论工厂变电所及其一次系统

工厂供电（论文）作业题 目： 论工厂变电所及其一次系统 学 院： 电气工程学院 专业班级： 自动化 1304 班 指导教师： 白 山 2016年 11月摘要工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。工厂总降压变电所及配电系统设计，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，经济技术的分配电能问题。其基本内容有以下几方面：进线电压的选择,变配电所位置的电气设计,短路电流的计算及继电保护,电气设备的选择,车间变电所位置和变压器数量、容量的选择,防雷接地装置设计等关键字：变电所 供配电 电力变压器 电流互感器 电压互感器 低压一次设备 高压一次设备一、变配电所1. 变配电所概述1.1 变电所的意义变电所是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节。变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务，而配电所担负着从电力系统受电，然后直接配电的任务。由此可看出，变配电所是工厂供电系统的枢纽，在工厂中占有特殊重要地位。变电所设计的正确与否不仅影响着电力负荷的供电可靠性，同时也影响着电力系统的安全可靠运行。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。可见，做好工厂供电工作对于发展工业自动化生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。1.2变配电所的分类工厂变电所按其主变压器的安装位置来分，可分为以下几种类型：（1）车间附设变电所；（2）车间内变电所；（3）露天（半露天）变电所；（4）独立变电所；（5）杆上变电台；（6）地下变电所；（7）楼上变电所；（8）成套变电所；（9）移动式变电所。上述的几种类型中，车间附设变电所、车间内变电所、独立变电所、地下变电所和楼上变电所均属于室内型变电所。露天、半露天变电所和杆上变电台，则属于室外型变电所。成套变电所和移动式变电所，则室内型和室外型均有。车间内变电所，位于车间的负荷中心，可以缩短低压配电距离，从而降低电能损耗和电压损耗，减少有色金属消耗量，因此这种变电所的技术经济指标比较好。对于采用辐射变电所内附式还是外附式，需要根据具体情况而定。内附式要占一定的生产面积，但离负荷中心比外附式稍近一些，而从建筑外观来看，内附式一般也比外附式好。外附式不占或少占车间生产面积，而且变压器室处于车间的墙外，比内附式更安全一些。露天或半露天变电所，通风散热好，因此只要周围环境条件正常，无腐蚀性、爆炸性气体和粉尘的场所可以采用。独立变电所，建筑费用比较高，因此除非各车间的负荷相当小而分散，或需远离易燃易爆和有腐蚀性物质的场所可以采用外，一般车间变电所不宜采用。电力系统中的大型变配电站核工厂的总变配电所，则一般采用独立式。杆上变电台最为简单经济，一般用于容量在315kVA及以下的变压器，而且多用于生活区供电。地下变电所的通风散热条件较差，湿度较大，建筑费用也较高，但相当安全，且不碍于观察与检测。楼上变电所，适用于高层建筑，其要求结构尽可能轻型、安全，其主变压器通常采用无油的干式变压器，不少采用成套变电所。移动式变电所主要用于坑道作业及临时施工现场供电。1.3负荷的计算2. 变电所的层次划分与数据交流2.1层次划分根据IEC国际电工委员会电力系统控制与通信技术委员会的划分以及牵引变电所自动化系统的特点,变电所内的设备可划分为如下3个层次。设备层:包括各种一次设备,象开关、线路、电容、TA/TV等。间隔层:各种二次设备,包括采集、测量、控制、保护、自动装置、故障录波等,它们大多能独立完成某种功能,且具有与外部进行数据交换的能力。管理层:对整个变电所进行安全监视、控制、操作,并与变电所外部进行数据交换,如当地监控微机、与控制中心通信的通信处理机等。2.2数据交流图1表示了变电所内的3个层次和它们之间的数据交换。从中可明间的数据交换量不大,主要是设备层向间隔层提供运行中的各种I/O信号,以及间隔层向设备层发出的控制信号。