0817B城镇10kV变电站电气一次部分设计V8.docx

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1、电子科技大学毕业设计（论文）论文题目：城镇IOkV变电站电气一次部分设计学习中心（或办学单位）:成都市青羊区孟翔教育培训中心指导老师：邓晶职称：副教授学生姓名:陈科学号:V201080734201001专 业：电气工程及其自动化电子科技大学继续教育学院网络教育学院2022年10月21日摘要在电网的供电质量需求日趋增大，经济的发展和人民生活水平提高的同时，我 国对城镇和农村的电网建造非常重视。所以，城镇和农村的IOkV变电站建造就成 为了国家拉动城镇和农村经济发展的基本动力。电力系统中，最重耍的一部分就是 变电站。一个电力系统是否稳定运行，其最重要的一点是看变电站是否能稳定运行。 因此，变电站的

2、设计性能极为重要，本文主要涉及IOkV变电站一次侧部分设计。 内容包括变电站原始资料、负荷计算、设备的选择（母线、隔离开关、电流互感器、 电压互感器、避雷器），继电保护规划，厂区的避雷设计。本次设计，主要结合变电站的运行情况，研究背景，如何使变电站高效、经济、 安全运行进行设计。其中设备的选择与校验均符合国家标准，本次设计联系实际情 况，具体问题具体分析，完成城镇IokV变电站的一次侧部分设计。关键词：变电站，负荷计算，短路电流，防雷ABSTRACTIn the power system, the most important part is the substation. Whether a

3、 power system operates stably, the most important point is to see whether the substation can operate stably. As a result, substation design performance is extremely important, this thesis mainly involves 10 kV substation primary side part design. The contents include substation raw data, load calcul

4、ation, equipment selection ( bus, isolation switch, current transformer, voltage transformer, arrester ) , relay protection planning, lightning protection design in the factory area.This design, mainly combined with the substation operation situation, research background, how to make substation effi

5、cient, economical and safe operation design. Among them, the selection and calibration of equipment are in line with national standards. This design is based on actual conditions, and specific problems are analyzed in detail, and the design of the primary side of the urban IOkV substation has been c

6、ompleted.Keywords: substation, load calculation, short circuit current, lightning protection目录摘要IABSTRACTII第一章绪论1第二章IOkV变电站概括22.1 建设IOkV变电站的意义22.2 国内外发展状况2第三章资料分析33.1 变电站位置33.2 电源分析33.3 气象资料33.4 建筑面积33.5 负荷计算33.5.1 负荷计算方法33.5.2 负荷统计43.5.3 无功补偿7第四章变压器的选择84.1 变压器的选择原则84.2 变压器台数的确定84.3 变压器容量的选择8第五章变电站电

7、气主接线设计105.1 主接线的基本要求105.1.1 可靠性105.1.2 灵活性105.1.3 经济性105.1.4 简便性105.1.5 前瞻性105.2 变电站接线方案的提出115.2.1 单母线分段接线115.2.2 单母线接线115.3 主接线方案的确定12第六章短路电流的计算13第七章电气设备的选择与校验157.1 电气设备选择的原则157.2 高压断路器的选择与校验157.2.1 高压断路器的选择157.2.2 高压断路器的校验167.3 隔离开关的选择与校验167.3.1 隔离开关的选择167.3.2 隔离开关的校验177.4 互感器的选择177.4.1 电流互感器的选择与校

8、验187.4.2 电压互感器的选择与校验187.5 母线的选择与校验197.5.1 母线的选择197.5.2 母线的校验19第八章继电保护218.1 继电保护的原理218.2 继电保护的要求218.3 继电保护装置的选择23第九章防雷保护设计249.1 雷电的危害249.2 防雷设计249.3 雷电侵入波过电压保护249.4 防雷计算25结束语26谢辞27参考文献28附录29第一章绪论在电网的供电质量需求日趋增大，经济的发展和人民生活水平提高的同时，我 国对城镇和农村的电网建造非常重视。所以，城镇和农村的IOkV变电站建造就成 为了国家拉动城镇和农村经济发展的基本动力。IOkV变电站是将一次侧

