《kv变电所设计》word版.doc

毕 业 论 文 设 计 10kv 变配电所的设计 姓 名 学 号 年 级 专 业 系 院 指导教师 摘 要 电力产业作为支撑国家经济发展的基础产业随着经济的快速发展 发展也十 分迅速 而且我国很多的电力技术包括特高压输电项目等都处于国际领先地位 在电力系统中 变电所的设计占有非常重要的位置 电力网络等够可靠无故障运 行 工厂企业等够安全持续用电都与变配电所的合理设计和设备配置有很大的关 系 变电所一般由一次设备 及监视一次设备安全运行的二次设备 电力变压器 等组成 中小型的变配电所在大多数中小企业中有着广泛的应用 给企业的快速 发展起到了支撑性的基础作用 本次设计就是考虑到工厂的实际应用和未来的发展根据理论结合实际设计了 一个基于企业供电的 10kv 变配电所 出于工厂生产的安全和负荷的重要性考虑 本设计根据进行了负荷的计算 根据计算结果 并留出一定裕度 选择两台主变 压器 并且根据短路计算选择了一二次设备 最后做了简单的防雷和接地设计 使其更加贴合实际 对现场施工更具有指导性 关键词 变电所 短路计算 负荷 Abstract Electric power the basic industry to support national economic industryi development with the rapid development of has made progress and a econmy great lot of in China has been walking in the forefront of the elctripowechlg In the substation design occupies a very intatrst position and the and stable reliability mponiupratiofwrid and power on the design of the substation and the sulyfdprtionl configuration Substation of a device and a safe eqit geycse running of the equipment is of two power transformers and other equipment cos monitoring Is widely used in small power transformation and distribution of the majority of small and medium sized enterprises to the development of rpid is the basis of support entrpis design is to the practical application and future Thcnsiderfactory development based on the of theory and practice design a power ombti to supply based on10kVsubstation Because of the importance of safety production and load into this design according nsidert to the load calculation according the calculation results and set aside a t certain margin chooses two main transformers And select one or two to the calculation of short circuit Finally do a simple lightning equipmntacordig protection and grounding design To it more practical more guidance on the ake construction site Keyword Short circuit calculation LoadSbstai 目 录 第一章 绪论 1 1 1 课题来源及其设计背景 1 1 2 工厂原始资料 1 1 3 工厂变配电所的设计原则 2 第二章 负荷计算与无功功率补偿 3 2 1 负荷计算的方法 3 2 2 无功功率补偿 5 第三章 主变压器选择与主接线设计 6 3 1 变压器的选择原则 6 3 2 变压器型号的选择 6 3 3 变电所主变压器台数的选择 7 3 4 变压器容量的选择 7 3 5 变压器的功率损耗 8 3 6 变配电所的主接线方式 8 3 7 变配电所电气主接线的基本形式 9 3 8 电气主接线的确定 12 第四章 短路电流计算 13 4 1 短路电流产生的原因及危害 13 4 2 短路计算的目的及其条件 13 4 3 短路电流计算原则和方法 14 4 4 短路电流计算 14 第五章 电气设备的选择 17 5 1 变电所高压一次设备的介绍 17 5 2 一次设备的选择与校验的条件和项目 17 5 3 变电所 10KV 侧一次设备的选择 18 5 4 变电所 380V 低压一次设备的选择 20 5 5 变配电所高低压进出线及母线的选择 21 第六章 变电所二次回路与继电保护 22 6 1 二次回路的定义和分类 22 6 2 二次回路的操作电源 23 6 3 断路器的控制和信号回路 23 6 4 变电所的测量和绝缘监视回路 24 6 5 变配电所的保护系统设计 25 第七章 防雷与接地系统设计 27 7 1 变电所防雷 27 7 2 接地电阻及其接地装置 28 第八章 供电系统电气图纸设计 30 8 1 主供电设计图 30 