工厂供电设计

工厂供电设计摘 要本毕业设计为工厂变电所设计，对在工厂变电所设计中的若干问题：负荷计算，三相短路分析，短路电流计算，高低压设备的选择与校验，变压器的继电保护，变电所二次回路及自动装置，防雷与接地，变电所的过电压保护，计量，无功补偿等几方面的设计进行了陈述，并对供电主接线的拓扑结构进行了阐述。该工厂变电所采用 10kV 单电源进线，采用一台 1600kVA 的主变压器，最大设备容量 1636kW，采用并联电容器进行低压集中补偿，对变压器进行过电流，电流速断，瓦斯保护，按三类防雷建筑物设防，采用强弱电联合接地系统对建筑物进行保护。在对供电系统短路计算的基础上，进行电力电缆和电气设备的选择设计，同时也对户外平面布置进行了初步的设计。关键词 工厂供配电，继电保护，防雷与接地，负荷计算 IIABSTRACTThis graduation project is designed for the factory transformer substation, to certain questions in factory transformer substation design: the load computation, the analysis of three-phase short-circuits, the short-circuit current computation, the choiceand verification of high and low pressure equipment, the transformer relay protection, the secondary circuit of the transformer substation and the automatic device, anti-thunder and the connection to the earth, the transformer substation overvoltage protection, the measurement, the idle work compensated and so on, All the above aspects and the structure of the power supply host wiring topology have been stated.The transformer substation with a 10kV single power source coil in it uses 1600kVA main transformer, the biggest computation shoulders of which is 1636kW.It adopts the shunted capacitor to carry on the low pressure centralism for compensation and sets protection for the transformer by carring on the electric current to it breaking the speed of the flow gas protection, garrisons accerding to the third kind of anti-thunder buildings,and users the strong and weak electricity union earth system to carry on the protection to the building.Based on the computation of short-circuits to the power supply system, the project has a choice design of the power cable and the electrical equioment and a preliminary design to the outdoors plane arrangement at the same time.Keywords the power distribution and supply in factory, the relay protection, anti-thunder and the connection to earth, the load computationI目 录摘要 ABSTRACT1 绪论11.1 课题设计背景 11.2 工厂供电设计的一般原则11.3 工厂供电设计内容及步骤22 负荷计算与功率补偿42.1 负荷计算的内容和目的42.2 负荷计算的方法42.3 全厂负荷计算52.4 功率补偿53 变压器的选择73.1 变压器容量与台数的确定74 主接线方案的选择84.1 对变电所主接线的一般要求 84.2 变电所主接线84.2.1 单电源进线的变电所主接线94.2.2 双回电源进线变电所主接线95 短路电流计算125.1 