9、电压变为0.4kV,通过降压变压器的运用，完成对输 电电压的升降。城镇IokV变电站一次侧部分设计，主要是结合国家标准设计出合 格的变电站，为该地区进行供电。在设计过程中，该城镇IOkV变电站的用电设备、 变压器、保护装置都应当符合国家标准。在设计过程中，要与实际相结合，加强经 济性、合理性优化设计。在不造成资源浪费的情况下，进行设计。现如今，部分 IOkV变电站出线老旧化现象，因此次设计运用的设备应当满足当今电力系统发展 的趋势，并对未来线路的扩展留有余地，设计出智能、高效、经济的新型城镇IOkV 变电站。第二章IokV变电站概括2.1 建设IokV变电站的意义我国现处于高速发展阶段，在当今

10、各行各业发展的背景下，供电安全是非常重 要的一点。供电的可靠性，是各行各业发展的基础。在电力系统中，1OkV变电站 是最重要的一个环节。建设城镇IOkV变电站，是为了给居民用户、厂区进行供电。 由于当今我国，电力系统的发展，变电站作为关键的一环，主要起接受电能和输送 电能的作用。该城镇IOkV变电站的设计顺应时代发展的潮流，实现主机控制与传 统变电站供电系统的结合，运用数字化保护装置，直接对变电站进行控制。由于用 电负荷的上升，设计变电站也是为了满足实际用电情况的需求，该变电站的设计会 改善该地区的用电使用情况。使该地区用电更为安全，线路维护具有保障，降低供 配电成本，提高电力运用效率。2.2

11、 国内外发展状况现如今，我国电力系统高速发展，但我国的变电站的智能化程度与国外还有很 大的差距。国外变电站多为，智能化无人值班模式。国内变电站在有些情况下，还 需要人工的操作。因此当今国内变电站正向着，智能自动化方向发展，尤其是减少 操作人员与供电线路的直接接触。变电站数据实时传送，继电保护装置的微机化， 通过计算机对电网进行控制，实现保护的自动化。因此在对IOkV变电站的设计 过程中，加强自动化控制，不断优化供电方式，设计出高效，便捷，经济的现代化 变电站。第三章资料分析3.1 变电站位置本次设计的城镇IOkV变电站一次侧部分设计，除了符合设计标准以外，还应 当符合国家标准。本变电站位处平原

12、，在Xe市东郊，所在地为负荷密集区，食品厂以及居民住 宅区。本次设计的变电站位于平原，海拔高度为71米，气压是IoOkPa,非强震区, 因此在对变电站的设计过程中，布线方便，架空线路设计安全，接线方式可灵活设 计运用。3.2 电源分析根据与供电局的协议，本变电站电源为某IOkV干线提供，双电源进线，供电 情况符合国家标准。该干线布线情况参照该区域总平面图，经济高效。电缆采用 YJV22,横截面为四芯，由架空线路埋地接入厂区网。干线首段所装设的高压隔离 容量为7000kVA,满足本次变电站设计的基本容量。断路器具有过流保护，整定的 工作时间为1.5So3.3 气象资料本地区位处平原，北温带季风气

13、候，该地区年均气温是14.3,该地区年均降 雨量是649.8mm, X市最热月平均温度为27.5C,最冷月平均气温为0.2。地址水文资料：该地区水资源主要来源于天然降水，海拔为71米，无霜期长， 地处平原。3.4 建筑面积本次城镇JokV变电站一次侧部分设计，所供电区域：S总”8()95.79/, S平4294.86/,建筑的高度为12.4m,室内外高差：0.3米。3.5 负荷计算3.5.1 负荷计算方法对该供电区域进行负荷计算，是本次设计的重中之重，对接下来配套设备的选择有很大作用。变压器的选择，要结合实际负荷情况进行选择，进而进行主接线的 设计。调查该城镇IokV变电站的区域用电负荷，采用