在间隔层和管理层之间,存在大量的数据交换,一方面,间隔层内的各种智能设备需要把采集到的信息及时上传至当地监控系统和通过通信处理机送到远方控制中心,不仅数据量大,而且要求具有很高的实时性,象所内的事件顺序记录需达到ms级,测量值及信号的刷新时间在3 s之内完成;另一方面,管理层的系统时钟、控制与调节命令、运行参数的整定命令,也要快速下发至各智能设备。间隔层的各智能设备之间,也存在着部分数据交换,但这种交换量不大,对实时性要求也不高。由于保护设备大都是独立的设备,故与其它装置的数据交换很少;其它智能设备,也存在一定量的数据交换。基于以上情况,变电所自动化系统考虑了间隔层横向按所内一次设备进行分布式配置,有条件时,还可将间隔层设备安装在开关柜上;各间隔设备相对独立,仅通过所内通信网互联,并同管理层设备进行快速通信。二、变电所的一次系统1.主变压器1.1电力变压器概述电力变压器，是变电所中最关键的一次设备，其主要功能是将电力系统的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。电力变压器按变压功能分，有升压变压器和降压变压器。工厂变电所都采用降压变压器。终端变电所的降压变压器，也称配电变压器。变电所主变压器台数的选择应根据负荷大小，负荷对供电可靠性的要求、经济性及用电发展规划等因素综合考虑确定。变压器的台数越多，供电的可靠性就越高，但是设备投资大，运行费用高，因此，在满足供电可靠的前提下，变压器的台数越少越好。在确定变压器台数时，还用适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。对有大量一、二级负荷的变电所，应满足电力负荷对供电可靠性的要求，应采用两台变压器。对只有二级负荷而没有一级负荷的变电所，且能从邻近车间变电所取得低压备用电源时，可以采用一台变压器。对季节性负荷或昼夜负荷变化较大时，应使变压器在经济运行状态下运行，可用两台变压器供电，以便再低谷时切除一台变压器。除上述情况外，车间变电所可采用一台变压器。但是，当集中负荷较大时，虽是三级负荷，也可以采用两台或者多台变压器。1.2电力变压器的结构电力变压器的基本结构，包括铁心和绕组两大部分。绕组又分高压和低压或一次和二次绕组等。图2是普通三相油浸式电力变压器的结构图。图2电力变压器的联机组别指变压器一、二次绕组因采取不同的联结方式而形成变压器一、二次侧对应的线电压之间不同相位关系。我国过去的配电变压器差不多全采用Yyn0型，近20年来Dyn11联结在配电变压器得到了广泛的推崇，我国新颁布的国家规范民用建筑电气设计规范、工业与民用供配电系统设计规范、10KV及以下变电所设计规范等推荐采用Dyn11联结变压器用作配电变压器。现在国际上大多数国家的配电变压器均采用Dyn11联结，主要是由于采用Dyn11联结较之采用Yyn0联结有许多优点：1）联结对抑制高次谐波的恶劣影响有很大作用；2）在D联结绕组中的三次谐波环流能够在变压器中产生三次谐波磁动势，它与低压绕组的三次谐波磁动势平衡抵消；3）高压相绕组的三次谐波电动势在D联结回路中环流，三次谐波电流可在D联结的一次绕组内形成环流，使之不致注入公共的高压电网中去。1.3变压器台数的选择变压器台数的选择主要包括台数和容量两方面。台数的主要考虑方向是满足用电负荷对供电可靠性的要求，以及季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜采用经济运行方式的变电所。关于容量的考虑要注意四个方面：1）只装一台变压器的变电所SN.T=S30；2）装有两台主变压器的变电所，任意一台变压器单独运行，宜满足总负荷的6070%；3）车间变电所主变压器的单台容量上限大车间一般不宜大于2000KV.A小车间不宜超过1000KV.A；4）适当考虑负荷的发展。此外有一些情况话需要设置专用变压器，例如：1）电力和照明采用公用变压器时将严重影响照明质量以及光源寿命，可设置照明专用变压器；2)季节性负荷容量较大或冲击性负荷严重影响电能质量时，可设置季节专用变压器；3)单项负荷容量较大，由于不平衡负荷引起中性导体电流超过变压器低电压绕组额定电流的25%。或只有单项负荷其容量不是很大时，可设置单项变压器；4)出于功能需要的某些特殊设备；5)在电源系统不接地或经高阻接地，电气装置外露可导点部分就地接地的低压系统中（IT），照明系统应设专用变压器。电力变压器过载或局部异常将会引起变压器油温参数发生变化，产生不同于变压器正常欲行的温升轨迹，如果长期运行在过热状态下则可能导致绕组绝缘老化加快、使用寿命和安全系数降低，甚至恶性电力事故的产生。