毕业设计（论文）10千伏变电所设计

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1、石家庄铁道学院毕业论文目 录第1章 绪论31.1 选题的背景和意义31.2 国内外研究现状31.3 变电所设计的任务31.3.1 研究的主要内容31.3.2变电所设计的主要内容4第2章 小区负荷计算52.1负荷计算方法的选择52.2 小区负荷计算结果7第3章 主变压器的选择和电气主接线的选择93.1变压器的选择93.1.1变压器台数的确定93.1.2变压器联结绕组的确定93.1.3变压器容量的选择93.2电气主接线设计10第四章 短路电流计算124.1 短路电流计算目的及相关公式124.2 计算书134.2.1 最大运行方式下短路电流的计算134.2.1.1 最大运行方式下电业站短路电流的计算

2、134.2.1.2 最大运行方式下物业站短路电流的计算154.2.2 最小运行方式下短路电流的计算164.2.2.1 最小运行方式下电业站短路电流的计算164.2.2.2 最小运行方式下物业站短路电流的计算184.2.3 最小运行方式下两相短路电流的计算19第5章 电气设备选择215.1变电所导线的选择215.1.1母线的选择225.1.2其他导线的选择：235.2断路器与隔离开关的选择：235.2.1断路器的选择235.2.2隔离开关的选择：245.3熔断器的选择255.4 电流互感器的选择255.5 电压互感器的选择26第6章 无功功率补偿276.1补偿电容器的容量计算及应考虑的相关因素2

3、76.1.1 应考虑的相关因素276.1.2 补偿容量的计算286.2 无功补偿控制器的选择306.3电容投切装置的选择31第7章 继电保护及其整定337.1主变压器的保护设计337.1.1过电流保护设计337.1.2过负荷保护设计347.1.3电流速断保护设计347.2 其他保护的设计35第8章 防雷与接地设计368.1 防雷的设计368.2 接地的设计36第9章 结论38参考文献39第1章 绪论1.1 选题的背景和意义变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后分配电能的任务，在供电系统中占有十分重要的位置。在我们生活的小区内，它对我们的意义更为重大。安全，可靠，方便是对变电所供电的要求，也

4、是电气设计者的目标。为保证实现以上要求，合理的供电设计显得越来越重要。随着现代各项技术的迅速发展，必然对供电技术的发展起到一定的推动作用，各个供电单位也在积极研究新的方法，展开新的竞争，那么在这场竞争中，技术无疑是最重要的因素，这就要求我们必须革新方法，占领技术优势。在这种形势下，选择10KV小区变电所进行设计，具有非常重大的意义。1.2 国内外研究现状技术的发展是没有止境的，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的变电站产生冲击，全数字化的变电站自动化运行管理系统即将产生。而我

5、国的变电站技术也发展到了一个相当高的水平，220KV及以上的超高压都大量采用自动化技术，小区变电所的研究技术更是日新月异，随着应用控制技术、信息处理和通信等技术的发展，变电所的运行管理已经达到了一个自动化的水平，从而大大提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的可能性，降低了变电站建设的总造价，在这种形势下，竞争已经转化为了技术的竞争，研究新技术，也成为一种必然趋势。 1.3 变电所设计的任务1.3.1 研究的主要内容变电所的设计是根据电力用户所处的地理环境、地区供电条件以及负荷条件等进行的。变电所设计一般分为两个阶段，初步设计阶段和施工图设计阶段。初步设计主要落实供电电源及供电方式

6、，确定供电系统方案；施工图设计阶段则依据初步设计方案具体绘制施工图，选定电气设备。1.3.2变电所设计的主要内容按照公用工程设计所提供用电负荷资料，计算负荷，根据负荷等级和计算负荷，选定供电电源、电压等级和供电方式；确定功率因数及补偿措施；根据计算负荷，变压器数量和容量；确定变配电所主接线方案，设计高低压供电系统；进而计算短路电流；根据所计算出的短路电流，选择设备并进行继电保护及二次回路的设计；设置平面照明；接地等，最终利用AUTOCAD软件画出施工图图纸，并满足设计的要求。第2章 小区负荷计算2.1负荷计算方法的选择近几年来，随着房地产开发的发展，大面积住宅小区和别墅区的建设项目也多起来；同

7、时，随着住宅管理社会化的发展，各地供电部门对住宅小区供电要求也有较大的变化，本设计根据本地的实际情况，采取以下方法计算小区负荷情况，住宅小区用电负荷的计算一般要考虑以下几个内容：住户用电、住宅公共用电（门厅、楼梯间、架空层照明，住宅楼电梯，生活水泵，地下车库用电以及住宅区配套居委会，老人活动室，物业管理等）、商业用电、总体用电、消防用电等。 (1)住户用电：住户用电负荷标准可参照国标住宅设计规范中负荷统计与住房类型的关系表，如下表2-1表2-1 负荷统计与住房类型关系表套 型居住空间数（个）使用面积（M2）计算负荷（）一 类2 34 454kw 二 类 3 46 55 6kw 三 类3 56

