教学楼供电系统设计.doc

本科毕业论文 设计 本科毕业论文 设计 题题 目目 教学楼供电系统设计 学学 生生 指导教师指导教师 讲师 年年 级级 级 专专 业业 电气工程及其自动化 二级学院二级学院 机电学院 系 部 系 部 机电学院 系 部 年月 郑重声明郑重声明 本人的毕业论文是在指导教师 老师的指导下独立撰写完成的 如有剽 窃 抄袭 造假等违反学术道德 学术规范和侵权的行为 本人愿意承担由 此产生的各种后果 直至法律责任 并愿意通过网络接受公众的监督 特此 郑重声明 毕业论文 设计 作者 签名 年 月 日 教学楼供电系统设计 摘 要 随着 21 世纪社会现代文明程度和楼宇自动化系统的应用技术不断提高 对电能的需 求量越来越大 国家对教育事业不断加大投入 各地区的教学楼建设也随之增加 越来 越多的人开始关注并重视学校的基础设施建设 特别是电力设施供电系统的设计将是一 项具有挑战性的工作 本文将通过供电系统的概述 教学楼供电系统设计的意义和目的 国内外研究现状 以及设计步骤的论述入手 分析某教学楼的原始资料 对该教学楼供 电系统进行合理设计 探讨变电所主接线的最优方案设计 选择合适的变压器 及各种 主要电气设备 进一步研究继电保护设计和防雷保护设计 最后对其供电系统设计未来 发展趋势进行了总结和展望 关键词 关键词 供电系统 变压器 电气设备 继电保护 The design of power supply system of teaching building Wang Yuan Directed by lecturer Li Jie ABSTRACT With the degree of social civilization and modern building automation system application technology improve constantly in the 21st century the demand for energy is increasing The state has increased investment in education and the teaching building construction also increases more and more people begin to pay attention and importance to school infrastructure especially the design of power supply systems facility will be a challenging job This paper will start by outlining the power supply system the meaning and purpose of teaching building power supply system the research status at home and abroad and the discussion of the design procedure analyse the original data of a teaching building design the power supply system of the teaching building in reasonable investigate the optimal substation main wiring design select suitable transformers and all kinds of major electrical equipment further design the relay protection and lightning protection finally it is summarization and prospect of the future development trend of the design of the power supply system KEY WORDS Power supply system Transformer Electrical equipment Relay protection 目目 录录 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 绪论 1 1 1 供电系统概述 1 1 2 设计意义和目的 1 1 3 研究现状 2 1 4 设计步骤 2 第二章 电力负荷及计算 3 2 1 电力负荷的分级 3 2 2 负荷计算 3 第三章 10kV 变电所主接线设计规划 7 3 1 电气主接线的基本要求 7 3 2 电气主接线的基本形式 7 3 3 电气主接线方案设计 8 第四章 无功功率补偿 主变压器的选取 9 4 1 并联电容器补偿 9 4 2 无功补偿容量的计算 9 4 3 变电所变压器容量 单位数量 型号的选择 11 4 3 1 变压器容量的选择 11 4 3 2 变压器单位数量的选择 11 4 3 3 变压器型号的选择 12 第五章 短路计算 13 5 1 短路概述 13 5 2 产生短路的原因 13 5 3 短路的危害 13 5 4 