大学城东单元规划小学1#变配电所工程(三)

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第四章10KV系统设计与设备选型

4.1 10kV变电站一次系统设计

10kV母线采用单母线接线，0.4kV侧母线采用单母线分段接线。一次系统采用二次环网开关柜，进线开关柜电缆侧装设有氧化锌避雷器，变压器选用SCB13型干式变压器；计量柜内计量流变之比需经当地电业部门核定，电能计量表计及负荷管理终端由当地电业部门配置；要求高压出线柜带电显示器做闭锁节点，接入干式变压器防护门上的电磁锁；电缆进出线柜要求开孔及设置固定电缆的卡子，电缆桩头套管适合安装。开关柜内设有隔离刀闸，选用干式高精度的电流互感器和电压互感器，一次系统连接采用封闭母线结构，在每个单元柜装有"五防锁"，保证了人身与设备的安全。

4.2 设备选型

电器设备选择的一般条件如下：

（1）按正常条件选择

电器设备按正常条件选择，就要考虑电器装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电器装置所处的位置特征；电器要求是指电器装置对设备的电压、电流、频率（一般为50HZ）等方面的要求；对一些断路电器如开关、熔断器等，还应考虑起断流能力。

1）考虑所选设备的工作环境。如户内、户外、防腐、防暴、防尘、放火等要求，以及沿海或湿热地域的特点。

2）所选设备的额定电压应不低于安装地点电网电压即

≥ （1）

一般电器设备的电压设计值满足 1.1 应而可在应1.1下安全工作。

3）电器的额定电流是指在额定周围环境温度θ0下，电器的长期允许电流应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续的工作电流，即

（2）

由式可以推算，当电器的环境温度θ高于40℃（但不高于60℃）时，环境温度每升高1℃，应减少允许电流1.8%；当使用环境低于 40℃时，每降低1℃，允许电流增加0.5%。

（2）按短路条件校验

1）动稳定校验

动稳定（电动力稳定）是指导体和电器承受短路电流机械效力的能力。满足稳定的条件

（3）

或

（4）

式中、—设备安装地点短路冲击电流的峰值及其有效值（kA）

、—设备允许通过电流的峰值及其有效值（kA）

对于下列情况可不校验动稳定或热稳定。

a 用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故不校验热稳定。

b电压互感器及其所在回路的裸导体和电器可不校验动、热稳定，因为短路电流很小。

c电缆一般均有足够的机械强度，可不校验动稳定。

2）热稳定校验

短路电流通过时，电器各部件温度不应超过短时发热最高允许值，即

t≥ （5）

式中— 设备安装地点稳态三相短路电流；

—短路电流假想时间；

— t秒内允许通过的短路电流值或称t秒热稳定电流（kA）；

t—厂家给出的热稳定计算时间，一般为4s、5s、1s等。

高低压电器设备选择的要求

（1）高压一次设备的选型

高压一次设备的选择，必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应安全可靠的运行，运行维护方便，投资经济合理。高压电器的选择和校验可按表3所列各项条件进行。现仅对选择的特殊条件或简要步骤予以介绍。

表3高压电器选择与校验条件

项目

设备额定电压额定电流开断电流动稳定热稳定

高压断路器 ≥ ≥ ≥

≥

隔离开关 —

负荷开关 ≥

高压熔断器 ≥或

（2）低压一次设备选型

低压一次设备的选择，与高压一次设备的选择一样，必须考虑安装地点并满足在正常条件下和短路故障条件下工作的要求；同时设备工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。

低压一次设备的选择校验项目如表4所列。

表4 低压一次设备的选择校验项目

设备名称电压（V）电流（A）断流能力

（kA）短流电流校验

动稳定度热稳定度

低压熔断器 √ √ √ — —

低压刀开关 √ √ √ √ √

低压负荷开关 √ √ √ √ √

低压断路器 √ √ √ √ √

综合考虑10kV变电站10kV侧选用SIMOSEC－12 型开关柜，0.4kV侧采用GCS抽出式低压开关柜

高压熔断器的选择

熔断器额定电流的选择，除了根据环境条件确定采用户内或户外、根据用于保护电力线路和电气设备还是保护互感器确定；采用额定电压等级为10kV，常用的型号有RN 1、RN 3、RN 5、XRNM 1、XRN T1、XRN T2、XRN T3 型，主要用于保护电力线路、电力变压器和电力电容器等设备的过载和短路等项目外，还包括熔管的额定电流和熔体的额定电流选择。

