电机修造厂变电所设计(供配电设计).doc

电机修造厂变电所设计1 概 述 电力工业发展初期，电能是直接在用户附近的发电站(或称发电厂)中生产的，各发电站孤立运行。随着工农业生产和城市的发展，电能的需要量迅速增加，而热能资源(如煤田)和水能资源丰富的地区又往往远离用电比较集中的城市和工矿区，为了解决这个矛盾，就需要在动力资源丰富的地区建立大型发电站，然后将电能远距离输送给电力用户。同时，为了提高供电可靠性以及资源利用的综合经济性，又把许多分散的各种形式的发电站，通过送电线路和变电所联系起来。这种由发电机、升压和降压变电所，送电线路以及用电设备有机连接起来的整体，即称为电力系统。电力系统在技术和经济上都可以收到很大的效益，主要的有：减少系统中的总装机容量 ，由电力系统供电的各用户的最大负荷并不是同时出现的，因此，系统中综合最大负荷总是小于各用户最大负荷的总和。由于系统综合最大负荷的降低，也就可以相应地减少系统的总装机容量。同时，有些形式的电站，如热电站，水电站、风力电站、原子能电站等，如果不与系统并列，就很难保证持续正常供电以及发挥其最佳经济效益。1.1加题目1.2设计内容及步骤 35kv变电所设计，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。1.2.1负荷计算全厂总降压变电所的负荷计算，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，从而求出全厂总降压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。1.2.2 35kv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。1.2.3短路电流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。1.2.4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。1.2.5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。35kv及以上系统尚需给出二次回路的保护屏和控制屏屏面布置图。1.2.6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。2 供配电系统的负荷计算电力负荷计算方法包括:利用系数法、单位产品耗电量法、需要系数法、二项式系数法。我国一般使用需要系数法和二项式系数法,前者适用于确定全厂计算负荷、车间变电所计算负荷及负荷较稳定的干线计算负荷;后者用于负荷波动较大的干线或支线。在实际设计和实践中,电力负荷计算的有关计算系数和特征参数的选择都会影响电负荷计算结果,使其偏大、偏高。2.4负荷的计算2.4.1负荷计算的内容和目的（1）尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右最大负荷电流。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。 （2）平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。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）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。负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。本设计采用需要系数法确定。主要计算公式有： 有功功率： p30 = pekd无功功率: q30 = p30 tg视在功率: s3o = p30/cos计算电流: i30 = s30/3un 2.4.2各用电车间负荷计算列表如下表（1.1） 表（1.1）电机修造厂各车间符合负荷情况及各车间变电所容量序号车间名称设备容量计 算 负 荷车间变电所代号变压器台数及容量kw kva1电机修造车间2505609500788no.1 车变11000 2机械加工车间886163258305no.2 车变14003新品试制车间634222336403no.3 车变15004原料车间514310183360no.4 车变14005备件车间562199158254no5 车变13156锻造车间150365868no.6 车变11007锅炉房269197172262no.7 车变13158空压站322181159241no.8 车变13159汽车库53302740no.9 车变18010大线圈车间335187118221no.10 车变125011半成品实验站365287464no.11 车变150012成品实验站2290640480800no.12 车变1100013加压站（10kv转供负荷）256163139214_125014设备处仓库（10kv转供负荷）338228444_150015成品实验站内大型集中负荷3600288023003686主要为高压整流装置，要求专线供电取 则： 故：由以上计算可知在为进行功率补偿之前功率因数仅为0.75电能的利用效率很低，对电能时一种极大的浪费因此修要进行功率因数的补偿。提高供电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗，稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。