某大学供电系统设计
学号
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1620812008
毕业设计说明书
某大学供电系统设计
学生姓名
专业名称电气工程及其自动化
指导教师
电子与信息工程系
年月日
天津城市建设学院
毕业设计任务书
电子与信息工程系电气工程及其自动化专业班姓名学号设计题目：某大学供电系统设计
完成期限：自年月日至年月日止
指导教师：
教研室主任：
系主任：学生签字：
批准日期：接受任务日期：年月日
一、设计原始依据（资料）
本设计针对某大学校区供电系统设计。
1. 负荷的水平与类型
（1）负荷水平：（见附表）
（2）负荷类型：本供电区域负荷属于二级负荷，要求不间断供电。
（3）该校最大负荷利用小时数为5600小时。
（4）0.4kV负荷的同时系数为0.85，10kV负荷的同时系数为0.9，其中有功同时系数为0.75，无功同时系数为0.8。
2. 电源情况
（1）由该厂东北方向8KM处一个35KV电压等级线路提供一个电源A，其出口短路容量Sd=150MVA。
（2）由该厂西北方向5KM处一个35KV电压等级线路提供一个电源B，其出口短路容量Sd=75MVA。
（3）功率因数：电源A与电源B均要求功率因数大于0.95。
（4）供电电价
基本电价：按变压器容量计算每月基本电价，15元/ KVA。
电度电价：35KV供电电压时0.80元/kwh。
3. 环境情况
（1）环境年平均气温15℃。
（2）35kV变电站为独立建筑物，10kV变电站布置在相关建筑物的地下室或底层。
（3）各级变压器均为室内布置。
附表
二、设计内容和要求：（说明书、专题、绘图、试验结果等）
◆设计内容：
1．供电系统主接线设计
包括35kV变电所主接线结构和10kV变电所主接线结构。
2．系统的负荷分析
设计包括以下内容：供电用变压器的选择、无功功率补偿电容器选择、线缆选择、全校负荷计算。
3．系统的短路分析
计算各短路点的短路电流。
4．变电站一次设备的选择
设计包括以下内容：开关设备的选择、互感器的选择。
5．变电站结构与布置
设计包括以下内容：变电站的照明、防雷和接地设计。
6．变电站二次回路设计
◆设计要求：
1．设计文件一份，包括：可行性论证、方案论证与选择、扩初设计文字部分、计算书，包括负荷计算、变压器选择、线缆选择、断路器选择、隔离开关选择、互感器选择；变电站照明计算和防雷级别计算。
2．施工图纸包括：供电系统结构图；配电柜接线图；变电站平、剖面图；照明平面图；防雷平面图；接地平面图；保护、计量原理接线图。
要求手绘供电系统结构图，其它图纸为计算机绘图。包括系统图、接线图、平面图、原理图等各种详图，答辩时图纸为八张（折合成1号图纸幅面）。
要求答辩时图纸及设计文件齐全，包括英文翻译（原文及译文）、毕业实习报告、设计图纸、说明书等全部内容以光盘形式上交。
◆进度安排
具体时间安排详见毕业设计进度计划表。
某大学供电系统设计
The Power System Designing for XX
University
摘要
通过对设计任务工程背景的分析，确定了各变电所高低压主接线结构，并根据电源情况、负荷水平与功率因数要求等条件对全系统进行了详细设计。首先，计算实际负荷，选择10kV供电用变压器。届时已考虑到无功功率补偿因素，由此可以免去部分迭代过程，计算较为简便。在进行上述设计过程中，确定了无功功率补偿容量，得出计算负荷，由此选择线缆。根据总计算负荷选择35kV供电用变压器并进行无功功率补偿。其次，通过对系统的短路计算分析，选择高低压断路器、高压隔离开关、开关柜和互感器。再次，对35kV和10kV变电所的平面布置、照明、接地和防雷进行设计。最后，根据系统需求进行了计量、测量、保护与控制等二次回路设计。
关键词：供电系统；负荷计算；短路计算；继电保护
ABSTRACT
This design determined the high and low voltage main structure for each substation by the actual situation of the project, and finished detail for the entire system according to the power situation, the load level, the power factor and other conditions. Firstly, the 10kV power transformers were selected by the actual load calculated. The reactive power compensation was considered when selected the 10kV power transformers. A part of iterative process was removed, so calculation is relatively simple. In the course of that, calculation of the compensation capacity, power load, cable standard were selected. 35kV power transformers was selected base on the total power load , the reactive power compensation was proceed. Secondly, high and low voltage circuit breakers, high voltage isolation switch, switch cabinets and transformers were choosed through analyzes for system short-circuit calculation. Thirdly, layout, lighting, grounding and lightning protection for 35kV and 10kV substation were devised. Finally, the secondary circuit with estimate, measurement, protection and control were devised according to the system requirements.
