机电设备厂10KV变电所设计

I 摘摘 要要 机械厂供电系统的核心部分是变电所 变电所主接线设计是否合理 关系到整个电力系统的安全 灵活和经济运行 本设计在机械厂具体资 料的基础上 依据变电所设计的一般原则和步骤 完成了变电所一次系 统的设计 为适应机械类企业用电负荷变化大 自然功率因数第的特点 该设计中采用并联电容器的来补偿无功功率 以减少供电系统的电能损 耗和电压损失 同时提高了供电电压的质量 此机械厂变电所一次系统 的设计包括 变电所主接线方案的选择 进出线的选择 短路计算和开 关设备的选择 根据设计要求 绘制变电所一次系统图 关键字 变电所 变压器 短路电流 电气设备的选择 II ABSTRACT Machinery factory power supply system is the core part of substation Substation design is reasonable or not main connection relationship to the whole power system security flexible and economic operation This design in machinery factory concrete material basis according to the general principle and steps of substation design completed the first system design Substation In order to adapt to the machinery enterprise electricity load change is big the characteristics of natural power factor the first used in the design of the principal capacitor compensation reactive power just sent to reduce power supply system of electric power loss and voltage loss and at the same time improve the quality of power supply voltage This factory substation system design including one of the main substation wiring schemes choice In the choice to qualify Short circuit calculation and switchgear equipment choice According to the design requirements draw substation a system diagram Keywords substation transformer Short circuit current Electrical equipment choice III 目目 录录 1 前言 1 1 1 设计要求 1 1 2 设计依据 1 2 负荷计算和无功功率补偿 4 2 1 负荷计算 4 2 2 无功功率补偿 7 2 3 变电所主变压器的选择 8 2 4 变电所安装位置 9 3 变电所主接线方案的选择 11 3 1 电气主接线的基本要求 11 3 2 常用的主接线 11 3 3 工厂变电所主接线方案的选择 14 4 短路电流计算 16 4 1 短路电流计算的目的 16 4 2 短路电流计算 16 5 变电所一 二次设备的选择及校验 19 5 1 电气设备选择 19 5 2 变电所一次设备的选择校验 20 5 2 1 高压侧电气设备的选择校验 20 5 2 2 低压侧电气设备的选择校验 23 5 3 变电所进出线的选择及校验 25 5 3 1 导线选择的原则 25 5 3 2 变电所导线的选择 26 6 变电所继电保护的整定 30 6 1 电力变压器的故障形式 30 6 2 变电所继电保护装置 31 6 3 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 34 7 防雷保护和接地装置的设计 35 7 1 变电所防雷保护 35 7 1 1 变电所遭受雷击的主要原因 35 7 1 2 变电所防雷的具体措施 35 7 2 变电所接地装置的设计 38 7 2 1 变电所接地装置的分析 38 7 2 2 工厂变电所接地装置的设计 40 总结 41 IV 参考文献 42 附录 43 致谢 44 1 1 前言 1 1 设计要求 根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况 并适当考虑 到工厂的发展 按照安全可靠 技术先进 经济合理的要求 确定变电 所的位置与形式 确定变电所主要变压器的台数 容量和类型 选择变 电所主接线方案及高低压设备和进出线 选择整定继电保护装置 最后 按要求写出设计说明书 绘出设计图样 1 2 设计依据 1 气象地质资料 夏长冬短 年平均气温在 22 8 冬季最冷的 1 月平均 12 8 夏 季最热的 7 8 月平均 28 2 最低气温 2 最高气温达 40 年均降 雨量达 1304 毫米 