目录
摘要.............................................................. I II Abstract........................................................... I V 第一章绪论..................................................... - 1 -
1.1 变电站发展的历史与现状.................................. - 1 -
1.1.1 概况............................................... - 1 -
1.1.2 变电站综合自动化系统的设计原则..................... - 1 - 第二章变电站的负荷计算和无功率补偿计算......................... - 2 -
2.1 负荷计算................................................ - 2 -
2.3变电所主变压器的选择..................................... - 4 -
2.4变电所安装位置........................................... - 5 - 第三章变电站主接线设计......................................... - 6 -
3.1 电气主接线的基本要求.................................... - 6 -
3.2 常用的主接线............................................ - 6 -
3.3工厂变电所主要接线方案选择............................... - 8 - 第四章短路电流计算............................................ - 10 -
4.1短路电流计算的目的...................................... - 10 - 第五章电气设备的选择及校验.................................... - 14 -
5.2变电所一次一次设备的选择校验............................ - 15 -
5.2.1高压侧电气设备的选择校验.......................... - 15 -
5.2.2低压侧电气设备的选择校验.......................... - 18 -
5.3变电所进出线的选择及校验................................ - 19 -
5.3.1导线选择的原则.................................... - 20 -
5.3.2变电所导线的选择.................................. - 20 - 第六章变电所继电保护.......................................... - 23 -
6.1电力变压器的故障形式.................................... - 23 -
6.2变电所继电保护装置...................................... - 24 -
6.3作为备用电源的高压联络线的继电保护装置.................. - 27 - 第七章防雷与接地方案设计...................................... - 28 -
7.1变电所防雷保护.......................................... - 28 -
7.1.1变电所遭受雷击的主要原因.......................... - 28 -
7.1.2变电所防雷的具体措施.............................. - 28 -
7.2变电所接地装置设计...................................... - 30 -
7.2.1变电所接地装置分析................................ - 30 -
7.2.2工厂变电所接地装置的设计.......................... - 32 - 第八章总结.................................................... - 34 - 参考文献.................................................... - 34 - 致谢.......................................................... - 35 -
10KV变电站设计
摘要
电能是现代工业生产的主要能源和动力，随着经济发展的现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统、工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高。因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关
变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电气设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送、与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势、随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。
10KV配电网属中压配电网，它延伸至用电负荷中心或居民小区内，直接面对工矿企业和居民等广大用户的供电需要，启着承上启下确保用户供电的作用，因此10KV配电网所处的地位十分重要。在配电工程中，能否保证系统安全、经济、可靠地运行，工程的设计质量是一个重要条件。本变电站的初步设计包括了：（1）总体方案的确定（2）负荷分析（3）短路计算（4）继电保护的选择与整定（5）防雷与接地保护等内容。
随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断发生变化。变电站作为电力系统中一个关键环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。
关键词：变电站、负荷、变压器、短路电流、电气设备
10KV substation design
Abstract
Electricity is the main industrial production,energy and power,along with the economic development and the modern industry developments of quick rising,the design of the power supply system become more and more completely and system. Because the quickly increase electricity of factories,it also increases seriously to the dependable index of the economic condition,power supply in quantity.Therefore they need the higher and more perfect request to the power supply.Whether design reasonable,not only affect directly the base investment and expenses with have the metal depletion in color metal,but also will reflect the dependable in power supply and the safe in many facts.In a word,it is close with the economic performance and the safety of the people.
The substation is an importance part of the electric power system,through its function of transformation and assign,transport and safety.Then transport the power to every place with safe,dependable,and economical.As an important part of power's transport and control,the transformer substation must change the mode of the traditional design and control,then can adapt to the modern electric power system,the development of modern industry and the of trend of the society life.
10KV power distribution network of medium voltage distribution network,it extends to electricity load center or residents in the district,directly to industrial and mining enterprises and residents,the broad masses of users need power supply,and link to ensure that the user the role of power supply,so 10KV power distribution network of the position is very important,In the distribution of project,the system can guarantee the safety,economy,reliable operation,the design of the engineering quality is a important condition.The preliminary design of transformer substation include:(1)ascertain the total project (2)load analysis (3)the calculation of the short-circuit electric current (4)the choice and the settle of the protective facility (5)the contents to defend the thunder and protection of connect the earth.
Along with the high and quick development of electric power technique,electric power system then can change from the generate of the electricity to the supply the power.
