小区10KV降压变电站设计

说明书

1 概述

1.1变电所总体分析及一般设计原则

1.1.1.变电所的总体分析

本次设计的变电站主要服务于一个新建小区部分住宅。其供电的用户主要为小区内的住宅、动力、消防、风机等用电,新建小区内有高层建筑2幢(共26层,安装电梯),多层建筑2幢。

该降压变电所所联系的系统有:变电站甲、小区开闭所。变电站甲的主要用户与本变电站相同,其容量为:35MW；开闭所主要是为了保证电力系统的稳定而设置的。这样,三部分相互连接,构成环网，从而来保证该变电所的可靠持续供电。

新建小区内高层、多层建筑人们的活动主要依赖于电梯，一旦停电，将使人们的生活受到影响；动力部分的消防、应急照明、加压风机的供电，也是不容忽视的。

本变电站共有两路进线，一路（站配线）正常工作；另一路（站甲线）处于备用状态。共有两个电压等级：10KV和0.4KV。10KV级无出线，0.4KV级共有43回出线，含备用出线有9回。此变电站位于主要负荷用户附近(即IA1楼地下室内)以便于供电。该站正南方1.5KM处为小区开闭所。西南方0.7KM处为变电站甲，所处地理位置优越，能够充分保证用电的可靠性。变电站所在的气候状况、地质情况、海拔高度均属正常情况。小区附近无严重污染。故该变电站设计时不需要考虑特殊情况。

1.1.2.一般设计原则

（1）遵守规程、执行:必须遵守国家的有关规程和标准,执行国家的有关方针,包括节约能源,节约有色金属等技术经济。

（2）安全可靠、先进合理:应做到保障人身和设备的安全,供电的可靠,电能质量合格,技术先进和经济合理,采用效率高、能耗低和性能较先进的电气产品。

（3）近期为主、考虑发展 :应根据工程特点、规模和发展规划,正确处理近期建设与远期发展的关系,做到远、近期结合,以近期为主适当考虑扩建的可能性。

第 1 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

（4） 全局出发、统筹兼顾:必须从全局出发、统筹兼顾,按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等,合理确定设计方案。

1.2 负荷分析

负荷，即所谓的电力负荷。有两种含义：一是指用电设备或用电单位（用户）；另一是指用电设备或用户所消耗的电功率或电流。这次设计所说的电力负荷是前者。

电力负荷应根据其对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。【6】

（1）

一级负荷：若中断供电，将造成人身事故、政治、经济造成重大的损失，人民生活发生混乱；要求有两个电源供电，即两个来自不同的变电所或同一变电所的不同母线。

（2）

二级负荷：若中断供电，将造成政治、经济有较大损失，人民生活、公共活动场所等发生混乱；要求：由两回线路供电，供电变压器一般用两台。

（3）

三级负荷：所有不属于一二级的负荷；对供电电源又无特殊要求。

该变电站的负荷主要是小区内部分住宅、动力等。该区内的应急照明、加压风机、消防、地下室照明、高层建筑的电梯等负荷，均属于一级负荷；若停电可能导致人民生活混乱。BAT要求双电源，（即一路正常供电，一路备用），说明比较重要。另外各多层楼的照明都归属于二级负荷，其余的负荷均属于三级负荷。

2 负荷计算与主变压器的选择

2.1负荷计算分析

供电系统能够可靠地正常地运行，就必须正确选择系统中所有元件，包括电力变压器，开关设备和导线电缆等，元件除应满足工作电压和频率的要求外，最重要的是满足负荷电流的要求，因此有必要对系统中各个环节的电力负荷统计计算。

通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。计算负荷是供电设计者最基本的数据依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电源设备和导线电缆的选择是否经济合理。若计算负荷确定过大，将使电气

第 2 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

设备和导线电缆选择的过大，造成浪费。另一方面，若计算负荷过小，又将使电气设备和导线电缆处于过负荷运行，不但增加了电能损耗和电压损耗，更重要的使设备和电缆过热，导致绝缘过早老化，甚至烧毁，造成严重的事故。据此可知正确确定计算负荷具有十分重要的意义。由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素较多，虽然各类负荷的变化有一定的规律可循，但仍难准确确定计算负荷的大小。实际上，负荷也不是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织，生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关，因此负荷计算应力求接近实际。

我国普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法,主要是需要系数法和二项式法。需要系数法是国际上通用的确定计算负荷的方法，最为简便实用；二项式法的应用局限性较大。故本次设计采用需要系数法确定计算负荷。用这种方法 计算负荷时，先从用电端起逐级往电源方向计算，即首先按需要系数法求得低压侧有功及无功计算负荷，再加上变电所变压器的有功及无功损耗，即得高压侧计算负荷；其次,再乘以同时性系数,便得到该小区变电所低压侧计算负荷；然后再考虑无功功率的影响和变压器的功率损耗,其总和就是该变电所的计算负荷。

该小区中高层、多层的用户照明，情况比较复杂。家庭生活不仅仅是照明，还有空调、洗衣机、电冰箱、厨房设备等，而各自的需要系数不同，在进行负荷计算时，不可能逐一进行计算，故计算时照明部分的需要系数取以上所列设备需要系数的平均数，进行总体的负荷计算，最终计算确定照明部分的需要系数为0.7。专用配电部分按各自所带负荷查表得到，然后进行总体的负荷计算。该变电站负荷计算的相关数据详见下面的负

荷计算数据汇总表。

第 3 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

负荷计算数据汇总表1：

序 类号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 13 14 15 16 17 18 总 计: 低压 专用配电部分 低压 照明配电部分 别 负 荷 名 称 IA1西座 1-13层 IA1#东座 1-13层 IA1#西座 14-26层 IA1#东座 14-26层 IA2#楼 IA3#楼 IA4#楼 IA5#楼 额定容量 700 700 707 707 360 270 120 213 88 30*2 45*2 60*2 25*2 50*2 200 80*2 70 20 20*2 25 需要系数 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.5 1 0.8 1 1 1 1 1 1 1 1 0.8 COS Tan P30/KW负 荷 计 算 Q30/Kvar 249.9 249.9 252.399 252.399 128．52 96.39 42.84 76.041 76.208 0 54 90 37．5 75 150 120 52.5 15 30 0 1994.597 S30/KVA 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.5 1 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 1 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.732 0 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0,75 0.75 0 245 245 247.45 247.45 126 94.5 42 74.55 44 60 72 120 50 100 200 160 70 20 40 20 2050.155 350 350 353.5 353.5 180 135 60 106.5 88 60 90 150 62．5 125 250 200 87.5 25 50 20 2860 电梯 东西 应急明 东西加压风机 BAT1#2# BAT3#4# BAT5#6# BAT7# BAT8#9# BAP1#3# BAP2#4# BAP5#6# 地下室照明箱 KP=0.9 Kq=0.95

第 4 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

2.2主变压器选择的规范及原则

2.2.1主变压器容量及台数的确定原则

根据变电所的实际情况，应根据以下的原则进行选择： 1）主变得容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择

2）根据电压网络的结构和变电所所带的负荷的性质来确定主变压器的容量， 对于有重要用户的变电所应考虑当一台主变停运时其余变压器在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级的负荷，对一般性变电站，一台机停用时，应使其余变压器保证全部负荷的70%～80%。

3）同级电压的降压变压器容量的级别不宜过多，应系列化，标准化

4）对于大城市市郊的一次变电站，在中低压侧已构成环网的基础上，变电所以装设两台变压器为宜。

2.2.2根据<<10KV及以下变电所设计规范>>GB50053-94中变压器选择的若干规范进行：

第3.3.1条 变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器： 一、有大量一级或二级负荷； 二、季节性负荷变化较大； 三、集中负荷较大。

第3.3.2条 装有两台及以上变压器的变电所，当其中任一台变压器断开时，其余变压器的容量应满足一级负荷及二级负荷的用电。

第3.3.3条 变电所中单台变压器（低压为0.4kV）的容量不宜大于1250kVA。当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，可选用较大容量的变压器。

第3.3.5条 多层或高层主体建筑内变电所，宜选用不燃或难燃型变压器。

附加条文：第3．3．1条 变压器的台数一般根据负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。

第一款是考虑变压器在故障和检修时，保证一、二级负荷的供电可靠性。

第 5 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

第二款是当季节性负荷变化较大时，投入变压器的台数可根据负荷而定，做到经济运行，节约电能。

第3．3．2条 一级和二级负荷突然停电后将造成比较严重的损失，因此在考虑选择变压器容量和台数时，应满足退出1台变压器以后仍能保证对一级负荷和二级负荷的供电。

第3．3．5条 目前国内已生产干式及SF6变压器，因此对防火要求高的车间内或建筑物内变电所，应尽可能不采用可燃油油浸变压器。

2.2.3 主变压器容量及台数的确定

依据上述原则和规范，该变电所选用两台各1250KVA的变压器，即可满足服务对象的要求和原则。按照《中国电气设备市场》选用型号为：【11】

SG7—1250/10的干式变压器，其参数如下：

阻抗电压为：4.5%,空载电流为：1.6%,空载损耗为：2.405KW， 短路损耗为：16.4KW，尺寸：长2350mm,宽1415mm,高2676mm。

2.3无功功率补偿

由负荷计算可知，该变电所在最大负荷时的功率因数为：0.7。依据我国国家电力工业部于1996年制订的《供电营业规则》规定：【10】

用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列规定：100KV及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上 ，其他电力用户和大、中型电力排灌站、售电企业，功率因数为0.85以上。并规定，凡功率因数未达到上述规定的应增添无功补偿装置。

要使低压侧功率因数由0.7提高到0.93，则低压侧需装设无功补偿设备进行补偿。无功补偿，就是无功功率人工补偿，以提高供配电系统的功率因数。无功补偿设备是专用来补偿供电系统的感性无功功率的电气设备。无功补偿设备的配置应采取就地平衡、分级补偿。

常用的无功功率人工补偿设备，主要有同步补偿机和并联电容器。前者一般只适用于补偿变动不快的无功功率。后者与前者相比，无旋转部分、并具有安装简单、运行功

第 6 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

维护方便、有损耗小以及组装灵活、扩建方便等优点。所以并联电容器在一般工业与民用建筑的供配电系统中被广泛应用。

补偿电容器组的投切方式分为手动和自动两种。对于补偿低压基本无功功率的电容器组以及常年稳定的无功功率和投切次数较少的高压电容器组，宜采用手动投切；为避免过补偿或在轻载时电压过高，造成某些用电设备损坏等，宜采用自动投切。在采用高、低压自动补偿装置效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。故我本次设计采用低压自动补偿。

无功自动补偿的调节方式：以节能为主进行补偿者，采用无功功率参数调节；当三相负荷平衡，也可采用 功率参数调节；为改善电压偏差为主进行补偿者，应该按电压参数调节；无功功率随时间稳定变化时，按时间参数调节。

无功功率自动补偿装置采用并联电容器作为无功补偿元件。通过自动控制装置，可根据电网的感性无功功率的变化情况，自动控制并联电容器组的投切，使电网的无功功率保持在最小状态，从而提高电网的功率因数，保证电网的电压质量，降低供配电系统的电能损耗。