本厂所在地区平均海拔 75m 地层以砂粘土为主 2 供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定 本厂可由附近一 条 10kv 的公用电源干线取得工作电源 该干线的走向参看工厂总平面图 该干线的导线牌号为 LGJ 150 导线为等腰三角形排列 线距为 2m 干 线首端距离本厂约 8km 干线首端所装设的高压断路器断流容量为 500MVA 此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护 定时限过流 保护整定的动作时间为 2s 为满足工厂二级负荷要求 可采用高压联络 线由邻近的单位取得备用电源 3 工厂总平面图 工厂的平面布置图如图 1 1 所示 2 图 1 1 工厂平面布置图 4 工厂的符合情况 本厂多数车间为两班制年最大负荷利用小时为 4600h 日最大负荷持 续时间为 6h 全厂负荷情况如表 1 1 工厂负荷统计资料表所示 表 1 1 工厂负荷统计表 厂房编号厂房名称负荷类 别 设备容量 kw 需用系数功率因数 动力3000 30 71铸造车间 照明60 81 0 动力3500 30 652锻造车间 照明80 71 0 动力3600 30 63金工车间 照明100 81 0 动力2500 50 84电镀车间 照明50 81 0 3 动力3600 30 65工具车间 照明80 91 0 动力2000 30 76装配车间 照明60 81 0 动力1500 60 87热处理车 间照明50 81 0 动力1600 20 658机修车间 照明40 81 0 动力500 70 89锅炉车间 照明20 81 0 动力500 40 810仓库 照明20 81 0 11办公楼照明1000 70 9 12生活区照明4000 70 9 4 2 负荷计算和无功功率补偿 2 1 负荷计算 1 单组用电设备负荷的计算 有功计算负荷 单位为 KW 为系数 30 P edP K d K 无功计算负荷 单位为 kvar tan 3030 PQ 视在计算负荷 单位为 KVA 30 S cos 30 P 计算电流 单位为 A 为用电设备的额定电压 单位为 KV 30 I N U S 3 30 N U 2 多组用电设备负荷的计算 有功计算负荷 单位为 KW 30 P ip PK 30 式中是所有设备组有功计算负荷之和 是有功负荷同 i P 3030 P p K 时系数 可取 0 85 0 95 无功计算负荷 单位为 kvar 是所有设备无功之和 是无功负荷 30 Q iq QK 30i Q 3030 Q q K 同时系数 可取 0 9 0 97 视在计算负荷 单位为 kvA 30 S 2 30 2 30 QP 计算电流 单位为 A 30 I N U S 3 30 经过计算 得到各厂房和生活区的负荷计算表 如表 2 1 所示 额定 电压取 380V 5 表 2 1 机械厂负荷计算表 计算负荷 编 号 名 称 类 别 设备容 量 Pe kw 需要 系数 Kd cos tan P30 k w Q30 k w S30 kv a I30 A 动 力 3000 30 71 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 3600 30 651 17108126 4 照 明 100 81 0040 3 金 工 车 间 小 计 370 112126 4168 9257 动 力 2500 50 80 7512593 8 照 明 50 81 0040 4 电 镀 车 间 小 计 255 12993 8160244 动 力 3600 30 61 33108144 照 明 80 81 006 40 5 工 具 车 间 小 计 368 114 4144184280 动 力 2000 30 71 026061 2 6 装 配 车 间 照 明 60 81 004 80 6 小 计 206 64 861 289 1 135 4 动 力 1500 60 80 759067 5 照 明 50 81 0040 7 热 处 理 车 间小 计 155 9467 5115 7 175 8 动 力 1600 20 651 173237 4 照 明 40 81 003 20 8 机 修 车 间 小 计 164 35 237 451 478 1 动 力 500 70 80 753526 380 6122 照 明 20 81 001 6 9 锅 炉 房 小 计 52 36 626 345 168 5 动 力 500 40 80 752015 照 明 20 81 001 60 10 仓 库 小 计 52 21 61526 340 11 办 公 区 照 明1000 70 90 487033 677 6118 12生 活 区 照 明4000 70 90 48280134 4310 6472 动 力 2230 照 明 556 1163954 4 总计 380V 侧 计入 Kep 0 85 Keq 0 90 0 75988 68591310 1990 4 7 2 2 无功功率补偿 无功补偿的主要作用 无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率耗损 稳定电压和提高供电质量 在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电 