（1）熔管额定电流

为了保证熔断器壳不致过热毁坏，要求熔断器熔管的额定电流不小于熔体的额定电流即：

≥ （6）

（2）熔体的额定电流

=k （7）

式中Imax—熔断器所在电路最大工作电流；

k—可靠系数。为防止熔体误动作而考虑留有一定裕度。对于变压器回路k的取值，在不计电动机自起动时k=1.1~1.3，记入自起动时k=1.5~2.0；对于电力电容器回路，一台电容器时k=1.5~2.0，一组电容器时k=1.3~1.8。

（3）熔断器开断电流校验

≥（或）（8）

对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值Ish进行校验；对于有限流作用的熔断器，在电流过最大值之前已截断，故不计非周期分量的影响，而取I∞（Ik）进行校验。高压熔断器选用XRNT-10 0.5A/SDMDJ-40A.

互感器的选型

（1）电流互感器的选型的要求

在选择互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式）（如穿墙式、支持式装入式等）选择其形式。选用母线型时应注意校核窗口尺寸。

1）绕组的额定电压；

2）一次绕组的额定电流；

3）准确度等级。为了保证测量仪表的准确度，互感器的准确度不低于所测量仪表的准确级。例如：装于重要回路（如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等）中的电能表和计费的电能表一般采用0.5~1级表，相应的户感器的准确级不低于0.5级；对测量精确度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级；供运行检测、估算电能的电能表和控制盘上的仪表一般皆用1~1.5级的，相应的电流互感器可用3级的。

a.按准确度等级允许的额定容量，限定二次绕组接入的总负荷Z2；

b.动稳定校验和热稳定校验。

高压电流互感器选用LA-10其技术数据如表7所示，低压电流互感器选用LMZJ1-0.5其技术数据如表8所示。

表7高压电流互感器型号

型号

额定电流比级次组合二次负荷 1s热稳定倍数动稳定倍数

0.5级 1级 3级（C）D级

LA-10 200/5 0.5/3，1/3 0.8 1.2 1 75 135

表8 低压电流互感器

型号额定一次

电流（A）一次安匝额定二次负荷（Ω）

0.5级 1级 3级

LMZJ1-0.5 400 400 0.4 0.6 —

（2）电压互感器的选型要求

电压互感器的种类和形式应根据装设地点和使用条件进行选择，例如：在6~35kV屋内配电装置中，一般采用油渍式或浇注式；110~220kV配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器；当容量和准确级满足要求时，也可采用电容式电压互感器。

电压互感器选择的主要项目是：

1）额定电压应于安装处电网的额定电压相一致；

2）类型户内型、户外型；

3）容量和准确度等级的选择：首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器的接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选择互感器的准确级和额定容量。电压互感器选用JDJJ-35其技术参数如表9所示。

表9电压互感器技术参数

型号额定电压（Kv）副绕组1额定容量（VA）最大容量

（VA）

原绕组副绕组辅助绕组 0.2 0.5 1 3

JDJJ-10 10/ 0.03/ 0.03/3 150 250 600 1200

3.2.5 隔离开关的选型

隔离开关高压侧选用GW14-10/200，低压侧选用GN19-04C/20其技术数据如表10所示。

表10 高低压隔离开关技术数据

型号额定电压

（kA）额定电流

（A）极限通过电流峰值

（kA）热稳定电流

s4 5s

GN19-04C/20 0.4 200 50 12.5

GW14-10/200 10 200 40 31.5

3.2.6 开关柜的选型

制造厂生产各种不同电路的开关柜、配电屏或标准元件，品种很多。设计时可按照主接线选择相应电路的柜、屏或元件，组成一套配电装置。高压开关柜和低压配电屏的选择，应满足变配电所一次电路图的各要求并经几个方案的技术经济比较后，优选出柜、屏的型式及其一次线路方案编号，同时确定其中所有一、二次设备的型号和规格。向开关电器厂订购高压开关柜时应向厂家提供一、二次电路的图纸及有关技术资料。10kV开关柜选用SIMOSEC 12中压开关柜，低压采用GCS抽出式开关柜。

第五章10/0.4KV二次系统设计

5.1变电所二次回路方案

变电站的设备通常可分为一次设备和二次设备两大类。主接线所连接的都是一次设备，而二次设备是指测量表计、控制及信号设备、继电保护设备、自动装置和运动装置等。根据测量、控制、保护和信号显示的要求，表示二次设备相互连接关系的电路，称为二次接线或二次回路。

