某厂10KV降压变电所电气设计

目录 摘 要 III Abstract IV 序言 1 第一章 变电站的规划原则和初始数据 2 1 1 变电站的规划原则 2 1 2 设计要求 3 1 3 负荷情况 3 1 4 供电电源情况 4 第二章 车间的负荷计算及无功补偿 5 2 1 负荷计算 5 2 2 无功功率补偿 7 第三章 工厂变电所的设备选择及主接线设计 9 3 1 总降压变电所位置的选择 9 3 2 变压器台数及容量的选择 9 3 3 变电所主接线的选择 10 3 3 1 变电所主接线的选择原则 10 3 3 2 变电所主接线方案的选择 11 第四章 工厂供 配电系统短路电流计算 13 4 1 短路电流计算的目的及方法 13 4 2 短路电流计算 13 4 2 1 绘制计算电路图 13 4 2 2 确定基准值 14 4 2 3 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 14 4 2 4 k 1 故障点的短路电流计算 15 4 2 5 k 2 故障点的短路电流计算 15 第五章 变电所一次设备的选择校验 17 5 1 变电所高压一次设备的介绍 17 5 2 一次设备的选择与校验的条件和项目 17 5 3 变电所 10kV 侧一次设备的选择 18 5 4 10kV 高压进线的选择校验 20 5 4 1 10kV 高压进线与邻近单位联络线的选择 20 5 4 2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择 20 5 5 四个低压出线的选择 21 第六章 变电所二次回路方案的选择 25 6 1 高压断路器的操动机构控制与信号回路 25 6 2 变电所的电能计量回路 25 6 3 变电所的测量和绝缘监察回路 26 6 3 1 变电所高压侧测量和绝缘监察回路 26 6 3 2 变电所低压侧测量和绝缘监察回路 26 6 4 变电所的保护设备 27 6 4 1 对继电保护装置的基本要求 27 6 4 2 主变压器的继电保护装置 27 6 4 3 作为备用电源的高压联络线的极点保护装置 29 6 4 4 变电所低压侧的保护装置 30 第七章 变电所的防雷保护与接地装置的设计 31 7 1 变电所的防雷保护 31 7 1 1 直击雷防护 31 7 1 2 雷电侵入波的防护 31 7 2 变电所公共接地装置的设计 31 7 2 1 接地与接地装置 31 7 2 2 确定公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢 32 结 论 34 参考文献 35 致 谢 36 某厂 10KV 降压变电所电气设计 摘 要 设计过程中运用了很多的知识 因此如何将知识系统化就成了关键 如本设计中 用到了工厂供电的绝大多数的基础理论和设计方案 因此在设计过程中侧重了知识系 统化能力的培养 设计可分为几部分 负荷计算和无功功率计算及补偿 变电所位置 和形式的选择 变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择 短路电流的计算 变电所一次设备的选择与校验 变电所高 低压线路的选择 变电所二次回路方案选 择及继电保护的整定 防雷和接地装置的确定 关键词 负荷计算 无功功率 主接线 Buck factory 10KV substation electrical design Abstract The design process using a lot of knowledge therefore how knowledge systematic became the key If this design using the factory of the overwhelming majority of power supply of basic theory and design scheme so in the design process emphasis on knowledge systematic ability Design can be divided into several parts load calculation and reactive power calculation and compensation Substation position and form the choice Main transformer substation sets and capacity and main wiring schemes choice The calculation of short circuit current Once substation equipment choice and calibration Substation high and low voltage circuit choice The secondary circuit substation plan selection and relay protection setting Lightning protection and grounding device is identified Key Words