并联电容器的补偿方式有以下几种： （1） 高压集中补偿， （2） 低压集中补偿， （3） 低压分散补偿，

本次设计采用低压集中补偿，将电容器装设在变电所低压配电室内，与低压母线相连。

按GB50227-95规定：

【3】

低压电容器组采用三角形接线或中性点不接地的星型接线

方式。本次设计采用三角形接线。

由计算负荷不难看出，在变电所低压侧装设了无功补偿装置以后，由于低压侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器的容量选择小一些，这样就降低了变电所的前期投资。

经以上分析和负荷计算可知 ，该变电所若不进行补偿，将不能达到《供电营业规则》中的规定，所以经计算得出无功功率补偿容量为1300KVAR，即可满足该规则的要求。

按照《工厂供电设计指导》中表2-11，选出并联电容器的型号为：BZMJ0.4-12-3 其参数为：SN=12KVAR，CN=240uF fN=50HZ，相数为3。考虑到该变电所在室内，

第 7 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

我选用PGJZ-2型低压无功自动补偿柜，其单台容量为150KVAR，分10步补偿。而本次设计无功补偿容量为1300KVAR，每台变压器补偿650KVAR，需要选用该型号的低压无功自动补偿柜共9台。

3 变电所主接线的设计

经过前几章节的分析计算，确定了主变压器的容量、型号及台数后，便开始进行主接线设计。主接线可有多种形式，选择何种电气主接线，是发电厂、变电所电气部分设计中最重要的问题，对各种电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟订等都有决定性的影响，并将长期影响电力系统运行的可靠性、灵活性和经济性。同时，还要遵循国家的有关法律、法规、方针、，依据相应的国家规范、标准和设计规程，并结合工程实际情况和要求，按照严格的设计程序、与其它专业互相协调，进行统筹合理的规划，反复地比较和优化，最后提出技术上先进可靠、经济上合理的方案。

3.1 变电所主接线方案的设计规范与要求

确定变电站电气主接线，是变电站在系统的地位、负荷性质、进出线数、设备特点、周围环境等，并综合考虑其可靠性、灵活性、经济性。

（1）可靠性：主接线应能达到可靠性的要求，对不同性质和地位的变电站有不同的要求。

（2）灵活性：指主接线适应多种可能遇到的工作情况，不但在正常运行时，能保证供电，在一部分设备检修或发生故障时也能保证系统或重要用户供电和工作的安全。

（3）经济性：主接线在满足工作可靠、灵活要求的同时，应做到经济合理。即投资省、占地少、运行费用低。

根据GB50053—94《10KV及以下变电所设计规范》中有关主接线设计的规范进行：

【12】

第3.2.1条 配电所、变电所的高压及低压母线宜采用单母线或分段单母线接线。当供

电连续性要求很高时，高压母线可采用分段单母线带旁路母线或双母线的接线。

第 8 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

第3.2.5条 10kV或6kV母线的分段处宜装设断路器，当不需带负荷操作且无继电保护和自动装置要求时，可装设隔离开关或隔离触头。

第3.2.7条 配电所的引出线宜装设断路器。当满足继电保护和操作要求时，可装设带熔断器的负荷开关。

第3.2.11条 接在母线上的避雷器和电压互感器,宜合用一组隔离开关。配电所、变电所架空进、出线上的避雷器回路中，可不装设隔离开关。

第3.2.15条 变压器低压侧电压为0.4kV的总开关，宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。

第3.2.16条 当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时,在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。

条文说明：第3．2．6条 装设断路器、负荷开关或隔离开关，系保护操作和维修之需要。

第3．2．10条 装设隔离开关的目的是当检修熔断器或负荷开关时能有明显的断开点，以确保安全。

第3．2．15条 变压器低压侧总开关采用低压断路器，可在低压侧带负荷切断电源，断电后恢复送电也比较及时，这对电工管理范围以变压器为分界的企业来说尤为必要，可减少往返联系，缩短停电时间。装设隔离开关是为了低压侧检修时有明显的断开点。

第3．2．16条 由于自动开关处于接通还是分断从外表观察不明显，因此加装刀开关或隔离触头是从检修安全出发，使其有明显的断开点。

第 9 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

3.2 主接线方案论证及其确定

按照3.1节的规范和主接线方案设计的原则及要求，并结合实际情况拟采用以下两种主接线方案： （Ⅰ）

（Ⅱ）

对以上两种方案通过技术、经济两个方面进行比较： (1) 技术方面：

① 供电安全性：由于以上两种方案的设计，都严格按照《10KV及以下变电所设计规程》的规范进行，故安全性能够满足要求。

② 供电可靠 性：两种方案都采用双电源进线；都装设有2台变压器。若有任一台不能正常工作，另一台能够担负其该变电所的一、二级负荷工作，都可以满足供电可靠性的要求。

②供电灵活性：Ⅰ号方案采用的是高压单母线、低压单母分段接线的方式，Ⅱ号方案采用的是高、低压单母线分段接线。二者相比，若高压侧母线有故障或检修，对Ⅰ号方案来说将造成全面停电，Ⅱ号方案则可以通过高压母线分段断路器切除故障或检修部分，用另一台变压器给一、二级负荷供电，显然其灵活性与Ⅰ号方案相比大大提高。

③供电质量：两种方案都采用了两台变压器并列运行，电压损耗较小。

第 10 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

④扩建适应性：Ⅰ号方案稍差一些，Ⅱ号方案更好一些。 (2) 经济方面：

由于设备的价格资料欠缺，不能进行具体详细的经济比较，仅从各种方案所采用的设备台数进行简单的比较。Ⅰ号方案共用13台设备，Ⅱ号方案共有16台设备。

经以上两个方面的论证比较可知：Ⅰ号方案相对经济些，但灵活性不够；Ⅱ号方案经济性较高，但技术方面较合理，灵活性高、能够满足用户要求。而这样技术和经济方面就发生了矛盾，根据对各个方案分析的特点，决定在保证技术先进和满足用户要求的前提下，选用具有最大经济效益的方案。又考虑到 变电所远景发展的需要，因此该设计决定采用 Ⅱ号高、低压单母线分段接线的方案。

4 短路电流计算及电气设备的选择 4.1 短路电流计算分析

在供电系统的设计与运行中，不仅考虑正常工作状态，还要考虑到可能发生的故障以及不正常运行情况。“短路”是电力系统中常发生的一种故障，同时对供电系统的危害也是最大的。所谓短路，是指电力系统正常运行情况外的相与相或相与地（或中性线）之间的连接。产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间对地绝缘被损坏。短路故障分为对称短路和不对称短路。三相短路是对称短路，造成的危害最严重。故本次设计只考虑三相短路电流得计算。

短路对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危害。在发生短路时，由于电源供电回路的阻抗减小以及突然短路时的暂态过程，使短路回路中的短路电流值大大增加，可能超过该回路的额定电流许多倍；短路电流在通过电气设备中的导体时其热效应会引起导体发热或设备绝缘损坏，甚至烧毁电气设备，会危机到人身安全问题；在系统中发生短路相当于改变了电网结构，必然引起系统中分布的变化，破坏系统的稳定，引起大片地区停电，甚至引起系统崩溃。

为了保证电力系统安全运行，在发电厂、变电所以及整个电力系统的设计计算和运行工作中，都必须事先进行短路计算，以此作为合理选择电气主接线、选用有足够热稳定度和动稳定度的电气设备及载流导体、确定短路电流的措施、在电力系统中合理地配置各种继电保护并整定其参数等的重要依据。

第 11 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

经分析设计任务书可知，本次设计给出的是两个有限容量电源系统，对这样的系统在短路过程中电源电压是变化的，因而短路电流周期分量的幅值也是随时间变化的。即短路处的次暂态电流、稳态电流不能像无限大系统那样简单地算出来。在工程实用计算中，一般采用运算曲线法取任意时刻的短路电流周期分量有效值（通常需要计0S时刻的

”I；0.1S或0.2S时刻的I0.1　、I0.2；4S时刻的I4—即稳态电流I），同时求出短路冲击

电流。本次设计短路电流计算的详细计算过程见附录（一）计算书中的第二部分。短路电流计算的结果如下表：

短路电流计算数据表：

短 路 计 算 ’点 的 名 称 I0 s三相短路电流 （KA） ” I0 .2s三 相 短 ishI4s” 路 容 量 75．85KVA 26．54KVA k-1 k-2 4．171 3.811 4．4 44．65 10．636 70．49 38．31 40．698 4.2 电气一次设备的选择与校验

高低压电气设备的选择必须满足,其在一次电路正常工作条件下和短路条件下的要求。高低压电气按正常条件下选择，就是要考虑电气设备的工作环境条件和电气设备要求。工作环境条件是指电气设备的使用场所（室外还是室内），环境温度，海拔高度以及有无污染，防火，防尘，防爆等要求。对一些开断电流设备，如熔断器，断路器和负荷开关等，则还要考虑断流能力的要求。

高低压电气设备按短路故障条件下选择，就是要校验其在短路时能否满足动稳定度和热稳定度的要求。由于本变电所布置在地下室内，所以电气设备选择型式都为屋内型产品。

4.2.1 高压侧电气设备选择与校验

4.2.1.1 高压断路器和隔离开关的选择与校验

高压断路器是一种不仅能接通和断开正常负荷电流，而且还能通断短路时的电流，并能借助于继电保护装置的作用自动动作，切除短路故障部分。

第 12 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

高压隔离开关是用来隔离高压电源，以保证其他设备和线路在检修时的安全。其结构特点如下：

断开后有明显可见的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的，能充分保障人身和设备的安全。但是，隔离开关没有专门的灭弧装置，因此它不允许带负荷操作，更不能断开短路电流（仅用于设备检修时的隔离电源和切断与接通电压互感器和避雷器）。

（1）高压断路器和隔离开关的选择内容包括：①选择形式；②选择额定电压；③选择额定电流；④校验开断能力（隔离开关不需要校验）；⑤校验动稳定；⑥校验热稳定。

Ⅰ.断路器和隔离开关额定电压的选择条件：

设备的额定电压UN.e不应小于设备安装处电网的额定电压UN，即：UN.e＞UN。 Ⅱ.断路器和隔离开关额定电流的选择条件：

设备的额定电流INe不应小于设备所在线路允许最大长期工作电流IN， 即：INe＞IN。

Ⅲ.校核额定开断能力：

为使短路器安全可靠地切断短路电流，应满足下列条件：IbrIkt(KA) Ⅳ.校核动稳定条件： imaxish

2tima Ⅴ.校核热稳定的条件为：I2tI（2）高压断路器和隔离开关的选择过程：

①10KV进线断路器的选择与校验:

按照工作额定电压不应低于装设地点电网的额定电压；额定电流不应小于最大允许工作电流（I30=57.5A）。初选ZN4—10/630型，其参数如下：

IN630A Soc300MVA imax=30KA It=17.3KA

动稳定校验：imax=30KA＞ish=10.636KA

热稳定校验：It2t=1197 KA2·S＞I2tim=42.95KA2·S 故型号为：ZN4—10/630的真空断路器能够满足要求。

②变压器高压侧和10KV母线分段断路器的选择依据通上，所选型号为：ZN4—10/630，由于它们的短路电流相同，校验方法同上，所以该型号的真空断路器也能够满足变压器高压侧和10KV母线分段处的要求。

第 13 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

③10KV进线隔离开关的选择与校验:

初选择方法同上，初选GN86-10T/200型，其参数如下：

IN200A imax=25.5KA It=10KA t=5S

动稳定校验：imax=25.5>ish=10.636

热稳定校验：It2t=500 KA2·S >I2tim=42.95KA2·S 故选用GN86-10T/200型的高压隔离开关，就可满足要求。

④变压器高压侧和10KV母线分段隔离开关的选择依据同上，选用GN86-10T/200型的高压隔离开关，由于它们的短路电流相同，校验方法同上，所以该型号的高压隔离开关，就可以满足要求。

4.2.1.2 10KV进线电缆的选择

根据经济电流密度选择母线截面：根据Tmax=5000h，查表得J=0.76（A/mm2）。 则电缆的经济截面积为：Se=(ST/3UN)/0.76=99.70(mm2)； 所以我选用截面为120mm2，其Ial.1=214.3A > I30=75.8A 热稳定校验：Smin=25.48mm2＜120mm2

经以上计算、比较可知，该型号电力电缆满足要求。但根据供电部门的要求：10KV电压级的电缆截面应不小于185mm2，又考虑到变电所的发展情况， 故我选用型号为YJL22-10000-3240mm2的交联聚乙烯绝缘铝芯直埋敷设电力电缆。

4.2.1.3 10KV母线的选择

根据最大允许长期工作电流进行选择（Ig.max75.78A），其单相母线承受的最大持续工作电流：Ig.max1=

75.783=25.26 A

根据88D《电力变压器室布置》标准图集的规定，6～10KV变电所高压LMY型硬铝母线的尺寸为：（404）mm。

。

2

【3】

所以我选用一条（40×4）mm的矩形硬铝母线平放，实

2

际周围环境温度为37℃，而40℃时的允许载流量Ial=215*0.95=204.25A,且Kf=1,因为环境温度不同，要考虑温度修正。Ial.1=214A >Ig.max1=25.26 A 满足发热条件。

第 14 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

timaC热稳定校验：条件： S=（40×4）mm2＞Smin=I(3)∞(k-1) 所以满足热稳定条件 。

动稳定校验：条件： al=70106pa>cMW3.881.072

=22.5mm2

103.631096 pa

经以上计算、比较可知,该型号LMY-3(40×4) mm的矩形硬铝母线（平放）满足条件。

4.2.1.4 10KV母线支持绝缘子的选择

根据母线的额定电压（10.5KV）和屋内装设的要求。试选用ZB—10Y型支持绝缘子，其参数为：机械破坏负荷为：F= 3677KN

动稳定校验：F=33.55N≤0.6FP=2206.2N

故型号为：ZN—10Y型的支持绝缘子可以满足要求。

4.2.1.5 互感器的作用与选择：

互感器分为电流互感器和电压互感器，它们既是电力系统中的一次系统与二次系统间的联络元件，同时也是隔离元件。它们将一次系统的高电压、大电流，转变为低电压、小电流，供测量、监视、控制及继电保护使用。 （1）互感器的具体作用【1】：

Ⅰ.将一次系统各级电压均变成100V（或对地100V/3）以下的低电压，将一次系统的各回路电流均变成5A（或1A、0.5A）以下的小电流，以便于测量仪表及继电器的小型化，系列化，标准化。

Ⅱ.将一次系统与二次系统在电气方面隔离，同时互感器二次侧必须有一点可靠接地，从而保证了二次设备及人员的安全。 （2）互感器在主接线中的配置原则【1】：

互感器在主接线中的配置原则，总是与一次设备运行要求及主接线形式有关。 ① 电压互感器的配置

电压互感器的配置应根据测量、同期、保护等的需要，分别装设相应的电压互感器。

第 15 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

② 电流互感器的配置

电流互感器的配置在所有支路均应按测量及继电保护要求装设相应的电流互感器。 （3）电流互感器的选择与校验：

选择依据：额定电压应不低于装设地点的额定电压，其额定一次电流应不小于电路的计算电流（I3072.2A）。

初选电流互感器的型号为：LQJ-10。 其参数为：Kes=225（动稳定倍数） 一次侧额定电流为0.1KA 1S时热稳定倍数为90 变比为300/5 动稳定校验：Kes2I1N=31.8>ish = 10.366 热稳定校验：Qk=3.28<（I1NKt）2=81

故选用型号为：LQJ-10的户内线圈式电流互感器。 （4）电压互感器的选择：

初选条件同上，我选用 JDZ2-10型户内单相浇注绝缘的电压互感器。

由于电压互感器一、二次侧装有熔断器保护，因此不需要进行短路热稳定和动稳定校验。

4.2.1.6 高压熔断器的选择

熔断器是用于保护短路和过负荷的最简单的电器。但其容量小，保护特性较差，一般仅使用于35KV及以下电压等级。高压熔断器应根据额定电压、额定电流、型式种类开断电流，保护的选择性等进行选择。

本次设计中熔断器主要用来保护电压互感器，故选用RN2型的户内限流式熔断器，其断流能力校验：Soc=1000MVA，Sk=75.85MVA，则Soc≥SkS。故该型号的熔断器可以满足要求。

4.2.2 低压电气设备的选择

低压一次设备指供电系统中1000V或1200V及以下的电气设备。低压断路器，旧称低压自动开关，它既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和低电压（或失压）时自动跳闸，其功能与高压断路器类似。

第 16 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

低压一次设备的选择，与高压一次设备的选择一样，必须满足在正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。

低压电气设备的选择过程如下：

（1） 变压器低压侧断路器的选择与校验：

选择依据：额定电压不应低于装设地点电网的额定电压；脱扣器额定电流应大于计算电流最大长期工作电流（Igmax1.9KA）。初选断路器的型号为：DW16-2000/3

其参数为：Ioc=50KA 脱扣器额定电流为：2000A 断路器断流能力的校验条件：

对动作时间在0.02S以上的断路器校验条件：Ioc50Ik(3)38.31KA 经以上校验可知，选用型号为DW16-2000/3的三极式万能断路器符合要求。

（2） 低压母线分段断路器的选择与校验： 按照低压侧负荷的最大工作电流（Ig.max=1994A）。 选择型号为：DW15—2000/3 。其参数为：

脱口额定电流为2000A 分断电流为60KA 瞬时动作整定电流为28KA 断路器断流能力的校验（对动作时间在0.02S以上的断路器）校验条件：

Ioc60Ik(3)38.31kA。故该型号的三极万能式低压断路器，可以满足该处的需要。

（2） 低压刀开关的选择与校验：

依据补偿后的负荷计算电流进行低压刀开关的选择 （I3016A）。根据INI30的要求，故我选型号为：HD13—2000/30型的低压刀开关，即可满足要求。

（3）低压电流互感器的选择：额定电压应不低于装设地点的额定电压，其额定一次电流应不小于电路的计算电流（I30=1.9KA）。故我选择 LMZJ6-0.38-2000/5 型电流互感器（由于资料欠缺，不能进行相关的校验）。 （4）0.4KV母线的选择与校验：

按长期发热允许电流选择母线截面，变压器回路最大持续工作电（Ig.max1994A）单相母线最大持续工作电流Ig.max1=

19943=6.58A

根据88D《电力变压器室布置》标准图集的规定，6～10KV变电所低压LMY型硬铝母线的尺寸为：（120×10）mm2。【3】所以我选用一条（120×10）mm2的矩形硬铝母线平

第 17 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

放，实际周围环境温度为37。℃，而40℃时的允许载流量Ial=1680*0.95=1596A,且Kf=1,因为环境温度不同，要考虑温度修正。Ial.1=1596>Ig.max1=531.67 A 满足发热条件。 热稳定校验条件： S=1200mm2≥Smin==225mm2 动稳定校验条件： al=70*106pa≥c=7.36106Pa

经校验可知该型号LMY-3×（120×10）的母线符合要求。其中性线选择条件：S0=（0.5～0.6）A=0.51200600mm2

所以我选用0.4KV母线的型号为：LMY-3（120×10）+（80×6）mm2的矩形硬铝母线（平放）。

4.2.3 配电装置的选择

配电装置在变配电所中担负着受电和配电的任务，是变配电所的重要组成部分。它是由各种开关电器、保护电器、测量电器、母线和必要的辅助设备根据主接线图中的连接顺序组装而成，用来对电能进行汇集、分配和控制。

（1）对配电装置的基本要求【1】：

①配电装置的设计必须贯彻执行国家有关方针、，因地制宜，充分利用地

形。在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料，降低造价。

②合理选择设备，布置力求整齐、清晰，保证有足够的安全距离。 ③巡视、操作和检修设备安全方便。 ④考虑施工、安装和扩建的方便。

以断路器为主体，包括隔离开关，电流互感器，电压互感器，及其他电器元件按一定的电气主接线方案组装成一体，构成了成套的电气设备，若再配置必要的控制、测量、保护等二次设备、所作成的各种型式的电力控制单元，通常称为成套配电装置。

（2）成套配电装置的特点【9】：

根据电力系统主接线的要求，结合所选用电气元件的性能，考虑柜体框架安装设备的通用性，由制造厂提供一系列的接线方案，供用户选择，组合成设计要求的主接线。

第 18 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压交流电机的起动 和保护之用。

（3） 低压配电屏是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种低压成套配电装置，在低压配电系统中作动力和照明配电之用。

成套配电装置的型式，按照断路器的安装方式，主要分为固定式与移开式两类。. 固定式高压成套配电装置的特点：结构简单，制造容易，价格便宜，安装方便。 移开式高压成套配电装置的特点：结构比较复杂，手车较重，尺寸大，价格高，安装不方便。

（4）配电装置设计规范

根据10kV及以下变电所设计规范：（GB50053-94） 第4.2.7条

高压配电室内各种通道最小宽度，应符合表4.2.7的规定。

高压配电室内各种通道最小宽度（mm） 表4.2.7

开关柜布置方式 柜后维护通道 柜前操作通道

固定式

手车式 单车长度+1200 双车长度+900 单车长度+1200

单排布置 双排面对面布置 双排背对背布置

800 800 1000

1500 2000 1500

第4.2.9条 低压配电室内成排布置的配电屏，其屏前、屏后的通道最小宽度，应符合

表4.2.9的规定。

配电屏前、后通道最小宽度(mm) 表4.2.9

型式 固定式

布置方式 单排布置 双排面对面布置 双排背对背布置

屏前通道

1500 2000 1500 1800 2300 1800

屏后通道

1000 1000 1500 1000 1000 1000

抽屉式 单排布置 双排面对面布置 双排背对背布置

根据3～110kV高压配电装置设计规范：（GB50060-92）

第 19 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

第5.3.4条 设置于屋内的油浸变压器，其外廓与变压器室四壁的最小净距应符合表

5.3.4的规定。

油浸变压器外廓与变压器室四壁的最小净距（mm） 表5.3.4

变压器容量（kVA） 变压器与后壁、侧壁之间 变压器与门之间

1000及以下

600 800

1250及以上

800 1000

（5）配电装置的选择结果

配电装置分为屋内配电装置和屋外配电装置。根据本变电站设计要求，选用屋内配电装置。而本设计选用的高压开关柜、低压开关柜和变压器柜的布置方式及距离结果表如下：

表19 高压配电室内通道的最小宽度技术参数见下表

开关柜布置方式 单排布置

柜后维护通道 800mm

柜前操作通道 1500mm

开关柜侧面与墙之间 1000mm

表20 低压配电室内距离的技术参数见下表

柜型 布置方案

柜前操作

通道最小宽度 柜后操作 1200mm

柜后维护 1000mm

固定式

单列

1500mm

考虑到本次设计的条件（地下室内），所以我选用固定式金属封闭开关设备。随着近些年来成套配电装置的发展，新产品消除了老式开关柜母线外露、宽度大、间隔少和无泄压通道等缺陷。结合实际特点高压侧我选用GGX2-10型固定式金属封闭开关柜。由于在线路和设备型号上所不同，本次设计所采用的开关柜型号后加改字，其原来的以示区别。

