10KV开闭所电气部分设计——电力资料网.txt12思念是一首诗，让你在普通的日子里读出韵律来；思念是一阵雨，让你在枯燥的日子里湿润起来；思念是一片阳光，让你的阴郁的日子里明朗起来。https://www.doczj.com/doc/f215331205.html,/dlgc/shkc/200712/27021.html
第一章绪论
本章首先阐述毕业设计的目的和要求，通过毕业设计的依据和任务书，了解本设计的基本原则和目的。
第一节毕业设计的目的和要求
发电厂及电力系统专业通过毕业设计的实践应达到下列目的：
（1）巩固和进一步扩大所学的专业理论知识，并在毕业设计的实践过程中得到灵活应用。（2）学习和掌握发电厂，变电所电气部分设计的基本方法，树立正确的设计思想。（3）培养我们独立分析和解决实际问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。
（4）培养我们查阅，使用有关设计手册、规范及其他参考资料的能力。
第二节本设计的基本内容
一、设计题目
10KV开闭所电气部分设计
二、设计目的
通过本工程设计，使我们了解国家电力建设的方针政策；熟悉国家有关规范，标准与有关规定；树立起科学技术与工程经济相统一的辨证观点；培养我们综合应用所学理论知识分析解决工程实际问题的能力；了解电气工程的建设程序；掌握电气工程设计，计算的方法的步骤；并在进行工程计算，工程制图，文字处理等方面得到初步训练，为今后从事电力工程设计、建设、运行及管理工作，打下心要的基础。
三、设计依据
1、为改善供电质量，提高供电可靠性，在城中某住宅小区内建设一座10KV开闭所。
2、10KV开闭所规模为
A、10KV进线两回，一回由110KV甲站引入，电缆型号YJU22-10KV-3X240，长度5KM；一回由110KV乙站引入，电缆型号YJU22-10KV-3X240，长度7KM。
B、10KV出线8回。
C、该变电站采用微机综合自动化。
3、甲站10KV母线最大短路容量130MVA。乙站10KV母线最大短路容量130MVA。
4、本地区海拨1010M，雷电活动33天/年，历史最高气温摄氏35°C，最低气温摄氏-5°C，最大风速4M/S。
四、设计任务：
1、设计和论证变电站的主接线，并作图。
2、计算短路电流。
3、作电气平面总布置图。
4、作10KV配电装置配电图。
5、选择并校验电气设备。
6、变电站继电保护规划设计，作保护配置图。
7、变电站防雷保护规划设计。
第二章电气主接线
电气主接线是由高压电自通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流。高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。主接线代表了发电厂和变电所电气部分。它直接影响运行的可靠性，灵活性，并对电器选择，配电装置布置，继电保护，自
动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。
第一节电气主接线的基本要求
我国《变电所设计的技术规程》规定：变电所的主要接线应根据变电所在电力系统中的地位，回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，且应满足运行可靠，简单灵活，操作方便和节省投资等要求。
1、可靠性：（1）研究可靠性应注意的问题：
A、应重视网内外长期运行的实践经验及其可靠性的运行分析。
B、应包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。
C、在很大程度上取决于设备的可靠程度。
D、考虑待设计发电厂，变电所在电力系统中的地位的作用。
（2）具体要求：
A、断路器检修时，不宜影响对系统的供电。
B、断路器或引线检修及引线故障时，尽量减少停远回路和停远时间，并保证对一级负荷及全部及大部分二级负荷的供电。
C、尽量避免变电所全停的可能性。
D、大机组，超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。
2、灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
（1）调度时，应可以灵活地投入和切除发电机，变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式及特殊运行方式下的系统调度要求。
（2）检修时，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修而不致影响电力网和对用户的供电。
（3）扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
3、经济性：主接线在满足可靠性，灵活性要求的前提下做到经济合理。
（1）投资省
A、主接线要求简单，以节省断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器、避雷器等一次设备。
B、要使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。
C、要能限制短路电流，以便选择价廉的电器设备和轻型电器。
D、如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端和分支变电所可用简单接线方式。
（2）占地面积小，主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。
（3）电能损失小，经济合理地选择各种电气，减少电能损失。
（4）具有未来发展和扩建的可能性。
第二节主接线的基本
一、主接线的设计依据
1、发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用。
电力系统中的变电所有：系统枢纽变，地区重要变电所和一般变电
所三种类型，一般变电所多为终端和分支变电所，电压为110KV及110KV及以下。
2、发电厂、变电所的分期和最终建设规模。
