机械厂降压变电所系统设计

摘摘 要要 变电所是联系发电厂和用户的中间环节 起着变换 接受和分配电能的作 用 工厂供电设计要达到为工业生产服务 切实保证工厂生产和生活用电的需 要 并做好节能工作 就必须做到安全 可靠 优质 经济 此外 在供电设 计中 应合理的处理局部和全局 当前和长远等关系 既要照顾局部和当前利 益 又要有全局观念 能顾全大局 适应发展 本文是 10kv 380v 降压变电所及低压配电系统的设计 首先 进行车间负 荷统计和无功功率补偿 确定主变压器及各车间变压器 从技术和经济等方面 通过了两种方案的比较 选择经济 可靠 运行灵活的主接线一次方案 其次 进行短路计算和设备的选择 校验 然后 确定工厂电源进线 母线和高压配 电线路 最后 进行二次回路方案 整定继电保护 防雷保护和接地装置的设 计 设计结果可以满足阳泉机械厂供电的可靠性 并保证各车间电气设备的稳 定运行 关键词关键词 降压变电所 高压配电所 无功补偿 i Abstract Transformer substation is relates the power plant and user s middle link plays is transforming accepts with the assignment electrical energy role Power plant design to achieve services for industrial production and ensure the plant s electricity production and living needs and do a good job in energy conservation it is necessary to achieve safe reliable high quality economic In addition In power supply design the power supply should be reasonable to deal with local and global such as current and long term relationship it is necessary to take care of local and immediate interests but also the overall point of view to the overall situation to adapt to the development This article is 10kv 380v step down high voltage substation and distribution system design First it carries on the workshop load statistics and the reactive power compensation definite main transformer and various workshops transformer From aspects and so on technology and economy adopted two kind of plan comparisons the choice economically reliable the movement nimble main wiring first power document Next it carries on the short circuit computation and equipment s choice the verification Then determines the factory power source coil the bus bar and the high pressure distribution line Finally it carries on the secondary circuit plan the installation relay protection the anti radar protection and the grounding design The design result may satisfy the metallurgy mechanical repair shop power supply the reliability and guarantees the various workshops electrical equipment s steady operation Key words Voltage dropping transformer substation by high voltage power distribution substation reactive power compensation ii 目目 录录 摘 要 i Abstract ii 第一章 绪论 1 第一节 工厂供电的意义和要求 1 一 工厂供电的意义 1 二 工厂供电的要求 1 第二节 工厂供电的原则及内容 2 一 工厂供电的原则 2 二 设计内容及步骤 3 第二章 负荷计算和无功功率补偿 5 第一节 负荷计算的目的和方法 5 一 负荷计算的目的 5 二 负荷计算的方法 5 第二节 车间用电设备组和工厂计算负荷的确定 