科技大学中区高职楼变电所设计.ppt

科技大学中区高职楼变电所设计,大纲,1 设计原则及步骤 2 负荷计算 3 变压器及主接线的选择 4 短路电流及尖峰电流的计算 5 用电设备的选择 6 选线 7 继电保护 8 二次回路 9 平面图 10 防雷,设计原则 按照国家标准GB50052-95供配电系统设计规范、GB50059-9235110kV变电所设计规范、GB50053-9410kv及以下设计规范、GB50054-95低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则： 1、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。 2、安全可靠、先进合理 3、近期为主、考虑发展 4、全局出发、统筹兼顾 设计及步骤 全楼总降压变电所及配电系统设计，是根据各个楼层的负荷数量和性质，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以及分配电能问题。其基本内容有以下几方面。 1、负荷计算 2、电容补偿 3、变压器选择及变电所布置 4、短路电流和尖锋电流的计算 5、高、低压设备选择及校验 6、导线、电缆的选择 7、继电保护设计 8、二次回路 9、防雷与接地,一设计原则及步骤,定义 2.1.1、计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。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。 。 负荷计算的方法 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。 本设计将采用需要系数法予以确定。 所用公式有： 有功功率 P30= Kd Pe (2-2a) 无功功率 Q30= P30tan （2-2b） 视在功率 S30=P30/cos （2-2c） 计算电流 I30=S30/UN （2-2d） 风机泵类 查工厂供电附录表1取kd=0.7，cos=0.8， P30 = Kd Pe =588kw Q30= P30tan=588KW0.75=441Kvar 住户用电设备类 查工厂供电附录表1取kd=0.7, cos=1.0， P30= Kd Pe =280kw Q30= P30tan=0 电梯 查工厂供电附录表1取kd=0.15，cos=0.5 P30= Kd Pe =27kw Q30= P30tan=271.73=46.7kvar,二 负荷计算,地下车库照明用电设备 查工厂供电附录表1取kd=0.6，cos=1.0 P30= Kd Pe =4.8kw Q30= P30tan=0 路灯照明设备 查工厂供电附录表1取kd=1.0，cos=1.0 P30= Kd Pe =3kw Q30= P30tan=0 总的计算负荷： P30=0.95（588+27+280+4.8+3）=857.7kw S30=979.5kv.A Q30=0.97（46.7+441）=473.1kvar I30=1488A 负荷计算结果 表2-1 动力负荷计算表,二 负荷计算,变电所设计条件要求 该变电所用电负荷为三级负荷，本楼楼区东侧有10kV高压电网。补偿前功率因数为=0.65，确定变压器台数、容量，计算补偿容量，高低压侧设备的选型、校验，导线电缆的选型、校验（包括进厂线缆、变电室至各楼层或建筑物的线缆等），二次接线图（包括电能测量、计量；设备必要的继电保护等），变配电所及楼区的简单平面布置图，防雷接地等。 变压器台数、容量选择 变电所低压侧的功率因数为0.88，所以对变压器低压侧进行无功补偿；低压侧补偿后的功率因数应略高于cos=0.90，这里取0.92；要使低压侧的功率因数由0.8升到0.9，低压侧需设的并联电容器容量为： Qc= P30 (arctan0.88-arctan0.92)=98 kvar 取210 kvar 由3个型号为BJMJ0.4-70-3电容器并联做为补偿； 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为： =900 KV.A 变压器的功率损耗为： =0.06S30(2)=0.06900=54 kvar =0.015S30(2)=0.015900=13.5 kw 变电所高压侧的计算负荷为： =857.7+13.5=871.2 kw =(473.1-200)kvar+54 kvar=327.1kvar =930.6kVA 补偿后工厂的功率因数为0.936 因此这一功率因数满足要求。 