在电弧炉炼钢、电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。3 功率的补偿3.1电能节约和无功功率补偿的意义在工业、企业供电系统中，由于绝大多数用电设备均属于感性负载，这些用电设备在运行时除了从供电系统取用有功功率p外，还取用相当数量的无功功率q。有些生产设备（如轧机，电弧炉等）在生产过程中还经常出现无功冲击负荷，这种冲击负荷比正常取用的无功功率可能增大倍。从电路理论知道，无功功率的增大使供电系统的功率因数降低。功率因数的降低将致使：电网回路中功率损耗增大；电网回路中电压损失增大；供电设备的供电能力下降，电能成本增高。3.2无功功率与功率因数补偿许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的无功并不是无用的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。 在功率三角形中，有功功率p与视在功率s的比值，称为功率因数cos，其计算公式为： cos=p/s=p/（p2+q2）1/2 在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。 3.2.3无功功率的补偿计算由以上计算可知功率因数因此需要进行功率因数补偿（并联电容进行功率因数补偿）。取补偿后功率因数为0.92取 额定电容：电容个数：一、 变压器选择：由于该系统属二级负荷需使2台变压器。 一台单独运行 任一台单独运行选2台容量均为5700的变压器无功补偿后变电所低压侧的计算负荷：变压器功率损耗高压侧： 无功补偿后： 符合要求由上式可以看出，在变电所低压侧装设无功补偿装置以后，由于帝业侧的视在计算负荷减小，从而可使变电所住变压器的容量选得小一些。这不仅降低了变电所的初投资，而且可以减少用户的开支。4 变电所位置的选在新建的送变电工程中，变电所的所址选择是工程建设前期工作一个关键性的环节，对整个工程建设的投资费用和投产后的运行安全可靠性及生产的综合经济效益，起重要作用。结合特殊的地理、地形条件，把所址选定、选好，是绘就电网发展规划蓝图的基础。只有科学地选择所址和线路路径，才能使未来的电力网络安全、经济和可靠地服务于本区域经济建设。同时，满足供电生产部门科学管理电网的需求。因此，如何选择好变电所的所址是一个值得探讨的问题。针对变电所所址选择的过程及一般要求进行分析讨论，就如何选择新建变电所的所址提出一些建议。4.2变电所的所址选择一般要求 （1）所址靠近供电区域负荷中心 （2）使地区电源分布合理 （3）高低各侧进出线方便 （4）交通运输方便 （5）其他要求 应贯彻节约用地的精神，不占或少占耕地及经济效益高的土地。总体占地面积应根据最终规模确定。结合具体工程条件，采用多种布置方案如阶梯型、高型布置等。5 主结线方案与配电设备的选择5.1变配电所主接线的选择原则当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资；当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线；当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线；l为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行；接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关；610kv固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关；采用610 kv熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）；变压器低压侧为0.4kv的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器；当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。5.2主结线方案的选择 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。总降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。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。5.2.1一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电路图如下这种主结线，其一次侧的qf10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器qf11和qf12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。这种主结线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。如果某路电源例如wl1线路停电检修或发生故障时，则断开qf11 ，投入qf10 （其两侧qs先合），即可由wl2恢复对变压器t1的供电，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。