毕业设计(论文)-XX钢铁厂供配电系统设计.doc

XXXX 钢铁厂供配电系统设计钢铁厂供配电系统设计 摘要 本文按照供电系统可靠性 经济性的要求 根据钢铁厂的负荷性质 负荷大小 和负荷的分布情况对本厂供电系统做了全面综合的分析 详细阐述了工厂总降压变 电所实现的理论依据 通过对整个供电系统的分析和对钢铁厂的电力负荷 功率补 偿 短路电流的计算 合理的选择电力变压器 断路器等各种电气设备 对工厂总 降压变电所不同的主接线方案进行比较 选择可靠性高 经济性好的主接线方案 实 现了工厂供电系统安全 可靠 优质 经济地运行 关键词 电力负荷 功率补偿 短路电流 防雷与接地 目录目录 1 1 电力负荷及其计算电力负荷及其计算 2 1 1 工厂的电力负荷 2 1 2 计算负荷确定的方法 2 1 3 变压器功率损耗的计算 5 1 4 工厂的计算负荷和年电能消耗量 6 2 2 变配电所选择变配电所选择 12 2 1 变配电所的类型 12 2 2 变电所主变压器容量的选择 13 3 3 电气主接线电气主接线 14 3 1 具有母线的电气主接线 15 3 2 无母线的电气主接线 16 3 3 工厂总降压变电所的主接线方案选择 17 4 4 电力线路接线方式电力线路接线方式 19 4 1 高压放射式接线 19 4 2 高压树干式接线 19 5 5 电力线路的敷设电力线路的敷设 20 5 1 架空线路 20 5 2 电缆线路 20 6 6 高压供电线路导线截面及型号的选择高压供电线路导线截面及型号的选择 20 6 1 按经济电流密度选择导线截面 20 6 2 导线截面及型号的选择 21 6 3 母线的选择 22 7 7 电气设备的选择电气设备的选择 22 7 1 电气设备选择的一般条件 22 7 2 高压一次设备的选择 23 8 8 短路电流计算短路电流计算 30 8 1 三相短路电流的计算 30 8 2 电力系统的短路电流计算 31 9 9 防雷与接地防雷与接地 34 1010 附图纸附图纸 36 1111 谢辞谢辞 37 1212 参考文献参考文献 38 1 1 电力负荷及其计算电力负荷及其计算 1 11 1 工厂的电力负荷工厂的电力负荷 1 电力负荷的概念 电力负荷又称为电力负载 它有两重含义 一是指耗用电能的用电设备或用电 单位 用户 如说重要负荷 不重要负荷 动力负荷 照明负荷等 另一是指用电 设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小 如说轻负荷 轻载 重负荷 重载 空负荷 空载 满负荷 满载 等 电力负荷的具体含义视具体情况而定 1 21 2 计算负荷确定的方法计算负荷确定的方法 1 需要系数法 利用一个需要系数乘以设备容量即可求得设备的有功计算负荷的一种方法 该 方法计算十分简便 它是最早提出的也是至今应用最为普遍的一种方法 但由于需 要系数值是根据设备台数较多 容量差别不是很大的一般情况来确定的 未考虑设 备容量相差悬殊时少数大容量设备对计算机负荷的影响 因此此法较适用于设备台 数较多的车间及全厂范围的计算负荷的确定 需要系数法的基本公式为 有功计算负荷 Nx PKP 30 1 式中 x K 称为需要系数 N P 为该组内各设备额定功率之和 即 N P N P 30 P 为有功功率负荷 其中 WL L x KK K K 设备组的同时使用系数 即最大负荷时运行设备的容量与设备组总额定容量之 比 L K 设备组的平均加权负荷系数 表示设备组在最大负荷时输出功率与运行 的设备容量的比值 设备组的平均加权效率 WL 配电线路的平均效率 无功计算负荷 tan 3030 PQ 2 tan 用电设备组的功率因数角的正切值 视在计算负荷 cos 302 30 2 3030 P QPS 3 cos 用电设备组的平均功率因数 计算电流 N U S I 3 30 30 4 U N 用电设备组的额定电压 注意 需要系数值是按设备较多的情况来确定的 对单台设备 x K 1 即 N PP 30 但对于电动机 它本身损耗较大 因此当只有一台时 N P P 30 2 二项式系数法 确定用电设备组有功计算负荷的公式为二项式 它考虑了设备组中容量最大的 几台对整个设备组计算负荷的影响 弥补了需要系数法的不足 此法计算也十分简 便 至今仍为我国不少设计单位和设计人员所采用 有功计算负荷 xN cPbPP 30 5 N bP 表示用电设备组的平均负荷 x cP 表示用电设备组中的 x 台容量组大的设 备投入运行时增加的附加负荷 其中 x P 为 x 台容量最大的设备之和 b c 二项式 系数 其数值随用电设备组的类别和台数而定 无功计算负荷 tan 3030 PQ 6 视在计算负荷 cos 302 30 2 3030 P QPS 7 计算电流 N U S I 3 30 30 8 3 利用系数法 先根据利用系数求出各用电设备组在最大负荷时的平均负荷 然后求总的平均 利用系数和用电设备的有效台数 并由此查出对应的最大系数 最后由各平均负荷 之和乘以最大系数 从而求得总的有功计算负荷 利用系数法对于用电设备组无论 台数多少和容量差别大小 计算结果都比较准确 但此法计算繁复 因此应用不甚 普遍 4 多组用电设备计算负荷的确定 确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时 应考 虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因数 