总结 32 附 录 33 参 考 文 献 36 致 谢 37 第一章 绪论 1 1 课题来源及其设计背景 1 1 1 课题来源 本课题是基于于山东济宁欧科工矿设备有限公司原变电所扩建建项目并结 合自己的论文设计题目 具有一定的实践性和可行性 1 1 2 设计背景 山东济宁欧科设备工矿公司 注册成立时间是 年 是济宁市专门经营196 生产煤矿建设中相关设备物资 工业和贸易于一体的股份制公司 公司专门生 产矿用设备 物质材料以及各种中下游衍生的机电设备等 公司目前员工数量 已经达到 余人 拥有各类技术人员 高级技术工程师 机械工程师等各类20 专业技术管理人员 余人 工厂占地面积约 6000 平方米 各类建筑面积 203 万平方米 随着公司的快速发展 先后与原来国家煤炭部 机械工业部指定的 矿业集团兖州矿业 枣庄矿业等建立了密切的合作关系 并为全国数十家矿业 公司提供设备维修 零部件供给业务 并被有关部门授予独家代理和生产基地 凭着过硬的产品质量 优秀的售后服务 可靠的信用体系与多家大型企业建立 了稳固的物资设备供应关系 其中有些矿用设备已经出口到澳大利亚 巴西 东南亚 非洲等许多国家 自从公司成立起 连续多年获得山东省政府 济宁 市市政府质检部门颁发的质量可信 诚信经营 安全生产的文明单位 公司原先的变电所是在公司建立后建立的至今已经有近 20 年 期间不间断 维修 现已不能满足公司发展的需要 需要在原址的附近建设一个 10 0 4kv 的 变电所以满足公司的生产用电 新变电所落成以后 即能适应现有的车间生产 员工生活用电 又能进一步提高厂区供电的可靠性和安全性 为公司安全稳定 生产提供强有力的保障 根据公司提供的资料 变电所占地面积 20 平方米左右 1 2 工厂原始资料 1 2 1 工厂的负荷情况 工厂大部分车间都为 小时三班制 生产线只有在订单完成的时候停下 24 或者连续运转超过 7 天 只有焊接车间车间为 小时制 年最大负荷利用小时8 为 5500 小时 车间多为二级用电负荷 少量三级负荷 其他生活 后勤 办公 用电等为三级负荷 其中动力设备都为三相电 v 照明电器为单相电 v 3020 各车间负荷统计见表 2 1 1 2 2 供电电源 根据工厂和当地电力供电局签订的供电协议 变电所电源引自城区一 降压变电站 变电站距离工厂的距离大约为 变电站到工厂的高35 10 kv 5km 压线型号是 厂内有 电缆 变电站馈线端安装有高压断路器 其120LGJ 2km 断流容量为 断路器装有电流速断保护和限时速断保护 限时速断保MVA 护整定时间为 高压侧有电气联系的架空线总长度为s k 1 2 3 水文及气象条件 本变配电所施工地点位于山东鲁西南平原地区 地质条件稳定 工厂周围 地势平坦 海拔约为 土壤主要以黄土为主 土壤电阻率 根70m30m 据原来变电所的大小 新的变电所预计占地面积为 20 平方米左右 其接地装置 重新铺设 并有效的和车间的接地装置相结合 工厂位于济宁城郊地区 根据 当地气象部门统计 夏季多暴雨并伴有雷暴天气 春秋及冬季干燥少雨 全年 最高温度为 全年平均气温为 最低气温在 左右 全年平均雷39C 2C 10C 暴日天数为 天 很据当地电力部门的规定 需设置防雷接地装置 20 1 3 工厂变配电所的设计原则 依据国家电力部门制定发布的相关标准 5029GB50394B 等电力施工设计标准的规定 工厂供电要依照以下准则 5049GB 1 要遵守相关规程 执行国家有关部门制定的电力设施相关政策 国家相关政策 包括资源的保护 以及节约有色金属 节约投资 尽快产出效 率等 在变电所施工的过程中 必须遵循 1 2 要做到安全可靠的供电 用电 工厂供电必须首先要做到保障人的生命安全以及工厂的各种设备不受到破 坏 保证电能质量稳定可靠 不出现大的电压和频率的波动 并且在安全的条 件上投资经济 减少浪费电气材料和建筑材料 使用性能更优越的产品 降低 电能在设备中的自身损耗 3 以近期为主 适当考虑工厂的长远发展与规划 供电设计不能只考虑当前用电 还要兼顾到工程在未来十年都能否满足发 展的需要 因此 需要依据工厂负荷特点 和工厂的长远扩建计划综合考虑 正确处理工厂近期的扩建与长远发展的联系 做到近期优先 兼顾长远建设 酌情考虑工厂长远扩建的可能 4 全局出发 统筹兼顾 依据工厂中各种设备负荷的性质以及设备容量 本设计工程的特点和济宁 当地供电条件等 合理选择设计方案 工厂供电设计涉及到设备选择 建筑电 气 以及电力系统中的各方面知识 是一个综合性的工程 因此要从各方面考 虑 兼顾到各方面的利益 稳妥进行 不能急于求成 第二章 负荷计算与无功功率补偿 2 1 负荷计算的方法 当前的电力工程设计中 我国使用最多的就是需要系数法 二项式法在某 些工程中也会用到 由于使用简便 计算方便 需要系数法在国际上也比较通 用 需要系数法就是用该设备的需要系数乘以该设备的容量 需要系数法主要 适用范围是当电气设备数量比较多 尤其是相同的设备相对很多 并且各台设 备容量差别大时 基本都采用需要系数法计算 二次项系数法 其基本算法是 b c 为二项式的系数 当用电设备台数少且容量相差非常大 30exP 用需要系数法误差比较大 这时用二项式法计算 2 本次设计考虑到工厂设备负荷的实际情况 用需要系数法来确定计算负荷 以提高计算的精确度 减小误差 主要计算公式有 有功计算负荷 30dePK 2 1 无功计算负荷 2 2 30tanQ 视在计算负荷 2 3 30cosSP 计算电流 2 4 30INU 负荷计算结果如表 2 1 所示 表 2 1 车间负荷计算表 车间名 称 负荷类 别 设备容 量 kw 需要 系数 dK cos tan 30P kw 30Qvar 30SKVA 动力 500 0 3 0 65 1 17 150 175 5 230 77铸造车 间 照明 10 0 7 1 0 7 0 7 动力 350 0 3 0 7 1 02 105 107 