短路的计算 14 第六章 电气设备选型与检验 17 6 1 高压断路器的选择与校验 18 6 2 隔离开关的选择与校验 18 6 3 互感器的选择和校验 19 6 3 1 电流互感器的选择和校验 19 6 3 2 电压互感器的选择和校验 20 第七章 继电保护 21 7 1 继电保护概述 21 7 2 继电保护电流的计算 21 7 2 1 带时限过电流保护 21 7 2 2 电流速断保护 22 第八章 防雷保护设计 24 8 1 防雷措施 24 8 1 1 输电线路的防雷措施 24 8 1 2 变电所的防雷措施 24 8 2 防雷保护计算 25 第九章 结论与展望 27 参考文献 28 附录 A 29 附录 B 31 致 谢 33 最新可编辑 word 文档 第一章第一章 绪论绪论 1 1 供电系统概述供电系统概述 众人皆知 电能的广泛应用是现代社会的信息技术和其他高新技术的重要前提条件 电能对于国民经济的现代化建设和社会进步起着举足轻重的作用 电能是现代工业生产 民用住宅以及企事业单位的有力支撑 电能不仅容易由其他形式的能量转换而来 而且 容易转换为其他形式的能量以方便人们的使用 1 传输送和分配电能是简单的 经济的 且容易控制 调度和测量 促进了生产过程自动化的实现 因此电能的应用极为普遍在 科技 工农业生产 交通运输 国防建设等各个领域 供电系统由电源系统和输配电系统两部分组成 是用以产生电能并且给予 传输给 电力负荷的系统 教学楼内维持电力保障更好地服务于教育事业 大力保证教师正常工 作和学生学习生活用电的需求 同时完善电能节约制度 须达到下述 4 个基本要求 1 安全 用电过程中充分保证人身和设备安全 应尽量避免事故的发生 2 可靠 应满足各级电力负荷对连续供电可靠性的条件 3 优质 应保持各级电力负荷对电压 波形和频率等电能质量指标的稳定 4 经济 接线方式在安全可靠的基础上力求简易清晰 应尽量减少投资 适当降低 运行费用 降低有色金属消耗数量 减少电能损耗 教学楼维持电力保障须妥善把握处理细节与整体 现在与未来等关系 不仅要考虑 细节和现在的利益 也要思考整体利益 顾全大局以谋求更大更快的发展 例如计划用 电问题 就不能只考虑一层教学楼的局部利益 更要有全局观点 2 1 2 设计意义和目的设计意义和目的 随着 21 世纪社会现代文明程度和楼宇自动化系统的应用技术不断提高 对电能的需 求量越来越大 同时 国家对教育事业不断加大投入 各地区的教学楼建设也随之增加 越来越多的人开始关注并重视学校的基础设施建设 特别是电力设施供电系统的设计将 是一项具有挑战性的工作 在供电系统设计安全 可靠 优质 经济的前提条件 做好 教学楼供电系统设计不仅能够给教师带来舒适的工作环境 给同学们提供一个良好愉快 的学习和生活环境 还可以代表学校的形象为学校提高名气 为各个高校的教育工作获 得良好的发展平台 教学楼供电系统设计是电气设计的基本内容之一 因此做好教学楼 供电工作对于保证正常的工作 学习 生活将有十分重要的意义 最新可编辑 word 文档 此次设计的目的是通过对某教学楼供电系统的设计实践 巩固和综合运用所学电气 专业知识 认真实际履行我国建筑电气行业相关方针政策 遵循服从电气设计技术规范 以全局为立足点 进一步研究供电系统布置的可靠性 依照其安全 可靠 经济性 进 行必要的相关计算 并为供电电网的继电保护 安全自动装置以及下一级电压系统设计 打下基础 创造有利的条件 进一步强化设计理论与实践能力的有机结合 增强独立分 析问题和解决问题的能力 为未来的实际工作奠定良好的基础 1 3 研究现状研究现状 建筑行业是我国国民经济名副其实的对未来产生巨大效益的支柱产业之一 现阶段 教学楼供电系统设计有标准的明文规定 有科技期刊作为依托 且有科研场所进行深入 探讨 还积极组织开展与国外的技术交流活动 建筑行业与科学技术的不断结合 渐渐 建立了相关的学术机构 通过交流沟通建筑电气技术中的新技术新思想 建筑电气的发 展日新月异 突飞猛进 已经前进了一大步 相关设计规程 设计规范的陆续编制 有 利于建筑供电系统设计的依照遵循 建筑电气走向更加合理化迈出了最有力的步伐 也 促进了我国建筑行业健康有序的发展 建筑电气技术实现了跨越式的蓬勃发展 教学楼供电系统发展前景如下 由于用电负荷越来越大 密度也高 为保证升压质 量 减少电能损耗 高压电源将直接深入到高层建筑 中压配电将深入楼层 简化主接 线 电源侧的进线根据系统的需要选用隔离开关 中压配电系统采用负荷开关和熔断器 实现安全可靠经济的要求 研究制造有利于建筑供电系统所需要的可靠 安全 优质等 性能的电气设备 用电负荷大 设备种类多且分散 垂直供电的高度差大 一级负荷 二级负荷多 对供电系统的要求提高 电气系统繁复杂乱 电气线路稠密很多 因此对 教学楼供电系统设计实现各方面的需求明显提高 供电方式 变压器的选择以及负荷的 分配都会降低电能的消耗 目前针对教学楼供电系统设计的研究比较多 主要阐述教学 楼供电线路设计 并比较同等电压级变电所主接线方案之间的优缺点 注明在教学楼供 电系统设计中应着重留意的问题 也有文献指出了建筑供电系统设计的不合理会给建筑 安全留下不良影响 应重点把关供电系统 变电所位置 防雷接地 照明以及消防电气 等设计的规范性和可靠性等 随着建筑电气行业惊人的速度的增长 