5.2.2 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电路图(下图)，这种主结线，其一次侧的高压断路器qf10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器qf11 和qf12的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式结线。这种主结线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式结线适用的场合有所不同。如果某台变压器例如t1停电检修或发生故障时，则断开qf11 ，投入qf10 （其两侧qs先合），使两路电源进线又恢复并列运行。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网的穿越功率不通过进线断路器qf11 、qf12 ，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。5.2.3一、二次侧均采用单母线分段 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。5.2.4一、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。本次设计的电机修造厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较短（2.5km）,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。采用一、二侧单母线分段的总降压变电所主结线（即全桥式结线）。5.3电气设备配置5.3.1 35kv进线开关配置为俭省投资，35kv进线开关选用gfw35/100a型负荷开关，与安装在负荷开关前面的跌落式熔断器配合使用，负荷开关用于正常运行时断开变压器，熔断器用于变压器保护，熔断器选用k 型熔丝，因为它具有全范围内有效和可靠地开断最小过负荷电流至最大故障电流，只要熔丝选择正确，基本可以满足农村小型化户外简易变电所的需要。35kv隔离开关原采用gw4-35gd/630型，这种隔离开关配有接地刀闸，具有明显断开点，使用比较方便，运行可靠性较高。5.3.2 10kv出线开关的配置（1）基本要求因满足正常运行，检修、短路和过电压的各种情况要求，并考虑今后5-10年的远景发展规划的条件。因地制宜，力求技术先进。技术合理，维护方便。尽量选择同类设备，减少品种，便于维护和减少备品，备件数量。选用的新产品应有可靠的实验数据，并经鉴定合格。在谁被参数，性能满足使用的条件前提下，尽可能选择重量轻，体积小的设备，减少战地面积。2.4.2.2、10kv断路器的选择 由于断路器在电气主接线的位置不同，对其性能要求也不同。在选择断路器时，应结合装设的特点及产品的技术经济指标综合考虑。为此，按照今后10kv设备无油化的总体思路，减少充油设备，降低设备维护工作量，保证供电可靠性的要求，10kv出线开关采用户外真空断路器。真空断路器有以下优点：适宜频繁操作、体积小、寿命长、重量轻、机构可靠、不维修周期长、操作时起火灾和爆炸的危险、检修次数少。操作机构采用弹簧储能操作机构或小容量的直流操作机构，可选用电动个手动两种操作方法。选用许昌继电器厂研制出的测控保护一体化的重合闸装置，10kv户外重合闸装置是农村小型化变电所的新型产品，具有自动化程度高、技术性能好、适合农村电网的特点等优点。根据大量的运行经验和应用要求，变电所采用重合器作为保护开关时，应采用低压合闸线圈机构的分布式重合闸。以哈尔交变电所为例，我们选用的是zcw-10/630型真空重合器，使用性能良好，完全可以满足农村供电的需要。基本参数如下：5.3.3 10kv隔离开关的选择 为保证设备检修，满足安全要求，10kv真空断路器两侧均应配置隔离开关，以便在短路器检修时隔离电源。主变两侧任一短路器在检修时，主变也将推出运行，因此在两侧短路器母线侧各一组隔离开关即可。10kv电压互感器和避雷器合用一组隔离开关。隔离开关型式对配电装置的布置较大，在满足一般技术条件下，合理的选择隔离开关型式十分重要，应根据装设地点、环境条件、配电装置型式和布置方式等要求，综合比较确定。高压隔离开关没有连续的过载能力，在选择额定电流时，应按照多种运行方式下考虑可能的最大负荷电流进行选择。使全户外简易变电所10kv隔离开关选用gw-10/630型隔离开关，可以满足要求。5.3.4电压互感器的配置 对于农村小型化全户外简易变电所来说，35kv设置一套35kv高压计量箱，无须设置电压互感器，10kv设置一只jsjw-10型三相电压互感器，可以满足继电保护，测量仪表、电能计量的要求。5.3.5侧不设置电流互感器。10kv侧为保证计量的准确性，达到商业化运营的要求。在每条输出线和10kv主变侧加装两台电流互感器，按照不完全星型接法配置。以满足计量要求，互感器的变比要根据负荷大小确定，使用rw11-10/0.5型跌落式熔断器与10kv母线相连。5.3.4避雷器的配置 10kv、35kv母线上都装设避雷器，作为保护母线。每条10kv出线及10kv电压互感器都装设避雷器一组，作为防护雷击用。35kv避雷器选用hy5wz-51型，10kv选用hy5wz-12.7型，这两种避雷器是现在较为流行的复合绝缘子氧化锌避雷器，设备简单，运行可靠、体积小巧、重量轻、安装方便，在电网中得到广泛应用，是阀式避雷器的替代品。