1 150焊接车 间 照明 8 0 8 1 0 0 6 4 0 6 4 动力 380 0 5 0 8 0 75 190 142 5 237 5机修车 间 照明 8 0 8 1 0 6 4 0 6 4 动力 300 0 2 0 65 1 17 60 70 2 92 3高温车 间 照明 6 0 7 1 0 0 4 2 0 4 2 动力 100 0 6 0 8 0 75 60 45 75仓库 照明 5 0 8 1 0 0 4 0 4 动力 50 0 4 0 8 0 75 20 15 25锅炉 照明 5 0 8 1 0 4 0 4 生活办 公 照明 200 0 7 0 9 0 48 140 67 2 155 6 1922 757 622 5 998 17总计 0 9pK 0 95q 681 3 591 37 902 16 由前面统计结果 取 计算总有功计算负荷 p qK 30P 总无功计算负荷 总的视在计算负载 总的计算电流 30Q30S30I30 975681 PKW 30 297varq k2681 59 7 16SKVA 3030 8NIU 3061cos 792 PS 计算的结果同样填入上表 2 2 无功功率补偿 按照有关由国家电力部门颁布的规定 在当地电网高峰负荷时 功率因 数必须满足以下要求 大中型企业用户的电功率因数应达到 0 90 以上 基于此 种规定 由负荷计算得 低于 因此要无功补偿 3 cos0 76 9 2 2 1 无功功率的作用及不足带来的危害 在电力系统中 无功功率能够调节电压水平维持电压的稳定 并且发电机 变压器等其他电磁设备的正常运行都要从电网中吸收大量的无功功率来建立磁 场以传输能量 4 无功功率不足将导致配发电设备容量不能得到充分利用 而 功率因数是衡量供配电系统的经济运行的一个重要指标 工厂的功率因数偏低 时将造成下列不良影响 1 降低设备效能 使动力设备出力减小 2 将使得在网络中的电能损耗增加 3 降低变电输配电设备设施的供电能力 2 2 2 无功补偿的计算及设备选择 在工程设计中 无功补偿的设备有 发电机 调相机 并联电容器及静止 补偿器等 无功补偿设备的作用 改善系统的功率因数 调节负载的平衡性 同时 功率因数的提高可以降低电能损耗 5 在电力系统中 无功补偿装置主要有三种安装方式 1 高压集中补偿 在建设初期投资少 维护简单 但是效果不是很好 不 过对于在变电所高压侧 进行补偿 可以满足工厂总的功率因数的要求 所以 在一些大型企业中应用广泛 2 低压集中补偿 补偿效果和高压集中补偿相比有很好效果 尤其是它能 使变压器减小视在功率 从而让主变压器的容量选的相对小一点 减少电能损 耗 因而在实际的工程操作中有很多的应用 3 低压分散补偿 这种补偿方式比较灵活 可以随时投入使用 将补偿电 容器安装在功率因数低的地方 也可以就地补偿 但是当补偿设备不在运行时 它也将被切除 本次设计考虑到工厂无功功率不足和操作方便的实际情况采用低压集中补 偿方式 对绝大多数变压器来说 为变压器的有功和无 4 5 TTQP Q T 功损耗 因此 在进行变压器低压侧无功补偿 功率因数大于 0 95 为好 本设 计取 为了使低侧功率因数从 0 76 提高到 0 95 对并联电容器安装cos0 95 在低压侧所需要的容量为 3012 tanrcostanrcos cQP 75 760 95vark 取98 vark4varcQk 参考附表 2 可知 并联电容可选用 型 每个电容器补偿容1 BWF 量为 50vark 因此 其电容器的个数为 4085cnq 无功补偿后 变电器二次侧的视在计算负荷为 223075 6 40 789 SKVA 30 cos 589 P 即工厂的功率因数 s 因此 符合本设计的要求 第三章 主变压器选择与主接线设计 3 1 变压器的选择原则 在输配电网络中 电力变压器作为转变电压的枢纽是供电设计中最重要的 设备 变压器主要起到升高或者降低电压的作用 有的带分接头的变压器可以 调节局部电压 这些功能方便电能的合理高效输送 分配和使用 变压器的选 择应该结合工厂实际情况 根据工厂负荷的性质以及用途 进行分析与计算 并进行经济运行分析 6 另外 要按照有关国家有关标准规范 优先使用电能 损耗比较低 节能且高效可靠的合格产品 3 2 变压器型号的选择 根据分类方式的不同 变压器可以分为好多种 主要有按相数 按电压调 节方式分 按绕组道题材质分 按绕组型式分 按绝缘和冷却方式分等等 在 工厂供电的设计当中 大部分工厂选择使用三相双绕组的变压器 不带分接头 调压 两种联接组是 10kV 配电变压器中最常见的 在低压电网中0Yyn1D 较多采用 Dyn11 联接组有着越来越广泛的应用 原因是 Dyn11 其 3n 次谐波励 磁电流不会流到高压电网中 能有效抑制高次谐波电流 Dyn11 联接变压器零 序阻抗相对很小 当发生低压单相接地故障时 零序电流大 零序保护装置更 能敏感的切掉故障 综上所述本设计中选择 Dyn11 联接组配电变压器 3 3 变电所主变压器台数的选择 变压器台数一般根据以下条件确定 1 电力系统中含有一级或二级供电负荷 应该适当考虑选用两台变压器 当一台检修或有故障时不至于影响工厂的正常生产 2 工厂负荷受季节性影响大或白天和夜晚的负荷变动较大 经济技术达 到相关要求时可以选用两台变压器 3 级负荷 供电要求不高 可以采用一台变压器 不设备用 如果有下列情况可以设置专用的变压器 专门供电 1 如果动力和照明使用同一个变压器对照明质量有很大的影响时 2 单台单相负荷较大时 宜设单相变压器 3 工厂中有其他冲击性负荷较大的设备运行时 干扰了其他设备的正常生 产作业 可配备专用的冲击负荷变压器 由于要该工厂中的用电负荷有二级负荷以及三级负荷 考虑实际情况 根 据设计规范 的相应要求 配置两台变压器 7 50394GB 3 4 变压器容量的选择 变压器的容量 第一要满足所有用电设备的计算负荷 