短路电流计算的目的与方法125.2 三相短路电流计算 126 导线电缆的选择156.1 导线电缆的选择原则157 电气设备的选择177.1 电气设备选择的一般原则177.2 高压开关电器的选择177.2.1 高压断路器的选择177.2.2 高压隔离开关的选择187.2.3 电流互感器的选择187.3 配电所高压开关柜的选择19II8 变压器的继电保护208.1 概述208.2 变压器电流保护的接线方式 208.3 继电保护配置218.3.1 变压器过电流保护218.3.2 变压器电流速断保护228.3.3 变压器的气体继电保护239 二次回路操作电源和中央信号回路259.1 二次回路操作电源259.2 中央信号回路 259.2.1 概述259.2.2.对中央信号回路的要求259.2.3 中央事故信号回路259.2.4 中央预告信号回路2610 测量与绝缘监视回路2710.1 测量仪表的配置2710.2 绝缘监视装置2711 防雷与接地2911.1 过电压及雷电概述.2911.2 防雷2911.2.1 防雷设备2911.2.2 防雷保护措施2911.3 电气设备接地3011.3.1 接地概述3011.3.2 接地电阻31结论33参考文献34附录 A：10KV 供电系统图 35附录 B：低压供电系统图36附录 C：变压器二次电路图37附录 D：电压互感器二次电路图 38附录 E：接地避雷平面图39致谢40攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论11 绪论1.1 课题设计背景工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求： 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 1.2 工厂供电设计的一般原则按照国家标准 GB50052-95 供配电系统设计规范 、GB50053-94 10kV 及以下设计规范 、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论2计必须遵循以下原则： 遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。 安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。 近期为主、考虑发展；应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。 全局出发、统筹兼顾。必须从全局出发，统筹兼顾，按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。1.3 工厂供电设计内容及步骤工厂变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。其基本内容有以下几方面： 负荷计算工厂变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出工厂变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。 工厂变电所变压器的台数及容量选择参考电源进线方向，综合考虑设置工厂变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。 工厂变电所主接线设计根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。 工厂供、配电系统短路电流计算工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按3无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。 改善功率因数装置设计按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。 变电所高、低压侧设备选择参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。 继电保护及二次结线设计为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。 变电所防雷装置设计参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。 工厂变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 负荷计算和功率补偿42 负荷计算和功率补偿2.1 负荷计算的内容和目的计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是指导体中通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时产生的最高温升相等，该等效负荷就称为计算负荷。