铸造厂总降压变电所及厂区设计.doc

1 36 摘要摘要 电力业对我国社会主义建设工农业生产和人民生活影响很大 因此 提高电力系统的可靠性 保证 安全供电是从事电力设计的重要任务 变电站是电力系统不可或缺的重要环节 对电网的安全和经济运 行起着举足轻重的作用 它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务 变电站不仅是实现自动化的重 要基础之一 也是满足现代化供电的实时 可靠 安全 经济运行管理的需要 更是电力系统自动化 EMS 和 DMS 的基础 降压变电所是电力系统中非常重要的一部分 它的存在可以保证供电系统的正常运行及供电的可靠 性 它还对供电质量起着决定性作用 变电所由主接线 主变压器 高 低压配电装置 继电保护和控制系统 所用电和直流系统 远动 和通信系统 必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成 其中 主接线 主变压器 高低压配电装 置等属于一次系统 继电保护和控制系统 直流系统 远动和通信系统等属二次系统 主接线是变电所 的最重要组成部分 它决定着变电所的功能 建设投资 运行质量 维护条件和供电可靠性 一般分为 单母线 双母线 一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式 主变压器是变电所最重要的设备 它 的性能与配置直接影响到变电所的先进性 经济性和可靠性 一般变电所需装 2 3 台主变压器 330 千 伏及以下时 主变压器通常采用三相变压器 其容量按投入 5 10 年的预期负荷选择 此外 对变电所 其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求 变电所继电保护分系统保护 包括输电线路和 母线保护 和元件保护 包括变压器 电抗器及无功补偿装置保护 两类 关键词 关键词 35KV 降压变电所降压变电所 继电保护继电保护 设计设计 2 36 目录目录 第一章 概论 7 1 1 工厂供电的意义和要求 7 1 2 工厂供电设计的要求和原则 7 1 3 设计内容及步骤 8 第二章 高压供电系统设计 9 第一节 主接线的原则 9 2 2 工厂变电所主接线的基本要求 10 第二节 铸造厂供用电情况分析 10 第三节 供电系统方案的选择与确定 10 2 3 1 主接线方案的技术指标 11 2 3 2 主接线方案的经济指标 11 2 3 3 供电方案的拟定 11 2 3 4 技术指标计算 12 2 3 5 经济计算 16 2 3 6 确定方案 18 第三章 总降压变电所的设计 18 第一节 电气主接线的设计 18 第二节 工厂负荷计算及无功补偿 19 3 2 1 工厂的计算负荷 19 3 2 2 功率补偿 20 第三节 短路电流计算 21 3 3 1 短路点的确定 21 3 2 2 短路电流计算 23 3 3 3 短路电流计算结果表 26 第四节 主要电气设备的选择 26 3 4 1 一次设备按其功能来分 可分为以下几类 26 3 4 2 35KV 侧高压电器设备的选择 27 3 4 3 10KV 侧电气设备的选择 33 第五节 配电装置设计 35 3 5 1 配电所的任务 35 3 5 2 高压配电所的设计原则及要求 36 3 5 3 配电装置确定 36 第六节 继电保护系统设计 37 3 6 3 高压线路的继电保护 38 3 6 4 电力变压器的继电保护 40 第七节 防雷与接地设计 42 3 7 1 过电压的概念及形式 42 3 7 2 防雷设计 42 3 7 3 接地 43 致 谢 44 参考文献 45 3 36 第一章第一章 概论概论 1 1 工厂供电的意义和要求工厂供电的意义和要求 基本要求 1 安全 供电系统在发电 输电 配电的过程中必须保证人和设备安全 避免发生事故 2 可靠 为保证重要地区用电场所的安全稳定供电 供电系统应满足为用户可靠供电的要求 3 优质 供电系统要做到为用电部门提供电压和频率等质量的电能的要求 4 经济 供电系统保证安全 可靠 优质的基础的同时还应尽可能的减少投资及运行费用尽可能地 节约电能和有色金属的消耗量 此外供电部门既要做到合理地处理局部和全局 当前和长远等关系 照顾好局部的当前的利益 又 要有全局观点 能顾全大局 适应发展 才能保证做好供电工作 1 2 工厂供电设计的要求和原则工厂供电设计的要求和原则 1 工厂供电设计必须遵守国家的相关法令 标准和规范 执行国家的有关方针 政策 以保证做到 节约能源 节约有色金属等经济政策 2 工厂供电设计必须从全局出发 统筹兼顾 按照不同的负荷性质 用电容量 工程特点和地区供 电条件 合理确定不同的设计方案 3 工厂供电设计要做到安全 可靠 经济 优质 应采用符合国家现行有关标准的效率高 能耗低 性能先进的电气设备 工厂供电设计必须从全局出发 统筹兼顾 按照负荷性质 用电容量 工程特点 和地区供电条件 合理确定设计方案 4 工厂供电设计应根据工程特点 规模和发展规划 正确处理近期建设和长远发展的关系 做到 远近期结合 以近期为主 适当考虑扩建的可能性 关于负荷性质 按照 GB50052 95 供电系统设计规范 规定 根据电力负荷对供电可靠性的要求及 中断供电在政治 经济上造成的损失或影响程度 电力负荷分为以下三个等级 1 一级负荷 中断供电将造成人身伤亡 将在政治 经济上造成重大损失者 例如重要交通枢 纽 大型体育场等 2 二级负荷 中断供电将在政治 