电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计.doc

某电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计某电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计 毕业设计 论文 题 目 某电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计 教学点 专 业 年 级 姓 名 指导教师 定稿日期 2011 年 6 月 1 日 摘摘 要要 本论文主要依照工厂供电设计必须遵循的一般原则 基本内容和设计流程 对某 电机修造厂变电所进行了设计说明 本文按照设计要求 在查阅大量参考资料 手册 后 对负荷计算及无功功率补偿计算 变配电所所址和型式的选择 变电所主变压器 台数 容量及类型的选择 变配电所主结线方案的设计 短路电流的计算 变配电所 一次设备的选择 变配电所二次回路方案的选择及继电保护装置的选择与整定 变配 电所防雷保护与接地装置的设计等进行了详细的设计说明 并附有相应的图表 公式 和计算结果 这次设计的变配电所完全满足设计要求 本设计通过对计算负荷 选出变压器 通过计算三相短路电流 选出其他保护器 件 通过三相短路电流 选择过电流保护设备 然后选择二次回路的设备 对一次侧 设备进行控制 检测 最后注意安全 接地和防雷的设置 关键字 关键字 有功功率 电力变压器 三相短路电流 过电流 接地 目 录 第一章第一章 绪绪 论论 1 1 1 1课题背景 目的及意义 1 1 1 1课题的背景 1 1 1 2课题的目的及意义 1 1 2设计的主要内容 设计图样 1 1 2 1设计的主要包括 1 1 2 2设计图样 2 第二章第二章 设计依据设计依据 3 3 2 1 电机修造厂 3 第三章第三章 设计说明设计说明 5 5 3 1 负荷计算及功率补偿 5 3 1 1 负荷计算的内容和目的 5 3 1 2 负荷计算的方法 6 3 1 3 各用电车间负荷情况及各车间变电所容量 6 3 1 4 全厂负荷计算 7 3 1 5 功率补偿 7 3 2 变电所 配电所位置和型式的选择 8 3 2 1 电机修造厂总变电所位置和型式的选择 8 3 3 电机修造厂总降压变电所主变压器和主结线方案的选择 9 3 3 1 变压器容量及台数的选择 9 3 3 2 变配电所主结线的选择原则 10 3 3 3 主结线方案选择 10 3 3 4 配电所的主接线选择 14 3 5 短路电流的计算 15 3 5 1 绘制计算电路 15 3 5 2 求 k 1 k 2 点的三相短路电流和短路容量 16 3 5 3 求 1 k 点的三相短路电流和短路容量 18 3 6 变电所一次设备的选择校验 18 3 6 1 35kV 侧一次设备的选择校验 18 3 6 2 10kV 侧一次设备的选择校验 19 3 6 3 变电所高压母线的选择 20 3 7 变电所进出线选择 21 3 7 1 35kV 高压进线的选择校验 21 3 7 2 10kV 高压出线的选择 21 3 7 3 作为备用电源的高压线的选择校验 24 3 8 变电所二次方案的选择与继电保护 25 3 8 1 高压断路器的操动机构控制与信号回路 25 3 8 2 变电所的电能计量回路 26 3 8 3 变电所的测量和绝缘监察回路 26 3 8 4 变电所的保护装置 26 3 9 变电所的防雷保护与接地装置的设计 34 3 9 1 变电所的防雷保护 34 3 9 2 变电所公共接地装置的设计 35 第四章第四章 结结 论论 3737 第一章第一章 绪绪 论论 1 11 1课题背景 目的及意义课题背景 目的及意义 1 1 11 1 1 课题的背景课题的背景 本课题是根据刘介才主编的 工厂供电设计指导 上两个题目为原型 根据指导 老师的要求设计 变电所是电力系统中的一个重要环节 它的运行情况直接影响到电力系统的可靠 经济运行 在 35KV 10KV 配电变电所设计研究方面 最近几十年发展更是迅猛 尤其 是对变电站综合自动化的研究 已经进行了多年 并取得了令人瞩目的进展 变电站综 合自动化目前在国外已得到了较普遍的应用 例如美国 德国 法国 意大利等国家 在他们所属的某些电力公司里 大多数的变电站都实现了综合自动化及无人值班方式 在我国 现在变电所的基本也是向着变电站综合自动化这个方向发展的 但是根 据我国的国情 现在大多数变电站还是没有完全实现保护和控制综合自动化 传统的 变电站的设计发展到现在已经十分的成熟了 根据供电的设计内容和流程 可以十分 的方便的按照步骤设计 1 1 21 1 2 课题的目的及意义课题的目的及意义 本题目主要目的是设计某电机修造厂的变电所总降压配电设计 与原来的课程设计比较 本题不仅设计量大了许多 而且在更个方面的要求也有 所加强 虽然变电所的设计在现在已经不是高新的技术 但是作为自动化专业的学生 本题目还是很全面的包含了一大部分专业课程学习的内容 而且各个方面都有所深入 尤其是继电保护的问题 有了更加深入的学习 虽然本题没有对变电站综合自动化有所研究 但是对日后向这个方面的学习和发 展打下了坚实的基础 通过这次设计不仅进一步加强专业知识的学习 拓宽知识面 提高理论知识水平 而且扩宽了就业面 提高就业能力 提高了独立思考和分析问题 的能力 1 21 2设计的主要内容 设计图样设计的主要内容 设计图样 