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。在配电设计中，通常采用 30 分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。尖峰电流指单台或多台用电设备持续 12 秒左右的最大负荷电流。它是由于电动机启动，电压波动等原因引起的，它与计算电流不同，计算电流是指半小时最大电流，尖峰电流比计算电流大的多，一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。平均负荷 就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。 avp常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）Wtavp的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.2 负荷计算的方法负荷计算的方法有估算法、需要系数法、单相负荷计算及二项式法等几种。本设计采用需要系数法确定。主要计算公式有： 有功功率： 式(2.1)dejPK无功功率: 式(2.2)tanjQ视在功率: 式(2.3)/cosjS计算电流: 式(2.4)3NjIU式(2.5)csjjP全厂各设备计算负荷如表 2.1：5表 2.1 全厂计算负荷序号设 备名 称计算负荷有功P（kW）计算电流I （A）序号设 备名 称计算负荷 有功（kW）计算电流I（A）1 大球磨 245 465 12 备用 110 2502 大球磨 245 465 13 渣泵 22 503 小球磨 110 250 14 矿坝水 泵 30 684 小球磨 110 250 15 磁选机 15 305 摇床总柜 24 55 16 备用 60 1366 矿坝配电 柜 110 250 17 检修电 源 30 687 备用 110 250 18 照明 30 688 1#破碎机 75 170 19 行车 70 1659 2#破碎机 75 170 20 磁选机控制箱 22 5010 3#破碎机 60 136 21 化验室 20 4011 给矿机 3 6.8 22 备用 60 1362.3 全厂负荷计算本设计中取 COS=0.85 同时系数 K = 0.7根据上表数据可算出： = 1636kW; jP = 1014kvar Q0.716345.2jjPKkWkvar7098arQ2213.jjjS VA=1944.71A3cos.45jjIU2.4 功率补偿功率因数太低将会给配电系统带来电能损耗增加，电压损失增大和供电设备利用效率降低等不良影响。正是如此，要求电力用户功率达到一定数值，低于此6值时就必须进行补偿，国家标准 GB/T3485-1998评价企业合理用电技术导则中规定：“在企业最大负荷时的功率因数应不低于 0.9，凡功率因数未达到上述规定的，应该在负荷侧合理装置集中与就地无功补偿设备” 。由于本设计中上级要求功率因数 COS0.9 就可满足要求，,而由上面计算可知 COS=0.850.9，因此需要进行无功补偿。综合考虑在这里采用并联电容器进行低压集中补偿。低压集中补偿是指将低压电容器组集中装设在车间变电所的低压母线上。该补偿方式只能补偿车间变电所低压母线前变压器和高压配电线路及电力系统的无功功率，对变电所低压母线后的设备则不起补偿作用。可选用 BWF0.4-12-1 型的电容器，其额定容量是 12kvar，额定电容为240F。补偿容量 Qcc = 1145.2（tanarc cos0.85tanarc cos0.92）kvar=1145.2（0.62-0.43）kvar =217.6kvar因此，其电容器的个数为： n = Q cc/qC =217.6/12 =19（个） 取 Qcc=1219=228kvar无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为： 2222()145.(709.8)14.cjjjSP kVA变压器的功率损耗为：= 0.06 = 0.061242.4= 74.6kvar TA， j= 0.015 = 0.0151242.4= 18.6kW，变电所高压侧计算负荷为：=1145.2+18.6=1163.8kWjjTP= (709.8-228)+ 75.7=557.5kvarQA2 22 163.857.190.5jjjS kVA无功率补偿后，工厂的功率因数为：cos= P j/ S j= 1163.8 /1290.5=0.9 则工厂的功率因数为：cos= P j/S j= 0.90.9 通过上述计算可得，需补偿的容量为 228kvar，补偿后车间变电所高压侧功率因数达到 0.9。因此，符合本设计的要求。73 变压器的选择3.1 变压器容量与台数的选择变压器台数确定原则： 应满足用电负荷对可靠性的要求。在一二级负荷的变电所中，选择两台主变压器，当在技术，经济上比较合理时，也可以多于两台。 对季节性负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所，技术经济合理时可选择两台主变压器。 