因此在确定多组用电设备的计算负 荷时 应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别记入一个同时系数 p K q K 对车间干线取 95 0 85 0 p K 97 0 90 0 q K 对低压母线取 由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取 90 0 80 0 p K 95 0 85 0 q K 由车间干线计算负荷直接相加计算时取 95 0 90 0 p K 97 0 93 0 q K 总的有功计算负荷为 ip PKP 3030 9 总的无功计算负荷为 iq QKQ 3030 10 以上两式中的 P30 i 和 Q30 i 分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和 总的视在计算负荷为 2 30 2 3030 QPS 11 总的计算电流为 N USI3 3030 12 1 3 变压器功率损耗的计算 对于双绕组变压器 有功功率损耗 和 无功功率损耗 分别为 TT R V QP PP 2 22 0 13 TNT X V QP S I Q 2 22 0 100 14 式中 P0 变压器器空载有功损耗 I0 变压器空载电流百分数 SN 变压器的额定容量 P 通过变压器的有功负荷 Q 通过变压器的无功负荷 V 变压器运行线电压 RT 变压器每相电阻 XT 变压器每相电抗 精确计算时 P Q V 为同一点的功率和电压 近似计算中 可用变压器额定电压 代替实际运行电压 在 V VN 的条件下 将 RT 及 XT 的公式代入上式 就可得到 用变压器实验数据直接求其功率损耗的表达式了 即 2 0 N sT S S PPP 15 2 0 100 100 N Ns NT S SSV S I Q 16 式中 n 变压器台数 PS 变压器短路损耗 S 通过变压器的负荷视在计算功率 VS 变压器短路电压百分数 当有 n 台同型号同容量的变压器并联对功率为 S 的负荷供电时 其总功率损耗为 2 0 N s T S S n P PnP 17 2 0 100 100 N Ns NT S S n SV S I nQ 18 在负荷计算中 SL7 S7 S9 等型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式 近似计算 30 015 0 SPT 19 30 06 0 SQT 20 1 4 工厂的计算负荷和年电能消耗量 1 4 1 工厂计算负荷的确定 工厂计算负荷是选择工厂电源进线一 二次设备的基本依据 也是计算工厂的功率 因数和工厂需电量的基本依据 1 按逐级计算法确定工厂计算负荷 如图 1 所示 工厂的计算负荷 P30 应该是高压母线上所有高压配电线计算负荷之 和 在乘上一个同时系数 高压配 电线的计算负荷 P30 应该是该 线所供车间变电所低压侧的计算负 荷 P30 工厂及变电所低压侧总的 计算负荷 P30 Q30 S30和 I30的计 算公式 分别如前面式 9 12 所示 其 p K 0 8 0 95 q K 0 85 0 97 2 按需要系数法确定工厂计算 负荷 将全厂用电设备的总容量 Pe 不含 备用设备容量 乘上一个需要系数 Kd 即得到全厂的有功计算负荷 即 edP KP 30 21 全厂的无功计算负荷 视在计算负荷和计算电流按式 6 8 计算 3 按年产量估算工厂计算负荷 将工厂年产量 A 乘上单位产品耗电量 a 就得到工厂全年的需电量 AaWa 22 各类工厂的单位产品耗电量 a 可由有关设计单位根据实测统计资料确定 亦可查有 关设计手册 在求出年需电量 Wa 后 除以工厂的年最大负荷利用小时 Tmax 就可求出工厂的有 功计算负荷 max30 TWP a 23 其他计算负荷 Q30 S30 I30的计算 与上述需要系数法相同 4 工厂的功率因数 无功补偿及补偿后的工厂计算负荷 1 工厂的功率因数 瞬时功率因数 瞬时功率因数可由功率因数表 相位表 直接测量 亦可以由功 率表 电流表和电压表的读数按下式求出 间接测量 IUP3cos 24 式中 P 为功率表测出的三相功率读数 kW I 为电流表测出的线电流读数 A U 为电压表测出的线电压读数 kV 瞬时功率因数只用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率的变化情况 以便采取适当的补偿措施 平均功率因数 平均功率因数亦称加权平均功率因数 按下式计算 222 1 1 cos p q qp p W W WW W 25 式中 Wp 为某一时间内消耗的有功电能 由有功电度表读出 WQ 为某一时间内消耗的无功电能 由无功电度表读出 我国电业部门每月向工业用户收取电费 就规定电费要按月平均功率因数的高低 来调整 最大负荷时的功率因数 最大负荷时的功率因数指在年最大负荷 即计算负 荷 时的功率因数 按下式计算 3030 cosSP 26 2 无功功率补偿 工厂中由于有大量的感应电动机 电焊机 电弧炉及气体放电灯等感应负荷 从而使功率因数降低 需考虑人工补偿 要使功率因数由 cos 提高到 cos 必须装设的无功功率补偿装置容量为 tantan 303030 PQQQC 27 或 30 PqQ CC 28 式中 tantan C q 称为无功补偿率 或比补偿容量 这无功补偿率 是 表示要使 1kW 的有功功率由 cos 提高到 