经济上造成较大损失者 例如主要设备损坏 大量产品报废 重点企业大量减产等 例如交通枢纽 通信枢纽等用电单位中的重要负荷 3 三级负荷 不属于一 二级的电力负荷 对于一级负荷和二级负荷 因为其再政治经济上的特殊性 应该有两个供电电源 当一个电源发生 故障时 另一个电源不应同时受到损坏 一级负荷中特别重要的负荷 除有两个电源供电外 尚应增设 应急电源 并严禁将其它负荷接入应急供电系统 对于二级负荷 应该有两回路供电 在负荷较小或地区供电条件困难时 二级负荷可由一回路 6KV 及以上专用架空线或电缆线供电 当采用架空线时候 可为一回路架空线供电 当采用电缆线时 当由 两根电缆组成的线路供电 其每根电缆应能承受 100 的二级负荷 4 36 1 3 设计内容及步骤设计内容及步骤 全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 经济的分配电能问题 其基本内容有以 下几方面 1 负荷计算 全厂总降压变电所的负荷计算 是在车间负荷计算的基础上进行的 考虑车间变电所变压器的功率 损耗 从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数 列出负荷计算表 表达计算成果并选 择功率补偿装置进行功率补偿 2 工厂总降压变电所主结线设计 根据变电所配电回路数 负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数 确定变电所高 低接线方式 对它的基本要求 即要安全可靠有要灵活经济 安装容易维修方便 3 工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择 参考电源进线方向 综合考虑设置总降压变电所的有关因素 结合全厂计算负荷以及扩建和备用的 需要 确定变压器的台数和容量 4 厂区高压配电系统设计 根据厂内负荷情况 从技术和经济合理性确定厂区配电电压 参考负荷布局及总降压变电所位置 比较几种可行的高压配电网布置放案 计算出导线截面及电压损失 由不同放案的可靠性 电压损失 基建投资 年运行费用 有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值 择优选用 按选定配电系统作 线路结构与敷设方式设计 用厂区高压线路平面布置图 敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算 书表达设计成果 5 工厂供 配电系统短路电流计算 工厂用电 通常为国家电网的末端负荷 其容量运行小于电网容量 皆可按无限容量系统供电进行 短路计算 由系统不同运行方式下的短 路参数 求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流 6 变电所高 低压侧设备选择 参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值 选择变电所高 低压侧电器设备 如 隔离开关 断路器 母线 电缆 绝缘子 避雷器 互感器 开关柜等设备 并根据需要进行热稳定和 力稳定检验 用总降压变电所主结线图 设备材料表和投资概算表达设计成果 7 继电保护及二次结线设计 为了监视 控制和保证安全可靠运行 变压器 高压配电线路移相电容器 高压电动机 母线分段 断路器及联络线断路器 皆需要设置相应的控制 信号 检测和继电器保护装置 并对保护装置做出整 定计算和检验其灵敏系数 设计包括继电器保护装置 监视及测量仪表 控制和信号装置 操作电源和控制电缆组成的变电所 二次结线系统 用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果 35kv 及以上系统 尚需给出二次回路的保护屏和控制屏屏面布置图 8 变电所防雷装置设计 5 36 参考本地区气象地质材料 设计防雷装置 进行防直击的避雷针保护范围计算 避免产生反击现象 的空间距离计算 按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号 并确定其接线部位 进 行避雷灭弧电压 频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地 电阻计算 第二章第二章 高压供电系统设计高压供电系统设计 第一节第一节 主接线的原则主接线的原则 2 1 变配电所主接线的选择原则变配电所主接线的选择原则 主接线图即主电路图 是表示系统中电能输送和分配路线的电路图 亦是一次电路图 而用来控制指 示检测和保护一次设备运行的电路图 则称二次电路图 或二次接线图 通称二次回路 二次回路是通 过电流互感器饿电压互感器与主电路相联系的 2 2 工厂变电所主接线的基本要求工厂变电所主接线的基本要求 1 安全 符合有关国家标准和技术规范的要求 能充分保证人身和设备的安全 2 可靠 应满足电力负荷特别是期中一二级负荷对供电系统的可靠性的要求 3 灵活 应能适应必要的各种运行方式 便于切换操作和检修 且适应符合的发展 4 经济 在满足上述要求的前提下 应尽量是主接线简单 投资少 运行费用低 并节约电能和有 色金属消耗量 第二节第二节 铸造厂供用电情况分析铸造厂供用电情况分析 高压供电系统的设计要以安全 可靠运行为原则 同时兼顾运行的经济性和灵活性 以此 主接线 的正确 合理设计 必须综合处理各个方面的因素 经过技术 经济论证比较后方可确定 