1 2 11 2 1 设计的主要包括设计的主要包括 1 设计的基本依据和资料 2 区域变电所和车间变电所负荷计算 3 无功功率补偿计算及补偿电容器选择 4 短路电流的计算和动稳定度 热稳定度的计算机 5 变压器容量及台数的选择 6 变电所进出线的选择 7 变电所的电缆 电线 高压开关柜 低压配电电屏 动力配电箱 电流互感器 避雷器 母线等主要设备的选择 8 区域变电所进线侧线路的继电保护 采用定时限过电流保护 主变压器的差 动保护 瓦斯继电器保护 工厂变电所进线侧单相接地保护 9 防雷装置与保护接地装置的设计 10 域变电所的主接线图 工厂变电所主接线图 各种保护装置接线原理图 11 画出工厂变电所的平面图 1 2 21 2 2 设计图样设计图样 1 变电所主结线电路图 电机修造厂总降压变电所主结线电路图 3 各种保护装置接线原理图 变电所进线侧线路的继电保护原理电路图 采用定时限过电流保护 主变压器 的差动保护原理电路图 瓦斯继电器保护原理电路图 工厂变电所进线侧单相接地保 护原理电路图 4 变电所平 剖面图 电机修造厂总降压变电所平 剖面图 第二章 设计依据 2 12 1 电机修造厂电机修造厂 1 电机修造厂总平面图 图 2 1 图 2 1 某电机修造厂总平面布置图 2 工厂生产任务 规模及产品规格 本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的电机 变压器修理和制造任务 年生产 规模为修理电机 7500 台 总容量为 45 万 KW 制造电机总容量为 6 万 KW 制造单机最 大容量为 5520KW 修理变压器 500 台 生产电气备件为 60 万件 是大型钢铁联合企业 重要组成部分 3 工厂各车间负荷计算表 表 2 1 工厂各车间负荷计算表 计算负荷 序 号 车间名称 设备容量 千瓦 P30 千瓦 Q30 千乏 S30 千伏安 变压器台 数及容量 车间变电 所代号 1 电机修造车间 25056095007881 1000 No 1 车变 2 加工车间 8861632583051 400 No 2 车变 3 新制车间 6342223364031 500 No 3 车变 4 原料车间 5143101833601 400 No 4 车变 5 备件车间 5621991582541 315 No 5 车变 6 锻造车间 1053658681 100 No 6 车变 7 锅炉房 2691971722621 315 No 7 车变 8 空压站 3221811592411 315 No 8 车变 9 汽车库 5433027401 80 No 9 车变 10 大线圈车间 3351871182211 250 No 10 车 变 11 半成品试验站 3652874641 500 No 11 车 变 12 成品试验站 22906404808001 1000 No 12 车 变 13 加压站 2561631392141 250 14 设备处仓库 转 供负荷 3382884441 500 15 成品试验站内大 型集中负荷 3600288023003686 主要为高压整流装置 要求专线供电 4 供用电协议 当地供电部门可提供两个供电电源 供设计部门选定 从某 220 60kV 区域变 电所提供电源 此站距厂南侧 4 5 公里 为满足二级负荷的需求 从某 60 10 5kV 变电所 提供 10kV 备用电源 此所距厂南侧 4 公里 电力系统短路数据 如表 2 2 所示 其供电系统图 如图 2 2 所示 表 2 2 区域变电站 60kV 母线短路数据 系统运行方式系统短路数据系统运行方式系统短路数据 系统最大运行方式 1338MVA 3 max k S 系统最小运行方式 310MVA 3 min k S kV kV km 图 2 2 供电系统图 供电部门对工厂提出的技术要求 区域变电所 60kV 馈电线的过电流保护整定 时间 1 8s 要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于 1 3s 在企业t 总降压变电所 60kV 侧进行电能计量 该厂的总平均功率因数值应在 0 9 以上 5 工厂负荷性质 本厂大部分车间为一班制 少数车间为两班或三班制 年最大有功负荷利用小时 数为 2200h 锅炉房供生产用高压蒸汽 停电会使锅炉发生危险 又由于该厂距离市区较远 消防用水需厂方自备 因此 要求供电具有一定的可靠性 6 本厂自然条件 气象资料 最热月平均最高温度 35 摄氏度 土壤中 0 7 1 米深处一年中最热月 平均温度为 20 摄氏度 土壤冻结深度为 1 10 米 夏季主导风向为南风 最高气温 40 度 最低 40 度 导线复冰时气温 5 度 最大风速时气温 5 度 最大风速 25 米 秒 导线复冰时风速 10 米 秒 最高最低气温时风速 0 米 秒 复冰厚度 10 毫米 年雷暴 日数 31 5 日 地质水文资料 该厂区地层以砂粘土为主 地质条件较好 地下水位 2 8 5 3m 地耐压力为 15 吨 平方米 第三章 设计说明 3 13 1 负荷计算及功率补偿负荷计算及功率补偿 3 1 13 1 1 负荷计算的内容和目的负荷计算的内容和目的 1 计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量求取确定的 预期不变的最大假 想负荷 也就是通过负荷的统计计算求出的 用来按发热条件选择供电系统中各元件 