三级负荷一般选择一台主变压器，负荷较大时，也可选择两台主变。 装单台变压器时，其额定容量 Sn应能满足全部用电设备的计算负荷 Sc，考虑负荷发展应留有一定的容量裕度，并考虑变压器的经济运行，即Sn（1.15-1.4）S c 式(3.1)装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量 Sn应同时满足以下两个条件： 1）任一台主变压器单独运行时Sn=（0.6-0.7）S c 式(3.2)2）任一台主变压器单独运行时SnS c（+） 式(3.3)在本设计中，工厂负荷属于三级负荷，因此选择单台变压器运行，根据以上计算结果可得，如下： = 1636kW; ePP j = K = 0.71636kW =1145.2kWeSj=Pj/ cos=1145.2/0.85=1347.3kVASn=1.19Sj=1.191347.3=1603kVA所以，可选择 1600 kVA 的变压器一台。负载率为 84.1%.84 主结线方案的选择4.1 对变电所主结线的一般要求变电所主接线要求安全，可靠，灵活，经济。主要有以下一些原则：在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须安装高压隔离开关。在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关。在装设高压熔断器-负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。变配电所高压母线上及架空线末端，必须装设避雷器，装于母线上的避雷器宜与电压互感器共用一组隔离开关，线路上避雷器前不必装设隔离开关。变电所的主接线方案，必须与其负荷类型相适应，对于一级负荷，应由两个电源供电，对二级负荷，应由两回路或者一回专用架空线路供电。接于公共干线上的变配电所电源进线首端，应装设带有短路保护的开关设备。对一般的生产区的车间变电所，宜由工厂总变配电所采用放射式高压配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产区的变电所，可采用树干式配电。变电所低压侧的总开关，宜采用低压断路器，当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和低压母线分段开关均应采用低压断路器。两路电源进线，装有两台主变压器的变电所，当两路电源同时供电时，两台主变压器一般分列运行，当只有一路电源供电，另一路电源备用时，则两台主变压器并联运行。需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或者高压负荷开关。4.2 变电所主结线对于电源进线电压为 35kV 及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为 610kV 的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。总降压变电所的主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，在变电所主9接线图中将导线或者电缆，电力变压器，母线，各种开关，避雷器，电容器等电气设备连接起来，只表示相对电气连接关系而不表示实际位置。通常以单线表示三相系统。主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。变电所一般有线路-变压器组，单母线，内桥式，外桥式等几种接线形式，具体如下：4.2.1 单电源进线的变电所主接线当单电源进线一台变压器时，主接线采用一次侧线路-变压器组，二次侧单母线不分段接线，如图 4.1，这种主接线经济简单，可靠性不高，适用于负荷不大的三级负荷情况。也可采用一次侧单母线不分段，二次侧单母线分段主接线，如图 4.2，适用于三级负荷及部分二级负荷。35kv电源 进 线1QSFT2QF2S6-10kv1QSF1T2QFS图 4-1 3QSF2T4QFS5QF6-10kv35kv电源 进 线图 4.1 单电源进线接线图 图 4.2 一侧，二侧单母线接线图4.2.2 双回电源进线变电所主接线 一，二次侧均采用单母线分段主接线该主接线由于进线开关和母线分段开关均采用了断路器控制，操作十分灵活，供电可靠性较高，适用于大中型企业的一，二级负荷供电。 内桥式主接线一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线如图4.3，线路 1WL，2WL 来自两个独立电源，断路器 1QF，2QF 分别接至变压器1T，2T 的高压侧，向变电所供电，变压器回路仅装设隔离开关 3QF，6QF。当线路 1WL 发生故障或检修时，断开 1QF，1T 由线路 2WL 经桥接断路器 3QF 继续供电，10同理，当 2WL 发生故障或者检修时，2T 由线路 1WL 继续供电。