Load calculation Reactive power The Lord wiring 序言 电能是现代人们生产和生活的重要能源 电能可由其他形式的能转换而来 也可 简便地转换成其他形式的能 电能的输送 分配 调试 控制和测试等简单易行 有 利于实现生产过程的自动化 因此 在工矿企业 交通运输 人民生活中得到广泛应 用 电力工业是国民经济重要的部门 是现代化建设的基础 本次设计主要是有关工 厂降压变电所设计方面的内容 本说明书中主要叙述了工厂降压变电所设计方法 和 其他要求的确定供电系统的主要电气设备 供电系统的接线和结构 负荷计算和断路 计算 电线和导线的选择及校正 断电保护装置及二次系统 防雷 接地及电气安全 电气照明技术 工厂供电系统的经济运行 工厂供电系统的运行维护和检修 实验与 实践等 本次工厂降压变电所的设计 它从多方面体现出了工厂供电的重要性 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 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 就必须达到要求 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 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 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 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 第一章 变电站的规划原则和初始数据 1 1 变电站的规划原则 变电所是电力系统的重要组成部分 它直接影响整个电力系统的安全与经济运行 是联系发电厂和用户的中间环节 起着变换和分配电能的作用 无论国内国外 还是从管理方 运行方及设计单位对于变电站实现综合自动化均取 得了共识 变电站综合自动化也采用了新的技术全分散式变电站自动化系统和先进的 网络技术 本课题设计了一个某工厂的供电系统 在满足工厂供电设计中安全 可靠 优质 经济的基本要求的前提下 首先根据全厂和车间的用电设备情况和生产工艺要求 进 行了负荷计算 通过功率因数的计算 进行无功补偿设计 包括无功补偿容量计算和补 偿设备选择 校验 确定了工厂的供电方案 通过技术经济比较 确定了供电系统的 主接线形式 选择了主变压器的台数和容量 其次 本文设计了厂区供电和配电网络 进行了车间变电所以及车间配电系统和车 间电气照明设计 按照经济电流密度法 选择了合适的导线和电缆 通过合理设置短 路点 进行正确的短路电流计算 进行了主要电气设备的选型和校验 最后 本文还进行了主变电压器和主要电力线路的继电保护设计 通过上述设计 基本确定了某机加工厂内部的供配电系统 并且在本设计中 尽可 能选择低损耗电气设备 以节约电能 体现了节能环保的设计思想 工厂供电设计必须遵循的一般原则 1 工厂供电设计必须遵守国家的有关法令 标准和规范 执行国家的有关方 针 政策 包括节约能源 节约有色金属等经济技术政策 2 工厂供电设计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 设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高 能耗低 性能 先进的电气产品 3 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 正确处理近期建设与远 期发展的关系 做到远 近期结合 以近期为主 适当考虑扩建的可能性 1 1 2 设计要求 本设计的要求是根据本地某工厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况 并适 当考虑到工厂生产的发展 按照安全可靠 技术先进 经济合理的要求 确定变电所 的位置和型式 确定变电所主变压器的台数与容量 类型 选择变电所主接线方案及 高低压设备和进出线 确定二次回路方案 选择整定继电保护装置 确定防雷和接地 设备 1 3 负荷情况 本厂多数车间为三班制 最大负荷利用小时 除 1 2 3 车间部分hT5000 max 设备属二级负荷外 其它均属三级负荷 低压动力设备均为三相 额定电压为 380V 电气照明设备为单相 额定电压为 220V 本厂的负荷统计参见下表 1 1 供电部门对 功率因数的要求值 10kV 供电时 cos0 9 变电所位置已选定 每个车间距离变电所的距离为 1 车间 110m 2 车间 80m 3 车间 100m 4 车间 90m 表 1 1 车间负荷情况 车间设备类别各机械组代号 设备容量 Pe kVA 需要系数 d K cos No 11800 70 95 No 2750 650 94 No 3154 70 430 92 No 435 20 20 5 1 动力 No 548 60 20 5 No 61820 40 9 动力 No 71560 680 88 No 81870 490 78 2 照明 No 9120 360 88 No 101590 30 45 动力 No 111350 30 453 照明 No 