许许多多国际知名的建筑电气企业先后入驻 中国 使整个行业和中国市场的发展与竞争增添了更大的挑战 1 4 设计步骤设计步骤 1 分析原始资料 在满足安全 可靠 优质 经济基本要求的前提下 根据该教学 楼用电设备情况 进行负荷计算 最新可编辑 word 文档 2 探讨变电所主接线的最优方案设计 3 通过功率因数计算 进行无功补偿设计 包括无功补偿容量计算 补偿设备的选 择 进而对主变压器的容量 单位数量和型号进行确定选择 4 根据短路电流计算 确定选择主要电气设备的型号以及校验问题 5 进行电力线路继电保护动作电流整定值计算和灵敏度的校验以及防雷保护设计 第二章第二章 电力负荷及计算电力负荷及计算 2 1 电力负荷的分级电力负荷的分级 在供电可靠性的前提条件下以及供电的中止所引起的损失和影响程度将电力负荷划 分为一级 二级 三级负荷 一级负荷属于重要负荷 供电的中止将会造成人身和设备事故 将带来政治和经济 上的巨大损失 如重要产品成为废品 设备毁坏 扰乱重要企业正常的生产秩序等 除 了两个外部电源外 一级负荷中应急电源的增加设计也是必不可少的 3 普遍使用的应 急电源包括发电设备发电机组 专门对一个用户电路供电的馈电线路 还有蓄电池和干 电池 就该教学楼供电来讲 没有一级用电负荷 二级负荷其供电系统基于两回路供电 的要求 也应设置两台供电变压器 二级负荷供电的中止将带来政治和经济上的较大损 失 如主要产品成为废品 主要设备毁坏 主要企业产量减小等 也会带来交通的不便 利 通信信号传达不畅通等 同时将引起社会秩序的混乱 三级负荷为不归于上述一级 二级负荷的负荷 不是不可或缺的 所以它对供电电源没有特别条件说明 在本次毕业 设计中电力设备以及教学楼里的普通照明属于三级负荷 2 2 负荷计算负荷计算 供电系统的设计是以 30min 最大负荷为标准的计算负荷为基础的 负荷的确定目的 是为了合理精准地确定合适的接线线路方案 并且为无功补偿提高功率因数给予有力的 凭借 进而再合理地对变压器 断路器 隔离开关等重要电气设备进行选择 计算负荷 是供电系统设计中必不可少的计算 负荷的合理性计算 会对电网系统的经济性 可靠 性以及运行得安全性有着不可磨灭的重大意义 在本次教学楼供电系统设计中选用需要 系数法对计算负荷进行确定 负荷数据如表 2 1 2 2 所示 1 1 号变压器各项负荷数据如表 2 1 所示 负荷计算如下 照明设备 最新可编辑 word 文档 2 1 e 30 240 1 15 5 120 1295PkW 2 2 30 0 70 295206 5 de PkPkW 2 3 3030 tan 206 5 0 75154 875 varQPk 2 4 2222 303030 206 5154 875258 125SPQkVA 2 5 30 30 258 125 392 18 33 0 38 N S IA U 计算机部分 2 6 30 0 8 2 240384 de PkPkW 2 7 3030 tan 384 0 75288 varQPk 2 8 2222 303030 384288480SPQkVA 2 9 30 30 480 729 28 33 0 38 N S IA U 进风机部分 2 10 30 0 7 7 55 25 de PkPkW 2 11 3030 tan 5 25 0 623 255 varQPk 2 12 2222 303030 5 253 2556 18SPQkVA 2 13 30 30 6 18 9 39 33 0 38 N S IA U 根据式 2 1 2 13 13 个式子得到 1 号变压器最后总的计算负荷 0 85 206 53845 25 506 39 c PkW 0 85 154 8752883 255 379 21 var c Qk 2222 506 39379 21632 64 ccc SPQkVA 632 64 961 20 33 0 38 c c N S IA U 2 2 号变压器各项负荷数据如表 2 2 所示 负荷计算如下 照明设备 最新可编辑 word 文档 2 14 e 21 1 50 171PkW 2 15 30 0 70 7149 7 de PkPkW 2 16 3030 tan 49 7 0 7537 275 varQPk 2 17 2222 303030 49 737 27562 125SPQkVA 2 18 30 30 62 125 94 39 33 0 38 N S IA U 电力设备 2 19 e 30 1 160 1200 1 120 2 180 2990PkW 2 20 30 0 70 990693 de PkPkW 2 21 3030 tan 693 0 75519 75 varQPk 2 22 2222 303030 693519 75866 25SPQkVA 2 23 30 30 866 25 1316 13 33 0 38 N S IA U 正压风机部分 2 24 30 0 6 148 4 de PkPkW 2 25 3030 tan 8 4 0 756 3 varQPk 2 26 2222 303030 8 46 310 5SPQkVA 2 27 30 30 10 5 15 95 33 0 38 N S IA U 根据式 2 14 2 27 14 个式子得到 2 号变压器最后总的计算负荷 