中國(guó)石油大學(xué)(華東)體育館變電站docx

1、中國(guó)石油大學(xué)（華東）體育館變電站設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 陳明 安鏡元 陳澤涵 朱一波 所在院系 信息與控制工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化1206 前言本校體育館變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是對(duì)體育館，停車(chē)場(chǎng)以及校醫(yī)院供電的設(shè)計(jì)。本變電站設(shè)計(jì)對(duì)供電方式、主要設(shè)備的選擇、保護(hù)裝置的配置及防雷接地系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的敘述，其中還包括整個(gè)體育館以及校醫(yī)院的負(fù)荷計(jì)算、高壓側(cè)和低壓側(cè)的短路計(jì)算、設(shè)備選擇及校驗(yàn)、主要設(shè)備繼電保護(hù)設(shè)計(jì)、配電裝置設(shè)計(jì)、防雷和接地設(shè)計(jì)等。本設(shè)計(jì)通過(guò)計(jì)算出的有功、無(wú)功和視在功率選擇變壓器的大小和相應(yīng)主要設(shè)備的主要參數(shù)，再根據(jù)用戶對(duì)電壓的要求，計(jì)算補(bǔ)償功率，從而得出所需補(bǔ)償電容的大小與個(gè)數(shù)。根據(jù)國(guó)

2、家供電部門(mén)的相關(guān)規(guī)定，畫(huà)出總配變電所及配電系統(tǒng)的主接線圖。電氣主接線對(duì)電氣設(shè)備的選擇，配電所的布置，運(yùn)行的安全性、可靠性和靈活性，對(duì)電力工程建設(shè)和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)節(jié)約等，都有很大的影響。目錄一、概述1、設(shè)計(jì)目的.42、設(shè)計(jì)內(nèi)容.43、設(shè)計(jì)要求.4二、負(fù)荷數(shù)據(jù)估算.4三、負(fù)荷計(jì)算及無(wú)功補(bǔ)償51、各變電所負(fù)荷計(jì)算及無(wú)功補(bǔ)償52、總負(fù)荷計(jì)算及無(wú)功補(bǔ)償8四、變壓器選擇9五、配電所主接線設(shè)計(jì)10六、短路電流計(jì)算11七、一次元件的電氣設(shè)備選擇141、一次設(shè)備選擇的一般原則142、變電所高壓一次設(shè)備的選擇143、 變電所低壓一次設(shè)備的選擇16 4、高低壓母線選擇校驗(yàn).16八、繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)17九、課程設(shè)計(jì)體會(huì)

3、19參考文獻(xiàn)20一、概述1、設(shè)計(jì)目的1） 鞏固“電力工程”和發(fā)電廠/變電所電氣部分的理論知識(shí)2） 學(xué)習(xí)和掌握發(fā)電廠/變電所電氣部分設(shè)計(jì)的基本方法3） 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的工作能力及實(shí)際工程設(shè)計(jì)的基本技能2、設(shè)計(jì)內(nèi)容1） 負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償。2） 變電所主變壓器臺(tái)數(shù)、容量和類(lèi)型的選擇。3） 變電所主接線方案設(shè)計(jì)。4） 短路電流計(jì)算。5） 變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)。6） 變電所進(jìn)出線的選擇與校驗(yàn)。7） 變電所二次回路的方案的選擇與繼電保護(hù)的整定。10）防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計(jì)。3、設(shè)計(jì)要求根據(jù)參觀變電所得到的實(shí)際情況，估算變電所的負(fù)荷，并適當(dāng)考慮變電所所帶負(fù)荷的擴(kuò)展，按照安全可靠、技