由于对居民小区变电所油浸式变压器单台容量不宜大于630 KV.A，因此应装两 台变压器，每台容量： SN.T =(0.60.7)S30=（558.4651.4） 选S9系列铜线配电变压器S9630/10两台并联，变压器联结组为DYn11。,三变压器及主接线的选择,主接线的设计原则 主接线的确定是一次部分的重中之重，所以要求比较严格，并且确定下来后，一般不再有所改动。 首先,对主接线的基本要求分析如下： （1）可靠性 （2）灵活性、方便性、适应性 （3）经济性 主接线方案的确定 变电所高压采用单母线、低压侧采用单母线分段接线方式，其优点是当某回受电线路或变压器因故障及检修停止运行时，可通过母线分段断路器的联络，保证继续对两段母线上的重要负荷供电。且操作方便、运行灵活，可实现自动切换以提高供电的可靠性。但在高压母线或电源进线需要检修或发生故障时，整个变电所仍要停电，只能供电给三级负荷。 变电所的主接线图B-1。,三 变压器及主接线的选择,4 三相短路电流，短路容量和尖峰电流的计算,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。 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），工程上常用标幺制法。 短路计算,图 4-1 短路计算电路,k-1点的三相短路电流和短路容量 计算短路电路中的元件的电抗及总电抗： 电力系统的阻抗：由附录表4查得SN1010型断路器的断流容量Soc=500MVA，因此 X1= Uc12/Soc =(10.5KV)2/500MVA =0.22 电缆线路的电抗： X2= X0l=0.35(/km)5 km=1.75 计算电抗： X(k1)= X1 +X2=0.22+1.75=0.62 三相短路电流周期分量有效值 Ik1= Uc1/ X(k1)=10.5KV/( 1.97)=3.08KA 三相短路暂态电流和稳态电流 I“= I=Ik1=3.08KA 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 Ish=2.55 I“=2.553.08 KA =7.58KA Ish=1.51 I“=1.513.08 KA =4.65 KA 三相短路容量 Sk1= Uc1 Ik1=56 MV.A k-2点的三相短路电流和短路容量 电力系统的电抗 X3= Uc22/Soc =(0.4KV)2/500MVA =3.210-4 架空线路的电流 X4=X0l(Uc2/Uc1)2 =0.35(/km)5 km(0.4/10.5KV)2=24.510-4 电力变压器的电抗：由工厂供电附录表5得Uk=5,因此 X5=X6= (Uk%Uc22)/( 100SN)=1.2610-2,4 三相短路电流，短路容量和尖峰电流的计算,计算其总电抗 X(k2= X3 +X4+ X5 X6=3.210-4+25.410-3+0.013/2=9.2710-3 三相短路电流周期分量有效值 Ik2= Uc2/ X(k2)= 0.4KV/( 9.2710-3)=24.9 KA 三相短路暂态电流和稳态电流 I“= I=Ik2=24.9KA 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 ish=1.84 I“=1.8432KA =45.8KA Ish=1.09 I“=1.0932KA =27.1 KA 三相短路容量 Sk2= Uc2 Ik2 = 0.4KV24.9KA= 16.4M 表42 短路计算表,4 三相短路电流，短路容量和尖峰电流的计算,尖峰电流的计算 含多台用电设备的线路上的尖峰电流按下式计算： Ipk= I30+（IstIN）max 式（5-1） 式中，I30为全部设备运行时的计算电流；（IstIn）max为用电设备中起动电流与额定电流之差为最大的那台设备的起动电流与额定电流之差。 利用公式IN=P/(U cos)A ，Ist=6IN 1和2号楼各单元用电设备负荷,所以尖峰电流为 Ipk=135.4+（255.342.5）=348.2A 3和4号楼各单元用电设备的尖锋电流,所以尖峰电流为 Ipk =233.8+（382.963.8）=552.9A 路灯和地下停车场照明的尖峰电流： Ipk=11.9+（27.3-4.6）=34.6A,4 三相短路电流，短路容量和尖峰电流的计算,5 电器设备选择,高压断路器的选择 继电器保护动作时间选1.1S，断路器断路时取0.2S 查工厂供电附录表8，选择SN1010I型断路器。 校验： 表51断路器主要参数,校验结果：所选SN1010I型是最合格的,10KV侧高压隔离开关的选择 表5-2 高压隔离开关的选择校验表,从上表计算中可知，GN19-10/400型隔离开关的额定值都大于实际值，所以该设备符合要求。 