能力以及平衡三相负载的有功和无功功率 无功功率的人工补偿装置 主要有同步补偿机和并联电抗器两种 由于并联电抗器具有安装简单 运行维护方便 有功损耗小以及组装灵 活 扩容方便等优点 因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍 由上表可知 该厂 380V 侧最大负荷时的功率因数是 0 75 而供电部 门要求该厂 10kv 进线侧最大负荷时因数不应低于 0 90 考虑到主变压器 的无功损耗远大于有功损耗 因此 380V 侧最大负荷时因数应稍大于 0 90 暂取 0 92 来计算 380V 侧所需无功功率补偿容量 3012 tantan c Qp 988 6 tan arccos0 75tan arccos0 92 450kvar 选用两台 YC 225Kvar 无功补偿装置 总共容量 450kvar 补偿 前后 变压器低压侧的有功计算负荷基本不变 而无功计算负荷 859 450 kvar 409kvar 视在功率 30 Q 1070KVA 计算电流 1625 7 A 功率因数 2 2 303030 SPQ 30 30 3 N S I U 提高为 0 924 在无功补偿前 考虑到变压器的工作效率 cos 30 30 P S 该变电所主变压器 T 的容量为应选为 1600kVA 才能满足负荷用电的 需要 而采取无功补偿后 主变压器T 的总容量选为 1250kVA 的就 足够了 同时由于计算电流的减少 使补偿点在供电系统中各元件上 的功率损耗也相应减小 因此无功补偿的经济效益十分可观 因此无 功补偿后工厂 380V 侧和 10kV 侧的负荷计算如表 2 2 所示 8 表 2 2 无功补偿后负荷计算结果 计算负荷 项目cos P30 kwQ30 kvarS30 kvaI30 A 380v 侧补 偿前负荷 0 75988 685913101990 4 380v 侧无 功补偿容量 450 380v 侧补 偿后负荷 0 92 2 988 640910701625 7 主变压器功 率损耗 0 015S30 16 0 06S30 64 10kv 侧负 荷计算 0 921004 64731110 464 1 2 3 变电所主变压器的选择 1 主变压器的选择原则 根据电源进线方向 结合工厂计算负荷以及扩建和备用的需要 综 合考虑设置总降压变电所的有关因素 确定变压器型号 一般按 5 10 年规划负荷选择 重要变电所 一台主变停运 其余变 压器在允许过负荷范围内 满足 I II 类负荷 一般变电所 一台主变 停运 其余变压器满足全部负荷的 70 80 总降压变电所变压器台数 的确定需综合考虑负荷容量 对供电可靠性的要求 发展规划等因素 变压器台数越多 供电可靠性就越高 但设备投资必然加大 运行费用 也要增加 因此 在满足可靠性要求的条件下 变压器台数越少越经济 对三级负荷供电的变电所以及对可取的低压设备电源的一二级负荷 供电时 皆选用一台主变压器 对于有大量一 二级用电负荷 或总用 电负荷季节性 或昼夜 变化较大 或集中用电负荷较大的单位 应设 置两台及以上电力变压器 如有大型冲击负荷 如高压电动机 电炉等 动力 为减少对照明或其他负荷的影响 应增设独立变压器 对供电可 靠性要求高 又无条件采用低压联络线或采用低压联络线不经济时 也 应设置两台电力变压器 选用两台变压器时 其容量应满足在一台变压 9 器故障或修时 另一台仍能保持对一 二级用电负荷供电 但需对该台 变压器负荷能力及其允许运行时间进行校核 2 机械厂主变压器的选择 根据工厂的负荷性质和电源情况 工厂变电所的主变压器考虑有下 列两种可供选择的方案 装设一台变压器 型号为 S9 型 而容量根据式 为 30N T SS N T S 主变压器容量 为总的计算负荷 选 1600 KVA 1234 4 30 S TN S 30 S KVA 即选一台 S9 1600 10 型低损耗配电变压器 至于工厂三级负荷所 需的备用电源 考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担 装设两台变压器 型号为 S9 型 任一台单独运行时 必须满足全部用电负荷 60 70 的要求 则 740 864 KVA 1000KVA 满足要求 0 6 0 7 1234 N T S 应满足全部 级负荷用电要求 工厂的铸造车间 电镀车间和 锅炉房是二级负荷 则 132 160 45 1 KVA 337 1 KVA 1000KVA 满足要 30 N T SS 求 综合工厂实际需求和各方面因素 选两台 S9 1000 10 型低损耗配电 变压器 工厂三级负荷所需的备用电源 考虑由邻近单位相联的高压联 络线来承担 主变压器的联结组均为 Yyn0 所选变压器的主要参数如下 额定容量 1000KVA 高压分接范围 5 联结型号为 Yyn0 空载损耗 1 7KW 负载损耗 10 3KW 空载电流 0 7 阻抗电压 4 5 2 4 变电所安装位置 变电所位置和型式的选择应遵循以下几点来选择 1 变电所的位置应尽量靠近负荷中心 2 变电所应选择在地势比较高处避免低洼积水 3 交通运输必须方便 便于设备运输 10 4 变电所周围必须无易燃易爆物品 5 变电所进出线则应无高大建筑物 6 建议本厂变电所应靠近 XX 车间为宜 综合以上几点 同时考虑到方便进出线 周边环境及交通情况 决 定在 5 号车间的西南角紧靠车间修建工厂变电所 其形式为附设式 