的负荷值 在配电设计中 通常采用半小时的最大平均负荷作为按发热条件选择电器 或导体的依据 2 计算负荷是用户供电系统结构设计 供电线路截面选择 变压器数量 和容量选择 电气设备额定参数选择等的依据 合理地确定用户各级用电 系统的计算负荷非常重要 3 1 23 1 2 负荷计算的方法负荷计算的方法 有功计算负荷为 3 1 edP KP 30 式中 为设备容量 e P 无功计算负荷为 3 2 tan 3030 PQ 式中 为对应于用电设备组的正切值 tan cos 视在计算负荷为 3 3 2 30 2 3030 QPS 总的计算电流为 3 4 N U S I 3 30 30 式中 为额定电压 380V N U 3 1 33 1 3 各用电车间负荷情况及各车间变电所容量 各用电车间负荷情况及各车间变电所容量 表 3 1 计算负荷 序 号 车间名称 设备容量 千瓦 P30 千瓦 Q30 千乏 S30 千伏安 变压器台 数及容量 车间变电 所代号 1 电机修造车间 25056095007881 1000 No 1 车变 2 加工车间 8861632583051 400 No 2 车变 3 新制车间 6342223364031 500 No 3 车变 4 原料车间 5143101833601 400 No 4 车变 5 备件车间 5621991582541 315 No 5 车变 6 锻造车间 1053658681 100 No 6 车变 7 锅炉房 2691971722621 315 No 7 车变 8 空压站 3221811592411 315 No 8 车变 9 汽车库 5433027401 80 No 9 车变 10 大线圈车间 3351871182211 250 No 10 车 变 11 半成品试验站 3652874641 500 No 11 车 变 12 成品试验站 22906404808001 1000 No 12 车 变 13 加压站 2561631392141 250 14 设备处仓库 转 供负荷 3382884441 500 15 成品试验站内大 型集中负荷 3600288023003686 主要为高压整流装置 要求专线供电 3 1 43 1 4 全厂负荷计算 全厂负荷计算 取 K p 0 92 K q 0 95 根据上表可算出 P30i 6520kW Q30i 5463kvar 则 P30 K P P30i 0 92 6520kW 5999kW Q30 K q Q30i 0 95 5463kvar 5190kvar 7932KV A 2 30 2 3030 QPS I30 S30 3UN 94 5A COS P30 S30 5999 7932 0 75 3 1 53 1 5 功率补偿功率补偿 由于本设计中上级要求 COS 0 9 而由上面计算可知 COS 0 75 满足发热条件 AIal233 30 I 动稳定度校验 母线在三相短路时所受的最大电动力为 27 2 3 3 103AN a l iF sh NAN m m 95 36810 16 0 9 0 1046 193 27 2 3 母线在作用时的弯曲力矩为 3 F mN 2 33 10 m9 095 368 10 3 NlF M 母线的截面系数为 37 2 2 1012 3 6 003 0 025 0 6 m mmhb W 故母线在三相短路时所受到的计算应力为 aac MPP m mN W M 531053 1012 3 2 33 6 37 而硬铝母线 LMY 的允许应力为 由此可见该母线满 acaal MPMP5370 足短路动稳定度的要求 热稳定度校验 计算满足短路热稳定的最小截面 2 2 3 3 min 5 85 87 95 0 1063 7 mm mmsA s A C tima IA 式中 变电所 60kV 侧纵联差动保护动作时间按 0 7s 整定 再加上断路器tima 断路时间 0 2s 再加 0 05s 由于母线的实际截面为 因此该母线满足短路热稳 min 22 75325AmmmmA 定度要求 2 10 5kV 母线的选择校验 采用硬铝母线 LMY 3 60 6 50 5 其选择和计算方法同前 从略 所以电机修造厂高压母线选择如表 3 8 所示 表 3 8 电机修造厂高压母线选择 母线名称母线型号规格 35kV 母线LMY 3 25 3 即母线尺寸为 25mm 3mm 10kV 母线LMY 3 60 6 50 5 即母线尺寸为 60mm 6mm 中性母线尺寸为 50mm 5mm 3 73 7 变电所进出线变电所进出线选择 选择 3 7 13 7 1 60kV60kV 高压进线的选择校验高压进线的选择校验 采用 LJ 型铝绞线架空敷设 接往 60kV 公用干线 1 按发热条件选择 由及室外环境温度 35 查资料 初选 LJ 35 其 35 时AII NT 104 130 满足发热条件 AIal151 30 I 2 校验机械强度 查表 最小允许截面 因此 LJ 35 满足机械强度要求 2 min 35mmA 由于此线路很短 不需校验电压损耗 3 7 23 7 2 10 5kV10 5kV 高压出线的选择高压出线的选择 1 馈电给 1 号厂房 电机修造车间 的线路采用 YJL22 10000 型交联聚乙烯绝 缘的铝芯电缆直接埋地敷设 按发热条件选择 由及土壤温度 20 查表 初选缆芯为的交联电缆 其AI 8 38 30 2 25mm 满足发热条件 30 90IAIal 校验电压损耗 