cos 所需要的无功补偿容量 kvar 值 在确定了总的补偿容量后 即可根据所选并联电容器的单个容量 qC 来确定电容 器的个数 即 CC qQn 29 由上式计算所得的电容器个数 n 对于单相电容器来说 因取 3 的倍数 3 无功补偿后的工厂计算负荷 工厂装设了无功补偿装置后 则在确定补偿装置装设地点以前的的总计算负 荷时 应扣除无功补偿的容量 即总的无功计算负荷 C QQQ 3030 30 补偿后总的视在计算负荷 2 30 2 3030 C QQPS 31 由上式可以看出 在变电所低压侧装设了无功补偿装置以后 由于低压侧 总的视在计算负荷减小 从而可使变电所主变压器的容量选得小一些 着不仅降 低了变电所的初投资 而且可减少工厂的电费开支 由此可见 提高功率因数不 仅对整个电力系统大有好处 而且对工厂本上也是有一定经济实惠的 1 5 钢铁厂的负荷计算 1 5 1 各车间的计算负荷 计算负荷序 号 用电单位 名称 设备容 量 kW Kd cos tan P30 kW Q30 kvar S30 kV A 1高炉车间20000 40 80 758006001000 2炼钢车间11700 60 80 75702526 5877 5 3轧钢车间8000 50 810 72400289 6493 8 4线材车间12000 650 830 67780524 2939 8 5机电修车 间 3000 30 80 75100 176125 7 6水泵站5000 650 80 75325243 75406 25 7氧气站3000 650 80 75195146 25243 75 表 1 各车间低压侧的计算负荷 1 5 2 各车间电力变压器的功率损耗 变压器功率损耗 序号用电单位名称 PT kW QT kvar 1高炉车间1560 2炼钢车间13 252 7 3轧钢车间9 337 2 4线材车间14 156 4 5机电修车间9 337 2 6水泵站6 124 4 7氧气站3 714 6 表 2 各车间电力变压器的功率损耗 1 5 3 各车间电力变压器的功率损耗 计算负荷序 号 用电单位名称 P30 kW Q30 kvar S30 kV A I30 A 1高炉车间8156601048 73100 9 2炼钢车间715 2579 2920 3188 6 3轧钢车间1433 91067 81787 81172 4线材车间794 1580 6983 7194 7 5机电修车间509 4402 8649 4162 5 6水泵站331 1268 2426 0341 7氧气站198 7160 9255 6824 6 表 3 各车间电力变压器的功率损耗 1 5 4 全厂总的计算负荷 根据以上数据得出 P30 K p P30 1 0 95 815 715 2 1433 9 794 1 509 4 331 1 198 7 4557 5kW Q30 K q Q30 1 0 97 660 579 2 1067 8 580 6 402 8 268 2 160 9 3607 9kvar S30 2 30 2 30 QP 22 9 3607 5 4557 5812 7kV A 30I 3 30NUS 63 7 5812 559 3A 1 5 5 总降压变电所的功率补偿 1 补偿前的变压器容量和功率因素 根据工厂的一 二级负荷情况 选择 2 台主电力变压器 因此 主电力变 压器的容量选择为 SN T 0 7 S30 0 7 5812 7 4068 9kV A 因此未进行无功补偿时 主变压器容量应选为 5000kV A 型号为 SJL1 5000 35 这时变电所低压侧的功率因数为 cos 2 P30 S30 4557 5 5812 7 0 78 2 无功补偿容量 按设计要求 变电所高压侧的 考虑到变压器的无功功率损耗cos0 9 QT 远大于有功功率损耗 PT 因此在变压器低压侧补偿时 低压侧补偿后的 功率因数应略高于 0 90 这里取 cos0 92 要使低压侧功率因数由 0 78 提高到 0 92 低压侧需要装设的并联电容器的容量 为 QC P30 tanarccos0 78 tanarccos0 92 4557 5 0 802 0 426 1713 62kvar 在确定了总的补偿容量后 就可根据选定的并联电容器的单个容量 qc 来确 定电容器的个数 c c q Q n 由上式计算所得的电容器个数 n 对于单相电容器来说 应取 3 的倍数 以便三相均衡分配 在确定了并联电容器的容量后 根据产品目录 就可以选择并联电容器的单台 容量 这里选 50kvar 并确定并联电容器的数量 cN c q Q n 34 50 62 1713 个 取 n 36 式中 qcN 单个电容器的额定容量 kvar 则实际补偿容量为Qc 36 50 kvar 1800 kvar 选择两台电容器柜 单台的容量为 900kvar 型号为 TBB36 900 50 3 补偿后的变压器容量和功率因数 变电所低压侧的视在计算负荷为 S30 2 2 30 2 30 C QQP 99 4902 1800 9 3607 5 4557 22 kV A 79 4716399 49023 2 30 2 30 N USI A 因此无功补偿后主变压器容量 SN T 0 7 S30 0 7 4902 99 3432 1kV A 变压器容量应选为 4000kV A 型号为 SJL1 4000 35 变压器的功率损耗为 2 0 S T n PS PnP nS 2 394902 