我国电力系统很多大型和超大型电力变压器普遍采用压力式温度计检测油温与绕组温度，由于感温元件与显示仪表之间通过毛细管连接，针对年度检查和校验的现场拆装难度较大且十分不便。因此其替代品在未来的还是有一定市场空间的。电力变压器事故过负荷允许值油浸自冷式变压器过负荷百分数306075100200过负荷时间1204520101.5干式变压器过负荷百分数1020305060过负荷时间7560451652.电流互感器和电压互感器2.1电流互感器电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。如果在线路上介入电流互感器变电流，那么就可以把线路上大大小小的电流，按不同比例，统一变成大小相近的电流，以便于测量。此外，还可以起到线路绝缘的作用，以保证操作人员的安全。电流互感器既然用来变电流，那么它最主要的参数就是电流比。一次电流I1与二次电流I2之比，叫做实际电流比，一般用K表示，即：K=I1/I2 电流互感器主要有两种测量型和保护型，其中保护用电流互感器分为：1）过负荷保护电流互感器；2）差动保护电流互感器；3）接地保护电流互感器。工程中，我们常常使用到的是保护型电流互感器，它与继电装置配合使用在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统的安全。而测量型电流传感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，电流互感器将高电流按比例转换成低电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。2.2电压互感器电压互感器是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即100V，电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的（电容式电压互感器应用广泛），另有非电磁式的，如电子式、光电式。电压互感器的分类：1）按安装地点可分为户内式和户外式。35kV及以下多制成户内式；35kV以上则制成户外式。 2）按相数可分为单相和三相式，35kV及以上不能制成三相式。 3）按绕组数目可分为双绕组和三绕组电压互感器，三绕组电压互感器除一次侧和基本二次侧外，还有一组辅助二次侧，供接地保护用。 4）按绝缘方式可分为干式、浇注式、油浸式和充气式，干式浸绝缘胶电压互感器结构简单、无着火和爆炸危险，但绝缘强度较低，只适用于6kV以下的户内式装置；浇注式电压互感器结构紧凑、维护方便，适用于3kV35kV户内式配电装置；油浸式电压互感器绝缘性能较好，可用于10kV以上的户外式配电装置；充气式电压互感器用于SF6全封闭电器中。 5）此外，还有电容式电压互感器，电容式电压互感器实际上是一个单相电容分压管，由若干个相同的电容器串联组成，接在高压相线与地面之间，它广泛用于110kV330kV的中性点直接接地的电网中。电压互感器的选择应按装设地点的条件以及一次电压、二次电压（一般为100V）、准确度级等条件进行选择。由于它的一、二次侧均有熔断器保护，故不需要进行短路稳定度的校验。而电压互感器的准确度与其二次负荷容量有关，S2NS2。3.高压一次设备3.1高压一次设备概述变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路，或称主电路、主接线。一次电路中所有的电气设备，称为一次设备或一次元件。一次设备按其功能来分，可分为以下几种类：1）变换设备：按电力系统运行的要求改变电压或电流、频率等。2）控制设备：电力系统运行的要求来控制一次电路的通、断。3）保护设备：用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护。4）补偿设备：用来补偿电力系统中的无功功率，提高系统的功率因数。5）成套设备：按一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及控制、指示、监控和保护一次设备的二次设备组合为一体的电气装置。4.高压开关柜高压开关柜（high-voltage switchgear）是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装在一起而成的一种高压