6 第三节 无功功率补偿 8 第三章 变电所所址及型式的选择 10 第一节 变电所所址的选择 10 一 变电所所址选择的一般原则 10 二 负荷中心的确定 11 第四章 车间变电所主变压器型式 容量和数量及主接线方式 13 第一节 确定车间变电所主变压器型式 13 第二节 主变压器台数和容量的选择 13 一 主变压器台数的选择 14 二 主变压器容量的选择 14 第三节 变电所主接线方案的设计 15 一 变电所的构成 15 二 对变电所主接线的要求 16 第五章 短路电流的计算及一次设备的选择 22 第一节 短路电流计算 22 一 短路计算的目的和方法 22 二 短路计算过程 22 第二节 一次设备的选择与校验 25 一 一次设备选择及校验的条件 25 第六章 变电所进出线及与邻近单位联络线的选择 29 第一节 变电所进出线的选择方法 29 一 变电所进出线的种类 29 iii 二 变电所进出线的方式的选择 29 三 变电所进出线导线和电缆型式的选择 29 第二节 导线截面的选择及校验 31 第七章 变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定 37 第一节 继电保护装置的配置原则及情况 37 一 继电保护的任务 37 二 继电保护装置的基本要求 37 三 继电保护的基本工作原理 38 四 电流保护的接线方式 39 第二节 变压器的继电保护及整定计算 40 一 变压器保护装置的配置要求 40 一 断路器控制回路及信号装置的选择 41 二 变电所的电能计量回路 43 三 测量和绝缘监视回路 43 四 自动重合闸装置 ARD 45 五 备用电源自动投入装置 APD 46 第八章 防雷保护和接地保护的设计 50 第一节 防雷保护 50 一 雷电过电压的种类 50 二 防雷设备的选择 50 三 防雷措施 51 第二节 变电所接地装置的选择 52 一 接地的概述 52 二 接地方案确定 53 总 结 55 致 谢 56 参考文献 57 外文资料 58 中文译文 62 0 第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 工厂供电的意义和要求工厂供电的意义和要求 一 工厂供电的意义一 工厂供电的意义 工厂供电 就是指工厂所需电能的供应和分配 亦称工厂配电 众所周知 电能是现代工业生产的主要能源和动力 电能既易于由其它形式的 能量转换而来 又易于转换为其它形式的能量以供应用 电能的输送的分配既简单 经济 又便于控制 调节和测量 有利于实现生产过程自动化 因此 电能在现代 工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛 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 因此 做好工厂供电工作对于发展工业生产 实现工业现代化 具有十分重要 的意义 由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面 而能源节约对于国家经济 建设具有十分重要的战略意义 因此做好工厂供电工作 对于节约能源 支援国家 经济建设 也具有重大的作用 二 工厂供电的要求二 工厂供电的要求 工厂供电工作要很好地为工业生产服务 切实保证工厂生产和生活用电的需要 并做好节能工作 就必须达到以下基本要求 一 安全 在电能的供应 分配和使用中 不应发生人身事故和设备事故 二 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求 三 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 四 经济 供电系统的投资要少 运行费用要低 并尽可能地节约电能和减 少有色金属的消耗量 1 此外 在供电工作中 应合理地处理局部和全局 当前和长远等关系 既要照 顾局部的当前的利益 又要有全局观点 能顾全大局 适应发展 第二节第二节 工厂供电的原则及内容工厂供电的原则及内容 一 工厂供电的原则一 工厂供电的原则 一 按照国家标准 GB50052 95 供配电系统设计规范 GB50053 94 10kv 及以下设计规范 GB50054 95 低压配电设计规范 等的规定 进行工厂 供电设计必须遵循以下原则 1 遵守规程 执行政策 必须遵守国家的有关规定及标准 执行国家的有关方针政策 包括节约能源 节约有色金属等技术经济政策 2 安全可靠 先进合理 应做到保障人身和设备的安全 供电可靠 电能质量合格 技术先进和经济合 理 采用效率高 能耗低和性能先进的电气产品 3 近期为主 考虑发展 应根据工作特点 规模和发展规划 正确处理近期建设与远期发展的关系 做 到远近结合 适当考虑扩建的可能性 4 全局出发 统筹兼顾 按负荷性质 用电容量 工程特点和地区供电条件等 合理确定设计方案 工 厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分 工厂供电设计的质量直接影响到工 厂的生产及发展 作为从事工厂供电工作的人员 有必要了解和掌握工厂供电设计 的有关知识 以便适应设计工作的需要 二 关于负荷性质 按 GB50052 95 供配电系统设计规范 规定 根据电 力负荷对供电可靠性要求及中断供电在政治 经济上所造成的损失或影响程度 电 力负荷分为以下三级 1 一级负荷 