工厂供电某工厂10kV降压变电所系统设计课程设计

课程设计任务书

系 别 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 课程设计进行地点： 任 务 下 达 时 间： 年 月 日 起止日期： 年 月 日起——至 年 月 日止 教研室主任 年 月 日批准

课程设计题目： 某工厂10kV降压变电所系统设计

1、基础资料

该工厂0.4KV计算负荷S30=980KVA,COSφ=0.7。10KV线路5km，上一级电网短路容量500MVA，基准容量100MVA。工厂全部为Ⅲ级负荷，该工厂有5个车间，其中1 个车间计算负荷P30=80，COSφ=0.7。距离工厂变电所200m，采用铝芯塑料电力电缆供电，线芯温度按60℃考虑。

2、设计要求

2.1 变电所主接线设计（0.4KV侧从简）。 2.2 选择变压器容量。

2.3 短路电流计算。计算10KV侧变压器一次短路和变压器低压（0.4KV）侧短路电流。

2.4 按主接线方案选择设备，包括隔离开关，高压断路器，高压电流互感器，低压断路器（变压器低压侧出口）。

2.5 变压器继电保护及整定计算。

2.6 从变电所到1车间的供电电缆选择（按发热条件选择），电压降计算。

2.7 无功补偿。要求采用低压侧补偿，补偿后10KV侧功率因数大于0.9.

3 对设计说明书撰写内容、字数的要求； 3.1 设计题目、目录、原始数据及技术要求等。

3.2 设计目的、有必要的计算及表格。字数不少于3000字。 3.3 设计图纸

3.3.1 变电所主接线单线图

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3.3.2 变压继电保护原理图 3.4 设计总结。 3.5 参考文献。 4 时间进度安排； 顺序 阶段日期 1 2 3 4 5 12.08 12.09 12.10 12.11 12.12 计 划 完 成 内 容 明确设计任务，搜集相关资料。 备注 确定变电所主接线方案，进行相关参 数的计算。 变压器保护方案设计、参数整定及其 它部分的设计。 设计校核及绘图 撰写课程设计说明书 5、主要参考资料（文献）。

（1）《工厂供电》 刘介才机械工业出版社2009.12

（2）《电力工程设计手册》（第一、二、三、四册）西北、东北电力设计院编上海科学技术出版社1.1

（3）《电力系统计电保护原理与新技术》 李佑光 林东华 科学出版社2005.7

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1、基础资料

该工厂0.4KV计算负荷S30=980KVA,COSφ=0.7。10KV线路5km，上一级电网短路容量500MVA，基准容量100MVA。工厂全部为Ⅲ级负荷，该工厂有5个车间，其中1 个车间计算负荷P30=80，COSφ=0.7。距离工厂变电所200m，采用铝芯塑料电力电缆供电，线芯温度按60℃考虑。

2、设计要求

2.1 变电所主接线设计（0.4KV侧从简）。 2.2 选择变压器容量。

2.3 短路电流计算。计算10KV侧变压器一次短路和变压器低压（0.4KV）侧短路电流。

2.4 按主接线方案选择设备，包括隔离开关，高压断路器，高压电流互感器，低压断路器（变压器低压侧出口）。

2.5 变压器继电保护及整定计算。

2.6 从变电所到1车间的供电电缆选择（按发热条件选择），电压降计算。

2.7 无功补偿。要求采用低压侧补偿，补偿后10KV侧功率因数大于0.9.

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设计步骤：

1 根据负荷情况选择变压器台数及主接线方式 2 根据S30选择变压器容量 SN.T≥S30 3 短路电流计算 4 选择设备

5 变压器保护及整定计算，低压断路器整定（变压器出口） 6 到1车间的电缆选择，电压降计算 7 功率因数整定计算

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1 根据负荷情况选择变压器台数及主接线方式

因为该工厂全部为Ⅲ级负荷，故选择由1台变压器供电。主接线高压侧采用隔离开关――断路器方案（教材图4－71）。

图1变电所主接线方案

2 变压器容量选择

按SN.T≥S30，选择变压器1000KVA,1台。 3 短路电流计算

已知：上一级电网短路容量SOC=500MVA,10KV线路长度5km ,基准容量 Sd=100MVA, 线路电抗X0=0.35Ω/ km , 电压Uc1=10.5kV,

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Uc2=0.4Kv 。

（1）基准值：

Sd100MVAId15.5kA

3UC1310.5kVId2Sd100MVA144kA

3UC230.4kV（2）计算短路电路中各元件的电抗标幺值。 1）电力系统的电抗标幺值

Sd100MVAX0.2

SOC500MVA*12) 线路电抗标幺值

Sd100XX0l20.35/km5km1.592UC10.5*2 3）变压器电抗标幺值，由附表5查得UK%=5

UK%Sd5100MVAX5.0

100SN1001000MVA*34) 短路等效电路

图2短路等效电路图

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(3) 短路电流(K-1点) 1) 总电抗标幺值

X*(K1)XX0.21.591.79

*1*22) 三相短路电流周期分量有效值

I(3)K1Id1*X(K1)5.5kA3.07kA

1.79(4) 短路电流(K-2点) 1) 总电抗标幺值

X(3) sh*(K2)XXX0.21.595.06.79(3)K1*1*2*3i2.55I2.553.077.83kA

2) 三相短路电流周期分量有效值

I(3)K2Id2X*(K2)144kA21.21kA

6.79i

(3)sh1.84I(3)K21.8421.2139.03kA

4 选择设备

S30980I30(1)53.9(A)

3UC1310.5S30980I30(2)1414.5(A)