99 2 5 9 24000 11 8 29 30 41 1kW 2 0 100100 SN TNN IVS QnSS n 2 1 17 40004902 99 24000 100100 24000 88 210 26 298 26kvar 变电所高压侧的计算负荷为 6 4598 1 41 5 4557 30 1 30 T PPP kW 16 210626 298 1800 9 3607 30 1 30 TC QQQQ kvar 97 505716 2106 6 4598 222 1 30 2 1 30 1 30 QPS kV A 43 8335397 50573 1 3030 N USI A 无功补偿后 工厂的功率因数为 909 0 97 5057 6 4598cos 1 30 1 30 SP 这一功率因数满足规定要求 1 5 6 工厂的年电能消耗量 Tmax 6500h 取 7 0 8 0 则工厂年有功电能消耗量 Wp a P30Tmax 0 7 4598 6 6500 2 092 107kW h 工厂年无功电能消耗量 Wq a Q30Tmax 0 8 2106 16 6500 1 095 107kvar h 2 2 变配电所选择变配电所选择 2 12 1 变配电所的类型变配电所的类型 车间变电所按其主变压器的安装位置来分 有下列类型 1 车间附设变电所 变压器室的一面墙或几面墙与车间的墙共用 变压器室 的大门朝车间外开 如果按变压器室位于车间的墙内还是墙外 还可以进一步 分为内附式和外附式 2 车间内变电所 变压器室位于车间内的单独房间内 变压器室的大门朝车 间内开 3 露天变电所 变压器安装在室外抬高的地面上 如果变压器的上方设有顶 板或挑檐的 则称为半露天变电所 在负荷较大的多跨厂房 负荷中心在厂房中部且环境许可时 可采用车间 内变电所 这种车间内变电所 位于车间的负荷中心 可以缩短低压配电的距 离 降低电能损耗和电压损耗 减少有色金属的消耗量 因此这种变电所的技 术经济指标比较好 但是变电所建在车间内部 要占一定的生产面积 因此对 一些生产面积比较紧凑和生产流程要经常调整 设备也要相应变动的生产车间 不太合适 而且其变压器门朝车间内开 对生产的安全有一定的威胁 这种变 电所在大型冶金企业中较多 按照上述原则 车间变电所的类型均采用车间附设变电所 如表 4 序号用电单位名称变电所类型 1高炉车间车间附设变电所 2炼钢车间车间附设变电所 3轧钢车间车间附设变电所 4线材车间车间附设变电所 5机电修车间车间附设变电所 6水泵站车间附设变电所 7氧气站车间附设变电所 表 4 车间变电所的类型 2 22 2 变电所主变压器容量的选择变电所主变压器容量的选择 1 只装一台主变压器的变电所 主变压器容量 ST 设计中 一般可概略地当作其额定容量 SN T 应满足全部 用电设备总计算负荷 S30需要 即 ST S30 34 2 装有两台主变压器的变电所 每台变压器的容量 ST 一般可概略地当作 SN T 应同时满足以下两个条件 任一台变压器单独运行时 宜满足总计算负荷 S30的大约 60 70 的需要 即 ST 0 0 7 S30 35 当 1 台主变退出运行时 其余变压器应能保证全部一级负荷及大部分二级负 荷用电 此时允许变压器过负荷 40 运行 3 车间变电所主变压器的单台容量上限 车间变电所主变压器的单台容量 一般不宜大于 1000kV A 或 1250 kV A 这一方面是受以往低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制 另一方面 也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心 以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 现在我国已能生产一些断流能力更大和短 路稳定度更好的新型低压开关电器如 DW15 ME 等型低压断路器及其它电器 因此如车间负荷容量较大 负荷集中且运行合理时 也可以选用单台容量为 1250 2000 kV A 的配电变压器 这样能减少主变压器台数及高压开关电器和 电缆等 4 适当考虑符合的发展 应适当考虑今后 5 10 年电力负荷的增长 留有一定的余地 同时要考虑变压 器的正常过负荷能力 根据上述原则及工厂的实际情况 厂总变电所主变压器的台数选择 2 台 2 台变压器并联运行 单台变压器的容量为 4000kV A 型号为 SJL1 4000 35 变压器容量及型号的选择详见功率补偿部分 车间变压器亦选用 1 台变压器运 行 单台容量为 SJL1 1000 10 3 3 电气主接线电气主接线 主接线又称一次接线或主电路 电气主接线是由各种主要电气设备 如发 电机 变压器 开关电气 互感器 电抗器及连接线路等设备 按一定顺序连 接而成的一个接受和分配电能的总电路 由于交流供电系统通常是三相对称的 故在主接线图中 一般用一根线来表示三相电路 仅在个别三相设备不对称或 需进一步说明的地方 部分地用三条线表示 这样就将三相电路图绘成了单线 图 为使看图容易起见 图上只绘出系统的主要元件及相互间的连接 电气主接线单线图应按行业标准规定的图形符号与文字符号绘制 通常还 在图上标明主要电气设备的型号和技术参数 以方便阅读 主接线代表了发电厂和变电站电气部分主体结构 是电力系统网络结构的重要 组成部分 概括地说 对主接线的基本要求包括安全 可靠 灵活 经济四个方面 