保证在其计算负NTS 荷 下变压器能无故障长期运行 当当变电所中配置两台变压器时 一般选择30S 两台容量相同的变压器 每一台变压器容量应同时符合下列两个条件 一 当每一台变压器独立运行时 为了在以后负荷增加时 还能满足使用 应该满足总计算负荷 的 的需要 即 30S6 7 3 1 30 6 7 TNS 这样可以做到每一台变压器能承担总负荷的 此时变压器效率相对较高 5 二 每一台变压器独立运行时 都能达到全部一级负荷和二级负荷 的需12S 要 即 3 2 12NTS 表示一二级负荷 条件 二 是考虑变压器发生故障的情况下 其中一台12S 完好的变压器能够保障所有负荷的供电 根据无功补偿后的计算负荷 30789 025 314NT KVA 所以 取变压器容量为 630kV A 综上 选择 型电力变压器 由于该厂含有二级负荷 9630 1S Dyn 一旦出现大的停电或电力事故 将严重影响企业正常生产 因此对电源的供电 可靠性提出了很高的要求 因此选用两台变压器 当一个变压器在事故发生时 另一台变压器能继续向负载供电 3 5 变压器的功率损耗 根据电机学理论中变压器的知识 变压器的无功损耗和有功损耗计算方法如下 3 1 230 TKNSPP 3 2 2 1QIU 上式中 为变压器的空载有功有功和短路有功损耗 为负荷利0K 用率用视在功率比上变压器的容量 本次设计使用 型号的变压器 9630 1S 查附表 3 知 分别为 1 3kw 和 5 8kw 空载电流和阻抗电压为 3 0 和 50P 带入上上式中得 2789 1 5 83763T W 0 1 25var0Qk 则变压器高压侧无功功率 3062 varTk 847PKW 2 223030 84 795 8SQkVA 则高压侧电流 303 1NSIU 3 6 变配电所的主接线方式 变配电所的主接线设计在供电工程设计中是一个综合性的问题 应该依照 其工程建设规模大小 根据工厂的线路回数 电压的级别 负荷等具体情况来 确定 它是选择电气设备和确定各种电气设备安装方式的总依据 主接线设计 的好坏对全厂用电设备的安全 高效和经济运行有很大的关联 主接线的设计 应该依照下列具体要求 8 1 安全 应符合国家有关标准和技术规范的要求和需要 保证设备和人身 安全 2 可靠 供电可靠是电力系统中的基本要求 可靠性可以用主接线平均无 故障的工作时间来表示 一旦出现电力事故都可能造成难以估量的损失 所以 供电可靠性是电力生产的最重要的要求 3 敏捷灵活性包括检修方便 操作灵活方便 可以很容易地从最初的扩 大 最后连接 同时用最少的切换 以适应不同的运行模式 以适应负荷的发 展 4 经济性 在保证安全高效运行的情况下 应尽可能的节约有色金属材 料 减少投资和运行的费用 为适应长期的发展 应优先选用性能优异的节能 产品 3 7 变配电所电气主接线的基本形式 3 7 1 单母线接线 单母线接线是工厂企业变配电所中最简单的一种接线形式 一般有单母线 不分段 单母线分段两种接线方式 单母线不分段接线见图 4 1 其接线比较简单清晰明了 经济性好投资少 但灵活和安全性较差 单母线接线的适用范围是系统比较简单如只有一台变压 器等 QS2F1母 线 图 4 1 单母线接线 单母线分段接线 克服了单母线接线的某些不足 提高了一定的供电的可 靠性 其母线可以用断路器隔开 当发生故障时 可以将故障母线隔开 保障 无故障母线安全运行 见图 4 2 功率的大小和电源的数量决定了单母线分段 的数目 多数情况下 分段数等于电源数 单母线分段的优点减小了停电范围 不过当断路器检修时 也需要把断路器所在的支路断开 单母线分段接线除了 具有单母线接线的优点外还提高了供电的可靠性 因此在中小型电厂和中低压 电网中有着广泛的应用 QFS12 图 4 2 单母线分段接线 3 7 2 双母线接线 每个回路都需要配置两个母线隔离开关是双母线接线的最大特点 双母线 接线相对单母线接线来说 在可靠性和灵活性方面有了很大的提高 双母线接 线在有着重要负荷如一级和二级重要负荷的场所及虽然没有重要负荷但是在一 些大中型企业中用的比较多 双母线的主要缺点是操作步骤相对复杂 有时候 需要倒闸操作 当故障发生在其中一条母线时 这条母线也需要停电 为了克 服这种缺点 增设旁路母线可以解决此问题 图 3 3 双母线接线 3 7 3 桥式接线 桥式接线中 开设设备的数量比较多 投资相比大一些 但是运行灵活 它比单母线分段接线简单 可以减少单母线断路器的数量 依照联络断路器在 变压器两侧的位置分为内桥和外侨接线 内桥式接线 主要用于不经常切换变压器 电源线路较比较长 事故检修 机率多的变配电所 图 3 4 内桥式接线 图 3 5 外桥式接线 2 外桥式接线 适用于故障率较低 变压器在经济运行方式下常常投入和 切掉运行以及穿越功率比较大的场合 3 8 电气主接线的确定 本次设计变电所为 10kv 变电所 出现回路数为 6 回 容量相对来说较小 根据各种接线方式的适用范围和工厂供电的需要选用单母线分段接线 变电所 有一路电源进线 为保障对车间的持续供电 同时又不影响变电所及其设备的 的维护与保养 使用单母线分段的接线方式在变压器的二次侧 见图 3 6 变压 器二次侧单母线分段 接线方式的可靠性高 一台主变压器检修或故障时 通 过开关的操作 可以在很短的时间内供电恢复 并且某一条支路出现故障不影 响其他支路的安全供电 因为本次设计高压电源进行为一回 所以在高压母线 上需要配置高压联络线 以便能在单回电源进线出现故障时 从其他厂区获得 临时的供电 9 1QSF0KV 4234QFS56 图 3 6 单母线分段主接线 第四章 短路电流计算 4 1 短路电流产生的原因及危害 短路就是指不是正常的电气导线相接 产生了破坏性的电流 短路方式有 很多中 其中三相电中 三相短路时的危害最大 产生的短路电流最大 是两 相短路电流的 倍 电力网络中发生的短路大部分是绝缘受到破坏造成的 3 2 