1280 360 88 No 131800 30 5 No 141470 30 564 动力 No 15100 360 88 1 4 供电电源情况 按照工厂与供电部门签订的供电协议规定 本厂可从 4 5km 远的地区变电所取得 35kV 的电源 该馈线首端所装设的高压断路器断流容量为 300MV A 此断路器配备有 定时限过电流保护和电流速断保护 定时限过电流保护整定的动作时间为 1 7s 该馈 线由 4km 长的架空线和 0 5km 长的电缆线组成 为满足工厂部分二级负载的要求 可采用高压联络线由临近单位取得备用电源 已 知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为 5km 电缆线总长为 2km 第二章 车间的负荷计算及无功补偿 2 1 负荷计算 计算负荷又称需要负荷或最大负荷 计算负荷是一个假想的持续性的负荷 其热 效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等 在配电设计中 通常采用 30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流 一般取启动电流上 午周期分量作为计算电压损失 电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件的依据 在校验瞬动元件时 还应考虑启动电流的非周期分量 平均负荷为一段时间内用电设 备所消耗的电能与该段时间之比 常选用最大负荷班 即有代表性的一昼夜内电能消 耗量最多的一个班 的平均负荷 有时也计算年平均负荷 平均负荷用来计算最大负 荷和电能消耗量 我国目前普遍采用的确定设备计算负荷的方法有需要系数法和二项式法两种 而前 者应用最为普遍 需要系数法 用设备功率乘以需要系数和同时系数 直接求出计算计算负荷 当用 电设备台数较多 各台设备容量相差不甚悬殊时 通常都采用需要系数法计算 二次项系数法 将符合分为基本负荷和附加负荷 后者考虑一定数量大容量设备影 响 当用电设备台数少而容量相差悬殊 用二项式法计算 1 3 本设计结合实际情况 采用需要系数法确定 主要计算公式有 有功计算负载 N PKP d30 无功计算负载 tan 3030 PQ 视在计算负载 cos 3030 PS 计算电流 N U S 3 I 30 30 各用电车间负荷计算结果如表 2 1 所示 表 2 1 车间负荷计算表 计算负荷 编 号 名 称 类 别 各机械 组代号 设 备 容量 Pe kW 需要 系数 Kd cos Tan P30 kW Q30 kvar S30 kVA I30 A No 11800 70 950 3312641 6132 6201 5 No 2750 650 940 3648 817 651 978 8 No 3154 70 430 920 4366 528 672 3109 9 1 机 加 工 动 力 No 435 20 20 51 737 012 214 021 3 No 548 60 20 51 739 716 819 429 5 1 车 间 小 计 493 5 258116 6290 3441 1 No 61820 40 90 4872 834 980 9122 9 No 71560 680 880 5410657 3120 5183 0 动 力No 81870 490 780 8091 673 3117 5178 5 照 明 No 9120 360 880 544 32 34 97 5 2 铸 造 车 间 小 计 537274 7167 8321 9489 1 No 101590 30 452 047 795 4106161 1 动 力 No 111350 30 452 040 58190136 7 照 明 No 1280 360 880 542 91 63 35 0 3 铆 焊 车 间小 计 302 91 1178199 3302 8 No 131800 30 51 735493 4108164 1 动 力 No 141470 30 561 4844 165 278 8119 7 照 明 No 15100 360 880 543 61 94 16 2 4 电 修 车 间小 计 337 101 7160 5190 9290 全部线路 1669 5 725 5622 91004 31525 8 总计 380V 侧 取 p 0 90 K q 0 95 K 653591 8881 31339 由前面统计结果 取 计算总有功计算负荷 总无功计算负荷 总的视 p 0 90 K q 0 95 K 30 P 30 Q 在计算负载 总的计算电流 30 S 30 I kWPKP653 5 7259 0 i 30 p 30 var 8 591 9 62295 0 i 30 p 30 kQKQ kVAQPS 3 881 8 591653 222 30 2 3030 A U S I N 1339 38 0 3 3 881 3 30 30 最大负荷时的功率因数 74 0 3 881653cos 3030 QP 计算的结果同样填入上表 2 2 无功功率补偿 在 供电营业规则 中规定 用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率 