14、需要系数法，用以下公式进 行计算。对于单组用电设备PCi = KdPd(2-1)/ 一 SC(22)Qc = Pc tan(2.3)S=*G(2-4)其中，Kd为需要系数；E为设备容量；tan。为设备功率因数角的正切值。 对于多组用电设备在用电过程中，电气设备不会同时使用，因此在进行负荷计算时，需要用到同 时系数，以保证负荷的初步计算。兄= KZPZ(2-5)SCQC = KZqZ=(2-6) (2-7)其中，n电气设备的数量；KEP是有功功率，、Kq为无功功率。在进行负荷 计算时，Kd=O.93.5.2 负荷统计表3-1该地区负荷统计表供电区域计算负荷(kVA)负荷类别供电方式回路数食品厂1

15、488.8二级架空1居民区1242三级架空1服装厂1319三级架空1总计4049食品厂计算负荷食品传动装置:Kd= 0.7COS。= 0.8 tan 0 = 0.75有功负荷:舄=KC =2x433.45 = 86.5ZW 无功负荷:QCl = EJan = 86.9x1.73 = 149.9Z var 食品加工设备的计算负荷：Kd= 0.5 cos = 0.8 tan = 0.75有功负荷：凡凡=0.5440.35 = 220.175W 无功负荷：Q3 = % tan展04 var起重机：K =15cose = 0.5lane = 1.73 有功负荷：B3 = K,3=15x113.2 =

16、16.8%W 无功负荷：23 =匕 tan。= 16.98 1.73 = 29.384 var 电热设备:Kd=LOCOSe = LOtane = O 有功负荷：= 1 276 = 276kW无功负荷：2u =匕tan = OA var 厂区照明：Kd=O.8COSe = LOtan0 = 0 有功负荷：Es = KdEs=OSx 3 = 24AW 无功负荷：5 = 5 tan = OA var实验检测设备：K =0.4cos9 = 0.8tan0 = 0.75 有功负荷：Es = K/$ =04x341 = 136.4ZW 无功负荷：Q,8 =Cstan。= 378 X0.75=283AVa

17、r 厂区空调：K. =0.8cose = 0.8ian = 0.75 有功负荷：E7 = K,7=08x140 = 112ZW 无功负荷：=匕 tan。= 112X0.75=8软 Var 冷动设备：K. =0.7cos = 0.8 tan Q = 0.75 有功负荷：8 =储8 =07X540 = 378W 无功负荷：2 8 =匕 tan。= 378 X 0.75 = 283& var KP=O.95 KQ =0.95有功功率：Pe = KqZi= 4=1248x0.95 = 1185.6AW 无功功率：& = +Lt Q = 095X732 = 771.4k Var 视在功率：SS= E +

18、Q； = 1488.8ZVA 居民区计算负荷：经数据统计该居民区每100/计算负荷为6.43kW。 本地区大概有430户，因此运用同时系数法进行计算 Kd= 0.35 cos = 0.9Pc = KPZL 匕=035 X430X 743 = 1118.215kWSc = ,cos=ll 18.215/0.9 = 1242W1服装厂计算负荷：传送带计算负荷：Kd=O.2cos0 = Q5tan0 = 1.73 有功负荷:% =K =0.2428 =85.6kW无功负荷：Qc= c an = S5.6l .73 = 148.088% Var裁剪设备的计算负荷：K, =0.5coSe = O.8ta

19、n。= 0.75 有功负荷：足2 =（，2= 5x430.35 = 215.175kW 无功负荷：，2 =匕 tan= 210.175 0.75 =.38ZVar 车间起重机：KLo.15CoSe = O.5tanp = 1.73 有功负荷：足3 = K,/乙=0.15 X40.6 = 6.9ZW 无功负荷：Q3 =匕 tan。= 6.91.73 = 10.534 var服饰打印设备：Kd=O.7cos。= 0.8 tan O = 0.75 有功负荷：E4 = KB1=8 x 298 = 238.4AW 无功负荷：04 =匕 tan。= 238.4X0.75 = 178.8ZVar 厂区照明：