由电机修造厂平面图量得变电所至一号厂房距离约 100m 而表查得的铝芯 2 25mm 电缆的 按缆芯工作温度 80 计 又 1 号厂房的kmR 54 1 0 kmX 120 0 0 因此按式kWP 7 618 30 var 9 258 30 kQ 3 9 N U qXpR U V8 9 kV10 1 012 0 var 9 2581 054 1 7 618 kkW U 满足允许电压损耗 5 的要 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5098 0 100100008 9 al UVVU 求 短路热稳定校验 计算满足短路热稳定的最小截面 2 2 3 min 9 293 77 95 0 24800mm mmsA s A C tima IA 由于前面所选的缆芯截面小于 不满足短路热稳定度要求 因此改选 2 25mm min A 缆芯的交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆 即 YJL22 10000 3 300 1 150 的四芯 2 300mm 电缆 中性线芯按不小于相线芯一半选择 下同 2 馈电给 2 号厂房 机械加工车间 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚乙 烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 YJL22 2 300mm 10000 3 300 1 150 的四芯电缆 3 馈电给 3 号厂房 新品试制车间 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚乙 烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 YJL22 2 300mm 10000 3 300 1 150 的四芯电缆 4 馈电给 4 号厂房 原料车间 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚乙烯绝 缘的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 YJL22 2 300mm 10000 3 300 1 150 的四芯电缆 5 馈电给 5 号厂房 备件车间 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚乙烯绝 缘的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 YJL22 2 300mm 10000 3 300 1 150 的四芯电缆 6 馈电给 6 号厂房 锻造车间 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚乙烯绝 缘的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 YJL22 2 300mm 10000 3 300 1 150 的四芯电缆 7 馈电给 7 号厂房 锅炉房 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚乙烯绝缘 的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 YJL22 10000 2 300mm 3 300 1 150 的四芯电缆 8 馈电给 8 号厂房 空压站 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚乙烯绝缘 的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 YJL22 10000 2 300mm 3 300 1 150 的四芯电缆 9 馈电给 9 号厂房 汽车库 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚乙烯绝缘 的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 YJL22 10000 2 300mm 3 300 1 150 的四芯电缆 10 馈电给 10 号厂房 大线圈车间 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚乙烯 绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 YJL22 2 300mm 10000 3 300 1 150 的四芯电缆 11 馈电给 11 号厂房 半成品试验站 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚 乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 2 300mm YJL22 10000 3 300 1 150 的四芯电缆 12 馈电给 12 号厂房 成品试验站 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚乙 烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 