开式10Kv变电所的设计

【摘 要】随着公司的发展，产品订单的日益增多，公司原有的生产能力已不能满足订单的需求，所以必须筹建开式10kv/0.4Kv的变电所。下面以机加工车间为例来说明变电所的设计步骤。

设计的主要内容包括，变压器的选择，变电所电气主接线的设计、负荷计算等。根据电气主接线设计应满足可靠性、灵活性、经济性的要求，本变电所电气主接线的高压侧采用高压电缆，低压侧采用单母线分段的电气主接线形式，为例减少功率损耗，提高电能的利用率，本变电所采用了变电所集中功率补偿的方法进行功率补偿，继电保护设计主要是对变压器进行电流的速断保护和过电流保护的设计计算；配电装置采用成套配电装置，防雷保护设计则采用的是避雷针直击雷保护。

【关键词】变电所设计；电气主接线；负荷计算

1 负荷计算

负荷的确定是为了正确、合理的选择电气设备和线路，并为无功补偿提高功率因数提供依据，以及合理的选择变压器和开关电器等元件。电力负荷及其大小是供电设备设计计算的根本依据，正确合理的进行负荷计算，对于投资的经济性、技术上的安全可靠性以及以后的经济运行和维护关系重大。本设计中采用需用系数法来确定计算负荷。

车间照明部分

水银灯计30盏，每盏450w 8U节能灯70盏，每盏240w

Ps=∑Pe =30×0.45+70×0.24=30.3kw

水银灯和节能灯的需用系数Kx查表取0.5

Pjs=Kx×Ps=0.5×30.3=15.15kw

Qjs=Pjs× =15.15×1.8=27.27kvar

机床用电部分

数控立车60台，每台功率为

Ps=∑Pe =18.5主机+3.7油泵+0.2排屑+1.5水泵+1.5x轴+2.5z轴=27.9kw

大森车床24台，每台功率为11主机+0.75油泵+1.5x轴+3.5z轴=16.75kw

Ps=∑Pe=60×27.9+24×16.75=2076kw 机床为连续工作制，需用系数Kx查表取0.2，

Pjs=Kx×Ps=0.2×2076=415.2kw

Qjs=Pjs× =415.2×1.73=718.296 kvar

2 无功功率补偿

在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场。那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压要下降，从而影响用电设备的正常运行。从发电机和高压输电线路供给的无功功率远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功功率补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。

把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量，能量在两种负荷之间交换，这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率得到补偿，这就是无功补偿的原理。

3 变压器的选择

变压器空载运行时需用较大的无功功率，这些无功功率需由供电系统供给，变压器容量如果选的过大，不但增加投资，而且变压器长期处于轻载运行，使空载损耗增加，功率因数降低，网络损耗增加，若容量选的过小，会使变压器长期过负载损坏设备。变压器的正常负载率在40%～70%之间，负载过高，损耗明显增加，如果变压器裕度过小，如果负载增加，势必需要增容，更换大容量的变压器，这就势必增加投资，也影响供电。所以说，车间变压器的选择，要根据负荷的大小，供电可靠性和电能质量要求来选择，并兼顾节约电能、降低造价，运行方便等原则。综合以上各项因素和车间二期规划需增加一些设备，变压器采用S9-2000/10的变压器。

4 变电所电气主接线

电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流，高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统，用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线图。电气主接线是变电所设计的首要部分，也是构成电力系统的首要环节。

电气主接线的基本要求：

4.1 可靠性

所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客观标准是运行实践，经过长期运行实践的考验，对变电所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多，主接线的可靠性不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。

4.2 灵活性

主接线的灵活性有以下几方面要求：（1）调度要求 可以灵活的投入和切除变压器线路，调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。（2）检修要求 可以方便的停运断路器，母线及其继电保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电。（3）扩建要求 可以容易的从初期过度到终期接线，使在扩建时无论一次和二次设备改建量最小。

4.3 经济性

经济性主要是投资省，占地面积小，能量损失小。

主接线设计：主接线的基本形式分为两大类，有汇流母线的接线形式，无汇流母线的接线形式。有汇流母线的接线形式主要有：单母线接线和双母线接线。单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。

10kv主接线：10kv侧两条铜电缆，一条运行，一条备用，电缆的各种参数均相同，来自供电中心的高压电经隔离开关，电流互感器接到母线上，然后经隔离开关、计量柜接到变压器上，期间由隔离开关和断路器分离。0.4kv主接线，10kv经过变压器降压后为0.4kv等级，低压经隔离开关、电流互感器、而后经过隔离开关、仪表通过低压母线接到用电设备上。

5 短路计算

电力系统发生短路计算的主要原因是电气设备绝缘被损坏，以及电力系统的某些故障引起短路，当电力系统短路时，网络总阻抗减少很多，如6-10kv短路回路中的短路电流可达几万甚至几十万安，短路必将造成局部停电，短路也引起系统网络电压降低，短路点电压为零，结果可能导致非故障范围部分或全部用户供电破坏，为此，需要进行短路计算，以便正确地选择具有足够的动稳定性和热稳定性的电气设备，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。

6 继电保护

电力系统的继电保护是继电保护技术和继电保护装置的统称。它对保证系统安全运行和电能质量、防止故障扩大和事故发生起着极为重要的作用。本设计采用过流保护和速断保护。

7 配电装置

配电装置是变电所的重要组成部分，在电力系统中起着接受和分配电能的作用，它是电气主接线的连接方式，由开关电气、保护和测量电气、母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。当系统中发生故障时能迅速切断故障部分，维持系统正常运行。

8 防雷保护设计

雷电所引起的大电压将会对电气设备和变电所的建筑物产生严重危害，因此，在变电所和高压线路中必须采取有效措施，以保证电气设备安全。

配电所的防雷保护，包括对直击雷和对沿电力线路的雷电侵入波保护。对于配电所直击雷的保护采用避雷针是很有效的。而雷电波的侵入则采用阀型避雷器保护。

9 总结

本设计主要通过计算工厂的计算负荷，确定变压器的容量，同时简单的介绍了主接线的设计和功率补偿、继电保护等内容。

参考文献：

[1]陈化钢，电气设备及其运行.合肥工业大学出版社，2004.

[2]黄纯华，刘维仲.工厂供电.天津大学出版社，1990.

[3]贺家李等.电力系统继电保护原理.中国电力出版社，2004.