KV开闭所的设计说明.doc

太钢职工钢铁学院毕业设计(论文)6KV开闭所设计说明目录第1章 负荷计算1.1 母线分段运行时负荷计算1.2 母线不分段时的负荷计算第2章 短路电流计算第3章 高压电器的选择 3.1 高压柜的选择3.2 高压电缆的选择与校验3.3 断路器3.4 隔离开关3.5 电流互感器3.6 电压互感器3.7 熔断器3.8 母线3.9 操动机构3.10 避雷器第4章 继电保护第5章 操作电源第6章 无功补偿第7章 防雷及接地保护摘要本文详细叙述了6KV开闭所的设计与计算,各种高压电器的选择与校验,在选型上力求做到以经济、实用为原则，选用成熟的设备，同时又尽可能选择先进设备材料，如在继电保护系统中采用北京徳威特电力系统公司微机保护产品，该产品与传统的模拟式继电保护相比，微机保护可充分利用和发挥计算机的储存记忆、逻辑判断和数值运算等信息处理功能，有极强的综合分析和逻辑判断能力，可靠性很高。本设计达到了开闭所的基本功能。关键词：开闭所 继电保护 高压引言本设计是某空压站6KV开闭所的设计说明，包括负荷计算和设备选型校验，以安全、经济为原则，选用先进、成熟的设备、材料和技术，以满足工程的需要。第一章 负荷计算1.1母线分段运行时负荷的计算该开闭所采用6KV电压,进线采用高压电缆进线。首先确定该开闭所的主接线形式。该开闭所所带负荷为两台S9-800/6电力变压器和两台型号为Y3552-4，额定功率为250KW的三相异步电动机。根据负荷的性质确定其主接线的形式为单母线分段的电气一次接线运行方式。图一为该开闭所的系统图。如图所示，该方案有两个电源输入端即电源1和电源2，它们分别接在段母线和段母线上，段母线和段母线用隔离开关QS和断路器QF隔离开。引出线分别接在母线和段母线上。这种主结线运行方式灵活，母线可以分段运行，也可以不分段运行，供电可靠性明显提高。其运行方式主要有以下两种方式：(1)在正常情况下母线分段运行，段母线和段母线分别由各自的电源进线供电，母联开关处于断开位置。这样的话，段母线的负载只有两个：一台型号为S9-800/6KV的电力变压器和一个型号为Y3552-4额定电压6KV功率250KW的电动机。查工厂电气手册得知：Y3552-4电动机在额定功率时的功率因数为COS=0.88,tg=0.5397。则其计算负荷为：Pca=250KW，Qca=Pca*tg=0.5397*250=134.925 kvar Sca=284.1 KVAIca=284.1/(6*)=284.1/10.392=27.337 AS9-800/6电力变压器的负荷计算:根据变压器低压侧的计算负荷Sca3=750 KVA,cos=0.9,tg=0.4843则Pca3=S ca3* cos=750*0.9=675 KWQ ca3= S ca3*sin=750*0.4358=326.85kvar变压器高压侧的计算负荷为:Pca4=Pca3+PT2 （KW）Q ca4=Q ca3+Q T2 （Kvar）S ca4= （KVA）其中按照经验公式，对于S9系列变压器：PT2=0.015S ca3 (kw)Q T2=0.06 S ca3 (kvar)所以变压器高压侧的计算负荷为:Pca4=Pca3+PT2=675+0.015*675=685.125 (kw)Q ca4=Q ca3+Q T2=326.85+326.85*0.06=346.485 (kvar)S ca4=767.755 (KVA)Ica=767.755/(*6)=73.88 (A)故段母线上的计算负荷为:S ca=284.1+767.755=1051.855 KVAPca=250+685.125=935.125 KWQ ca=134.925+346.485=481.41 KvarIca=73.88+27.337=101.217 A由于段母线与段母线负载一样,都是一台S9-800/6KV电力变压器和一台250KW电动机,故段母线的计算负荷应与上述相同。