4、術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，確定變電所的形式，確定變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)、容量與類(lèi)型，選擇變電所主接線高低壓設(shè)備和進(jìn)出線，確定二次回路方案，選擇整定繼電保護(hù)，確定防雷和接地裝置。最后按照要求寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，繪制出設(shè)計(jì)圖紙。二、負(fù)荷數(shù)據(jù)估算中國(guó)石油大學(xué)（華東）青島校區(qū) 第四變電站負(fù)荷計(jì)算表變壓器：1#序號(hào)負(fù)荷名稱設(shè)備容量 Pe(kW)需要系數(shù)Kx功率因數(shù)costan1照明（2）800.80.90.482校醫(yī)院12000.60.90.483演出照明1000.650.90.484消防，監(jiān)控50.50.80.755體育館照明2000.70.90.486冷水機(jī)組（2）2140.750.80.757冷卻塔200

5、.820.850.628體育館動(dòng)力（予留）2000.70.80.759比賽照明1000.650.90.4810記分牌10.70.71.0211東車(chē)場(chǎng)燈30.80.71.0212應(yīng)急照明20.650.90.4813空調(diào)機(jī)組1000.750.80.7514電梯200.40.80.75三、負(fù)荷計(jì)算及無(wú)功補(bǔ)償1、各變電所負(fù)荷計(jì)算及無(wú)功補(bǔ)償（1）負(fù)荷計(jì)算采用需要系數(shù)發(fā)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，主要涉及的計(jì)算公式如下：有功功率計(jì)算：無(wú)功功率計(jì)算: 視在功率計(jì)算:各變壓器計(jì)算結(jié)果如下表所示：變壓器：1#序號(hào)負(fù)荷名稱設(shè)備容量 Pe(kW)需要系數(shù)Kx功率因數(shù)costan計(jì)算負(fù)荷有功功率 Pj（kW）無(wú)功功率 Qj（kva

6、r）視在功率 Sj（kVA）1照明（2）800.80.90.4857.6027.6563.892校醫(yī)院12000.60.90.48108.0051.84119.803演出照明1000.650.90.4858.5028.0864.894消防，監(jiān)控50.50.80.752.001.502.505體育館照明2000.70.90.48126.0060.48139.766冷水機(jī)組（2）2140.750.80.75128.4096.30160.507冷卻塔200.820.850.6213.948.6416.408體育館動(dòng)力（予留）2000.70.80.75112.0084.00140.009比賽照明100

7、0.650.90.4858.5028.0864.8910記分牌10.70.71.020.490.500.7011東車(chē)場(chǎng)燈30.80.71.021.681.712.4012應(yīng)急照明20.650.90.481.170.561.3013空調(diào)機(jī)組1000.750.80.7560.0045.0075.0014電梯200.40.80.756.404.808.00總計(jì)負(fù)荷1245734.68439.15855.92Kp=0.9 Kq=0.95661.21 417.19 781.82 變壓器：2#序號(hào)負(fù)荷名稱設(shè)備容量 Pe(kW)需要系數(shù)Kx功率因數(shù)costan計(jì)算負(fù)荷有功功率 Pj （kW）無(wú)功功率 Qj（

8、kvar）視在功率 Sj（kVA）1照明400.80.90.4828.8013.8231.952比賽用電1000.60.850.6251.0031.6260.013景觀照明20.70.90.481.260.601.404比賽照明1000.650.90.4858.5028.0864.895演出照明1000.650.90.4858.5028.0864.896體育場(chǎng)照明（予留）500.70.90.4831.5015.1234.947體育館照明（予留）700.70.90.4844.1021.1748.928變電室150.70.80.758.406.3010.509記分牌10.70.71.020.490

9、.500.7010東室外電源101.000.90.489.004.329.9811西車(chē)廠燈30.80.71.021.681.712.4012冷凍機(jī)房動(dòng)力1000.700.80.7556.0042.0070.0013空調(diào)機(jī)組1000.750.80.7560.0045.0075.0014校醫(yī)院22000.60.90.48108.0051.84119.8015冷水機(jī)組1000.750.80.7560.0045.0075.0016電鍋爐房2000.80.810.72129.6093.31159.7017排煙風(fēng)機(jī)0.50.70.80.750.280.210.3518弱電機(jī)房1000.810.720.96