中断供电将造成人身伤亡者 中断供电将在政治上 经济上造成 重大损失者 例如重要交通枢纽 大型体育馆 经常用于国际活动的大量人员集中 的公共场所等用电单位中的重要电力负荷 在一级负荷中 当中断供电将发生中毒 爆炸和火灾等情况的负荷 以及特别重要的场所不允许中断供电的负荷 应视为特 2 别重要的负荷 2 二级负荷 中断供电将在政治上 经济上造成较大损失者 例如主要设备的 损坏 大量产品报废 重点企业大量减产等 中断供电将影响重要用电单位的正常 工作者 3 三级负荷 不属于一级负荷和二级负荷的电力负荷 对一级负荷 应由两个电源供电 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 除应由两个电源供电外 还应增设应急 电源 并严禁将其它负荷接入应急供电系统 对于二级负荷 易由两回线路供电 在负荷较小或地区供电条件空难时 二级 负荷可由一回 6KV 及以上专用的架空线路或电缆供电 当采用架空线供电时 可为 一回架空线供电 当采用电缆供电时 应采用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 二 设计内容及步骤二 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 一 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 二 改善功率因数装置设计 按负荷计算求出各车间变电所的功率因数 通过查表或计算求出达到设计要求 数值所需补偿的无功率 由手册或产品样本选用所需电容器的规格和数量 并选用 合适的电容器柜 三 选择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 四 确定总降压变电所接线方案和厂区内高压配电方案 3 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 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 五 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 六 变电所高压侧设备选择 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 选择变电所高压 侧电器设备 如隔离开关 断路器 母线 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动稳定检验 七 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 八 变电所防雷装置设计 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 九 绘制变配电所主结线图 平面图和必要的剖面图 二次回路图及其他施工 图样 综合前述设计计算结果 参照国家有关规程规定 进行内外的变 配电装置的 总体布置和施工设计 4 第二章第二章 负荷计算和无功功率补偿负荷计算和无功功率补偿 第一节第一节 负荷计算的目的和方法负荷计算的目的和方法 一 负荷计算的目的一 负荷计算的目的 计算负荷是供电设计计算的基本依据 计算负荷的确定是否合理 将直接影响 到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理 计算负荷不能定得太大 否则选择的 电气设备和导线电缆将会过大而造成投资和有色金属的浪费 计算负荷也不能定得 过小 否则选择的电气设备和导线电缆将会长期处于过负荷下运行 增加电能损耗 产生过热 导致绝缘体过早老化甚至烧毁 因此 必须合理确定计算负荷 确定用户的计算负荷是选择电源进线和一 二次设备的基本依据 是供配电系 统设计的重要组成部分 也是与电力部门签订用电协议的基本依据 在工业企业的供电设计中 学会计算或估算全厂电力负荷的大小是非常重要的 它是正确选择供电系统中导线 开关电器 变压器等的基础 也是保障供电系统安 全可靠运行必不可少的重要一环 二 负荷计算的方法二 负荷计算的方法 负荷计算的方法有需要系数法 利用系数法及二项式等几种 我国目前普遍采 用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法 需要系数法的优点是简便 适用于全厂和车间变电所负荷的计算 二项式法适用于机加工车间 有较大容量 设备影响的干线和分支干线的负荷计算 但在确定设备台数较少而设备容量差别 悬殊的分支干线的计算负荷时 采用二项式法较之采用需要系数法合理 且计算 也较简便 本设计采用需要系数法确定 一 单组用电设备的计算负荷的确定 主要计算公式有 有功功率 2 1 30ed PPK 5 无功功率 2 tan 3030 PQ 2 2 3 22 30303030 cosSPPQ 计算电流 2 4 3030 3 N ISU 式中 用电设备组的有功 无功 视在功率的计算负荷 30 P 30 Q 30 S 用电设备组的设备总额定容量 e p 功率因数角的正切值 tan 用电设备组的计算负荷电流 30 I 额定电压 N U 二 多组用电设备计算负荷的确定 有功功率 2 ipPKP 3030 5 无功功率 2 6 iqPKQ 3030 视在功率 2 7 2 30 2 3030QPS 计算电流 2 8 