毕业设计论文10kV小型变电站主接线设计.doc

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：10kV小型变电站主接线设计学习中心： 浙江衢州奥鹏学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 电气工程及自动化 年 级： 09 年 春 季 学 号： 指导教师： 完成日期： 2011 年 3 月 1 日III10kV小型变电站主接线设计内容摘要电力是现代社会不可缺少的一部分。10kV变电站更是与人民群众的生活和生产紧密联结。结合国内外变电站发展的趋势，本文从国内10kV变电站的现状出发，分析最新的变电站理论技术，主要对10kV变电站的主接线部分进行设计。主要探讨了变电站的选址，主接线的接线形式选择以及相应设备的配置与选择问题，并以浙江衢州地区某厂内变电站为例进行模拟设计，对设计出的变电站主要指标进行计算测试，经分析研究，可以达到安全、可靠、灵活与经济的目的。关键词：10kV变电站；主接线；设备配置目 录内容摘要I引 言31 变电站主接线设计原理概述31.1 电气主接线设计的重要性31.2 电气主接线基本要求31.3 电气主接线形式的分类31.4 一次设备32 10kV变电站主接线形式与设备选择32.1 电气主接线的选择32.2 设备的选择32.3 防雷与接地33 10kV变电站实例设计33.1 变电站位置的确定33.2 电气主接线方案的选定33.3 变电站(所)的配电设计33.4 防雷设计33.5 接地电阻的设计说明33.6 站用电与直流布置说明33.7 主变压器的选择33.8 变电站主接线总图34 设备计算测试与校验34.1 短路电流计算34.2 电气设备的校验34.3 设备选型总汇表35 总结与展望35.1 本设计主要工作总述35.2 以后工作的展望3参考文献3致 谢3附 录3引 言10kV 配电网属中压配电网，它延伸至用电负荷的中心或居民小区内，直接面对工矿企业和居民等广大用户的供电需要，起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。而10kV变电站设计是民用建筑电气设计中一项十分重要的设计内容。10kV变电站其低压出线主要分布于居民小区或工厂内，沿途接入小容量的变压器，降压供给小容量的生产和生活用电。有些重要的工厂可能设自备电厂，这种电厂也会接入配电变电站的低压母线，正常运行时自备电厂除供给本厂负荷外还可能有剩余功率对外输出，这时该电站实际为自备电厂的升压变电站，当自备电厂停运时，外部电力系统经该变电站将功率送入，这时该项变电站为一降低变电站，因此常称此种变电站为工厂与电力系统的联络变电站，其变压器一般选用有载高压变压器。1变电站系统设计研究现状及趋势随着经济以及计算机及网络技术的迅速发展，我国电力系统建设已经成为一个值得探讨的问题。根据我国变电站发展的现状及国情，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的状况与趋势。（1）变电站接线方案趋于简单随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线简化趋于可能。例如，断路器是变电站的主要电气设备，其制造技术近年来有了较大发展，可靠性大为提高，检修时间少。特别国外一些知名厂家生产的超高压断路器均可达到20 年不大修，更换部件费时很短。为了进一步控制工程造价，提高经济效益，经过专家反复论证，我国少数变电站设计已逐渐采用一些新的更为简单的接线方案。简化接线方案集中在这些方面：我国500kV、330 kV 电压等级的接线较多采用3/2 断路器接线1。（2）大量采用新的电气一次设备近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、新型设备不断出现，设备趋于无油化，采用SF6 气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产GIS（气体绝缘组合式电器）向高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大，许多城网建设工程、用户工程都考虑采用GIS 配电装置。