某冶金机械修造厂总降压变电所及配电系统设计

本科毕业设计说明书本科毕业设计说明书 某冶金机械修造厂总降压变电所及配电系统设计 THE DESIGN OF METALLURGICAL MACHINERY REPAIR YARD STEP DOWN SUBSTATION AND DISTRIBUTION SYSTEM 学院 部 电气与信息工程学院 专业班级 电气 08 5 班 学生姓名 周 波 指导教师 李红月 讲师 2012 年 6 月 1 日 安徽理工大学毕业设计 I 某冶金机械修造厂总降压变电所及配电系统设计 摘要 本文详细介绍了某煤矿地面 35kV 变电所的设计 文中对该变电所的负荷计 算与变压器的选择 供电系统的拟定与短路计算 变电所电器设备的选择 继 电保护方案的拟定与整定以及变电所的防雷与接地皆有详细的说明 特别对主 接线的选择 变压器的选择 还有一些电气设备如断路器 电流互感器 电压互 感器等的选择和校验作了详细的说明和分析 本次设计的内容紧密结合实际 通过查找大量相关资料 设计出符合当前 要求的变电所 设计中除采用了一些固定方式的保护和常规保护 通过电力监 控综合自动化系统 可以使变电站内值班人员或调度中心的人员及时掌握变电 所的运行情况 直接对设备进行操作 及时了解故障情况 并迅速进行处理 达到供电系统的管理科学化 规范化 并且还可以做到与其他自动化系统互换 数据 充分发挥整体优势 进行全系统的信息综合管理 在本次设计中 得到了学校老师 同学的耐心指导和大量帮助 在此对他 们表示衷心的感谢和崇高的敬意 关键词关键词 短路电流计算短路电流计算 继电保护继电保护 断路器断路器 安徽理工大学毕业设计 II THE DESIGN OF METALLURGICAL MACHINERY REPAIR YARD STEP DOWN SUBSTATION AND DISTRIBUTION SYSTEM ABSTRACTABSTRACT This paper introduces soms coal mine 35kV substation design ground In this paper the load calculation and transformer substation of choice power supply system with short circuit calculation substation worked electical relay protection scheme with setting and worked the lightning protection and grounding substation is detailed instructions It also discusses the choice of main wiring high pressure equipment and all kinds of the protection of relay the calculation of load short current and so on in detail especially the choice of main wiring transformer and some electric equipment such as circuit breaker current and Voltage sensor It shows main wiring of substation the distribution of plane and some protection equipment of The design not only adopts some stable form and general protections but also adopts PC protection The synthetical automation system of electric power supervision which can make workers on duty control the situation of substation timely operate the equipments directly know the breakdown and deal with it without delay so that the system of power supply is scientific and standard in management What s more it can exchange data with