YJL22 2 300mm 10000 3 300 1 150 的四芯电缆 13 馈电给 13 号厂房 加压站 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚乙烯绝 缘的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 YJL22 2 300mm 10000 3 300 1 150 的四芯电缆 14 馈电给 14 号厂房 设备处仓库 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚乙 烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 YJL22 2 300mm 10000 3 300 1 150 的四芯电缆 15 馈电给 15 号厂房 成品试验站内大型集中负荷 的线路 亦采用 YJL22 10000 型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 即 YJL22 10000 3 300 1 150 的四芯电缆 2 300mm 3 7 33 7 3 作为备用电源的高压线的选择校验 作为备用电源的高压线的选择校验 采用 LJ 型铝绞线架空敷设 与相距约 4km 的某 60 10 5kV 变电所的 10 5kV 母线 相联 1 按发热条件选择 工厂二级负荷容量共 503kVA 及室外环境温度 A 7 27kV 5 103 503 30 kVAI 为 35 查表 初选 LJ 16 其 35 时的 满足发热条件 30 5 93IAIal 2 校验电压损耗 由表查得缆芯为的铝绞线的 按线间几何 2 16mmkmR 07 2 0 kmX 38 0 0 均距 0 8m 计 又 线路长度kWkWP 1 384 184 1 200 30 kvar 4 150var 8 86 6 63 30 kQ 按 4km 计 因此按式 3 9 得 V9 340 kV10 438 0 var 4 150407 2 1 384 kkW U 满足允许电压损耗 5 的要 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 54 310010000 9 340 al UVVU 求 3 短路热稳定度校验 因为邻近某 60 10 5kV 变电所电源 10 5kV 侧的短路数据不知 因此该联络线的短 路热稳定度校验计算无法进行 只有暂缺 综合以上所选电机修造厂变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表 3 9 所示 表 3 9 电机修造厂变电所进出线和联络线的型号规格 线路名称导线或电缆的型号规格 35kV 电源进线LJ 35 铝绞线 三相三线架空 至 1 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 至 2 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 至 3 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 至 4 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 至 5 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 至 6 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 至 7 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 至 8 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 至 9 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 至 10 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 10kV 高压 出线 至 11 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 至 12 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 至 13 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 至 14 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 至 15 号厂房YJL22 10000 3 300 1 150 四芯电缆 直埋 10kV 高压 出线 至塑料制品厂3 LJ 50 1 LJ 35 三相四线架空 与邻近 35 10kV 变电所 10kV 联络线LJ 16 铝绞线 三相三线架空 3 83 8 变电所二次方案的选择与继电保护变电所二次方案的选择与继电保护 3 8 13 8 1 高压断路器的操动机构控制与信号回路高压断路器的操动机构控制与信号回路 断路器采用手力操动机构 其控制与信号回路如图 3 9 所示 图 3 10 