因此，这种主接线大大提高了供电的可靠性和灵活性，但当变压器检修时，须进行倒闸操作，操作较复杂且时间较长，这种接线适用于大中型企业的一，二级负荷供电。当变压器1T 发生故障时，1QF 和 3QF 因故障跳闸，此时，打开 3QS 后再合上 1QF 和 3QF，即可恢复 1WL 线路的工作。这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。适用于以下条件的总降压变电所：1) 供电线路长，线路故障几率大；2) 负荷比较平稳，主变压器不需要频繁切换操作；3) 没有穿越功率的终端总降压变电所。35KV电 源 进线1wl 2wlQS1F2QS31T 2T4QFS3QF7S8S4QS2F5QS65QF6QF6-10KV35KV电 源 进线1T 2T4QF4S 5QF6QF6-10KV1WLQS21QFQSF6QS2WL3QS42QF图 4.3 变电所内桥式接线图 图 4.4 变电所外桥式接线图 外桥式主接线一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线如图4.4，其特点是变压器回路装设断路器，线路 1WL，2WL 仅装线路隔离开关，任一变压器检修或发生故障时，如变压器 1T 发生故障，断开 1QF，打开其两端隔离开关，然后合上 3QF 两侧隔离开关，在合上 3QF，使两路电源进线又恢复并联运行。但当线路检修或发生故障时，须进行倒闸操作，操作较复杂且时间较长，外桥式的优点是对变压器回路的操作非常方便，灵活，供电可靠性高，适用于有一，二级负荷的用户和企业。 适用于以下条件的总降压变电所：攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 主接线方案的选择121) 供电线路短，线路故障几率小；2) 用户负荷变化大，变压器操作频繁；3) 有穿越功率流经的中间变电所，因为采用外桥式主接线，总降压变电所运行方式的变化将不影响公共电力系统的潮流。 一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线如图 4.5。这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。 一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图采用双母线结线较之采用单母线结线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用,主要用与电力系统的枢纽变电所。本次设计的矿厂供电属于三级负荷。负荷变动较小，电源进线较短（8km）,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到工厂对于一次投资的要求。固采用单电源进线的降压变电所主接线。10kV 进线高压供电系统图详见附件 A，低压供电系统图详见附件 B。35KV电 源 进线1T 2T4QF5QF6QF 6-10KV1WL1QF3QF 2WL2QF7QF8QF11图 4.5 一二侧均采用单母线分段接线图5 短路电流计算5.1 短路电流计算的目的及方法短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法） 。5.2 三相短路电流计算本设计采用标幺值进行短路电流计算 确定基准值：取 Sd=100MVA，U d=Uav，两个电压等级的基准电压分别为 Ud1=10.5kV Ud2=0.4kV 元件的电抗标幺值1) 电力系统（S oc=1000MVA）*10/.1X2) 架空线路（X O=0.4/km 4km）=X0L1Sd/Ud2=0.44100/（10.510.5）=1.5*23) 电力变压器（U k=4.5 S n=1600kVA）13= UkS d/（100S n）=4.5100/（1001.6）=2.8*3X绘制等效电路图如图 5.1，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。 X1* X2* X3*10. 21.5 32.8K1(3) K2(3)图 5.1 短路电流计算等效电路图 K1 短路时的短路电流与容量计算1) 计算短路回路总阻抗标幺值*120.15.6kX2) 计算 K1 点所在电压级的基准电流 /3/.ddISUkA3) 计算 K1 点短路电流各值*11/.60.25KKX5.347dI k.1128shkiIA. .K4) 三相短路容量 *11/0.625.KdSXMV K2 点三相短路电流与容量计算1) 计算短路回路总阻抗标幺值*2123.1.84K2) 计算 K2 点所在电压级的基准电流04dSI kAU3) 计算 K2 点短路电流各值*210.274KIX*22.3.6d kA.186shkKiIk.22095.7I144) 三相短路容量*22/10.72.KdKSXMVA 路电流计算结果如下表 5.1表 5.1 短路电流计算结果三相短路电流（kA） 短路容量（MVA）(3)KI(3)I(3)shi(3)shI(3)KSK1点 3.4375 3.4375 8.7656 5.225 62.5K2点 32.76 32.76 60.27 35.7 22.7156 导线、电缆的选择6.1 导线电缆的选择原则导线和电缆的选择必须满足安全，可靠，经济的条件。