8、686kw 四 类 4 69 1008kw 表中的居住空间指的是卧室及起居室（厅）或餐厅等空间。使用面积是指每套住户门内独自使用的面积，在计算住户用电总容量时宜采用需要系数法：即根据接在同一相电源上的户数参照上述细则推荐值（见表2-2）进行计算：表2-2 需要系数与同一相户数对照关系表 同一相户数36 1014182225101 200以上需要系数10.730.58 0.470.44 0.420.40.35 0.3（2）住宅公共用电：住宅公共用电负荷应包括门厅、楼梯间、架空层等公共部分照明；供住宅楼使用的电梯；生活水泵以及供住宅楼使用的地下车库用电。公共部分照明可根据照度要求采用单位面积安装功

9、率法进行设计。一般情况下可按照度30-75 Lx，即按4.0 w -10w/（荧光灯）计算。其计算总容量应按需要系数法计算，当照明面积小于500时需要系数KX取1.0-0.9，面积在500-3000时取0.9-0.7，面积大于3000时取0.7-0.5。供住宅楼使用的电梯有交流电梯和直流电梯两种，其单台电梯的设备容量应为电动机额定功率加上其他附属电器之和（例如轿厢照明、排气扇等），要特别提出的是直流电梯设备容量应按拖动直流发电机的交流电动机额定功率计算。当向多台电梯供电时，其计算总容量应计入同时工作系数。本文建议采纳通用用电设备配电设计规范中推荐的参数（见表2-3）计算。表2-3 同时系数与电

10、机台数对照关系表电机台数1 2 3 4 5 6 同时系数10.91 0.850.8 0.76 0.72 供住宅使用的生活水泵均应计入住宅楼负荷计算。当供水系统采用的是集中给水泵时其计算容量应为所有给水泵（包括变频泵）额定功率之和（备用泵不计）。当供水系统采用分散式（一幢或几幢分别设置）时，其计算总容量是应计入同时工作系数。一般情况下1-5台泵取1-0.8，大于5台时取0.8-0.6。当住宅楼设有地下车库时，地下室的照明、风机、排水泵等应计入住宅用电负荷。其计算容量宜按实际安装设备容量计算并计入同时工作系数。一般情况下地下层用电容量大约在20-30 w/m2 左右（含照明、风机、排水泵等），同时

11、工作系数在0.7-0.85 之间。住宅小区通常都设置有物管、老人活动中心及居委会等配套用房，其用电应计入住宅楼负荷一般情况下用电容量大约在30-70 w/。 （3）商业用电：住宅小区通常设置有商业（店铺、商场）、娱乐（会所、俱乐部）及学校、诊所等公建，其用电容量应按实际安装设备容量计算并计入同时工作系数。在方案或扩初阶段可采用单位指标法计算。一般情况下店铺按60-80 w/，商场80-120 w/，娱乐场所80-100 w/，学校40-60 w/，诊所60-80 w/。以上指标均为含照明、动力、空调综合用电指标。 （4）总体用电：住宅小区总体用电包括道路照明、景观及广告照明，以及动力设备用电。

12、其用电容量与小区的规模及景观照明及动力的设置要求有关。施工图设计应按实际设备容量计算并考虑适当的需要系数。方案或扩初设计时在一般情况下（不包括别墅型小区）可按建筑面积规模估算，建筑面积2万平方米以下为20-30kw；2-6万平方米为30-60KW；6-10万平方米为60-100KW。 （5）消防用电：住宅小区根据其建筑规模、高度以及建筑物内的功能均设置有一定的消防用电设备。其用电容量应按有关专业提供的设备容量进行计算。特别提出的是高层住宅楼的电梯一般兼作消防电梯。因此其用电量除计入住宅用电负荷外还应计入消防用电负荷。2.2 小区负荷计算结果正是因为有以上不同类型的用电形式，所以本设计对变电所分

13、为电业用电和物业用电，电业用电就是小区内各个住户的用电，物业用电则包括一些公共用电等，本小区内共有14栋楼，还有一些公共用电单位如幼儿园，锅炉房等，根据以上的计算方法分别把物业用电和电业用电的情况分别计算如下表2-4：表2-4 电业用电情况表楼房号1#2#3#a3#b4#5#6#8#9#10#11#12#13#14#7#（KW）355355213284420420431213249332332332363363249（A）267267154195288288294211171230230230249249171所以总功率=4911KW本小区用电属于三级负荷，但也有二级负荷存在，应急照明，消防水