other automatic systems and give full play to whole advantage in order to manage information in all systems as a whole KEYWORD the calculation of short current the protection of relay circuit breaker 安徽理工大学毕业设计 i 目录 摘要 I ABSTRACTABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 论文背景及目的 1 1 2 论文研究方法 1 1 3 供电设计的主要内容 1 2 负荷计算与变压器选择 2 2 1 计算负荷定义 2 2 1 1 计算负荷目的 2 2 1 2 计算负荷方法 2 2 2 冶金厂用电负荷计算 2 2 3 功率因数的改变 5 2 4 主变压器的选择 6 2 4 1 变压器的分类 6 2 4 2 变压器台数选定原则 6 2 4 3 变压器容量选择原则 7 2 4 4 变压器容量确定 7 3 导线截面的选择 9 3 1 电线 电缆截面选择 9 3 2 经济电流密度选择原则从两方面考虑 9 4 主接线的确定与短路计算 11 4 1 变配电所类型的选择 11 4 2 接线图的意义和目的 11 4 2 1 主接线的设计原则和要求 11 4 2 2 主接线 12 4 2 3 桥形接线 12 4 2 4 单母线分段接线 13 4 3 短路电流的分类与计算方法 14 4 3 1 短路的原因 14 4 3 2 短路的种类 14 4 3 3 短路的危害 14 4 3 4 短路电流计算的目的 14 安徽理工大学毕业设计 ii 4 3 5 短路电流计算的标幺值法 14 4 3 6 短路电流计算 15 4 4 短路电流计算过程 16 4 4 1 根据材料可以绘出如下的等效电路图 16 4 4 2 各母线短路电流计算过程 16 5 电气设备的选择 18 5 1 电气设备选择的一般条件 18 5 1 1 电气设备选择的一般原则 18 5 1 2 电气设备选择的技术条件 18 5 1 3 环境条件 19 5 2 各种电气设备的选择 20 5 2 1 断路器的选择 20 5 2 2 隔离开关的选择 20 5 2 3 配电所高压开关柜的选择 20 6 变电所二次回路 24 6 1 二次回路的定义和分类 24 6 2 电测量仪表与绝缘监视装置 24 6 2 1 电测量仪表 24 6 2 2 绝缘监视装置 24 6 3 供电系统的自动装置 25 7 继电保护方案及整定 26 7 1 概述 26 7 2 故障的危害及继电保护的任务 27 7 3 继电保护的优化配置及整定原则 27 7 4 供电系统继电保护配置情况 28 7 5 对电力变压器的保护 28 7 5 1 瓦斯保护 28 7 5 2 变压器的电流速断保护 29 7 5 3 变压器的过电流保护 30 7 5 4 变压器的过负荷保护 30 7 5 5 高压线路的继电保护 31 8 变电所室内外布置 32 8 1 电气总平面布置的特点 32 8 2 变电站土建要求 32 安徽理工大学毕业设计 iii 8 3 电气照明 33 9 变电所防雷保护及接地 34 9 1 变电所的防雷 34 9 1 1 变电所的防雷设计原则 34 9 1 2 变电所的防雷措施 34 9 1 3 变电所主要防雷设备 35 9 2 变电所的接地设计 37 9 2 1 设计原则 37 9 2 2 简单接地设计 38 结论 39 参考文献 40 致谢 41 安徽理工大学毕业设计 1 1 绪论 1 1 论文背景及目的 电能是一种清洁的二次能源 由于电能不仅便于输送和分配 易于转换为 其它的能源 而且便于控制 管理和调度 易于实现自动化 在目前各种形式的 能源中 电能具有如下特点 易于去其它形式的能源相互转化 输配电简单经 济 可以精确控制 调节和测量 因此 电能在工业生产和人民日常生活中得 到广泛应用 生产和输配电能的电力工业相应得到极大发展 本论文主要对冶 金机械修造厂进行全面的配电系统设计 1 2 论文研究方法 对与冶金机械修造厂全厂总降压变电所及配电系统设计这个题目 要结合 基本理论的系统性与实用性 围绕供电技术的基本知识来确认工程设计的方法 对论文每一步都一定要遵循国家的线性技术标准和设计规范来设计 1 3 供电设计的主要内容 供电系统的设计是根据电力用户所处地理环境 地区供电条件 工程设计 所提的用电负荷资料进行的 供电设计一般分两个阶段 初步设计阶段和施工 图设计阶段 初步设计主要落实供电电源及供电方式 确定供电系统的方案 