所以，进行导线和电缆截面选择时必须按照下列选择原则： 按允许载流量选择导线和电缆截面导线和电缆(包括母线 )在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。以防止导线因过热而引起绝缘损坏或老化。这就要求通过导线或电缆的最大负荷电流不应大于其允许载流量。 按允许电压损失选择导线和电缆截面导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗，以保证电压质量。 按经济电流密度选择导线和电缆截面经济电流密度是指使线路的年运行费用支出最小的电流密度。按这种原则选择的导线和电缆截面称为经济截面。对于 35kV 及以上的高压线路及电压在 35kV以下但距离长，电流大的线路，宜按经济电流密度选择，对 10kV 及以下线路，通常不按此原则选择。 按机械强度选择导线和电缆截面导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。根据设计经验，对长距离大电流及 35kV 以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。一般 10kV 及以下高压线路及低压动力线路，通常先按允许载流量选择截面，再校验电压损耗和机械强度。低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。选择导线截面时，要求在满足上述 4 个原则的基础上选择其中最大的截面。在本设计中，以低压侧大球磨车间为列，按允许载流量计算电力电缆截面：选取时，应注意：1）允许载流量与环境温度有关。若实际环境温度与规定的环境温度不一致时，允许载流量乘上温度修正系数 ，以求出实际的允许载流量。K式（6.1）alalIK16式中， 式（6.2）0alK为导线额定负荷时的最高允许温度；al为导线允许载流量所采用的环境温度；0为导线敷设地点实际的环境温度。2）电缆多根并列时，其散热条件较单根时差，故允许载流量降低，要用电缆并列校正系数 Kp 进行校正。已知一台 245kW 的大球磨机，功率因数为 0.9，效率为 0.89，当地最热平均最高气温为 150C。a.线路中电流的计算式（6.3）24570.89ECPkW式（6.4）4653cos.309NI AUb.相线截面的选择因为是三相四线制线路，所以查表得 4 根单芯线敷设的每相芯线截面为240mm2的 VLV 型导线，在环境温度为 250C 时的允许载流量为 420A，其最高允许温度为 650C，即 。420aIA温度校正系数为 式（6.5）0651.2alK导线的实际允许载流量为 式（6.6） .2470alalI A满足 ，所以，所选相截面 满足允许载流量的要求。alCI2Smc.保护线 的选择peS按 要求，选择 。0.5e21所以选择导线型号为 VLV-0.6/1kV（3240+1120）TC 的 VLV 聚录乙烯绝缘铝心电力电缆。177 电气设备的选择7.1 电气设备选择的一般原则供配电系统中的电气设备是在一定的电压，电流，频率和工作环境条件下工作的，电气设备的选择，除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外，还应满足在短路故障时不至损坏的条件，开关电器还必须具有足够的断流能力，并适应所处位置，环境温度，海拔高度，以及防尘，防腐，防火，防爆等环境条件。电气设备选择应遵循以下三个原则： 按工作环境及正常工作条件选择电气设备； 按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定；动稳定校验 或 式（7.1）(3)maxshiI(3)maxshI式中， 为电气设备的极限通过电流峰值;为电气设备的极限通过电流有效值。axI热稳定校验 式（7.2）2(3)2t imaIt式中， 为电气设备的热稳定电流;tt为热稳定时间。 开关电器断流能力校验。高压设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。高压刀开关柜的选择应满足变电所一次电路图的要求，并各方案经济比较优选出开关柜型号及一次结线方案编号，同时确定其中所有一次设备的型号规格。工厂变电所高压开关柜母线宜采用 LMY 型硬母线7.2 高压开关电器的选择7.2.1 高压断路器的选择本设计中，为户内变电所，故选择户内少油断路器，以选择变压器二次侧高压断路器为例，由设计数据可知，变压器 10/0.4kV，1600kVA，三相最大短路电流为 32.76kA，冲击短路电流为 60.27kA，三相短路容量为 22.7MVA。根据变压器二次侧的额定电流来选择断路器的额定电流。式（7.3）2160233.4NSI AU查表得 ，选择 SN10-10III/3000 型少油断路器，比较其计算参数和装设地18点电气条件后得知，所选断路器合格。 