某机械厂10KV降压变电所电气设计

毕业设计成果

Graduation practice achievement

说 明 书

助学单位：

专 业： 班 级： 准考证号：

设 计 人： 指导教师：

题目 某机械厂10KV降压变电所电气设计

毕业设计（论文）任务书

注：此表与该生毕业设计（论文）一起装订。

电力工程系编

Abstract

Power of modern industrial production of major energy and power. With the development of modern civilization and progress of social production and life of the power supply, quality and management of the increasingly high demand. Factory power supply system is the core part

of the substation. Therefore, the design and construction of a safe and economical substation, it is extremely important. The power plant design include: the calculation of load and reactive power compensation; substation main transformer station number and capacity, determine the types; Substation Main Wiring choice; into the outlet of choice; short-circuit calculations and switching equipment choice; secondary circuit and relay protection scheme for the selection and tuning; lightning protection and grounding design; workshop wiring scheme for the distribution line; Lines and distribution equipment and the choice of protective equipment; and electrical lighting design, and schematic drawing.

Substation is on the electricity power system voltage and current to change, focus and

allocation of places is essential for power system power transmission link, play bridge. 10kV substation is an important part of the power distribution is the key link in grid construction. . With the development of national economy, industrial and agricultural production growth requires an urgent increase in demand for power supply capacity, the proposed new 10kV substation. Substation is an important part of power system, which directly affect the power system security and economic operation of power plants and customers are links in the middle part, play a role in transformation and distribution of electric energy.

前言

本毕业设计说明书是按辽宁石化职业技术学院自动化系2010年毕业设计要求，经小组共同研究，老师精心指导下，由个人独立编写的。

本书属小型水电站电气设计课题，题目要求先拟定一个合理的电气主接线方案，再进行短路电流的计算，高压电气设备的选择和校验，最后再画出电气主接线图。虽然此题有一定的难度和挑战性，但在小组成员的共同努力下，查阅大量相关资料，在加上老师的指导，使我们明确自己的方向。

在设计的过程中，我们首先熟悉了水电站的一些原始资料，再根据原始资料确定了一个合理的方案，在短路电流的计算过程中，我们找到了合理的短路点，避免过多的重复工作量。本设计以通俗易懂的文字，加上图形表达，系统地阐述了水电站所有的信息。本设计令读者便于理解和接受，本书极具有重要的参考价值。

本次毕业设计是为了让我们更清楚地理解怎样计算短路电流，高压电气设备如何选择，如何画电气主接线图，为我们即将走上工作岗位的毕业生打基础。

毕业设计小组成员由 、 、 、 、 、 组成，在编写过程中得到了老师的大力支持和帮助，在此表达诚挚的感谢！

由于编者水平有限，错误及不当之处在所难免，恳请广大师生、读者批评指正。

编者 2010年9月

目录

前言

第一章 毕业设计任务书

1.1 设计题目 1 1.2 设计目的 1 1.3 设计有关原始资料 1

第二章 电气一次部分设计

2．1 主接线方案的拟定 7 2．2 变压器容量确定 7 2．3 电气一次短路电流计算 8 2．3．1当6.3kv母线即K1点发生三短路时 10 2．3．2当35kv母线即K2点发生三短路时 12 2．3．3短路电流计算成果表 12

第三章 高压电气设备的选择和校验

3.1 高压电气设备选择的一般条件 13 3.2 高压断路器的选择和校验 15 3.3 隔离开关的选择和校验 17 3.4 电流互感器的选择和校验 19 3.5 电压互感器的选择 20 3.6 高压熔断器的选择 21 3.7 避雷器的选择 21 3.8 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 21 3.9 母线的选择与校验 22 3.10开关柜的选择 24 3.11 厂用变压器的选择 24

附录 参考文献 附图

第一章 毕业设计任务书

1.1设计题目

某机械厂10KV降压变电所电气设计

1.2设计目的

毕业设计是完成本专业教学计划的最后一个重要的教学环节，是对各门课程的综合运用和提高。通过毕业设计，巩固和加深学生所学专业理论知识，锻炼学生分析和解决实际工程问题能力。培养和提高学生综合使用技术规范、技术资料，进行有关计算、设计、绘图和编写技术文件的初步技能，为今后参加水电站和变电所电气设计、安装、运行、检修、试验打下基础。