这种损坏可能是设备本身不符合质量规范 或者是运行时间过长 设备绝缘被 过电压击穿 或是绝缘不够等等 有时 电力行业从业人员或用电厂家误操作 违反了有关电力设施操作规定也会造成短路事故 一旦发生短路 短路电流要 比正常电流大的多的多 如果不及时切断将会给电力系统产生很大的危害 10 并且短路时 由于继电保护的作用 断路器动作会造成停电 且离电源端越近 发生故障时停电面积越大 造成的危害越大 4 2 短路计算的目的及其条件 4 2 1 短路计算的目的 短路电流其计算的结果可以用于电力系统的运行和设计 且短路电流计算 是电力系统中三大计算之一 主要目的包括 一 选择和确定电气主接线方案 二 校验设备的热稳定及定稳定性 三 更有效合理的设计接地装置 四 短路及各种故障的分析 五 输电线对通信线路的影响与继电保护的整定和设计 4 2 2 短路计算的条件 一 一般是将系统看成是无限大容量电源 电源的功率无穷大 端电压保持 恒定 二 假定短路的回路中各个元件的阻值维持不变 并且 变压器励磁电流和 电路电容也忽略不计 三 在发生短路事故后 故障的类别保持不变 比如说两相接地短路不会变 成三相短路 四 具有分接开关的变压器 其分解开关位置视为主分接位置 五 不计短路电弧电阻 4 3 短路电流计算原则和方法 短路电流一般是计算最严重的短路故障所产生的短路电流即系统在最大运 行方式下时 产生的短路电流最大 同时 短路点应选在发生短路电流最大的 点 短路电流计算的方法一般有欧姆法和标幺制法 计算高压电路电流时一般 使用标幺制法 低压电路一般使用欧姆法即有名值法 本设计使用标幺制法 来计算短路电流 11 所谓标幺制就是实际值比上基准值 基准值可以任意选取 但是在电力系 统计算当中 一旦选定两个基准值 其他的基准值都可以用这两个来表示 短 路计算时 一般先选定基准容量 和基准电压 dSdU 4 4 短路电流计算 依据变电所实际情况 在出现短路最严重的地方选择短路点 画出短路计 算图 短路点 取变压器两侧 因此短路计算电路等效电路图如图 4 1k 2 1 所示 架空线 l 5 k m Q F K 1 k 2 1 0 k V 3 8 0 V 图 4 1 短路计算电路图 4 4 1 确定基准值 设 低压侧 则基准电0 dSMVA 10 5dcUKV 20 4dcUKV 流 11 3dSAI 220 14ddVI KU 4 4 2 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1 电源的电抗标幺值 由工厂原始资料断路器容量为 因此30OCSMVA 11 Xocd 2 架空线路的电抗标幺值 根据原始资料架空线路 则由附录表 4 可查得 120LGJ 0 35 Xkm 而线路长 故架空线路的的电抗标幺值为5km 202 2110 35 9 5 dcSMVAXlkmUK 3 电力变压器的电抗标幺值 由 3 4 节得本设计中选择 台变压器型号为 的变压器 查附表9630 1S 1 可得 其短路电压百分数 因此 5k 3107 1063kdNUSMVAXK k 1 故障点 的短路电流计算 1 总电抗标幺值 92 15 30 21 Xk 2 三相短路电流周期分量有效值 KAIKdk 8 92 15 3 1 3 其他短路电流 3 3112 8kkIIKA 57 14shi 3 3 28sII 4 三相短路容量 AMVXSKdk 1529 10 3 1 k 2 故障点的短路电流计算 1 总电抗标幺值 1234 2 7 93 0 15 82KXX 2 三相短路电流周期分量有效值 3 22 24 85 dKKIAI KX 3 其他短路电流 3 3224 8KKII 1 8 5 67shi KA 3 3 09 20sII 4 三相短路容量 3 2 2 17 55 8dKKSMVAX 计算结果综合如表 4 1 所示 4 1 短路计算结果 三相短路电流 kA 三相短路容量 MVA 短路计算点 3 kI 3 3 I 3 shi 3 shI 3 kS k 1 2 8 2 8 2 8 7 14 4 228 52 1 k 2 24 82 24 82 24 82 45 67 27 05 17 25 第五章 电气设备的选择 正确合理的选择电气设备可以使电力系统安全经济运行 使电气设备的出 力达到最优化 提高利用效率 不浪费资源 在电气设备选择时 要依据施工 工程实际的情况 稳妥的采用电力工程中的新技术 新设备等 并要兼顾节约 投资 使效益最大化 同时 还要考虑维护的简单方便性 即选择在市场上相 对比较成熟的设备 12 5 1 变电所高压一次设备的介绍 1 高压开关柜 高压开关柜是变电所的主要一次成套设备 是按照一定的 线路接线方式把一二次设备组装起来的成套配电装置 是为了操作人员能够安 全灵活的控制 一般分为固定式和手车式两大类型 2 高压断路器 可以接通和断开正常的设备工作电流 还能承担较大的短 路电流 并且在继电保护作用断路器时可以切掉短路电流 因为要分断电流 因此断路器都带有优良的灭弧装置 3 隔离开关 因不用开断电流 所以不带有灭弧装置 但是要有很强的 绝缘能力 一般和断路器配合使用 用来检修设备 4 熔断器 线路长时间过负荷时 或设备故障发生短路时 用于切断强 大的短路电流 5 避雷器 避雷器的作用是保护变配电所或输电线路免受雷击的破坏 或者把强大的雷电流引入大地 6 静电电容器 主要用于补偿无功功率 7 电流互感器 主要是把检测到的电能数据提供给二次回路 供计量和继 电保护装置整定使用 13 5 2 一次设备的选择与校验的条件和项目 5 2 1 按正常工作条件选择 1 工作电压选择电气设备的额定电压 要略大于或等于所在线路的额NsU 定定电压 即 5 NUNs 1 2 工作电流选择 电气设备的额定电流 要略大于或等于所在线路的额定NsI 电流 即 5 NINsI 2 3 按断流能力选择 设备的额定开断电流 或者是断流容量 