7.2.2 高压隔离开关的选择 由于隔离开关主要是用于隔离而不是分断正常负荷电流和短路电流，因此，只需要选择其额定电压和额定电流，校验动稳定和热稳定。由以上计算数据可选择 GN6-10T/600 高压隔离开关。选择计算结果列于表 7.1 中。表 7.1 高压隔离开关选择校验表GN6-10T/600 装设地点电气条件序号 项目 数据 选择要求 项目 数据结论1 NU10kV .WNU10kV 合格2 In600A CI465A 合格3 max52kA(3)shi32.76A 合格42T200 2kAS2imaT13.5 2kAS合格7.2.3 电流互感器的选择电流互感器用于计量和保护。一般情况下，计量用的电流互感器变比的选择应使其一次额定电流 不小于线路中的计算电流 。1nI cI动稳定校验 式（7.4）12esNshKIi热稳定校验 式（7.5）(3)()t imat以小球磨车间为例，额定电压为 0.4kV，额定电流为 465A，选变比为 400/5A的 LQJ-10 型电流互感器， =160， =75，t=1s，0.5 级二次绕组的est=0.4 。2nZ 准确度校验 2250.41NSIZVA()iNWLTUR= 2(0.3)/(532.)01= 271满足准确度要求。 动稳定校验 160.4.90.58.esNshKI IkA满足动稳定要求。 热稳定校验 22(3)2 21()(75.)1.13.5tN imaI ITkS满足热稳定要求。所以选择 LQJ-10 400/5A 型电流互感器满足要求。 197.3 配电所高压开关柜的选择高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等。高压开关柜有固定式和手车式（移可式）两大类型。由于本设计是 10kV 电源进线，则可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择 KYN28A-12(Z)型.低压开关柜选择 GGD3 型。208 变压器的继电保护8.1 概述供配电系统的电力变压器有总降压变压器和车间变电所或建筑物变电所的配电变压器，其常见的故障分短路故障和不正常运行状态两种。按 GB5006292电力装置的继电保护和自动装置设计规范规定：对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置： 绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路； 绕组的匝间短路； 外部相间短路引过的过电流； 中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压； 过负荷； 油面降低； 变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。对于高压侧为 610kV 的车间变电所及小型工厂变电所主变压器来说，通常装设有电流保护和电流速断保护；如过电流保护动作时间不大于 0.5s 时，可不装设电流速断保护。容量在 800kVA 及以上的油浸式变压器和 400kVA 及以上的车间内油浸式变压器，还需装设气体继电保护（又称瓦斯保护） 。如两台并联运行的变压器容量（单台）在 400kVA 及以上，以及虽为单台运行但又作为备用电源用的变压器有可能过负荷时，还需装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在轻微故障时（通称“轻瓦斯” ） ，动作于信号，而其它保护包括瓦斯保护在严重故障时（通称“重瓦斯” ） ，一般均动作于跳闸。对于高压侧为 35kV 及以上的工厂总降压变电所主变压器来说，一般也装设过电流保护，电流速断保护和气体继电保护。在有可能过负荷时，也装设过负荷保护。但如果单台运行的变压器容量在 10000kVA 及以上，两台并列运行的变压器容量（单台）在 6300kVA 及以上时，则要求装设差动保护来取代电流速断保护。8.2 变压器电流保护的接线方式两相两继电器式接线适用于相间短路保护，对 Yyno 连接的变压器，二次侧发生单相短路时，流经保护装置的穿越电流仅为二次侧的 1/3（设变压器变比为1） ，保护灵敏度只有相间保护的 1/3。对 Yd11 连接的变压器二次侧 a,b，两相短21路，流经保护装置的穿越电流仅为二次侧的 。保护灵敏度也将降低。1/3两相一继电器式接线的保护灵敏度随保护种类而异，但 Yyno 连接的变压器二次侧发生单相短路和 Yd11 连接的变压器二次侧发生两相短路时，保护装置不动作，因此，该连接方式不能用于 Yyno 连接和 Yd11 连接的变压器的电流保护。8.3 继电保护配置在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护、气体继电保护。8.3.1 变压器的过电流保护 对于由外部相间短路引起的过电流，保护应装于下列各侧：1) 对于双线圈变压器，装于主电源侧2) 对三线圈变压器，一般装于主电源的保护应带两段时限，以较小的时限断开未装保护的断路器。