10、58.3255.9980.84總計(jì)負(fù)荷1291.5765.43484.68905.98Kp=0.9 Kq=0.95688.89 460.45 828.60 （2）無(wú)功補(bǔ)償各變壓器無(wú)功補(bǔ)償如下表所示： 變壓器T1低壓母線無(wú)功補(bǔ)償后計(jì)算負(fù)荷計(jì)算點(diǎn)變壓器T1有功計(jì)算負(fù)荷（KW）無(wú)功計(jì)算負(fù)荷（Kvar）視在計(jì)算負(fù)荷（KVA）功率因數(shù)cos補(bǔ)償前低壓母線計(jì)算負(fù)荷661.21417.19781.820.85 無(wú)功補(bǔ)償-148.45補(bǔ)償后低壓母線計(jì)算負(fù)荷661.21268.74713.74 0.93 變壓器T2低壓母線無(wú)功補(bǔ)償后計(jì)算負(fù)荷計(jì)算點(diǎn)變壓器T1有功計(jì)算負(fù)荷（KW）無(wú)功計(jì)算負(fù)荷（Kvar）視在計(jì)算負(fù)荷

11、（KVA）功率因數(shù)cos補(bǔ)償前低壓母線計(jì)算負(fù)荷688.89460.45828.60.83 無(wú)功補(bǔ)償-190.67補(bǔ)償后低壓母線計(jì)算負(fù)荷661.21269.78714.13 0.93 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，功率因數(shù)一般在0.9以上，故取=0.9功率因數(shù)：=0.85<0.9 （需要補(bǔ)償）需補(bǔ)償容量計(jì)算：=(tan - tan)=661.21×tan(arccos0.85) - tan(arccos0.93) =148.45Kvar補(bǔ)償后：=661.21KW=-=417.19-148.45=268.74Kvar=713.74KVA功率因數(shù)：cos=/=0.93 （滿足要求）2、總負(fù)荷計(jì)算及無(wú)

12、功補(bǔ)償變壓器的功率損耗計(jì)算公式如下： =n+(Kw) =n+(Kw)為變壓器的計(jì)算負(fù)荷（KVA)，為變壓器的額定容量（KVA)，為變壓器空載有功損耗（KW),為變壓器空載無(wú)功損耗（KW），為變壓器的短路有功損耗，為變壓器短路有功損耗，n為變壓器臺(tái)數(shù) 其中： 為變壓器的空載電流百分?jǐn)?shù)，為變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)，其余為變壓器的型號(hào)參數(shù)。變電站高壓進(jìn)線總計(jì)算負(fù)荷序號(hào)計(jì)算點(diǎn)有功計(jì)算負(fù)荷（KW）無(wú)功計(jì)算負(fù)荷（Kvar）視在計(jì)算負(fù)荷（KVA）功率因數(shù)cos1T1低壓母線計(jì)算負(fù)荷661.21268.74713.740.932T1功率損耗7.1435.693T1高壓母線計(jì)算負(fù)荷668.35304.43734.4

13、10.914T2低壓母線計(jì)算負(fù)荷661.21269.78714.130.935T1功率損耗7.1435.716T2高壓母線計(jì)算負(fù)荷668.35305.49734.860.918變電站高壓進(jìn)線總計(jì)算負(fù)荷（Kp=0.9 Kq=0.95）1203.03579.421335.290.90四、變壓器選擇選擇的原則為：(1) 只裝一臺(tái)變壓器的變電所變壓器的容量ST應(yīng)滿足用電設(shè)備全部的計(jì)算負(fù)荷的需要，即，但一般應(yīng)留有15的容量，以備將來(lái)增容需要，本設(shè)計(jì)中的NO3、NO4、NO5變電所采用此原則。(2) 裝有兩臺(tái)變壓器的變電所每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件: 任一臺(tái)變壓器工作時(shí)，宜滿足總計(jì)算負(fù)荷的大約70