手动操作的断路器控制和信号回路 WC 控制小母线 WS 信号小母线 GN 绿色指示灯 RD 红色指示灯 R 限流电阻 YR 跳闸线圈 脱扣器 KM 继电保护出口接触器 QF1 6 断路器 QF 的辅助触点 QM 手动操作机构辅助触点 3 8 23 8 2 变电所的电能计量回路变电所的电能计量回路 变电所 35kV 进线侧装设专用计量柜 装设三相有功电度表和无功电度表 分别计 量全厂消耗的有功电能和无功电能 并据以计算每月工厂的平均功率因数 计量柜由 上级供电部门加封和管理 3 8 33 8 3 变电所的测量和绝缘监察回路变电所的测量和绝缘监察回路 变电所 35kV 侧母线装有电压互感器 避雷器柜 其中电压互感器为 3 个 JDJJ2 35 型 组成 开口三角 的结线 用以实现电压测量和绝缘监察 00 YY 作为备用电源的高压联络线上 装有三相有功电度表 三相无功电度表和电流表 高压进线上 亦装有电流表 10kV 侧的出线上 均装有有功电度表和无功电度表 10kV 侧母线装有电压互感器 避雷器柜 其中电压互感器为 2 个 JDJ 10 型 用以实现电压测量和绝缘监察 仪表 的准确度等级按规范要求 3 8 43 8 4 变电所的保护装置变电所的保护装置 1 进线侧线路的继电保护 装设定时限过电流保护 采用 GL15 型感应式过电流继电器 三相三继电器式结线 见图 3 10 其工作原理为 当一次电路发生相间短路时 电流继电器 KA 瞬时动作 闭合其触点 使时间继电器 KT 动作 KT 经过整定的时限后 其延时触点闭合 使串联 的信号继电器 电流型 KS 和中间继电器 KM 动作 KS 动作后 其指示牌掉下 同时 接通信号回路 给出灯光信号和音响信号 KM 动作后 接通跳闸线圈 YR 回路 使断路 器 QF 跳闸 切除短路故障 QF 跳闸后 其辅助触点 QF1 2 随之切断跳闸回路 在短路 故障被切除后 继电保护装置除 KS 外的其他所有继电器均自动返回起始状态 而 KS 可手动复位 图 3 10 变电所进行侧线路定时限过电流保护的原理电路图 过电流保护动作电流的整定 利用式 3 10 3 10 max L ire wrel op I KK KK I 其中 AAkVkVAII TNL 2081042353630022 1max 因此动作电流为 2 1 rel K1 w K8 0 re K405200 i K A8 7208 408 0 12 1 AIop 整定为 8A 只能为整数 且不能大于 10A op I 过电流保护动作时间的整定 定时限过电流保护其动作时限 利用时间继电器 DS 型 来整定 因为题目知区 域变电站 220 35kV 馈电线的过电流保护整定时间 所以电机修造厂变电sstop22 0 所进线侧线路的定时限过电流保护时间 t 由于不知区域变电站馈电线采用ttop 的是定时限过电流保护 还是反时限过电流保护 我在这里假设为反时限过电流保护 所以 t 2s 0 7s 1 3s 所以时间整定为 1 3s 过电流保护灵敏系数的检验 利用式 3 11 3 11 5 1 2 min opi kw p IK IK S 其中 1 w K kAkVkVkAKII Tkk 8 21035 3 11866 0 2 2min 因此其保护灵敏系数为 AAKKII wiopop 3601 409 1 1 58 7360 2800 AASp 满足灵敏系数 1 5 的要求 2 主变压器的继电保护装置 装设瓦斯保护 其接线图见图 3 11 其保护原理如下 当变压器内部发生轻微故障 轻瓦斯 时 瓦斯继电器 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 重瓦斯 时 KG 的 下触点 KG3 4 闭合 通常是经中间继电器 KM 动作于断路器 QF 的跳闸机构 YR 同时通 过信号继电器 KS 发出跳闸信号 但 KG3 4 闭合 也可以利用切换片 XB 切换 使 KS 线 圈串接限流电阻 R 动作于报警信号 由于瓦斯继电器下触点 KG3 4 在重瓦斯故障时可能有 抖动 接触不稳定 的情 况 因此为了使跳闸回路稳定地接通 断路器能足够可靠地跳闸 这里利用中间继电 器 KM 的上触点 KM1 2 作 自保持 触点 只要 KG3 4 因重瓦斯动作一闭合 就使 KM 动作 并借其上触点 KM1 2 的闭合而自保持动作状态 同时其下触点 KM3 4 也闭合 使断路器 QF 跳闸 断路器跳闸后 其辅助触点 QF1 2 断开跳闸回路 以减轻中间继电 器触点的工作 而其另一对辅助触点 QF3 4 则切断中间继电器 KM 的自保持回路 使中 间继电器返回 图 3 11 变压器瓦斯保护的接线图 装设联差动保护 其原理图 接线图见图 3 12 3 13 其保护原理如下 在变压器正常运行或差动保护的保护区外发生短路时 TA1 TA2 TA3 的二次电流与 TA4 TA5 TA6 的二次电流相等或近似相等 则流入继电 器 KD 的电流 0 继电器 KD 不动作 当差动保护的保护区内发生短路时 对于单 KA I 端供电的变压器来说 则 TA4 TA5 TA6 的二次电流等于 0 则等于 KA I TA1 TA2 TA3 的二次电流 超过继电器 KD 所整定的动作电流 使 KD 瞬时动作 dop I 然后通过出口继电器 KM 使断路器 QF 跳闸 切除短路故障 同时通过信号继电器 KS 发 出信号 由于变电所的主变压器采用 Yd11 联结组 这就造成变压器两侧电流在 