NU S I 3 30 30 式中 所有设备组有功计算负荷之和 iP 3030P 有功负荷同时系数 本设计取 0 9 pK 所有设备组无功计算负荷之和 iQ 3030Q 无功负荷同时系数 本设计取 0 9 qK 第二节第二节 车间用电设备组和工厂计算负荷的确定车间用电设备组和工厂计算负荷的确定 由于本设计需要选择设备 应该采用比较详细的的计算方法 这里选择逐级计 算法 逐级计算方法是指根据用户的供配电系统图 从用电设备开始 朝电源方向 逐级计算 最后求出用户总的计算负荷的方法 流或容量大小是确定供电系统 选择变压器容量 电气设备 导线截面和仪表 6 量程的依据 也是整定继电器保护的重要依据 负荷统计表中的数据已给出 依据这些数据 计算出 填入相maxPmaxQmaxS 应的表中 1 根据表提供的参数值 计算并填入表 1 中 计算公式如下 maxT maxxPk P 22 maxmaxmaxSPQ maxmaxtanQP maxmaxcosPS maxmaxpPT 2 对于成组低压用户的高压计算负荷 还应计入变压器和高压线路的功率损耗 各厂房和生活区的负荷计算如表 1 所示 表表 2 12 1 阳泉机械厂负荷计算表阳泉机械厂负荷计算表 计算负荷 编号名称类别 设备 容量 需要 系数 cos tan P30 KwQ30 Kw S30 KV A I30 A 动力 3000 30 701 029091 8 照明 60 81 004 80 1 铸造 车间 小计 306 94 891 8132201 动力 3500 30 651 17105123 照明 80 71 005 60 2 锻 压 车 间 小计 358 110 6123165251 动力 1500 60 80 759067 5 照明 50 81 0040 6 热处 理车 间 小计 1559467 5116176 动力 2500 50 80 7512593 8 照明 50 81 0040 5 电镀 车间 小计 255 12993 8160244 10 仓库动力 200 40 80 7586 7 照明 10 81 000 80 小计 218 8610 716 2 计算负荷 编号名称类别 设备 容量 需要 系数 cos tan P30 KwQ30 Kw S30 KV A I30 A 动力 360108144 照明 70 91 006 30 4 工具 车间 小计 367 144 3144184280 动力 4000 20 651 178093 6 照明 100 81 0080 3 金工 车间 小计 4108893 6128194 动力 500 70 80 753526 3 照明 10 81 000 80 9 锅炉 房 小计 51 35 826 344 467 动力 1800 30 71 025455 1 照明 60 81 004 80 7 装配 车间 小计 18658 855 180 6122 动力 1600 20 651 173237 4 照明 40 81 003 20 8 机修 车间 小计 16435 237 451 478 11 生活 区 照明 3500 70 90 4824517 6272413 动力 2220 照明 403 1015 3856 1 总计 380V 侧 计入 K p 0 8 K q 0 85 0 75812 2727 610901656 8 第三节第三节 无功功率补偿无功功率补偿 由表 2 1 可知 该厂 380 侧最大负荷是的功率因数只有 0 75 而供电部门要求 该厂 10KV 进线侧最大负荷时功率因数不应低于 0 94 考虑到主变电器的无功损耗 远大于有功损耗 因此 380V 侧最大负荷时功率因数应稍大于 0 94 暂取 0 96 来计 算 380V 侧所需无功功率补偿容量 Qc P30 tan 1 tan 2 812 2 tan arccos0 75 tan arccos0 96 479 kvar 参照图 2 6 选 PGJ1 型低压自动补偿屏 并联电容器为 BW0 4 14 3 型 采用其方 案 1 主屏 1 台与方案 3 辅屏 5 台相组合 总共容量 84kvar 6 504kvar 因 此无功功率补偿后工厂 380V 侧和 10KV 侧的负荷计算如表 2 所示 因没有选出变压器 所以低损耗的变压器的功率损耗可按下列估算法 30 0 015 T PS 30 0 06 T QS 30 0 0150 015 842 412 64kv T PS 30 0 060 06 842 451kvar T QS 表表 2 22 2 无功功率补偿后工厂无功功率补偿后工厂 的计算负荷的计算负荷 计算负荷计算负荷 项目项目 cos cos P30 kWQ30 kvar S30 kV A I I30 30 A A 380V380V 侧补偿前负荷侧补偿前负荷 0 75812 2727 6109016561656 380V380V 侧无功补偿容量侧无功补偿容量 504 380V380V 侧补偿后负荷侧补偿后负荷 0 964812 2 223 6842 4 12801280 主变压器功率损耗主变压器功率损耗0 015S30 12 6 4 0 06S30 5 1 10KV10KV 侧负荷总计侧负荷总计 0 9490 949824 8824 8274 6274 68698695050 9 第三章第三章 变电所所址及型式的选择变电所所址及型式的选择 第一节第一节 变电所所址的选择变电所所址的选择 一 变电所所址选择的一般原则一 