电力系统分析课程设计-某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计4.doc

电力系统分析课程设计 目 目录1 摘要12 负荷计算与无功功率补偿2 2.1 负荷计算.2 2.2 无功补偿计算43 变电所位置和型式的选择44 工厂总降压变电所主变压器的型式、容量和数量的选择.54.1供电变压器的选择.54.2车间变压器的选择.65 工厂总降压变电电所主接线方案的设计.76 短路电流的计算97 电所一次设备的选择与校验.108 变电所高低线路的选择119变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定.11 9.1二次回路方案选择.11 9.2继电保护的整定.1110 防雷和接地装置的整定.1311 收获和体会18摘 要我国配电网自动化的发展是电力市场和经济建设的必然结果,长期以来配电网的建设未得到应有的重视, 建设资金短缺, 设备技术性能落后, 事故频繁发生, 严重影响了人民生活和经济建设的发展, 随着电力的发展和电力市场的建立, 配电网的薄弱环节显得越来越突出, 形成电力需求与电网设施不协调的局面。国家颁布设施的电力法的贯彻后, 电力作为一种商品进入市场, 接受用户的监督和选择, 甚至于对电力供应中的停电影响追究电力经营者的责任。另一方面, 高精密的技术和装备对电能质量要求, 配电网供电可靠性已是电力经营者必须考虑的主要问题。随着市场观念的转变和电力发展的需求, 配电网的自动化已经作为供电企业十分紧迫的任务。城市电网, 从八十年代就意识到配电网的潜在危险, 并竭力呼吁致力于城市电网的改造工程,并组织全国性的大型会议对配电网改造提出了具体实施计划, 各种渠道凑集资金, 提出更改计划，利用高技术、好性能的设备从事电网的改造。当前我国配电网处于高速发展的时期, 国家从政策上给予很大支持, 具有相应的资金条件, 但我国配电网仍处于方案的探索时期, 特别是我国配电网的规模及覆盖面, 市场之大是任何一个经济发达或发展中国家无法比拟的, 而我国配电网的发展也是随经济发展同步进行, 为了探索我国配电网自动化方案, 先后对国外配电网的模式进行考察并在国内进行实验试点。二负荷计算和无功功率补偿1负荷计算根据要求及负荷计算公式，分别计算各车间的、，然后列出表格。铸造车间：=2000kW =0.4 cos=0.65 tan=1.17=0.4*2000=800kW=tan=800*1.17=936kVAR=/cos=800/0.65=1231.3kVA=/Un=1231.3/1.732*380=1.87kA同理，如上计算，分别算出其余车间及部门的计算负荷，并列出表格如下：序号车间或用电单位名称设备容量（kW）costan计算负荷变电所 (kW) (kVAR) (kVA)1铸造车间20000.40.651.178009361231.3No12铸铁车间10000.40.71.02400408571.4No23砂库1100.70.61.3377102.4128.14铆焊车间12000.30.451.98360712.8798.6No351水库房280.750.80.752115.7526.256空压站3900.850.750.88331.5291.72441.58No47机修车间1500.250.651.1737.543.87557.78锻造车间2200.30.551.5266100.32120.19木型车间185.80.350.61.3365.0386.5108.210制材场200.280.61.335.67.59.311综合楼200.911181825.512锅炉房3000.750.80.75225168.75281.25No5132水库房280.750.80.752115.7526.2514仓库1,2880.30.651.1726.430.8840.615污水提升站140.650.80.759.16.82511.375合计5754-246329453878各车间变电所计算负荷如下：序号 (kW) (kVAR) (kVA)No10.9720842.41108.2No20.9429.3510.4666.9No30.9342.9728.55805.2No40.9471.27493.11682.11No50.9253.35199.98322.742.无功功率补偿 工厂中由于有大量的电动机、电焊机及气体放电灯等感性负荷，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提供其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑人工补偿要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9 无功功率补偿前：取=0.9 =0.9=2463kW =2945kVAR=*2463=2217kW =*2945=2650kVAR=3455.1kVAcos=/=0.8367 补偿前，这时变压器容量选4000kVA（1）无功补偿装置容量：cc=(tan-tan)= =2217*0.06=133.02kVAR（2）补偿后的的计算负荷为：=2217kW =2650-133.02=2516.98kVAR =3455.1kVA三变电所位置和型式的选择变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较确定： a) 接近电源侧b) 进出线方便c) 设备运输方便d) 尽量接近负荷中心e) 不应设在有剧烈振动或高温的场所f) 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所g) 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻h) 不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方变电所的总体布置，应满足以下要求：1便于运行维护和检修2保证运行安全3便于进出线4节约土地和建筑费用5适应发展要求依据上述原则和要求，总降压变电所位置如图某冶金机械修造厂总降压变电所总平面图所示（附）四工厂总降压变电所主变压器的型式、容量和数量的选择 4.1 供电变压器的选择4.1.1 主变压器台数的选择由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。4.1.2 变电所主变压器容量的选择装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件： （1）任一台单独运行时，ST（0.60.7）S30（1）；（2）任一台单独运行时，STS30（+）；由于S30（1）= 6450.2KVA，且该厂本厂三班制，年最大有功负荷利用小时数为6000h。