施工图设计阶段一句初步设计的方案具体绘制主接线图 本篇设计论文的内容有 先完成一篇外文论文的阅读和翻译工作 按照设计所 提供的用电设备资料来计算负荷 通过进行无功补偿来提高系统的功率因素 根据负荷等级和计算负荷 选定供电电源 电压等级和供电方式 根据环境和 计算负荷来选择变电所位置 变压器数量和容量 确定变配电所的最佳主接线 的方案 选择并校验电气设备及配电网络载流导体截面 继电保护系统设计和 参数整定计算 对系统进行防雷设计和接地设计 归纳设计的计算部分编成计 算书 绘制供电系统主接线图 安徽理工大学毕业设计 2 2 负荷计算与变压器选择 2 1 计算负荷定义 所谓负荷计算 是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析 从而求出该线路的计算负荷的过程 负荷计算与计算负荷 是两个不同的概念 不可混淆 在现行的设计规范中 负荷计算的内容不仅包括确定计算负荷 还 包括确定尖峰电流和确定一极 二级负荷的容量已及季节性负荷的容量 2 1 1 计算负荷目的 计算负荷是供电设计计算的基本依据 计算负荷确定得是否正确合理 直 接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理 如计算负荷确定过大 将使电 器和导线选得过大 造成投资和有色金属的消耗浪费 如计算负荷确定过小又 将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁 造成重大损失 由此可见正确确 定计算负荷重要性 2 1 2 计算负荷方法 目前负荷计算常用需要系数法 二项式法 和利用系数法 前二种方法在国 内设计单位的使用最为普遍 此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法 单位面积功率法 变值系数法和 ABC 法等 常采用需用系数法计算用电设备组 的负荷时 应将性质相同的用电设备划作一组 并根据该组用电设备的类别 查出相应的需用系数 然后按照表一给出的公式求出该组用电设备的计算负 X K 荷 此设计采用的是需用系数法来对电力负荷计算的 2 2 冶金厂用电负荷计算 1 荷也称计算容量或最大需要负荷 它是个假定的等效的持续性负荷 其 热效应与同一时间内实际的不一定恒稳的负荷所产生的最大热效应相等 在配 电设计中 通常采用能让中小截面导体达到稳定温升的时间段 30min 的最大 平均负荷作为按发热条件选择配电变压器 导体及相关电器的依据 并用来计 算电压损失和功率消耗 在工程上为方便计 也可作为电能消耗量及无功功率 补偿的计算依据 2 相关电力负荷的理论依据 在所计算的范围内 如一条干线 一段母线或一台变压器 用电设备组的 计算负荷并不等于其设备容量 两者之间存在一个比值关系 因此引进需要系 数的概念 即用电设备组的有功计算负荷应为 安徽理工大学毕业设计 3 2 1 N WL L P KK P 30 式中 设备组同时使用系数 K 设备组的平均加权负荷系数 L K 设备的平均加权效率 配电线路的平均效率 WL 令 则就称为需要系数 由式 2 1 可知 WL L d KK K d K 的定义式为 d K N d P P K 30 形成该系数的原因有 用电设备的设备容量是指输出容量 它与输入容量 之间有一个额定效率 用电设备不一定满负荷运行 因此引入负荷系数 用电 设备本身及配电线路有功率损耗 所以引入一个线路平均效率 用电设备组的 所有设备不一定同时运行 故引入一个同时系数 实际上 需要系数还与操作 人员的技能及生产等多种因素有关 由此可得较需要系数发的确定三相用电设备组的计算负荷的计算方法 单用电设备组的计算负荷 Nd PKP30 tan 3030 PQ cos 302 30 2 3030 P QPS N U S I 3 30 30 式中 为需要系数 为设备容量 为设备功率因数角的正切 d K N P tan 角 a 多组用电设备组的计算负荷 Nd PKP30 Nq QKQ30 2 30 2 3030 QPS N U S I 3 30 30 根据以上相关理论全厂各车间计算负荷如下表所示 安徽理工大学毕业设计 4 表2 1 全厂各车间380V负荷计算表 计 算 负 荷序 号 车间或电 单位名称 设备 容量 千瓦 x K cos tg P 千瓦 Q 千乏 S 千伏安 变压器 台数及 容量 备注 K 1 No1 变电所 1铸钢车间20000 40 651 17720842 41108 1690 9 2 No2 变电所 1铸铁车间10000 40 71 02400408571 4 2砂库1100 70 61 3377102 4128 3 3小计429 