变电所所址选择的一般原则 一 选择工厂变配电所的所址 应根据下列要求经技术 经济比较后确定 1 尽量接近负荷中心 以降低配电系统的电能损耗 电压损耗和有色金属消耗 量 2 进出线方便 特别是要便于架空进出线 3 接近电源侧 特别是工厂的总降压变电所和高压配电所 4 设备运输方便 特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输 5 不因设在有剧烈震动或高温的场所 无法避开时 应有防震和隔热的措施 6 不应设在多尘或有腐蚀性气体的场所 当无法远离时 不应设在污染源盛行风 向的下风侧 7 不应设在厕所 浴室或其他经常积水场所的正下方 且不宜与上述场所相贴邻 8 不应设在有爆炸危险的正上方或正下方 且不宜设在有火灾危险环境的正上 方或正下方 当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗邻时 应符合现行国家标准 GB50058 92 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 的规定 9 不应设在地势低洼和可能积水的场所 10 高压配电所应尽量与临近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在 一起 二 GB50053 94 10kV 及以下变电所设计规范 还规定 1 装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所 不应设在三 四级耐火等级的 建筑物内 当设在二级等级的建筑物内时 建筑物应采取局部防火措施 2 多层建筑中 装有可燃性油的电气设备的变 配电所 当受条件限制必须设置 时 应设在底层靠外墙部位 且不应设在人员密集场所的长上方 正下方 贴邻和疏 10 散出口的两旁 并应按现行国家标准 GB50045 95 高层民用建筑设计防火规范 有 关规定 采取相应的防火措施 3 露天或半露天的变电所 不应设在下列场所 1 有腐蚀性气体的场所 2 挑檐 为燃烧体或难燃烧和耐火等级为四级的建筑物旁 3 附近有棉 粮及其他易燃易爆 物品集中的露天堆放场 4 容易沉积可燃粉尘 可燃纤维 灰尘或导电尘埃且严重 影响变压器安全运行的场所 根据负荷指示图确定的负荷中心的位置 综合考虑变电所位置选择的原则 可以 确定总降压变电所和车间变电所的位置 变电所的位置应靠近负荷中心且偏向电源侧 本设计中变电所的位置如工厂总平面布置图中所示 二 负荷中心的确定二 负荷中心的确定 在工厂平面图的下面和左侧 任作一直角坐标的 x 轴和 y 轴 测出各车间和生 活区的负荷中心点的坐标位置 例如 而工厂的负荷中 111 yxP 222 yxP 心设在 yxP 321 PPPP i P 按负荷功率矩法确定负荷中心 3 1 i ii P xP x 3 2 i ii P yP y 变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心 工厂的负荷中心按功率矩法来确定 由与计算公式得 ii i p x x p ii i p y y p 2 194 8 110 6884 494 129 114 358 87 1 8 8 1015 3 X 5 4 7 8 35 88 4 35 2 10 1 245 1015 3 1 98858 836110 6945 294 8 1296 8 114 3 1015 3 Y 11 5 0 2 3 8 835 8 3 85 2 35 27 4 245 1015 3 计算 x 5 4 y 5 0 注 选择坐标原点是以平面图的左下角 由计算结果可知 工厂的负荷中心在 2 3 5 6 号车间之间 考虑到方便进出 线 周边环境及交通情况 决定在 5 号车间的西侧仅靠车间修建工厂变电所 其形 式为附设式 如图 3 1 注 图中距离在留 10 裕量 所示 图 3 1 阳泉机械厂降压变电所平面图 12 第四章第四章 车间变电所主变压器型式 容量和数量及主接线方式车间变电所主变压器型式 容量和数量及主接线方式 第一节第一节 确定车间变电所主变压器型式确定车间变电所主变压器型式 变压器是变电所中关键的一次设备 其主要功能是升高或降低电压 以利于电 能的合理输送 分配和适用 变压器按动能分有升压变压器和降压变压器 按相数分有单相和三相变压器 按绕组导体的材质分有铜绕组和铝绕组变压器 按冷却方式和绕组绝缘分有油浸式 干式两大类 其中油浸式变压器又有油浸自冷式 油浸风冷式 油浸水冷式和强迫 油循环冷却式等 而干式变压器又有浇注式 开启式 充气式等 按用途分又可分 为普通变压器和特种变压器 按调压方式分有无载调压变压器和有载调压变压器 在一般正常的变电所 可选用油浸式变压器 且应优先选用如 S9 系列或 S10 系列 在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所 应选择 S9 M S11 M R 等系列密闭式变压器或防腐型变压器 对于高层建筑 地下建筑 发电厂 化工等 单位对消防要求较高的场所 宜采用干式电力变压器 SC SCZ SG3 SG10 SC6 等 对于多雷区及土壤电阻率较高的山区 宜选 用放类型变压器 如 SZ 等型变压器 其二次绕组采用曲折线 Z 形 联结 由于二次 绕组三个相均分成两半 而且错想联结 在雷电过电压波入侵时 其二次侧同一铁 