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式走向无油化、真空开关、SF6 开关和机、电组合一体化的小型设备发展。近年来世界各国著名的高压电气设备公司都相继开发、研制了各种类型的145-550kV户外高压和超高压组合电器，国内一些高压开关厂也已经开始生产145 k V 户外紧凑型组合电器。目前145kV户外紧凑型组合电器主要产品有compass 、compact 、MCI 等。这些设备运行可靠性高、节省占地面积和空间、施工安装简单、运行维护方便，价格介于常规电气设备与GIS 之间，是电气设备今后发展的一个方向，符合我国目前的国情和技术发展方向。（3）变电站综合自动化技术新动向变电站综合自动化系统近几年一直是电力建设的一个热点。无论国内国外，还是从管理方、运行方及设计单位对于变电站实现综合自动化均取得了共识。伴随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展，变电站综合自动化也采用了新的技术，其技术动向主要集中在以下两个方面2：全分散式变电站自动化系统新型的全分散式变电站自动化系统，设计思想上实现了变电站二次系统由面向功能设计向面向对象设计的重要转变。系统不再单纯考虑某一个量，而是为某一设备配置完备的保护、监控和测量功能装置，以完成特定的功能，从而并保证了系统的分布式开放性。其特点是各现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近，现场单元部件可以是保护、监控和测量功能的集成装置，亦可以是现场的保护、监控和测量部件分别保持其独立性。变电站遥测遥信采集及处理、遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过网络送至后台主计算机。采用全分散式系统结构后，变电站内将不再具有规模庞大的测控屏和大量连接信号源和测控屏之间的铜芯电缆，全部测控装置下放在就地，而在控制室，取而代之的是一个计算机显示器甚至仅为一台临时监视、操作使用的便携机。从技术发展的趋势看，将来的测控设备还将和一次设备完全融合，即实现所谓的智能一次设备，每个对象均含有保护、监控、计费、操作、闭锁等一系列功能及信息库，面向外界的仅是一个通信口，采用全分散式变电站自动化系统将是必然的结果。引入先进的网络技术通信网络是综合自动化变电站与常规站的最明显的区别之一，只有采用通信网络，才可能节省大量电缆。因此必须保证通信网络安全、可靠，传输速度满足变电站综合自动化系统的要求。全分散式变电站自动化系统的实现尤其依托于如今发展很快的计算机网络技术。引入先进的网络技术使得自动化系统的实现更加简单，性能也大大优于以往的系统，并可解决以往系统中链路信息传输的实时性问题，以及信号传输的容量问题。210kV变电站现状随着计算机网络技术的发展和信息技术的不断进步，变电站的发展看来已经越来越快，10kV变电站也在这股潮流之列，但目前国内10kV变电站还存在一些问题，主要包括：（1）10kV变电站或变电所，通常都是紧邻附近的厂矿、企业，且空气中的化学成分高、颗粒微小，附着在设备上很难擦掉。特别是我国北方地区，时常伴有扬沙或浮尘天气，设备污染发生率较高。 （2）随着真空断路器、SF6断路器等新型设备的不断出现，各种技术指标也随之更改。所以，运行设备上有些数据已不符合新规程的要求。加之污染程度严重，设备陈旧，各种绝缘配合之间绝缘状况下降，极易发生类似电容器组爆炸烧毁事故。 （3）10kV系统中母线及开关柜内各种绝缘子均为旧式绝缘子，其爬电比距小，与近年生产的大爬距绝缘子相差甚远，也不符合新规程的要求。由于绝缘子表面积满灰尘，且新规程规定清扫周期为3年，这就使其成为绝缘配合最薄弱环节。一旦绝缘受潮，发生各种过电压时，就可能引起闪络，使事故范围扩大，造成重大损失。 （4）油断路器渗漏点多。由于设备连续运行时间久，在大修后，由于检修工艺等因素，设备螺丝、螺母没有紧固，或对密封垫压力过大，产生变形，都会在运行中产生渗漏现象。尤其是我国的北方温差大，密封垫极易老化而经常发生渗漏。 本文设计的10kV变电站主接线部分，将努力避开10kV变电站存在的以上现状，设计出更加优良的变电站，使其具有更好的安全性、可靠性与经济性。 3本文主要设计内容本文主要就10kV变电站的一次接线部分设计思路进行探讨，主要分为以下几个模块进行研究与设计：（1）对变电站系统设计的原则和原理进行阐述，分析10kV小型变电站一次接线结构形式与实际操作步骤。 （2）结合小型变电站的实际情况，对不同的一次接线设备进比较研究与分析，选择经济性，可靠性与优质性能较好的设备进行配套使用。（3）以实际厂区变电站为例作实际变电站设计（4）用现有数据进行设计变电站的试验与检测分析（5）结论与展望1 变电站主接线设计原理概述变电站的电气接线包括一次接线和二次接线两大部分。一次接线指的是对用户供电的电路部分。其中，对外供电（或由外部受电）的部分称为主接线。为了保证变电站的生产和工作人员的生活对内供电的部分称为站用电接线。为了保证一次接线安全、可靠、优质、经济地运行，对一次接线中的设备实施测量、信号、控制、调节的电路部分称为二次接线。本文主要针对变电站的一次接线的主接线部分进行重点设计。1.1 电气主接线设计的重要性变电站中的电气主接线主要作用如下：1电气主接线图是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，因此电气运行人员必须熟悉本站电气主接线图，了解电路中各种电气设备的用途、性能及维护、检查项目和运行操作的步骤3。2电气主接线表明了发电机、变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。电气接线直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定。是发电厂、变电站电气部分投资大小的决定性因素。3由于电能生产的特点是：发电、变电、输电、和用电是在同一时刻完成的所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，也直接影响到工农业生产和人民生活。所以电气主接线拟定是一个综合性问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进，经济合理，安全可靠。1.2 电气主接线基本要求对电气主接线主要有以下几方面的基本要求：1根据系统和用户的要求，保证必要的供电可靠性和电能质量供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。停电不仅是发电厂的损失，对国民经济各部门带来的损失将更严重，甚至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失，也会造成不良的政治影响。在考虑主接线可靠性时，应全面地看待以下几个问题：（1）主接线可靠性的客观衡量标准是运行实践，应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析辅之以可靠性的定量分析。（2）主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性综合。（3）可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某些系统和用户来说是可靠的，而对另外一些系统和用户来说可能就不够可靠，因此分析和估价主接线时，不能脱离系统和用户的具体条件，要根据系统和用户的要求，进行具体分析以满足必要的供电可靠性。（4）主接线的可靠性是发展的。随着电力事业的不断发展，新型设备的投运，自动装置和先进技术的使用，主接线的可靠性会改变，过去被认为不可靠的主接续线，现在不一定就不可靠。（5）衡量主接线运行可靠性评判标准是3：1）母线故障时，或者母线检修时，停电范围的大小和停电时间的长短，能否保证供电。2）断路器检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，能否保证对重要用户的供电。3）发电厂、变电站全部停运的可能性。电压的幅值偏移、不对称度、非正弦度等都是表征电能质量的基本指标，主接线应在各种情况下都要能满足这方面的要求，应保证电能质量在允许的变动范围内。具有大容量单相负荷、整流负荷、冲击负荷的变电站应保证馈入电网的负序分量、谐波分量满足国家标准的要求。2具有运行、维护的灵活性和方便性“灵活性”是指接线要适应各种运行方式和检修维护方面的要求，并能灵活地进行运行方式的转换。不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能根据调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小，甚至不影响供电。