主接线的绘制 3 13 1 具有母线的电气主接线具有母线的电气主接线 1 单母线接线 在主接线中 断路器是电力系统的主开关 隔离开关的功能主要是隔离高 压电源 以保证其它设备和线路的安全检修 例如 固定式开关柜中的断路器 工作一段时间需要检修时 在断路器断开电路的情况下 拉开隔离开关 恢复 供电时 应先合隔离开关 然后合断路器 这就是隔离开关与断路器配合操作 的原则 由于隔离开关无灭弧装置 断流能力差 所以不能带负荷操作 如下 图 2 所示 2 单母线分段 单母线分段接线是采用断路器将母线分段 通常是分成两段 如图下 3 所 示 母线分段后可进行分段检修 对于重要用户 可以从不同段引出两个回路 当一段母线发生故障时 由于分段断路器 QF1 在继电保护作用下自动将故障段 迅速切除 从而保证了正常母线段不间断供电和不致使重要用户停电 两段母 线同时故障的几率很小 可以不予考虑 在供电可靠性要求不高时 亦可用隔 离开关分段 QS1 任一段母线发生故障时 将造成两段母线同时停电 在判 断故障后 拉开分段隔离开关 QS1 完好段即可恢复供电 3 双母线及双母线分段 如上图 4 所示 这种接线 每一回路都通过一台断路器和两组隔离开关 也有采用两台断路器和两组隔离开关 连接到两组母线上 母线 W1 和 W2 都是工作母线 两组母线可同时工作 并通过母线联络短路器并联运行 电源 和引出线适当地分配在两组母线上 双母线分段接线如上图 5 所示 3 23 2 无母线的电气主接线无母线的电气主接线 3 2 1 桥形接线 当具有两台变压器和两条线路时 在变压器 线路接线的基础上 在其中 间架一连接桥 则成为桥形接线 如 图 6 所示 按照连接桥断路器的位置 可分为内桥 图 6 a 和外桥 图 6 b 两种接线 前者桥连断路器设 置在变压器侧 而后者 桥连断路器 则设置在线路侧 桥形接线中 四个 回路只有三台断路器 是需要断路器最少也是最节省的一种接线 但其可靠性 和灵活性较差 只能应用于小型变电所 发电厂 内桥式适宜输电线路较长 故 障几率较多 而变压器又不需要经常切换时 外桥式则在出线较短 且变压器 随经济运行的要求需经常切换时 就更为适宜 有时为了检修出线和在变压器 回路中的断路器时不中断线路和变压器正常运行 再在桥形接线中附加一个正 常工作时断开的带隔离开关的跨条 在跨条上装设两台隔离开关的目的是可以 轮换停电检修任何一组隔离开关 3 33 3 工厂总降压变电所的主接线方案选择工厂总降压变电所的主接线方案选择 工厂电源进线电压为 35KV 及以上的工厂 通常是先经工厂总降压变电所 降为 6 10KV 的高压配电电压 然后经过车间变电所 降为一般低压用电设备 所需的电压如 220 380V 方案 1 一次侧采用内桥式接线 二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接 线图 如图 7 所示 这种主接线 其一次侧的高压断路器 QF10 跨在两路电源 进线之间 犹如一座桥梁 而且处在线路断路器 QF11 和 QF12 的内侧 靠近变 压器 因此称为内桥式接线 这种主接线的运行灵活性较好 供电可靠性较高 适用于一 二级负荷的工厂 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 这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电的机会较 多 并且变电所的变压器不需经常切换的总降压变电所 方案 2 一次侧采用外桥式接线 二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接 线图 如图 8 所示 这种主接线 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 称为外桥式接线 这种主接线的运行灵活性也 较好 供电可靠性同样较高 适用于一 二级负荷的工厂 但与内桥式接线的 适用场合有所不同 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 用两路电源进线又恢复并列运行 这种外 桥式接线适用于电源线路较短而变电所负 荷变动较大 适于经济运行需经常切换的 总降压变电所 根据本厂的实际情况 工厂总降压变电 所距该城镇 220 35KV 变电所 5 公里 距离 较远 而变电所负荷变动不大 故采用方 案 1 一次侧采用内桥式接线 二次侧采用 单母线分段的总降压变电所主接线 方案 2 更适用于电源线路较短而变电所负荷变动 较大 适于经济运行需经常切换的总降压变电所 采用桥式接线 最大的特点就 是使用断路器数量较少 使用断路器数量较少 一般采用断路器数都等于或少 于出线回路数 从而结构简单 投资较少 3 4 工厂电力线路 主接线又称一次接线或主电路 电气主接线是由各种主要电气设备 如发 电机 变压器 开关电气 互感器 电抗器及连接线路等设备 按一定顺序连 接而成的一个接受和分配电能的总电路 由于交流供电系统通常是三相对称的 故在主接线图中 一般用一根线来表示三相电路 仅在个别三相设备不对称或 需进一步说明的地方 部分地用三条线表示 这样就将三相电路图绘成了单线 图 为使看图容易起见 图上只绘出系统的主要元件及相互间的连接 主接线 代表了发电厂和变电站电气部分主体结构 是电力系统网络结构的重要组成部 分 概括地说 对主接线的基本要求包括安全 可靠 灵活 经济四个方面 4 