Key words: Power system; Load calculation; Short-circuit calculation; Relay protection
目录
第 1 章设计内容概况 (1)
1.1设计原始依据 (1)
1.1.1全部用电设备负荷情况 (1)
1.1.2电源情况 (1)
1.1.3气象及其它资料 (1)
1.2设计内容和要求 (1)
1.3设计方法和步骤 (3)
1.3.1设计原则和方法 (3)
1.3.2设计步骤 (3)
第 2 章供电系统结构及变电所主接线结构设计 (4)
2.1供电系统结构设计 (4)
2.1.1 35kV变电所主接线结构方案选择 (4)
2.1.2 10kV变电所主接线结构方案选择 (7)
2.2 变配电站的站用电源 (7)
第 3 章系统的负荷分析及主设备选择 (8)
3.1 系统负荷分析概述 (8)
3.1.1系统的计算负荷 (8)
3.1.2无功功率补偿 (8)
3.1.3供电用变压器 (9)
3.2 10kV等级负荷计算及电容补偿计算 (9)
3.2.1 10kV变电所负荷计算 (10)
3.2.2 10kV等级线缆选择 (12)
3.3 35kV等级负荷计算及电容补偿计算 (15)
3.3.1 35kV变电所负荷计算 (15)
3.3.2 35kV等级线缆选择 (15)
第 4 章系统的短路分析 (17)
4.1短路及短路电流 (17)
4.1.1 短路电流计算的目的 (17)
4.1.2 短路电流计算的规定 (17)
4.1.3短路计算基本假设 (18)
4.2短路电流计算 (18)
4.2.1 系统参数 (18)
4.2.2 35kV进线断路器出口处短路电流 (19)
4.2.3 35/10.5kV变压器二次侧出口处短路电流 (19)
4.2.4 10kV进线断路器出口处短路电流 (19)
4.2.5 0.4kV断路器出口处短路电流 (20)
第 5 章开关设备及互感器选择 (22)
5.1设备选择依据 (22)
5.2高压开关设备的选择 (22)
5.2.1 35kV进线断路器与隔离开关选择 (22)
5.2.2 35/10.5kV变压器二次侧出口处断路器选择 (24)
5.2.3 10kV进线断路器与隔离开关选择 (25)
5.3低压开关设备的选择 (27)
5.3.1低压路器选择依据 (27)
5.3.2 0.4kV断路器选择 (27)
5.4互感器的选择 (28)
5.4.1电流互感器的选择 (28)
5.4.2电压互感器的选择 (31)
第 6 章变电站结构设计及平面布置 (33)
6.1变电站布置特征 (33)
6.2变电站的照明设计 (33)
6.3变电站的防雷设计 (33)
6.4变电站的接地设计 (34)
第 7 章变电站二次回路设计 (36)
7.1二次回路的概念 (36)
7.2二次回路的电源 (36)
7.3断路器控制回路 (36)
7.3.1断路器控制回路的要求 (36)
7.3.2电磁操动机构的断路器控制回路 (37)
7.4 备用电源自动投切 (38)
7.4.1备用电源自动投切的要求 (38)
7.4.2备用电源自动投切的装置回路 (38)
7.5测量与计量回路 (39)
7.6中央信号及其回路 (39)
7.7 10KV系统中配置的继电保护 (40)
致谢 (41)
参考文献................................................. 错误！未定义书签。附录
第 1 章设计内容概况
1.1设计原始依据
1.1.1全部用电设备负荷情况
1.负荷水平：（见表1-1）
2.负荷类型：本供电区域负荷属于二级负荷，要求不间断供电。