高压电流互感器的选择 电流互感器选用LQJ10型户内环氧树脂浇注绝缘式高压电流互感器，尺寸小，性能好，安全可靠。 等级为0.5/3，0.5级用于测量，3级用于继电保护。额定电压为10kV，额定电流为100/5A。 还需要校验 动稳定度校验 ，热稳定度校验 。 高压电压互感器、熔断器的选择 本设计为终端变电所，不进行绝缘检测，只需测量线路电压，可选两台双圈油浸互感器，其型号为JDJ10，属户外式电压互感器，采用V型接法分别接在10kV母线上，配用二个RN10型限流熔断器，该产品仅作为电压互感器一次侧的短路保护，其结构尺寸较小，熔体额定电流一般为0.5A。最大切断电流为17kA，最大切断容量1000MVA。,5 电器设备选择,10KV避雷器选择 变电所选用FS-10型避雷器，选两组分放在10KV母线上，与电压互感器供用一个间隔。 低压电流互感器的选择 低压侧选LMZJ1-0.5树脂浇注绝缘支柱母线式电流互感器。 表5-3 低压电流互感器的选择校验表,低压断路器的选择 低压侧选DW16-1500低压短路器 表5-4低压断路器的选择校验表,5 电器设备选择,低压熔断器的选择 1和2号楼各单元配电室的熔断器的选择： 熔体额定电流IN.FEI30=135.4a 还应该躲过尖锋电流 IN.FEKIPK(取k=0.4) IN.FEKIPK =0.4348.2=139.3A 因此查工厂供电附录表10-1.可选RTO-200型熔断器 ，即IN.FE =200A,而熔体选IN.FE =200A 校验熔断器 查工厂供电附录表 10-1，得RTO- 200型的熔断器保护的Ioc=50KA=I(30)k=24.9KA 其断路能力满足要求 熔断器只做短路保护用。因此导线和熔断器保护的配合条件为IN.FEIAL1.5,现IN.FE =200A=24.9KA, 其断流能力满足要求。 熔断器只依短路保护用，因此导线和熔断器保护的配合条件为IN.FEIAL1.5,现IN.FE =200A 1.5247A=370A，IAL =247A已求出，所以IN.FE 370A,故满足熔断器保护与导线的配合要求。,5 电器设备选择,路灯和地下停车场照明熔断器的选择 熔体额定电流：IN.FEI30 =11.9A 还应躲过尖峰电流IN.FE (取k=0.6) IN.FEKIPK =0.634.6=20.76A 故查工厂供电附录表10-1，可选RTO-100型的熔断器，即=100A,而熔体选IN.FE =30A 熔断器只作断路保护用，因此导线与熔断器保护的配合条件为：IN.FE1.5 IAL，IAL =25，现IN.FE =30A1.525=37.5A,满足熔断器保护与导线的配合的要求。 高压配电柜的选择 一种高压配电柜，至少包括柜体、母线排、二次插座连锁装置、手车室、导轨和接地开关大轴，所述 母线排设置于柜体内部的后上方，所述手车室设置于柜体内部的前上方，所述二次插座连锁装置设置于手车室上方，所述导轨设置于手车室下方，所述导轨下方还设置有接地开关大轴，所述母线排为纵向一字形排列。本实用新型的高压配电柜可匹配多种类型的真空断路器，柜体内部空间方便扩充和检修。所以选择KYN28Z-12型号，额定电流为630-3150（A）。 低压配电柜的选择 低压配电柜采用BFC-10A型抽屉式。,5 电器设备选择,6选线,10kV的架空线、母线的选择 10KV室外高压架空线、母线选用钢芯铝绞线，导线截面应按经济电流密度选择，按发热条件、机械强度、短路热稳定度进行校验。 （1）按经济电流密度计算： A=I30/J（mm） 式（6-1） 式中 ，A导线经济截面积(mm)； J经济电流密度(A/mm)； I30最大工作电流(A)。 I30=P30/Ucos =53.7A 式中， U线路额定电压，千伏； P30计算负荷，千瓦； cos功率因数。 由最大负荷利用小时数在30005000之间，得J=1.15 故 A=53.7/1.15=46.7 mm, 选A=50 mm，其型号为LGJ50的钢芯铝绞线 b.校验发热条件 查附录表C-3得LGJ50的允许载流量 (环境温度为40)Ial= 178AI30,因此符合要求。 c. 校验机械强度 查附录表C-6得10KV钢芯铝线在居民区的最小截面Amin=25 mm250 mm2，因此符合要求。 综上10KV母线和架空线，均选用LGJ50型钢芯铝绞线,0.4KV侧母线的选择 I30=1367.4A 查表得TMAX=4800 查表得jec=1.15 A/mm2,所以 A=1189mm2 相线选12510=1250 mm2986.1mm2。 