1.2 当段母线（或者段母线）的进线电源线路故障或检修时，可闭合母联开关，使两段母线都由进线电缆2（或者进线电缆1）带动。在这样的情况下，两段母线上的总的计算负荷应为段母线上的计算负荷加上段母线上的计算负荷，即：S ca=1051.855*2=2103.71 KVAPca=935.125*2=1870.25 KWQ ca=481.41*2=962.82 kvarIca=101.217*2=202.434 A负荷计算表设备名称设备台 数设备容量计算系数计算负荷Pca(千瓦)Qca(千乏)Sca(千伏安)Ica(安)KWKVAkdcostg变压器280010.90.4843685346.5767.873.88电动机225010.880.5397250134.9284.127.337I段母线250800935.125481.411051.86101.217总负荷50016001870.25962.822103.71202.434第二章 短路电流的计算计算短路电流是为了解决以下几方面的问题：（1）正确选择和校验电器设备。电力系统中的电器设备在短路电流的电动力效应和热效应作用下，必须不受损坏，以免扩大事故，造成更大的损失。为此，在设计时必须校验所选择的电器设备的电动力稳定度和热稳定度，因此就需要计算发生短路时流过电器设备的短路电流。如果短路电流太大，必须采取限流措施。（2）继电保护的设计和整定。关于电力系统应该配置什么样的继电保护，以及这些保护装置应如何整定，必须对电力网中可能发生的各种短路情况逐一加以计算分析，才能正确解决。根据电力部门提供的数据,我单位6kv系统短路稳态电流=17kA,按此数据计算短路冲击电流ish=*1.8*17=43.35 kA。第三章 高压电器的选择3.1 高压成套配电装置（开关柜）的型号及配置选择：要求高压开关柜应具有“五防”性能：所谓“五防”是指：（1）防止误分合断路器。（2）防止带负荷分合隔离开关。（3）防止带电挂接地线。（4）防止带地线合闸。（5）防止误入带电间隔。“五防”柜从电气和机械连锁上采取了措施，实现了高压安全操作程序化，防止了误操作，提高了安全性和可靠性。 根据对几种高压开关柜的对比，决定采用GG-1A型固定开关柜，该开关柜具有安装简单，易于维护，绝缘水平高，运行安全可靠的特点。3.2 进线电缆截面的选择：进线电缆拟采用额定电压为6kv的ZR-YJV阻然交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套电力电缆，这种电缆具有重量轻，结构简单，使用方便，介质损耗小，耐化学腐蚀和敷设不受落差限制等特点。根据钢铁企业电力设计手册的要求，1kV以上高压配电线路的导线截面，首先按照经济电流密度选择，采用允许电压损失及最大负荷时按发热条件进行校验。按经济电流密度选择由Imax=5000h,查得铜芯电缆的经济电流密度为2A/mm2。则：S=Ica/Jec=202.434/2=101.217mm2按允许电压损失选择电缆截面：设X0=0.08, 则Ux%=154.0512/360=0.0427Ur%=U%-Ux%=5-0.04279=4.5721由Ur%=可得：/Km)即所选电缆必须满足： 电阻小于等于0.44/Km. 安全载流量应大于202.4A, 查相关手册可知标称截面3*120mm2的铜芯交联聚乙烯电缆(V=35)直埋载流量为281A,导体在20时直流电阻为0.197/Km,可满足允许电压损失。验算：U%=Ur%+Ux%=满足允许电压损失要求。按发热条件校验：ZR-YJV 120mm2阻燃交联聚乙烯电力电缆在35时允许电流为281Akt=ktIal=0.88*281=247.28A202.4A 满足发热条件。