本变电所有 两路电源 正常运行时候一路运行一路备用 1 6 车间为长期连续负荷 要求不间断供电 停电时间 超过 2 分钟将造成产品报废 停电时间超过半小时 主要设备将受到损坏 故这 6 个车间定为 级负荷 全厂停电将会造成十分严重的经济损失 本厂为三本工作制 全年工作小时数为 8760 小时 最大负荷利 用小时数为 5600 小时 另外 备用电源由 B 变电站引入 要求只有在工作电源停止供电时候才允许备用 电源供电 实行两部电价 基本电价 工厂总降压变电所变压器总容量 10 元 kVA 月 电能电价 按工作所在地工业电价计算 6 36 第三节第三节 供电系统方案的选择与确定供电系统方案的选择与确定 设计变配电所的主接线 应按照所选主变压器的台数和容量以及负荷对供电可靠性的要求 初步确 定 2 到 3 个比较合理的主接线方案来进行技术经济比较 择其优着确定变配电所的主接线方案 2 3 1 主接线方案的技术指标主接线方案的技术指标 1 供电的安全性 主接线方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况 2 供电的可靠性 主接线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应方面的情况 3 供电的电能质量主要是指电压质量 包括电压偏差和电压波动等情况 4 运行的灵活性和运行维护的方便性 5 对变配电所今后增容扩建的适应性 2 3 2 主接线方案的经济指标主接线方案的经济指标 1 线路和设备的综合投资额 包括线路和设备自身的价格 运行费 管理费 基建安装费等 可按 照当地电气安装部门的规定计算 2 变配电系统的年运行费用 包括线路哥设备的折旧费 维修管理费和电能损耗费等 线路哥设备 的折旧费和维修管理费 通常都取为线路和设备综合投资的一个百分数 而电能损耗费 则根据线路和 变压器的年电能损耗计算 总的年运行费即为以上线路变压器折旧费 维修费与年能损耗费之和 3 供电贴费 有关法规还规定申请用电 用户必须向相关供电部门一次性地缴纳供电贴费 4 线路上的有色金属消耗量 指导线和电缆的有色金属耗用的重量 2 3 3 供电方案的拟定供电方案的拟定 该厂供电电源可由 35KV 高压线和 10KV 高压线提供 可作出三种供电电源设计方案 1 电源及备用电 源均由 35KV 高压线提供 2 电源及备用电源均由 10KV 高压线提供 3 电源由 35KV 高压线提供 10KV 高压线 作为备用电源 因供电系统的基本要求是安全 可靠 经济 优质 所以在设计过程要对三种方案综合 考虑 在安全可靠的基础上选择最经济的方案 方案一 工作电源与备用电源均采用 35KV 电压供电 在这个方案中总降压变电所内装设两台主变压 器 工厂总降压变电所的高压侧接线方式可采用单母线分段接线和内桥接法 通过经济技术比较可知内 桥接线优于单母线分段接线 故采用内桥接线作为本方案的接线方式 方案的优缺点分析 优点 供电电压高 线路功率损耗小 电压损失小 调压问题容易解决 要求的功率因数低 所需 的功率补偿容量小 可减少投资 供电的安全稳定性高 缺点 工厂内要设有总降压变电所 占用的土地面积较大 降压变电所要装有两台主变压器 投资 7 36 及运行费用较高 方案二 工作电源和备用电源均采用 10KV 高压线供电 两路电源进线均采用断路器控制 方案的优缺点分析 优点 工厂内不设主变压器 可以简化接线 降低了投资及运行费用 工厂内不设降压变电所可以 减少土地占有面积 减少工作人员及运行维护工作量 缺点 供电电压低 线路的功率损和电压损耗大 要求的功率因数大 需要补偿的无功补偿容量大 补偿装置的费用会增加 工厂内设总配电所 供电的稳定性不如 35KV 方案三 供电电源采用 35KV 供电电源供电 装设一台主变压器 用架空线引入降压变电所 10KV 作为备用电源 10KV 经过降压变后接在 10KV 的一段配电母线上 10KV 接在另一段配电母线上 方案的优缺点分析 优点 本方案的经济技术指标介于方案一和方案二之间 由于原始资料要求正常供电时只用一路供 电 出现故障时方用备用电源 备用电源供电时间较少 因此该方案既能满足供电的安全可靠性又可降 低投资及维护费用 2 3 4 技术指标计算 技术指标计算 经过计算可以得到全厂的计算负荷为 4735 24kw 根据供电需求 在正常情况下只有一路电源工作 另一路作为备用电源 本方案选用 5000KVA 的油浸式变压器两台 型号为 SJL1 5000 35 电压为 35 10KV 查表可得变压器的主要技术参数为 空载损耗 短路损耗 9 6 KW oKWk45 阻抗电压 空载电流7 U1 1 oI 变压器的有功功率损耗 Pb nP0 Pk Sjs Sbe 2 n n 为变压器台数 Sjs 4734 24KVA Sbe 5000KVA 已知 n 2 经过计算可得变压器的有功功率损耗为 KWPb54 变压器的无功功率损耗 KVarSjbSjsSbeUknSbeInQb4242 100 1 100 o 一台变压器运行的有功功率损耗为 kwPPb47 o 一台变压器运行的无功功率损耗为KVarQb3695000 100 1 1 35KV 线路的功率 Pjs PjsKWpPb45699 6544522 o Qjs QjsKVarQb17745542414055000100 1 1 SjsKVAQjsPjs49012 2 8 36 Ijs SjsAUe 9 80 353 49013 35KV 