中性母线截面选606 所以选用LMY-3（12510）+1（606）型矩型硬铝母线 a 按最大长期工作电流校验。查表得12510=1250 mm2水平放置环境温度为25时允许载流量为 Ip=2089A I30=1367.4A 所以选用LMY-3（12510）+1（606）型矩型硬铝母线 b 校验热稳定取短路动作保护时间=0.6S 由表得C=87A mm2=0.6s故 =24.9KA=248 mm2 由于母线实际截面A=12510=1250 mm2 ,因此该母线满足热稳定度要求。 c 校验动稳定：档距为L=900mm,档数大于2，相邻两相母线的轴线距离a=160mm 因此母线在三相短路时所受到的最大电动力为：2041N 母线在作用下的弯曲力矩为183.7N.m 母线的截面系数为 W=b2h/6=1.667故母线在三相短路时所受的应力为11MPa 而硬铝母线的允许应力为70 MPa11MPa 故动稳定满足要求。,6 选线,到1井楼1单元配电室的引线 =135.4A，=135.4A。取=206A，温度为35时，满足发热条件，=70 中性线截面的选择：0.5=35 取=35。 保护线截面APE的选择：由于35 ， 0.5=35所选导线型号表示为： 500(370135PE35) 校验：查工厂供电附录表15，钢芯铝线最小截面为25，min 满足要求。 到1号楼2单元和到2号楼1，2单元的配电室选线同上。 到3井楼1单元配电室的引线 选500型钢芯铝线。 车库和路灯线的选择 所以选BLX-500-（32.512.5PE2.5）铝心橡皮绝缘线。,6 选线,7章变电所继电保护的设计,继电保护的优化配置及整定原则 继电保护的设置与系统的运行方式密切相关，所以继电保护的优化配置要以系统的主要或经常采用的运行方式为主，并兼顾系统故障后或因停电检修时而转换成其它运行方式。为了保证可靠性，供电系统中任何一台设备，任何一段线路都必须具有双重及以上的保护。在保证选择性方面，以保证主保护的选择性为主，并兼顾后备保护的选择性。在保证快速性方面，以保证主保护的快速性为主，并兼顾后备保护的快速性，即使后备保护的快速性尽量提高。在保证灵敏性方面，以保证主保护和近后备保护的灵敏性为主，并兼顾远后备保护的灵敏度，若远后备保护的灵敏度过低，也可放弃远后备保护。 10KV电力线的保护 10KV电力线设置过电流和限时速断保护。 过电流保护 (1)动作电流： IOP=KrelKWIL.max/krelKI 式（7-1） 故 IOP=1.312734.8/0.820A=222.2A (2) 灵敏度校验： SP=KwI(2)k.min/ KI IOP1.5 式（7-2） 式中，I(2)k.min线路末端K2的最小两相短路电流。 由前面的短路电流计算可知，最小短路电流I(2)k.min =0.86624.9=21.6KA，则 SP =121600/20222.2=4.91.5 由此可见，整定的动作电流满足保护灵敏度的要求。 (3) 动作时间为 top=top(T)+0.5s1.5S,图71 电流速断保护原理图,图72 过电流保护原理电路图,限时速断保护的整定计算,(1)动作电流： 由前面计算的短路电流可知，母线末端最大三相短路电流为24.9KA，则速断电流为： IOP=KrelKWIL.max/KI 式（7-3） 故 IOP1.3124.9/20KA=1.6KA (2)灵敏度校验： SP =KW I(2)k.min / KI IOP1.52 式（7-4） 式中， 限时速断的动作电流； 10KV母线上的最小两相短路电流。 由前面短路电流计算可知，10KV母线上的最小二相短路电流为3.080.866=2.67KA，则： SP =12.67/201.6=0.081.5 不合格 即进线的限时速断保护的灵敏度不够，此时，限时速断的动作电流再改作下式整定，以保证限时速断能可靠地动作。即 IOPI(2)k.min /1.5 =2.67/1.5 =1.78 KA (3)动作时限：top =0.5 s,7 变电所继电保护的设计,变电所主变压器保护 变电所主变压器保护设置瓦斯保护、过流保护、过负荷保护。主变压器选用的是两台10/0.4KV、容量均为630KVA的变压器，连接组为Dyn11。其高压侧继电保护用电流互感器变流比为100/5。 变压器的过电流保护 为了防止外部短路引起变压器线圈的过电流，并作为瓦斯保护的后备保护，变压器还必须装设过电流保护，对于单侧电源的变压器，过电流保护安装在电源侧，保护动作时切断变压器各侧开关。过电流保护的动作应按躲过变压器的最大工作电流整定。 (1)过电流保护的动作电流整定： 取Krel=1.3，KW=1，Kre=0.8，KI=100/5=20， IL.max=2I1N.T=2630kVA/（ 10 kV）=72.7A 式中，I1N.T变压器的额定一次电流。 