因数应达到下列规定 100kVA 以及以上电压供电的用户功率因数为 0 90 以上 其他电 力用户和大 中型电力排灌站 趸购转售电企业 功率因数为 0 85 以上 基于此 我们取 cos应大于 0 9 而由上面计算可知 低于 0 9 因此必须进 cos0 740 9 行无功补偿 考虑到变压器本身的无功功率损耗 QT远大于其有功功率耗损 PT 一 般 因此 在变压器低压侧进行无功补偿时 低压侧补偿后的功率因 TT PQ 5 4 数应略高于 0 90 这里取 要使低压侧功率因数由 0 74 提高到 0 92 低cos0 92 压侧需装设的并联电容容量为 c3012 tantankvarQP var92 0 arccostan74 0arccostan653k 313 4 kvar 取 QC 450 kvar 选 PGJ1 型低压自动补偿屏 并联电容可选用 BWF6 3 50 1 型 因此 其电容器的个数为 950450 cc qQn 由于电容器是单相的 所以应为 3 的倍数 经计算 取 9 个正好 无功补偿后 变电所低压侧的计算负荷为 kVAkVAS 2 668 450 8 591 653 22 2 30 变压器的功率损耗为是 kWspT10 2 668015 0 015 0 2 30 kWsQT40 2 66806 0 06 0 2 30 变电所高压侧的计算负荷为 kWP66310653 1 30 kWQ 8 18140 450 8 591 1 30 kVAkVAS 5 687 8 181663 22 1 30 A U S I N 7 39 103 5 687 3 30 30 无功率补偿后 工厂的功率因数为 96 0 5 687663cos 1 30 1 30 sp 即工厂的功率因数9 0cos 因此 符合本设计的要求 无功补偿后工厂 380V 侧和 10kV 侧的负荷计算如表 2 2 所示 表 2 2 无功补偿后工厂的计算负荷 计 算 负 荷 项 目 cos P30 kWQ30 kvarS30 kVAI30 A 380V 侧补偿前负荷0 74653591 8881 31339 380V 侧无功补偿容量 450 380V 侧补偿后负荷0 98653141 8668 21015 2 主变压器功率消耗 1040 10kV 侧负荷总计0 96663181 8687 539 7 第三章 工厂变电所的设备选择及主接线设计 3 1 总降压变电所位置的选择 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 结 合本厂的实际情况 这里变电所采用独立变电所 其设立位置参见图 3 1 图中亦标出 了各车间距离变电所的距离 图 3 1 厂区供电线缆规划图 3 2 变压器台数及容量的选择 1 变压器台数和容量的选择依据 主变压器台数应根据符合特点和经济运行要求进行选择 当符合下列条件之一时 宜装设两台及以上变压器 1 大量一级或二级负荷 2 合变化较大 适于采用经济运行方式 3 中负荷较大 例如大于 1250kVA 其他情况下宜装设一台变压器 2 工厂的负荷特性和电源情况 工厂变电所的主变压器可有下列两种方案 1 设一台主变压器 采用型号为 S9 型 容量根据式 即采用一台 S9 800 10 型低 30 687 5 kVAN T SS 损耗配电变压器 至于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 设两台变压器 采用 S9 型变压器 每台的容量按下列公式选择 AkVAkVSS TN 3 481 5 412 5 687 7 0 6 0 7 0 6 0 30 而且 30 SS TN 因此选两台 S9 500 10 型低损耗配电变压器 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 由于该厂的负荷含二级负荷 且二级负荷容量较大 对电源的供电可靠性要求高 在经济条件允许的条件下应采用两台变压器 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 主变压器的联结组别均采用 Yyn0 高压开关柜选用 GG 1A F 型 3 3 变电所主接线的选择 3 3 1 变电所主接线的选择原则 1 变电所中的一次设备 按一定要求和顺序连接成的电路 称为电气主接线 也 成主电路 它把各电源送来的电能汇集起来 并分给各用户 它表明各种一次设备的 数量和作用 设备间的连接方式 以及与电力系统的连接情况 所以电气主接线是变 电所电气部分的主体 对变电所以及电力系统的安全 可靠 经济运行起着重要作用 并对电气设备选择 配电装置配置 继电保护和控制方式的拟定有较大影响 2 在选择电气主接线时的设计依据 1 变电所所在电力系统中的地位和作用 2 变电所的分期和最终建设规模 3 负荷大小和重要性 4 系统备用容量大小 3 主接线设计的基本要求 1 安全性 安全包括设备安全和人身安全 2 可靠性 可靠就是变电所的主接线应能满足各级负荷对供电可靠性的要求 3 灵活性 灵活就是在保障安全可靠的前提下主接线能够适应不同的运行方 式 4 经济性 满足以上要求的前提下 尽量降低建设投资和年运行费用 3 3 2 变电所主接线方案的选择 