心柱上的两半绕组的两部分感应电动势正好抵消 因此不会在变压器低压侧配电线 路上感应出危险过电压 从而有利于防雷 对电网电压波动较大的 为改善电能质 量应采用有载调压电力变压器 SZ7 SFSZ SGZ3 等 本设计选择 S9 系列三相油浸自冷电力变压器 第二节第二节 主变压器台数和容量的选择主变压器台数和容量的选择 变压器是变电所中关键的一次设备 其主要功能是升高或降低电压 以利于电 能的合理输送 分配和适用 变压器按动能分有升压变压器和降压变压器 按相数分有单相和三相变压器 13 按绕组导体的材质分有铜绕组和铝绕组变压器 按冷却方式和绕组绝缘分有油浸式 干式两大类 其中油浸式变压器又有油浸自冷式 油浸风冷式 油浸水冷式和强迫 油循环冷却式等 而干式变压器又有浇注式 开启式 充气式等 按用途分又可分 为普通变压器和特种变压器 按调压方式分有无载调压变压器和有载调压变压器 在选择变压器时 应选用低损耗节能型变压器 如 S9 系列或 S10 系列 高损耗 变压器已被淘汰 不再采用 在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所 应选择密闭型变压器或防腐型变压器 供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变 电所常采用三相油浸自冷电力变压器 S9 S10 M S11 S11 M 等 对于高层建 筑 地下建筑 发电厂 化工等单位对消防要求较高的场所 宜采用干式电力变压 器 SC SCZ SG3 SG10 SC6 等 对电网电压波动较大的 为改善电能质量应 采用有载调压电力变压器 SZ7 SFSZ SGZ3 等 本设计选择 S9 系列三相油浸自冷电力变压器 一 主变压器台数的选择一 主变压器台数的选择 一 主变压器台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择 1 应满足用电负荷对可靠性的要求 在有一 二级负荷的变电所中 选择两台 主变压器 当在技术 经济上比较合理时 主变压器选择也可多于两台 2 对季节性负荷或昼夜负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所 技术经 济合理时可选择两台主变压器 3 三级负荷一般选择一台主变压器 负荷较大时 也可选择两台主变压器 由于该厂的负荷属于二级负荷 对电源的供电可靠性要求较高 宜采用两台变 压器 以便当一台变压器发生故障后检修时 另一台变压器能对一 二级负荷继续 供电 故选两台变压器 二 主变压器容量的选择二 主变压器容量的选择 本设计要求装设两台主变压器 采用暗备用方式 当其中一台主变因事故断开 另一台主变的容量应满足全部负荷的 70 考虑变压器的事故过负荷能力为 40 则 可保证 80 负荷供电 1 装设一台时 应满足 主变压器容量应补小于总计算负荷 即 TN S 30 S 14 1 15 1 4 4 1 TN S 30 S 2 装设两台时 应满足 每台变压器的容量不应小于总的计算负荷的 TN S 30 S 60 最好为总计算负荷的 70 左右 即 4 2 30 7 0 6 0 SS TN 同时每台主变压器容量不应小于全部一 二级负荷之和 即 TN S 30 S 4 3 30 SS TN 变电所主变压器的选择 根据工厂的负荷性质和电源情况 工厂变电所的主变 压器可有下列两种方案 1 装设一台主变压器 型式采用 S9 而容量根据式 选 30N T SS 即选一台 S9 1000 10 型低损耗配电变压器 至于 30 1000kVA869kVA N T SS 工厂二级负荷的备用电源 由与邻近单位相联的高压联络线来承担 2 装设两台主变压器 型号亦采用 S9 二每台容量按式和 30 0 6 0 7 N T SS 即 N T SS 0 6 0 7 869kVA 521 608 kVA N T S 且 132 16044 4 kVA336 4kVA N T SS 因此选两台 S9 630 10 型低损耗配电变压器 工厂二级负荷的备用电源亦与邻 近单位相联的高压联络线来承担 主变压器的联结组别均采用 Yyn0 第三节第三节 变电所主接线方案的设计变电所主接线方案的设计 一 变电所的构成一 变电所的构成 变电所由一次回路和二次回路构成 一 一次回路 供配电系统中承担输送和分配电能任务的电路 称一次回路 也称为主电路或主接线 一次电路中所有的电气设备称为一次设备 如变压器 断 路器 互感器等 15 一次设备按功能分为以下几类 1 变换设备 按电力系统的要求 改变电压或电流大小的设备 如变压器 电 流互感器 电压互感器等 2 控制设备 用来控制一次电路通 断的设备 如高低压短路器 开关等 3 保护设备 用来控制一次电路通 断的设备 避雷器等 4 补偿设备 用来补偿电力系统中无功功率以提高功率因数的设备 如并联电 容器等 5 成套设备为了节省空间 按一次电路接线方案的要求 将有关的一次设备及 其相关的二次二次设备组合为一体的电气装置 如高低压开关柜 低压配电箱等 二 二次回路 凡用来控制 指示 监测和保护一次设备运行的电路 叫二次 回路 也叫二次接线 二次回路中所有电气设备都称为二次设备或二次元件 如仪 表 继电器 操作电源等 二 对变电所主接线的要求二 对变电所主接线的要求 变电所的主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线 