0 85 49 76938 4 638 435 c PkW 0 85 37 275519 756 3 478 83 var c Qk 2222 638 435478 83798 05 ccc SPQkVA 798 05 1212 51 33 0 38 c c N S IA U 最新可编辑 word 文档 表 2 1 2 号变压器各项负荷数据 1 号变压器 设备功率 kW d k cos tan 数目 302 401 155 照明设备 120 0 700 800 75 1 计算机240 0 800 800 75 2 进风机7 50 700 850 621 表 2 1 2 号变压器各项负荷数据 2 号变压器 设备功率 kW d k cos tan 数目 211 照明设备 50 0 700 800 75 1 301 1601 2001 1202 电力设备 180 0 700 800 75 2 正压风机140 600 800 751 最新可编辑 word 文档 第三章第三章 10kV 变电所主接线设计规划变电所主接线设计规划 变电所电气设计的关键环节是电气主接线的设计 同时也是整个电网不可或缺的组 成部分 因此 主接线的设计 必须要全面分析考虑所有的因素 正确处理电压等级 负荷等级 对电气设备的选择和布置 二次回路继电保护设计之间的关系 正确确定主 接线的方式是教学楼供电系统设计中至关重要的枢纽 4 3 1 电气主接线的基本要求电气主接线的基本要求 整个电力系统和变电所本身运行得可靠性 经济性 灵活性组成了电气主接线的基 本要求 1 可靠性 供电可靠性是电力传输 分配的前提条件 供电的中止将会引起国 最新可编辑 word 文档 民经济各部门的严重损失 因此 应满足各级电力负荷连续供电可靠性的条件 2 经济 性 可节省投资 主接线应一目了然 主要电气设备例如隔离开关 熔断器 互感器等减小 使用 避免短路的发生目的是采用更加便宜的设备 电能损失少 考虑成本投资问题对 变压器的单位数量 容量和型号经济性选用 3 灵活性 主接线应能够适应供电系统所 需运行方式 方便维护与操作 并能适应负荷发展 充分考虑改建等可能性 4 安全性 按照国家标准和有关技术规范的要求进行设计 力求保证人事和设备安全 3 2 电气主接线的电气主接线的基本形式基本形式 1 单母线接线 优点 接线一目了然 设备不多 运行方便 投资少 有利于扩充更大空间 缺点 在母线及隔离开关发生滞碍或需要维修的情况下 会引发配电装备停止供电 由此看来 单母线接线的供电灵活性和可靠性都不太理想 适宜在较小容量以及电力负 荷对供电可靠性要求相对低的场合 2 单母线分段接线 优点 母线发生滞碍或需要维修的情况下停电范围将减小 缺点 在母线及隔离开关发生滞碍或需要维修的情况下 分段上的全部电源会断开 整个体系发电的数量会降低 依靠此条单回路供电的用户会被停电 供电灵活性和可靠 性都不太理想 3 双母线接线 优点 供电灵活性和可靠性高 检修方便 扩建也便利 多用于大中型变配电所 缺点 运行状态下的母线发生滞碍的情况下将造成整个配电装置暂时性停电 另外 该接线结构复杂 设备开关等使用量大 还容易造成误操作 4 内桥接线 特点 在一条电源线或断路器的维修的情况下 其他仍然按照日常符合的规律运行 当任一回线路发生滞碍时 断开故障电路 其他回路可继续工作 但当任何一台变压器 发生故障或要检修时 则要先断开一回路 经倒闸操作后方可恢复供电 5 外桥接线 特点 跨接桥靠近线路侧 变压器回路操作简单方便 其他三个回路在一个变压器 发生滞碍或需要维修的情况下仍可按照日常符合的规律运行 可是当任一线路发生滞碍 的情况下 要使供电重新恢复正常需进行倒闸操作 此接线方式在供电线路短 负荷变 化大 主变投切频繁的场合较为适合采用 最新可编辑 word 文档 3 3 电气主接线电气主接线方案设计方案设计 1 一 二次侧全选用单母线接线 特点 接线清楚明晰 设备不多 运行方便 投资少 供电灵活性和可靠性较高 适用于二 三类负荷 2 一 二次侧全选用单母线分段接线 特点 供电可靠性和灵活性高 高压开关设备使用的数量偏多 增加了投资不经济 此用于一 二类负荷 3 一 二次侧全选用双母线接线 特点 供电可靠性和灵活性高 配电装置繁杂 宜用于大容量的负荷 增加了投资不经济 而且所占空间大 4 一次侧选用内桥或者外桥接线 二次侧选用单母线分段接线 特点 供电可靠性和灵活性高 设备使用的数量不多 布局简单 所占空间小 此 用于一 二类负荷 依据该教学楼变电所中实际情况的了解 通过对上述 4 种方案的比较 选择方案 1 电气主接线图见附录图 A1 电气主接线图见附录图 A2 10kV0 4kV 第四章第四章 无功功率补偿无功功率补偿 主变压器的选取 主变压器的选取 无功功率补偿的定义如下 无功功率电源装设在电能用户中的变电所或者在电力系 统中的变电所中 无功功率流动使得电力系统电能损耗降低 电压水平提升 电力系统 的动态性能也得到了有效地提高 5 根据该教学楼的前述具体情况 以及无功功率补偿 方法的技术 经济比较拟选用电力电容器补偿中的并联补偿方法 最新可编辑 word 文档 4 1 并联电容器补偿并联电容器补偿 并联电容器补偿为把电容器并接到被补偿设备的电路上 以提高功率因数 所谓提 高功率因数 并不是去改变负载的功率因数 