14、泵房等就属于二级负荷，其余的属三级负荷。在小区用电量的总和中，有一部分属于电业部门管理，也就是我们各个住户的用电量，该付费用由有电业部门收取，这是电业用电。但是还有一部分用电量，比如说公共照明，小区内学校，幼儿园用电等属于物业部门管理，费用也由物业部门收取，这部分属于物业用电。因此在本次设计中，变电所的设计也分为电业站设计和物业站设计。现在把各个楼房的电业用电分为两组，1#，2#，3#，4#，5#，6#楼为第一组，剩余的楼组为第二组，用电情况分别如下。第一组的用电总量为：=2478KW，查表得=0.4 cos=0.76 所以=991KW =1301KVA 第二组的用电总量为：=2433KW，查

15、表得=0.4 cos=0.76 所以=973KW =1280KVA 物业用电的情况如下面的两个表格所示：表2-5 物业用电情况表1用电单位幼儿园1#水泵房1#锅炉房小区照明变电所1#电源（KW）1151131202510（A）1552501755017所以总的容量：=383KW，查表得 =0.7 cos=0.64 所以 =268KW =419KVA 表2-6 物业用电情况表2用电单位2#锅炉房2#水泵房物业变电所2#电源（KW）12012312010（A）17525017517所以总的容量：=363KW，查表得=0.7 cos=0.64 所以=254KW =397KVA 第3章 电气主接线的选

16、择在本次设计中，根据实际情况，电业站采用电源形式，物业站采用双电源，一用一备，当一路电源发生故障时，另一路电源投入使用。在进出线回路上，设有电源引入线柜，进线柜，计量柜，PT柜，然后是出线柜，出线柜再引线至两台变压器，经过变压器变压后，对小区各个用电单位进行供电。3.1变压器的选择变压器选择直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应依据电力系统5-10年的发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。选择主变压器形式时，应考虑以下问题：相数、绕组数与结构、 绕组接线组别、调压方式、冷却方式。 由于本变电所

17、具有电压10KV等级，低压侧需装设无功补偿，所以主变压器采用三绕组变压器。为保证供电质量、降低线路的损耗此变压器采用的是有载调压方式，在运行中可改变分接头开关的位置，而且调节范围大。由于本地区的自然地理环境的特点，故冷却方式采用自然风冷却。下面从变压器的台数、联结方式、容量等方面对变压器进行具体选择。3.1.1变压器台数的确定选择变压器台数时，应满足用电负荷对供电可靠性的要求，对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器。本小区有二、三级负荷的存在，并且季节性负荷变化和昼夜负荷变化都比较大，所以选择两台变压器，这样，以便一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对小区继续供电。3.1.2变

18、压器联结组别的确定一般来说，对于6到10KV的配电变压器有Yyn0和Dyn11两种常见的联结组。但Dyn11联结较之Yyn0联结有许多优点，比如说Dyn11联结更有利于抑制高次谐波电流，比Yyn0联结更有利于低压单相接地短路故障的保护和切除，并且承受单相不平衡负荷的能力也比Yyn0联结好。基于以上优点，本设计采用Dyn11联结组的干式变压器。3.1.3变压器容量的选择对于装有两台主变压器的变电所，任一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷的60%到70%的需要，即变压器容量=（0.6-0.7） 对于电业站而言,总的计算容量=0.85（1101+1081）=1854.7KVA所以=0.61854.

19、7=1112.82KVA所以选干式变压器SG10-1250KVA-10/0.4KV22.5%- Dyn11对于物业站而言，总的计算容量=0.7（291+413）=492.8KVA所以=0.6492.8=295.68KVA所以选干式变压器SG10-315KVA-10/0.4KV22.5%- Dyn113.2接线形式设计 变电站主接线的设计要求，根据变电站在电力系统中的地位、负荷性质具体情况确定。通常变电站主接线的高压侧，应尽可能采用短路器数目教少的接线，以节省投资，随出线数目的不同，可采用桥形、单母线、双母线及角形接线等。如果变电站电压为超高压等级，又是重要的枢纽变电站，宜采用双母线带旁母接线或

20、采用一台半断路器接线。变电站的低压侧常采用单母分段接线或双母线接线，以便于扩建。由于待设计的变电所为10KV变电所，为一般变电所，它的修建目的主要是为一住宅小区的居民用户提供可靠优质电能，根据电力工程设计手册，我们可基本选定单母线或者双母线的形式，但是由于双母线接线形式增加一组母线，每回路就需要增加一组母线隔离开关。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒闸操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。当短路电流较大，出线需要带电抗器。它一般用于出线回路较多的设计中，因此，本设计不采用双母线形式，而采用单母线形式，由于单母线又有单母线接线和单母线分段两种形式，下

21、面我们比较以下它们两种接线形式的优缺点，再最终确定选择那一种形式。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6220KV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变电所，它不能满足、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。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

22、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23段为宜，这种接线广泛用于6220KV变电所中。由以上叙述可知，单母线接线方式检修期间需要停电，因此不可靠，但是它比较灵活，方便。因为本次设计的是小区变电所，非重要用电单位，如果采用成套配电装置，由于可靠性高，也可用于较重要用户的供电，因此该接线形式适用于本设计变电所的