额定电压10.5额定电流630a最高电压12.5kv冲击电流为iimp10.5ka额定开段电流20ka（4s）热稳定电流20ka稳态短路电流3.948ka热稳定电流31.5ka（4s）极限通过电流52ka5.3.5电压调整方式及电容补偿方案 变电所的电压调整方式主要通过调整变压器的分接头的方式实现，农村无功补偿应根据就地平衡的原则，采用集中补偿与分散相结合的方式进行配置，电容器补偿主要是补偿变压器所消耗的无功，补偿容量一般取变压器容量的10%-15%，用户侧所耗无功采用配网分散补尝，就地平衡的原则。5.3.6电气平面布置 新建变电所的总平面布置按小型化方案设计，变电所配电装置为户外敞开方式，35kv及10kv均用半高型布置。进所有道路设在35kv及10kv配电装置之间，便于设备的运输，道路宽度为3.5米，变压器与10kv配电装置布置在一侧，便于设备的检修与维护，锩缩防雷装置可采用一根35米避雷针，变电所总占地面积约为1350平方米。6 短路电流的计算计算短路电流时短路计算点的选择是使所选择的电气设备及载流导体通过可能最大的短路电流。一般按系统最大运行方式下三相短路进行比较。为选择各回路的断路器，应考虑在断路器两侧发生短路时，通过断路器的短路电流，然后选择短路电流最大者为短路点。10kv出线，当其在断路器的短路电流，其短路电流由10kv母线提供，显然，在出线断路器处短路时，断路器出线端短路电流较大，故选断路器出线出线端为一个短路点d1。为选择母线，在10kv，35kv母线上各选一点（d2，d3）为短路点，计算其短路电流。为选择变压器高低压侧断路器，有两种运行情况：1）在10kv母线断路器断开位置时；2）在10kv母线断路器在合闸位置时，显然在10kv母线断路器断开位置时，流过变压器高低压侧断路器的短路电流最大，所以选择在10kv母线断路器断开位置时，流过变压器高低压侧断路器的短路电流最大，所以选择d4d5为短路点。为选择10kv母线上的分段断路器，选择d6点为短路点，计算可能通过该分段断路器的最大短路电流。35kv侧上的分段断路器是负荷开关，短路时由熔断器熔断达到断开短路点的目的，短路电流不进行计算。6.2本设计采用标幺制法进行短路计算6.2.1在最小运行方式下：采用标么值进行短路计算如下图6.1即为短路计算图。最小运行方式： 图6.1 短路计算电路图电力系统标么值：（取）架空线路： 电力变压器： 求k-1点各值: ka 三相短路的容量是 (2) 求k-2点各值: 三相短路的容量是 表6.1 短路计算电流短路计算点三 相 短 路 电 流 /ka三相短路容量/mvak-1点1.231.231.233.141.8649.3k-2点1.861.861.863.42.0353.766.2.2在最大运行方式下：取: 电力系统: ;电力线路: 电力变压器: (1) 求k-1点各值: 三相短路的容量是 (2) 求k-2点各值:三相短路的容量是 表6.2 短路计算电流短路计算点三 相 短 路 电 流 /ka三相短路容量/mvak-1点0.1250.1250.1250.320.250k-2点0.730.730.731.340.847求点各值：取电力线路：求k-4点的值: 表6.3 短路计算电流短路计算点三 相 短 路 电 流 /ka三相短路容量/mvak-3点1.61.61.64.12.4100k-4点2.62.62.66.63.935.77 高低压侧设备的选择与校验为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面时必须满足下列条件:7.1线路的选择与校验7.1.1发热条件 7.1.2电压损耗条件 7.1.3经济电流密度 7.1.4机械强度 8 变压器的继电保护8.1 电力变压器的过流保护 按gb5006292电力装置的继电保护和自动装置设计规范规定：对电力变压器的列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：（1）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；（2）绕组的匝间短路；（3）外部相间短路引过的过电流；（4）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；（5）过负荷；（6）油面降低；（7）变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。对于由外部相间短路引起的过电流，保护应装于下列侧：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。差动保护变压器差动保护动作电流应满足以下三个条件躲过变压器差动保护区外出现的最大短路不平衡电流应躲过变压器的励磁涌流变压器的过电流保护在电流互感器二次回路端线且变压器处于最大符合时，差动保护不应动作1.过电流保护动作电流的整定8.2变压器过流保护 动作电流整定为6a 保护动作时间，考虑此为终端变电所的过流保护，故其10倍动作电流的动作时间整定为最小值0.5s。、电流速断保护的速断电流的整定：速断电流倍数整定为： 取9s 过负荷动作电流整定 动作时间取（10-15）s9 防雷与接地9.1防雷9.1.1防雷设备 防雷的设备主要有接闪器和避雷器。9.1.2 防雷措施 （1）架设避雷线 这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66kv及以上的架空线路上才沿全线装设。35kv的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设。而10kv及以下的线路上一般不装设避雷线。 （2）提高线路本身的绝缘水平 在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子，以提高线路