所以，最后选定ZR-YJV22 120mm2阻燃交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚乙烯护套电力电缆作为进线I和进线II的进线电缆。电动机及变压器电缆的选择：电动机和变压器距离高压配电室非常近，馈出高压电缆很短按经济电流密度选择即可。S=Ica/Jec=73.88/2=36.94mm2这里选用50 mm2 YJV交联聚乙烯电缆作为连接电机及变压器一次的电缆线。电 缆 选 择 表序号回 或路 编名 号称型 号 平及 方截 毫面 米额 定 千电 伏压容许 温升敷设方法负荷电流 （安）热稳定性 （千安）假想时间备注容许值计算值容许值计算值1进线YJV-3* 120-66/690直埋2812022电动机YJV- 3*50-66/690电缆沟21327.43变压器YJV -3* 50-66/690电缆沟213743.3 断路器：高压断路器的种类很多，按其灭弧介质和灭弧方式，一般可分为多油断路器和少油断路器压缩空气断路器、SF6断路器及真空断路器。其中多油断路器额定电流不宜做得大，开断小电流时，燃弧时间较长，开断电路速度较快；油量多，有发生火灾的可能，目前国内已不生产，故不予考虑。压缩空气断路器存在结构较复杂，噪声大，维修周期长，断路器价格高等诸多缺点，故不予考虑。 SF6断路器具有结构简单，体积小，重量轻，噪声低，维修工作量小，运行稳定，安全可靠，寿命长的特点，但目前主要用于35KV以上高压线路中。这样只剩下少油式断路器和真空断路器。少油式断路器具有运行经验丰富，易于维护，噪声低等优点，广泛用于10KV配电线路中，不过真空断路器有着比少油断路器更优越的性能，真空断路器是以气体分子极少、不易游离，而且绝缘强度高的真空空间作为灭弧介质的断路器，它具有可连续多次操作、开断性能好，灭弧迅速，运行维护简单，且灭弧室不需要检修，无爆炸危险及噪音低等良好的技术性能。真空断路器不足之处是在分断感性负载时会产生截流过电压，为了限制过电压，使用时一般加装氧化锌避雷器或R-C吸收装置。综合以上所述，决定采用2N28-10系列真空断路器。额定电压校验: 2N28-10/1250-31.5真空开关额定电压为10KV大于电网额定电压6KV,可满足要求.额定电流校验: 2N28-10/1250-31.5真空开关额定电流为1250A。系统计算负荷为202A。1250A202A 热稳定校验:导体或电器通过短路电流时,各部分的温度应不超过允许值.满足热稳定的条件为: It2t式中: It2t导体或电器允许通过的热稳定电流和持续时间。Tima 假想时间。 稳态短路电流。查表得 It=20KA t=1s由前面计算可知： = =17KA 故热稳定校验合格动稳定校验:动稳定即导体和电气承受短路电流机械效应的能力.应满足的动稳定条件为: 或 式中: , -短路冲击电流幅值及其有效值; , 导体或电器允许的动稳定电流幅值及其有效值.由以上计算可知, =43.34kA,查表可知该真空开关的动稳定电流幅值为63KA,校验合格。3.4 隔离开关的选择：高压隔离开关选用GN19-10/600-52型，该型号隔离开关为户内式，额定电压为10KV，额定电流为600A，隔离开关应无切断故障电流的要求，所以只根据一般条件进行选择，并按照短路条件下作动稳定和热稳定的校验。额定电压的选择：（1）a.电压的选择：=1.15隔离开关的最大工作电压为11.5KV 合格 b.电流的选择:,校验合格.(2)按短路的条件进行校验:查有关手册得知:该隔离开关允许通过的热稳定电流为20KA,持续时间4s,稳态短路电流为21.65KA,假设时间 为(1.1+0.2)s,则,热稳定校验合格.动稳定校验:隔离开关允许的动稳定电流幅值 ,系统短路冲击电流幅值由前面计算可知为 动稳定校验合格。隔离开关的操动机构选用CS61型手力操动机构。