“方便性”是指操作时简便、安全、不易发生误操作。3经济性主接线应在满足供电可靠性、灵活性要求的前提下做到经济性。即（1）投资省主接线应力求简单、以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器等一次设备、要使控制、保护不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。要能限制短路电流，以便选择价廉电气设备或轻型电器。做到投资省（2）电能损失小合理地选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自偶变等）容量、台数，避免两次变压而增加电能损失。（3）占地面积小电气主接线选择时要为配电装置的布置创造条件，尽量使占地面积减少。在可能和允许条件下应采取一次设计、分期投资、投产、尽快发挥经济效益。4电气主接线具有将来发展和扩建的可能性。1.3 电气主接线形式的分类变电站的主接线形式指的是变电站采用的电压等级，各级电压的进出线善及其横向联络关系。进出线确定以后，其横向联络的形式分为两大类：有横向联络形式与无横向联络形式。1有横向联络的接线形式按联络方式不同，此种接线分为有母线形式和无母线的简易接线形式，有母线形式设有一组或两组汇流母线，其作用是实现各进、出线支路的并联。分别称为单母线接线和双母线接线。单母线接线按母线是否设立分段断路器而分为单母线分段接线和单母线（不分段）接线。双母线接线按每条支路使用的断路器数目分为双母线单断路器接线、双母线3/2断路器接线和双母线双断路器接线。每条支路只有一个断路器的接线，在断路器检修时该支路停电，为了解决断路器检修问题，在母线上设备用断路器（旁路断路器PD）通过旁路母线（PM）实现与各支路断路器的并联。因此，出现有旁路系统的接线形式。有母线的接线形式布置清晰、运行方便、便于扩建，是电力系统特别是大型发电厂、变电站高、中压电压等级普遍采用的接线形式。简易接线形式是不用汇流母线实现各进、出线并联的接线形式。它包括多角形接线和桥形接线。多角形接线是将母线支路的断路器连接成一个多角形，每条支路接在多角形的顶点上而实现各支路的并联。桥形接线是每两条支路之间经过一断路器（3DL），该断路器称为桥开关。这时省掉一侧支路断路器，可视桥开关由这些支路提供。由于支路上缺乏断路器，因此这些支路故障将导致联络断路器的切除，即易于解除联络。因此不宜于用于进、出线大于4回的情况。有横向联络的接线形式可以提高运行的灵活性，使各支路构成相互备用的关系，但需要增加投资并增大短路电流。2无横向联络的接线形式当不用发电机电压对周围供电时，发电机不在机端并列运行，可将发电机与变压器直接串联不设断路器，这种接线形式称为无横向联络形式。1.4 一次设备一次接线上的设备称为一次设备，其中包括：开关电器、限流电器、互感器以及电缆等。1.4.1 开关电器分类根据电压范围，开关电器可分为高压开关电器和低压开关电器两大类。高压开关电器按其功能与作用又可分为高压断路器，隔离开关和负荷开关及熔断器等。高压断路器在电路中的符号是DL按其灭弧介质与绝缘方式可划分为4种；即油开关，六氟化硫（SF6）开关，空气开关，真空开关。高压隔离开关在电路中的符号是G，具有明显可见的断口，其额定电流只表示开关处于闭合位置时可以长期通过的电流，而不能切断负荷电流，但必须具备与断路器相同的动热稳固性，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。高压负荷开关在电路中的符号是FK。是一种性能介于隔离开关和断路器之间的简易开关。负荷开关与隔离开关的主要不同之处是负荷开关有灭弧栅，专门用来接通或断开正常运行的负荷电流，不允许开断短路电流。将负荷开关与高压熔断器串联组合使用时，可由熔断器切断过载及短路电流，由负荷开关接通与断开负荷电流，用于35kV及以下功率较小和对保护性能要求不高的场所。高压熔断器在流过短路电流或较长时间过电流时熔断，以保护电气设备，主要产品有限流式和跌落式熔断器两类。1.4.2 限流电器限流电器是用以增加电路的短路阻抗，从而达到限制短路电流目的的装置。