应根据变配电所在供 电系统中的地位 进出线回路数 设备特点及负荷性质等条件确定 并应满足安全 可靠 灵活和经济等要求 一 安全性 1 在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧 必须装设高压隔离开关 2 在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧 必须装设低压刀开关 3 在装设高压熔断器 负荷开关的出线柜母线侧 必须装设高压隔离开关 4 35kV 及以上的线路末端 应装设与隔离开关联锁的接地刀闸 5 变配电所高压母线上及架空线路末端 必须装设避雷器 装设于母线上的避 雷器 宜与电压互感器共用一组隔离开关 接于变压器引出线上的避雷器 不宜装 设隔离开关 二 可靠性 1 变电所的主结线方案 必须与其负荷级别相适应 对一级负荷 应由两个电 源供电 对二级负荷 应由两回路或者一回 6kV 及以上专用架空线或电缆供电 其 中采用电缆供电时 应采用两根电缆组成的线路 且每根电缆应能承受 100 的二级 16 负荷 2 变电所的非专用电源进线侧 应装设带短路保护的断路器或负荷开关 串熔 断器 当双电源供多个变电所时 宜采用环网供电方式 3 对一般生产区的车间变电所 宜由工厂总变配电所采用放射式高压配电 以 确定供电可靠性 但对辅助生产区及生活区的变电所 可采用树干式配电 4 变电所低压侧的总开关 宜采用低压断路器 当有继电保护或自动切换电源 要求时 低压侧总开关和低压母线分段开关 均应采用低压断路器 三 灵活性 1 变电所的高低压母线 一般宜采用单母线或单母线分段结线 2 35kV 及以上电源进线为双回路时 宜采用桥形结线或线路变压器组结线 3 需带负荷切换主变压器的变电所 高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关 4 主结线方案应与主变压器经济运行的要求相适应 5 主结线方案应考虑到今后可能的扩展 四 经济性 1 主结线方案在满足运行要求的前提下 应力求简单 变电所高压侧宜采用断 路器较少或不用断路器的结线 2 变配电所的电气设备应选用技术先进 经济适用的节能产品 不得选用国家 明令淘汰的产品 3 中小型工厂变电所一般采用高压少油断路器 在需频繁操作的场合 则应采 用真空断路器或断路器 6SF 4 工厂的电源进线上应装设专用的计量柜 其中的电流 电压互感器只供计费 的电度表用 5 应考虑无功功率的人工补偿 使最大负荷时功率因数达到规定的要求 变电所主结线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种 主接线方案 1 装设一台主变压器的主接线方案 如图所示 见图 4 1 2 装设两台主变压器的主接线方案 如图所示 见图 4 2 17 图 4 1 装设一台主变的变电所主接线方案 附高压柜列图 18 图 4 2 装设两台主变的变电所主接线方案 附高压柜列图 19 3 两种主接线方案的计算经济比较 如表 4 3 表表 4 34 3 两种主接线方案的比较两种主接线方案的比较 供电安全性满足要求满足要求 供电可靠性基本满足要求满足要求 比较项目 装设一台主变的方案 图 2 装设两台主变的方案 图 3 灵活方便性只一台主变 灵活性稍差 由于有两台主变 灵 活性较好 技 术 指 标 扩建适应性稍差一些更好一些 电力变压器的综合投 资额 由表 2 8 住宅用负荷 需要系数 查得 S9 1000 单价为 15 1 万元 而由表 4 1 查得变压器综合投资约 为其单价的 2 倍 因此其 投资为 2 15 1 万元 30 2 万元 由表 2 8 住宅用负荷 需要系数 查得 S9 630 单 价为 10 5 万元 因此两台 综合投资为 4 10 5 万元 42 万元 比 1 台主变方案 多投资 11 8 万元 高压开关柜的综合投 资额 查表 4 10 GG 1A F 型高压开关柜的部 分一次线路方案表 得 GG 1A F 型柜按每台 3 5 万 元计 查表 4 1 得其综合 投资按设备价 1 5 倍计 因此其综合投资约为 4 1 5 4 万元 24 万元 本方案采用 6 台 GG 1A F 柜 其综合投资约为 6 1 5 万元 3 万元 比 1 台主变的方案多投资 12 万元 电力变压器和高压开 关柜的年运行费 参照表 4 2 变配电所 变压器和高压设备及线路 年运行费估算表 计算 主变的折旧费 30 2 0 05 1 51 万元 高压开关柜的折旧费 24 0 06 1 44 万元 变 配电设备维修费 30 2 24 0 06 3 25 万元 主变和高压开关柜 的折旧和维修管理费每年 为 6 4 元 主变的折旧费 42 0 05 2 1 万元 高压 开关柜的折旧费 36 0 06 2 16 万元 变 配电设备维修费 42 36 0 06 4 68 万 元 主变和高主变和高压 开关柜的折旧费和维修管 理费每年为 8 94 万元 比 1 台主变的方案多耗 2 74 万元 经 济 指 标 供电贴费 按 800 元 kVA 计 贴 费为 1000 0 08 万元 80 万元 贴费为 2 630 0 08 万元 100 8 万元 比 1 台 主变的方案多交 20 8 万元 20 从上表可以看出 按技术指标 装设两台主变的主接线方案 图 4 3 略优于 装设一台主变的主接线方案 图 4 2 但按经济指标 则装设一台主变的方案远优 于装设两台主变的方案 