3.该校最大负荷利用小时数为5600小时。
4.0.4kV负荷的同时系数为0.85，10kV负荷的同时系数为0.9，其中有功同时系数为0.75，无功同时系数为0.8。
1.1.2电源情况
1.由该厂东北方向8kM处一个35kV电压等级线路提供一个电源A，其出口短路容量=150MVA。
S
d
2.由该厂西北方向5kM处一个35kV电压等级线路提供一个电源B，其出口短路容量S
=75MVA。
d
3.功率因数：电源A与电源B均要求功率因数大于0.95。
4.供电电价为两部电价
基本电价：按变压器容量计算每月基本电价，15元/ kVA。
电度电价：35kV供电电压时0.80元/kwh。
1.1.3气象及其它资料
1.环境年平均气温15℃。
2.35kV变电站为独立建筑物，10kV变电站布置在相关建筑物的地下室或底层内。
3.各级变压器均为室内布置。
1.2设计内容和要求
1.确定全校计算负荷。
2.确定全校的供电系统结构形式。
3.确定35kV变电站、10kV变电站的主接线形式、变压器台数及容量。
4.计算35kV及10kV断路器出口处短路电流。
5.确定35kv断路器及隔离开关，确定35kv电缆及10kv电缆型号。
6.确定无功功率补偿装置。
7.确定各变电所的平、剖面图。
表1-1 负荷水平
1.3设计方法和步骤
1.3.1设计原则和方法
该校区由35kV电压等级线路提供两个电源。由于输电距离较远，负荷较分散，且供电区域负荷属于二级负荷，要求不间断供电，故全校区建设一个总降压变电所和四个分变电所。于35kV变电所内设两台35/10.5kV变压器，10kV变电所内设两台10/0.4kV 变压器，保证供电的可靠性：当系统处于正常运行方式时两台变压器同时投入使用，当其中一台变压器故障或检修时只投入一台变压器也可满足供电要求。分变电所位置靠近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量，总降压变电所偏向电源进线方向。
1.3.2设计步骤
1.方案论证。
根据给出的供电电源及其经济技术指标，提出可能的供电方案，加以比较与选择，技术指标评价以可靠性、灵活性、安全性为主要内容。
2.负荷计算。
根据给出的负荷明细表，确定全校计算负荷，做为变压器和其他设备的选择依据。
3.无功补偿。
根据补偿位置确定无功补偿方式，根据功率因数要求确定补偿容量，选择无功补偿电容器。
4.设备选择。
根据初步设计方案和计算负荷，选择断路器、隔离开关与互感器等电气设备和线缆，并按照设备的相应要求进行校验。
5.短路计算。
根据初步设计的主接线图，确定短路点，计算各短路点三相短路电流。
6.照明、接地及防雷。
根据照度要求布置照明设备；布置接地极；根据防雷等级确定防雷装置。
第 2 章供电系统结构及变电所主接线结构设计
2.1供电系统结构设计
电气主接线的设计是供电系统设计的主题之一。无论是35kV变电所或是10kV变电所，高压侧主接线的设计方案与电源数量、电压等级、负荷规模、负荷等级以及运行可靠性、经济性等密切相关，对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须全面分析所有因素，正确处理其间关系，合理选择主接线方案，要求做到安全、可靠、灵活、经济。在变电所的主接线图中将电线或电缆、电力变压器、母线、各种开关避雷器电容器等电气设备有序的连接起来，只表示相对电气连接关系而不表示实际位置。
供配电系统变电所主接线具有以下多种接线结构：线路变压器组、并行线路变压器组、单母线不分段结构、单母线分段式结构、桥式主接线结构和双母线结构。
1.线路变压器组