按二次接线电源性质分，有交流回路，直流回路；按二次接线的用途来分，有操作电源回路、测量表计回路、断路器控制和信号回路、中央信号回路、继电保护和自动装置回路等。电气测量仪表及测量回路。

a)高压开关柜的操作机构控制与信号回路采用电机储能操作机构，其控制与信号回路如下所示：

进线柜二次图：

出线柜二次图：

b)变电所的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量二台变压器消耗的有功电能表和无功电能。计量柜由上级供电部门加封和管理。

计量柜二次图：

5.2主变的保护

要求高压出线柜带电显示器做闭锁节点，接入干式变压器防护门上的电磁锁；变压器高温时，跳出线开关柜。

5.3 电气测量与信号系统

（1）需要进入计算机监测与控制系统的测量参数由设计者根据有关规定与用户实际需要来确定。

（2）需要进入计算机监测与控制系统的各种测量参数,首先经过电流互感器与电压互感器变为统一的交流。一5A电流与交流。一100V电压,220/380V系统直接利用交流守-220V或+-380V电压,然后再经各种电量变送器将交流参数变为直流。一5V,←10mA,4一20mA或←10V信号给计算机监测与控制系统进行测量。

（3）电量变送器的种类与电工测量仪表完全对应。有什么类型的电工测量仪表,就有什么样类型的电量变送器。即有电流变送器（单相与三相）,电压变送器（单相与三相）,有功功率变送器（三相三线制与三相四线制）,无功功率变送器（三相三线制与三相四线制）,有功/无功功率变送器,功率因数变送器。（三相三线制与三相四线制）,有功电度变送器（三相三线制与三相四线制）,无功电度变送器（三相三线制与三相四线制）0,频率变送器器等。

（4）电压变送器的测量输入电压最大值应提高20%,高压选交流120V,低压选交流250V或420V,各种电量变送器的输出一般选直流0-5V或4-20mA。

（5）采用变配电站综合自动化系统之后,其监控单元均为交流采样,直接从电流或电压互感器取。-5A或0-100V测量信号,低压直接取220V或380V信号。不再需要各种电量变送器,开关柜上各种测量仪表可以取消。电度计量应选用带脉冲输出的电度表。其型号及一次接线与原电度表相同,只在备注中说明带脉冲输出,并注明与计算机监测与控制系统相匹配的直流电源电压,设计时应优先选用自带供电电源的有源型, 输出为隔离型的脉冲电度表。计量柜电度表一般不进入计算机监测与控制系统,所以应在进线开关柜内增加有功与无功脉冲电度表各一块,作为内部统计用电量使用。本设计采用数字综合测量电路。如图7所示。

图7 多功能数字式智能表的测量原理图

结论

经过多年的学习，在老师和同学的帮助下，我终于完成了10Kv变电站的设计任务。

在本次变电站一次部分的设计过程中，参考和借鉴了许多教材和资料文献的部分论述，对本论文的完成起到了很大作用。该设计是电气工程专业很有代表性的课题，因为该设计需要用到电气工程专业几乎所有专业基础课。同时，通过本次设计，我更加深刻的了解了大学的课程知识，包括供配电系统、高电压技术部分等，并且能把书面知识和一些变电站中具体的运行、操作、保护等知识结合起来，提高了我对电气方面知识的了解。从工程实际应用来看，所设计的内容符合国家对行业的各项要求，设计内容也都在电力系统安全稳定运行规程导则框架内，确定的经济可行的运行方案，可以在实际中得到应用。从这方面来看，也增强了我的分析问题、解决问题，理论联系实际的能力。

参考文献

[1] 浅谈10kV环网柜在城网改造中的应用 - 陈皓东 - 《云南电力技术》 - 2009, 37(6)

[2] 《20kV及以下电力变电所设计规范》（GB50053-2013）

[3] 《建筑电气设计与施工》 2000年9月第一版中国建筑工业出版社

[4] 《10kV及以下供配电设计与安装图集》中册 2002年1月第一版煤炭工业出版社王子午陈昌编

[5] 《低压配电设计规范》（GB0054-2011）

[6] 《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007）

[7] 孟宪章.10/0.4kV供配电装置.中国电力出版社，2006

[8] 输变电常用标准汇编.中国标准出版社, 2001

[9] 刘健. 配电自动化系统. 北京, 中国水利电力出版社, 1998

[10] 刘涤尘. 电气工程基础. 武汉理工大学出版社,2002

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