母线制是指电源进线与各馈出线之间的连接方式 常用的母线制主要有三种 单母 线制 单母线分段制和双母线分段制 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 供电可靠性 相当高 可供一 二级负荷 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 但第三种最经济 因此优先考虑 但可靠性较 低 但如果高低压侧有与其他的变电所相连的联络线时 则供电可高性将得到大大的 提高 因此最终方案是高压侧采用单母线 低压侧单母线分段 同时旁路加上与其他的变 电所相连的联络线 主接线电路图如图 3 2 所示 图 3 2 某车间变电所主接线电路图 第四章 工厂供 配电系统短路电流计算 4 1 短路电流计算的目的及方法 所谓短路 就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值 的大电流 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 4 2 短路电流计算 短路电流计算的方法 常用的有欧姆法和标幺值法两种 该设计采用标幺值法计算 短路电流 在标幺值法中 参与运算的物体量均用其相对值 因此标幺值的概念是 该量的实际值 任意单位 某量的标幺值 该量的基准值 与实际值同单位 所谓的基准值是衡量某个物理量的标准或尺度 4 2 1 绘制计算电路图 短路点 k 1 k 2 取变压器两侧 因此短路计算电路图如图 4 1 所示 架空线l 5km QF K 1k 2 10kV380V 图 4 1 短路计算电路 4 2 2 确定基准值 设 低压侧 则基准电流 d S100MV A d1c 105 10k10 5kVUUV d2 0 4kV U kA MVA U I d d 5 5 10 5kV3 100 3 S 1 d 1 kA kV MVA U S I d d d 144 4 03 100 3 2 2 4 2 3 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1 电源的电抗标幺值 由任务资料断路器容量为 因此AMVSOC 300 33 0 300 100 1 AMV AMV X 2 架空线路的电抗标幺值 架空线路初选 LJ 120 验证在第 6 章进行 假设架空线路线间几何均距为 1500mm 则由附录表 14 可查得 而线路长 5km 故架空线路的的电抗 0 0 35 kmX 标幺值为 59 1 5 10 100 535 0 2 2 kV MVA X 3 电力变压器的电抗标幺值 根据第 3 章 3 1 节中对变压器台数和容量的选择结果 本设计中选择 2 台型号为 S9 500 10 的变压器 查附表 1 可得 其短路电压百分数 因此 k 4 U 8 500 100 100 4 3 AkV AMV X 绘短路等效电路图如图 4 2 所示 图上标出各元件的序号和电抗标幺值 并标明了 短路计算点 1 0 332 1 59 3 8 4 8 k 1k 2 k 1 k 2 图 4 2 短路等效电路图 4 2 4 k 1 故障点的短路电流计算 1 总电抗标幺值 92 1 59 1 33 0 2 1 1 XXX k 2 三相短路电流周期分量有效值 kAkAXII kdk 9 292 1 5 5 1 1 3 1 3 其他短路电流 kAIII k 9 2 3 1 3 3 kAIish4 79 255 2 55 2 3 3 kAIIsh4 49 251 1 51 1 3 3 4 三相短路容量 MVAMVAXSS kdk 1 5292 1 100 1 3 1 4 2 5 k 2 故障点的短路电流计算 1 总电抗标幺值 92 5 459 133 0 4 3 2 1 2 XXXXX k 2 三相短路电流周期分量有效值 kAkAXII kdk 3 2492 5 144 2 2 3 2 3 其他短路电流 kAIII k 3 24 3 2 3 3 kAIish 8 44 3 2484 1 84 1 3 3 kAIIsh 5 26 3 2409 1 09 1 3 3 4 三相短路容量 MVAMVAXSS kdk 9 1692 5 100 2 3 2 计算结果综合如表 4 3 所示 表 4 3 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 sh I 3 k S k 12 92 92 97 44 452 1 k 224 324 324 344 826 516 9 第五章 变电所一次设备的选择校验 5 1 变电所高压一次设备的介绍 变电所的电气设备分为一次设备和二次设备 高压开关柜是变电所的主要一次成套设备 为了实现对符合的灵活控制和保障操作 人员 供电系统和电气设备的安全 在配电给各个用电设备组的馈出线的出口处 必 须设置相应的操作开关 保护设备和测量设备 而这些设备通常装设在与各条馈出线 相对应的配电开关柜中 以便装配 操作和维护 下面介绍主要的一次设备和用途 1 高压断路器 供电系统中最重要的开关电器之一 线路正常时 用来通断负荷电 流 线路短路时 在保护装置的作用下用来切断巨大的短路电流 断路器具有很好的 灭弧装置和较强的灭弧能力 