由于限流电器作为一个阻抗元件串接在电路中，当正常工作电流流过时，在其上产生电压降而影响供电电压的质量，因此在选择限流电器的类型及参数时，关键的问题在于如何解决既使之达到限制短路电流的目的，又不使正常工作电流情况下引起的电压损失过大的矛盾。在变电站电路中加装限流电抗器目的在于使发电机回路及用户能采用轻型断路器，从而减少电气设备投资。限流电抗器是单相空心电感线圈，按中间有无抽头分为普通电抗器和分裂电抗器（中间有抽头）两种。根据安装地点和作用不同可称为出线电抗器和母线分段电抗器。为解决限制短路电流与限制正常压降的矛盾，可采用分裂电抗器。1.4.3 互感器互感器是变换电压、电流的电气设备，它的主要功能是向二次系统提供电压、电流信号以反应一次系统的工作状况，前者称为电压互感器，后者称为电流互感器。使用互感器的一个极为重要的问题是其铭牌数据中的额定变比与实际运行变比（实际变比）的差别（误差）。前者用于计算：由幅边电度计算原边电度以收取电费或由原边电压、电流计算副边电压、电流以整定继电保护的动作值等级。2 10kV变电站主接线形式与设备选择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,主接线形式与设备的选择是一个重要条件. 本章就10kV变电站的设计思路进行探讨.2.1 电气主接线的选择正如1.1节所讲：变电站的主接线对变电站内电气设备的选择、配电装置的布置及运行的可靠性与经济性等都有密切的关系,是变电站设计中的重要环节。1.3节中列举了电气主接线的主要接线形式。其中，在10kV变电站的设计中常用的有单母接线、单母分段接线、线路变压器组接线、桥式接线等,每种接线均有各自的优缺点. 通过对几种能满足负荷用电要求的主接线形式在技术、经济上的比较,可以选择出最合理的方案。可以用下面的例子来作说明：某县西部的甲乙两企业,以前均由6kV线路供电,现都要求改为电网10kV供电。在甲企业中,由于其预计运行的时间只有3年左右,且周围均为10kV电网供电,经过技术及经济比较,采用了保留原有供电设备,仅增一台特殊变比(10kV/6kV)的变压器来满足用电要求的方案,节省了投资,节约了时间.在乙企业中,其新增设备的额定电压为10kV,在企业周围还有部分采用6kV电压等级供电的负荷,如同样采用甲企业的方法,仅增一台特殊变比(10kV/6kV)的变压器,则该企业有可能成为一个新的6kV电压等级供电点,对用电的管理及电网的运行均产生不利的影响。经技术及经济比较,向用户列举了10kV供电的诸多优点,动员用户对原有供电设备进行了改造. 此方法对用户、电网和用电管理部门都是一个较理想的选择。2.2 设备的选择在进行电气设备选择时,应根据工程的实际情况,在保证安全、可靠的前题下,积极而稳妥地采用新技术,注意节约投资.2.2.1 主变压器选择在10kV变电站中,要选用性能优越、节能低损耗和环保型的变压器。 变压器的台数及容量要根据负荷计算和负荷分级的结果并结合经济运行进行选择。当有大量的一、二级负荷,或季节负荷变化较大,或集中负荷较大时,宜装设两台及以上的变压器。 当其中任一台变压器断开时,其余变压器应满足一级负荷及大部分二级负荷的用电需要。定变压器容量时还要综合考虑环境温度、通风散热条件等相关因素。对冲击性较大的负荷、季节性容量较大的负荷、小区或高层建筑的消防和电梯等需备用电源的负荷等可设专用变压器,此方法既保障了电能的质量及供电的可靠性,又结合了电费电价政策,做到经济运行。为了使变压器容量在三相不平衡负荷下得以充分利用,并有利于抑制3n次谐波影响,宜选用的变压器接线组别为D, yn11。 D, yn11接线的变压器低压侧单相接地短路时的短路电流大,也有利于低压侧单相接地故障的切除。在改、扩建工程中,为了满足变压器并列运行条件,选用的变压器接线组别与原有的保持一致,短路阻抗百分比接近,容量比不超过13。如某县企业,其设备的用电规格与我国不相一致,根据用户的意见,我们将容量为630kVA的主变接线组别定为D,dn,并要求变压器设单独的接地系统,以此满足用户的供电要求。设在高层建筑内部的变电站,主变采用干式变压器。设在周围大气环境较差的变电站,应选用密闭型或防腐型变压器。为了不降低配电运行的电压,10kV变电站的主变分接头宜放在10.5kV上,分接范围油浸变为±5% ,干式变为±2×2.5%.2.2.2 10kV开关柜的选择容量为500kVA及以上的变压器一般均配有10kV开关柜. 10kV开关柜可分为固定式和手车式开关柜.