当以上方式满足灵敏性要求时，则允许在各侧装设保护。各侧保护应根据选择性的要求装设方向元件。3) 对于供电给分开运行的母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个供电支路上装设保护。4) 除主电源侧外，其他各侧保护只要求作为相邻元件的后备保护，而不要求作为变压器内部故障的后备保护。5) 保护装置对各侧母线的各类短路应具有足够的灵敏性。相邻线路由变压器作远后备时，一般要求对线路不对称短路具有足够的灵敏性。相邻线路大量瓦斯时，一般动作于断开的各侧断路器。如变压器高采用远后备时，不作具体规定。6) 对某些稀有的故障类型（例如 110kV 及其以上电力网的三相短路）允许保护装置无选择性动作。 定时限过电流保护的接线方式和工作原理当变压器发生短路时，通过线路的电流使流经继电器的电流大于继电器的动作电流，电流继电器 KA 瞬时动作，其常开触点闭合，时间继电器 KT 线圈得电，其触点经一定延时后闭合，使中间继电器 KM 和信号继电器 KS 动作。KM 的常开触点闭合，接通断路器跳闸线圈 YR 回路，断路器 QF 跳闸，切除短路故障线路。KS动作，其指示牌掉下，同时其常开触点闭合，起动信号回路，发出灯光和音响信号。接线图如图 8.1。 保护整定计算变压器过电流保护继电器的动作电流为22式（8.1）. 1(.53)relwOPKANiII式中， I1N为变压器一次侧额定电流；Krel可靠系数；KW接线系数；Kre返回系数；Ki 为电流互感器的变比。变压器过电流保护动作时限应比二次侧出线过电流保护的最大动作时限大一个 ，一般取 0.5-0.7s。tA灵敏度按下式校验 式（8.2）(2).min15KsoplI式中， 为变压器二次侧在系统最小运行方式下，发生两相短路时一次(2).minKI侧的穿越电流。8.3.2 变压器的电流速断保护 电流速断保护的接线和工作原理电流速断保护是一种不带时限的过电流保护，实际中常与过电流保护配合使用。接线图如图 8.1。当线路发生短路，流经继电器的电流大于电流速断的动作电流时，电流继电器动作，其常开触点闭合，接通信号继电器 2KS 和中间继电器KM 回路，KM 动作是断路器跳闸，2KS 动作表示电流速断保护动作，并起动信号回路发出灯光和音响信号。 整定计算由于电流速断保护动作不带时限，为了保护速断保护动作的选择性，在下一级线路首端发生最大短路电流时，电流速断保护不应该动作，既速断保护动作电流 ，从而，速断好汉继电器的动作电流整定值为.maxoplkI式（8.3）. .maxrelwKAkiI式中， 为线路末端最大三相短路电流；.axkI为可靠系数；DL 型继电器取 1.3，GL 型继电器取 1.5；rel为接线系数；w电流互感器变比。iK灵敏度校验只能用线路首端最小两相短路电流 校验，即(2).minKI式（8.4）(2).min1.5KSoplI23过电流保护由保护的动作时限实现选择性，电流速断保护由保护的动作电流实现选择性，在电流速断保护区内，电流速断保护为主保护，过电流保护为辅助保护，在电流速断保护的死区内，过电流保护为基本保护。10KV1QS1QF1TA2TAT2QF2QS2YR2QF1YR1QF1KS信号 KM信号 2KS1KT1KA2KA3KA4KA1TA2TA1KA2KA3KA4KAA相 过 电 流与 电 流 速 断C相 过 电 流与 电 流 速 断公 用 线直 流 操 作 电源 及 熔 断 器定 时 限过 电 流 保 护电 流 速 断 保 护1QF跳 闸 回 路2QF跳 闸 回 路去 信 号1KS2KS+WS+WC -WC1KA21KT3KA4KAKM1K21QF2F1YR2YR1KS2KSKM1KT图 8.1 变压器的定时限过电流保护和电流速断保护接线图8.3.3 变压器的气体继电保护（瓦斯保护）气体继电保护，又称瓦斯保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。按 GB5006292 规定，800kVA 及以上的一般油浸式变压器和400kVA 及以上的车间内油浸式变压器，均应装设气体保护。气体保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。为了使变压器内产生的气体能够顺畅地通过气体继电器排往油枕，要求变压器安装应取 1%1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有 2%4%的倾斜度。当变压器油箱内部发生轻微故障时，产生的气体较少，气体缓慢上升，聚集在气体继电器容器上部，使继电器内油面下降，上开口油杯露出油面，上开口油24杯因其产生的力矩大于平衡锤的力矩而处于下降位置，上干簧触点闭合，发出报警信号，称为轻瓦斯动作。当变压器油箱内部发生严重故障时，产生大量气体，油汽混合物迅猛地从油箱通过连通管冲向油枕，在油汽混合物冲击下，气体继电器挡板被掀起，使下开口油杯下降上，下干簧触点闭合，发出跳闸信号，使断路器跳闸，称为重瓦斯动