线路的功率因数 Cos93 0 4901 4569 SjsPjs 电流流过导线时候要产生电能损耗 使导线发热 裸导线的温度过高时会使接头处得氧化加剧 增 大接触电阻 使之进一步氧化 如此恶性循环最终可能导致短线 为了保证供电系统的正常稳定节能工 作 通过导线的最大的最大电流不能大于导线的载流量 为保证供电系统安全可靠优质经济的运行 根据国家电线技术的有关规定 选择导线和电缆界面时 候必须满足以下条件 1 发热条件 导线和电缆在通过正常最大度和电流即计算电流时产生的发热温度不应该超过正常运 行时允许的最高允许温度 2 电压损耗条件 导线和电缆在通过正常最大负荷电流产生的电压损耗 不应该超过正常运行时候 允许的电压损耗 对于工厂内较短的电压线路 可不进行电压损耗校验 3 经济电流密度 35kv 及以上的高压线路及 35KV 以下的长距离 大电流线路例如较长的电源进线 和电弧炉的短网进线 其导线截面宜按照经济电流密度选择 以使年运行费用最低 工厂内 10KV 及以下 的线路通常不按照经济电流密度进行选择 4 机械强度 导线截面不应小于其最小允许截面 对于电缆 不必校验其机械强度 但需要校验 其短路热稳定度 母线则应校验其短路的动稳定度和热稳定度 根据以上条件 经过查表 35KV 线路选用 LGJ 35 钢芯铝绞线架设 几何均距确定为 2 5 米 查表 得 r 0 85 x 0 35km km 电压损失计算 由于线路存在着阻抗 所以通过负荷电流时要产生电压损失 一般线路的允许电压损失不超过 5 对线路的额定电压 如果线路的电压损耗超过允许值 应适当加大导线截面 使其满足允许电压损 耗的要求 方案一 供电电源电压损失 1 1 01 0 1UeLQjsXLPjsRU 0 85 4569 5 0 417 1774 5 35 0 64KV L1 5Km 电压损失合格KVU75 1 5351 备用电源电压损失 1 2 02 0 2UeLQjsXLPjsRU 0 85 4569 7 0 35 1774 7 35 0 90Kv 电压损失合格KvU75 1 5352 9 36 方案二 根据计算得到全厂计算负荷为 4735 24KVA 10KV 线路上的计算电流为 Ijs Sjs 273A 23Ue 功率因数为 COS 0 95SjsPjs 根据发热条件 10KV 线路选用 LGJ 70 钢芯铝绞线架设 几何均径确定为 1 5 米 查表得 r 0 46 x 0 365Km Km 电压损失 2 00 1UelQjsXLPjsRU 0 46 45225 0 365 1405 5 10 1 3KV 同理可得 2 2020UeLQjsXLPjsR 0 46 4522 7 0 365 1405 7 10 3 2KV 方案二不满足电压损失要求 KVUU5 0 51012 方案三 根据计算全厂计算负荷为 4735 24KVA 厂内总降压变电所设主变压器一台 其相关数据为 空载损耗 短路损耗为 9 60KWP KWPk45 阻抗电压 Uk 7 空载电流 I0 1 1 变压器的有功功率损耗 nSbeSjsPpnPb 2 o 已知 n 1 Sjs 4735 24KVA Sbe 5000KVA 所以 69 45 4735 24 5000 2 Pb 47KW 变压器的无功功率损耗为 2 100 1 100 SjbSjsSbeUnSbeInQb o 1 1 1 100 5000 1 7 100 5000 4735 24 5000 2 369KVar 35KV 线路的功率因数为 93 0 SjsPjsCOS 根据国家电线产品技术标准的相关规定 经过查表 35KV 线路选用 LGJ 35 钢芯铝绞线架设 几何 均距确定为 2 5m 查表得 10 36 r 0 85 X 0 35 km km 电压损失计算 L 5 1 1 01 0 1UeLQjsXLPjsRU 0 85 45695 0 351 7745 35 0 64KV 电压损失合格KVU75 1 5351 10KV 备用电源仅用于一级负荷供电 经过计算可得一级负荷的计算负荷为 3868 5KVA 10KV 线路的 计算电流为 AUeSjsIjs35 2233 根据发热条件选用 LGJ 120 钢芯铝绞线架设 几何均距确定为 1 5m 查表得 r 0 27 km x 0 335km 电压损失为 2 2 02 0 2UeLQjsXLPjsRU 0 27 3724 7 0 3351 047 67 7 10 0 95KV KVU5 0 5102 但是考虑到是作为备用电源 不是经常使用 还是基本满足要求 通过提高供电侧的电压还可以得 以改善 2 3 5 经济计算 经济计算 方案一的基建投资方案一的基建投资 设备名称型号规格单价 万元 数量综合投资 电力变压器 SJL1 5000 357 00214 00 线路投资 LGJ 351 005 712 00 高压断路器 SW2 25 10002 0636 18 电压互感器 JDJJ 35 FZ 350 9221 84 附加投资 PbLrI 001 0 2 3 1000 元 kw 137 4513 745 合计 47 745 11 36 方案一的年运行方案一的年运行 项目计算标准金额 万元 线路折旧费按照线路投资的 4 计算 0 48 线路维护费按照线路折旧标准计算 0 48 变电设备维护费按照综合投资的 6 计算 1 32 变电设备折旧费按照综合投资的 6 计算 1 32 线路电能损耗 3 80 920 85 5 5600 Fx 0 05 10 7 2 34 