30 的 相位差 因此 虽然可通过恰当选择变压器两侧电流互感器的变流比 使互感器二次 电流相等 但由于这两个电流之间存在 30 相位差 从而在差动回路中仍然有相当打 的不平衡电流 为互感器二次电流 为了消除差动回路中的这一不平 2 268 0 IIdsp 2 I 衡电流 因此将装设在变压器星型联结一侧的电流互感器接成三角形联结 而将装 dsp I 设在变压器三角形联结一侧的电流互感器接成星型联结 如此连接进行相位差的相互 补偿后 即可消除差动回路中因变压器两侧电流相位不同而引起的不平衡电流 图 3 12 变压器纵联差动保护的原理电路图 图 3 13 Yd11 联结变压器的纵联差动保护接线 差动保护配置 装设三个 BCH 2 型差动继电器和高压侧三个变比为 200 5 的电流互感器 低压侧 装设三个 800 5 的电流互感器 整定计算 算出变压器各侧额定电流 选出电流互感器和确定其二次回路额定电流 计算结 果见表 3 10 表 3 10 变压器各侧额定电流及互感器选择 各侧数值 序号数值名称 35kV 侧10kV 侧 1 变压器各侧额定电流 A 104 353 6300 364 103 6300 2 电流互感器接线方式 Y 3 选择电流互感器一次电流的计算值 A 1801043 364 4 电流互感器变比 200 5 40800 5 160 5 电流互感器二次回路额定电流 A 5 4 40 1043 28 2 160 364 由表 3 10 中可看出 35kV 侧电流互感器的二次回路额定电流大于 10kV 侧 因此 35kV 侧为基本侧 第 侧 计算保护装置 35kV 侧的一次动作电流 按躲过最大不平衡电流条件 max ktxrelop IfUfKKI 1 3 1 0 1 0 05 0 05 5240A 136A 其中为可靠系数 取 1 3 为电流互感器同型系数 型号相同时取 0 5 KrelKtx 型号不同时取 1 0 为电流互感器允许最大相对误差 取 0 1 为变压器调压侧f U 调压所引起的相对误差 取调压范围的一半 为由于继电器实用匝数与计算匝数不 f 等而引起的相对误差 初选时先选中间值 0 05 最大值为 0 091 为最大外部短 max k I 路电流周期分量 按躲过励磁涌流条件 AII rTop 1351043 13 1 其中为变压器基本侧额定一次电流 rT I 按躲过电流互感器二次回路断线条件 AII fhop 1621042 13 13 1 max 其中为正常运行时变压器的最大负荷电流 取为 1 2 1 3 max fh I TN I 1 因此 应该按躲过电流互感器二次回路断线条件 选用 35kV 侧一次动作电流 AIop162 确定线圈接法及匝数 平衡线圈 分别接于 35kV 及 10kV 侧 基本侧 35kV 二次动作电流 A n IK I TA opjx Kop 05 4 40 1621 基本侧 35kV 的计算匝数 匝81 14 05 4 60 0 Kop c I AW W 选择基本侧的实用匝数 匝15 sy W 其中差动线圈实用匝数 平衡线圈 实用匝数匝14 syc W匝1 syph W 在实用匝数下 35kV 侧继电器动作电流为 A W AW I sy Kop 29 4 14 60 0 确定 10kV 侧继电器平衡线圈的匝数 匝61 1514 28 2 5 4 15 syc r r sycph W I I WW 确定继电器平衡线圈 实用匝数为匝 16 syph W 计算由于实用匝数与计算匝数不等而产生的相对误差 f 0132 0 1461 15 1661 15 syccph syphcph WW WW f 因为 0 05 且相差很小 故不需核算动作电流 f 计算最小灵敏系数 变压器 10kV 侧两相短路时变压器 35kV 侧流入继电器的电流 kA kVkVkA n I I TA k Kcd 12 0 40 1035 3 11866 0 33 其中为最小运行方式下 10kV 母线两相短路 归算到 35kV 侧的短路电流 k I 35kV 侧继电器动作电流 A WW AW I sycsyph Kop 2 1416 60 0 计算最小灵敏系数 260 2 120 min Kop Kcd sen I I K 故最小灵敏系数满足要求 3 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 装设反时限过电流保护 采用 GL15 型感应式过电流继电器 两相两继电器式结线 去分流跳闸的操作方式 过电流保护动作电流的整定 利用式 3 10 3 10 max L ire wrel op I KK KK I 其中 取 30max 2IIL AAI 6 92 4 1546 0 30 3 1 rel K1 w K8 0 re K 因此动作电流为 325160 i K AAIop4 9 6 922 328 0 13 1 整定为 9A 过电流保护动作时间的整定 按终端保护考虑 动作时间整定为 0 5s 过电流保护灵敏系数 因无邻近某 35 10kV 变电所 10kV 母线经联络线至本厂变 电所 10kV 母线的短路数据 无法检验灵敏系数 只有从略 4 变电所 10kV 侧的保护装置 10kV 侧总开关和 10kV 出线均采用 SN10 10 1000 型高压少油断路器 其采用手 力操动机构 其控制与信号回路如图 3 10 所示 3 93 9 变电所的防雷保护与接地装置的设计变电所的防雷保护与接地装置的设计 