由于本厂有二级重要负荷 考虑到对供电可靠性的要求 采用两路 进线 一路经 10kV 公共市电架空进线 一路引自邻厂高压联络线 作为 工厂二级负荷的备用电源线 11 3 变电所主接线方案的选择 变电所的主结线又称为主电路 指的是变电所中各种开关设备 变 压器 母线 电流互感器等主要电气设备 按一定顺序用导置等均有较 大影响 是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据 3 1 电气主接线的基本要求 1 可靠性 在规定条件和规定时间内保证不中止供电的能力 即 供电的连续性 2 灵活性 操作的方便性 调度方便性 主接线能适应系统或本厂所的各种运行方式 扩建方便性 具有初期 终期 扩建的灵活方便性 3 经济性 投资省 设备少且廉价 接线简单且选用轻型断路器 占地面积少 一次设计 分期投资 尽快发展经济效益 电能损耗少 合理选择变压器的容量和台数 避免两次变压 3 2 常用的主接线 1 单母线接线 如图 3 1 所示 图 3 1 单母线接线图 GG 12 优点 接线简单清晰 设备少 操作方便 便于扩建和采用成套配 电装置 缺点 不够灵活可靠 任一元件 母线及母线隔离开关 故障或检 修 均需使整个配电装置停电 单母线可用隔离开关分段 但当一段母 线故障时 全部回路仍需短时停电 在用隔离开关将故障的母线段分开 后 才能恢复非故障段的供电 适用范围 一般只适用于一台发电机或一台主变压器 2 单母线分段接线 如图 3 2 所示 图 3 2 单母线分段接线图 优点 用断路器把母线分段后 对重要的用户可以从不同段引出两 个回路 有两个电源供电 当一段母线发生故障 分段断路器自动将故 GG 13 障段切除 保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 缺点 当一段母线或母线隔离开关故障时或检修时 该段母线的回 路都要在检修期间内停电 当出线为双回路时 常使架空线出现交叉跨 越 扩建时需向两个方向均衡扩建 适用范围 6 10KV 配电装置出线回路数为 6 回及以上 35 63KV 配电装置出线回路数为 4 8 回 110 220KV 配电装置出线回 路为 3 4 回 3 双母线接线 如图 3 3 所示 图 3 3 双母线接线图 优点 供电可靠 通过两组母线隔离开关的倒换操作 可以轮流检 修一组母线而不致使供电中断 一组母线故障后 能迅速恢复供电 检 修任一回路的母线隔离开关 只停该回路 调度灵活 各个电源和各回 路负荷可以任意分配到某一组母线上 能灵活的适应系统中各种运行方 式调度和潮流变化的需要 扩建方便 像双母线的左右任何一个方向扩 建 均不影响两组母线的电源和符合均匀分配 不会引起原有回路的停 电 当有双回架空线路时 可以顺序布置 以致连接不同的母线段时 不会如单母分段那样导致出线交叉跨越 便于试验 当个别回路需要单 独进行试验时 可将该回路分开 单独接至一组母线上 缺点 增加一组母线 每回路就需要增加一组母线隔离开关 当母 14 线故障或检修时 隔离开关作为倒闸操作电器 容易误操作 为了避免 隔离开关误操作 需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置 适用范围 6 10KV 配电装置 当短路电流较大 出线需要带电抗器 时 35 63KV 配电装置 当出线回路数超过 8 回时 或连接的电源较多 负荷较大时 110 220KV 配电装置出线回路数为 5 回及以上时 或当 110 220KV 配电装置在系统中居重要地位 出线回路数为 4 回及以上 当有两台变压器和两条线路时 按桥断路器的位置 分为内桥和外 侨 1 内桥接线 桥断路器位于变压器侧 线路中有断路器的桥接线 特点 正常操作时 线路投切方便 变压器不方便 线路故障 仅跳对应回路 QF 而 T 故障对应回路 QF 也须跳闸 应用场所 输电线路长而变压器又不需要经常切换的接线 2 外桥接线 桥断路器位于线路侧 变压器回路中有断路器的桥接 线 特点 与内桥相反 应用场所 与内桥相反 且线路中有穿越功率的接线 穿越功率是路 过变电所的功率 3 3 工厂变电所主接线方案的选择 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 三种方案 方案 高 低压侧均采用单母线分段 优点 用断路器把母线分段后 对重要用户可以从不同母线段引出 两个回路 用两个电路供电 当一段母线故障时 分段断路器自动切除 故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 缺点 当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电 当 出线为双回路时 常使架空线路出现交叉跨越 扩建时需向两个方向均 15 衡扩建 方案 单母线分段带旁路 优点 具有单母线分段全部优点 在检修断路器时不至中断对用户 供电 缺点 常用于大型电厂和变电中枢 投资高 方案 高压采用单母线 低压单母线分段 优点 任一主变压器检修或发生故障时 通过切换操作 即可迅速 恢复对整个变电所的供电 缺点 在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时 整个变电所 仍需停电 以上三种方案均能满足主接线要求 采用方案 时虽经济性最佳 但是其可靠性相比其他两方案差 