3UC230.4

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(1) 隔离开关(见附页) 型号：GN5-10/200

指标 要求值 额定电压 10KV 10KV 额定电流 200A 53.9A 极限电流 25.5KA 7.83KA 结论：符合要求

（2）断路器（见附表8） 型号：ZN28-12/630

指标 要求值

额定电压 10KV 10KV 额定电流 630A 53.9A 开断电流（IK-1(3) ） 20KA 3.07KA 动稳定电流(ish(3) ) 50KA 7.83KA 结论：符合要求 （3）操作机构 选用弹簧操作机构。

5 变压器的继电保护方案及整定 5.1 变压器的继电保护方案 （1）瓦斯保护

防御变压器油箱内部短路和油面降低。轻瓦斯动作于信号，重

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瓦斯动作用于跳闸。

（2）电流速断保护

防御变压线圈和引线的相间短路，动作于跳闸。 （3）过电流保护

防御变压器外部相间短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护。保护动作于跳闸。

（4）过负荷保护

防御变压器本身的对称过负荷和外部短路引起的过载。 变压继电保护电路原理图见图3所示。 5.2 保护速定计算 （1）过电流保护 动作电流

IOPKrelKw1.31IL.max115.479.4(A)KiKre0.820其中Krel：脱扣器的可靠系数1.3，KW：接线系数1，Ki：电流互感器比100/5=20，IL.max=(1.5~3)I1N.T=2 I1N.T=115.47(A)。

动作电流整定为9A,10倍动作电流的动作时限整定为0.5S。 灵敏度

KWI18.361000Sp4.08

KiIOP120925其中 I(2)K-2min=0.866I(2)K-2=0.866*21.21=18.36(KA)/25=734.4(A)换算到变压器一次侧的电流。SP要求＞1.5，符合要求。

(2)K.min

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图3 变压器继电保护电路原理图（断路器控制信号回路） WC－控制小母线 WS－信号小母线 WAS－事故信号小母线 KA1,KA2定时限过电流保护继电器 KA3,KA4电流速断保护继电器

KA5过负荷保护继电器 KS1过电流信号继电器 KS2重瓦斯保护信号继电器 KS3电流速断保护信号继电器 KS4过负荷信号继电器 KT1定时限时间继电器 KT2过负荷时间继电器 KG1重瓦斯继电器触点 KG2轻瓦斯继电器触点 KM中间继电器（出口继电器）

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（2）电流速断保护

KrelKw1.51IqbIK.max848.463.63(A)

Ki20其中 Krel=1.5,IK.max=I(2)K-2换算到变压器一次侧的电流。 速断电流倍数速定为

nqb=Iqb/IOP=63.63/9=7.07

KWI10.8663.071000Sp2.09

KiIqb2063.63其中I(2)K-1为变压器一次侧两相短路电流，SP要求大于1.5，符合要求。

（3）过负荷保护

(2)K1IOP(OL)1.2~1.31.2I1N.T57.743.46(A)

Ki20动作时间取10S。

5.2.2 低压断路器脱扣器的选择和整定 （1）过电流脱扣器额定电流的选择

IN.OR≥I30

S30980I301414.5(A)3UC230.4

取IN.OR=1500A

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（2）过流脱扣器整定 1）瞬时过流脱扣器整定 IOP(0)≥KrelIPK

按IPK≈I30。[IPK =I30+(Ist-IN)max], Krel=1.35

IOP(0)=1.35*I30=1.35*1414.5=1909.58(A)

取2000A。

2）短延时过电流脱扣器动作电流和动作时间整定

IOP(S)≥KrelIPK

按IPK≈I30。Krel=1.2

IOP(S)=1.2*I30=1.2*1414.5=1697.4(A) 取1700A,动作时间取0.2S。

3）长延时过电流脱扣器动作电流和动作时间整定 IOP(L)≥KrelIPK

按IPK≈I30。Krel=1.1

IOP(L)=1.1*1414.5=1555.95(A)

取1600A，动作时间取1小时。

6 到1车间的电缆选择，电压降计算

到1车间距离200m，电压0.4KV，选用铝芯电缆。该车间计算负荷P30＝80kW，COSφ=0.7， Q30=80kvar

6.1 按发热条件选择导线截面 Ial≥I30

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P3080I30165(A)

3UNCOS30.40.7查附表18，导线截面选120mm2（线芯按60℃，直埋选，最大允许电流为182A）。选（3×120+1×70）电缆。

6.2 电压降校验

查表6得R0=0.3Ω / km，X0=0.07Ω/ km。

P30lR0Q30lX0 UUC2800.20.3800.20.0714.8V

0.410014.8U%3.7%

400小于5%，符合要求。

7 功率因数补偿

已知 S30＝980KW,COSφ=0.7，则P30=686KW,Q30=696kvar . 按规定变压器高压侧的COSφ≥0.9，低压侧按COSφ’＝0.92， COS－10.92＝23°，补偿电容器的功率为

QC=Q30-Q30’=P30*(tanarccos0.7-tanarccos0.92) =686*(1.02-0.42)=411.6kvar

S

'30(2)686(696412)742.46kW

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PT0.01S30(2)0.01742.467.42kW QT0.05S30(2)0.05742.4637.12kW

P'30(1)6867.42693.42kW

'Q30(1)696411.637.12321.52kvar

S'30(1)693.42321.52764.33kW

'P30(1)22COS'符合要求。

S'30(1)693.42764.330.91

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户内高压隔离开关技术数据 型 号 额定电压（KV） 额定电流（A） 极限通过电流 （KA）imax GN5-10/200 GN5-10/400 GN5-10/100

10 10 10 200 400 1000 25.2 52 75

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