14、的需要，即為O7 任一臺(tái)變壓器工作時(shí)，應(yīng)滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷的需要，即(I+)表1-1 變壓器臺(tái)數(shù)選擇序號(hào)負(fù)荷情況1負(fù)荷等級(jí)有重大比賽或演出時(shí)為一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷，平時(shí)為三級(jí)負(fù)荷。2負(fù)荷平衡程度有演出或比賽時(shí)要比無(wú)演出比賽時(shí)的負(fù)荷要大，且相差較多，負(fù)荷不平衡程度較大。變壓器臺(tái)數(shù)2臺(tái)表1-2變壓器容量選擇序號(hào)項(xiàng)目所選變壓器容量STN/kVA備注1變電站總計(jì)算負(fù)荷Sc/kVA1335.291600kVA為了變電所以后的能夠增加所帶負(fù)荷，變壓器所選容量稍大。2(0.60.7)Sc/kVA934.7033一二級(jí)負(fù)荷Sc(+)/kVA704.364變壓器負(fù)荷率T10.46 T20.46 表1-3 所選變壓器

15、型號(hào)及參數(shù)變壓器型號(hào)原邊副邊空載損耗短路損耗空載電流 （%）短路電壓 （%）額定電壓額定電流額定電壓額定電流T1SCZB9-1600/1010kV92.38A0.4kV2309.4A2300W11000W16T2SCZB9-1600/1010kV92.38A0.4kV2309.4A2300W11000W16五、配電所主接線設(shè)計(jì) 變電所主接線是實(shí)現(xiàn)電能輸送和分配的一種電氣接線，對(duì)其主要有以下幾個(gè)基本要求：（1）安全 主接線的設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，能充分保證人身和設(shè)備安全；（2）可靠 應(yīng)滿足用電單位可靠性的要求；（3）靈活 能適應(yīng)各種不同的運(yùn)行方式，操作檢修方便；（4）經(jīng)濟(jì) 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，投

16、資少，運(yùn)行管理費(fèi)用低，考慮節(jié)約電能和有色金屬消耗量。 由本設(shè)計(jì)原始資料知：電力系統(tǒng)某110/10KV變電站用一條10KV的架空線路向本廠供電，一次進(jìn)線長(zhǎng)1km，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為5000h，且工廠屬于三級(jí)負(fù)荷，所以只進(jìn)行總配電在進(jìn)行車(chē)間10/0.4KV變電，母線聯(lián)絡(luò)線采用單母線不分段接線方式。主接線方案圖見(jiàn)附圖六、短路電流計(jì)算 1.短路電流計(jì)算等效示意圖 2.變壓器T1，T2參數(shù)相同：STN=1600KVA，UK%=4取基準(zhǔn)容量=100MVA，高壓側(cè)基準(zhǔn)電壓 ， 則基準(zhǔn)電流： ，各元件電抗標(biāo)幺值： 線路： 變壓器： 系統(tǒng)：K1點(diǎn)總等值電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路電器：（1）最大運(yùn)行方式：

17、 （2）最小運(yùn)行方式： K2點(diǎn)總等值電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量：l QF斷開(kāi)（變壓器單獨(dú)運(yùn)行）（1）最大運(yùn)行方式： （2）最小運(yùn)行方式： l QF合閘（變壓器并聯(lián)運(yùn)行）（1）最大運(yùn)行方式： （2）最小運(yùn)行方式： 七、一次元件的電氣設(shè)備選擇1、一次設(shè)備選擇的一般原則供配電系統(tǒng)中的一次設(shè)備是在一定的電壓、電流、頻率和工作環(huán)境條件下工作的，一次設(shè)備的選擇，除了應(yīng)滿足在正常工作時(shí)能安全可靠運(yùn)行之外，還應(yīng)滿足在短路故障時(shí)不至損壞的條件，開(kāi)關(guān)電器還必須具有足夠的斷流能力，并能適應(yīng)所處的位置、環(huán)境溫度、海拔高度。以及防塵、防火、防腐、防爆等環(huán)境條件。一次設(shè)備的選擇應(yīng)遵循以下3個(gè)原則：(1) 按工作環(huán)