Key words:transformer substation，load，transformer，short-circuit current，electrical equipment
第一章绪论
1.1 变电站发展的历史与现状
1.1.1 概况
变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，如果仍然依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，将无法满足现代电力系统管理模式的需求；同时用于变电站的监视、控制、保护，包括故障录波、紧急控制装置，不能充分利用微机数据处理的大功能和速度，经济上也是一种资源浪费。而且社会经济的发展，依赖高质量和高可靠性的电能供应，建国以来，我国电力事业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能的质量的要求进一步提高，电网自动化就显得极为重要；近年来我国计算机和通信技术的发展及自动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化已具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重要，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。因此，变电站自动化既是实现自动化的重要基础之一，也是满足现代化供用电的实时可靠安全经济运行管理的需要，更是电力系统自动化EMS和DMS的基础。
变电站综合自动化是将变电站二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等）利用计算机技术和现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和调节的一种综合的自动化系统。它是变电站的一种现代化技术装备，是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的综合应用，它可以收集较齐全的数据和信息。它具有功能综合化、设备、操作、监视微机化，结构分布分层化，通信网络光缆化及运输管理智能化等特征。变电站的综合自动化为变电站小型化、智能化、扩大监视范围及变电站的安全、可靠、优质、经济的运行提供了现代化手段和基础保证。
1.1.2 变电站综合自动化系统的设计原则
（1）在保证可靠性的前提下，合理和设置网络和功能终端。采用分不式分层结构，不须人工干预的尽量下放，有合理的冗余但尽量避免硬件不必要的重复。
（2）采用开放式系统，保证可用性和可扩充性。要求不同制造厂生产的设备能通过网络互连和互操作，同时还要求以后扩建时，现有系统的硬件和软件能较方便的与新增设备实现互操作。
第二章 变电站的负荷计算和无功率补偿计算
2.1 负荷计算
1.设备负荷的计算
（1）功计算负荷（单位为KW ）
e d P K P =30
Kd 为需用系数。
(2) 无功计算负荷（单位为Kvar ）
?tan 3030P Q =
（3）视在计算负荷（单位为KVA ） ?cos 3030P S =
（4）计算电流（单位为A ）
N U S I 330
30= N U 为用电设备的额定电压（单位为KVA).
2.多组用电设备负荷计算
（1）有功计算负荷（单位为KW ）
∑?∑?=i
P P K P 3030 式中∑?i P 30 是所有设备组有功计算负荷30P 之和，∑?P K 是有功负荷同
时系数，可取0.85-0,.95.
(2)无功计算负荷（单位为Kvar ）
∑?∑?=i q Q K Q 3030 ∑?i Q 30是所有设备无功30Q 之和；∑?q K 是无功负荷同时系数，可取0.9-0.97.
视在计算负荷（单位为KV A ）
30230230Q P S +=
（4）计算电流（单位为A ） N U S I 33030=
2.2 无功功率补偿
1.无功补偿的目的
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗，稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。
无功功率的人工补偿装置，主要有同步补偿机和并联电抗器两种，由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。
2.无功补偿的计算
（1）计算考虑主变损耗后的自然因数 1212111/1cos :
1cos Q P P Q Q Q P P P b
b
+=?+=?+=∑∑??
（2）取定补偿以后的功率因数：
2cos φ为0.95
（3）计算补偿电容器的容量：
)(211φφtg tg P K Q c +?=∑ 式中：1K =0.8-0.9
（4）计算补偿电容器个数：
c c c q Q N /=
式中：c q 单个电容器的容量，单位为Kvar 。
按照3的整数倍取定补偿器的个数
cs N ，然后计算出实际的补偿容量：c cs cs q N Q ?=
（5）计算补偿以后实际功率的功率因数，补偿后实际的功率因数大于0.9为合理
222)(/cos c x x Q Q P P ++=∑φ
10KV ：
9.01cos ≥? 选9.01cos =?来考虑：
var
20822tan 431114311190.03880038800K g Q KVA
S KW
p =?==÷==
2.3变电所主变压器的选择
主变压器的选择原则如下：
根据电源进线方向，结合工厂计算负荷 以及扩建和备用的需要，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，确定变压器型号。
一般按5-10年规划符合选择，重要变电所，一台主变停运，其余变压器在允许过负荷范围内，满足一、二类负荷，一般变电所，一台主变停运，其余变压器满足全部负荷的70%-80%，总降压变电所变压器台数的确定需综合考虑负荷容量、对供电可靠性的要求、发展规划等因素。变压器台数越多，供电可靠性就越高，但设备投资必然加大。运行费用也要增加。因此，在满足可靠性要求的条件下，变压器台数越少越经济。
对三级负荷供电的变电所以及对可取的低压设备电源的一二级负荷供电时，皆选用一台主变压器。对于有大量一、二级用电负荷、或总用电负荷季节性（或昼夜）变化较大、或集中用电负荷较大的单位，应设置两台及以上电力变压器、如有大型冲击负荷，如高压电动机、电炉等动力，为减少对照明或其他负荷的影
响，应增设独立变压器。对供电可靠性要求高，又无条件采用低压联络线或采用低压联络线不经济时，也应设置两台电力变压器。选用两台变压器时，其容量应满足在一台变压器故障或维修时，另一台仍保持对一、二级用电负荷供电，但需对该变压器负荷能力及其允许时间进行校核。
2.4变电所安装位置
变电所位置和型式的选择应遵循以下几点来选择：
（1）变电所的位置应尽量靠近负荷中心；
（2）变电所应选择在地势比较高处避免低洼积水；
（3）交通运输必须方便，便于设备运输；
（4）变电所周围必须无易燃易爆物品；
（5）变电所进出线则应无高大建筑物。