变压器电能损耗 2 6 9 8760 45 4985 5000 Fb 2 5600 0 05 10 7 1 85 基本电价费用5000 12 4 10 4 24 00 合计 31 79 方案三的基建费用方案三的基建费用 设备名称型号规格单价 万元 数量综合投资 电力变压器 SJL1 5000 357 0017 00 线路投资 LGJ 35 LGJ 1201 00 1 035 714 45 高压断路器 SW2 25 10002 0612 06 电压互感器 JDJJ 35 FZ 350 9210 92 附加投资 PbLrI 001 0 2 3 1000 元 kw 130 4513 045 合计 37 475 12 36 方案三的年运行费用方案三的年运行费用 项目计算标准金额 万元 线路折旧费按照线路投资的 4 计算 0 58 线路维护费按照线路折旧标准计算 0 58 变电设备维护费按照综合投资的 6 计算 0 6 变电设备折旧费按照综合投资的 6 计算 0 6 线路电能损耗 3 80 920 85 5 5600 Fx 0 05 10 7 2 34 变压器电能损耗 6 9 8760 45 Fb 4985 5000 25600 0 05 10 7 1 55 基本电价费用5000 12 4 10 4 24 00 合计 30 25 两种方案的经济比较两种方案的经济比较 方案 费用 方案一方案三差价 基建费用 47 74537 47510 运行费用 31 7930 251 54 2 3 6 确定方案确定方案 通过对三种方案的技术经济计算可得出以下结论 方案一 方案可靠 运行灵活 线路损失小 但是要装设两台主变压器和三台断路器 投资巨大 方案二 工作电源及备用电源均采用 10KV 线路 无需装设主变压器 但是线路损失太大 无法保证 一级负荷长期运行的正常供电 故排除 13 36 方案三 正常运行时 线路损失小 电压损失低 能满足一级负荷长期运行的供电要求 当 35KV 线 路出现故障进行检修时 10KV 线路进行供电 这时候线路损失大 但是考虑到供电时间短 且这种情况很 少出现 综合安全可靠经济的考虑 方案三比方案一少一台主变压器和两台 35KV 断路器 故方案三最适 合作为供电方案 第三章 总降压变电所的设计 第一节第一节 电气主接线的设计电气主接线的设计 通过经济技术指标计算后的比较 确定使用方案三供电 即正常工作时由 35KV 线路供电 出现故障 时 用 10KV 线路供电 10KV 供电线路采用单母线分段 3 1 接线方式 接线方式 具体接线方式设计如下 1 总降压变电所设一台主变压器 型号为 SJL1 5000 35 以 35KV 架空线从电力网引入作为供电电 源 在变压器的高压侧装设一台 SW2 35 型少油断路器 便于变电所的控制和维修 2 主变压器低压侧经少有断路器型号为 SN 10 10 接在 10KV 母线的一个分段上 另一路以 10KV 架 空线引入作为备用电源 也经过少有断路器接在 10KV 母线的另一个分段上 3 总降压变电所的 10KV 侧采用单母线分段接线 选用 LMY 型硬铝线 用 10KV 少有断路器将母线分 段 4 各个车间的一级负荷都由两段母线供电 以保证供电的可靠性 5 根据规定 备用电源只有在供电电源发生故障停电进行检修时候才能投入使用 因此在正常生产 时 主变压器两边开关合上 10KV 母线分段开关合上 备用电源开关断开 在备用电源电源开关上装设 备用电源自动投入装置 APD 当工作电源出现故障时 自动投入备用电源 保证一级负荷的正常生产用电 6 主变压器检修时只需合上 10KV 备用电源进线开关 这样就可以保证一级负荷的正常供电 第二节第二节 工厂负荷计算及无功补偿工厂负荷计算及无功补偿 3 2 1 工厂的计算负荷 工厂的计算负荷 供电系统要能安全可靠的正常运行 各个元件都必须选择得当 除了满足工作电压和频率的要求外 最重要的就是要满足负荷电流的要求 因此有必要对供电系统各个环节的电力负荷进行统计计算 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个元件的负荷值 称为计算负荷 14 36 我国目前普遍采用的确定用电设备计算负荷的方法 有需求系数法和二项式法 需要系数法是国际上普 遍采用确定计算负荷的基本方法 最为简便 二项式法的局限性比较大 但是确定设备台数较少而容量 差别悬殊的分支干线的计算负荷时 较之需要系数法合理 切计算比较简便 1 需要系数法基本公式 PeKdP 30 无功计算负荷为 Q30 P30 tan 视在计算负荷 S30 P30 COS 2 多组用电设备计算负荷的确定 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及无功负荷分别计入一个同时系数 K和 K p q 总的有功计算负荷为 P30 30Pp 总的无功计算负荷为 Q30 30 Qq 总的计算负荷为 S30 2 302 30QP 根据多组用电设备计算负荷的确定公式及题目要求 可分别得出铸造厂各个车间的计算负荷及总 的计算负荷 其计算结果如下表所示 计算负荷计算负荷 序 号 车间名称 负 荷 类 型 PjsQjsSjs 序 号 车间名 称 负 荷 类 型 PjsQjsSjs 1 空压车间 7801808007 锅炉房 420110434 2 模具车间 5601505808 其他负 荷 400168434 3 熔制车间 5901706149 其他负 荷 440200483 