通过本毕业设计，初步掌握一个小型水电站工程设计的思想、内容、方法和步骤。

1.3 有关的原始资料

黄坪电站为低水头径流式水电站，座落于茶陵县虎踞镇黄坪村，距茶陵县城25km，

装机容量5×1600 kw，年利用小时数4833h，发电机的型号为SF1600-60/4850，发电机额定电压为6.3kv。电站取大输送功率为8000 kw。根据茶陵县小水电网络规划和业主意向，电站出线等级为35kv，共三回路，一回路送到9km平水变并入茶陵县新组建小水电网，一回路送到近区新建的虎踞镇工业区，一回路备用。其输电导线型号为LGJ-120。

1.4 设计的总体要求

集中布置，明确要求，提倡讨论，独立完成，严禁抄袭，严禁拷贝现象。

第二章 电气一次部分设计

2.1 电气主接线方案的拟定

分析设计原始资料，全面考虑所设计电站在系统中所处地位、所供负荷性质、地理位置以及电站本身的总容量和机组台数，拟出二至三个可行的方案，进行一般的技术经济比较，通过论证，确定一个合理的主接线方案。

方 案 一

电网

工业

备用

35

1

6.3

方 案 二

电网

工业

备用

35KV

T2

TI

6.3KV

GGGGG方 案 三

电网

工业

备用

T1T2T3T4T5

GGGGG~~~~~

方 案 四

电网

工业

备用

35KV

TI

T2

6.3KV

GGGGG

方 案 五

电网

工业

备用

35KV

TIT2T3T4

T5

6.3KV

GGGGG

方案一：发电机电压接线采用单母线不分段，设置一台变压器，其容量为10000KW。35KV线路采用单母线不分段。

方 案 一

电网

工业

备用

35

1

6.3

方案二：发电机电压接线采用单母线不分段，设置2台变压器，其容量为10000KW，35KV线路采用单母线分段。

方 案 二

电网

工业

备用

35KV

TI

T2

6.3KV

GGGGG

（1）供电可靠性

方案一供电可靠性较差 方案二供电可靠性较好 （2）运行上的安全和灵活性

方案一母线或母线侧隔离开关故障或检修时，整个配电装置必须退出运行，而任何一个断路器检修时，其所在回路也必须退出运行，灵活性也较差。

方案二单母线分段接线便于分别对各母线段进行检修，减少了母线检修时的停电范围，提高了运行的灵活性。 （3）接线简单、明显维护和检修方便

很显然方案一最简单、明显维护和检修方便。 （4）经济方面的比较

方案一最经济。

综合比较：选方案二最合适。

2.2 变压器容量的确定

因为发电机的容量为1600KW，所以变压器的容量应大于等于8000KW。

变压器的选择

2.3 电气一次短路电流计算

对选定的主接线方案，按电气设备选择、校验的需要进行短路电流的计算。在教师指导下，力求合理选择短路点，以避免过多的重复工作量。按个别变化法，用运算曲线计算短路电流

短路电流计算条件

为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作校验用的短路电流应按下列条件确定。

（1）容量和接线按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为本工程建成后5～10年）：其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。（如切换厂用变压器时的并列）。

（2）短路种类一般按三相短路验算，若其他种类短路较三相短路严重时，即应按最严重的情况验算。

（3）计算短路点选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。

短路电流的计算

选取基准值:

Sj 100MV A Uj Uav 发电机：有阻尼绕组的水轮发电机 X 21

X X 100 Sjd

P 21100 100

16000.8

10.5 变压器：

P 1600 5 8000KW 经查表选择SFL1-10000/35型号 查得UK% 7.5

XUK%Sj7.5T

100 S 100 103

0.75 n10080000.8

线路：

35kv选择X0 0.42

Xj XSj

0L

U2 0.42 9

100

av

372

0.28 2.3.1当6.3KV母线即k1点发生三相短路时：

K1

6．3kV

35kV

2

0.75

0.375 2

10.5

2.1 25

当K1发生短路时 无限大容量

X 1 0.28 0.375 0.655

X1

X

1

1

0.655

1.5267 稳态短路电流：I I Ij 1.5267

1003 37

2.38(kA)冲击短路电流：Iim 2.55I 2.55 2.38 6.069(kA)