就绝缘介质而言,目前10kV开关柜的主流产品又可分为SF6气体绝缘和真空绝缘. SF6气体绝缘的开关柜体积小,一般20年内免维护,但价格高,其气体的泄露还会造成环境污染. 真空绝缘的开关柜体积适中,相对同等档次的SF6气体绝缘的开关柜来说价格略低,使用过程中不会造成环境污染,但每二年就需做一次试验,增大了运行维护的工作量. 因此开关柜的选择除按正常工作条件选择和按短路状态校验外,还应考虑开关柜放置的场合和对开关柜性能的要求等条件. 如我县某工程,其预留的10kV变电站位置在地下室,该工程在建筑上并没有考虑变电站的通风问题,且在建筑施工时设置的变电站大门只有2.05米净高,用电可靠性要求较高. 在这里,选用SF6气体绝缘的开关柜显然违背了国家电网公司电力安全工作规程中在SF6电气设备上的工作这一节的相关条款。但一般的真空开关柜高度均在2.2米以上,通过对一些开关柜制造厂家的咨询,最后采用了高度为1.9米的非标型真空开关柜.2.2.3 10kV负荷开关和熔断器组合的选择在10kV变电站的设计中,对主变容量在400kVA及以下的变电站,高配部分通常采用负荷开关加熔丝的组合,其接线简单。在10kV负荷开关和熔断器组合的选择方面, 10kV负荷开关按正常工作条件选择和按短路状态校验。熔断器的熔体额定电流按进行选择,其中k为可靠系数,当不计电动机自起动时取1.11.3,考虑电动机自起动时取1.52.0; 为电力变压器回路的最大工作电流。熔管的额定电流熔体的额定电流。 选择熔断器时,还应保证前后两级熔断器之间(多见于美式箱变)、熔断器与电源侧的继电保护之间、熔断器与负荷侧的继电保护之间的动作选择性。当本段保护范围内发生短路故障时,应在最短的时间内切除故障。当电网接有其它接地保护时,回路中的最大接地电流与负荷电流之和应小于最小熔断电流。2.2.4 电力电缆的选择（1）首先应根据用途、敷设方式和使用条件来选择电力电缆的类型。 YJV型交联聚乙烯电缆和VV型聚氯乙烯电缆是目前工程建设中普遍选用的两种电缆。 YJV型电缆与VV型电缆相比, YJV型电缆虽然价格略高,但具有外径小、重量轻、载流量大、寿命长的显著优点( YJV型电缆寿命可长达40年, VV型电缆寿命仅为20年) ,因此在工程设计中应尽量选用YJV型交联聚乙烯电缆。（2）电缆的额定电压UN所在电网的额定电压。（3）按长期发热允许电流选择电缆的截面。但当电缆的最大负荷利用小时数,且长度超过20米时,则应按经济电流密度来选择。（4）允许电压降的校验。 对供电距离较远、容量较大的电缆线路,应满足:,U、L为线路工作电压(线电压)和长度; 功率因数; r、x为电缆单位长度的电阻和电抗。（5）热稳定的校验电缆应满足的条件为:所选电缆截面应满足：。为短路电流的热效应, C为热稳定系数。 如某县企业的供电电源是从紧邻的一座110kV变电所的10kV侧专线接入的,由于该企业的用电负荷不是很大,若按长期发热允许电流选择的电缆截面,或按经济电流密度来选择的电缆截面均在95 mm2以下,但在热稳定校验时,所选电缆截面至少需在120 mm2及以上。2.3 防雷与接地（1）10kV变电站在建设过程中,可利用钢筋混凝土结构的屋顶,将其钢筋焊接成网并接地来防护直击雷。（2）在变电站内的高压侧、低压侧及进线段安装避雷器,以防护侵入雷电波、操作过电压及暂时过电压。（3）10kV变电站中的接地网一般由扁钢及角钢组成,也可利用建筑物钢筋混凝土内的钢筋体作接地网,但各钢筋体之间必须连成电气通路并保证其电气连续性符合要求。接地电阻值要求不大于4。变压器、高低压配电装置、墙上的设备预埋件等都需用扁钢等与接地网作可靠焊接进行接地。发电机的接地系统需另行设置,不得与变电站的接地网连接。（4）低压配电系统按接地方式的不同可分为三类:即TT、TN和IT系统。TT方式供电系统是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统,称作保护接地系统。TN方式供电系统是将电气设备的金属外壳与工作零线相接的保护系统,称作接零保护系统。在TN方式供电系统中,根据其保护零线是否与工作零线分开又可分为: TN-C和TN-S方式供电系统。 TN-C方式供电系统是用工作零线兼作接零保护线,适用于三相负载基本平衡的情况。TN-S方式供电系统是把工作零线N和专用保护线PE严格分开,当N线断开,如三相负荷不平衡,中性点电位升高,但外壳、PE线电位不变。