3 3 9 19 1 变电所的防雷保护变电所的防雷保护 1 直击雷防护 在变电所屋顶装设避雷针或避雷带 并引出两根接地线与变电所公共接地装置相 连 由于变电所有露天配电装置 应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针 其装 设高度应使其防雷保护范围包括整个变电所 按规定 独立避雷针的接地装置接地电 阻 通常采用 3 6 根长 2 5m 50mm 的钢管 在装避雷针的杆塔附近作一 10 E R 排或多边形排列 管间距离 5m 打入地下 管顶距地面 0 6m 接地管间用 40mm 4mm 的镀锌扁钢焊接相连 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 1 1 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 在 35kV 架空进行上 架设 1 2kM 的避雷线 以消除近区进线上的雷击闪络 避 免其引起的雷电侵入波对变电所电气装置的危害 2 雷电侵入波的防护 在 35kV 电源进线的终端杆上装设 FZ 35 型阀式避雷器 引下线采用 25mm 4mm 的镀锌扁钢 下与公共接地网焊接相连 上与避雷器接地端螺栓连接 在 35kV 高压配电室内装设有 JYN1 35 102 型开关柜 其中配有 FZ 35 型避雷器 靠近主变压器 主变压器主要靠此避雷器来保护 防护雷电侵入波的危害 在 10kV 高压配电室内装设有 GG 1A F 55 型开关柜 其中配有 FS4 10 型避雷器 主要保护 10kV 侧出线上的各种一次设备 3 3 9 29 2 变电所公共接地装置的设计变电所公共接地装置的设计 1 接地电阻的要求 按资料上的表 此变电所的公共接地装置的接地电阻应满 足以下条件 10 E R 5 1220250250AVIVR EE 式中 A kmkmkVllU I cabohN E 20 350 4356035 350 35 由于题目没有给出 35kV 电网中架空线路和电缆线路总长度 所以我假设 35kV 电网 中架空线路总长度为 60km 35kV 电网中电缆线路总长度为 4km oh l cab l 因此公共接地装置接地电阻 10 E R 2 接地装置的设计 单根垂直管形接地体的接地电阻 40 5 2 100 1 m m l RE 采用长 2 5m 50mm 的钢管 14 根 沿变电所三面布置 管距 5mm 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 变电所的变压器室有 两条接地干线 35kV 10kV 配电室各有一条和两条接地干线与室外公共接地装置焊接 相连 电容器室有两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 变电所接地装置平面布置图如图 3 15 所示 接地电阻的验算 40 4 65 0 14 40 1 n R R E E 满足的接地电阻要求 式中 0 65 在资料中查表近似地选取 10 E R 图 15 电机修造厂总降压变电所接地装置平面布置图 第四章结 论 我做的是某电机修造厂全厂总降压变电所及配电系统的设计 通过这次毕业设计 我加深了对工厂供电知识的理解 基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤 象总 降压的设计 我进行课题分析 查资料 进行设计 整理说明书到最后完成整个设计 作为大学阶段一次重要的学习经历我感觉自己受益非浅 同时深深的感觉的自己的学 习能力在不断提高 一个月的时间就这样匆匆的过去了 再指导老师我经过多少个白 天 黑夜 我刻苦研究 这次设计使我对工厂供电有了新的认识 对总降压变电所的设计由一无所知到现 在的一定程度的掌握 起到了非常重要的作用 对陆成贵平老师的关心 指导有感于 心 事实上这次设计对我们的锻炼是多方面的 除了对设计过程熟悉外 我们还进一 步提高了作图 说明书编辑 各种信息的分析 对 WORD 文档的使用等多方面的能力 电机修造厂变电所的设计已经按照设计原则要求设计完了 虽然能够满足设计任 务书的要求 但是笔者认为还要提高和改进的地方还有很多 比如说在变电所微机保 护和综合自动化 电气安全 节能等方面还有很多需要以后补充和提高的地方 在细 节方面 还有许多需要精雕细琢的地方 这次没有能够深入下去 希望以后有机会能 够进一步 笔者认为变电所设计以后的发展方向应该是朝着微机综合自动化发展的 变电站 微机综合自动化可实现继电保护 电网安全监控 电量和非电量监测 设备参数自动 调整 中央信号 电压无功综合控制 电能自动分时统计 事故跳闸过程参数自动记 录 事件按时排序 事故处理提示 快速处理事故 微机控制免维护直流电源供电和 微机运行一体化功能 实现变电所无人值班 这方面在国外现在发展得已经相当的成 熟了 而我国虽然虽然也发展了几十年了 但是现在还是没有普遍应用开来 造成我 国变电所微机综合自动化发展缓慢的主要原因是该系统价格较高 只要大型的变电所 才有条件安装 以后需要解决的问题就是要设法降低其投资额 以便应用在小型的变 电所中 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿 蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