变电所根据5—10年电力系统发展规划进行设计，一般装设两台主变压器，终端或分支变电所如只有一个电源时，可只装设一台主变压器。
3、负荷大小和重要性
（1）对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。
（2）对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。
（3）对于三级负荷，一般只需一个电源供电。
4、系统备用容量大小
装有两台及以上主变的变电所，当其中一台事故断开时，其余主变的容量，应保证该变电所70%的全部负荷，在经过过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷供电，系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。在主接线设计时应充分考虑这一因素。
5、系统专业对电气主接线提供的具体资料
（1）出线的电压等级、回路数、每回路输送容量和导线截面。
（2）主变压器台数，容量和型号；变压器各侧的额定电压，阴抗等。
（3）系统的短路容量或归算电抗值。
（4）变压器中性点的接地方式及接地点的选择。
（5）初期和最终变电所与系统连接方式，变电所的地理位置等。
二、几种主接线方式的介绍
由原始资料可知，待设计的变电所为10KV开闭所，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》，我们可基本选定主接线方式为：
一）单母线接线方式：
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6—220KV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中、小型发电厂和变电所，它不能满足Ⅰ、Ⅱ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。
二）单母线分段：
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2—3段为宜，这种接线广泛用于中、小容量发电厂的6—10KV接线和6—220KV变电所中。
三、主接线的确定
1、单母线接线与单母线相比较
单母线
单母线分段
断路器台数
12台
11台
隔离开关台数
16台
14台
占地面积
占地面积较大
占地面积较小些
优点
接线简单、清晰、设备小、操作方便、
便于扩建、投资较小
接线简单、操作方便、便于扩建供电可靠性，灵活性较好
缺点
供电的可靠性，灵活性较差
不能满足Ⅰ、Ⅱ类用户需要
投资较大些，占地面积较大
适用范围
用于6—220KV系统中只有一台发电机或一台主变，且出线不多的中、小型变电所
适用于6—10KV电压等级引出线在6回以上的中、小型变电所中
2、主接线的确定
根据原始资料提供，和电力系统的发展，用户的需求等几方面考虑，从近期及远景的发展规划，所以确定10KV开闭所的主接线方式为：单母线分段。
第三章短路电流计算
第一节概述
一、产生短路的原因
所谓短路是指电力系统正常运行情况以外的某处相与相式相与地之间的“短接”，在电力系统正常运行时，除中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的，如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，我们就称电力系统发生了“短路”故障，如过电压、设备直接遭受雷击，绝缘材料陈旧和机械损伤等原因，就常使绝缘损坏。
电力系统其它某些故障也可能导致短路，如输电线路断线和倒杆事故等，此外运行人员不遵守操作技术规程和安全规程，造成误操作式小动物跨接裸导体时，都可能造成短路。
二、短路电流计算的目的
1、校验电气接线的合理性，选择限制短路电流的方式。
2、进行电气设备和校验。
3、主变压器继电保护的整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。
三、短路电流的计算方法
由于电力系统供电的工业企业内部发生短路时，由于工业企业内所装置的元件，其容量要小，而阻抗则较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路时，系统母线上的电压变动很小，可
以为电压维持不变，即系统容量为无限大。所以我们在这里进行短路电流计算方法，以无限大容量电力系统供电作为前提计算的，其步骤如下：
1、对各等值网络按个别计算法进行化简，求出计算电抗。
2、分别查运算曲线，系统查带有自动电压调整器的“发电机的平均运算曲线”。
3、求出短路电流的标么值。
4、归算到各电压等级求出有名值。
四、一般规定
1、计算的基本情况
1）电力系统中所有电源均在额定负荷下进行。
2）所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强励装置）。
3）短路发生在短路电流最大值的瞬间。
4）应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电流。
2、接线方式
计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不能用在仅切换过程中可能并联运行的接线方式。
3、计算容量
应按本工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划。
4、短路点的种类
一般按三相短路计算，若发电机的两相短路式中性点有接地系统的以及自耦变压器等回路中单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况的时候进行计算。
第二节短路点位置的选择
一、选择原则
（1）短路电流的计算，是为了选择电气设备提供依据，使所选的电气设备能在各种情况下正常运行，因此短路点的选择应考虑到电器可能通过的最大短路电流。
（2）为了保证选择的合理性及经济性，不考虑极其稀有的运行方式。