4 磨抛车间 650220686 共计 476014484985 5 封接车间 560150580 同时系 0 950 97 15 36 数 6 配料车间 360100374 总计算 负荷 452214054735 24 3 2 2 功率补偿功率补偿 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性负载 还有感性的电力变压 器 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 提高自然功率因数的情况下 尚达不到规定的功率因数要求 则需要增设无功功率补偿装置 这将使系统的电能损耗和电压损耗相应 降低 既节约电能又提高电压质量 而且可选较小容量的供电设备和导线电缆 因此提高功率因数对供 电系统大有好处 1 无功补偿后的工厂计算负荷 工厂装设了无功补偿装置后 在确定补偿地点以前的总的计算负荷时应扣除无功补偿容量 即总的 无功计算负荷为 Q30 Qc 30Q 补偿后总的视在计算负荷为 30S2 30 2 30QcQP 2 无功补偿容量 按规定 变电所高压侧 COS 低压侧补偿后的功率因数略高于 0 909 0 该铸造厂装设一台主变压器 经过计算可知低压侧有功计算负荷为 4760Kw 无功计算负荷为 1448kvar 视在功率 4985kw 高压侧有功计算负荷 4522KVA 无功计算负荷为 1405KVAR 视在计算负荷为 4735 24KVA 35KV 的功率因数为 0 93 10KV 线路的功率因数为 0 95 均满足供电要求 因此无需再次进 行无功功率补偿 第三节第三节 短路电流计算短路电流计算 短路是指不同电位的导体之间电气短接 这是电力系统中最常见的一种故障 也是电力系统中最严 重的一种故障 短路按性质分可分为对称短路和非对称性短路 三相短路属于对称性短路 其他形式的短路均为非 对称性短路 电力系统中 发生单相短路的可能性最大 而发生三相短路的可能性最小 但是一般情况 下 三相短路的短路电流最大 因此造成的危害也最为严重 为了使电力系统的电气设备在最严重的短 路状态下也能可靠地工作 因此作为选择和校验电气设备的短路计算中 以三相短路计算为主 短路电 16 36 流的计算 常用的有欧姆法和标幺值法 本次设计采用标幺值法 3 3 1 短路点的确定短路点的确定 为了选择高压电气设备 整定继电保护 需要计算总降压变电所 35KV 侧 10kv 母线以及厂区高压 配电线路末端的短路电流 因 10KV 母线与 10KV 配电线路末端的短路电流差别较小 所以只计算主变 压器高低压侧两边的短路电流 二 短路电流计算二 短路电流计算 1 计算电路图 2 短路电流计算等值电路图 1 基本等值电路 2 最大运行方式下的等值电路 17 36 3 最小运行方式下的等值电路 3 2 2 短路电流计算短路电流计算 1 计算各元件的电抗标么值 设基准容量为 Sj 1000MVA 基准电压 Uj1 37KV Uj2 10 5KV 根据已知条件就可以求出各个元件的电抗 标么值 1 电源 Xx Sj Sd 1000 1918 0 52 2 三圈变压器 X1 1 2 Ud1 2 Ud1 3 Ud2 3 100 Sj Sbe 1 2 10 5 17 6 100 1000 31 5 3 41 X2 1 2 Ud1 2 Ud2 3 Ud1 3 100 Sj Sbe 1 2 10 5 6 17 100 1000 31 5 0 08 取其绝对值 3 线路 Xl X0LSj U2J1 0 4 5 1000 372 1 46 18 36 4 双线圈变压器 Xb Ud 100 Sj Sbe 7 100 1000 5 14 2 计算 35KV 侧短路电流 1 最大运行方式下 短路电流 Id1 Id2 I d1Sj Uj1 SJ 1000MVA UJ1 37KV 3 短路电流有效标么值 Id Id 1 d X I d1 1 d1 1 XX 1 2 X1 J 1 2 X2J XL X 1 0 52 1 2 3 41 1 2 0 08 1 46 0 268 最大运行方式下 d1点的短路电流 Id1 I d1Sj Uj1 3 0 269 1000 37 3 4 19KA 最大运行方式下 d1点的短路冲击电流 ic1 2 55Id1 2 55 4 2 10 7KA 最大运行方式下 d1点的短路冲击电流有效值 Ic1 1 51Id1 1 51 4 2 6 3KA 最大运行方式下短路容量 Sd1 I d1Sj 0 269 1000 269MVA 3 最小运行方式下 短路电流 Id1 Id1 I d1Sj Uj2 SJ 1000MVA UJ1 37KV 3 短路电流有效值标么值 Id Id 1 d X 19 36 I d1 1 d2 1 XX X1 J X2J XL X 1 0 52 3 41 0 08 1 46 0 183 最小运行方式下 d1点短路电流 Id1 I d1Sj Uj1 3 0 18 1000 37 3 2 85KA 最小运行方式下 d1点短路冲击电流 Ic1 2 55Id1 2 55 2 81 7 27KA 最小运行方式下 d1点短路冲击电流有效值 IC1 1 51Id1 1 51 2 81 4 3KA 最小运行方式下 d1点的短路容量 Sd1 I d1Sj 0 18 1000 183MVA 4 计算 10KV 侧短路电流 1 最大运行方式下 短路电流 Id2 Id2 Id2 sj Uj2 Sj 1000MVA