23、物业站.对于物业站而言，需要提供一些公共用电，因此必须保证它的可靠性，它使用的是双电源，这也正符合单母线分段的使用范围，这样，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。所以本次设计变电所的接线形式已经确定，电业站采用单母线接线形式，物业站采用单母线分段接线形式。第四章 短路电流计算4.1 短路电流计算目的及相关公式短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。当短路电流通过电气设备时，设备温度急剧上升，过热会使绝缘加速老化或损坏，同时产生很大的电动力，使设备的载流部分变形或损坏。短路电流在线路上产生很大压降，影

24、响设备运行。为了选择和校验电气设备、载流导体和整定供电系统的继电保护装置，需要计算三相短路电流；在校验继电保护装置的灵敏度时还要计算不对称短路的短路电流值；校验电气设备及载流导体的动稳定度和热稳定度，就要用到短路冲击电流、稳态短路电流和短路容量。在变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几个方面：(1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。(2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。(3)在设

25、计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。(4)在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。(5)接地装置的设计，也需用短路电流。短路计算相关公式： 系统的电抗：变压器的电抗：线路的电抗：三相短路电流：三相短路次暂态电流和稳态电流：三相短路容量： 4.2 计算书在本设计中，短路电流的计算分为最大运行方式和最小运行方式两种情况，在最大运行方式下，输电线路及并联变压器均全部运行，整个系统总的短路阻抗最小，短路电流最大。在最小运行方式下，变压器及输电线路解列，并联的变压器为保证处于最佳运行状态，也分列运行，使得总的短路阻抗变大，短路电流也相应减少。

26、一般来说，供电系统中，用最小运行方式下的短路电流来校验灵敏度。物业和电业站高压同时挂在10KV母线上，低压无联络，属于两个不同的部分，变压器也不并列运行，因此短路电流计算无关系，下面分别计算最大和最小运行方式下物业站和电业站各自的短路电流。4.2.1 最大运行方式下短路电流的计算4.2.1.1 最大运行方式下电业站短路电流的计算图4-1 电业站短路等效电路图确定基准值取计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值：线路的电抗标幺值： 电力变压器的电抗标幺值： 1. 短路点发生在高压侧，即计算k-1点的短路电流时(1) 总电抗标幺值：(2) 计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分

27、量有效值为： 冲击电流及其有效值为： =2.55=2.552.68kA=6.83kA =1.51=1.51=4.04kA三相短路容量为： 2.短路点发生在低压侧，即计算k-2点的短路电流时(1) 总电抗标幺值：(2) 计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值为： 冲击电流及其有效值为： =1.84=1.8447.2kA=86.8kA =1.09=1.09=51.4kA三相短路容量为： 4.2.1.2 最大运行方式下物业站短路电流的计算图4-2 物业站短路等效电路图确定基准值 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值：线路的电抗标幺值： 电力变压器的电抗标幺值： 1.短

28、路点发生在高压侧，即计算k-3点的短路电流时(1) 总电抗标幺值：(2) 计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值为： 冲击电流及其有效值为： =2.55=2.552.04kA=5.20kA =1.51=1.51=3.08kA三相短路容量为： 2.短路点发生在低压侧，即计算k-4点的短路电流时(1) 总电抗标幺值：(2) 计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值为： 冲击电流及其有效值为： =1.84=1.8421.7kA=39.9kA =1.09=1.09=23.7kA三相短路容量为： 4.2.2 最小运行方式下短路电流的计算4.2.2.1 最小运行方式下电业站短路电

29、流的计算确定基准值取计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值：线路的电抗标幺值： 电力变压器的电抗标幺值： 1.短路点发生在高压侧，即计算k-1点的短路电流时(1) 总电抗标幺值：(2) 计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值为： 冲击电流及其有效值为： =2.55=2.552.68kA=6.83kA =1.51=1.51=4.04kA三相短路容量为： 2.短路点发生在低压侧，即计算k-2点的短路电流时(1) 总电抗标幺值：(2) 计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值为： 冲击电流及其有效值为： =1.84=1.8423.8kA=43.7kA =1.

30、09=1.09=25.9kA三相短路容量为： 4.2.2.2 最小运行方式下物业站短路电流的计算确定基准值 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值：线路的电抗标幺值： 电力变压器的电抗标幺值： 1.短路点发生在高压侧，即计算k-3点的短路电流时(1) 总电抗标幺值：(2) 计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值为： 冲击电流及其有效值为： =2.55=2.552.04kA=5.20kA =1.51=1.51=3.08kA三相短路容量为： 2.短路点发生在低压侧，即计算k-4点的短路电流时(1) 总电抗标幺值：(2) 计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有