要大于此设备在开断短路电流ocIocS 时的有效值或者短路容量 即 5 ockI ocKS 3 5 2 2 按短路条件进行校验设备动稳定和热稳定 高压断路器 负荷开关及隔离开关的短路稳定度检验 1 动稳定校验条件 或 5 3 maxshi 3 maxshI 4 式中 为设备的极限通过电流或者动稳定电流的峰值和有效值axiI 三相短路冲击电流瞬时值和有效值 单位为 kA 3 shi sI 2 热稳定校验条件 5 2 3 2timaIt 5 式中 为设备的热稳定电流有效值 单位为 kA It t 为热稳定试验时间 单位为 s 开关所在处的三相短路稳态电流 单位为 kA 3 短路发热假想时间 单位为 s imat 短路发热假想时间 一般按下式计算imat 5 6 20 5 imakIts 在无限大容量系统中 电源的内阻抗为零 电源内部不存在压降 有 因此 s 上式中 为短路持续时间 短路持续时间就等于短I imakt kt 路所在处的主保护动作时间加上断路器分闸时间 当 时 1kts imakt 电流互感器的热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行 其校验条件按下列进行 1 动稳定校验条件 或 5 7 3 maxshi 3 es12NshKIi 称为动稳定电流也是电器的极限通过电流峰值 为三相短路瞬时冲 3 shi 击电流 为动稳定倍数 es 2 热稳定校验条件 或 5 8 2 3 timaIt 2 3 1ttNimaKI 为热稳定电流 为热稳定实验时间 s 为热稳定倍数 tIt tK 5 3 变电所 10kV 侧一次设备的选择 根据工厂负荷等级和所处的地理环境 高压侧采用 型户内固定式210YN 交流金属封闭开关柜 初选设备见表 5 1 下面分别对每一个设备进行具体校验 表 5 1 一次设备选择表 设备名称 设备型号 高压断路器 ZN12 10 2000 高压熔断器 RN1 10 50 高压隔离开关 6810 GNT 电流互感器 5LQJ 电压互感器 JDZ 10 5 3 1 高压断路器的选择与校验 查附录表 1 知高压断路器型号 ZN12 10 2000 各项参数见表 5 2 表 5 2 高压断路器 各项参数表 120 ZN 参数名 额定电压 额定开断电 流 极限通过电 流 热稳定电流 额定电流 数值 10KV 31 5KA 80KA 31 5KA 2000A 在本设计中 根据高压断路器的验证条件和表10NUkV 53 4NIA 5 2 可知 额定电压和电流均符合条件 1 开断能力校验 3 52 86ocKIAI 2 热稳定与动稳定校验 3 max807 14shii 22 3 21 5810 65imaIt It 综上可知符合条件 5 3 2 高压隔离开关的选择 查附录表 3 知高压隔离开关 型号各项参数如下参数表 5 310 2GNT 表 5 3 高压隔离开关参数 参数名称 额定电压 额定电流 动稳定电流峰值 热稳定电流 数值 10KV60A52KA20KA 本设计中 根据 5 2 节中高压隔离开关的验证NUk 53 4NI 条件知额定电流和电压均符合条件 1 热稳定性与动稳定性检验 3 max527 14shiKAik 3 20 0 65imaItIt 综上可知符合条件 5 3 3 电流互感器的选择 电流互感器 LQJ 10 查附录表 8 可得参数表 5 4 表 5 4 电流互感器 参数表10LQJ 参数名称 额定电压 额定电流比 1s 热稳定倍数 动稳定倍数 数值 10kv 100 5 90 225 根据 5 2 节中电流互感器的验证条件则 1010NsNUkVk 1053 4NsNIAI 动稳定校验条件 3 3 312 425 817 es shKI iKA 热稳定校验条件 22 3 2 21t 90 18 6 tNimaIIt 因此均满足条件 5 3 4 高压熔断器的校验 高压熔断器 查附录表 6 可得参数表 5 5 表 5 5 高压容电器参数表 参数名称 额定电压 额定电流 熔体电流 数值 10kv 100A 40A 本设计中 根据 5 2 节中电流互感器的验证条件10NUkV 53 4NIA 则 s NFEIAI 因此满足条件 5 4 变电所 380V 低压一次设备的选择 选择低压电气设备和选择高压一次设备一样 都要满足电气设备在正常条 件下以及发生短路故障下的工作要求 并且设备应运行维护便捷 安全性能高 另外也要投资经济节约 14 5 4 1 低压设备的选择 根据本设计计算参数初步选择设备表如表 5 6 表 5 6 设备选择表 设备名称 设备型号 低压断路器 DW17 2000 低压断路器 DW15 4000 低压熔断器 RT0 600 低压刀开关 HD13 1500 3 低压断路器 DZ20 630 5 4 2 低压设备的校验 1 低压断路器 DW17 2000 查附表 6 可知额定电压为 380V 断路器脱扣 器额定电流为 2000A 额定开断电流 80kA 据 5 2 节中高压断路器的验证条件 知 380380NeNUV 2sIAI4 2k 因此符合条件 2 低压断路器 DW15 4000 查附表 5 可知额定电压为 V 脱扣器额定380 电流 额定开断电流 80kA 此断路器装在各车间线端 各个车间的电流20A 都在 500A 以下 据 5 2 节中低压断路器的验证条件则 380380NeNUV 2IAI 4 2k 因此符合条件 3 低压熔断器 查附表 8 可知额定电压为 V 额定电流06RT 380 额定开断电流 此熔断器装在总线端和车间总线端 可以起到短60A5KA 路保护能力 据 5 2 节中熔路器的验证条件则 380380NeNUV 6IAI 524 kK 因此符合条件 5 5 变配电所高低压进出线及母线的选择 母线及高低压进出线起到传输电能的关键作用 因此母线及导线的合理选 择对电力系统减少电能损耗 减少电力故障都至关重要 在当今市场铜价远高 