4 电力线路接线方式电力线路接线方式 工厂的高压线路有放射式 树干式和环形等基本接线方式 4 14 1 高压放射式接线高压放射式接线 图 10 为放射式结构 放射式线路之间互相不影响 因此供电可靠性较高 而且便于装自动装置 但是高压设备用的较多 且每台高压断路器须装设一个 高压柜 从而使投资增加 而这种放射式 线路发生故障或检修时 该线路所有供电 的负荷都要停电 要提高其供电可靠性 可在低压变电所高压侧之间或低压侧之间 敷设联络线 要近一步提高其供电可靠性 还可采用来自两个电源的两路高压进线 然后经分段母线 由两段母线用双回路对 用户交叉供电 4 24 2 高压树干式接线高压树干式接线 图 11 是高压树干式线路的电路图 树 干式结线与放射式结线相比 具有以下优点 多数情况下 能减少线路的有色 金属消耗量 采用高压开关数量少 投资较省 但有下列缺点 供电可靠性较 低 当高压配电干线发生故障或检修时 接于干线的所有变电所都要停电 且 在实现自动化方面 适应性较差 本厂由于车间一 二级负荷较多 需要较高的供电可靠性故采用放射式接线 5 5 电力线路的敷设电力线路的敷设 5 15 1 架空线路架空线路 由于架空与电缆线路相比有较多的优点 如成本低 投资少 安装容易 维护 和检修方便易于发现和排除故障等 所以架空线路在一般工厂中应用相当广泛 敷 设架空线路 要严格遵守有关技术规程的规定 在整个施工中 要注重安全教育 采取有效的安全措施 特别是立杆 组装和架线时 更加要注意人身安全 防止发 生事故 竣工以后 要按规定的手续和要求进行检查和验收 确保工程质量 5 25 2 电缆线路电缆线路 电缆线路与架空线路相比 具有成本高 投资大 维修不便等缺点 但是它具 有运行可靠 不易受外界影响 不需架设电杆 不占地面 不碍观瞻等优点 特别 是在有腐蚀性气体和易燃 易爆场所 不宜架设架空线路时 只有敷设电缆线路 由于架空与电缆线路相比有较多的优点 如成本低 投资少 安装容易 维护和 检修方便 易于发现和排除故障等 所以架空线路在一般工厂中应用相当广泛 由于本厂的地形不复杂 按经济性及可操作性来选择 故高压供电线路选择为架空 线 6 6 高压供电线路导线截面及型号的选择高压供电线路导线截面及型号的选择 6 16 1 按经济电流密度选择导线截面按经济电流密度选择导线截面 导线 或电缆 下同 的截面越大 电能损耗就越小 但是线路投资 维修 管理费用和有色金属消耗量却要增加 因此从经济方面考虑 导线应选择一个比较 合理的截面 既使电能损耗小 又不致过分增加线路投资 维修管理费用和有色金 属消耗量 各国根据其具体国情特别是有色金属资源的情况 规定了导线和电缆的 经济电流密度 我国现行的经济电流密度规定如表 5 所列 线路类别导线材质年最大负荷利用小时 3000h 以下3000 5000h5000h 以上 铝1 651 150 90架空线路 铜3 002 251 75 铝1 921 731 54电缆线路 铜2 502 252 00 表 5 导线和电缆的经济电流密度 A mm2 按经济电流密度 jec 计算经济截面 Aec 的公式为 ec ec j I A 30 36 式中 I30为线路的计算电流 按上式计算出 Aec 后 应选最接近的标准截面 可取较小的标准截面 然后校验 其它条件 6 26 2 导线截面及型号的选择导线截面及型号的选择 1 总降压变电所高压侧导线 35kV 架空线 按经济电流密度选择 1 选择经济截面 按已知条件 查表得 jec 0 90 mm2 因此 Aec I30 jec 83 43A 0 90A mm2 92 7mm2 选择标准截面 95mm2 即选 LGJ 95 型钢芯铝绞线 2 线路电压损耗 几何均距为 1 5m A 95mm2 查表得 R0 0 33 km X0 0 353 km 故线路的电压损耗与线路的电压损耗百分值为表 6 线路的电压损耗323v 线路的电压损耗百分值0 95 表 6 线路的电压损耗与线路的电压损耗百分值 它小于 5 al U 因此所选 LGJ 95 型钢芯铝绞线满足电压损耗要求 2 车间高压侧导线 6kV 架空线 选择原则及校验同 35kV 架空线的选择一样 各车间高压侧导线的型号见表 7 序号装设地点导线型号 1总降压变电所高压侧LGJ 95 2总降压变电所低压侧LGJ 400 3高炉车间变电所高压侧LGJ 95 4炼钢车间变电所高压侧LGJ 95 5轧钢车间变电所高压侧LGJ 185 6线材车间变电所高压侧LGJ 95 7机电修车间变电所高压侧LGJ 50 8水泵站变电所高压侧LGJ 35 9氧气站变电所高压侧LGJ 35 表 7 各装设地点导线型号 6 36 3 母线的选择母线的选择 常用的母线材料是铜 铝和钢 目前 变电所的母线除因大电流采用铜以外 一般 尽量采用铝母线 而电流不大的支干线或低压系统的零线则有时用钢母线 1 动稳定校验 WM oal 37 式中 al 母线的最大允许应力 铝母线为 69 MPa o 母线通过ish 3 时受到的 最大计算应力 MPa M 母线在通过ish 3 时产生的最大弯矩 N m W 母线 的截面系数 3 m 而 allM iF sh 10 38 2 3 3 38 式中 F 3 ish 3 通过时产生的最大作用力 N l 档矩 m a 母线间距离 m 7 7 电气设备的选择电气设备的选择 7 17 1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 