31、效值为： 冲击电流及其有效值为： =1.84=1.847.78kA=14.3kA =1.09=1.09=8.48kA三相短路容量为： 4.2.3 最小运行方式下两相短路电流的计算关于两相短路电流与三相短路电流的关系，可由和求得，即所以电业站：高压侧两相短路电流=0.8662.68kA=2.32kA冲击电流及其有效值为： =1.84=1.847.78kA=14.3kA =1.09=1.09=8.48kA两相短路容量为： 物业站：高压侧两相短路电流=0.8662.04kA=1.77kA冲击电流及其有效值为： =1.84=1.841.77kA=3.26kA =1.09=1.09=1.92kA两相短路

32、容量为： 第5章 电气设备选择电气设备选择一般原则为：(1)应满足正常运行、检修、断路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；(2)应按当地环境条件校核；(3)应力求技术先进和经济合理；(4)选择导体时应尽量减少品种；(5)扩建工程应尽量使新老电器型号一致；(6)选用新的产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格. 5.1变电所导线的选择导线和电缆是分配电能的主要器件，选择的合理与否，直接影响到有色金属的消耗量与线路投资，以及电力网的安全经济运行。(1)按载流量选择：即按导线的允许温升选择。在最大允许连续负荷电流通过的情况下，导线发热不超过线芯所允许的温度，导线不会因为过热而引起绝缘损

33、坏或加速老化。选用时导线的允许载流量必须大于或等于线路中的计算电流。(2)按电压损失选择：导线上的电压损失应低于最大允许值，以保证供电质量。(3)按机械强度要求：在正常状态下，导线应有足够的机械强度以防断线，保证安全可靠运行。(4)与线路保护设备相配合：熔断器熔体的额定电流，应不大于电缆或穿管绝缘导线允许载流量的2.5倍，或明敷绝缘导线允许载流量的1.5倍。在被保护线路末段发生单相接地短路(中性点直接接地网络)或两相短路(中性点不接地网络)，其短路电流对于熔断器不应小于其熔体额定电流的4倍，对于自动开关不应小于其瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.5倍。长延时过电流脱扣器和瞬时或短延时过电流

34、脱扣器的自动开关，其长延时过电流脱扣器的整定电流应根据返回电流确定，一般不大于绝缘导线、电缆允许载流量的1.1倍。对于装有过负荷保护的配电线路，其绝缘导线、电缆的允许载流量，不应小于熔断器额定电流的1.25倍或自动开关延时过电流脱扣器的整定电流的1.25倍。熔断器的熔体或自动开关过电流脱扣器的整定电流，应不小于被保护线路的负荷计算电流。同时应保证在出现正常的短时过负荷时，保护装置不致使被保护线路断开。(5)动热稳定校验：由于电缆结构紧凑、散热条件差，为使其在短路电流通过时不至于由于导线温升超过允许值而损坏，还须校验其热稳定性。 导线电缆截面的选择要求必须满足安全、可靠的要求，其选择的一般原则为

35、：对10kV及以下高压线路和低压动力线路，通常按允许载流量选择截面。再校验电压损失和机械强度：对低压照明线路，因其对电压要求较高。所以通常先按允许电压损失选择截面，再校验其他条件。低压动力供电线路，因负荷电流较大，所以一般先按载流量(即发热温升条件)来选择导线截面，再校验电压损耗和机械强度。 5.1.1母线的选择10KV变电所采用屋内配电装置中，所以母线选用硬母线，为了经济选用铝硬母线即矩形母线，矩形导体散热条件较好，便于固定和连接，但集肤效应较大。为了避免集肤效应系数过大，单条矩形截面最大不超过1250MM，当工作电流超过最大截面单条导体允许载流量时，可将24条矩形导体并列使用，但多条导体并

36、列的允许电流并不成比例增加。故一般避免采用4条矩形导体并列使用。试选LMY606铝母线，平级时长期允许的载流量=872A。按导体长期发热允许电流选择：需满足式中，为通过母线的最大长期负荷电流，相应于某一周围环境温度与母线形状及放置方式下，经过温度校正系数相乘后的所选截面积为S的导体长期允许电流值，也就是持续载流量。即：=由于本地最高温度为38，查表得温度修正系数为0.88则： =8720.88=767.4A满足设计要求校验：(1)热稳定校验母线热稳定校验应使所选母线截面积大于线在短路时所允许的热稳定最小截面积，即：S=式中：C为热稳定系数，取C=87为集肤效应系数，查表得=1.01 为假象时间

37、，在供电系统中， =t+0.05（t为短路延续实际时间，在这里t=0.8s）所以， =28.5MM606=360 MM所以，热稳定满足要求。(2)动稳定校验要求在通过短路冲击电流时，每跨母线中产生的最大应离计算值不大于母线所允许的抗弯应力，即：=1.76， 式中：l为载流导体的跨距，在这里取l=1M，a为相间中心距，取 a=25CM=0.25M，K为形状系数，取为0.167，为振动系数，取为1，W为抗弯距，在这里： W=0.167bh=0.1676(60)=360.72Pa=1.76硬铝的最大允许应为=69Pa=Uns。(2)电器在额定电流In是指在额定周围环境温度25下，电器的的长期允许电流