属二级负荷。选变压器ST（0.60.7）6450.2=（3870.124515.14）KVASTS30（+）因此选5000 KVA的变压器二台故选用35KV级SZ9型有载调压电力变压器, SZ9-5000/35。其技术参数如下：额定容量：5000KVA 一次侧额定电压：35KV二次侧额定电压：10KV 联结组别：Yd11空载损耗：Pk=5.20KW 短路损耗：Pe=36KW短路阻抗百分值：UZ%=7% 空载电流百分值：Ik%=0.7%当电流通过变压器时，就要引起有功功率和无功功率的损耗，这部分功率损耗也需要由电力系统供给。因此，在确定车间主结线母线时需要考虑到这部分功率损耗。4.2 车间变电器的选择4.2.1 车间变电站变压器台数的选择原则：（1） 对于一般的生产车间尽量装设一台变压器；（2） 如果车间的一、二级负荷所占比重较大，必须两个电源供电时，则应装设两台变压器。每台变压器均能承担对全部一、二级负荷的供电任务。如果与相邻车间有联络线时，当车间变电站出现故障时，其一、二级负荷可通过联络线保证继续供电，则亦可以只选用一台变压器。（3） 当车间负荷昼夜变化较大时，或由独立（公用）车间变电站向几个负荷曲线相差悬殊的车间供电时，如选用一台变压器在技术经济上显然是不合理的，则亦装设两台变压器。变压器容量的选择：（1） 变压器的容量ST（可近似地认为是其额定容量SNT）应满足车间内所有用电设备计算负荷S30的需要，即 STS30 ；（2）低压为0.4KV的主变压器单台容量一般不宜大于1000KVA（JGJ/T1692规定）或1250 KVA（GB5005394规定）。如果用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用较大容量的变压器。这样选择的原因：一是由于一般车间的负荷密度，选用1000-1250 KVA的变压器更接近于负荷中心，减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；另一是限于变压器低压侧总开关的断流容量。4.2.2 车间变电所的变压器选择根据负荷的大小容量选择变压器的型号。变压器需要考虑的技术参数:额定容量；一次侧额定电压；二次侧额定电压；联结组别空载损耗；短路损耗；短路阻抗百分值；空载电流百分值变压器的有功损耗为：PT=0.015S30变压器的无功损耗为：QT=0.06S30以上二式中S30为变压器二次侧的视在计算功率。车间变电所的设计变压器选择如表4-1。表4-1车间变电所变压器型号负荷率有功损耗无功损耗联结组标号台数及容量No1S9-630/10（6）0.971256.16Yyn02630No2S9-400/10（6）0.817.1630.62Yyn02400No3S9-1000/10（6）0.835.7243.71Yyn011000No4S9-800/10（6）0.947.8532.71Yyn01800No5S9-500/10（6）0.94.213.34Yyn01500高压设备端S9-4000/10（6）0.944.93101.98Yd1114000五工厂总降压变电所主接线方案的设计一般大中型企业采用35110KV电源进线时都设置总降压变电所，将电压降至610KV后分配给各车间变电所。总降压变电所主接线一般有线路变压器组、单母线、内桥式、外桥式等几种接线方式。经过一系列的比较，机械修造厂选择的总降压变电所为内桥式主接线方式。内桥式主接线如图5-1所示。线路1WL，2WL来自两个独立电源，经过断路器1QF，2QF分别接至变压器1T，2T的高压侧，向变电所供电，变压器回路仅装隔离开关3QS，6QS。当线路1WL发生故障或检修时，断路器1QF断开，变压器1T由线路2WL经桥接断路器3QF继续供电。同理，当2WL发生故障或检修时，变压器2T可由线路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。但当变压器检修或发生故障时，须进行倒闸操作，操作较复杂且时间较长。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。这种接线适用于大中型企业的一、二级负荷供电。内桥式接线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。所谓穿越功率，是指某一功率由一条线路流入并穿越横跨桥又经另一线路流出的功率。六短路电流计算1 电源架空线L=8KM K-1 K-2SL7-40001确定基准值取=100MVA =37KV =10.5KV=1.56KA=5.5KA系统电抗： 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值架空线路 电力变压器 =4000MVA 求K-1、K-2点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量七电所一次设备的选择与校验根据上述短路电流计算结果按正常工作条件选择和按短路情况校验确定的总降压变电所高低压电气设备如下： 135KV侧设备 设备名称，型号及保证值计算数据高压断路器S-35隔离开关G-35GD/60电压互感器JDJJ-35电流互感器LCW-35避雷器FZ-35备注U=35KV35KV35KV35KV35KV35KVI=82.48A1000A600A150/50=1.97KA=126.26MVA1500MVA=5.02KA63.4KA50KA=1.9*0.34 210KV侧设备 设备名称，型号及保证值计算数据高压断路器S-10隔离开关GN8-10T/600电压互感器JAJ-10-300/5隔离开关避雷器FZ-35备注U=10KV10KV10KV10KV10KV10KVI=274.9A600A600A600A=2.1KA52KA52KA=0.82*0.3450KA=52.9MVA350MVA八变电所高低线路的选择本变电所的高低压线路均采用树干式，因其有以下优点：能减少有色金属消耗量；采用的高压开关投资较少。但同时有以下缺点：供电可靠性较低，当高配电干线发生故障或检修时，接与干线的所有变电所都要停电，且其在适应自动化方面性能较差。按发热条件选择三相系统中的相线截面时，允许载流量Ial通过相线的计算电流I30，其中IalI301高压线路选择计算电流I30=55A 当地最热月平均最高气温25查表17-1，选芯线截面 A=10mm2N线选择： 按A00.5A A0=5 mm2PE线选择：APE=A=10mm2高压线路的选择：BLX-500-(3*10+1*5+PE10)2低压线路的选择同理高压线选择：低压线路的选择BLX-500-(3*25+1*16+PE25)3经济截面Aec 年最大负荷利用小时30005000h架空线（铝）： Aec=I30/jec=55/1.15=48 mm2电缆： Aec=55/1.73=32 mm2九变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定9.1二次回路方案选择二次回路操作电源是供高压断路器跳、合闸回路和继电保护装置、信号回路、监视系统及其他二次回路所需的电源。