TN-S方式供电系统安全可靠,适用于工业与民用建筑等低压供电系统。此外,在一些由用户提供的图纸中,我们还可看到TN-C-S方式的供电系统,此系统的前部分是TN-C方式供电,系统的后部分出PE线,且与N线不再合并。TN-C-S供电系统是在TN-C系统上的临时变通作法,适用于工业企业。但当负荷端装设RCD (漏电开关)、干线末端装有断零保护时也可用于住宅小区的低压供电系统。IT方式供电系统表示电源侧没有工作接地,或经过高阻抗接地,负载侧电气设备进行接地保护。IT方式供电系统在供电距离不是很长时,供电的可靠性高、安全性好,一般用于不允许停电的场所,或者是要求严格的连续供电的地方。3 10kV变电站实例设计3.1 变电站位置的确定变电站位置应避开大气污秽、盐雾、与邻近设施有相互影响的地区(如军事设施、通信电台、飞机场等) 、滑坡、滚石、明暗河塘等,靠近负荷中心出线条件好,交通运输方便。浙江衢州市地处浙江省最大的内陆盆地金衢盆地的西半部，市区境内地势平坦，环境优美。近年来，衢州市内大型企业蓬勃发展，为衢州市的经济做出了突出贡献。本文便以衢州市柯城区内一家知名企业巨化集团企业为选址，进行厂内10kV变电站的模拟设计。3.2 电气主接线方案的选定巨化集团是浙江省最大的化工基地。公司决策中心在浙江杭州，生产基地位于浙江衢州，主要生产氟化学制品和基本化工原料等17大类200多种产品。巨化集团生产的化工原料一般会对环境产生高污染，如果发生泄露事故，都会对当地的生产生活造生大的损失。据此巨化集团企业内的负荷等级应为类负荷，类负荷供电要求在线路维修时，允许短时停电或部分长期，但不允许线路全部长期停电。为避免因停电带来安全生产事故，必须选择安全可靠的电气主接线方案。从这一方向出发可有两种主接线方案，一为高低压负荷均为单母线分段接线方案，二为高低压负荷均为双母线不分段接线方案（双母线不分段接线以下简称双母线接线）。下面分别对两种接线方案进行比较讨论。双母线接线，它的可靠性非常高。采用双母线可以在任何一段母线维修时将该段负荷切换的另一母线上，并且不用长期停电，短时停电为切换母线时的操作时间，大大提高了供电可靠性。它的优点在于：一是便于扩建，在扩建时只用横向建设，不必另加入母线。二是灵活性高，有多种运行方式。缺点是进行调度并网操作复杂，其安全性相对低，在母线故障时倒闸操作复杂，易产生误操作，稍有不慎会造成带负荷拉开隔离开关的重大事故。二是经济上双母线由于有二条母线，它所配备的设备也要相应增加，对应负荷的断路器与隔离开关也要增加，所以它的建设投资大。由于它连接母线的设备较多维修的对象多，它的维护费用也多，经济性较差。双母线接线图： 图3.1 双母线接线图单母线分段接线较双母线接线，可靠性偏低，但经济性较好，所配备的设备较少，也克服了单母线不分段接线的可靠性低的缺点，提高了供电可靠性。在任一母线的隔离开关维修时，该段母线上的回路都要停止工作，但不会形成全部停电，而是部分停电。检修任一电源或出线断路器时，该回路要长期停电，由此可以分别把负荷接在不同分段母线上同时供电。这样不但满足了对类负荷的供电要求，也能满足对类负荷的要求。安全上单母线分段接线简单，在维护的倒闸时的操作简单。灵活性高调度方便，可以快速并网。在扩建时建设方便只用横向建设，不必多加入母线。在经济性上由于母线数少，增加出线回路的投资不高。由于连接母线的重要设备少，所以维护设备的费用也少，运行维护费用不高，经济性好。通过对两中方案的比较，从可靠性上：双母线比单母线分段的可靠性高。从安全性灵活性上：双母线接线倒闸操作复杂，易发生是事故，维护不便。单母线分段接线的倒闸操作简单，调度灵活。在经济性上：单母线分段的运行与维护费用比双母线要少，扩建的投资也比双母线经济。进行综合的考虑，本次设计中虽然双母线的可靠性比单母线分段的高，但是从灵活性安全性和经济性上：单母线分段比双母线都要好，经过讨论比较，可以发现单母线分段的接线方案比双母线接线的方案更适合本次设计，所以最终采用单母线分段作为变电站的接线方案。单母线分段接线图：图3.2 单母线分段接线图3.3 变电站(所)的配电设计本设计中，拟定2个配电房间，一间用以安放配电设备和变压设备（下面统称配电房），一间用于监控运行的主控室。配电房内有4台变压器，2台10/6KV的和2台6/0.4KV的变压器，统一按照单母线分段接线方式安装。10/6KV的2台变压器在房间最里面，他们之间有3米的距离间隔，3米是便于维修和巡查设备的回车道，变压器离墙面保持2米的安全距离。