38、，In应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即：InImax试选ISM-12/1250A-31.5KA真空断路器。表5-1真空断路器ISM-12/1250A-31.5KA校验参数如下：型 号额定电压额定电流动稳定电流热稳定电流额定开断电流ISM-1210KV1250A60KA20KA31.5KA校验：1）动稳定校验 =60KA =51.4KA 故动稳定满足要求。2）热稳定校验 =2.681.5=10.8(KAS) T=204=1600(KAS) T 故热稳定满足要求。所以，故可选ISM-12/1250A-31.5KA型真空断路器。5.2.2隔离开关的选择：隔离开关也是发

39、电厂和变电所中常用的开关电器。它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切断短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。在这里，选用GT2-12D型隔离开关。5.3熔断器的选择熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害，屋内型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，而在变电所中多采用保护电压互感器。10KV侧熔断器属于高压熔断器，属屋内配电装置，则所选的熔断器是户内高压熔断器，对于10KV户内限流熔断器

40、应按下列原则进行选择：(1)熔断器额定电压等于安装地点的电网额定电压；(2)熔断器的额定电流必须不小于最大长期负荷电流；(3)必须校验熔断器的断流能力，即流过熔断器的最大三相短路功率应不大于熔断器允许断流容量。 试选XRNT-10型熔断器它的技术参数如下表：表5-2 XRNT-10型熔断器的主要参数表型 号额定电流额定电压最大切断电流最大开断容量XRNT-1063A12KV50KA200MVA校验断流能力=48.8MVA200MVA 所以，断流能力满足。所以所用变电高压侧，熔断器选用XRNT10型。5.4 电流互感器的选择电流互感器的选择要求：(1)电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一

41、般弱电系统用1A，强电系统用5A，当配电装置距控制室较远时，可考虑用1A。(2)电流互感器额定的二次负荷标准按G13120875的规定有下列等级：5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100A。当额定电流为5A时，相对应的额定负荷阻抗值为0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.6,2.0,2.4,3.2,4.0，当一个二次绕组的容量不能满足要求时，可将两绕组串联使用。(3) 二次级的数量决定于测量仪表，保护装置和自动装置的要求，一般情况下，测量仪表与保护装置宜分别接于不同的二次绕组。型式选择：(1)35KV以下屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件和产品情况

42、，采用瓷绝缘结构或树脂绕组绝缘结构，一般常用型式为，低压配电屏和配电设备中，LQ线圈式，LM母线式，620KV屋内配电装置和高压开关柜中，LD单匝贯案式，LF复匝贯穿式，发电机回路和2000A以上回路，LMC，LMZ型，LBT型，LRD，LRZD型。(2)按安装方式可分别为穿墙式、支持式和装入式。穿墙式装在墙壁或金属结构的孔中，可节约穿墙套管。支持式安装在平面式支柱上。回路中有变压器套管，穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节省投资或占地。根据以上条件，选择LZZBJ9-10型电流互感器查电力工程设计手册选LZZBJ9-10型电流互感器，参数如下：表5-3 LZZBJ9-10型电流互感器的主

43、要参数如下：型 号电流变比测量准确级保护用准确级LZZBJ9250/5A0.5B级5.5 电压互感器的选择电压互感器配置：(1)母线：除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同步测量仪表和保护装置。(2)变压器：变压器低压侧有时为了满足同步式继电保护的要求，设有一组电压互感器。(3)当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。接线方式选择：在满足二次电压和负荷要求的条件下，电压互感器应尽量采用简单接线。10KV电压互感器的选择：查电力工程设计手册选JDZ-10型电压互感器，具体参数如下：表5-4 JDZ-10型电压互感器的主要参数如下：型 号额定电压变化

44、 V额定二次输出 VA最大输出测量准确级额定绝缘水平(kA)JDZ-1010000/100504000.511.5/42/75第6章 无功功率补偿现有供电设备虽经多次改造，仍然难以满足日益增长的电力负荷需求，目前全国各地已不同程度地出现了缺电和拉闸限电的现象。解决电力供应紧张的问题，除了加快电厂建设以外，采用合理的无功补偿不失为一条有效的途径。做好无功补偿工作，不但可起到扩大现有输变电设备供电能力、改善电能质量、降低线路损耗、缓解供电能力不足的作用，而且还能取得良好的经济效益，如延长供用电设备的使用寿命、降低用户的电费支出等。无功补偿的重要性及其解决问题的现实性，目前已得到了业内共识，各地也相

45、继安装了许多不同形式的无功补偿装置，但从其使用的效果来看却不尽相同。特别是运行在0.4kV级的无功补偿装置，由于其补偿点多，分布面广，专业技术管理的力度相对薄弱，因此，在补偿的准确性、运行的安全性、动作的可靠性、设备的先进性、以及维护量的多少、使用寿命的长短等方面，存在着优劣并存，良莠不齐的现状。6.1补偿电容器的容量计算及应考虑的相关因素6.1.1 应考虑的相关因素补偿电容量的正确选择，是获得良好补偿效果的重要环节，具体选择时，可考虑如下几个因素：(1) 平衡补偿、分相补偿、复合补偿的选择确定三相负荷的不平衡程度，必要时需进行现场测量，以确定采用三相平衡补偿还是采用复合补偿方式。当三相严重不