有限大容量： X C1 X1

SNS 2.1 10

0.21 j100

t 0s I 5.526

I I

SN U 5.526

10av

6.3

5.064(kA)

t 1s I

1 3.563

I

S 101 I N3U 3.563 3 3.265(kA)

av3 6.t 2s I

2 3.378

I

S102 I N 3U 3.378 3

3.096(kA)

av 6.

t 4s I

3 3.234

I

S103 I N 3U 3.234 2.964(kA)

av3 6.3

t=0s I1′=2.38+5.064=7.444（KA）

t=1s I2′=2.38+3.265=5.645（KA）

t=2s I3′=2.38+3.096=5.476（KA）

t=4s I4′=2.38+2.964=5.344（KA）

短路冲击电流：iim 2 kim I 2 1.9 5.064 13.605(kA)总的冲击电流：i=13.605+6.069=19.674(KA)

2.3.2当35KV母线即k2点发生三相短路时：

Xj*

2 0.375

1* 2.1

当K2点发生短路时 无限大容量

X 2* 0.28 I *

1X

1

2*

0.28

3.57 稳态短路电流：I I * Ij 3.57

100 37

5.5706(KA)

冲击短路电流：Iim 2.55I 2.55 5.5706 14.205(KA) 有限大容量短路电流：

X 3* X1* X2* 2.1 0.375 2.475Xc* X 3*

SN S 2.475

10

100

0.2475 j

t=0s I 4.43

I I

SN Uav

4.43

10 37

0.691(kA)

t=1s I1 3.23 I I1 SN 1

Uav

3.23

103 37

0.504(kA) t=2s I 2 3.17 I SN 102

I2 3Uav

3.17

37

0.495(kA)

t=4s I 3

3.12 I ISN 3

3 3Uav

3.12

103 37

0.487(kA)

t=0s I1′=5.5706+0.691=6.2616（KA）

t=1s I2′=5.5706+0.504=6.0746（KA）

t=2s I3′=5.5706+0.495=6.0656（KA）

t=4s I4′=5.5706+0.487=6.0576（KA）

短路冲击电流: iim 2 kim I 2 1.8 0.691 1.759(kA) 总的冲击电流：i=14.205+1.759=15.964(KA)

k1短路：当t 4s时.

I 2 10I22

t Izt

2 QZ2

Z1

t 5.064 10 3.0962 2.9642

12

12

4 43.43Qf1 TI 2 0.15 5.0642 3.85

Qk1 Qz Qf 47.28

k2短路：当t 4s时.

QZ2

I 2 10Iz2

t2 Izt

0.6912 10 0.4952 0.4872 t 4 1.05

1212

Qf2 TI 2 0.08 0.6912 0.04 Qk1 Qz2 Qf2 1.09

2.3.3 短路电流计算成果表

第三章 高压电气设备的选择

3.1、高压电气设备选择的一般条件

电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计规范的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进，经

济合理。为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件，按正常工作条件包括：电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件包括动稳定、热稳定校验；按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。

3.1.1 额定电压和最高工作电压

高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高工作电压Ualm不得低于所接电网的最高运行电压。一般电气设备允许的最高工作电压可达1.1~1.15UN，而实际电网的最高运行电压Usm一般不超过1.1UNs因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择，即 UN ≥UNs

3.1.2 额定电流

电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许通过电流。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Iw.max，即

IN ≥Imax

3.2、高压断路器的选择和校验

高压断路器应根据断路器安装地点、环境和使用条件等要求选择其种类和型式。由于少油断路器制造简单、价格便宜、维护工作量较少，故在3~220kV系统中应用较广，但近年来，真空断路器在35kV及以下电力系统中得到了广泛应用，有取代油断路器的趋势。SF6断路器也已在向中压10~35kV发展，并在城乡电网建设和改造中获得了应用。

高压断路器的操动机构，大多数是由制造厂配套供应，仅部分少油断路器有电磁式、弹簧式或液压式等几种型式的操动机构可供选择。一般电磁式操动机构需配专用的直流合闸电源，但其结构简单可靠；弹簧式结构比较复杂，调整要求较高；液压操动机构加工精度要求较高。操动机构的型式，可根据安装调试方便和运行可靠性进行选择。