2 隔离开关 没有灭弧装置 仅当电气设备停电检修时 用来隔离电源 造成一个 明显的断开点 3 熔断器 线路或设备故障时 用于切断强大的短路电流 4 避雷器 避雷器主要用来抑制架空线路和母线上的雷电过电压和操作过电压保护 电气设备免受损害 5 静电电容器 主要用于补偿无功功率 6 电流互感器 将主回路中的大电流变换成小电流信号 供计量和继电保护用 7 电压互感器 将高电压变换成低电压 供计量和继电保护用 5 2 一次设备的选择与校验的条件和项目 按正常工作条件 包括电压 电流 频率 开断电流等选择 1 工作电压选择 设备的额定电压 UN e不应小于所在线路的额定电压 UN 即 eNN UU 2 工作电流选择 设备的额定电压 IN e不应小于所在线路的额定电压 IN 即 eNN II 3 按断流能力选择 设备的额定开断电流 I0c或断流容量 Soc 不应小于设备分段瞬间的短路电流有 效值 Ik或短路容量 Sk 即 ock II ock SS 5 3 变电所 10kV 侧一次设备的选择 根据机械厂所在地区的外界环境 高压侧采用 GG 1A F 型户内移开式交流金属封闭 开关设备 其内部高压一次设备根据本厂需求选取 假设继电保护都做时间为 1 1s 断路器短路时间为 0 2s 初选设备 高压断路器 SN10 10I 高压熔断器 RN1 10 50 高压隔离开关 10T 200 6 8 GN 避雷器 FS4 10 电流互感器 LQJ 10 0 5 电压互感器 JDZ 10 因为继电保护都做时间为 1 1s 断路器短路时间为 0 2s 所以 tima tk 1 3 因此 由上述一次设备验证条件可知 高压断路器 SN10 10I 查附录表 2 可知额定电压为 10kV 额定电流 630A 额定开 断电流 16kA 极限通过电流 40kA 热稳定电流 16kA 本设计中 10 N UkV 根据 5 2 节中高压断路器的验证条件则 39 7 N IA e 1010 NN UkVUkV e 63039 7 NN IAIA 162 9 ock IkAIkA 3 max 407 4 sh ikAikA 因此符合条件 223 2 tima I161 3332 8It11t 高压隔离开关可知额定电压为 10kV 额定电流 200A 本设计中 200 10 8 6 TGN 根据 5 2 节中高压隔离开关的验证条件则 10 N UkV 39 7 N IA e 1010 NN UkVUkV e 20039 7 NN IAIA 3 max 22 57 4 sh ikAikA 因此符合条件 223 2 tima I101 3130It11t 电流互感器 LQJ 10 的额定电压为 10kV 额定电流一次 100A 二次 5A 本设计中 根据 5 2 节中电流互感器的验证条件则 10 N UkV 39 7 N IA 因此均满足条件 e 1010 NN UkVUkV e 10039 7 NN IAIA 选择一次设备的校验项目 短路电流校验 一次设 备名称 额定电 压 额定电 流 开断电 流 动稳定热稳定 环境条 件 其他 高低压 熔断器 高压隔 离开关 操作性 能 高压断 路器 操作性 能 低压刀 开关 操作性 能 低压断 路器 操作性 能 电流互 感器 操作性 能 电压互 感器 操作性 能 母线 电缆 备注 表中 表示必须校验项目 表示不必校验项目 表示一 般可不校验 变电所 10kV 侧一次设备的选择校验表 选择校验项目电压电流 断流 能力 动稳定度热稳定度 参数UNI30Ikish装置 地点 条件 数据10kV39 72 9kA7 4 kA113 19 2 2 额定参数UNINIocimaxtI 2 t 高压少油断路 器 SN10 10I 10KV63016kA40kA332 8 电流互感器 LQJ 10 10KV100 5A 31 89 避雷器 FS4 1010KV 高压隔离开关 6 8 10 200GNT 10KV200A 25 5kA130 电压互感器 JDZ2 10 10 0 1KV 5 4 10kV 高压进线的选择校验 5 4 1 10kV 高压进线与邻近单位联络线的选择 采用 LJ 型铝绞线架空敷设 接往 10kV 公用干线 初选 LJ 120 型号的架空线 下 面从两个方面进行验证 1 校验发热条件 查附表 14 LJ 120 型铝绞线的允许载流量 假设环境温度为 35 满足发热条件 a130 33439 7IAIA 2 校验机械强度 查附表 13 得 10kV 架空钢芯铝线的最小截面 因此所选的 LJ 120 型 2 min 35mm A 铝绞线也满足机械强度要求 由于此线路很短 不需校验电压损耗和检验经济电流密度 5 4 2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择 采用 YJL22 10000 型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设 1 按发热条件选择 由 及土壤温度 25 查附表 17 可知 初选缆芯为 35 mm2的交联电缆 30 39 7IA 其 满足发热条件 a130 10539 7IAIA 2 校验短路热稳定 按下式校验 222 3 min 35mmAmm33mm 77 0 75 