20、Kd=S8cos0 = l.Otane = O 有功负荷：% =K储5 =08X33 = 26.4ZW 无功负荷：Qi=Estane = OZvar 缝纫设备：Kd=O.8CoSe = O.8 tan 0 = 0.75 有功负荷：& = K,/6 =08431 =344.8kW 无功负荷：2 6 =匕.。=344.8 X 0.75 = 258.6k var 厂区空调：Kd=O.8cos。= 0.8tan。= 0.75 有功负荷：己7 =K,/匕=0.8x113 =90.4%W 无功负荷：/兹 + 姑=3763匹45 = 4028-3763 = 286kVA高压侧功率因数：8$纭2 =匕吗=0.

21、908通过无功补偿计算，计算过后的功率因数满足要求。第四章变压器的选择4.1 变压器的选择原则变压器：顾名思义就是控制电压上升或下降的电气装置，在电力系统中起到承 上启下的作用，该城镇IokV变电站所用变压器主要是将IOkV电压转变为380V, 其工作原理为，利用电磁感应原理进行电压的升降，电压变化后的频率相同，其电 磁绕组必须具有一定的绝缘和抗干扰能力能力。变压器的选择必须符合国家标准。 通过对原始资料的分析确定变压器台数、型号、容量等。变压器的选择应与实际相 结合，选择过程中必须遵循经济、高效、安全、便利的原则。充分考虑城镇IOkV 变电站的负荷容量，所选变压器的最大容量应当大于该地区用电

22、单位的峰值容量， 以保证变电站正常的运行。4.2 变压器台数的确定变压器台数的确定应当符合国家标准，满足所使用需求，根据GB50053-94 中规定，在以下情况下选择两台变压器：有大量一级或二级负荷季节性负荷变化较大集中负荷较大联系实际变电站的容量、用电负荷等作出考虑。该城镇IOkV变电站一次侧部 分设计，双电源单母分段接线。选用两台变压器。当一台发生故障或者检修时，另一台变压器应当满足该地区的用电负荷要求。 两台变压器的选择，使主要用电设备不间断供电，对重要设备的安全运行提供保障, 极大地提高了电力系统正常运行时的稳定性。4.3 变压器容量的选择变压器的容量应当满足：当一台变压器发生故障或者

23、检修时，备用变可以承担其60%-70%的负荷，即 SZt=(0.6-0.7)s*当一台主变运行时，可以满足一二类负荷需求，即“4+”。变压器的类型应当负荷国家标准，考虑实际需求做出选择。通过对负荷的计算, 当该变电站正常运行时，能够分别承受一半的负荷，在有事故情况下，另一台变压 器可以承担起对负荷的供电。根据负荷计算可知Sm 073763 = 2634.3H G热稳定校验：高压断F各器最为短时过热温度承受能力，要远大于该电力系统的短时短路电流热效应即IK 42tma根据上述动热稳定的校验，选用ZW32-12型高压真空断路器。表7-1高压真空断路器数据序号安装电气条件ZW32-12校验结论项目数

24、据项目技术数据1UNIOkVUN12k V合格2,30173.2AIN630A合格3I5.55kAIoC20kA合格4婢14.16k AImaX31.5kA合格5中36.9 乂2$中1600 川 S合格7.3 隔离开关的选择与校验7.3.1 隔离开关的选择该城镇IOkV变电站一次侧部分设计，所运用的隔离开关，其作用是当系统电 气需要检修或故障时，进行隔离电源，保证工作人员的安全，以及系统运行的稳定。 一般情况下隔离开关的选用是与断路器相互配合，是因为隔离开关不具备灭弧作 用。在断路器的两端，安装隔离开关，使用时倒闸操作。隔离开关，每两年需要检 查一次避免开关老化造成的经济损失。城镇IOkV变电