变压器低压侧断路器的选择

3.2.1额定电压选择

U≥U

N

NS

=1.05×6.3=6.615KV

即设备的额定电压应大于6.615KV。

3.2.2额定电流选择

IN≥Imax=1.05×10MV.A/√3×6.615=0.92KA

综合以上计算及所参阅的资料，选择6.3KV母线断路器的型号为：ZN-10/600-150；选择35KV母线断路器的型号为：ZN-35/630-8。

3.2.3额定开断电流选择

在额定电压下，断路器能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断电流。高压断路器的额定开断电流INbr，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量Izt，即

INbr≥Izt

发电机出口：8.7≥2.38 变压器低压侧：8.7≥2.38 变压器高压侧：25≥5.5706 35KV母线侧：25≥5.5706

我国生产的高压断路器在做型式试验时，仅计入了20%的非周期分量。一般中、慢速断路器，由于开断时间较长(>0.1s)，短路电流非周期分量衰减较多，能满足国家标准规定的非周期分量不超过周期分量幅值20%的要求。使用快速保护和高速断路器时，其开断时间小于0.1s，当在电源附近短路时，短路电流的非周期分量可能超过周期分量的20%，因此需要进行验算。短路全电流的计算方法可参考有关手册，如计算结果非周期分量超过20%以上时，订货时应向制造部门提出要求。

3.2.4短路关合电流的选择

在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，动、静触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更容易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏。且断路器在关合短路电流时，不可避免地在接通后又自动跳闸，此时还要求能够切

断短路电流，因此，额定关合电流是断路器的重要参数之一。为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流iNcl不应小于短路电流最大冲击值ich ， 即

iNcl≥ich

发电机出口：22≥12.891 变压器低压侧：22≥12.891 变压器高压侧：63≥14.205 35 KV母线侧：63≥14.205

3.2.5动稳定校验

所谓动稳定校验希是指在冲击电流作用，断路器的载流部分所产生的电动力是否能导致断路器的损坏。动稳定应满足的条件是短路冲击电流ich应小于或等于断路器的电动稳定电流（峰值）。一般在产品目录中给出的是极限通过电流（峰值）ikw，它与电动稳定电流的关系应满足

Ikw≥ich

发电机出口：22≥12.891

变压器低压侧：22≥12.891 变压器高压侧：63≥14.205 35KV母线侧：63≥14.205

3.2.6热稳定校验

I2rt≥Qk

应满足的条件是短路热效应Qk应不大于断路器在t秒时间内的允许热效应，即

发电机出口：8.72×4≥47.28

变压器低压侧：8.72×4≥47.28 变压器高压侧：652×4≥1.09

35KV母线侧：652×4≥1.09

3.3隔离开关的选择和校验

隔离开关选择及校验条件除额定电压、额定电流、热稳定、动稳定校验外，还应注意其种类和形式的选择，尤其屋外式隔离开关的型式较多，对配电装置的 布置和占地面积影响很大，因此其型式应根据配电装置特点和要求以及技术经济条件来确定。表3.3.1为隔离开关选型参考表。

表3.3.1 隔离开关选型参考表

内

三级，15kV,200~600A

GN11

三级，10kV,大电流 2000~3000A GN18,GN22,GN2 单极，插入式结构，带封闭罩 20 kV, GN14 大电流 10000~13000A 220kV 及以下各型配电装 双柱式，220kV 及以下 置 屋 高型、硬母线布置 外 硬母线布置 V 型，35~110kV 单柱式，220~500 kV GW4 GW5 GW6 GW7

20kV 及以上中型配电装 三柱式，220~500 kV 置

发电机出口隔离开关的选择 型号 额定电压 (KV) 6 额定电流 (A) 200 25.5 变压器低压侧隔离开关的选择 型号 额定电压 (KV) 6 额定电流 (A) 200 25.5 14.7 极限通过电流 (KA) 峰值 GN6-6T/200 有效值 10 4s 热稳定电流 (KA) 14.7 极限通过电流 (KA) 峰值 GN6-6T/200 有效值 10 4s 热稳定电流 (KA)

变压器高压侧隔离开关的选择 型号 GW5-35G 额定电压 (KV) 35 额定电流 (A) 600 极限通过电流峰值 (KA) 72 4s 热稳定电流 (KA) 16

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