开关设备选择表序号设备名称型 号额定电压千伏）额定电流（安）额定开断电流 （千安）动稳定性 （千安）热稳定性 （千安）假象时间 t/x(秒)容许值计算值容许值计算值容许值计算值0.1-2.51断路器ZN28-1010125031.517635531.52212隔离开关GN19-101060062553.5 电流互感器的选择：进、出线及母联柜电流互感器采用LAJ-10型。按一次回路额定电压和电源选择电流互感器的一次额定电压和电流必须满足。UNUNS 式中：UN、IN-电流互感器一次额定电压和电流，UNS-电流互感器所在电力网的额定电压，Imax-电流互感器一次回路最大工作电流。 已知：UNS=6KV Imax-202A 选用LAJ-10型 UN=10KVUNS 300/5型IN=300A Imax=202A INImax, 校验合格。 准确度的选择：由于电流互感器二次接由电流表及继电保护继电器，故可按电流表选取准确度为0.5级。电流互感器选择表序号设备名称回路名称和编号型号及准确度额 定电压(千伏）额定一次电 流 （安）动稳定性 （千安）热稳定性 （千安）假象时间 (秒)0.1-2容许值计算值容许值计算值1进线0.5/10P151030012变压器0.5/10P15103003.6 电压互感器的选择:PT柜内电压互感器的选择。表2 PT柜电压互感器负荷分配 仪表名称及型号每线圈消耗功率（VA） 仪表电压线圈仪表数目AB BCcos sin频率表46L1(Hz) 1.2 1 11.2电压表46L1(V) 0.3 1 10.3鉴于该系统为6kV不接地系统，电压互感器除供测量仪表外，还用来作交流电网绝缘监察，查表后决定：PT柜选用只单相JDZX-6型浇注绝缘的电压互感器，此型电压互感器为单相三绕组半浇注式户内型产品适用于交流50Hz、中性点不直接接地的10kv及以下电路中，其一二次电压比为/0.1，选用0.5级准确度的电压互感器,三相总的额定容量为50VA，接线方式为Y/Y/O形接线方式。根据表二可求出不完全部分星形负荷为： VA VAcosab=Pab/Sab=1 cosbc=1由于每相有绝缘电压表V(P=0.3,q=0),故A相负荷可由公式计算出：PA=+Pa=+Pa=1.2+0.3=0.9QA=-0.3464B相负荷为：PB=1.2cos(00+300)+0.3cos(00-300)+0.3=1.05QB= = = =0.2598显然B相负荷较大，故应按B相总负荷进行校验：SB=50VA故所选JDZJ-6形电压互感器满足要求。计量柜内电压互感器的选取：计量柜内的电压互感器主要用来接有功电能表，无功功率表、有功功率表等,选用JDZ-6型,其一次电压比为610.1KV。由于回路接的是计费用电表，故选用0.5级准确度的电压互感器，三相总的额定容量为50VA,接法为两台接成V/V型方式。电压互感器负荷分配见表3Sab=2.25VASab=VAcos/2.25=0.7867,显然,B相负荷较大，故应按B相总负荷进行验证：50VA故选用JDZ-6型电压互感器满足要求。3.7高压熔断器的选择:该开闭所的高压熔断器只用来保护电压互感器,只需按照额定电压及开断电流两项来选择。拟选用RN2-6型高压熔断器，该熔断器的额定电压为6KV，填充石英砂的限流熔断器，只能用在等于其额定电压的电力网中 ，因此用于此处是合理的，但如果用在低于其额定电压的电力网中，由于熔体较长，可能会由于过电压而损坏网中的设备。熔断器断开电流校验：熔断器最大断开电流，由前面计算得： ， 熔断器开断电流校验合格。3.8 母线的选择：（1）型式的选择：35kv以下的变电所中的各种高压配电装置的母线以及电器间的连接母线，主要采用硬母线及软母线两种形式。由于该母线装在室内，选用矩形铝硬母线。