46、平衡时，最好选用适当容量的分相补偿。(2) 确定补偿电容器的总容量测量自然功率因数，确定目标功率因数，根据两者之差确定所需要的无功补偿总容量。若已知：有功功率P，自然功率因数cos ，目标功率因数cos.则所需补偿的电容器总容量为：QP ( tan tan )(3) 确定是否采用抗谐波无功补偿电容器当电网谐波分量较大时，应进行现场谐波测试，必要时需采用与电抗器配套设计的专用电容器，以防止在较大谐波的作用下，补偿装置无法正常运行或电容器易损坏的现象发生。6.1.2 补偿容量的计算由于本设计是对小区供电，用电单位是一般的民用建筑，因此在进行功率补偿时，有些因素可以忽略不计，因此本设计的功率补偿是在

47、低压侧利用并联电容器进行集中补偿，下面主要根据小区的计算负荷，确定总补偿量：电业站：1#变压器：补偿前低压侧的功率因数为： cos=0.76 =991KW =1301KVA所以无功计算负荷： =按规定，变压器高压侧的功率因数一般不低于0.9，考虑到变压器的无功功率损耗，一般=（4-5），因此在变压器低压侧进行功率补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于高压侧补偿后的功率因数，所以这里取0.92，要使低压侧功率因数的功率因数由0.76提高到0.92，低压侧需要装设的并联电容器的容量可用下面的公式进行计算：=k（tan arccos0.76-tan arccos0.92）kvar 在这里k取0.97

48、=0.97991（tan arccos0.76-tan arccos0.92）kvar =432 kvar取 =450 kvar所以补偿后的无功计算负荷为：-=843 kvar-450 kvar=393 kvar所以补偿后的视在计算负荷为：=1101 KVA用同样的方法可以算出2#变压器需要装设的并联电容器也是450 kvar补偿后的视在计算负荷为1081KVA物业站：1#变压器：补偿前低压侧的功率因数为： cos=0.64 =268KW =419KVA所以无功计算负荷=按规定，变压器高压侧的功率因数一般不低于0.9，考虑到变压器的无功功率损耗，一般=（4-5），因此在变压器低压侧进行功率补偿

49、时，低压侧补偿后的功率因数应略高于高压侧补偿后的功率因数，所以这里取0.92，要使低压侧功率因数的功率因数由0.64提高到0.92，低压侧需要装设的并联电容器的容量可用下面的公式进行计算：=k（tan arccos0.76-tan arccos0.92）kvar 在这里k取0.97=0.97991（tan arccos0.64-tan arccos0.92）kvar =199kvar取=210 kvar所以补偿后的无功计算负荷为：-=322 kvar-210 kvar=112 kvar所以补偿后的视在计算负荷为：=291 KVA用同样的方法可以算出2#变压器需要装设的并联电容器也是210 kv

50、ar补偿后的视在计算负荷为413KVA6.2 无功补偿控制器的选择 随着电子技术的发展，先后出现了集成电路、CPU、DSP等技术构成的、各具特色的无功补偿控制器。随着无功补偿产品市场需求的逐步扩大，生产无功补偿控制器的厂家越来越多，产品质量和产品性能也千差万别。因此，在控制器的选择上要特别慎重，应严格按照DL/T597低压无功补偿控制器订货技术条件、JB/T9663低压无功功率自动补偿控制器等专业标准中规定的各项要求，依据具体的补偿需求和负荷特性，选择专业化厂家生产的合格控制器。一般情况下，可从以下几个方面对控制器进行选择：(1) 对于电网负荷波动不大，且三相负荷基本平衡，仅以提高功率因数为目

51、标的情况，为了降低设备成本，可选用功能单一、操作简便的简易型无功补偿控制器。其控制物理量可不做严格要求，可采用无功功率、无功电流或功率因数作为控制物理量，也可采用复合型控制物理量。投切方式可采用较简单的循环投切模式。这样即能达到较好的无功补偿效果，又能降低设备的生产制造成本，同时设备操作简单，便于维护。(2) 对于电网负荷波动频繁、最大负荷与最小负荷间的差距较大，但三相负荷基本平衡的情况，宜选用性能较好的控制器。例如选用无功电流或无功功率作为控制物理量，且投入门限和切除门限应能够分别设定，以防止出现投切震荡，同时还应具有过压和欠流等保护功能。投切方式最好采用可进行程序控制的“编码+循环”投切方