3459 36628 740 9 3 No3 变电所 1铆焊车间12000 30 451 98360712 8800 21 水泵房280 750 80 752115 7526 25 3小计342 9655 7739 90 9 4 No4 变电所 1空压站3900 850 750 88331 5291 7442 2机修车间1500 250 651 1737 543 957 7 3锻造车间2200 30 551 5266100 3120 4术型车间185 850 350 61 3365 0586 5108 4 5制材场200 280 61 335 67 459 33 6综合楼200 91018018 7小计523 65529 85744 95 5 No5 变电所 1锅炉房3000 750 80 75225168 75281 25 22 水泵房280 750 80 752115 7526 25 3仓库 1 2 88 120 30 651 1726 43630 9340 67 4污水提升站140 650 80 759 16 82511 375 5小计281 536222 255358 692 这样 380V 低压母线上低压母线的有功 无功 视在功率 负荷电流如下 kw 4 2297532 28165 523 9 3423 429720 1 m i indisica PKKP kvar6 2709 255 22285 5297 65536 4594 842 tan 1 m i iindisica PKKQ A3552kV 22 cacaca QPS 安徽理工大学毕业设计 5 表2 2 各车间6KV负荷计算表 计 算 负 荷序 号 车间或电 单位名称 设备 容量 千瓦 x K cos tg P 千瓦 Q 千乏 S 千伏安 说 明 1 电弧炉 2 X 1250 0 90 870 57 22501282 52586 2 2 工频炉 2 X 3000 80 90 48 480230 4533 33 3 变压机 2 X 2500 850 850 62 425263 5500 4小计31551776 43620 7 6kv 母线上母线的有功 无功 视在功率 负荷电流如下 kw31554254802250 1 m i indisica PKKP kvar4 17765 2634 2305 1282 tan 1 m i iindisica PKKQ kV A 7 3620 22 cacaca QPS 2 3 功率因数的改变 经计算全矿功率因数9 077 0 44855452 5452cos 22 若功率因数偏低 在保证供用电设备的有功功率不便的前提下 电流将增 大 这样电能损耗和导线截面增加 提高了电网初期投资的运行费用 电流增 大同样会引起电压损失的增大 为了减少电能转化的损耗 降低投资 一般采 用电力电容器进行补偿 需要电容器的容量 2 2 tan tan 21 zc PQ 式中 Qc 补偿电容器的容量 单位 kvar Pz 总有功功率 单位 kW 90 0 cos 77 0 cos 2 1 计算可知 484 0 tan828 0 tan 21 kvar1828484 0 828 0 5254 c Q 安徽理工大学毕业设计 6 选用 BWF35 120 1 型号的并联电容器 额定电压 6kV 额定容量 120kvar 需用电容器的数量 取 16 个 2 15120 1828 N 利用电力电容补偿容量为 kvar192016120 c Q 补偿后变电所总无功功率 kvar256519204485 z Q 补偿后的功率因数 满足要求 0 904 19204485 5452 5452cos 22 由于煤矿变电所 6 千伏供电采用单母线分段供电方式 电容器分别安装在 一 二段母线上 满足无功功率的补偿要求 2 4 主变压器的选择 2 4 1 变压器的分类 变压器分类方法比较多 按功能分有升压变压器和降压变压器 按相数分 有单相和三相两类 按绕组导体的材质分有铜绕组变压器 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方式等 而干式变压器又有绕注式 开启式 充 气式 SF6 等 按用途分又可分为普通变压器和特种变压器 2 4 2 变压器台数选定原则 1 对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下 变电所 以装设两台变压器为宜 2 对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设 三台变压器 3 对于规划只装设两台变压器的变电所 其变压器基础宜按大于变压器容 