采用方案 需要的断路器数量多 接 线复杂 它们的经济性能较差 采用方案 既满足负荷供电要求又较经 济 故本次设计选用方案 16 4 短路电流计算 4 1 短路电流计算的目的 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 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 幺制法进行短路计算 4 2 短路电流计算 变电所等效电路图如图 4 1 所示 K 1 T1 T2 500MVA 电源 G 17 图 4 1 短路计算电路 1 确定基准量 取 10 5KV 0 4KV 100 d SMVA 1c U 2c U 基准电流为 d I 5 49KA 1 1 3 d d c S I U 100 1 732 10 2 2 3 d d c S I U 100 144 93 1 732 0 4 KA 2 计算短路电路中各元件电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值 X 0 2 1 AMV AMV S S X X c d d s 500 100 电缆线路的电抗标幺值 76 2 5 10 100 838 0 22 0 2 c d U S LXX 电力变压器的电抗标幺值 查表得变压器的短路电压百分值 4 5 故 k U 34 4 5 100 1000 4 5 100100 1000 kdT dn USX XX XS 绘制等值电路如图 4 2 所示 图上标出个元件序号和电抗标幺值和短 路计算点 K 1 与 K 2 K 2 K 1 1 0 2 2 2 76 3 4 5 4 4 5 图 4 2 短路电流计算等效电路 18 3 10kv 高压侧点总电抗标幺值以及三相短路电流各值和短路容 1 K 量 总电抗标幺值 总电抗标幺值 0 2 2 76 2 96 12 1K XXX 三相短路电流的周期分量有效值 1 1 3 1 5 5 1 86 2 96 d K K I IKA X 其他三相短路电流 KAIII K 86 1 33 3 1 KAish743 4 86 155 2 KAIsh81 2 86 1 51 1 3 三相短路容量 1 1 3 100 33 78 2 96 d K K S SMVAMVA X 4 低压侧点的总电抗标幺值以及三相短里电流各值和短路容量 2 K 总电抗标幺值 21 5 2 5 4 76 2 2 0 4 3 2 1 1 XXXXX k 三相短路电流的周期分量有效值 KAKA X I I K d K 64 27 21 5 144 3 2 2 2 其他三相短路电流 KAIII K 64 27 33 2 KAiK86 5064 2784 1 3 2 KAIsh13 3064 2709 1 3 三相短路容量 MVAMVA X S S K d K 19 19 21 5 100 3 2 2 19 5 变电所一 二次设备的选择及校验 5 1 电气设备选择 1 电气设备选择的一般原则 应满足正常运行 检修 断路和过电压情况下的要求 并考虑远 景发展的需要 应按当地环境校验 应力求技术先进和经济合理 选择导体时应尽量减少品种 扩建工程应尽量使新老电器型号一致 选用新的产品 均应具有可靠的实验数据 并经证实鉴定合格 2 电气设备和载流导体选择的一般条件 电压 电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化 可能 高于电网的额定电压 这对裸铝 铜导体不会有任何影响 但对电器和 电缆 则要规定其允许最高工作电压得底于所接电网的最高运行电压 电流 导体 或电气设备 的额定电流是指在额定环境温度下 0 长期允许通过的电流 在额定的周围环境温度下 导体 或电气设 N I 备 的额定电流应不允许小于该回路的最大持续工作电流 N I max I 周围环境温度不等时 长期允许电流可按下式修正 0 max max0 NN II 式中 导体或电气设备正常发热允许最高温度数值 可查表 max 一般可取 max 70oC 我国生产的电气设备的额定环境温度 裸导体的额定环境 0 40oC 温度 0 25oC 环境条件 在选择电器时还要考虑带暖气安装地点的环境条件 一般电器的使用条件如不能满足当地气温 风速 湿度 污秽程度 海 20 拔高度 地震强度和覆冰厚度等环境条件时 应向制造部门提出要求或 采取相应的措施 3 按短路条件校验 热稳定校验 导体或电器通过短路电流时 各部分的温度 或发 热效率 应不超过允许值 满足热稳定的条件为 22 tima I tI t 式中 t 导体或电器允许通过的热稳定电流和持续时间 由产 t I 品样本查得 稳态短路电流I 假想时间 ima t 动稳定校验 等稳定 即导体和电器承受短路电流机械效应能力 应满足的动稳定条件为 或 essh ii essh II 式中 短路冲击电流幅值以及其有效值 es i es I 导体或电器允许的动稳定电流幅值以及其有效值 sh i sh I 5 2 变电所一次设备的选择校验 5 2 1 高压侧电气设备的选择校验 1 高压少油断路器 初步选择 SN10 10 630 高压少油断路器 电压级 10kv 额定电流是 630A 开断电流 16KA 动稳定电流 40KA 关合电流 40KA 2S 热稳 定电流 16KA 动稳定校验 40KA 4 743KA es i sh i 热稳定校验 