低压配电屏的分类与高压基本一致。低压配电屏结构简单，价格低廉，并可双面维护，检修方便。本次设计我选用PG2型，其结构为开启式、双面维护，用薄钢板及角钢焊接而成，屏前有门，屏面上有仪表。间装有隔板，可故障范围。屏后骨架上方，主母线安装于绝缘子框上，上有防护罩，中性母线安装于在屏下的绝缘子上，有良好的保护接地系统，骨架下方旱有主接地点，仪表门上也有接地点。

第 20 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

5 电气二次部分设计概述

供电系统中,由于各种原因难免发生各种故障和不正常运行状态,其中最常见的就是短路。供电系统发生短路时，必须迅速切除故障部分，恢复其他无故障部分的正常运行。考虑到电气二次部分是附属于电气一次设备的，使通过继电保护装置对一次设备进行保护，及而保证电力系统安全、稳定、可靠、经济运行。

继电保护装置就是按照保护的要求，将各种继电器按一定的方式进行连接和组合而成的电气装置，其任务是：

（1）故障时作用于跳闸 在电力系统出现故障时，作用于前方最近的断路器，使之迅速跳闸，切除故障部分，使系统的其他部分恢复正常运行，同时发出信号，提醒运行值班人员及时处理事故。

（2）异常状态时发出报警信号 在电力系统出现不正常工作状态时，如过负荷或出现故障苗头时，发出报警信号，提醒运行值班人员及时处理，消除异常工作状态，以免发展为故障。

经以上分析可知继电保护装置的重要性是不言而预的，故应满足以下四点基本要求

【7】

：

(1) 选择性

当供配电系统发生故障时，继电保护应该有选择性地切除故障部分，非故障部分应

能继续运行，使停电范围尽量缩小。

(2) 快速性

快速切除故障，可以把故障部分控制在尽可能轻微的状态，减少系统电压因短路故障而降低的时间，提高电力系统运行的稳定性。

(3) 灵敏性

它是指继电保护装置需要对被保护设备可能发生的故障和不正常运行方式应能灵敏地感受和灵敏地反映或动作。

(4) 可靠性

它就是继电保护装置需要动作时不拘动，不需要动作时不误动。这是继电保护装置正确工作的基础。

对于具体的保护装置来说，以上四项要求不一定都是同等重要的，往往有所侧重。例如对电力变压器，由于它是供配电系统中的关键设备，因此对它的保护装置的灵敏系数要求比较高，而对一般电力线路的保护装置，灵敏系数可略低一些，但对其选择性则

第 21 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

要求比较高。在无法兼顾选择性和速动性的情况下，为了快速切除故障以保护某些关键设备，或者为了恢复系统的正常运行，有时甚至不惜牺牲选择性来保证速动性。

6 主变压器的保护

6.1 主变压器的保护原则及规范

根据GB14285—93 《继电保护和安全自动装置技术规范》中规定，变压器一般应装设下列继电保护装置：

(1) 反应变压器绕组、引出线的相间短路、中性点的直接接地侧绕组、引出线和套管的接地短路，以及绕组匝间短路的电流速断保护或纵联差动保护。

(2) 反应外部相间短路的过电流保护、复合电压的过电流保护、负序电流保护和阻抗保护。（根据实际情况选择其一即可。该设计为降压变电站，须采用过电流保护。）

(3) 反应中性点直接接地电力网中单相接地短路的零序后备保护。 (4) 反应对称过负荷的保护。（过负荷经延时动作于信号。） (5) 作用于信号或动作于跳闸的装置。

根据GB 50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》的相关规范进行设计：【13】

第4．0．3条 对变压器引出线、套管及内部的短路故障， 应装设相应的保护装置，并应符合下列规定：

一．10MVA及以上的单独运行变压器和6.3MVA及以上的并列运行变压器， 应装设纵联差动保护。6.3MVA及以下单独运行的重要变压器，亦可装设纵联差动保护。

二、10MVA以下的变压器可装设电流速断保护和过电流保护。2MVA 及以上的变压器，当电流速断灵敏系数不符合要求时，宜装设纵联差动保护。

第4．0．5条 对由外部相间短路引起的变压器过电流， 应装设相应的保护装置。保护装置动作后，应带时限动作于跳闸，并应符合下列规定：

一、过电流保护宜用于降压变压器。

第4．0．10条 高压侧为单电源，低压侧无电源的降压变压器，不宜装设专门的零序保护。

第 22 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

第4．0．11条 0.4MVA及以上，线圈为星形- 星形联结低压侧中性点直接接地的变压器，对低压侧单相接地短路应选择下列保护方式，保护装置应带时限动作于跳闸。

一、利用高压侧的过电流保护时，保护装置宜采用三相式。 二、接于低压侧中性线上的零序电流保护。 三、接于低压侧的三相电流保护。

第4．0．12条 0．4MVA及以上，一次电压为10KV及以下， 线圈为三角－星形联结，低压侧中性点直接接地的变压器，对低压侧地相接地短路，当灵敏性符合要求时，可利用高压侧的过电流保护。保护装置带时限动作于跳闸。

第4．0．13条 0．4MVA及以上变压器， 当数台并列运行或单独运行并作为其它负荷的情况装设过负荷保护。对三线圈变压器。保护装置应能反应各的备用电源时，应根据可能过负荷侧过负荷的情况。

6.2 主变压器保护的整定与校验

6.2.1 变压器过电流保护的整定计算

采用GL15 型过电流继电器，两相两继电器式接线。 (1) 过电流保护动作电流的整定计算公式：Iop其中：IL.max1.51250310108.25 A

krelkkrekiIL.max

Krel1.3，K1，Kre0.8，Ki300560，

因此动作电流为：

Iop1.310.860108.252.93A，整定为 4A

(2)过电流保护灵敏系数的校验：

SpIk.minIop.11.5

)/KT其中：Ik.minIk(223244.65/(10/0.4)1.55KA

第 23 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

Iop.1IopKT410/0.4100A 其灵敏系数为：

SpIk.minIop.1155010015.51.5

满足灵敏系数大于1.5的要求。

6.2.2 变压器电流速断保护的整定计算

采用GL15 型的速断保护装置。

（1）电流速断保护动作电流的整定计算公式：

IqbkrelkkiKTIk.max1.4160(100.4)3532A

速断电流倍数为：KqbIqbIop3187.75 ＜8 说明该电流互感器的变比满足要求。

（2）过电流速断保护灵敏系数的校验： SpIk.minIqb.1)1.5 其中：Ik.minIk(2/KT2324.43.90KA

其灵敏系数为： Sp15503248.441.5

按GB50062-92规定电流保护的最小灵敏系数为2，因此这里装设的电流速断保护的灵敏系数是达到要求的。

6.2.3 变压器过负荷保护的整定计算

1250Iop（1.2～1.25）

I1nKi1.23101.44A 3005过负荷保护动作时间的整定计算一般取10S。

第 24 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

7 电力线路的保护

7.1 电力线路保护的规范及原则

电力系统的运行方式一般可分为大电流接地系统和小电流接地系统两类：小电流接地系统为中性点不接地或经消弧线圈接地的系统,一般为6～35KV的系统;大电流接地系统为中性点直接接地,一般为0.4KV低电压；110KV及以上的系统。此时,小电流接地系统输电线路的继电保护一般为过电流保护,必要时也可采用较简单的距离保护和纵差保护;大电流接地系统由于电压等级高,输送容量大。故对输电线路的保护要求相对较高,继电保护类型也较多,(包括:零序电

流保护、距离保护、高频保护和相差保护等)。

根据GB 50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》的相关规范进行设计：

第5．0．1条 对3～63kV线路的下列故障或异常运行，应装设相应的保护装置： 一、相间短路；二、单相接地；三、过负荷。

第5．0．2条 对3～10kv线路装设相间短路保护装置，应符合下列要求：

一、由电流继电器构成的保护装置，应接于两相电流互感器上，同一网络的所有线

路均应装在相同的两相上；

二、后备保护应采用远后备方式；

三、当线路短路使发电厂厂用母线或重要用户母线电压低于额定电压的60％时，以

及线路导线截面过小，不允许带时限切除短路时，应快速切除故障；

四、当过电流保护的时限不大于0．5－0．7s时，且没有第三款所列的情况，或没有

配合上的要求时，可不装设瞬动的电流速断保护。

第5．0．3条 在3～10kV线路装设的相间短路保护装置，应符合下列规定： 一、对单侧电源线路可装设两段过电流保护：

第一段为不带时限的电流速断保护； 第二段为带时限的过电流保护。

第 25 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

可采用定时限或反时限特性的继电器。对单侧电源带电抗器的线路，当其断路器不能切断电抗器前的短路时，不应装设电流速断保护。此时，应由母线保护或其它保护切除电抗器前的故障。保护装置仅在线路的电源侧装设。

二．从侧电源线路，可装设带方向或不带方向的电流速断机过电流保护。对1－2km双侧

电源的短线路，当采用上述保护不能满足选择性、灵敏性或速动性的要求时，可采用带辅助导线的纵差保护作主保护，并装设带方向或不带方向的电流保护作后备保护。对并列运行的平行线路宜装设横联差动保护作为主保护，并应以接于两回线电流之和的电流保护，作为两回线同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护。

第5．0．6条 对可能时常出现过负荷的电缆线路，应装设过负荷保护。 保护装置宜带时限动作于信号；当危及设备安全时。可动作于跳闸。

7.2 10KV和0.4KV电力线路的保护

7.2.1 10KV线路保护

过电流保护整定计算：过流保护应躲开下一级保护处的最大三相短路电流，由于这种系统高压侧距离很短，各点的短路电流相差无几，灵敏度达不到要求，因此用躲过最大三相短路电流来整定。

IopKrel*KwKre*Ki*IL.max1.3*10.8*60*1.5*12503*10*122.931A 取整数为

4A

按保护装置处的最小两相短路电流校验其灵敏度

3SpIk.minIop.12*44.65100.415.51.5 满足要求

4*

第 26 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

7.2.2 0.4KV线路保护

过电流保护整定计算：过流保护应躲开下一级保护处的最大三相短路电流。

IopkrelkkrekiIL.max1.3*10.8*60*1.5*12503*101.46 取整数

4A

按最小运行方式下线路始端两相短路电流校验其灵敏度

3SpIk.minIop.12*44.65/(10/0.4)4*100.415.51.5 满足要求。

第 27 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

计算书

1 计算负荷与无功补偿

1．1 0.4KV照明配电部分的负荷计算

由设计说明书中的负荷分析可知，计算过程中：

Kx=0.35，COS =0.7Tan =1.02.