1 按正常运行条件选择 电气设备按正常工作条件选择 就是要考虑装置地点的环境条件和电气要求 环境 条件是指电气装置所处的位置特征 电气要求是指对设备的电压 电流 频率 一 般为 50HZ 等方面的要求 对一些断路电器如开关 熔断器等 还应考虑其断流能 力 考虑所选设备的工作环境 如户内 户外 防腐蚀 防暴 防尘 防火等要求 以及沿海或是湿热地域的特点 所选设备的额定电压 UN et 应不低于安装地点电网的额定电压 UN 即 UN et UN 39 一般设备的电压设计值满足 1 1UN et 因而可在 1 1UN et 下安全工作 设备的额定电流 IN 是指在额定周围环境温度下 设备的长期允许电流 IN 应不 小于通过设备的计算电流 I30 即 IN I30 40 设备的最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流 即 3 kbr II 41 2 按短路条件校验 动稳定校验 动稳定校验 电动力稳定 是指导体和电器承受短路电流机械效应的能力 满足稳 定的条件是 3 maxsh ii 42 或 3 maxsh II 43 式中 3 sh i 3 sh I 设备安装地点短路冲击电流的峰值及其有效值 max i max I 设备允许通过的电流峰值及其有效值 7 27 2 高压一次设备的选择高压一次设备的选择 高压一次设备的选择 必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的 要求 同时设备应工作安全可靠 运行维护方便 投资经济合理 高压一次设备的选择和校验可按表 9 所列各项条件进行 7 2 1 高压开关柜的选择 高压开关柜是按一定的线路方案将有关一 二次设备组装而成的一种高压成套 配电装置 在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机 变压器和高压线路之用 也可以作为大型高压交流电动机的启动和保护之用 其中安装有高压开关设备 保 护电器 检测仪表和母线 绝缘子等 高压开关柜有固定式和手车式 移开式 两 大类型 在一般中小型工厂中 普遍采用较为经济的固定式高压开关柜 我国现在 大量生产和观感应用的开关柜主要为 GG 1A F 型 这种防误型开关柜装设了防 止电器误操作和保障人身安全的闭锁装置 即所谓 五防 防止误跳 误合断 路器 防止带负荷拉 合隔离开关 防止带电挂接地线 防止带接地线合隔离开关 防止人员误入带电间隔 7 2 1 1 高压断路器的选择 高压断路器 文字符号为 QF 的功能是 不仅能通断正常负荷电流 而且能接 同和承受一定时间的短路电流 并能在保护装置作用下自动跳闸 切除短路故障 1 总降压变电所高压侧 由安装地点的电压和最大工作电流 初选断路器规格为 SN10 35 1000 1000 型断 路器进行校验 如表 8 所示 由校验结果可知 所选 SN10 35 1000 1000 型断路 器是满足要求的 继电保护的动作时间为 1s 断路器的短路时间取 0 1s 假想时间为 tima 1 0 1 1 1s 装置地点的电气条件 SN10 35 1000 1000 型断路器 序号 项目数据项目数据结论 1UN35kVUN et35kV合格 2I3083 43AIN1000A合格 3Ik 3 6 93kAIbr16kA合格 4ish 3 17 67kAimax45kA合格 5I 3 2tima6 932 1 1 52 83It2t162 4 1024合格 表 8 厂变电所高压侧断路器的选择与校验 2 总降压变电所低压侧 由安装地点的电压和最大工作电流 初选断路器规格为 SN10 10 630 300 型断路 器进行校验 如表 9 所示 由校验结果可知 所选 SN10 10 630 300 型断路器是 满足要求的 继电保护的动作时间为 1s 断路器的短路时间取 0 1s 假想时间为 tima 1 0 1 1 1s 装置地点的电气条件 SN10 10 630 300 型断路器 序号 项目数据项目数据结论 1UN6kVUN et10kV合格 2I30471 79AIN630A合格 3Ik 3 8 33kAIbr16kA合格 4ish 3 21 24kAimax40kA合格 5I 3 2tima8 332 1 1 76 33It2t162 2 512合格 表 9 总降压变电所低压侧断路器的选择与校验 7 2 1 2 高压隔离开关的选择 序号装设地点断路器型号 1总降压变电所高压侧 SN10 35 1000 1000 2总降压变电所低压侧 SN10 10 630 300 3高炉车间变电所高压侧 SN10 10 630 300 4炼钢车间变电所高压侧 SN10 10 630 300 5轧钢车间变电所高压侧 SN10 10 630 300 6线材车间变电所高压侧 SN10 10 630 300 7机电修车间变电所高压侧 SN10 10 630 300 8水泵站变电所高压侧 SN10 10 630 300 9氧气站变电所高压侧 SN10 10 630 300 表 10 高压隔离开关的选择 高压隔离开关 QS 的功能主要是隔离高压电源 以保证其它设备和线路的安 全检修 它的结构有如下特点 断开后有明显可见的断开间隙 而且断开间隙的绝 缘及相间绝缘都是足够可靠的 能充分保证人身和设备安全 但是隔离开关没有专 门的灭弧装置 因此不允许带负荷操作 高压隔离开关按安装地点 分为户内式和户外式两大类 1 