而是用电容器去补偿负载所需要的无功功 率 减少线路的无功电流 以改善整个供电系统的功率因数 6 4 2 无功补偿容量的计算无功补偿容量的计算 无功功率补偿原理 假设功率因数由提高到 这时在用户需用的有功功率cos cos 不变的条件下 无功功率将由减小到 视在功率将由减小到 要使功率 30 P 30 Q 30 Q 30 S 30 S 因数从增加到 安装设置无功补偿设备 并联电容器 是一种普遍使用的方法 cos cos 容量为 303030 Q tantan c QQP 无功补偿以后无功计算负荷为 3030c QQQ 无功补偿以后视在计算负荷为 22 303030 c SPQQ 图 4 1 并联电容器补偿的原理图 并联电容器补偿的原理图如图 4 1 所示 1 号变压器负荷补偿 4 1 506 39k c PW 4 2 379 21 var c Qk 4 3 632 64 c SkVA 据式 4 1 和 4 3 得功率因数 4 4 1 506 39 cos0 80 632 64 c c P S 最新可编辑 word 文档 据式 4 4 得 4 5 1 tan0 75 现将其提高到 4 6 0 90 1 cos0 90 据式 4 6 得 4 7 2 tan0 48 据式 4 1 4 5 4 7 得 4 8 12 tantan 506 39 0 750 48 136 73 NCc QPkVA 查询刘介才主编的 工厂供电 第三版附录表 6 选用型并联电容器 0 4 143BW 据式 4 8 得个数 考虑三相平衡 选取 12 个 容量为 136 73 9 8 14 NC c Q n q 12 14168 vark 据式 4 1 4 2 4 8 得到经过补偿后 4 9 2222 506 39 379 21 136 73 561 45 NCccNC SPQQkVA 4 10 506 39 cos0 90 561 45 c NC P S 2 号变压器负荷补偿 4 11 638 435 c PkW 4 12 478 83 var c Qk 4 13 798 05 c SkVA 据式 4 11 和 4 13 得功率因数 4 14 1 638 435 cos0 80 798 05 c c P S 据式 4 14 得 4 15 1 tan0 75 现将其提高到 4 16 0 90 1 cos0 90 据式 4 16 得 4 17 2 tan0 48 据式 4 11 4 15 4 17 得 4 18 tan 1tan 2 638 435 0 750 48 172 38 C NC QPkVA 查询刘介才主编的 工厂供电 第三版附录表 6 选用型并联电容器 0 4 143BW 最新可编辑 word 文档 据式 4 18 个数 考虑三相平衡 选取 15 个 容量为 172 38 12 3 14 NC c Q n q 15 14210 vark 据式 4 11 4 12 4 18 得到经过补偿后 4 19 2222 638 435 478 83 172 38 708 17 NCccNC SPQQkVA 4 20 638 435 cos0 90 708 17 c NC P S 4 3 变电所变压器容量变电所变压器容量 单位数量 型号的选择 单位数量 型号的选择 在整个电网中 电能的安全输送 有效分配和可靠使用都离不开变压器 在一般的 民用建筑供电系统中 大多数采用的是高压 通常是 10kV 变换成低压 400V 230V 的降 压配电变压器 4 3 1 变压器容量变压器容量的选择的选择 变电所中在安装设置两台主变压器的情况下 每台变压器的容量 应同时达到下述两个基本要求 1 任何一台变压器独立工作 N T S 时 宜满足 的大约 可表示为 2 任何一台变压器 30 S60 70 30 0 6 0 7 N T SS 独立工作时 宜满足所有一 二级负荷的需求 可表示为 30 N T SS 变压器在空载运行时需由供电系统提供的无功功率较大 如果选用大容量的变压器 不仅提升成本投资 增加空载损耗和网络损耗 减小功率因数 而且变压器会长期在轻 载情况下运行 如果选用小容量的变压器 设备容易毁坏 变压器会长期在负载情况下 运行 所以基于现有的负荷来选择变压器的容量 遵照变电所的设计选用的变压器容量 为 1000kVA 4 3 2 变压器单位数量的选变压器单位数量的选择择 选择主变压器单位数量应该思考一下要求 1 为保证供电的可靠性 一般应安装设置两台主变压器 目的是在一台变压器出现 滞碍或需要维修的情况下 另一台变压器可继续对负载持续供用电能 最新可编辑 word 文档 2 针对季节性负荷或者白天黑夜负荷相差浮动比较大而选取经济性运行的变电所 也可思索选取变压器的数量为两台 3 在选择变电所主变压器单位数量时应该充分探讨负荷的发展 使其具有一定的空 间 变电所选用高压为 低压为 考虑选用两台变压器的安装设置 10kV0 4kV 4 3 3 变压器型号的选择变压器型号的选择 10kV 0 4kV 双绕组变压器宜选用连接组标号为 Dyn11 的三相变压器 以限制三次谐 波的含量 7 变压器型号表示和含义见附录图 A3 综上所述结合该教学楼的原始资料 电力变压器宜选用 SCB9 1000 10kV 型 变压器 SCB9 1000 10kV 型主要技术数据见附录表 B1 最新可编辑 