量的 1 2 级设计 以便负荷发展时 更换变压器的容量 选择变压器台数时 应考虑以下因素 a 应满足用电负荷对供电的可靠性的要求 对供有大量一 二级负荷的变 电所 宜采用两台变压器 以便当一台变压器发生故障或检修时 另一台能对 一 二级负荷继续供电 b 对于一级负荷的场所 邻近又无备用电源联络线可接 或季节性负荷变 化较大时 宜采用两台变压器 安徽理工大学毕业设计 7 c 是否装设变压器 应视其负荷的大小和邻近变电所的距离而定 当负荷 超过 320KVA 时 任何距离都应装设变压器 2 4 3 变压器容量选择原则 1 只装有一台变压器的变电所 变压器的额定容量应满足全部用电设备计 算负荷的需要 2 装有两台变压器的变电所 每台变压器的额定容量应同时满足以下两个 条件 a 任一台变压器单独运行时 应满足全部一 二级负荷的需要 b 任一台变压器单独运行时 宜满足全部用电容量设备的需要 70 3 变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的为宜 以提 70 80 高运行率 2 4 4 变压器容量确定 单台变压器的额定容量 Sn 应能满足全部用电设备的计算负荷 Sc 留有余量 并考虑变压器的经济运行 即 cn SS 4 1 15 1 工厂车间变电所中 单台变压器容量不宜超过 1000KVA 对装设在二层楼 以上的干式变压器 其容量不宜大于 630KVA 装有两台变压器容量的确定任意一台变压器容量 Sn 应同时满足下列两个 条件 当任意一台变压器单独运行时 应满足总计算负荷的 60 70 的要求 cn SS 7 0 6 0 任一台变压器单独运行时 应能满足全部一 二级负荷 Sc 的需要 cn SS 表 2 3 35kv 主变压器的选择 额定电 压 Kv 损耗 W阻抗电压 联结 组别 尺寸 mm 长 宽 高 型号 额定 容量 KVA 高压低压 空 载 负 载 SZ763003510 5820041000 7 5Yd113100 2230 3520 安徽理工大学毕业设计 8 10kv 车间变压器的选择 1 一号车间变压器的选择 NO 1 和 NO 2 为二类负荷且容量都大于或 接近 1000KVA 所以要考虑装设两台变压器选择方法每台变压器的容量 SN T 应满 足以下两个条件 a 任一台变压器单独运行时 宜满足计算负荷 S30 的大约 60 70 的需 要 即 30 7 0 6 0 STSN b 任一台变压器单独运行时 应满足全部一 二级负荷的需要 即 SN T S30 9 30 STSN 故有主变的容量 即选择两台型号为 S9 KVATSN861 7381273 7 0 6 0 800 10 1 二号车间选择两台型号为 S9 500 10 2 三号车间变电所主变压器的选择 根据 设计要求三号车间变电所设置一台变压器 按总容量var 8 824 kSc 的选择即选择变压器的型号为 S9 1000 10 变压器一台 4 四号车间变电所主变压器的选择 根据 设计要求四号车间变电所设置一台变压器 按总容var07 721kSc 量的选择即选择变压器的型号为 S9 800 10 变压器一台 5 五号车间变电所主变压器的选择 根据 设计要求五号车间变电所设置一台变压器 按总容量var67 393kSc 的选择即选择变压器的型号为 S9 400 10 变压器一台 表 2 3 10kv 车间变压器的选择 额定电压 KV 损耗 W 车间 编号 型 号 额定容量 KVA高 压 低压 联结 组别 空载负载 阻抗电 压 NO 1S9 800 10800140075004 5 NO 2S9 500 10500120062004 5 NO 3S9 1000 1010001700103004 5 NO 4S9 800 1080080043004 NO 5S9 400 10400 60 4Yyn0 80043004 安徽理工大学毕业设计 9 3 导线截面的选择 3 1 电线 电缆截面选择 对于 35KV 的架空线路 我们采用经济电流密度来选择导线截面根据我们规 定的导线和电缆经济电流密度表 即表 如下表所示 ec J 表 3 1 线路及导线材料 年最大负荷利用小时 线路类别导线材料 3000H 以下3000H 5000H5000H 以上 铝1 651 150 90 架空线 铜3 002 251 75 铝1 921 731 54 电缆 铜2 502 252 00 3 2 经济电流密度选择原则从两方面考虑 1 选择截面越大 电能损耗就越小 但是线路投资 有色金属消耗量及维 修管理费用就越高 2 选择小 线路投资 有色金属消耗量及维修管理费用既然底 但电能损 耗大 从全面的经济效益考虑 