（1） 0.4KV照明部分有功功率的计算： Pe=700+700+7072+360+270+120+213=3777

P30(1)=KxPe=0.353777=1321.95KW

（2） 0.4KV照明部分无功功率的计算：

Q30(1)=P30(1)Tan=1321.951.02=1348.3Kvar

1.2 0.4KV专用配电部分负荷计算

计算过程中有关数据的取值详见下表：

名 称 需要系数 电梯 应 急加 压BAT BAP 地下室照 明 箱 照 明 风 机 电 源 电源 1 0.8 0.75 1 0.8 0.75 0.5 0.5 1.732 1 1 0 0.8 0.8 0.75 0.8 1 0 Kx COS Tan （1）电梯的负荷计算：

P30(2)=KxPe=0.588=44KW

Q30(2)=P30(2)Tan=441.732=76.208Kvar

（2）应急照明的负荷计算： P30(3)=KxPe=1302=60KW

第 28 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

Q303=P30(3) Tan=0Kvar

（3）加压风机的负荷计算： P304=KxPe=0.8452=72KW

Q304=P304 Tan=720.75=54Kvar

（4）BAT部分的负荷计算：

P305=KxPe=602+252+502+200+802=630KW

Q305=P305 Tan=6300.75=472.5Kvar

（5）BAP部分的负荷计算： P306=KxPe=70+20+202=130 KW Q306=P306 Tan=1300.75=97.5 Kvar （6）地下室照明箱的负荷计算：

P307=KxPe=0.825=20KW

Q307=P307 Tan=0Kvar

1.3 该变电站总的负荷计算与无功功率补偿

考虑到各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素,因此确定多组用电设备的负荷计算时,应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时性系数 KP和Kq,对总降压变电所的KP和Kq分别取:0.8 ~0.9和0.93~0.97.以下计算时取: KP=0.9和Kq=0.95。 （1） 总的有功、无功负荷计算： P30=KPQ30=KqP=0.9(1321.95+44+60+72+630+20+130)=0.92277.95=2050.155KW

30iQS3030i=0.95(1348.3+76.208+54+472.5+97.5)= 1994.597Kvar

（1） 总的视在功率计算：

22Q30=(2050.155)2(1994.597)2=2860KVA = P30 主变压器容量的选择条件为:SNTS30,因此未进行补偿计算时,主变压器总容量应选为2000KVA .此时变电所低压侧的功率因数为：

COS=

第 29 页 共 59页

P30S30=

2050.1552860=0.7

华北水利水电学院毕业设计

（1） 无功补偿容量的计算：

国家电力工业部于1996年制订的《供电营业规则》规定：用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列规定：100KV及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上 ，其他电力用户和大、中型电力排灌站、售电企业，功率因数为0.85以上。并规定，凡功率因数未达到上述规定的应增添无功补偿装置。

要使低压侧功率因数由0.7提高到0.93，则低压侧需装设的并联补偿电容容量为：

QcP30*tanarccostanarccos’=2050.155（1.02-0.395）=1281.3468Kvar

一般 Qc的值取整数， Qc=1300Kvar （4）补偿后的变压器容量 变电所低压侧的视在计算负荷为：

S30’2222（Q30QC）=（2050.155）=P30（1994.5971300）=21.624KVA 变压器容量及台数的确定原则和选择的理由，参见设计说明书。 变压器的功率损耗计算为：

PTP0Pk2=2.405+16.4（

214301250）2=23.868KW

QTI%U%S30SNK100100SN=125021..514301001001250=75.61Kvar

考虑变压器功率损耗后变电所高压侧的负荷计算为：

P30(1)P30PT2050.155+23.868=2074.023KW

Q30Q30QT（1）’’=（1994.597-1300）+75.61=770.207Kvar

’2S30(1)’P30Q30（770.207）=2190Kvar （1）（1）=（2050.155）’222无功补偿后变电站的功率因数为： COS’P30（1）S30（1）’’2050.15521900.93

这个功率因数满足规定要求。

第 30 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

2 短路电流计算

2.1 系统中短路回路各元件电抗标么

G1:S1=15MVAXS1=0.9G2:P=35MWcosΦ=0.8XS2=0.9XL1K-1XT1K-2XL2XT2

计算时取Sd=100MVA,UdUav=10.5KV为基准值。

*G1的系统电抗：XsXs1SdS1=0.910015=6

100G1的线路电抗：X*wl1X0lSdUd2=0.081.5100350.810.52=0.109

G2的系统电抗：Xs2Xs*SdS20.9 =2.057

100G2的线路电抗：Xwl2X0l*SdUd20.080.710.5=3.6

2 =0.051

变压器电抗： XT*Uk%100*SdSN=

4.51001001.252.2 K—1点处短路电流计算

等效电路图为：

3.6G10.109K-1G22.10.051

第 31 页 共 59页

2ac2acXX 华北水利水电学院毕业设计 G1的系统总电抗：X1XG2的系统总电抗：X1XG1的计算电抗： Xca1X1*s1*s2XX*wl1*wl2 =3.6+0.109=3.709 =2.1+0.05=2.151

15100SN1Sd3.709=0.55635

G2的计算电抗 ： Xca2X1G1、G2系统的基准电流值：

SN2Sd352.1510.8=0.941 100 Id1S13UdS23Ud15310.5350.8=0.825KA

Id2310.5=2.406KA

G1系统对短路点的短路电流：

查0S 曲线（以汽轮机为参考）,对应Xca1=0.55635

IG1=1.88 IG1=IG1Id1=0.8251.88=1.551KA

\"*””

查0.2S曲线,对应Xca1=0.55635

IG(0.2)=1.65 IG1=IG(0.2)Id1=0.8251.65=1.36125KA

*””*”查4S曲线,对应Xca1=0.55635

IG4=1.95 IG1=IG4Id1=0.8251.95=1.60875KA

*”*””G2系统对短路点的短路电流：

查0S曲线，对应Xca2=0.94

IG2*”=1

IG2=IG2Id2”*”=2.4061.09=2.62KA

查0.2S曲线，对应

*””=0.94

*”IG2(0.2)=1.02 IG2=IG2Id2=2.4061.02=2.45KA

查4S曲线，对应

*”=0.94

*””IG2(4)=1.2 IGIId2=2.4061.2=2.88KA 2=G2(4)K—1短路点总的三相短路电流：

I0sIG1IG2=1.551+2.62=4.171KA

”””I0.2sIG1(0.2)IG2(0.2)=1.36125+2.45=3.81125KA

”””

第 32 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计 II4sIG1(4)IG2(4)=1.60875+2.88=4.48875KA

””””K—1短路点的短路容量：

Sk13IUd”34.17110.5=75.85MVA

K—1短路点的冲击电流：

ish12.55I”=2.554.171=10.636KA

2．3 K—2点处短路电流的计算

为了求该点的短路电流需要对等值电路化简（见下图）：

3.709G13.6K-2G22.1513.6

对等值电路进行星-三角变换如下:

3.709G1

K-21.8G22.151

等值电路的化简图如下：

10.29G1K-2G24.99

第 33 页 共 59页

1G 华北水利水电学院毕业设计

Y—变换：

XG1X1X2X1XXT2=3.709+2.151+

3.7092.1511.8=10.29

XG2XTX2XTX2X11.82.1511.82.1513.709=4.99

的计算电抗为：

Xca1XG1S1Sd10.2915100=1.5435

G2的计算电抗： Xca2XG2S1Sd354.990.8=2.18 100

、G2系统的基准值为：

Id1S13Ud153*0.4=21.65KA

Id2S23Ud350.83*0.4=63.2KA

G1系统对短路点的短路电流：

查0S曲线（以汽轮机为参考），Xca21.54

”*”IIId1=0.6721.65=14.5055KA I0*”s=0.67 0s= 0s查0.2S曲线，Xca21.54

I0.2s=0.61 I0.2s*””Id1=0.6121.65=13.2065KA =I0*.”2s查4S曲线，Xca21.54

I4s*””*”IId1=0.6921.65=14.9385KA =0.69 I4s=4sG2系统对短路点的短路电流：

查0S曲线，Xca2=2.18

I0s*””*”IId2=0.46563.2=29.388KA =0.465 I0s=0s查0.2S曲线，Xca2=2.18

I0.2s=0.435 I0.2s*””Id2=0.43563.2=27.492KA =I0*.”2s查4S曲线，Xca2=2.18

第 34 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

” I4*”=0.47 I4 =I4*”Id2=0.4763.2=29.704KA sssK—2短路点总的三相短路电流：

I0sIG1(0s)IG2(0s)=14.5055+29.388=38.31KA

I0.2sIG1(0.2S)IG2(0.2s)=13.2065+27.492=40.6985KA

”””II4sIG1(4s)IG2(4s)=14.9385+29.704=44.55KA

”K—2短路点的短路容量：

Sk23I”Ud338.310.4=26.54KVA K—2短路点的冲击电流：

ish21.84I”=1.8438.31=70.4904KA

3 电气一次设备选择与校验

3．1 10KV侧电气设备的选择与校验

3．1．1 进线断路器的选择与校验

按照工作额定电压不应低于装设地点电网的额定电压；额定电流不应小于最大允许工作电流：

根据计算电流： I301.05S3Ud1.051250310=75.78A

断路器根据 IN≥Igmax Soc≥Sk\" 选择: 初选ZN4—10/630型，其参数如下：

IN630A Soc300MVA imax=30KA It=17.3KA

（1）动稳定校验： 条件： imax≥ish

imax：动稳定电流； ish：三相短路冲击电流

校验： imax=30KA，ish=10.636KA，则imax≥ish 以上数据表明满足检验条件，则该断路器符合要求。

第 35 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

（2）热稳定校验： 条件： It2t≥I2tima

It：热稳定电流； I：三相短路稳态电流；

tima：短路假想发热时间（单位：S）；其计算式为：tima=tk+0.05(I″/I) tk ：短路持续时间，该电路主保护动作时间加对应的断路器全分闸时间之和。

It2t=(17.3)2×4=1197KA·S>I2tim=(4.49)2×2.14=42.95KA2·S 故满足热稳定验。 以上数据表明满足检验条件，则该断路器符合要求。

3．1．2 进线隔离开关的选择与校验

选择方法同上，初选GN8-10T/200型，其参数如下：

IN2006

A imax=25.5KA It=10KA t=5S

（1）动稳定校验： 条件： imax≥ish

imax：动稳定电流； ish：三相短路冲击电流；

校验： imax=25.5KA，ish=10.636KA，则imax≥ish 以上数据表明满足检验条件，则该隔离开关符合要求。 （2）热稳定校验： 条件： It2t≥I2tima