于铝价的情况下 一般均使用铝导线代替铜导线 同时 导线个电缆的选择要 满足电能质量的要求 做到经济运行 较小的投资 而且要布局合理 以便于 维护与保养 5 5 1 高低压母线的选择 1 母线的选择 主要包括母线所用的材料 类型和布置方式的选择 导 体截面的选择 热稳定 动稳定等项的校验等 对于高压母线 由于最大负荷 电流不是很大 选择 的矩形铝母线 下面校验选择该母线的热稳定40m 性 查附表得常温时 矩形路母线的额定电流 长时间发480NIA 热的允许温度是 校正系数为 7C 0 81K 根据校验条件 满足要求 4395 alNI A 2 低压母线的选择 低压母线选择原则和高压母线相似 只是运行的最 大负荷电流不同 根据低压侧最大负荷电流选择 的矩形铝母线 6m 5 5 2 架空线和电缆的选择 一般 10kv 以上的高压架空线和低压 380v 低压动力线路通常按发热条件选 择 而 35kv 以上一般先按经济电流密度选择 本次设计中 根据工厂负荷的总 电流 厂内电缆线选择 型电缆 高压架空线选择裸导线 钢芯2YJLV120LGJ 铝绞线此两种选择热 动稳定均符合设计 5 5 3 低压线路的敷设方式 由于本厂内大部分是电缆线 所以只进行电缆线的敷设设计即可 对于电 缆线一般都是铺设电缆沟或者沿墙壁或者其他建筑物就地埋设 但在埋设的过 程当中 应该做到尽量少弯曲铺设 以减少电缆的弯曲扭伤 在电缆穿越建筑 物或者楼板时 要用钢管套保护 减少外皮磨损 保护绝缘不受损伤 就整个 工厂的铺设方式来说 本次设计选择放射式的方式 因为 当厂内有其他设备 发生故障时不至于影响其他车间的正常安全生产 第六章 变电所二次回路与继电保护 6 1 二次回路的定义和分类 由保护 测量 控制等设备组成的监视一次回路正常稳定运行的电路称为 二次回路 在二次回路中运用到的设备叫做二次设备 变电所的二次回路是保 持一次回路正确 安全 可靠运行的系统 15 依据相关电力施工规定 在二次回路中应配置下列仪表 1 10kv 的变电所的高压侧应配置电流表和有功功率表 如果商业上需要 计算用电量 还要配置无功电能表一个 2 如果高压侧没有配置电能表 需要在其低压侧配置电能表 并且还需 要装设电流表 3 在车间的配电线路中 还需要配置电流表 以方便查看各车间的用电 负荷 4 在用并联电容器补偿的总线上 需要配置三只电流表 分别测量三相 电流 并装设一只无功电能表 6 2 二次回路的操作电源 二次回路的供电虽然只辅助于一次系统 但是却对一次系统的安全稳定运 行起着极其重要的作用 因为它可以对测量一次电路的各种仪表单独供电 使 之基本不受一次电路的影响 事故状态下 在母线电压快速下降时 应能使继 电保护系统可靠的动作 所以要求其充分可靠 容量足够大并且具有独立性 要求在系统出现严重短路或者其他事故事 必须可靠的动作或跳闸 操作电源一般是由直流电源提供 一般可由现有的直流蓄电池 如镉镍蓄 电池等 也可以通过整流装置换流方式提供直流电 但是对于 10kv 变配电所 容量相对较小 继电保护不复杂 可以通过电压互感器等取得 220v 交流源使用 6 3 断路器的控制和信号回路 对于 10kv 变配电所小型的变电所其监视方式基本都使用灯光监视的方式 而音响监视方式多用于大型变电所 因此 本次设计才用灯光监视控制回路 采用手动操作的断路器控制和信号回路 图 6 1 为手动操作的断路器控制和信 号回路图 QFQF123456FUURGNDKMWC A WC N WS A 灯 光 音响 信 号Y 图 7 1 断路器控制与信号原理图 需要断路器合闸时 推上操作机构手柄使断路器合闸 辅助触点 闭34QF 合 红灯 变亮 指示断路器 已经合闸 红灯 同时还起着监视跳闸回RDFRD 路完好性的作用 分闸时时 扳下操作机构使断路器分闸 这时候 断路器的 辅助触点 断开 切断跳闸回路 同时辅助触点 闭合 绿灯34QF 12 亮 表明断路器 已经分闸 GN 6 4 变电所的测量和绝缘监视回路 在电力系统中进行测量的主要目的是对电能的计量 比如功率的测量功率 等 也可以用测量的数据监视系统的运行状态是否是处在安全运行中 三相电 压是否平衡等 测量和监视回路是二次系统的组成部分之一 对其各种仪表的 配置都要满足电气安全运行的需要 16 6 4 1 变电所高压侧测量和绝缘监察回路 为能正确的反映电气装置的各种运行数据和绝缘状况 并实现商业化运营 的需要 供电部门或企业本身都会在变配电所配置电气测量仪表 一便于对系 统中电流 电压 频率等各项参数做到随时监测 图 7 2 6 10kV 线路测量和计量仪表的原理电路 6 4 2 变电所低压侧测量和绝缘监察回路 图 7 3 220 380V 线路测量和计量仪表的原理电路 6 5 变配电所的保护系统设计 变配电所及其周边设备的安全运行关系着全厂的持续安全生产 因此对其 做好保护 尽快切除各种可能发生的故障显得格外重要 这就有必要进行继电 保护设计 对继电保护的要求要做到速动性 选择性 可靠性和灵敏性 当变 配电所某处发生短路故障时 应能有选择性的启动应该动作的保护 并且要做 到可靠迅速 以减小短路故障带来的损失 电力变压器是电力系统中使用相当普遍和十分重要的电器设备 在整个变 电所中 变压器的保护是最重要的 虽然它和发电机有区别 是一种静止的电 气设备 结构相对可靠 发生故障的机会很少 但它一旦发生故障将会给供电 的可靠性和系统的正常运行带来严重的后果 为了保证变压器的安全稳定的运 行 防止故障的扩大 根据变压器故障的发生 敏感 快速和可靠的保护装置 和良好的选择性是非常必要的 6 5 1 变压器瓦斯保护 变压器瓦斯保护又叫做气体保护是反映变压器内部故障的一种保护装置 在变压器的油箱内发生故障时 在故障电流作用下 变压内的液体油会受热分 解产生大量气体 长生的气体越多 变压器内的压强越大 气体迫使油和气体 冲向保护装置 利用此原理实现变压器的保护 变压器瓦斯保护原理图见图 