使线路的年运行费用接近最小的导线截面 称 为经济截面 用符号表示 ec S 对应于经济截面的电流密度称为经济电流密度 用符号表示 公式为 ec J ec c ec j I S 式中 为线路计算电流 c I 本设计的导线截面的选择的计算如下 35KV 架空线选择经济截面A U S I n c 8 103 353 4 2687 9 5691 3 22 查表可知 2 4 1159 0 8 103 9 0 mmjIS AJ eccec ec 选择导线截面即型号为 LGJ 95 钢芯铝铰线 2 95mm 所以满足发热条件校验机械强度 35KV 架空铝铰线的机AIAI ca 8 103335 1 械强度最小截面为因此所选的导线截面也满足机 22 min 4 11535mmSmmS 械强度 安徽理工大学毕业设计 10 10KV 母线的选择 铜芯电缆 AIc 4 346 5 10732 1 6300 母线计算截面其标准截面型号 2 2 1732 4 346 mmjIS eccc 2 185mm YJV 185 安徽理工大学毕业设计 11 4 主接线的确定与短路计算 4 1 变配电所类型的选择 本厂为大型企业所以要设总降压变电所和车间变电所选择原则根据 a 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 b 进出线方便 特别是便于架空线进出 c 接近电源侧 特别是工厂的总降压变电所和高压配电所 d 设备运输方便 特别是要考虑电力变压器和高压成套配电装置的运输 e 不应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 f 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所 无法远离时 不应设在污染源的 下风侧 g 应符合国标 GB50058 1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 的 规定 4 2 接线图的意义和目的 表示电气设备的元件与其相互连接顺序的图称为接线图 接线图分为两类 即二次接线图及主接线图 主接线图表示电能与电源的分配的用户的主要电路 在此图上应表示出所 有的电气设备 有时更好的说明电力系统的工作 也列入二次接线的元件 一般来说 主接线图只表示电气装置的相连线因为三想交流电力装置中的 所有三相连接方法是相同的 所接的电气设备也一样 这种图称为单线图 4 2 1 主接线的设计原则和要求 在设计电气主接线时 应使其满足供电可靠 运行灵活和经济等项基本要 求 可靠性 供电可靠是电力生产和分配的首要要求 电气主接线也必须满足 这个要求 在研究主接线时 应全面地看待以下几个问题 可靠性的客观衡量 标准是运行实践 估价一个主接线的可靠性时 应充分考虑长期积累的运行经 验 我国现行设计技术规程中的各项规定 就是对运行实践经验的总结 设计 时应予遵循 主接线的可靠性 是由其各组成元件 包括一次设备和二次设备 的可靠性的综合 因此主接线设计 要同时考虑一次设备和二次设备的故障率 及其对供电的影响 可靠性并不是绝对的 同样的主接线对某所是可靠的 而 安徽理工大学毕业设计 12 对另一些所则可能还不够可靠 因此 评价可靠性时 不能脱离变电站在系统 中的地位和作用 通常定性分析和衡量主接线可靠性时 均从以下几方面考虑 断路器检修 时 能否不影响供电 线路 断路器或母线故障时 以及母线检修时 停运出 线回路数的多少和停电时间的长短 以及能否保证对重要用户的供电 变电站 全部停运的可能性 灵活性 主接线的灵活性要求有以下几方面 调度灵活 操作简便 应能灵活的投入 或切除 某些变压器或线路 调配电源和负荷 能满足系统在事故 检修及特殊运行方式下的调度要求 检修安全 应能方 便的停运断路器 母线及其继电保护设备 进行安全检修而不影响电力网的正 常运行及对用户的供电 扩建方便 应能容易的从初期过渡到最终接线 使 在扩建过渡时 在不影响连续供电或停电时间最短的情况下 投入新装变压器 或线路而不互相干扰 且一次和二次设备等所需的改造最少 经济性 在满足 技术要求的前提下 做到经济合理 投资省 主接线应简单清晰 以节约断 路器 隔离开关等一次设备投资 要使控制 保护方式不过于复杂 以利于运 行并节约二次设备和电缆投资 要适当限制短路电流 以选择价格合理的电器设 备 在终端或分支变电站中 应推广采用直降式 110 6 10KV 变压器 以质量 可靠的简易电器代替高压断路器 占地面积小 电气主接线设计要为配电装 置的布置创造条件 以便节约用地和节省构架 导线 绝缘子及安装费用 在 运输条件许可的地方 都应采用三相变压器 电能损耗少 