二次回路是用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路。设置自动重合闸APD以使短路器自动重新合闸，迅速恢复供电；准备备用电源，自动投入装置APD，提高供电的可靠性，而且还应装设绝缘监视装置和中央信号装置。9.2继电器保护的整定对于线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电保护和瞬时机构，使断路器跳闸，切除短路故障部分。对于单相接地保护可才用绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作于信号。 原则：带时限过电流保护的动作电流Iop，应躲过线路的最大负荷电流；电流速断保护的动作电流即速断电流Iopi应按躲过它所保护线路的末端的最大短路电流Ik.max来整定。变压器过电流保护和速断保护；过电流保护 IopKrelKwIL.max/KreKi1.31282.50.840=6.5A选择DL15型电流继电器，线圈并联，动作电流整定为7A；则保护一次侧的动作电流为： I=I =(40/1.0) 7 =280A 灵敏度校验： K= =(1/2Imin10.537)280 =1.981.5满足要求。十防雷和接地装置的整定10.1防雷10.1.1防雷设备防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。10.1.2防雷措施1架空线路的防雷措施（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，以提高线路的防雷水平，这是10KV及以下架空线路防雷的基本措施。（3）利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 由于310KV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。（4）装设自动重合闸装置 线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ARD，使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。（5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器 对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。2变配电所的防雷措施（1）装设避雷针 室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。（2）高压侧装设避雷器 这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。阀式避雷器至310KV主变压器的最大电气如下表。避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。（3）低压侧装设避雷器 这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时（如IT系统），其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。在本设计中，配电所屋顶及边缘敷设避雷带，其直径为8mm的镀锌圆钢，主筋直径应大于或等于10mm的镀锌圆钢。10.1.3变电站的防雷保护（1）直击雷的保护 在变电站屋顶装设避雷针或者避雷带，并引出两根接地线与变电站公共接地装置相连。如变电站的主变压器装设在室外或者有露天配电装置时，则应该在变电所外面的适当位置装设独立的避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所处在其它建筑物的直击雷防护范围之内时，则可不另设独立的避雷针。按照规定，独立避雷针的接地电阻。通常采用36根长2.5m，50mm的钢管，在装避雷针的杆塔附近做一排或者多边形排列，管间距离5m，打入地下 ，管顶距地面0.6m。接地管间用40mm*4mm的镀锌扁钢焊接连接。引下线用25mm*4mm的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用20mm的镀锌圆钢，长11.5m。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上距离。（2）雷电侵入波的防护1）在10KV电源进线的终端杆上装设FS410型阀式避雷器。引下线用25mm*4mm的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器的接地端螺栓连接。2）在10KV高压配电室内装设有GG1A（f）54型开关柜，其中配有FS410型避雷器，靠近主变压器。主要靠此避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。3）在380V低压架空出线杆上，装设保护间隙，或者将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。10.1.4变电所公共接地装置的设计（1）接地电阻的要求，按表查得，此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：因此公共接地装置接地电阻4。（2）接地装置的设计 采用长2.5m，50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置（变电所前面布置两排），距变电所m，管距5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m。管间用40mm*4mm的镀锌扁钢焊接相连。变电所的变压室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25mm*4mm的镀锌扁钢。接地电阻的验算如下：满足4的接地电阻要求。10.2接地10.2.1接地与接地装置电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。10.2.2确定此配电所公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢（1）确定接地电阻按相关资料