因此决定采用装设一台主变的方案 说明 如果工厂负荷近期可有较大增长的话 则宜采用装设两台主变的方案 21 第五章第五章 短路电流的计算及一次设备的选择短路电流的计算及一次设备的选择 第一节第一节 短路电流计算短路电流计算 一 短路计算的目的和方法一 短路计算的目的和方法 短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备 以及进行继电保护装置 的整定计算 进行短路电流计算 首先要绘制计算电路图 在计算电路图上 将短路计算所 考虑的各元件的额定参数都表示出来 并将各元件依次编号 然后确定短路计算点 短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过 接着 按所选择的短路计算点绘出等效电路图 并计算电路中各主要元件的阻 抗 在等效电路图上 只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来 并标明其序号和阻抗值 然后将等效电路化简 对于工厂供电系统来说 由于将电 力系统当作无限大容量电源 而且短路电路也比较简单 因此一般只需采用阻抗串 并联的方法即可将电路化简 求出其等效总阻抗 最后计算短路电流和短路容量 二 短路计算过程二 短路计算过程 短路电流计算的方法 常用的有欧姆法和标幺制法 本设计采用标幺制法进行短路电流的计算 计算公式有 电力系统的电抗标幺值 5 ocd SSX 1 1 电力变压器的电抗标幺 5 2 N dc S SU X 100 1 3 1 绘制计算电路 如图 5 1 22 1 2 3 400MVA 系 统 图 5 1 短路计算电路图 2 确定短路计算基准值 设 100MVA 即高压侧低压侧 d S d U c U N 1 05U 1 10 5kV d U 2 0 4kV d U 则 2 1 100MVA 5 5kA 33 10 5kv d d d S I U 2 2 100MVA 144kA 330 4kv d d d S I U 3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 1 电力系统 已知 故400MVA OC S 1 100MVA 400MVA0 25X 2 架空线路 查表 LJ 型铝绞线的主要技术数据表 得 LGJ 150 的 x0 0 36 km 而线路长 8km 故 22 100MVA 0 36 82 6 10 5KV X 3 电力变压器 查表 3 1 S9 系列铜线配电变压器的主要技术数据 得 UZ 4 5 故 3 4 5100MVA 4 5 1001000KVA X 因此绘短路计算等效电路图 如图 5 2 所示 23 图 5 2 短路计算的等效电路图 4 计算 k l 点 10 5kv 侧 的短路总电抗及三相短路电流和短路容量 1 总电抗标幺值 85 2 6 225 0 2 1 1 XXX k 2 三相短路电流周期分量有效值 3 11 1 5 5kA 2 85 1 93kA kdk IIX 3 其他短路电流 3 3 3 1 3 3 3 3 1 93kA 2 554 92kA 1 512 91kA k sh III iI II 4 三相短路容量 3 1 1 100MVA 2 8535 1MVA kdk SSX 5 计算 k 2 点 0 4KV 侧 的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 1 总电抗标幺值 35 75 46 225 0 3 2 1 2 XXXX k 2 三相短路电流周期分量有效值 3 22 2 1447 3519 6kA kdk IIXkA 3 其它短路电流 3 3 3 2 19 6kA k III 3 3 3 3 1 841 84 19 6kA36 1kA 1 091 09 19 6kA21 4kA sh sh iI II 4 三相短路容量 3 2 2 13 6MVA kdk SSX 以上计算结果综合如表 5 1 所示 24 表表 5 15 1 短路计算结果短路计算结果 三相短路电流 kA三相短路容量 MVA 短路计算点 3 K I 3 I 3 I 3 sh i 3 ih I 3 k S k 11 931 931 934 922 9135 1 k 219 619 619 636 121 413 6 第二节第二节 一次设备的选择与校验一次设备的选择与校验 电气设备在使用中 不但要求在正常工作条件下安全可靠的运行 而且要求在 发生严重短路了故障时不受到严重破坏 因而要根据环境条件和供电要求确定其形 式和参数 保证电器正常运行时安全可靠 故障时不致损坏 并在技术合理时注意 节约 此外 还应根据产品情况及供应能力统筹兼顾 条件允许时优先选用先进设 备 一 一次设备选择及校验的条件一 一次设备选择及校验的条件 供配电系统中的电气设备是在一定的电压 电流 频率和工作环境条件下工作 的 电气设备的选择 除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外 还应满足在 短路故障时不至损坏的条件 开关电气还必须具有足够的断流能力 并适应所处的 位置 环境温度 海拔高度 以及防尘 防火 防腐 防爆等环境条件 一 电气设备的选择应遵循以下 3 个原则 1 按工作环境及正常工作条件选择电气设备 1 根据电气装置所处的位置 使用环境和工作条件 选择电气设备型号 2 按工