第三章变电站主接线设计
所的主接线又称为主电路，指的是变电所中各种开关设备、变压器、母线、电流互感器等主要电气设备，按一定顺序用导线连接而成的，用以接受和分配电能的电路，它对电气设备选择、配电装置布置等均有较大影响，是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。
3.1 电气主接线的基本要求
（1）可靠性
在规定条件和规定时间内保证不中止供电能力，即供电的连续性。
（2）灵活性
1操作的方便性；
2调度方便性，主接线能适应系统或本厂所的各种运行方式；
3扩建方便性，具有初期—终期—扩建的灵活方便性。
（3）经济性
1 投资省，设备少且廉价（接线简单且选用轻型断路器）；
2 占地面积少，一次设计，分期投资，尽快发展经济效益；
3 电能损耗少，合理选择变压器的容量和台数，避免两次变压。
3.2 常用的主接线
1.线接线
如图3-1所示：
优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套电装置。
缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）故障或抢修，均需是整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回
路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障的供电。
适用范围：一般适用于一台发电机或一台主变压器。
2.线分段接线
如图3-2所示：
图3-2单母线分段接线图
优点：用断路器把母线分开后，对重要的用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
缺点：当一段母线或母线隔离开关故障时或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。
适用范围：6-10KV配电装置出现回路数为6回及以上，350-63KV配电装置出线回路数为4-8回，110KV-220KV配电装置出现回路为3-4回。
3.双母线接线
如图3-3所示：
图3-3双母线接线图
优点：供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路；调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一母线上，能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；扩建方便，像双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和符合均匀分配，不会引起原有回路的停电，当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母分段那样导致出线交叉跨越；便于试验，当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。
缺点：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。
适用范围：6-10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时；35-63KV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多，负荷较大时；110-220KV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110-220KV配电装置在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上。
当有两台变压器和两条线路时，按桥断路器的位置，分析内桥和外桥。（1）内桥接线
桥断路器位于变压器侧，线路中有断路器的桥接线。
特点：①正常操作时，线路投切方便，变压器不方便。
②线路故障，仅跳对应回路QF，而T故障对应回路QF也须跳闸。
应用场所：输电线路长而变压器又不需要经常切换的接线。
（2）外桥接线
桥断路器位于线路侧，变压器回路中有断路器的接桥线。
特点：与内桥相反。
应用场所：与内桥相反，且线路中有穿越功率接线，穿越功率是路过变电所的功率。
3.3工厂变电所主要接线方案选择
根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列三种方
案：
方案1：高、低压侧均采用单母线分段。
优点：用断路器把母线分开后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需要两个方向均衡扩建。
方案2：单母线分段带旁路
优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。
缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。
方案3：高压采用单母线、低压采用单母线分段。
优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所得供电。
缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。
以上三种方案均能满足主接线要求，采用方案3时虽经济最佳，但是其可靠性相比其他两方案：采用方案2需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案1既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案1.
第四章 短路电流计算
4.1短路电流计算的目的
短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。
进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。
接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗，在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简，对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路简化，求出其等效阻抗，最后计算短路电流和短路容量。
短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺值法。本设计采用标幺值法进行短路计算。
4.2短路电流计算
变电所等效电路图如图4-1所示：
1、基准量：取S d =100MV .A,Uc1=10.5KV ,Uc2=0.4KV ,基准电流为Id 。 KA U S I KA U S I c d d c d d 93.1444.0732.1100349.54
.0732.110032221=?===?==