52、式，以确保控制器能够快速准确地对无功功率的变化进行动态跟踪补偿。(3) 当电网负荷波动频繁，最大负荷与最小负荷差距较大，同时三相负荷严重不平衡时，对控制器的选择就提出了更高的要求，应具有“分相+平衡”复合投切功能。其控制物理量应为复合型（无功功率+功率因数），其性能参数应不低于以下要求：灵敏度100mA动作误差不大于下表的规定：表6-1 取样物理量动作误差允许范围表取样物理量允许误差无功功率20%无功电流20%功率因数2.5%稳定范围：确保控制器在满足补偿要求的前提下，确保稳定工作，不出现投切震荡。根据以上的条件选择HXD-M3型补偿控制器，这种控制器具有实时数据测量，自动无功补偿投切控制，存

53、储电网整点数据及统计数据等功能，并具有通讯接口，可用管理软件做后台分析的功能。它的基本参数如下：电源电压：AC 220V 20%电源频率：50Hz 5%取样电压：AC 220V/100V 20%取样电流：0 5A本机功耗：15W6.3电容投切装置的选择随着电力系统的发展和技术进步，无论是供电部门还是用户，对具有降低线损和提高电能质量作用的无功补偿措施越来越关注。无功补偿不仅要求有足够的无功补偿容量，而且要求被补偿装置具有灵活性和较高的自动化水平，以达到优化补偿的目的。目前，无功补偿大多以交流接触器作为电力电容器的投切执行元件，投入时冲击电流大，切除时产生过电压，自身触头易损甚至熔焊，噪声大，设

54、备故障率高，可靠性差。在控制环节上基本不能满足分相、分级、快速及跟踪补偿的要求。鉴于此，本次设计根据晶闸管实现电压过零投入、电流过零切除、开关无触点、反应速度快等特性，选用了晶闸管投切电容无功补偿装置，实现了电容器的投入无涌流、切除无过压、投切无电弧的快速动态补偿功能，它具有以下新特点：不需检测功率因数角即可快速检测出无功功率；利用微机同步相位控制技术和自适应晶闸管触发技术，当实时检测到电容器两端电压与电网电压大小相等、极性一致时，瞬时投入电容器，电流过零时晶闸管自然关断。不需加装限流电抗器、不需专门的放电电阻、不需对电容器预充电，可随时实现无冲击投切电容器。可以对不平衡的无功功率进行完全补偿

55、，这是以往补偿装置难以胜任的。在设计图中，控制电容器投切的无触点开关由晶闸管模块上的2只晶闸管反并联组成。当主回路施加正向电压且晶闸管的控制极有触发脉冲信号时，晶闸管导通，把电容器投入电网；而当去掉触发脉冲后，电流过零时晶闸管自然关断，从电网上切除电容器。晶闸管上并联有RC阻容吸收电路，用于吸收开关过程中的瞬变电压和瞬变电流。另外，在主回路上还专门装有一组氧化锌避雷器，用以吸收操作过电压和雷击过电压等。在每一相中都串有快速熔断器作为快速过流保护。这样，既实现了对多组电容器快速自动分级投切，又能改善电能质量且降损节能效果显著，实现线路的安全，经济运行。第7章 继电保护及其整定7.1主变压器的保护

56、设计7.1.1过电流保护设计变压器过电流保护的整定计算(1)动作电流的整定：式中 变压器的最大负荷电流，取，为变压器一次额定电流 电流继电器的返回系数，一般为0.8 可靠系数，定时限时，取1.2，反时限时，取1.3其余符号同上式。在本次设计中，一共用了5种电流互感器，它们的型号一样，只是变流比不同，它们分别为：TA1：LZZBJ9-10-250/5 保护点为KA1 TA2：LZZBJ9-10-150/5 保护点为KA2 TA3：LZZBJ9-10-75/5 保护点为KA3 TA4：LZZBJ9-10-50/5 保护点为KA4 TA5：LZZBJ9-10-30/5 保护点为KA5对于KA1点而言

57、： 所以： 同样的方法算出KA2，KA3，KA4，KA5点的动作电流分别为：7.2A，14.4A，5.5A，9.1A(2)过电流保护动作时间的整定计算： 式中 变压器低压母线发生三相短路时高压侧继电保护的动作时间 变压器低压侧保护装置在低压母线发生三相短路时的最长的一个动作时间前后两级保护装置的时间级差，定时限时，取0.5，反时限时，取0.7根据以上公式算出动作时间分别为1.7s，2.5s，2.0s，1.5s，2.4s7.1.2过负荷保护设计变电所三相变压器的符合往往不对称，因此过负荷保护装设在变压器的两个重负荷项上，过负荷保护实际上就是电流保护。在这里，只对电业站的变压器进行过负荷保护。保护装置的动作电流按躲过变压器额定电流进行整定：式中：为返回系数，取0.85为保护装置侧变压器额定电流（查表得473A）所以 ： =A 电流互感器二次侧的整定电流为： 7.1.3电流速断保护设计变压器电流速断保护的整定计算14(1)动作电流的整定：式中 变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值 可靠系数，取1.2