变压器设有差动保护 在差动保护范围内短路时 其 为临时动作 继电器保护动作时限为 0 短路持续时间小于 1S 假想时 间由断路器的全开断时间 0 1S 和非周期分量假想时间 0 05S 构成 则 整定时间 21 0 1 0 05 0 15S i t 当 k1 点短路时 相当于 2S 的热稳定电流为 则 0 509KA 16KA 22 2 tsi IIt ts I 当 k2 点短路时 假想时间由继电保护时间和继电器全开断时间构成 2 0 1 2 1S 则相当于 2S 的热稳定电流为 i t 则 1 906KA4 743KA es i 热稳定校验 最坏情况下差动不起作用 短路发生在进线断路器 QF1 的隔离开关 后 并在断路器 QF2 之前时 事故切除靠上一级的变电所过电流保护 继电器动作时限应比进线的继电保护动作时限 2S 大一个时限产差 0 5S 再加上隔离开关动作的时间 则总时间 2 0 5 0 1 2 6S k t 相当于 5S 的热稳定电流为 则 0 355KA50 8KA es i 热稳定校验 380V 侧电压器总开关不做保护 则整定的总时间 2 1S i t 24 28 32KA50 8KA es i 热稳定校验 28 32KA al I 满足发热条件 30 I 校验机械强度 查表得 最小允许截面积25 而 min A 2 mm LGJ 35 满足要求 故选它 2 中性线和保护线截面的选择 中性线 N 线 截面的选择 三相四线制系统中的中性线 要通过系统的不平衡电流和零序电流 因此中性线的允许载流量 不应小于三相系统的最大不平衡电流 同时 应考虑谐波电流的影响 一般三相四线制线路的中性截面 A0 应不小于相线截面 Aj 的 50 即 A00 5Aj 对于三次谐波电流相当突出的三相四线制线路 由于各相的三次谐 波电流都要通过中性线 使得中性线电流可能接近甚至超过相电流 因 此这种情况下 中性线截面 A0 宜等于或大于相线截面 Aj 即 A0Aj 保护线 PE 线 截面的选择 27 保护线要考虑三相系统发生单相短路故障时单相短路电流通过时的 短路热稳定度 根据短路热稳定度的要求 选择保护线 PE 线 截面 APE 当 A16mm2时 APEAj 当 16mm235mm2时 APE0 5Aj 保护中性线 PEN 截面的选择 保护中性线兼有保护线和中性线的双重功能 因此其截面选择应同 时满足上述保护线和中性线的要求 取其中的最大值 3 380V 低压线路导线的选择 工厂车间低压照明线路和电动机导线截面的选择主要依据以下条件 导线发热条件 即连续允许电流 电压损失 机械强度 导线截面应与线路中装设的熔断器相适应 导线因敷设的方式和地点的不同 其散热条件也不相同 同样的导线 露 在空气中的安全电流和装在管子里的安全电流是不同的 另外 当环境温 度不同时 导线安全电流也不相同 关于导线安全电流的确定在实际工作 中 通常可以从手册中查找 另一方面可以采用一些经验做法 比如 对绝 缘线包括各种型号的橡皮绝缘线或塑料绝缘线 在明敷且环境温度为 25 的条件下可以做以下估算 对铝芯线 10mm2以下的载流量是截面数的 5 倍 100mm2以上的载流量是载面的 2 倍 16mm2与 25mm2 35mm2与 50mm2 70mm2与 95mm2三组截面的载流量分别是相应截面数的 4 倍 3 倍 2 5 倍 根据原始资料可以知道本厂年平均最高气温为 28 2 度 故选择各车 间线形的时候根据来选择导线型号 按最大长时负荷电流选择导 a130 II 28 线截面积要满足下式要求 max max0 NN II 30 I 例如铸造车间 按发热条件选择 由201A 初步选择交联聚乙烯绝缘聚氯乙 30 I 烯护套 铜芯 电力电缆 型号 YJV 120 导体工作温度 65 230A 201A 满足发热要求 1a I 校验电压损耗 由工厂平面图量得变电所至 1 号厂房距离约为 350m 而查表得到 120的铜芯电缆的0 18 按缆芯工作 2 mm 0 Rkm 温度 75 计 0 07 又 1 号厂房的94 8kW 91 8 0 Xkm 30 P 30 Q kvar 故线路电压损耗为 94 8 0 18 0 35 91 8 var 0 07 0 35 21 6 0 38 N pRqX kWk UV UkV 5 不满足要求 21 6 100 5 68 380 U 重新选择型号为 YJV 150 的电缆线 其 257A 满足发热条件 而查 1a I 表得到 150的铜芯电缆的 0 14 按缆芯工作温度 75 计 2 mm 0 Rkm 0 07 则 0 Xkm 94 8 0 14 0 35 91 8 var 0 07 0 35 18 1 0 38 N pRqX kWk UV UkV 251A 1a I 金工车间 YJV 240 337A 257A 1a I 电镀车间 YJV 240 337A 244A 1a I 工具车间 YJV 240 337A 280A 1a I 装配车间 YJV 120 230A 135 4A 1a I 热处理车间 YJV 185 292A 175 8A 1a I 机修车间 YJV 50 137A 78 1A 1a I 锅炉房 YJV 50 137A 68 5A 1a I 仓库 YJV 16 75A 40A 1a I 办公区 YJV 95 204A 118A 1a I 宿舍区采用 YJV 0 6 1KV 3 300 1 150 电缆线 安全载流量为 600A 