二、短路点的选择分析
1、网络计算电路图如图所示：
2、10KV开闭所只有一个电压等级，10KV选择
10KV侧的断路器及隔离开关时，要考虑当网络在
发生短路时流过最大短路电流，因此在10KV母
线上设置一个三相短路点D。
三、短路电流计算
根据设计任务书的要求，为选10KV配电装置的电器和导线需计算在最大运行方式下流过电气设备的短路电流，选择一个短路点D。
设系统为无穷大容量：S c=∞ Sj=100MVA
系统的组合电抗：Xc*=Sj/Se=100MVA/130MVA=0.77
已知甲站电缆长5KM，电缆电抗为0.08Ω/KM
线路阻抗标么值：
X l*=0.8*5*(100/10052)=0.36
X∑=Xc*+Xl*=0.77+0.36=1.13
D点短路电流标么值
Id*=1/X∑=1/1.13=0.88
三相短路有名值：
Id3= Id*3*Ij=0.88*(Sj/√3Up)=0.88*100/(√3*10.5)=4.83KA
三相短路冲击电流：
Kch=1.8
Ich3=√2KchId=√2*1.8*4.83=12.32KA
全电流最大有效值
Ich=√1+2(Kch-1) 2*Id=1.5*4.83=7.24KA
三相短路容量
Sd3=√3*Up*Id3=√3*10.5*4.83=87.8MVA
第四章主要电气设备的选择
第一节概述
电气设备的选择是变电站电气设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全。经济运行的重要条件，在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备，电气设备要可靠地工作必须按正常条件进行选择，并按短路状态校验其热稳定和动稳定。
电器选择的一般要求：
1）满足正常情况下短路、过电压、检修。
2）按当地环境条件校核。
3）力求技术先进和经济合理。
4）与整个工程建设标准协调一至。
5）同类设备尽量减少品种。
6）选用新产品应具有可靠试验数据，并经正式鉴定合格。
第二节母线的选择
10KV侧采用屋内配电装置中，所以10KV电压母线选用硬母线，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1250MM2，当工作电流超过最大截面单条导体允许载流量时，可将2—4条矩形导体并列使用，但多条导体并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LMY——60*6铝母线，平级时长期允许的载流量Iy=872A。
按导体长期发热允许电流选择：
Imax>Kial
由设计任务书提供的当地最高温度为35℃，查表得温度修正系数为0.88
则：I=Ilk=872*0.88=767.4A
I>Igmak满足设计要求。
校验：
（1）D点的热稳定校验
设Td为0.05S，查得T2=0.8
Tde=0.8+0.05β=0.8+0.05*1=0.85S
C取95，I∞=Id=4.83KA
Smin= I∞/95*√Tdz=4830/95√0.85=46.8MM2<60*6=360 MM2
所以，热稳定满足要求。
（2）D点的动稳定校验
取L=1M a=25CM=0.25M
δmax=1.73*Ich2[(PX) 2/(aw)]*10-8
水平平放时，W=0.167bh2=0.167*6*10-3*(60*10-3) 2=360.72*10-8 Pa
β=1
δmax=1.73*(12.32*103)2[(1*1) 2/(0.25*360.72)*10-8]*10-8
=29.1*106 Pa
硬铝的最大允许应为δy=69*106 Pa
δmax<δy 故动稳定满足要求
所以，10KV母线选择LMY—60*6的铝母线。
第三节 10KV断路器的选择
高压断路器的主要功能：正常运行时，用它来例换运行方式，把设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，能起保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流，因此，在运行中其开断能力是标志性能的基本指标。所谓开断能力，就是指断路器在切断电流时熄灭电弧的能力，以保证顺利地分、合电路的任务：
一、按正常工作条件选择电器
1）一般电器允许的最高工作电压：当额定电流在220KV及以下时为1.15Un，而实际电网的最高远行电压Usm一般不超过1.1Uns，因此Un>=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，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：
In>Imax
试选VD4-10/1250A-31.5KA真空断路器。
10KV侧户内真空断路器VD4-10/1250A-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
VD4-10
10KV
1250A
20KA
20KA
31.5KA
校验：
1）动稳定校验 Imax=20KA Ich=12.32KA
Imax>Ich 故动稳定满足要求。
2）热稳定校验 I∞ * Tdz=4.832* 0.5=11.67(KA2S)
It2*T=202*4=1600(KA2*S)
It2*T> I2∞ *Tdz 故热稳定满足要求。
所以，故可选VD4-10/1250A-31.5KA型真空断路器。
第四节熔断器的选择
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，而在电厂中多采用保护电压互感器。
一、10KV侧熔断器的选择
1、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10KVRN型户内限流熔断器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。
2、熔断器选择
试选RN1—10型熔断器，技术参数如下表：
型号