18、境及正常工作條件選擇電氣設(shè)備；(2) 按短路條件校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定；(3) 開(kāi)關(guān)電器斷流能力校驗(yàn)。2、變電所高壓一次設(shè)備的選擇（1） 按工作電壓選則 設(shè)備的額定電壓一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓，即，高壓設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于其所在系統(tǒng)的最高電壓，即。=10kV， =11.5kV，高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、互感器及支柱絕緣額定電壓=12kV，穿墻套管額定電壓=11.5kV，熔斷器額定電壓=12kV。（2）按工作電流選擇設(shè)備的額定電流不應(yīng)小于所在電路的計(jì)算電流，即（3）按斷流能力選擇設(shè)備的額定開(kāi)斷電流或斷流容量，對(duì)分?jǐn)喽搪冯娏鞯脑O(shè)備來(lái)說(shuō)，不應(yīng)小于它可能分?jǐn)嗟淖畲蠖搪酚行е祷蚨搪啡萘?，即或?qū)τ诜謹(jǐn)嘭?fù)

19、荷設(shè)備電流的設(shè)備來(lái)說(shuō)，則為，為最大負(fù)荷電流。（4）隔離開(kāi)關(guān)、負(fù)荷開(kāi)關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗(yàn)a)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)條件或、分別為開(kāi)關(guān)的極限通過(guò)電流峰值和有效值，、分別為開(kāi)關(guān)所處的三相短路沖擊電流瞬時(shí)值和有效值b)熱穩(wěn)定校驗(yàn)條件 因此，對(duì)于上面的分析，10KV側(cè)一次設(shè)備選擇如下表所示：3、 變電所低壓一次設(shè)備的選擇同樣根據(jù)上面的原則，做出380V低壓側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)，變電所1為例說(shuō)明如下表所示，所選數(shù)據(jù)均滿足要求4、高低壓母線選擇校驗(yàn)八、繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì) 變壓器的繼電保護(hù)裝置變壓器T1 SCZB9-1600/10型變壓器為例，變壓器T2與變壓器T1相同。（1）SCZB9-1600/10型變壓器為干

20、式變壓器，無(wú)需裝設(shè)瓦斯保護(hù)。（2）裝設(shè)定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)采用DL-15型電磁式過(guò)電流繼電器，三相完全星形接線方式。過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流的整定 可靠系數(shù)，接線系數(shù)，繼電器返回系數(shù)5，電流互感器的電流比=150/5=30 ，動(dòng)作電流為：因此過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流整定為8.69A。過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定:,式中為變壓器低壓母線發(fā)生三相短路時(shí)高壓側(cè)繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間；為變壓器低壓側(cè)保護(hù)在低壓母線上發(fā)生三相短路時(shí)最長(zhǎng)的一個(gè)動(dòng)作時(shí)間，為前后兩級(jí)保護(hù)裝置的時(shí)間級(jí)差。由于該變電所為電力系統(tǒng)的終端變電所，因此對(duì)過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間可整定為最小0.5s，故過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間整定為0.5s。過(guò)電流保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn) 式中=0.86635.55kA/(10kV/0.4kV)=1.23kA；，因此其靈敏度系數(shù)為： 1.5滿足靈敏度系數(shù)的要求。（3）裝設(shè)電流速斷保護(hù)，利用DL15的速斷裝置。電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流（速斷電流）的整定 利用式 式中， Krel=1.3，得繼電器的動(dòng)作電流整定值為速斷電流倍數(shù)整定為，（在28之間）。電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)的檢驗(yàn)利用式 式中,，因此其保護(hù)靈敏度系數(shù)為：2，裝設(shè)的電流速斷保護(hù)的靈敏度系數(shù)不滿足要求，但有變壓器的過(guò)電流保護(hù)做主保護(hù)。(4)過(guò)負(fù)荷保護(hù)過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作電流的整定利用式 (1.21.3)式中為變壓器的額定一次電流，即=92.38A，為電流互感器的