在变电站中 正 常运行时 电能损耗主要来自变压器 应经济合理的选择主变压器的型式 容 量和台数 尽量避免两次变压而增加电能损耗 4 2 2 主接线 变电站的主接线是由各种电气设备 变压器 断路器 隔离开关等 及其 连接线组成 用以接受和分配电能 是供电系统的组成部分 它与电源回路数 电压和负荷的大小 级别以及变压器的台数容量等因素有关 4 2 3 桥形接线 当只有两台变压器和两条输电线路时 多采用桥形接线 使用断路器数目 最少 桥形接线可分为内桥式和外桥式 内桥式桥连断路器设置在变压器侧 外桥式桥连断路器则设置在线路侧 桥连断路器正常运行时处于闭合状态 当 输电线路较长 故障几率较多 而变压器又不需经常切除时 用用内桥式接线 比较合适 外桥式接线则在出线较短 且变压器随经济运行的需要需经常切换 或系统有穿越功率流经本厂时 就更为适宜 外桥接线对变压器的切换方便 比内桥少两组隔离开关 继电保护简单 安徽理工大学毕业设计 13 W1 QF1 W2 QF2 QF1 QF1 QF3 QF1 内桥型外桥型 QF1 QF3 易于过渡到全桥或单母分段接线 且投资少 占地面积小 缺点是倒换线路时 操作不方便 变电所一侧无线路保护 适用于进线短而倒闸次数少的变电所或 变压器经常驻需要切换以及可能发展为有穿越负荷的变电所 内桥结线一次侧可设线路保护 倒换线路时操作方便 设备投资与占地面 积较全桥少 缺点是操作变压器和扩建成全桥或单母分段不如外桥方便 适用 于进线距离长 变压器切换少的终端变电所 图图4 14 1 桥型接线桥型接线 4 2 4 单母线分段接线 单母线分段接线多用于具有一二级负荷 且进出线较多的中间变电所 不 足之处是当其中任一段母线需要检修或发生故障时 接于该母线的全部引线都 要在检修期间长期停电 图图4 24 2 单母线分段接线单母线分段接线 QF2 安徽理工大学毕业设计 14 4 3 短路电流的分类与计算方法 4 3 1 短路的原因 主要原因是电气设备载流部分绝缘所致 其他如操作人员带负荷拉闸或者 检修后未拆除地线就送电等误操作 鸟兽在裸露的载流部分上跨越以及风雪等 现象也能引起短路 4 3 2 短路的种类 在三相供电系统中可能发生的短路类型有三相短路 两相短路 两相接地 短路和单相接地短路等 第一种是对称短路 后两种是不对称短路 一切不对 称短路在采用对称分量法后 都可以归纳为对称短路的计算 4 3 3 短路的危害 发生短路时 由于系统中总阻抗大大减小 因此短路电流可能达到很大的 数值 强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电气设备受到破坏 短路 点的电弧可能烧坏电气设备 短路点的电压显著降低 使供电受到严重影响或 被迫中断 若在发电厂附近发生短路 还可能使全电力系统运行破裂 引起严 重后果 不对称短路所造成的零序电流 会在邻近的通讯线路内产生感应电势 干扰通讯 亦可能危及人身和设备安全 4 3 4 短路电流计算的目的 1 在选择电气主接线时 为了比较各种接线方案 或确定某一接线是否需 要采取限制短路电流的措施等 均需要进行必要的短路电流计算 2 在选择电气设备时 为了保证设备在正常运行和故障下都能安全 可靠 地工作 同时又力求节约资金 这就需要进行全面的短路电流计算 3 在设计户外高压配电装置时 需按短路条件效验软导线的相间和相对地 的安全距离 4 在选择继电保护方式和进行整定计算时 需以各种短路时的短路电流为 依据 5 接地装置需根据短路电流进行设计 4 3 5 短路电流计算的标幺值法 对较复杂的高压供电系统 计算短路电流时采用标么制进行计算比较简便 标么制属于相对电位制的一种 在用标么制计算时 各电气元件的参数都用标 么值表示 安徽理工大学毕业设计 15 在短路计算中所遇到的电气量有功率 电压 电流和电抗等四个量 某一 电气量的标么值就是它的实际值 有名值 与一个预先选定的同单位的基准值 的比值 下面我们就要标么值法进行短路电流的计算 4 3 6 短路电流计算 表表4 14 1 短路计算公式短路计算公式 参数名称有名值标幺值说明 功率 S d S S S 一般取 Sd 100MVA 电压 U d U U U 一般取 Ud Uev 电流 I d I I I d d d U3 S I 变压器电抗 N 2 NK T 100S U U X N dk T 100S S U X 线路电抗LXX 1L 2 d d1 L U LSX X 为线路每公里电 1 X 抗值 电抗器电抗 N NR R I 3100 U X X 2 dN dNR R UI S 3 U 100 X X 为电抗器铭牌上 R X 数值 系统等值电抗 K 2 N S S U X NK d