Uj2 10 5kv 3 短路电流有效标么值 Id Id 1 d X I d2 1 d2 1 XX 1 2 X1 J 1 2 X2J XL Xb X 1 0 52 1 2 3 41 1 2 0 08 1 46 14 0 056 最大运行方式下 d2点短路电流 Id2 I d2Sj Uj2 3 0 056 1000 10 5 3 3 08KA 最大运行方式下 d2点短路冲击电流 Ic2 2 55Id2 2 55 3 08 7 91KA 20 36 最大运行方式下 d2点短路冲击电流有效值 Ic2 1 51Id2 1 51 3 08 4 68KA 最大运行方式下 d2点的短路容量 Sd2 I d2SJ 0 056 1000 56MVA 2 最小运行方式下 短路电流 Id2 Id2 I d2 Sj Uj2 Sj 1000MVA Uj2 10 5kv 3 短路电流有效标么值 Id Id 1 d X I d2 1 d2 1 XX X1 J X2J XL Xb X 1 0 52 3 41 0 08 1 46 14 0 051 最小运行方式下 d2点的短路电流 Id2 I d2Sj Uj2 0 051 1000 10 5 3 3 2 8KA 最小运行方式下 d2点短路电流冲击系数 Ic2 2 55Id2 2 55 2 8 7 14KA 最小运行方式下 d2点的短路冲击电流有效值 Ic2 1 51Id2 1 51 2 8 4 228KA 最小运行方式下 d2点短路容量 Sd2 I d2SJ 0 051 1000 51MVA 3 3 3 短路电流计算结果表短路电流计算结果表 序号短路点运行方式 短路电流 Id KA 冲击电流 IC KA 短路容量 MVA 135KVd1 最大 4 1910 7269 135KVd1 最小 2 857 27183 210KVd2 最大 3 17 9156 21 36 210KVd2 最小 2 87 1451 第四节第四节 主要电气设备的选主要电气设备的选择择 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 或称为主电路 主接线 一次电路中 所有电气设备成为一次设备或一次元件 3 4 1 一次设备按其功能来分 可分为以下几类 一次设备按其功能来分 可分为以下几类 1 变换设备 其功能是按照电力系统运行的要求改变电压或电流 频率等 例如电力变压器 电压互感器 电流互感器等 2 控制设备 其功能是按照电力系统运行的要求来控制一次电路的通断 例如各种高低压侧开 关 3 保护设备 其功能是用来对电力系统进行过电流和过电压的保护 例如熔断器和避雷器 4 补偿设备 其功能是用来补偿电力系统的无功功率 提高系统的功率因数 例如并联电容器 5 成套设备 它是按照一次电路接线的方案要求 将有关一次设备及控制 指示 监测和保护 一次设备的二次设备组合为一体的电气设备 例如高压开关柜 低压配电屏和照明配电箱等 正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全经济运行的重要条件 在进行电气设备选则时 在保证可靠地前提下 应该积极而稳妥的采用新技术 新工艺 并注意节省投资 选择合适的电器 并 要按照短路状态进行校验热稳定度和热稳定度 3 4 2 35KV 侧高压电器设备的选择 侧高压电器设备的选择 3 4 2 1 35KV 隔离开关的选择 高压隔离开关的功能主要是隔离高压电源 以保证其他设备和线路的安全检修 隔离开关没有专门 的灭弧装置 不允许带负荷操作 然而可用来隔离一定的小电流 励磁电流不超过 2A 的空载变压器 电 容电流不超过 5A 的空载线路及高压互感器和避雷电路 高压隔离开关按安装地点不同 可分为户内及户 外两大类 一般 35KV 户外型配电装置多采用三柱式隔离开关 1 额定电压选择 UnsUn 2 额定电流选择 axInIm 3 热稳定度校验 It2 Qk 22 36 4 动稳定度校验 Ics iim 因为选择的隔离开关为总降压变电所主变压器回路的隔离开关 所以最大持续电流和短路电流引起 的热效应都与断路器引起的相同 即有 UNS 35 KV ImaX 86 6 A Qk 70 56 KA 2 S 根据降压变电所主变压器回路隔离开关的最大持续短路电流及短路电流引起的热效应值及安装在户 外的要求 可选用 GW5 35G 600 72 户外型隔离开关 相关参数见下表 计算数据SW2 35 600 断路器 UNS 35 KV UN 35 KV Imax86 6 A IN600 A Iim10 7 KA iCs72 KA Qk70 56 KA 2 S It 2 t16 2 4 1024 KA 2 S 3 4 2 2 35KV 断路器的选择 高压断路器的功能是 不仅能通过正常负荷电流 而且能接通和承受一定时间的短路电流 并您能 在保护装置的作用下自动切除短路故障 一般 35KV 及以下的户内配电装置中都采用少有断路器 35KV 高压熔断器的选择原则 1 额定电压选择 UnsUn 2 额定电流选择 axInIm 3 开断电流选择 高压断路器的额定开断电流不应小于实际开断瞬间的短路次暂态电流 4 短路关和电流选择 为了保证断路器在关合短路时的安全 断路器的额定关合电流应不小于短路电流最大冲击值 5 35KV 断路器的确定 主变 35KV 供电回路最大持续工作电流为 23 36 In Sn 5000 35 82 48 Un33 根据规定 在发电机 变压器回路一般考虑 1 05 