10kv变电所及低压配电系统的设计

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)

631 高压断路器的选择 (14)

6.3.2高压隔离开关的选择 (15)

633 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)

谢辞 (27)

参考文献 (28)

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T max 5000h，除1#、2#、3#车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，cos 0.9。

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。

表1-1车间负荷情况

2.2变电站的负荷计算

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 艺pei (2.1 )

无功功率 Q=P tan (2.2) 视在功率

S=

. P ~Q 2'

(2.3)

上述三个公式中：工Pei :每组设备容量之和，单位为kW K d ：需要用系数;

c

=Kz p 艺 P c.i (2.4 ) c

= K E q 艺 Q .i (2.5 ) c

=JP C Q C

(2.6 )

K E 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 心P =0.8-0.9 ,恋q =0.85-0.95。 由干线负荷直接相加来计算时，可取 忌P =0.9-0.95 , K E =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 CN- c 应为：

C N-C =Q C Q C =P c ( tan - tan ')

(2.7)

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

COS :功率因数。

总负荷的计算： 1. 有功功率 2. 无功功率 3. 视在功率

式中：对于干线, 可取