10/6KV的变压器与6/0.4KV的变压器之间有高压开关柜和电容柜，高压开关柜和电容柜离变压器有3米的间隔距离。以段和段为分界，每段各有1个高压开关柜和电容柜，两段各组之间有3米的回车道。主控室主要用于监控变压器与设备的正常运行，观察继电保护动作的情况，监视中央音响设备的报警情况，里面的设备都属于二次设备，接线属于二次接线，因此在这里不做具体论述。配电房布置图如下： 图3.3配电房布置图3.4 防雷设计本次设计为户内配电，变配电设备都为户内设备，所以要装设避雷设备。避雷设备为户内用避雷器，考虑防雷能力应该在10KV进线端安装避雷器。在6KV侧的高压电动机回路上，也要设计防雷设备，防止雷击对电动机影响，一般在电动机的末端装设氧化锌避雷器。在3-10KV配电所的重要设备是变压器，其价格高绝缘水平低，必须有可靠防雷。在防雷设计中，避雷器应靠近变压器安装，但也要考虑保护其他电气设备。在3-10KV配电装置中，应该在每组母线和架空进线上安装避雷器，在3-10KV进线电缆上，电缆与架空连接处装设避雷器，此次设计中户内使用氧化锌避雷器。由于需要设置的避雷器多，所以设计避雷设备接入避雷网，用避雷网保护变电所整体。3.5 接地电阻的设计说明 接地系统主要分为保护接地和工作接地。保护接地主要用于保护电气设备的安全运行与人身安全。工作接地主要用于设备的正常工作，如：变压器中性点的直接接地和经消弧线圈接地。本次设计为了保护工厂设备和生产安全，使用TN式的三相五线制接线方式。为了保护电动机和泵的正常工作，保证人员安全需要接地保护。本变电所内的6/0.4KV的变压器的运行需要中性点接地，需要设置工作接地。电动机的外壳需要保护接地，为了防止人员触壳发生触电，防止电动机碰壳产生电火花发生火灾。避雷器需要接地将雷击引入地下，需要对其单独使用接地体接地，因此接地系统为TN-S系统。此次接地设计可使用接地网进行设备保护和中性点接地的工作接地并且电阻要小于4。避雷器单独接地体可以使用地下管道连接入接地网，达到降低接地电阻的目的。电动机零线接地线三相五线制接线方式图：图3.4 接地线图3.6 站用电与直流布置说明变电所内的用电负荷少，主要是配电房照明主控室照明和生活照明。站用电的电源从低压母线上的末端引出一条线路，此线路对站用电提供电源。为保证直流系统负荷的供电，对本次变电所直流系统装设额定电压为2V的蓄电池108个，串联组成210-220V的直流电源，为直流设备提供电源。在变电所中，为了防止突发电气设备突发的故障和事故，要考虑备用电源的使用。本次设计对变压器采用暗备用运行。为了变压器能够自动入换备用，变压器的容量考虑了他在过载70%时的最大容量。各段的负荷只接入变压器容量的70%。3.7 主变压器的选择 结合2.2.1节10kV变电站主变压器的选择分析，考虑到巨化企业内集中负荷较大，因此在高压与低压侧分别装设两台变压器，为了使变压器容量在三相不平衡负荷下得以充分利用,并有利于抑制3n次谐波影响,选用的变压器接线组别为D, yn11（一次侧三角形接线，二次侧为星形接线，相差30度）。所选用的主变型号分别是10/6kV段SC8-2500/10型，6/0.4kV段SC8-500/10型。3.8 变电站主接线总图 见附图4 设备计算测试与校验4.1 短路电流计算在供电系统中危害最大的故障是短路,为了正确选择和校验电气设备,须计算短路电流.在10kV变电站的短路电流计算中,一般将三相短路电流作为重点. 为了简化短路电流计算方法,在保证计算精度的情况下,可忽略一些次要因素的影响. 其规定有:（1）所有电源的电动势相位角相同,电流的频率相同,短路前电力系统的电势和电流是对称的.（2）认为变压器为理想变压器,变压器的铁芯始终处于不饱和状态,即电抗值不随电流大小发生变化.（3）输电线路的分布电容略去不计.（4）每一个电压级均采用平均额定电压,只有电抗器采用加于电抗器端点的实际额定电压.（5）一般只计发电机、变压器、电抗器、线路等元件的电抗。（6）在简化系统阻抗时,距短路点远的电源与近的电源不能合并。参照以上原则,给出变电站在最大运行方式下的等效电路图,运用同一变化法或个别变化法分别得出:（1）次暂态短路电流() ,用来作为继电保护的整定计算和校验断路器的额定断流容量。（2）三相短路冲击电流() ,用来校验电器和母线的动稳定。（3）三相短路电