10kv变电所及低压配电系统的设计说明

⽬录1引⾔ (1)

1.1. ⽤户供电系统 (1)

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)6.3.1 ⾼压断路器的选择 (14)6.3.2 ⾼压隔离开关的选择 (15)

6.3.3 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)辞 (27)参考⽂献 (28)1引⾔

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h T 5000max =，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 。

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 ?Σpei （2.1）

⽆功功率 Q=P ??tan （2.2） 视在功率 S=22Q P + （2.3） 上述三个公式中：ΣPei ：每组设备容量之和，单位为kW ；K d ：需要⽤系数；cos :功率因数。总负荷的计算：

1.有功功率 P c =K ∑ p ?ΣP c.i （

2.4） 2.⽆功功率 Q c = K ∑q ?ΣQ c.i （2.5）3.视在功率 S c =2C 2C Q P + （2.6）

式中：对于⼲线，可取K ∑ 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K∑ p =0.8-0.9，K ∑q =0.85-0.95。由⼲线负荷直接相加来计算时，可取K ∑ p =0.9-0.95，K ∑=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Q N ·C 应为：Q N ·C ='C C Q Q -=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C

.N C .N q Q n =CC S P 9.729506.619C

.N C .N q Q n =CC

S P 器组数，使瞬时功率因数满⾜要求。

提⾼功率因数的补偿装置有稳态⽆功功率补偿设备和动态⽆功功率补偿设备。前者主要有同步补偿机和并联电容器。动态⽆功功率补偿设备⽤于急剧变动的冲击负荷。

低压⽆功⾃动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装，根据负荷变化相应循环投切的电容器组数⼀般有4、6、8、10、12组等。⽤上式确定了总的补偿容量后，就可根据选定的单相并联电容器容量q N ·C 来确定电容器组数：(2.8)

在⽤户供电系统中，⽆功补偿装置位置⼀般有三种安装⽅式：

(1)⾼压集中补偿 补偿效果不如后两种补偿⽅式，但初投资较少，便于集中运⾏维护，⽽且能对企业⾼压侧的⽆功功率进⾏有效补偿，以满⾜企业总功率因数的要求，所以在⼀些⼤中型企业中应⽤。

(2)低压集中补偿 补偿效果较⾼压集中补偿⽅式好，特别是它能减少变压器的视在功率，从⽽可使主变压器的容量选的较⼩，因⽽在实际⼯程中应⽤相当普遍。

(3)低压分散补偿 补偿效果最好，应优先采⽤。但这种补偿⽅式总的投资较⼤，且电容器组在被补偿的设备停⽌运⽤时，它也将⼀并被切除，因此其利⽤率较低。本次设计采⽤低压集中补偿⽅式。

P C Q C S C 取⾃低压母线侧的计算负荷，?cos 提⾼⾄0.92cos = = =0.85

Q N ·C =P C （?tan -'tan ?）=619.506*[tan(arccos0.85)-tan(arccos0.92)]=120kvar 选择BSMJ0.4-20-3型⾃愈式并联电容器，q N ·C =20kvar（2.9）

=120kvar/20kvar=6 取 n=6 补偿后的视在计算负荷S C =2C ·N C 2C Q Q (P ）-+=674.19kV ·A ?cos = =0.923. 变电所变压器台数和容量的选择3.1 变压器的选择原则

电⼒变压器是供电系统中的关键设备，其主要功能是升压或降压以利于电能的合理输送、分配和使⽤，对变电所主接线的形式及其可靠性与经济性有着重要影响。所以，正确合理地选择变压器的类型、台数和容量，是对接下来主接线设计的⼀个主要前

题。

选择时必须遵照有关国家规标准，因地制宜，结合实际情况，合理选择，并应优先选⽤技术先进、⾼效节能、免维护的新产品，并优先选⽤技术先进的产品。3.2 变压器类型的选择

电⼒变压器类型的选择是指确定变压器的相数、调压⽅式、绕组形式、绝缘及冷却⽅式、联结组别等。，变压器按相数分，有单相和三相两种。⽤户变电所⼀般采⽤三相变压器。

变压器按调压⽅式分，有⽆载调压和有载调压两种。10kV配电变压器⼀般采⽤⽆载调压⽅式。

变压器按绕组形式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和⾃耦变压器等。⽤户供电系统⼤多采⽤双绕组变压器。变压器按绝缘及冷却⽅式分，有油浸式、⼲式和充⽓式（SF6）等。

10kV配电变压器有Yyn0和Dyn11两种常见联结组。由于Dyn11联结组变压器具有低压侧单相接地短路电流⼤，具有利于故障切除、承受单相不平衡负荷的负载能⼒强和⾼压侧三⾓形接线有利于抑制零序谐波电流注⼊电⽹等优点，从⽽在TN及TT系统接地形式的低压电⽹中得到越来越⼴泛的应⽤。3.3 变压器台数的选择

变压器的台数⼀般根据负荷等级、⽤电容量和经济运⾏等条件综合考虑确定。《10kV及以下变电所设计规GB50053－94》中规定，当符合以下条件之⼀时，宜装设两台及两台以上的变压器：⑴有⼤量⼀级或⼆级负荷；⑵季节性负荷变化较⼤；⑶集中负荷容量较⼤。

变电所中单台变压器（低压为0.4kV）的容量不宜⼤于1250kV·A。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。

在⼀般情况下，动⼒和照明宜共⽤变压器。当属下列情况之⼀时，可设专⽤变压器：

⼀、当照明负荷较⼤或动⼒和照明采⽤共⽤变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设照明专⽤变压器；