2900 C t IA ima 式中的 C 值是短路热稳定系数由附录表 12 查得 因此 YJL22 10000 3 35 电缆满 足要求 5 5 四个低压出线的选择 1 馈电给 1 号厂房 机加工车间 的线路采用 VLV22 1000 型交联氯乙烯绝缘铜芯 电缆直接架空敷设 1 按发热条件选择 由及最高平均温度约为 75 查附表 16 选 240mm2 其 30 39 7IA 满足发热条件 a130 378 1 29 487 639 7IAIA 2 校验电压损耗 由图 3 1 可知 变电所距机加工车间 110m 240mm2的铜芯电缆的 0 0 1 kmR 按缆芯工作温度 75 计 又 1 号厂房的 km 07 0 0 X 30 258kPW 因此按下式计算得 30 116 6kvarQ V kV U8 9 38 0 11 0 07 0 6 116 11 010 0 258 5 6 2 100 380 8 9 al UVVU 满足允许电压损耗 5 的要求 3 短路热稳定度校验 由氯乙烯绝缘铜芯电缆的 C 值为 115 222 3 min mm240Amm144mm 115 0 75 19100 C t IA ima 可见短路热稳度符合要求 即可选用 VLV22 1000 3 240 1 120 型聚氯乙烯绝缘铜芯四芯电缆 2 馈电给 2 号厂房 铸造车间 的线路亦采用 VLV22 1000 型聚氯乙烯绝缘铜芯电 缆直接架空敷设 1 按发热条件选择 同样的方法 由 初选 300mm2 其 满足AI 9 491 30 301 5 54029 1 419IAIa 发热条件 即可选用 VLV22 1000 3 300 1 150 型聚氯乙烯绝缘铜芯四芯电缆 2 校验电压损耗 变电所距铸造车间 80m 而 240mm2的铜芯电缆的 按缆芯工作温度 0 0 1 kmR 75 计 又 1 号厂房的 因此按km 07 0 0 XWPk 7 274 30 kvar 8 167 30 Q 下式计算得 V kV U3 8 38 0 08 0 07 0 8 167 08 0 10 0 7 274 5 3 2 100 380 3 8 al UVVU 满足允许电压损耗 5 的要求 3 短路热稳定度校验 氯乙烯绝缘铜芯电缆的 C 值为 115 222 3 min mm300Amm144mm 115 0 75 19100 C t IA ima 可见短路热稳度符合要求 3 馈电给 3 号厂房 铆焊车间 的线路亦采用 VLV22 1000 型聚氯乙烯绝缘铜芯电 缆直接架空敷设 1 按发热条件选择 由 初选 240mm2 满足发热条件 AI 8 302 30 301 6 48729 1 378IAIa 2 校验电压损耗 变电所距铆焊车间 100m 240mm2的铜芯电缆的 按缆芯工作温度 0 0 1 kmR 75 计 又 1 号厂房的的 因此按km 07 0 0 XWPk178 30 kvar 3 199 30 Q 下式计算得 V kV U2 9 38 0 11 0 07 0 3 199 11 0 10 0 178 5 4 2 100 380 2 9 al UVVU 满足允许电压损耗 5 的要求 3 短路热稳定度校验 氯乙烯绝缘铜芯电缆的 C 值为 115 222 3 min mm240Amm144mm 115 0 75 19100 C t IA ima 可见短路热稳度符合要求 即可选用 VLV22 1000 3 240 1 120 型聚氯乙烯绝缘铜芯四芯电缆 4 馈电给 4 号厂房 电修车间 的线路亦采用 VLV22 1000 型聚氯乙烯绝缘铜芯电 缆直接架空敷设 1 按发热条件选择 由 初选 240mm2 其 满足发热条件 AI290 30 301 6 48729 1 378IAIa 2 校验电压损耗 变电所距电修车间 90m 而 240mm2的铜芯电缆的 按缆芯工作温度 0 0 1 kmR 75 计 又 1 号厂房的的 因此km 07 0 0 XWPk 7 101 30 kvar 5 160 30 Q 按下式计算得 V kV U1 5 38 0 09 0 07 0 5 160 09 0 10 0 7 101 5 3 1 100 380 1 5 al UVVU 满足允许电压损耗 5 的要求 3 短路热稳定度校验 查氯乙烯绝缘铜芯电缆的 C 值为 115 222 3 min mm240Amm144mm 115 0 75 19100 C t IA ima 可见短路热稳度符合要求 即可选用 VLV22 1000 3 240 1 120 型聚氯乙烯绝缘铜芯四芯电缆 线路名称导线或电缆的型号规格 至 1 号厂房 VLV22 1000 3 240 1 120 型铜芯四芯电缆 架 空 380V 低压 出线至 2 号厂房 VLV22 1000 3 300 1 150 型铜芯四芯电缆 架 空 至 3 号厂房 VLV22 1000 3 240 1 120 型铜芯四芯电缆 架 空 至 4 号厂房 VLV22 1000 3 240 1 120 型铜芯四芯电缆 架 空 第六章 变电所二次回路方案的选择 6 1 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 6 1 所示 图 6 1 电磁操刀的断路器控制与信号回路 