25、站隔离开关的选择原则隔离开关的选择要从实际出发，考虑配电设备的占地面积，隔离开关的运用环 境，室内还是室外，当有特殊要求是，需要选择相应的隔离开关。隔离开关的选择应当负荷电气设备选择的基本标准，即隔离开关的额定电压 要大于系统一次侧的最大电压，额定电流同理。经过对隔离开关的动稳定和热稳定校验选择出合适的设备。隔离开关的动作的快速性，即触点能快速分离或闭合隔离开关质量必须过关，结构简单，效率高。经过上述分析，本次设计选用GW9-10/630型隔离开关。7.3.2 隔离开关的校验因隔离开关不能隔离负荷电流，所以隔离开关不进行隔离校验。Ia=SNl 闻V =3150(3 10.5) = 173.2A

26、短路电流的冲击值：ish = 2.55= 2.55 5.5 = 14.16M动稳定校验：遵从上述标准，进行检验。 Aih热稳定校验：高压隔离产关最主短时过热温度承受能力，要远大于该电力系统 的短时短路电流热效应即.力 ,ma设定1g为1.1秒表72隔离开关数据计算数据GW9-I0/630工作电压(kV)10UN=IO最大工作电流(A)173.2IN =630短路电流(kA)5.55短路冲击电流(kA)14.15ImaX =31.5热稳定性校验=36.925申=625A1S根据校验得出该GW9-10/630型高压隔离开关适合本次设计的标准。7.4 互感器的选择互感器在电力系统中有着重要的作用，分

27、别为电流互感器、电压互感器。电流互感器：电流互感器采用电磁感应原理，通过对绕组的匝数比，对电流的 大小进行控制，原理与变压器类似。当该城镇IOkV变电站需要对电流进行控制时。 例如将一次侧大电流降低，然后对二次侧设备及仪器进行供电。就要使用电流互感 器。电压互感器：主要用于变换线路电压的电气设备，其跟变压器的工作原理相类 似，但是功能不同，在该城镇IOkV变电站设计中，变压器主要起供配电作用，其 供电电压偏大，对整个系统进行供电，而电压互感器主要是为某个设备进行供电， 例如变压器保护设备，其容量较小。7.4.1 电流互感器的选择与校验7.4.2 互感器的选择；根据短路计算，选择合适的电流互感器

28、实际相结合，根据实际运用的电气设备选择电流互感器。电流互感器必须具有精确性必须校验该电流互感器的热稳定以及动稳定。一次绕组与待测电路串联，二次绕组与用电设备串联根据以上原则选择LZZBJ9-12型电流互感器。（2）电流互感器的校验对于电流互感器的选择应当确定其动稳定倍数，按照该公式计算：动稳定校验：,热稳定检验：/则动稳定校验的条件为：LZZBJ9-12型电流互感器参数如下：L=Il2.5 协4 =45 公册=IS动稳定校验阪=112.5姑 婢=14.16加热稳定校验 /温=452 Xl = 2025M25 = 5.552 （U0.1） = 36.9M25通过上述计算，该电流互感器满足使用条件

29、。7.4.3 电压互感器的选择与校验电压互感器的选择电压互感器的选择要满足以下几点电压互感器主要给仪器供电，因此需要良好的性能电压互感器的操作方式必须严格按照标准，与电流互感器不同，接入线路时， 采用并联接入。电压互感器一段必须接地，便于操作人员的检修与维护。根据以上原则选择JDZJ-Io型电压互感器为本次设计的电压互感器。（4）电压互感器的校验电压互感器的校验：电压互感器不需要动稳定和热稳定校验。但是其工作时，电压应当满足以下条件l.l(t,1(10.9(t,1a =1。吐，力互感器的额定电压。表7-3电压互感器参数名称 JDZJ-Io单位数据4S额定短时耐受电流kA31.5额定电压kV10额定电压比kV10/0.1极限输出VA500额定输出VA120额定绝缘VA75经过分析该型电压互感器符合本次设计需求7.5 母线的选择与校验7.5.1 母线的选择母线是共用的一条通路，母线的质量必须过关。母线分为硬母线与软母线、矩 形与管型。母线的材质一般运用，硬铝矩形(LMy)母线的选择要符合以下几点 要求：安全性：母线的安全性，决定着整个电力系统的安全运行，母线的绝缘