word 文档 第五章第五章 短路计算短路计算 为了限制短路的各种危害和缩小故障所影响的范围 在供电系统规划中 短路电流 计算是必不可少的 其目的在于解决以下技术问题 1 对主要电气设备 载流导体进行选择 检验证明其动稳定度和热稳定度 2 对继电保护进行设计 使保护装置能快速切断短路故障达到系统稳态运行 3 对电力系统实用短路计算的基本原理和方法的灵活运用 是正确设计电气设备参数的 首要环节 8 4 对主接线方案设计和主要运行方式的确定 5 1 短路概述短路概述 电力系统的状态有三种 正常运行 不正常运行 短路故障 由于各种原因阻碍电 力系统正常运行时产生的一系列故障最常见的是短路故障 也简称短路 除电力系统正 常运行状态之外的一切相与相之间或相与地 或中性线 之间的低阻性短路连接情况即 为短路 5 2 产生短路的原因产生短路的原因 由于破坏了电气设备载流部分的绝缘所造成短路现象 这是其主要原因 例如 架 空线路的绝缘子可能因为受到过电压发生闪络放电 也可能因为空气污染使绝缘子表面 在稳态运行电压下放电 在变压器 发电机 电缆线路等电气设备工作时损坏了其载流 部分的绝缘材料 绝缘材料长期外露在室外条件下产生的各种变化 以及设计 装配和 检修不适当所引发的弊端造成短路 鸟兽跨接在外露的相线之间或咬坏电缆绝缘 气象 条件恶劣由此造成的短路也屡见不鲜 此外还有人为误而引发短路 5 3 短路的危害短路的危害 1 电流剧增 短路时会产生很大的电动力或者设备升高到较高的温度 故障元件毁 坏 2 电压减小速度特别快 严重影响电气设备正常运行 3 短路影响着电力系统的稳态运行 并列运行的发电机组出现不同步的现象 系统 解列危险发生 最新可编辑 word 文档 4 发生不对称短路时 短路电流产生大的电磁场 附近通信设备会造成一定的干预 影响其稳态运行甚至导致误动作 限制短路电流降低短路事故的发生 将发生短路的故障部分与其它部分快速有效切 断 也可安装自动重合闸装置 综上所述 在教学楼供电系统的设计 变电所运行工作 中 短路计算是重要的环节 所以要通过短路计算来选择电气主接线方案 选择合适的 电气设备 确保系统产生短路电流在最大的情况下设备不会毁坏 5 4 短路的计算短路的计算 图 5 1 4 个故障点短路计算图 电力系统 4 个故障点短路计算图见 5 1 所示 计算方法采用运算步骤简单 数值简 明的标幺值法计算 选取基准值 由此可得 100 d SMVA 1 10 5 c UkV 2 0 4 c UkV 5 1 1 1 100 5 5 33 10 5 d d c SMVA IkA UkV 5 2 2 2 100 144 3 33 0 4 d d c SMVA IkA UkV 短路回路主要元件电抗标幺值计算如下 因为断路器的额定开断电流为 5 3 31 5 OC IkA 电力系统 据式 5 3 5 4 33 10 31 5545 60 OCNOC SU IkVkAMVA 5 5 1 100 0 18 545 60 D SD OC SMVA XX SMVA 架空线路 5 6 0 0 4 Xkm 据式 5 6 得 5 7 0 2 22 1 0 4 5 100 1 81 10 5 SD WLD c X LmkmMVA XX UkV G 1QF 2QF K1 K2 WL1 WL2 K3 K4 最新可编辑 word 文档 电力变压器 5 8 5 k U 据式 5 8 得 5 9 34 5 100 5 100100 1 kd Td N USMVA XXX SMVA 据式 5 5 5 6 得 5 10 3 512 0 18 1 811 99 k XXXX 据式 5 5 5 6 5 9 得 5 11 4 61234 0 18 1 81 5 24 49 k XXXXXX 图 5 2 K3 点短路电路图 故障点 K3 点的短路等效图见图 5 2 据式 5 10 得 5 12 3 3 3 11 0 50 1 99 k k I X 据式 5 1 5 10 得 5 13 3 1 3 3 5 5 2 76 1 99 d k k IkA IkA X 据式 5 13 得 5 14 3 3 3 33 2 76 kk IIIkA 据式 5 14 得 5 15 3 2 572 57 2 767 04 shk iIkAkA 据式 5 14 得 5 16 3 1 531 53 2 764 22 shk IIkAkA 据式 5 10 得 5 17 3 3 3 100 50 25 1 99 d k k SMVA SMVA X 图 5 3 K4 点短路电路图 最新可编辑 word 文档 故障点 K4 点的短路等效图见图 5 3 据式 5 2 5 11 得 5 18 3 2 k 4 4 144 32 07 4 49 d k IkA IkA X 据式 5 18 得 5 19 3 3 3 44 32 07 kk IIIkA 据式 5 19 得 5 20 4 1 841 84 32 0759 01 shk iIkAkA 据式 5 19 得 5 21 4 1 091 09 32 0734 96 shk IIkAkA 据式 5 11 得 5 22 3 4 4 100 22 27 4 49 d k k SMVA SMVA X 短路计算表见表 5 4 表 5 4 短路计算表 三相短路电流 kA 三相短路 量 MVA 