总降压变电所高压侧 由安装地点的电压和最大工作电流 初选高压隔离开关规格为 GN2 35 400 进行校验 如表 13 所示 由校验结果可知 所选 GN2 35 400 型隔离开关是满足要求的 继电保护的动作时间为 1s 断路器的短路时间取 0 1s 假想时间为 tima 1 0 1 1 1s 装置地点的电气条件GN2 35 400 型隔离开关 序号 项目数据项目数据结论 1UN35kVUN et35kV合格 2I3083 43AIN400A合格 3ish 3 17 67kAimax50kA合格 4I 3 2tima6 932 1 1 52 83It2t202 4 1600合格 表 11 总降压变电所高压侧隔离开关的选择与校验 2 总降压变电所低压侧 由安装地点的电压和最大工作电流 初选高压隔离开关规格为 GN5 6 600 进行校验 如表 12 所示 由校验结果可知 所选 GN5 6 600 型隔离开关是满足要求的 继电保护的动作时间为 1s 断路器的短路时间取 0 1s 假想时间为 tima 1 0 1 1 1s 装置地点的电气条件GN5 6 600 型隔离开关 序号 项目数据项目数据结论 1UN6kVUN et6kV合格 2I30471 79 68AIN600A合格 3ish 3 21 24kAimax52kA合格 4I 3 2tima8 332 1 1 76 33It2t202 5 2000合格 表 12 总降压变电所低压侧隔离开关的选择与校验 7 2 1 3 高压熔断器的选择 熔断器 文字符号为 FU 是一种当所在电路的电流超过规定值并经一定时间后 使其熔体熔化而分断电流 断开电路的一种保护电器 熔断器的功能主要是对电路 及电路设备进行短路保护 但有的也具有过负荷保护的功能 工厂供电系统中 室内广泛采用 RN1 RN2 型高压管式熔断器 室外则广泛采用 RW4 RW10 F 等型跌开式熔断器 根据安装地点的电气条件 初选高压熔断器的型号为 RN2 35 0 5 进行校验 如表 13 所示 由校验结果可知 所选 RN2 35 0 5 型熔断器是满足要求 装置地点的电气条件RN2 35 0 5 型熔断器序号 项目数据项目数据结论 1UN35kVUN et35kV合格 2Ik 3 6 93kAIbr17kA合格 表 13 厂变电所高压侧熔断器的选择与校验 7 2 1 4 互感器的选择 电流互感器 简称 CT 文字符号为 TA 又称仪用变流器 电压互感器 简称 PT 文字符号为 TV 又称仪用变压器 它们合称为互感器 从基本结构和工作原 理来说 互感器就是一种特殊变压器 由铁心 远绕组和副绕组构成 主要为测量 与保护服务 供电系统中使用互感器的主要目的是 使仪表 继电器与主电路的高电压 大电 流隔离 这样既可降低仪表 继电器等的绝缘水平 使其结构简化 又可降低成本 并有利于安全 互感器二次侧的电量是标准化的 电压互感器为 100V 电流互 感器为 5A 或 1A 这样 使测量仪表 继电器等标准化 规格单一 有利于大批量 生产 从而降低成本 7 2 1 5 电流互感器 1 电流互感器的选择与校验主要有以下几个条件 1 电流互感器额定电压应不低于安装地点线路额定电压 2 根据一次负荷计算电流I30选择电流互感器变比 3 根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度 4 校验动稳定度和热稳定度 2 电流互感器变比选择 电流互感器一次侧额定电流有 20 30 40 50 75 100 150 200 300 400 600 800 1000 1200 1500 2000 A 等多种规格 二次侧额定电流均为 5A 一般情况下 计量用的电流互感 器变比的选择应使其一次额定电流I N1 不小于线路计算电流I30 如线路中负荷计算 电流为 350A 则电流互感器的变比应选择 400 5 保护用的电流互感器为保证其准 确度要求 可以将变比选得大一些 3 电流互感器准确度选择及校验 准确度选择的原则 计费计量用的电流互感器其准确度为 0 2 0 5 级 计量用 的电流互感器其准确度为 0 1 3 0 级 为了保证准确度误差不超过规定值 一般还 校验电流互感器二次负荷 伏安 互感器二次负荷S2不大于二次额定负荷S N2 所 选准确度才能得到保证 准确度校验公式为 SS N22 44 二次回路的负荷S2取决于二次回路的阻抗Z2的值 则 RRZIZIS XCWLiNN 2 22 2 22 45 或 RRISS XCWLNi 2 22 46 式中 Si Zi为二次回路中的仪表 继电器线圈的额定负荷和阻抗 RXC为二次回 路中所有接头 触点的接触电阻 一般取 0 1 RWL为二次回路导线电阻 计算公 式为 S LR cWL 47 式中 为导线的导电率 铜线 mm m 2 53 铝线 mm m 2 32 S 为导线截 面积 mm2 Lc为导线的计算长度 m 设互感器到仪表 继电器的单向长度为l1 则互感器为星形接线时 1 lLC 为 V 形接线时 1 3lLC 为一相接线时 1 2lLC 4 电流互感器动稳定度和热稳定度校验 厂家的产品技术参数中都给出了动稳定倍数Kes和热稳定倍数Kt 因此 按下列公 式分别校验动稳定和热稳定即可 1 动稳定度校验 shNes iIK 1 2 48 式中 I N1 电流互感器的额定一次电流 5 电流互感器型号的选择 1 总降压变电所高压侧 由于这里所选的电流互感器是计量用的 根据安装地点的电气条件 初选