大于 471A 30 6 变电所继电保护的整定 电力变压器是电力系统中使用相当普遍和十分重要的电气设备 虽 然它有别于发电机 是一种静止的电气设备 结构比较可靠 发生故障 的机会相对较少 但它一旦发生故障将会给供电的可靠性和系统的正常 运行带来严重的后果 为了保证变压器的安全运行 防止故障的扩大 按照变压器可能发生的故障 装设灵敏 快速 可靠和选择性好的保护 装置是十分必要的 变压器的继电保护是利用当变压器内外发生故障时 由于电流 电 压 油温等随之发生变化 通过这些突然变化来发现 判断变压器故障 性质和范围 继而作出相应的反应和处理 继电保护要求具有选择性 速动性 可靠性及灵敏性 6 1 电力变压器的故障形式 中压供配电系统中常用电力变压器都是降压变压器 绝缘形式有油 浸式和干式 绕组联结组别有 Dyn11 和 Yyn0 其主要故障形式有 1 绕组及其引出线的相间短路 包括三相短路和两相短路 这种故 障的特点是 短路相上电流急剧增加为正常电流的若干倍 因此可采用 反应电流过量而动作的过电流保护装置来加以保护 对于油浸式变压器 当油箱内绕组发生相间短路时 危害很大 故 障处的电弧不仅可能烧坏绕组绝缘和铁心 而且可能会使绝缘材料和变 压器油强烈气化 从而引起油箱爆炸 针对这种情况 变压器除了设置 过电流保护外 还应设置反应油气化量多少的瓦斯保护 31 2 绕组匝间短路 绕组匝间短路也是变压器的常见故障 绕组匝间 短路时也会使故障点电流增加 但增加的多少与短路匝数有关 但短路 匝数不多时 故障电流与正常电流差异不是很大 过电流保护装置不一 定能够反应出来 因此 对这种故障 油浸式变压器采用瓦斯保护 干 式变压器采用反应绕组短路时温度升高的温度保护 3 二次侧单相短路 变压器二次侧中性点直接接地 其单相短路时 故障相出现较大的短路电流 一般 首先考虑用变压器一次侧装设的过 电流保护兼作单相短路保护 若灵敏度不够 再考虑在变压器二次侧采 用反应三相电流之和的零序电流保护 4 过负荷 虽然变压器有一定的过负荷能力 但过负荷时间不能太 长 因此 当变压器的实际负荷超过其额定负荷时 采用反应变压器过 负荷的过负荷保护 5 油浸式变压器的油面降低 油浸式变压器是用变压器油作绕组的 相间绝缘和对地绝缘的 因此 绕组必须完全浸泡在变压器油中 当油 面降低时 会威胁变压器的绝缘 从而引起短路故障 针对这种情况 应设置可反应油面降低的瓦斯保护 6 干式变压器绕组温度升高 干式变压器绕组温度升高的原因很多 如 过负荷 匝间短路 环境温度升高 冷却系统故障等 针对这种情 况 应设置温度保护 对于高压侧为 6 10kv 的变电所主要变压器来说 通常装设有带时 限的过电流保护 如过电流保护动作时间大于 0 5S 0 7S 时 还应装设 电流速断保护 容量在 800KVA 及以上的油浸式变压器和 400KVA 及以 上的车间油浸变压器 按规定应装设瓦斯保护 容量在 400KVA 及以上 的变压器 当数台并列运行或单台运行并作为其他负荷的备用电源时 应根据可能的情况装设过负荷保护 过负荷保护及瓦斯保护在轻微故障 时 动作于信号 而其它保护包括瓦斯保护在严重故障时 一般均动作 与跳闸 32 6 2 变电所继电保护装置 由于本厂的高压线路不很长 容量不很大 因此继电保护装置比较 简单 对线路的相间短路保护 主要采用带时限的过电流保护和瞬时动 作的电流速断保护 对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置 装设在 变电所高压母线上 动作于信号 继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线 继电保护装置 的操作方式采用交流操作电源供电中的 去分流跳闸 操作方式 接线 简单 灵敏可靠 带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置 型号 都采用 GL 25 10 其优点是 继电器数量大为减少 而且可同时实现电 流速断保护 可采用交流操作 运行简单经济 投资大大降低 此次设计对变压器装设过电流保护 速断保护和过负荷保护装置 在低压侧采用相关断路器实现三段保护 保护装置原理图如下图所示 图 6 1 保护装置原理图 1 定时限过电流保护 动作电流的整定 保护装置的启动电流应按照避开变压器可能出现的最大负荷电流 来整定 由于变电两台变压器型号及容量相同 而且是并列运行的 maxL I 则最大电流可按下式 计算 I I I I I KA1KA2KA3 KA4 KA5 KT2 TA1TA2 T 过过电电流流信信 号号 电电流流 速速断断 信信号号 过过负负 荷荷信信 号号 KT1 YR QS QF QF 定时限过电流保护 KS1 KS2 电流速断保护过负荷保护 33 则 max 1 LN T InnI max1 22 1000 3 10 2 57 7115 LN T IIA 此时保护装置的启动电流应整定为 max relw opL rei KK II KK 其中 可靠系数 接线系数 1 继电器返回系数1 3 rel K w K 电流互感器的电流比 100 5 20 因此动作电流为 0 8 re K i K 1 3 1 1159 3 0 8 20 OP IA 因此过电流保护动作电流整定为 10A 过电流保护动作时间的整定 因本变电所为电力系统的终端变电所 故其过电流保护的动作时间 可整定为最短的 0 5s 