短路故障 点 3 k I 3 I 3 I 3 sh i 3 sh I 3 k S K3 点2 762 762 767 044 2250 25 K4 点32 0732 0732 0759 0134 9622 27 最新可编辑 word 文档 第六章第六章 电气设备选型与检验电气设备选型与检验 使用电气设备 例如变压器 断路器 隔离开关 互感器等 以电气设备在系统中 处的地理位置与完成的任务来确定其型号和参数为依据来选择电气设备 这些设备的主 要任务是保证变电所的可靠持续供电 安全且经济得运行 选择电气设备应满足下述基本条件 1 以正常运行的条件和运行的境地为选择依据 基于运行电压对电气设备的额定电压进行确定 电气设备额定电压应大于等于其 所 在线路的额定电压 基于负荷电流最大情况下对电气设备额定电流进行断定 电 N WL U 气设备额定电流应大于等于实际流过的负荷电流在最大的情况下 或者 用式 maxL I 30 I 子表示为或者 maxNL II 30N II 2 确保在发生短路时不损坏电气设备 则基于最大可能的短路电流值对电气设备的 热稳定性和动稳定性进行校验 按式子 校验 2 3 2 tima I tIt 3 maxsh ii 3 max I sh I 3 开关电器断流能力校验 遵循 两个式子对具有断开短路电 3 OCk II 3 OCsh II 流大小能力的高压开关设备进行校验 一次设备选择校验目录及条件见表 6 1 表 6 1 一次设备选择校验目录及条件 短路电流校验 一次设备名称电压 kV电流 A 断流能力 kA 动稳定度热稳定度 熔断器 最新可编辑 word 文档 高压隔离开关 高压负荷开关 高压断路器 电流互感器 电压互感器 母线 电缆 6 1 高压断路器的选择与校验高压断路器的选择与校验 电力系统的稳态运行离不开高压断路器的正常工作 在出现滞碍的情况下可能引起 人身和电网事故 导致巨大损失 9 高压断路器文字符号为 QF 它的用处在于既可断开 正常负荷电流 又可以承载和通入时间范围内的短路电流 还能自动跳闸快速切除故障 减小短路事故发生率 此外完善的灭弧装置和较强的灭弧能力也是断路器必须具备的 基于变压器额定电流来计算变压器高压侧实际最大工作电流 即 301 1000 57 7 33 10 N N T N S IIA U 线路首端短路时短路电流值最大 而线路首端点短路和母线点短路的短路电流k1k2 相等 即 据式 5 13 得短路电流冲击值为 3 2 552 55 2 767 04 shk iIkAkA 据式 5 13 短路容量为 3 33 10 5 2 7650 19 kCk SU IMVA 拟选用高压真空断路器 断路时间为 控制断路器的线路继电保护装置实0 1 OC ts 际最大的动作时间为 则短路假象时间为1 0s 1 00 11 1 imaopOC ttts 根据以上数据 高压断路器选择 ZN12 10 型 高压断路器 ZN12 10 型各项技术数据 见附录表 B2 6 2 隔离开关的选择与校验隔离开关的选择与校验 隔离开关文字符号为 QS 隔离开关的用处在于当断路器断开后 隔离开关亦随之断 最新可编辑 word 文档 开 隔断有电部分与无电部分 有辅助开关的效果 10 其构造特性是断开后有清晰的断 开间隙 并且有良好的可靠的绝缘和相间绝缘 可有效避免人身和设备事故的发生 但 隔离开关没有专门的灭弧装置 所以缺点为不能进行带负荷拉 合闸操作 接通和断开 短路电流和负荷电流也是不可以的 基于安装场所的不同高压隔离开关包括户内式和户 外式 隔离开关选型号的时候应根据实际情况来选择 GN 系列户内高压隔离开关 选择型号 为 GN30 10D 630 此种型号为高压 10kV 电流频率 50HZ 安装在高压开关柜内 安 全性能高 隔离开关 GN30 10D 630 型各项技术数据见附录表 B3 最大工作电流 即 1 1000 57 7 33 10 N ca N S IA U 据式 5 13 得短路电流的冲击值为 2 55 2 767 04 sh ikAkA 据式 5 13 得短路容量为 3 10 2 7647 80 k SSSMVA 短路假象时间为 1 00 11 1 imarOCtr ttts 热稳定校验 222 3 222 14 59802 76 1 18 38 tima I tA SItA S 6 3 互感器的选择和校验互感器的选择和校验 互感器包括电流互感器和电压互感器 电流互感器表示为 CT 且文字符号 TA 电压 互感器表示为 PT 且文字符号 TV 互感器可以测量和保护电力系统 能将电气一次设备 信息传递到二次设备 具有降低电压和电流的重要作用 互感器主要有 3 个功能 1 隔 离高压电路 互感器的两边仅有磁的联系 能将一次主电路和二次设备阻隔 保证人身 安全和电气设备正常运行 2 二次设备的使用范围会增大 用小量程 5A 或者 1A 的 电流表测量很大电流可以使用电流互感器 用小量程 100V 的电压表测量很高电压可 以使用电压互感器 3 继电器和测量仪表更加标准规范 规模更加小 构造不会复杂化 成本会减小 6 3 1 电流互感器的选择和校验电流互感器的选择和校验 1 电流互感器型号的选择 基于正常运行的条件和运行的境地为选择依据 2 额定电压的确定 额定电压须大于等于安装地点线路的额定电压 3 