故其动作电流 IOP =KrelKWIL.max/KIKre=1.3172.7/0.820A=5.9A 动作电流整定为6A (2)灵敏系数校验： 变压器二次侧母线在最小运行方式下发生两相短路时，电流0.866 =0.86624.9KA=21.6KA,换算到一次侧电流为 =21.60.38/10=0.82KA 因此 SP=KWIk.min/KI IOP=6.81.5 由此可见，整定的动作电流满足保护灵敏度的要求。 (3)动作时间整定为1.0s。 主变压器的过负荷保护 变压器过负荷大都是三相对称的，所以过负荷保护可采用单电流继电器接线方式，经过一定延时作用于信号，保护装置的动作电流按躲过变压器额定一次电流整定。,7 变电所继电保护的设计,(1)过负荷保护动作电流的整定： IOP = Krel I1N.T / KI 式（7-5） 式中， 可靠系数，取1.3； 电流互感器变流比； 变压器的额定一次电流。 故动作电流为 =1.372.7A/200.8=5.9A (2)动作时限整定： 变压器过负荷保护的动作时限一般取1015s，这里取 =10s。 瓦斯保护 瓦斯保护，又称气体继电保护，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，均应装设瓦斯保护。 瓦斯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。当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。这时上触点接通而接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。 当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。这大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。这时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器），同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器），这称之为“重瓦斯动作”。,7变电所继电保护的设计,7.3.7 0.4KV母联保护 0.4KV母联保护设置限时速断保护，它可作远离变压器的一段0.4KV母线的保护，也可作该段该母线上的所有出线的后备保护。但更主要的是有了这限时速断保护，当远离主变压器的一段母线发生故障时，0.4KV母联开关7QF跳闸，切除该段母线，而不影响另一段母线进的继续供电，提高了供电的可靠性。 7QF上的限时速断主要是保护远离主变压器的一段0.4KV母线，又由于0.4KV出线都要设置速断保护或无时限的过流保护，所以 (1)动作电流： = /1.5 式（7-6） 故 =0.86624.9/1.5=14.4KA 式中， 0.4KV母线的最小二相短路电流，1.5为灵敏系数。 (2)动作时间： =0.5s 该整定方法称为“逆向整定”法。这种方法能保证0.4KV母线短路时，母联保护能可靠地动作，且无须作灵敏度的校验。,7 变电所继电保护的设计,8 二次回路,二次回路的接线原理图 接线图是用来表示成套装置或设备中各元件之间的连接关系的一种简图，主要用于二次回路的安装接线、线路检查、维修和故障处理。 在供配电系统中，用来表示继电保护、监视和测量仪表以及自动装置的工作原理的电路图叫做原理接线图，原理接线图可归总式和展开式两种方式绘制。 高压断路器的控制和信号回路 高压断路器的控制回路，是指控制（操作）高压断路器分、合闸的回路。高压断路器的信号回路，是用来指示一次回路电路设备运行状态的。图8-1 10KV线路测量及保护回路 10KV线路的二次回路接线，往往将控制、信号、保护和测量设备与一次接线装在同一台高压开关柜上。图8-2 变压器的控制和信号回路 当变压器内部发生轻微故障时，气体继电器KG的上触点KG1-2闭合，动作于报警信号。当变压器内部发生严重 故障时，气体继电器KG的下触点KG3-4闭合，经中间继电器KM动作于断路器QF的跳闸线圈YR，同时通过信号继电器 KS发出跳闸信号。图8-3,8 二次回路,图 手动操作的断路器控制和信号回路,图 变压器瓦斯保护的原理接线图 T电力变压器 KG气体继电器 KS信号继电器 KM中间继电器 QF断路器 YR跳闸线圈 XB切换片,8 二次回路,总体布置要求 便于运行维护和检修 (2) 保证运行安全 (3) 便于进出线 (4) 节约土