（2）母线截面的选择与校验：按导体长期发热允许电流或允许载流量选择，即KIalImax,母线上的最大电流为：Y35524电动机定子电流28.6A,启动电流为额定电流的7倍,最大电流为28.6*7=200.2A,S9800/6kv电力变压器额定电流为I=800/（6*）=76.98A，所以I段母线上的最大电流为277.18A，两段母线不分段运行时的最大电流为277.18*2=554.36A。查表得：选用50*5矩形铝母线单条平放时允许载流量为637A，集肤效应系数为1.8，当环境温度为35时，查表得修正系数为0.88，则：Ial35=kIal25=0.88*637=560.56A554.36A，经过按载流量校验合格。3.9 操动机构的选择:操动机构选用CT7I型弹簧操动机构，该机构是利用电动或手力使合闸弹簧储能，在合闸弹簧放能的过程中将断路器合闸，能满足交直流操作的要求，能用于断路器进行快速自动重合闸。3.10 避雷器的选择：目前，在我国使用的避雷器主要有金属氧化物避雷器和以电工炭化硅阀片为基本元件的阀式避雷器两类。其中，由于金属氧化物阀片具有优异的非线性伏安特性和良好的陡波响应特性，用其组装的避雷器具有保护特性好，通流能力强，体积小，质量小，安装方便，耐污性能好等优点，能够将过电压限制在较低的水平，从而对电气设备的绝缘提供可靠的保护。本设计选用Y5WZ1-7.6/27，该型避雷器电气性能稳定，吸收过电压能量大，运行安全可靠。第四章 继电保护根据继电保护规程，设计采用下列保护方式：1.1 6kV受电: 采用北京德威特电力系统自动化有限公司的DVP-631微机综合保护装置,该装置主要用于线路的成套保护、控制、测量和监视报警。控制部分由遥控跳合闸、手动跳合闸及防跳回路组成，监视部分由故障报警、控制回路断线报警、PT断线报警及每种保护动作的独立信号空接点输出。保护部分由下列保护组成： 电流保护：三相式速断、延时速断、过电流保护 零序电流保护：当零序电流较大时应直接作用于跳闸 连锁跳闸：采集连锁跳信号，并具有联跳输出和联跳自保持信号输出1.2 母联: 采用DVP-651微机综合保护装置，该装置由监控和保护两套完全独立的系统组成，实现备用电源自动投入功能及母联速断过流保护功能，装置设有检同期功能，可以由通讯网络遥控启动同期合闸。当某段母线三个电压均小于整定值，且另一段母线三相电压均正常时，经延时后对失压的母线进线发出跳闸命令，此后等待进线开关跳开后，再发分段开关的合闸命令并启动后加速回路记忆1秒，在该段时间内若发生故障，则无延时跳开分段开关，备用自投（BZT）只动作一次。由于BZT投入时三相电压全部消失，故单相接地或PT断线时不会误启动。控制部分由遥控跳合闸、手动跳合闸及防跳回路组成，可接受主机命令对母联进行自动同期合闸及跳闸操作。测量部分由电流测量、电压测量、频率测量、功率测量组成监视部分配有装置故障报警、控制回路故障报警、PT断线报警及每种保护动作的独立信号空接点输出。保护部分由下列保护组成：速断保护；过流保护；失电压保护。1.3 变压器: 变压器的保护采用DVP-623微机综合保护装置，该装置由监控和保护两套完全独立的系统组成，作为厂用变压器的成套保护、控制、测量和监视报警装置。控制部分由遥控跳合闸、手动跳合闸及防跳回路组成测量部分由电流测量、电压测量、频率测量、功率测量组成监视部分配有装置故障报警、控制回路故障报警、PT断线报警及每种保护动作的独立信号空接点输出。保护部分由下列保护组成：高压侧两相速断过流保护速断用于变压器内部及进线保护，过流用于变压器过负荷保护。高压侧零序电流（接地）保护当高压侧发生单相接地故障时，发出跳闸命令或接地信号。低电压保护当发生低电压时发跳闸命令。瓦斯温度信号输入采集重瓦斯、轻瓦斯、温度信号，并具有联跳输出。1.4 高压电动机：高压电动机的保护采用DVP-661微机综合保护装置，该装置由监控和保护两套完全独立的系统组成，作为电动机的成套保护、控制、测量和监视报警装置。其控制部分由电动机启动、自启动控制、手动跳合闸联锁控制组成。监视部分有装置故障报警、保护定