7 4 2YT1YTKS2XBHLRKMG去 信 号 图 7 4 变压器气体保护原理图 6 5 2 变压器过负荷保护 变压器在运行的过程当中 有可能会出现过负荷 长期的过负荷运行会减 小变压器的运行寿命 破坏变压器的绝缘保护 因此有必要设置过负荷保护 变压器过负荷保护的整定原理同线路过负荷保护一样 动作电流整定依照一次 侧额定电流整定 动作时间一般为 105s 整定计算公式 6 1 2oprelNIKI 为可靠系数 取 1 2 为低压侧线路电流 根据公式和负荷计算relK 的结果 1 2370 164 87opI A 由上过负荷电流整定为 1650A 6 5 2 变压器过电流保护 变压器内外部故障或异常运行都可能导致其过电流现象 应设置相应的电 流保护 采用 DL 11 50 型感应式过电流继电器 1 过电流保护动作电流的整定 6 2 1relWopKANiII 取 1 3relw052i re0 8K 因此 动作电流 3 4 082opKAI A 故动作电流整定为 5A 2 过电流保护动作时间的整定 因本变电所为电力系统的终端变电所 高压出线处时间为 故根据时间1s 级保护配合原则整定时间为多一个时间级差为 1 5s 3 过电流保护灵敏系数的检验 用最小短路电流检验 已知最小短路电流 k min 2 T13 280 1 4 15IKkVA 保护一次侧动作电流 1 5 opKAiWI A 因此其保护灵敏系数为 54 01 S 满足灵敏系数 1 5 的要求 6 5 3 装设变压器电流速断保护 由于过电流保护动作时间较长不能够迅速隔离故障 故需要安装瞬时速断 保护以快速反应变压器的故障 1 速断电流的整定 已知 3 max24 8kKIkA 1 3relK w1052iK 10 5T 因此速断动作电流为 2 max1 3248061 5325opKArelwKiTII A 选 电流继电器 动作电流整定为 1 50DL 保护一次侧动作电流为 1620opIA 2 电流速断保护灵敏系数的检验 已知 2 min1 8 2 5kkIk 因此其保护灵敏系数为 50 0SKA 依据 规定 电流保护 含电流速断保护 的最小灵敏系数为629GB 1 5 因此灵敏系数符合要求 第七章 防雷与接地系统设计 7 1 变电所防雷 雷云形成时 会带有很高的过电压 当雷云一旦与地面金属导体有接触时 会产生很大的雷电流 如果没有做好很好的防雷保护 将会对电气设备 甚至 对变电所本身造成难以想象的损坏 因此在雷雨天气多发的地区做好供电的防 雷工作 意义重大 在防雷工作当中 要充分掌握雷电科学知识 掌握雷电的 特点做到有针对性的预防和配置防雷设备 对当地供电部门和气象部门所统计 的雷电资料做到充分分析 17 7 1 1 防雷设备 一般由接伞器 引下线 接地装置等组成防雷设备 接伞器就是在雷放电 时直接接受雷击的物体 通常是由金属组成的 接伞器包括有避雷针 避雷带 避雷网等组成 7 1 2 防雷设计 本地区夏季多雨雷电频发 且从当地气象部门获得的气象资料显示本地区 多直接雷为主 基于此种情况 在进行该设计时 为节省投资成本 造成不必 要的浪费 只需要进行直击雷的防护即可 变电所直击雷保护的基本要求 应 能保护整个被保护的设备和室外较高的建筑物或者易受雷击的物体都要设置直 击雷保护 1 确定避雷针的保护范围 在国际上通常使用滚球法来确定保护的范围 滚球法就是用一个半径 的rh 球体 沿着需要保护的部位滚动 当球体只接触到避雷针和地面时 球弧下部 位就是保护范围 对于不同的建筑或设备 保护级别不一样 防雷级别根据附 表 12 查得变电所属于第一类防雷建筑物 滚球半径为 30m 根据工厂原始资料变电 所使用两支距离为 10 米的避雷针高度为为 20m 两支等高避雷针每侧的保护范围最小宽度 8 1 20 2 rDbh 为滚球半径 避雷针高度 D 两避雷针的距离 rh 当两避雷针的距离 时 按单个计算范围 当 r 2 rDh 两避雷针外侧与单支避雷针外侧计算相同 根据 8 1 公式带入计算得 102 302 56 D 17 8bm 根据已知的资料变电所的施工长 4 米宽 3 米 可以做到全部保护 7 2 接地电阻及其接地装置 接地电阻是引下线电阻和埋设于地下的金属接地装置电阻的总和 根据通 过电流的性质 接地电阻一般分为工频接地电阻和冲击接地电阻两种 正常工 作的工频负荷电流流入接地装置时表现的电阻就是工频接地电阻 而只有雷击 接地装置时才会有冲击电阻 1 接地电阻的计算 按照电力部门的规定 保护接地电阻应满足 7 2 50ERI 理论计算公式为 7 3 4ln2Ed 但在工程设计中通常使用 7 4 ERl 为土壤的电阻率 未接地体长度 为接地体直径 ld 在本设计中 由初始资料并查附表 11 得土壤电阻率为 有电10m 气联系的架空线为 5km 查附表 14 可知 确定变电所接地装置的电阻应满足条 件 8 2 及 7 5 4ER 7 6 35 0NohcabECUlI 为相同电压下具有电气关系的架空线的长度 本设计 为电缆ohl 5ohlkm cabl 线的长度 这里 带入计算得0cabl15 63EIA 则 比较两式接地电阻应为5312 0 6ER 4ER 2 接地装置的方案 初步考虑围绕变电所的四周距离变电所的墙体 2 3 米 放入直径 50mm 长 度为 2 5m 的钢管接地体 每隔 5 米放入一根 管间用 扁钢焊接起来 240m 单根钢管的接地电阻由 7 4 知 1042 ERl 接地的钢管数为 1150 64En 为垂直接地体利用系数可查附表 13 由于接地体要求均匀对称排列 因E 此选择 14 根直径 50mm 长 2 5m 钢管做接地体 用 扁钢连接 环形配240m 置 第八章 供电系统电气图纸设计 8 1 主供电设计图 图 8 1 主供电系统图 图 8 2 工厂平面图 总结 为了满足欧科工矿设备有限公司的生产用电 本次设计搜集了大量的资料 包括实际的