It： 热稳定电流；I：三相短路稳态电流

校验： It=10KA，I=4.49KA，t=5S，tima=tk+0.05(I″/I)2=2.14S

2由It2t=102×5=500KA2·S >Itima=(4.49)2×2.14=42.95KA2·S可知，该隔离开关满

足设计要求。

3．1．3 变压器高压侧断路器和隔离开关的选择与校验：

该处断路器、隔离开关的选择、校验方法与进线的断路器、隔离开关的选择与校验方法相同。

第 36 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

所选断路器型号：ZN4—10/630； 所选隔离开关型号：GN86-10T/200；

经以上校验可知，此种型号的断路器和隔离开关满足该处的要求。

3.1.4 10kv母线分段断路器、隔离开关的选择与校验

按最大允许长期工作电流选择：

Igmax0.8ST3UT0.8125031057.7A

初选 ZN4—10/630型。 检验方法同进线断路器校验。

隔离开关的选择方法同上，初选GN86-10T/200型，检验方法同进线隔离开关校验。

3.1.5 10kv母线与进线电缆的选择与校验：

（1）10kv母线：

①根据最大允许长期工作电流进行选择：

Ig.max1.05STUT3=1.051250103=75.78A

单相母线承受的最大持续工作电流：

Ig.max1=

75.783=25.26 A

根据88D《电力变压器室布置》标准图集的规定，6～10KV变电所高压LMY型硬铝母线的尺寸为：（404）mm2。所以我选用一条（40×4）mm2的矩形铝母线平放，实际周围环境温度为37。℃，而40℃时的允许载流量Ial=2150.95=204.25A,且Kf=1,因为环境温度不同，要考虑温度修正。 Ial.1=

al0alNIal=

70377040204.25=214A >Ig.max1=25.26 A 满足发热条件。

②热稳定校验： 条件： S ＞Smin= I(3)(K1)timaC C－热稳定系数（查表知：C=87）

第 37 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

0.19187 Smin=44=22.5mm2，而所选截面积为（40×4） mm2大于22.5mm2所

以满足热稳定条件。

③动稳定校验： 条件： al≥c

c=

MW, Mf*L102 , f0.173*1a*ish6

2, Wbh62

al—母线允许的最大应力，（查表知al=7010Pa）；c—所选母线的计算应力； a母线的相间距离 ； L—母线的绝缘子跨距；

单位长度母线相间电动力：f0.173母线的最大弯矩：MfL1021aish0.1732210.710.63627.93N2 /M

27.931.2104.02N/M

母线承受的最大相间应力：

Wbh6MW2=

4*103*(40*1063)21.07*107m

3c=

3.881.07103.631096<al=70*106pa

66又Lmax=7.6ishalWa7.610.63670101.07100.73.8M

当绝缘子跨距取L①根据经济电流密度选择母线截面：根据Tmax=5000h，查表得J=0.76（A/mm2）。 则电缆的经济截面积为：Se=(1.05ST/3*UN)/0.76=30.38=99.70(mm2)； 选用截面为：120mm，其Ial.1=

2

al0alNIal=

90209025205=214.3A > I30=75.8A

②热稳定校验：Smin=（44×0.191）÷77=25.48mm2＜120mm2

经以上计算、比较可知，该型号电力电缆满足要求。但根据供电部门的要求：10KV电压级的电缆截面应不小于185mm2，又考虑到变电所的发展情况，故我选用型号为YJL22-10000-3240mm2的交联聚乙烯绝缘铝芯直埋敷设电力电缆。

第 38 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

3.1.6 变压器高压侧电缆选择与校验：

初选条件同上,拟采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘铝芯电力电缆直接埋地敷设。 根据88D《电力变压器室布置》标准图集的规定，6～10KV变电所高压LMY型硬铝母线的尺寸为：（404）mm2。所以我选用一条（40×4）mm2的矩形铝母线平放，实际周围环境温度为37。℃，而40℃时的允许载流量Ial=2150.95=204.25A,且Kf=1,因为环境温度不同，要考虑温度修正。

Ial.1 =

al0alNIal=

90209025204.25=214A > Id1=25.26A

满足发热条件。

热稳定和动稳定校验方法同10KV进线电缆的选择，由于短路点相同、短路电流也相同，经以上计算可知，满足校验条件。故选YJL22-10000-325型号的电力电缆即可满足要求。但根据供电部门的要求：10KV电压级的电缆截面应不小于185mm2，又考虑到变电所的发展情况，故我选用型号为YJL22-10000-3240mm2的交联聚乙烯绝缘铝芯直埋敷设电力电缆。

3.1.7 10KV母线支持绝缘子的选择与检验

（1）根据母线的额定电压（10.5KV）和屋内装设的要求。试选用ZB—10Y型支持绝缘子。

其参数为：机械破坏负荷为：F= 3677KN

（2）动稳定校验： 条件： F≤0.6FP

其中： F为作用在支持绝缘子上的 电动力；

FP为支持绝缘子的机械破坏负荷（设计手册或产品手册中查得）；

因为FP是使其破坏的值，乘以0.6后，才是保证安全的值。

①母线系统的固有频率为：

f0112*riL2112*2.1321202*1.55*104278HZ

第 39 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

因为f0=278＞155HZ，故β=1

②作用在绝缘子上的电动力依据下式求得：

F0.173i2shLcaa2=0.17310.6361.20.71=33.55N

0.6FP=0.63677=2206.2N （母线是一片平放的） 由于0.6FP＞＞F，故满足动稳定要求。

3.1.8．高压熔断器及高压电流、电压互感器的选择与校验

（1）熔断器的选择与检验：

①选择依据：熔体额定电流INFE不得小于线路的计算电流I30。

I30S3Ud1250310=72.2A

熔断器额定电流应不小于熔体额定电流INFE ，故初选熔断器型号为：RN2。

②断流能力校验：断流容量大于短路容量。 条件： Soc≥Sk

Soc：额定断流容量 Sk：三相短路容量

校验： Soc=1000MVA，Sk=75.85MVA，则Soc≥SkS。 以上表明满足检验条件，则该熔断器符合要求。 （2）电流互感器的选择与检验：

①选择依据：额定电压应不低于装设地点的额定电压，其额定一次电流应不小于电路的计算电流。则：

I30S3Ud12503*10=72.2A

初选电流互感器的型号为：LQJ-10。 其参数为：Kes=225（动稳定倍数） 一次侧额定电流为0.1KA 1S时热稳定倍数为90 ②动稳定校验： 条件：Kes2I1N≥ish225

20.1=31.8 >10.636

以上计算表明，满足校验条件（即符合要求）。

第 40 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

③热稳定校验 条件：（I1NKt）2=Qk

其中：Kt：电流互感器的热稳定倍数； I1N：电流互感器的额定一次电流；

Qk：短路电流在短路作用时间内的热效应。

计算Qk的值：

Ⅰ.短路切除时间的计算：tktptb=0.05+0.1=0.15S Ⅱ.周期电流热效应： QPtk12I\"210I0.4tIt=

220.15124.171103.8114.4222=2.28KA·S

2

Ⅲ.因为tk〈1S，故计算非周期分量电流热效应，由于tk=0.15S〉0.1S，查非周期分量时间常数表得Ta=0.05。非周期分量热效应为：

QnpTaI\"2=0.054.42=1.007KA2·S

Qk=QP+Qnp=2.28+1.007=3.28<（I1NKt）2=(0.190)2=81 经以上计算可知,该型号的电流互感器满足要求。 （3）电压互感器：

选择条件同上，初选 JDZ2-10

由于电压互感器一、二次侧装有熔断器保护，因此不需要进行短路热稳定和校验。

3.1.9 避雷器的选择

为了防止雷电波产生的过电压沿线路侵入变配电所或其他建筑内，以免危及被保护设备的绝缘,避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。低压线路在入户端应将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上。本次设计采用普通碳化硅阀式避雷器，其型号为：FS4-10。

第 41 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

3.2 低压侧电气设备的选择与校验

3.2.1 变压器低压侧断路器和刀开关的选择与校验

（1）断路器的选择与校验：

①选择依据：额定电压不应低于装设地点电网的额定电压；脱扣器额定电流应大于计算电流；

最大长期工作电流：IgmaxST3*UT10003*0.381.9 KA

初选断路器的型号为：DW16-2000/3

其参数为：Ioc=50KA 脱扣器额定电流为：2000A

②断路器断流能力的校验条件：

对动作时间在0.02S以上的断路器校验条件：IocIk(3) Ioc50KA>Ik(3)=38.31KA 经以上校验符合要求。

（2）低压刀开关的选择：

依据补偿后的负荷计算电流进行低压刀开关的选择 ： I30S303UN'12219030.381216A

' S30是总的视在功率，由于选了两台变压器，计算时应除以2。根据INI30的要求，

故我选型号为：HD13—2000/30型的低压刀开关，即可满足要求。

3.2.2 低压侧电流互感器的选择

额定电压应不低于装设地点的额定电压，其额定一次电流应不小于电路的计算电流；则：

I30STUT*3=

10003*0.38=1.9KA

选择 LMZJ6-0.38-2000/5 型电流互感器（由于资料欠缺，不能进行相关的校验）。

第 42 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

3.2.3 0.4kv母线的选择与校验

（1）按长期发热允许电流选择母线截面 变压器回路最大持续工作电流为：

Ig.max1.05*STUT*3=1.0512500.38*3=1994A

单相母线最大持续工作电流

Ig.max1=

19943=6.58A

根据88D《电力变压器室布置》标准图集的规定，6～10KV变电所低压LMY型硬铝母线的尺寸为：（120×10）mm2。所以我选用一条（120×10）mm2的矩形硬铝母线平放，实际周围环境温度为37。℃，而40℃时的允许载流量Ial=16800.95=1596A,且Kf=1,因为环境温度不同，要考虑温度修正。Ial.1=1596>Ig.max1=6.58 A 满足发热条件。

（2）热稳定校验： 条件：S≥Smin=I Smin=

(3)∞(k-1)

timaC （C－热稳定系数，经查表知C=87）

44687*0.191=225mm2＜初选母线截面积为120×10=1200mm2 满足条件。

（3）动稳定校验： 条件：al≥c

c=

MW, Mf*L102 , f0.173*1a*ish2, W6

bh62

al—母线允许的最大应力（查表知al为7010Pa） c—所选母线的计算应力

a母线的相间距离 l 母线的绝缘子跨距

单位长度母线相间电动力：

f0.173*1a*ish20.173*210.7*70.491227N2/M

M=

fL10212271.210176.7

第 43 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

母线的最大弯矩：

Wbh62=

10*103(120*1063)22.4*105m3母线承受的最大应力：

c=

MW=

176.72400*107.36*10Pa <al86=70*106pa

经以上校验可知该型号LMY-3×（120×10）的母线符合要求。

（4）中性线选择条件：S0=（0.5～0.6）A=0.51200600mm2 选0.4KV母线的型号为：LMY-3（120×10）+（806）mm2

3.2.4低压侧母线分段断路器的选择

（1）按照低压侧负荷的最大工作电流：

Ig.max1.05*STUT*3=1.0510000.38*3=1994A

选择型号为：DW15—2000/3

其参数为：脱口额定电流为2000A

分断电流为60KA 瞬时动作整定电流为28KA

（2）断路器断流能力的校验

对动作时间在0.02S以上的断路器校验条件：IocIk(3) Ioc60KA>Ik(3)=38.31KA

故该型号的低压断路器，可以满足该处的需要。

3.2.5 0.4KV负荷出线电缆、断路器、刀开关的选择

负荷的计算

IA1#楼高层西座/东座1-13层：

P30= KxPe=0.8700= 560kw S30= P30/ cosφ=560/0.7=800kva

第 44 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

I30=

S303*UN=800/(1.7320.38)=1215A

IA1#楼高层西座/东座14-26层：

P30= KxPe=0.8707=565.6kw S30= P30/ cosφ=565.6/0.7=808kva I30=

S303*UN=808/(1.7320.38)= 1228A

IA#2楼照明

P30=0.8360288KWS30=288/0.7=411 kva I30=

S303*UN

=411/（30.38）=628A

IA#3楼照明（计算数值均相同）：

P30= KxPe=0.8270= 216kw S30= P30/ cosφ=216/0.7=308kva I30=

S303*UN=308/(1.7320.38)= 471A

IA#4楼照明

P30= KxPe=0.8120=96KW S30= P30/ cosφ=96/0.7=137 kva I30=137/30.38=208A IA#2楼照明

P30= 0.8213170KWS30=170/0.7=243 kva I30=

S303*UN

=243/（30.38）=369.2A

根据以上各照明部分的计算数据可以选定所需设备。例如：IA1#楼高层西座/东座14-26层。由计算电流及电压等级可选出断路器和刀开关。初选线路电缆时，由于计算电流过大给设备选择带来不便，拟采用两条电缆线路进行供电。将14-26层分为14-20层和21-26层两部分，分别用电缆供电。这样选设备时计算电流应计一半。设备型号为： 断路器：DZ20-315/3 刀开关：HD13-400/31