额定电流
额定电压
最大切断电流
最大开断容量
KN1-10
3A
10KV
12KA
200MVA
校验断流能力
Sd3=87.8MVA
Sd3<200MVA 所以，断流能力满足。
所以所用变电高压侧，熔断器选用RN1—10型。
3、变电所10KV电压互感器是用熔断器进行保护，须按额定电压，电流来选择，电压互感器所用熔断器选用SIBA—10/0.5A,额定电压10KV，额定电流0.5A。
第五节电流互感器的选择和校验
一、电流互感器的选择要求
电流互感器的选择应满足继电保护，自动装置和侧量仪表的要求：
1、参数的选择：
1）电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用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G131208—75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0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.6,2.0,2.4,3.2,4.0Ω，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。
2、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，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，6—20KV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。
二、10KV电流互感器的选择
查《电力工程设计手册》选MWB—10型电流互感器，参数如下：
安装地点
型号
电流变比
测量准确级
保护用准确级
10KV进线分段
MWB
500/5A
0．5
B级
10KV出线
MWB
300/5A
0．5
B级
第六节电压互感器的选择和校验
一、电压互感器的选择要求：
选择电压互感器应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求。
1、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）线路：35KV及以上输电线路，当对端有电源时，为了监视线路有无电压，进行同步和设置重合闸，装有一台单相电压互感器。
3）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。
4）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。
2、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。
二10KV电压互感的选择
查《电力工程设计手册》选VES—10型电压互感器，具体参数如下：
型号
一次侧电压
二次侧电压
剩余电压
VES—10
10/√3KV
0.1/√3KV
0.1/3KV
第七节其它的选择
一、占用变的选择
在变、配电所中，断路器的控制回路，信号回路，继电保护和自动装置以及其他二次回路的工作电源等操作电源，直流系统，照明系统，事故用电，都由所用变压器供电，选择屋内占用变型号为：
SC—10/0.4容量为30KV技术参数如下：
型号
额定容量
（KVA）
额定电压KV
阻抗电压
（%）
连接组别
高压
低压
SC—30/0.5
50
10.5
0.4
4.0
D，Yn11
二、开关柜选择
选择中置开关柜
安装设地点
型号
10KV进线
电压互感器
ZK1—10/22
断路器、电流互感器
ZK1—10/0.9
10KV出线
ZK1—10/01
占用变
ZK1—10G型
分段
ZK1—10/07
第五章继电保护规划设计
继电保护和自动装置的设计应以合理的运行方式和可能的故障类型为依据，并以满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性四项基本要求：
一、可靠性。指保护该动作时动作，不该动作时不动作，宜选用可靠的最简单的保护方式。
二、选择性。指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护式断路器拒动时，才运行由相邻设备或线路的保护式断路器失灵保护动作切除故障。
三、灵敏性。指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，灵敏系数应根据不利的正常（含正常检修）运行方式和不利的故障类型计算，但可不考虑可能性很小的情况。
四、速动性。指保护装置应能尽快地切除短路故障，其目的是提高系统的稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源式设备自动投入的效果等。
五、配电系统中的电力设备和线路应装设短路故障保护，短路故障保护应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。
六、如果为了满足相邻保护区末端短路时的灵敏性要求，将使保护过分复杂或技术上难以实现时，可按下列原则处理：
1、在变压器后短路时，可缩短后备保护作用的范围。
2、后备保护灵敏系数可按常见的运行方式和故障类型进行验算。
3、后备保护可无选择地动作，但应尽量采用自动重合闸或备用电源自动投入装置来补救。
4、保护装置用电流互感器的比误差不应大于110%，当技术上难以满足要求，且不致使保护装置不正确动作时，才允许有较大的比误差。
5、在配电系数正常运行情况下，当电压互感器的二次回路断线或其它故障能使保护装置误动作时，应装设自动闭锁装置，将保护解除动作，并发出信号，当保护装置不致误动作时，一般只装设电压回路断线信号装置。
第二节本变电站的保护配置
按照《电力系统继电保护及自动装置设计规程》及有关参考资料，配置继电保护如下：
一、站用变压器的保护。
1、装设防御变压器铁壳内部短路和油面降低的瓦斯保护，重瓦斯动作于跳闸，