倍的额定电流 因此有 Imax 1 05In 1 05 82 48 86 6 A Un 35KV 根据 35KV 断路器的 Un Imax 及安装在屋外的要求 查表 可选 SW2 35 600 型断路器 取短路时间为 t 4s I2s I4s 4 2 KA ic 10 7 KA I 短路电流周期分量热效应值为 Qp tk 12 10Ik 22 Ik2 I 4 4 2 4 2 10 4 2 4 2 4 2 4 2 12 70 56 KA 2 S 根据设计手册规定 原理发电厂的变电所及配电网无需考虑非周期分量的影响 故不计非周期分量 的热效应 因此短路电流引起的热效应即为周期分量引起的热效应 Qk Qp 70 56 KA 2 S 断路器的有关参数见下表 计算数据SW2 35 600 断路器 UNS35 KV UN35 KV Imax86 6 A IN600 A I 4 2 KA INbr6 6 KA Iim10 7 KA iNC117 KA Qk70 56 KA 2 S It 2 t6 6 2 4 174 24 KA 2 S iim10 7 KA ics17 KA Sd269 MVA SN400 MVA 由选择结果可见各项结果均能满足要求 故所选型号 SW2 35 600 型号少油断路器合格 通过检查表中的数据可知所选隔离开关合格 3 4 2 3 35KV 侧电流互感器的选择 电流互感器又称变流器 从基本结构和工作原理来说 互感器就是一种特殊的变压器 电流互感器 的结构特点是一次绕组匝数很少 有点甚至没有一次绕组 一次绕组导体相当粗 二次绕组匝数很多 24 36 导体很细 工作时 一次绕组接在一次电路中 二次绕组则与仪表 继电器等的电流线圈串联组成闭合 回路 由于电流线圈的阻抗较小 所以在电流互感器工作时二次回路接近于短路状态 1 电流互感器的类型及型号 电流互感器的类型很多 按一次绕组的匝数分 有单匝式和多匝式 按一次电压分有高压和低压两 大类 按用途分有测量和保护两大类 2 电流互感器的选择及校验 电流互感器应按装设地点的条件及额定电压 一次电流 二次电流 准确度等级等进行选择 并校 验其短路动稳定度和热稳定度 互感器二次负荷 S2 不得大于准确度等级所限制的额定二次负荷 S2N S2N S2 动稳定度验证条件为 Kes I1N ish 3 2 热稳定度的验证条件为 KtI1N i 3 t ima 3 电流互感器的注意事项 1 电流互感器在工作时候其二次侧不得开路 2 电流互感器的二次侧必须有一端接地 3 电流互感器在连接时 要注意端子的极性 35KV 侧装设电流表三只 电压表一只 功率表一只 有功电度及无功电度表各一只 根据电流互感器安装在 35KV 电网 最大电流为 86 6A 查表选择型号为 LCW 35 的油浸式电流互感 器 其作用为继电保护 电流测量及电度计量 选用 0 5 级 其二次负荷阻抗为 2 互感器变比为 150 5 动稳定度为 Kes 100 热稳定度为 Kt 65 35KV 侧电流互感器校验二次负荷表 A 相B 相C 相 仪表名 称 仪表型 号 电流 线圈 数目 VA VA VA 电流表 IT1 A130 123O 1230 12 功率表 ITI W21 450 0581 450 058 有功电 表 DS 120 50 020 50 02 25 36 无功电 表 DX 120 50 020 50 02 合计 5 450 21830 125 450 218 由上表可以看出 A C 相负荷最大 为 Sn 5 45VA 其阻抗为 ra Sn I2n2 5 45 52 0 218 电流互感器选择为不完全星形接线 连接线的计算长度 Lc 则有 L3 S 1 75 8 2 0 218 0 1 2 rcraZnLc 10 1003 1 8mm2 选择标准截面为 2 5mm2的铜线 热稳定度校验 KtIN1 2 65 2 95 06 2 S 15 0 56 70KA 动稳定度校验 IN1Kes 21 210 7KA210015 0 2 通过计算比较可知所选的电流互感器满足要求 3 4 2 4 电压互感器的选择 1 电压互感器相当于降压变压器 其特点是一次绕组匝数多 二次绕组匝数较少 工作时一次绕组 并联在一次电路中 而二次绕组则并联仪表 继电器的电压线圈 2 电压互感器按照相数可分为单相和三相两类 按照绝缘及冷却方式可分为干式和油浸式两大类 3 电压互感器应按装设地点的条件及一次电压 二次电压 准确度等条件进行选择 由于它的一次 二次侧均由熔断器保护 故不用进行短路稳定度的校验 电压互感器的准确度与其二次负荷有关 满足 的条件与电流互感器相同 即 S2N 2 S 4 电压互感器的使用注意事项 1 电压互感器工作时其二次侧不得短路 2 电压互感器的二次侧一端必须接地 3 电压互感器在连接时候也应该注意其端子的极性 35KV 侧装设电流表三只 电压表一只 功率表一只 有功电度及无功电度表各一只 35KV 电压互感器二次侧计算负荷表 负荷 AB 相 BC 相 仪表名称仪表型号电压 线圈 数目 COS 每个线圈消 耗功率 VA PabQabPbcQbc 电压表 ITI V114 54 5 26 36 功率表 IDI W210 750 750 75 有功电表 DS I20 381 50 571 390 571 39 无功电表 DX I20 381 50 571 390 571 39 合计 6 392 781 892 78 求各相负荷 Sab 6 97VA 22 QabPab 22 78 2 3