格按照相关要求进行设计。经过这三个月的毕业设计生活，我学到了许 多东西，提高了自己独立思考的能力，提高了自己发现问题、解决问题的能力，锻炼了 自己吃苦耐劳的品质， 培养了自己严格依照国家相关规范、 规定做工程设计的良好习惯。 尽管自己还存在缺点和不足，在今后的学习和工作中，我会努力改进和提高。 在此向 老师和在设计过程中所有提供帮助的老师和同学致谢！因时间仓促，设 计者能力有限，难免会存在问题，恳请老师和专家批评指正！34河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书参考文献：第 28 卷 [1]朱恋.《浅谈 10kv 变电站的设计》.湖州师范学院学报，2006（05） [2]王明俊等.《配电系统自动化及其发展》.北京.中国电力出版社，1999 年 [3]谭金超等.《10KV 配电工程设计手册》.中国电力出版社.北京.2004（11） [4]中中华人民共和国水利水电部.《变电所设计的技术规程》.1979 年 [5]西北电力设计院.《电力工程电气一次设计手册》.北京：水利水电出版社，1989 年 [6]西北电力设计院、东北电力设计院《电力工程设计手册》.上海人民出版社，1976 年 [7]孟祥忠.《现代供电技术》.清华大学出版社，2006 年 [8]钮英建.《电气安全工程》.中国劳动社会保障出版社，2009（06） [9]李光琦.《电力系统暂态分析》.中国电力出版社，2007 年 [10] 中华人民共和国机械工业部.《10kv 及以下变电所设计规范》GB54 》.中国电力出版社，2002 年 [11]朱军.《 国家电力公司农村电网工程典型设计（第一分册） [12]焦留成.《供配电设计手册》. 北京：中国计划出版社，1999 [13]陈跃.《电气工程专业毕业设计指南—电力系统分册》.北京：中国水利水电出版社，2002 年 [14]中华人民共和国建设部《建筑物防雷接地设计》GB.中国建设工业出版社 [15]刘瑞新.《AutoCAD 2002 中文版应用教程》. 北京：机械工业出版社，2004 年 [16] 陈冠玲、曹菁.《电气 CAD》.高等教育出版社，2005 年35河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书附录 2：负荷分布情况详表表 3-1： 一号教学楼负荷分布建筑物类别 小教室 大教室 办公室 小机房 阶梯教室 阶梯教室办公室 总计 单位负荷 1.01 1.5 2 14.65 3.5 2 数量（个） 5 34 8 1 6 3 总计（KW） 5.05 51 16 14.65 21 6 113.7表 3-2 ：二号教学楼负荷分布建筑物类别 小教室 大教室 办公室 小机房 大机房 语音室 多媒体教室 总计 单位负荷 1.01 1.5 2 14.65 30 9.31 3 数量（个） 5 34 8 1 2 6 6 总计（KW） 5.05 51 16 14.65 60 55.85 18 220.55表 3-3： 三号教学楼负荷分布建筑物类别 大教室 小办公室 大办公室 小机房 多媒体教室 总计 单位负荷 1.5 1.5 3.04 14.65 3 23.69 数量（个） 50 10 6 1 6 73 总计（KW） 75 15 18.25 14.65 18 140.936河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书表 3-4： 实验楼负荷分布建筑物类别 小教室 大教室 办公室 小机房 大机房 阶梯教室 实验室 实验室 多媒体教室 总计 单位负荷 1.01 1.5 2 14.65 18 3 6 8.905 3 数量（个） 20 35 22 1 1 6 15 6 4 总计（KW） 20.2 52.5 44 14.65 18 18 90 53.43 12 322.78表 3-5： 科技楼负荷分布建筑物类别 研发室 办公室 办公室 主机房 网络运行部 网络管理部 实验室 主机房 网络信息中心 教务数据中心 电源室 地下室 总计 单位负荷 2 2.5 4 6 3 3 4 4 4 4 15 145.6 数量（个） 15 38 8 1 1 1 15 1 1 1 1 1 总计（KW） 30 95 32 6 3 3 60 4 4 4 15 145.6 405.6表 3-6： 图书馆负荷分布负荷等级 二级 安装负荷 1600KVA37计算负荷 1130KVA消防负荷 230KVA河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书表 3-7： 教职工公寓楼负荷分布房间面积(m ) 145 230 300 总计2单位负荷 KW 3.5 4.5 5.76数量（个） 190 294 13总计（KW） 665
2062.9表 3-8： 研究生宿舍楼负荷分布建筑物类别 A座 B座 C座 总计 单位负荷 KW 4.38 4.38 4.38 数量（个） 40 40 40 总计（KW） 175.3 175.3 175.3 526表 3-9： 学生宿舍楼负荷分布楼型 一区点式楼 一区条式楼 二区点式楼 二区点式楼 二区点式楼 总计 房间数 65 145 65 240 180 数量（座） 3 2 6 1 5 总房间数 195 130 870 240 900 2335表 3-10： 其他负荷分布建筑物类别 服务楼 活动中心 食堂 锅炉房 医务室 消防水泵机组 路灯38单位负荷 KW 100. 50 50 50 4 80 44.45河南理工大学成人教育学院毕业设计说明书总计378.45表 3-11： 负荷总表建筑类别 一号教学楼 二号教学楼 三号教学楼 实验楼 科技楼 图书馆 男生宿舍 女生宿舍 教职工公寓楼 研究生宿舍楼 服务楼 活动中心 食堂 医务室 路灯 锅炉房 消防室 总计 用电负荷 113.7 220.55 140.9 322.78 405.6
100 50 50 4 44.45 50 80 需要系数 0.70 0.70 0.70 0.70 0.8 0.8 0.6 0.7 0.6 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.8 计算负荷 79.59 154.385 98.63 225.946 324.48
374.5 .2 70 35 35 2.8 31.115 35 64 39
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