过电流保护灵敏度系数的检验 min 1 k p op I S I 其中 0 866 19 7kA 10kV 0 4kV 0 682KA 2 3 min22 0 866 kKTkT IIKIK 因此其灵敏度系数为 1 1020 1200 opopIW II KKAA 1 5682 2003 41 p SA 满足灵敏度系数的 1 5 的要求 2 电流速断保护 速断电流的整定 继电保护动作电流 其中 max relw qbk IT KK II KK 1 100 5 20 kAII kk 64 27 3 2max 1 4 rel K w K i K 因此速断保护电流为10 0 425 T K 为了便于继电器整定 取继电器整AAIqb 4 7727640 2520 14 1 定值为 80A 电流速断保护灵敏度系数的校验 34 利用式 其中 min 1 k p qb I S I 2 3 min22 0 8660 866 1 861 61 kKk IIIKA 因此其保护灵敏度系数为 1 8020 11600 opopiW II KKAA KS 1610 1600 1 0 3 过负荷保护 一次侧动作电流 1 57 71 3 57 575 oprel IKA 继电器保护动作电流 75 203 75 op k IA 取继电器整定值为 4A 则一次侧实际动作电流为 80A 6 3 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 1 装设反时限过电流保护 采用 GL15 型感应式过电流继电器 两相两继电器式接线 去分跳闸 的操作方式 过电流保护动作电流的整定 max L ire wrel op I KK KK I 式中 2 取 maxL I 30 I 3030 30 130 430 81 3 132 16044 1 3 10 19 4 N IISSSU kVAkV A 1 0 8 50 5 10 因此动作电流为 1 3 rel K w K re K i K AAIop3 6 4 192 108 0 13 1 则过电流保护动作电流整定为 7A op I 过电流保护动作电流的整定 按终端保护考虑 动作时间整定为 0 5s 35 36 7 防雷保护和接地装置的设计 变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换 集中和分配的 场所 是联系发电厂与电力用户的纽带 担负着电压变换和电能分配的 重要任务 如果变电所发生雷击事故 会给国家和人民造成巨大的损失 所以变电所的防雷是不可忽视的问题 7 1 变电所防雷保护 7 1 1 变电所遭受雷击的主要原因 供电系统在正常运行时 电气设备的绝缘处于电网的额定电压作用 之下 但是由于雷击的原因 供配电系统中某些部分的电压会大大超过 正常状态下的数值 通常情况下变电所雷击有两种情况 一是雷直击于 变电所的设备上 二是架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成 的雷电波沿线路侵入变电所 其具体表现形式如下 直击雷过电压 雷云直接击中电力装置时 形成强大的雷电流 雷电流在电力装置 上产生较高的电压 雷电流通过物体时 将产生有破坏作用的热效应和 机械效应 感应过电压 当雷云在架空导线上方 由于静电感应 在架空导线上积聚了大量 的异性束缚电荷 在雷云对大地放电时 线路上的电荷被释放 形成的 自由电荷流向线路的两端 产生很高的过电压 此过电压会对电力网络 造成危害 因此 架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿 线路侵入变电所 是导致变电所雷害的主要原因 若不采取防护措施 势必造成变电所电气设备绝缘损坏 引发事故 7 1 2 变电所防雷的具体措施 1 变电所装设避雷针对直击雷进行防护 37 架设避雷针是变电所防直击雷的常用措施 避雷针是防护电气设备 建筑物不受直接雷击的雷电接收器 其作用是把雷电吸引到避雷针身上 并安全地将雷电流引入大地中 从而起到保护设备效果 变电所装设避 雷针时应使所有设备都处于避雷针保护范围之内 此外 还应采取措施 防止雷击避雷针时的反击事故 对于 35 kV 变电所 保护室外设备及架 构安全 必须装有独立的避雷针 独立避雷针及其接地装置与被保护建 筑物及电缆等金属物之间的距离不应小于五米 主接地网与独立避雷针 的地下距离不能小于三米 独立避雷针的独立接地装置的引下线接地电 阻不可大于 10 并需满足不发生反击事故的要求 对于 110kV 及以上 的变电所 装设避雷针是直击雷防护的主要措施 由于此类电压等级配 电装置的绝缘水平较高 可将避雷针直接装设在配电装置的架构上 同 时避雷针与主接地网的地下连接点 沿接地体的长度应大于十五米 因 此 雷击避雷针所产生的高电位不会造成电气设备的反击事故 2 变电所的进线防护 要限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陂度就必须对变电所 进线实施保护 当线路上出现过电压时 将有行波导线向变电所运动 起 幅值为线路绝缘的 50 冲击闪络电压 线路的冲击耐压比变电所设备的冲 击耐压要高很多 因此 在接近变电所的进线上加装避雷线是防雷的主要 措施 如不架设避雷线 当遭受雷击时 势必会对线路造成破坏 3 变电站对侵入波的防护 变电站对侵入波的防护的主要措施是在其进线上装设阀