第 45 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

IC446*760.191电缆的选择：先计算最小截面Smin=tima256mm2

相关参数查《工厂供电设计指导》1-3kv铝芯电缆表得，因此拟选电缆型号为：VLV22-1000-3×240mm2＋（1×120）mm2。

允许载流量：Ial=347A，因为实际土壤温度与标准土壤温度不同，要考虑温度修正，

Ial.1=

al0alN70207025×347=365.738A > I30=335.6A 满足发热条件。

到此，IA1#楼高层西座、东座14-26层的设备选择完毕。又由于所有负载电缆的最小截面积计算公式相同，而且此负荷的电流又是所有负荷中最大的，因此其它设备的电缆选择可不用进行，均按此型号选择即可满足要求。断路器和刀开关需另行选择，其方法步骤均与此相同，因此不再逐个计算而是根据负荷计算电流给出所选型号（附录表二）。IA1#楼高层西座、东座 1-13层与IA1#楼高层西座、东座14-26层情况相同，设备仍按照IA1#楼高层西座、东座 14-26层的设备选择即可满足要求。

第 46 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

附表二：负荷计算数据表 名 称 IA1#西座 1-13层 IA1#东座 1-13层 IA1#西座 14-26层 IA1#东座 14-26层 IA3#楼照明 IA2#楼照明 IA4#楼照明 IA5#楼照明 电 梯 东、西应 急照明 东、西加 压风机 BAT1、2 双 电 源 BAT3、4 双 电 源 BAT5、6 双 电 源 BAT7 双 电 源 BAT8、9 双 电 源 BAP1、3 双 电 源 BAP2、4 双 电 源 BAP5、6 双 电 源 地下室照明箱

额定容量Pe/kw需要系数Kx P30/KW S30/KVA I30A 700 700 707 707 270 360 120 213 88 302 452 302 33.52 82 149.4 5.42 70 20 202 15 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.5 1 0.8 1 1 1 1 1 1 1 1 0.8 560 560 565.6 565.6 216 288 96 170 44 60 72 60 67 16 149.4 10.8 70 20 40 12 800 800 808 808 308 411 137 243 88 60 90 80 83.75 20 186.749 13.5 87.5 25 50 12 1215 1215 1228 1228 471 628 208 369.2 133.7 91.16 136.7 227.9 94.96 1.9 379.8 303.88 132.95 37.98 75.97 30.39 附表三：0.4kv负荷侧设备选择型号表：

第 47 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

安装地点 IA1#西座 1-13层 IA1#东座 1-13层 IA1#西座 14-26层 IA1#东座 14-26层 IA2#楼照明 电力电缆 VLV22-1000-3×240mm＋1×120 mm VLV22-1000-3×240mm＋1×120 mm VLV22-1000-3×240mm＋1×120 mm VLV22-1000-3×240mm＋1×120 mm VLV22-1000-3×240mm＋1×120 mm VLV22-1000-3×240mm＋1×120 mm VLV22-1000-3×240mm＋1×120 mm VLV22-1000-3×240mm＋1×120 mm 同上 同上 同上 同上 同上 同上 同上 同上 同上 同上 同上 同上 2222222222222222刀开关 HD13-400/31 断路器 DZ20-315/3 备注 HD13-400/31 DZ20-315/3 HD13-400/31 DZ20-315/3 HD13-400/31 DZ20-315/3 HD13-400/31 DZ20-80/3 IA3#楼照明 HD13-400/31 DZ20-80/3 IA4#楼照明 HD13-400/31 DZ20-80/3 IA5#楼照明 电 梯 东、西应急照明 东、西加压风机 BAT12双 电 源 BAT34双 电 源 BAT56双 电 源 BAT7 双 电 源 BAT双 电 源 BAP13双 电 源 BAP24双 电 源 BAP56双 电 源 地下室照明箱

HD13-400/31 HD13-100/31 HD13-100/31 HD13-200/31 HD13-400/31 HD13-100/31 HD13-200/31 HD13-400/31 HD13-400/31 HD13-200/31 HD13-100/31 HD13-100/31 HD13-100/31 DZ20-80/3 DZ20-80/3 DZ20-63/3 DZ20-80/3 DZ20-80/3 DZ20-80/3 DZ20-20/3 DZ20-180/3 DZ20-20/3 DZ20-180/3 DZ20-80/3 DZ20-80/3 DZ20-32/3

第 48 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

结 束 语

转眼间，四年的在华北水利水电学院的求学时间即将结束，回顾这四年里的学习和生活，虽然平平坦坦，虽苦但更多的是有收获，过得充实，没有留下更多的愦憾。

毕业设计是一名在校大学生走出校门之前，在学校学习的最后一个环节，而我的毕业题目是10KV降压变电站的设计，设计时间为13周，通过本次设计让我学习到很多东西，体会到很多东西。一方面非常有效地系统地将大学所学的知识进行一次贯穿，更有利我对所学知识的了解和掌握，对电力规范也有一定的了解。 对于本次设计，我有以下几点体会：

1、毕业设计是一个综合性设计，不同于以往的课程设计，涉及的知识面广，需要查阅的

相关文献资料也比较多。

2、设计中不能单单仅只作简单的选择，而应该符合国家的相关法律法规，各种设计规范

等。

3、设计中往往出现所选择的设备在计算中符合原理要求，按理说这样选择出的设备是能

运用的，但此时还考虑到实际情况诸如供电部门的要求等，最后才能选择出合理的设备。

4、设计中在电气设备选择时，不同的设备在系统中承担的任务和工作条件是不同的，必

须对不同的设备进行校验计算。

5、本次设计过程中出现的各种问题，通过向教师，同学请教，参考相关文献资料，一方

面让我感受到了“团结就是力量”、“三人行，必有我师”的道理，另一方面也让我养成了查阅资料的习惯。

6、本次设计的外文翻译文献，让我对外语的学习有更进一步的提高，设计的打印要求，

也让我对计算机的一些操作有更深的掌握。

7、本次设计虽是一个简单地初步设计，但对以后的工作是有所影响的，同时

让我感受到了从事电力工作那种“严谨、严格、严肃、严密”的工作态度。 最后，这次设计能够顺利完成对所有关心和支持我的教师表示感谢，对存在的问题我将在以后的日子更加努力地学习和奋斗，为电力工作作出努力。

第 49 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

参考文献

【1】 冯金光、王士政合编. 发电厂电气部分. 第三版. 北京：中国水利水电出版社，

1995年

【2】 中国航空工业规划设计研究院等编. 工业与民用配电设计手册. 第二版. 北京：

中国电力出版社， 1994年

【3】 刘介才主编. 工厂供电设计指导. 北京：机械工业出版社， 1998年 【4】 山西省电力公司编. 电力系统. 北京：中国电力出版社， 2002年

【5】 李光琦主编. 电力系统暂态分析. 第二版. 北京：中国电力出版社， 2002年 【6】 戴绍基主编 .建筑供配电技术. 北京：机械工业出版社， 2003年

【7】 贺家李、宋从矩合编. 电力系统继电保护. 第三版. 北京：中国电力出版社，

2003年

【8】 狄富清. 城乡电网配电装置. 北京：中国电力出版社， 2001年

【9】 国家电力公司东北公司、辽宁电力有限公司合编. 电力工程师手册电气卷.

北京：中国电力出版社， 2004年

【10】刘介才主编. 供配电技术. 北京：机械工业出版社， 2000年

【11】中国电气设备市场编辑部编. 中国电气设备市场. 98/99版. 北京：中国水利水电

出版社， 1999年

【12】中华人民共和国机械工业部主编. 国家标准GB50053-94，10KV及以下变电所设计

规范. 北京：中国计划出版社， 1994年

【13】中华人民共和国机械工业部主编. 国家标准GB50062-92，电力装置的继电保护和

自动装置设计规范. 北京：中国计划出版社， 1992

【14】中华人民共和国机械工业部主编. 国家标准GB50060-92， 3～10KV高压配电装置

设计规范. 北京：中国计划出版社， 1992

【15】中华人民共和国机械工业部主编. 国家标准GB50052-95，供配电系统设计规范.

北京：中国计划出版社， 1995

第 50 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

【16】西北电力设计院编. 电力工程电气设计手册（1、2册）. 北京：中国水利水电出

版社， 1991年

第 51 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

外文原文及翻译

The Development OF Compute AND Industry OF Electricity

The power industry has long been one of the largest user of computers and among the most sophisticated in its modeling and computational techniques, and this dates back to at least the late 1920s , long before the advent of digital computers. This is quite understandable when one considers the great cost of power system equipment ,the severe operational and reliability requirements on the electricity supply and the impossible of breadboard or cut and try design .

（一）Computers and the Electric Power Industry

The heart of power system analysis lies in the solution of large networks under various condition assumptions. The application of computer is more efficient and economic means of performing routine engineering calculations required in the planning, design, and operation of a power system. Furthermore , those mentioned above require continuous and comprehensive analysis to evaluate current system performance and to ascertain the effectiveness of alternative plans for system expansion. These studies play an important role in providing a high standard of power system reliability and ensuring the maximum utilization of capital investment . The computational task of determining power flows and voltage levels resulting from a single operating condition for even a small network is all but insurmountable if performed by manual methods. The need for computational aids in power system engineering led in 1929 to design of a special-purpose analog computer called an a. c. network analyzer. This device

第 52 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

made possible the study of a greater variety of system operating conditions for both present and future system designs . It provided the ability to determine power flows and system voltages during normal and emergency conditions and to study the transient behavior of the system resulting from fault conditions and switching operations. By the middle 1950s 50 network analyzers were in operations in the United States and Canada and were indispensable tools to planning , relaying and operating engineers.

The earliest application of digital computers to power system problems dated back to the late 1940s . However ,most of the early applications were limited in scope because of the small capacity of the punched card calculators generally in use at that time . The availability of large-scale digital computers in the middle 1950s provided equipment of sufficient capacity and speed to meet the requirement of major power system problems . The initial application of the load flow program to transmission planning studies proved so successful that all subsequent studies employed the digital computer instead of the network analyzer . The success of this program led to the development of programs for short circuit and transient stability calculations. Today the computer is an indispensable tool in all phases of power system planning , design and operation. The development of computer technology has provided the following advantages to power engineering :

(1) More efficient and economic means of performing routine engineering calculations required in the planning , design and operation of a power system. (2) A better utilization of engineering talent by relieving the engineer from tedious hand calculations and permitting him to spend more time on technical work .

(3) The ability to perform more effective engineering studies by applying calculating procedures to obtain a number of alternate solutions for a particular problem to provide a broad for engineering decisions .

第 53 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

(4)The capability of performing studies , which heretofore were not possible because of the volume of calculations , involved .