当只有一路电源供电和一台变压器的时可采用，有接线简单，所用电气设备少，配电装置简单，节约投资等优点，但当该单元中任一设备发生故障或检修时，变电所全部停电，可靠性不高，所以线路变压器组接线方式只适用于小容量三级负荷、小型企业和非生产性用户。
2.单母线不分段结构
当只有一路电源进线时，常用这种接线，每路进线和出线装设一只隔离开关和断路器。当电源线路、母线或母线隔离开关发生故障或检修时，全部用户供电中断。所以这种接线方式适用于对供电连续性要求不高的三级负荷用户，或者有备用电源的二级负荷用户。
3.单母线分段结构
当有双电源供电时，常采用单母线分段接线。可采用隔离开关或断路器分段，隔离开关因操作不便，目前以已经不采用。单母线分段接线可以单独运行，也可以并列同时运行。
4.桥式主接线结构
桥式主接线结构是指在两路电源进线之间跨接一个断路器。断路器跨接在进线断路器的内侧，靠近变压器，称为内桥式结构。若断路器跨接在进线断路器的外侧，靠近电源侧，称为外桥式结构。其适用范围为有两路电源供电及两台变压器的情况。
2.1.1 35kV变电所主接线结构方案选择
1.35kV侧主接线结构方案
35kV变电所有两路35kV电源进线，同时供电，互为备用。下面逐一列出适用于双电源供电的方案，并根据实际情况与技术、经济要求加以选择。
1）并行线路变压器组
并行线路变压器组虽可满足二级负荷的供电要求，但任何一侧的线路故障，必然导致故障侧变压器被切除，即变压器的利用率降低，难以满足全站总负荷。
2）单母线分段式结构
单母线分段式结构适用于变电所需要设置多台变压器或需要设置其他高压出线的情况，本工程中35kV变电所内仅设两台变压器且并无其他高压出线，故此结构不适用。
3）双母线结构
双母线结构适用于35～60KV出线数超过8路或连接电源较大、负荷较大的情况，与本工程情况不符，故不适用。
4）全桥式主接线结构
在全桥式结构中，任何电气元件故障条件下，通过简单的倒闸操作，总可以保证全站总负荷，但因断路器与隔离开关等设备用量较大，设备投资较高，故经济性不足。
5）外桥式主接线结构
外桥式主结构适用于供电线路短，线路故障少；负荷变化大，变压器需频繁切除与投入操作的总降压变电所。
6）内桥式主接线结构
内桥式结构适用于电源线路长，线路故障多；负荷较为平稳，变压器无需频繁切除与投入操作的总降压变电所。
本供电区域的教学区、宿舍区和生活区的负荷由两电源均分，故负荷较为平稳，不必频繁投切变压器；由于该校区处于建设阶段，且未来将长期持续增扩建，容易因挖掘施工与大型设备的投入而发生线路故障，经综合考虑，本工程35kV侧主接线更适宜采用内桥式主接线结构。
2.10kV侧主接线结构方案
低压侧主接线有单母线不分段结构、单母线两分段结构和单母线四分段结构。
1）单母线不分段结构
单母线不分段结构在母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，会造成全站长期停电，且电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。
2）单母线分段结构
单母线分段结构用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性。对重要负荷可以从不同段引出两路馈电线路，由双电源供电；当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障线路停电。两段母线同时发生故障的几率甚小，可以不予考虑。
3）单母线四分段结构
单母线四分段结构的主要特征有：高压双电源供电，电源线路较短，高压为两条独立母线，四台配电变压器，低压为单母线四分段交叉联络。
由于高压侧采用内桥式结构，且设四个10kV变电所，每个10kV变电所中设两台变