6 2 变电所的电能计量回路 变电所的电能计量用的是电测量仪表 这里的 电测量仪表 按 GBJ63 90 电力装置的电测量仪表装置设计规范 的定 义 是对电力装置回路的电力运行参数所经常测量 选择测量 记录用的仪表和作 计费 技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称 为了监视供电系统一次设备 电力装置 的运行状态和计量一次系统消耗的电能 保证供电系统安全 可靠 优质和经济合理地运行 工厂供电系统的电力装置中必须 装设一定数量的电测量仪表 电测量仪表按其用途分为常用测量仪表和电能计量仪表 两类 前者是对一次电路的电力运行参数作经常测量 选择测量和记录用的仪表 后 者是对一次电路进行供用电的技术经济考核分析和对电力用户用电量进行测量 计量 的仪表 即各种电度表 变电所高压侧装设专用计量柜 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 6 3 变电所的测量和绝缘监察回路 6 3 1 变电所高压侧测量和绝缘监察回路 变电所高压侧装有电压互感器 避雷器柜 其中电压互感器为 3 个 JDZJ 10 型 组 成 Y0 Y0 开口三角 的结线 用以实现电压测量和绝缘监察 其结构图如图 6 2 所示 图 6 2 6 10kV 线路测量和计量仪表的原理电路 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 6 3 2 变电所低压侧测量和绝缘监察回路 低压侧的动力出线上 均装有有功电度表和无功电度表 低压照明线路上装有三相 四线有功电度表 低压并联电容器组线上 装有无功电度表 每一回路均装有电流表 低压母线装有电压表 仪表的准确度等级按规范要求 220 380V 线路测量和计量仪表 的原理电路如图 6 3 所示 图 7 3 220 380V 线路测量和计量仪表的原理电路 6 4 变电所的保护设备 6 4 1 对继电保护装置的基本要求 继电保护装置的基本要求 1 可靠性 指保护装置该动作时动作 不拒动 而不该动作时不误动 前者为信赖 性 后者为安全性 即可靠性包括信赖性和安全性 2 选择性 指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障 当故障设备或线路本身 的保护拒动时 则应由相邻设备或线路的保护切除故障 为此 对相邻设备和线路有 配合要求的保护 前后两级之间的灵敏性和动作时间应相互配合 3 灵敏性 指在被保护设备或线路范围内发生金属性短路时 保护装置应具有必要 的灵敏系数 4 速动性 指保护装置应能尽快地切除短路故障 提高系统稳定性 减轻故障设备 和线路的损坏程度 当需要加速切除短路故障时 可允许保护装置无选择性动作 但 应利用自动重合闸或备用电源自动投入装置 减小停电范围 6 4 2 主变压器的继电保护装置 电力变压器的常见故障及异常的运行状态 一般应装设下列继电保护 1 装设瓦斯保护 当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时 瞬时动作与信号 当产生大量瓦 斯时 应动作于高压侧断路器 2 装设反时限过电流保护 变压器内外部故障或异常运行都可能导致其过电流现象 应设置相应的电流保护 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 因为他具有反时限动作特性和速断特性 1 过电流保护动作电流的整定 AAIL 0 55 5 103 5002 max 取 3 1 rel K1 w K205100 i K8 0 re K 因此 动作电流 AAKKIKKI L 5 4 208 0 0 5513 1 iremaxwrelop 故动作电流整定为 5A 2 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 10 倍动作电 流动作时间 可整定为最短的 0 5s 3 过电流保护灵敏系数的检验 已知 2 min 2 0 866 24 3 100 4 842 kT k IIKKVKVA AKKII Wiopop 1001205 1 因此其保护灵敏系数为 842 1008 4 1 5 P SAA 满足灵敏系数 1 5 的要求 3 装设电流速断保护 变压器的过电流保护虽然能保护整个变压器 但动作时限较长 切除故障不迅速 故需要装设反应迅速的电流速断保护 利用 GL15 的速断装置 1 速断电流的整定 已知 kAII Kk 5 14 3 2 max 3 1 rel K1 w K205100 i K 因此速断电流为 254 010 T K max 1 3 1 2430063 20 25 relw qbK iT KK IIAA K K 速断电流倍数整定为 63 106 qbqbop KII Kqb可不为整数 但必须在 2 8 之间 2 电流速断保护灵敏系数的检验 已知 kAkAII k k 5 29 2866 0 2 1 min AKKII wiqbqb 100012050 1 因此其保护灵敏系数为 5 21000 2500 AASP 按 GB50062 92 规定 电流保护 含电流速断保护 的最小灵敏系数为 1 5 因此 这里