Two major factors , which have contributed to the realization of these benefits , are the declining cost of computing equipment and the development of efficient computational techniques. Now that a substantial reduction in computing cost has been effected , principal effort must be directed toward the orientation of engineering problems to computer solutions. （二）Computer Applications in Design

In the past designers used slide rules and desk calculators in marking their calculations for the design of generators and other electrical machines . The speed and accuracy of the calculations depended largely on the skill of the designer in using a slide rule . However , the largely-scale use of computers, which began less than twenty years ago with the analogue electronic computer and the subsequent advent of the high-speed digital computer has improved the speed and accuracy of these calculations. The computer is no substitute for the trained and experienced designer , but when correctly programmed it carries out the necessary calculations with such ease and rapidity that the designer is left free to make more detailed studies of the problems with which he is faced. The problems are mainly those concerned with producing the best possible design of generator using the most up-to-date techniques and materials , a design which provides an economical machine and satisfies the stated requirements . To achieve the desired results it is usually necessary to analyze several alternatives before there is an attempt to optimize the final design .

The two types of computer which have become established in turbo-generator design office are the analogue and the digital computers. As the name infers ,the analogue computer interprets analogues of the problems o be analyzed. The problems must first be put into mathematical forma, programmed and then presented to the computer which is essentially an arrangement of electronic and electromechanical elements which operate on direct voltages according to basic

第 54 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

mathematical laws. In large-scale calculations with numerous iterations the unit assemblage becomes unwieldy and time-consuming . these drawbacks limit the scope of the analogue computer. The digital computer is a counting device which can deal with any problem which can be reduced to numbers and has a numerical solution. All the processes of generator design can ,therefore, be performed by it and in some design office practice the digital computer is used to obtain general solutions after which the more complex parts have been analyzed by the analogue computer.

The amount of information obtainable from a digital computer depends on the storage capacity which in most cases can be extended if required; but the preparation of a comprehensive design program for a turbo-generator is a difficult and expensive process which must be fully justified by the importance of the machine. Even then ,when a design synthesis has been completed, it is usually kept as a master program for prototype machines. Sub-programs are then used for analytical work involved in design variations.

The design procedure adopted for the computer usually reflects methods of the designer-in-charge, but in the end all the basic requirements must be covered. The first step is to write the generator specifications , i. e. MVA, power factor ,voltage, frequency , reactances , short-circuit ratio ,magnetic and electric loading ,thermal limits and any dimensions which need be used. Thus ,in a 500MW 300rev/min generator ,a 45 in. diameter rotor is an observed limit. From the input data the computer would calculate core length, open-circuit characteristic, armature ampere-turns ,gap length, gap ampere-turns ,total field ampere-turns ,stator slot size, and so on. In the program the operation must follow in logical sequence. Thus ,the synchronous reactance and the armature mmf form the basis of calculation for the gap ampere-turns ;the short-circuit ratio and the armature mmf check the saturation curve. By such cross-references as these the design is built-up to produce a final answer in terms of generator main dimensions , thermal levels ,efficiencies and frame size. This constituent the basic design which

第 55 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

is ready for analysis and optimization. To analyze the design, it is broken up into the constituent part the best design of that component ,consistent with its fitting into the general whole ,is obtained.

The analysis program are made as the required accuracy of the calculations will allow; but it must e realized that each item in the program must be a mathematical statement of the problem, and in the design of turbo-generators the term “simple” is relative. The advantages of the digital computer are accuracy and speed. Once the problem is stated the computer can give an accurate answer within minutes or even seconds. Consider, for example ,the open-circuit characteristic of a turbo-generator. A statement of the machine main dimensions, stator and rotor magnetic materials ,slots , gap length, gap coefficients and other relevant data taken from the basic design would be placed in the computer which would be required to calculate gap line for both would and unwound parts of the rotor, magnetization curves for stator and rotor teeth and cores, flux leakage effects,etc, concluding with a print of the open-circuit characteristic. For the computer to perform satisfactorily, every step in the calculation must be precisely programmed in a flow chart or diagram and suitably coded. With this done,an answer can be obtained within 10min including the reading-in of the program. Other design calculations for which the digital computer is eminently suitable are the optimizing of stator and rotor slots, with special regard to winding space factor and conductor ventilation, calculating critical speeds and deflection of rotor, calculation of stator end I winding contours, generator short-circuit torque, magnitude of end winding forces, stress analysis, ventilation problems and harmonic voltage analysis. It is a short step from calculating the open-and short-circuit characteristics of the generator to the calculation of the load characteristics. Generator stability characteristic can also be deduced mathematically but this is a field in which the analogue computer is sometimes favored.

第 56 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

计算机与电力工业的发展

很长一段时间以来电力工业已成为计算机最大的用户之一，并且在模拟和运算技术方面是最尖端的，这一点可以追溯到20年代后期远在数字计算机出现之前，这一点我们不难理解，当人们考虑到电力设备的巨大造价，电力供应的艰难运行和安全要求以及手提式电子实验线路板和实验性设计的不可能性。（一）数字计算机与电力系统

电力系统研究的核心在于在不同的条件和前提下，对大电网的解决方法。计算机的应用是完成常规工程运算的一种更为有效而经济的手段，而这种运算还是电力系统的规划、设计以及运行所要求的，而且上述要求需要不断地深入研究分析以评价电力系统的操作和确定系统发展的供选方案的有效性。这些研究在提供高标准的电力系统可靠性和确保最大的利用资本投资方面起了重要的作用。

如果使用人工操作方法的话，即使是有一个小电网的单一运行所产生的功率通量和电压水平的测定运算任务，简直是不可驾驭的。1929年，在电力系统工程中对运算仪器的需要导致了设计专用模拟计算机，称为交流电网计算台。为了现在和将来的系统设计，这种仪器使研究系统运行情况的较大变化可能。在正常情况和紧急情况下，它提供了测定功率通量和系统电压的能力和研究产生故障和开关运行的系统瞬态情况的能力。直到50年带中期，在美国、加拿大有50台电网计算台投入运行，而且它们对计划、设计和运行工程师们是不可少的工具。

最早运用计算机处理电力系统问题可以追溯到20世纪40年代末。然而，由于那时运用的穿孔卡计算机的容量很小，所以运用范围是有限的。20世纪50年代大规模数字计算机的利用具备了充足的存储容量和很快的速度，从而满足了电力系统中出现的主要问题的需要。把负载流量程序初次用于传输规划的研究表明了数字计算机的成功。结果，以后的研究都把数字计算机作为对象，而不在用网络计算台。这一程序的成功促进了短路程序和瞬态稳定性计算的发展。今天，计算机已成为电力系统规划、设计和运行各阶段不可缺少的工具。计算机的发展为电力工程提供了以下优势：

（1.）提供了电力系统规划、设计和运行阶段需要的更有效的常规工程计算手段；

第 57 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

（2.）使工程师从繁琐的手段中解脱出来，让他们把更多的的时间花在技术工作上，从而更好的利用了工程才智;

（3.）提供了用计算程序进行有效工程研究能力，获得了大量的为某一特定问题设计的多种解决方式，为工程判定奠定了广泛的基础;

（4.）提供了进行研究的能力，这在以前是不可能的，因为计算的容量是有限的。 有两个主要因素促进了这些优越条件的实现。那就是计算设备费用的降低和有效运算技术的发展。既然运算费用实际的消减是有效的，那么，我们主要的气力应花在如何用计算机解决工程方面的问题。 （二） 计算机在设计中的运用

过去，设计者们在进行发电机和其他电力器的运算时，使用的是计算尺和台式计算机。运算的速度和精确性主要依靠设计者使用计算尺的技能。然而，近20年前模拟计算机的大规模使用以及随后出现的高速电子数字计算机已提高了运算速度和精确度。计算机并不是代替了受过正规训练的经验丰富的设计师们，而是在正确输入程序后，既轻松又快捷地进行了必要的运算过程。这样，设计者们就腾出空来更加细致入微的去研究摆在他们面前的其他问题。主要的问题是如何用最先进的技术和原料设计和原料设计出最好的可行的发电机图样，然后根据图样，生产出实用的满足上述要求的机器。要获得理想的效果。一般要分析考虑几个条件才能达到最优的设计。

涡轮发电机设计处已有两种计算机是：模拟计算机和数字计算机。顾名思义，模拟计算机解释说明所分析和问题的模拟程序，这些问题首先必须转化为数学形式，编入程序，然后根据基本的数学法则，输入计算机。而这个计算机是由直流电压控制，基本上由电子和电机组布局构成的计算机。用重担法进行大型运算，单位集合就显得既笨拙又费时。这些缺陷了模拟计算机的应用范围。数字计算机是一种计算装置，它能处理任何问题，这些问题可以被简化为数字并求得解。因此，发电机设计的全过程可由数字计算机来操作在某些设计业务实习中，复杂部分经计算机分析后，由数字计算机得出总结论。

可从数字计算机中获取多少信息取决于它的储存量。在大部分情况下，可根据需求加大贮存量。但是，涡轮发电机综合设计程序的准备工作是一个艰巨的过程，而且开销也大，这正体现了该机器的重要性。就是在综合设计完成时，也只是一个雏形样板的主程序，在设计变化的分析工作中还要用到子程序。

第 58 页 共 59页

华北水利水电学院毕业设计

计算机采用的设计步骤通常反映了总设计师设计方法。最终所有的基本条件都必须得到满足。第一步，要写发电机说明书，比如，MVA、功率因数、电压、频率、电抗、短路比率、磁负载和电负载、热量极限以及需要用到的其他各个方面。这样，在500MW 3000rev/mm的发电机中，要用直径为45英寸的转子。根据输入数据，计算机会计算出铁芯和长度、断路的特点、电枢的安培匝数、间隙长度、间隙安培匝数、总的励磁安培数、定片空的尺寸等。程序的运行必须遵循逻辑顺序。这样，同步的电抗和电枢磁通势形成了间隙安培匝数的运算基础。短路比率和电枢磁通势会检验饱和曲线。通过这样相互参照，根据发电机各主要方面、热强度、效能和结构大小就逐步建立起设计程序，并得出最后结论。这也就形成了为分析和最优化作准备的设计方案。要分析该设计，必须把它分成几部分，通过运用重复步骤，使每部分达到最佳设计并最终使整体达到最佳状态。

┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊

在运算精确度容许的情况下，分析程序可以做得尽可能简单些，但必须意识到程序中的每一项都必须以问题的数学陈述形式出现，在涡轮发电机的设计中，“简单”一词是相对而言的，数字计算机的优点是运算精确，运算速度快，一旦问题被说明，计算机就可以在几分钟甚至几秒钟内给出精确的答案。比如，以涡轮发电机的断路特点问题为例，机器主要方面的说明 ，定子和转子磁原料、窄孔、间隙长度、间隙系数及其其他来自设计的相关数据的陈述将存入计算机，以次来计算转子缠绕部分和非缠绕部分的间隙行数、定子和转子齿状部分和核心部分的励磁以及磁通量的渗漏效应等，最终断定断路的特点。要让计算机的运行令人满意，运算中的每一步都必须精确地用图解的方式编入程序，并恰当地编码，做完这一切，即可得到答案，包括阅读程序在内，前后用不了10min。

数字计算机还明显适合其他的设计运算，那就是使定子和转子孔最优化，特别是关于线圈空间系数和导体通风量方面、计算转子的决定性速度和偏斜度、计算定子末端线圈外形、发电机短路扭转力、末端线圈力的大小、压力分析、通风量问题及其谐压分析方面。从计算发电机断路或短路的特点到计算负载的特点只是很短的一步，发电机稳定性 特征也可用数学推理的方法，但有时这更适用于模拟计算机。

第 59 页 共 59页