校验动稳定性和热稳定性 对于大多数电流互感器 提供了动稳定倍数 和热 es K 最新可编辑 word 文档 稳定倍数 11 t K 电流互感器择用 LZZBJ9 10 型 查表得 220 es K 150 5 i K 1 2220 2 1504666932070 esNsh KIi 热稳定倍数为 1 t t N I K I 热稳定度校验条件为 2 3 2 1 tNima K ItIt 一般为热稳定倍数 即电流互感器的试验时间为 上式可改写成 t K1s1ts 3 1tNima K IIt 3 2800 31 ima It 因为 由上述结果可知满30002800 31 足热稳定校验 电流互感器 LZZBJ9 10 型各项技术数据见附录表 B4 6 3 2 电压互感器的选择和校验电压互感器的选择和校验 1 电压互感器型号的选择 基于正常运行的条件和运行的境地为选择依据 2 额定电压的确定 额定电压须大于等于安装地点线路的额定电压 3 基于测量仪表准确度的条件选型并校验 确保在预定范围内的精度误差 二次侧负荷须小于等于电压互感器二次侧额定容 2 S 量 其中 2N S 22N SS 22 2 uu SPQ cos uuu PS 分别为仪表 继电器电压线圈消耗的总的有功和总的无功功率 电压 sin uuu QS 互感器选用 JDZ18 10 型 电压互感器 JDZ18 10 型各项技术数据见附录表 B5 熔断器的保护作用使得电压互感器短路热稳定度和动稳定度的校验是不必要的 最新可编辑 word 文档 第七章第七章 继电保护继电保护 7 1 继电保护概述继电保护概述 继电保护装置能够应对存在故障或不正常运行状态的电力系统中电气元件发生在断 路器跳闸或发出信号的一种自动装置的动作 各种继电器的组成形成了该保护装置 继 电保护装置可以起到通过防止事故发生或降低事故范围来提高系统安全可靠运行的作用 12 它的基本任务是 1 快速有选择性得切除元件 将故障部分和无故障的部分隔离以 使系统处于正常运行状态 2 正确反映电气设备的不正常状态 发出信号 工作人员可 及时有效采取措施 恢复电气设备的正常运行 3 与供电系统的自动装置例如自动重合 闸装置 备用电源自动投入装置等协同工作 提高系统经济运行可靠性 针对可靠的运行方式和可能出现的故障类型为基础进行继电保护的设计 保护装置 应遵循可靠性 选择性 灵敏性 速动性原则 13 7 2 继电保护电流的计算继电保护电流的计算 7 2 1 带时限过电流保护带时限过电流保护 基于动作时间特性带时限过电流保护包括定时限和反时限过电流保护 15 定时限是 保护装置的动作时间是稳定的 与短路电流大小没有任何关系 反时限就是保护装置的 最新可编辑 word 文档 动作时间与短路电流大小互为反比 短路电流增加 动作时间减少 1 动作电流的整定须依照下述原则 保护装置动作电流 应避开线路负荷电流最大情况时 表示为 op I L max I Lpmaxo II 保护装置有效解决外部故障后 须恢复到最初位置 表示为 Lemaxr II 由于过流保护的 所以以作为动作电流的整定依据 同时引入一个 rope II Lemaxr II 可靠系数 将不等式改成等式 进而将保护装置的返回电流换算到动作电流 即可得 rel K 到过流保护装置动作电流的计算表达式 relw L maxop rei KK I K I K 2 动作时限的整定 过流保护的动作时限 根据阶梯原则进行整定 以确 保前后两级保护装置动作的正确选择 即短路作用在后一级保护装置所保护的线路时 前面一级保护的动作时间 须大一个时间差值与后一级保护动作时间中最大的那个时 1 tt 间相比较 表示为 定时限过流保护 反时限过流保护 2 t 12 ttt 0 5ts 0 7ts 3 灵敏度校验 按照 过电流保护的灵敏度要遵循下述条件 min p K p o S I I 2 min 1 5 w p iop K K S K I I 拟在图 5 1 线路 WL1 上设置定时限过电流保护装置 计算如下 本次设计中变压器选为 SCB9 1000 10 型 干式10 0 4kVkV57 7 1443AA11Dyn 变压器 电流互感器电流比为 75 5 i K 电流整定值为 1 2 1 57 75 43 75 0 85 5 L max relw op rei K I K IA K K 取 过电流保护继电器选用 DL 11 11 型 5 5 op IA 过电流保护动作时限 21 10 50 5tttsss 灵敏度的校验 基于变压器低压侧母线在系统最小运行模式的条件下 利用两相短 p S 路进行测验 变压器过电流保护灵敏度和线路过电流保护满足条件相同 p S1 5 p S 最新可编辑 word 文档 即 满足灵敏度要求 m 1 in 1038 75 5 2 5 1 58 5 K p op S I I 12 581 5 p S 7 2 2 电流速断保护电流速断保护 带时限的过电流保护其整定时限须依照阶梯原则以便保证动作的选择性 所以离电 源处越近 短路电流越大 保护动作时限越长 短路危害越严重 这是过电流保护的不 足之处 电流速断保护的特点为瞬时动作 为了保证前后两级瞬动的电流速断保护的选择性 速断动作电流应该躲过被保护 qb I 线路末端最大可能的短路电流 目的是减少后一级速断保护所保护线路三相