K d S UI3 S S S X 为某点短路容量 K S 为该点的三相短路 k I 电流 电动机电抗 N 2 NK M S U 100 U X NST d M SK S X 为启动电流倍数 ST K 三相短路计算的方法和步骤 1 根据短路电流技术要求 根据供电系统图选定短路计算点 2 画出计算短路电流的等效电路图 3 选取基准容量和基准电压 计算各级基准电流 d S d U 4 据等效电路计算元件的标幺电抗 5 计算短路点的总标幺电抗与短路参数 安徽理工大学毕业设计 16 4 4 短路电流计算过程 4 4 1 根据材料可以绘出如下的等效电路图 图图4 34 3 等效电路图等效电路图 4 4 2 各母线短路电流计算过程 如图 4 1 图 4 2 所示 取MVA100SD 10X 4 5X 5 625X 4 5X 3 6 1250 10 100 4 5 100 SS 100 UX 1 333 6000 10 100 8 100 SS 100 UX 0 225100 3580 391 U SXX 0 571 100 175 SSX 0 5 100 200 SSX 54 32 3 T N DK1 3 T N DK8 22 avDL7 dminD6 dmaxD6 可可可可可 可可可可可可可 可可可可可可可 1 当系统处于最大运行方式时 MVA200Sdmax 无穷大系统电源电压保持不变 电源相电压标幺值为 1 0 1 当 35KV 母线点发生三相短路时 1 K KAUS dDsd 650 1 353 1003 I 1 3251 0 7551 XI 0 755XXX 76 安徽理工大学毕业设计 17 所以 KAIII sd 185 2 2 当 6 3KV 母线点发生三相短路时 2 K 同理可得 389 4 164 9 3 63 1003 4789 0 088 2 X sd dDsd III KAUSI I 2 当系统处于最小运行方式时 MVASd175 min 1 当 35KV 母线点发生三相短路时 1 K KAIII KAU sd d 998 1 650 1 353 10003 SI 1 2111 0 8261 XI 0 826XXX Dd s 76 所以 2 当 6 3KV 母线点发生三相短路时 2 K 同理可得 KAIII KAI I X sd sd 243 4 164 9 3 631000 U3 S 463 0 159 2 dD 表表4 24 2 各短路点短路电流计算 各短路点短路电流计算 短路点短路点 短路类型短路类型 1 K 2 K 最大运行 方式 2 1854 389 三相短路三相短路 KAKA 最小运行 方式 1 9984 243 安徽理工大学毕业设计 18 5 电气设备的选择 5 1 电气设备选择的一般条件 5 1 1 电气设备选择的一般原则 1 应满足正常运行 检修 短路和过电压情况下的要求 并考虑远景发展 2 应按当地环境条件校核 3 应力求技术先进和经济合理 4 与整个工程的建设标准应协调一致 5 同类设备应尽量减少品种 6 选用的新产品均应具有可靠的试验数据 并经正式鉴定合格 在特殊情 况下 选用未经正式鉴定的新产品时 应经上级批准 5 1 2 电气设备选择的技术条件 选择的高压电器 应能在长期工作条件下和发生过电压 过电流的情况下 保持正常运行 1 长期工作条件 1 电压 选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压 即 max U g U gm UU 2 电流 选用的电器额定电流 Ie 不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工 作电流 即 g I ge II 由于变压器短时过载能力很大 双回路出线的工作电流变化幅度也较大 故其计算工作电流应根据实际需要确定 高压电器没有明确的过载能力 所以 在选择其额定电流时 应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求 3 机械荷载 所选电器端子的允许荷载 应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作 用力 2 短路稳定条件 1 校验的一般原则 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动 热稳定校验 校验 的短路电流一般取三相短路时的短路电流 若发电机出口的两相短路 或中性 安徽理工大学毕业设计 19 点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相 两相接地短路较三相严重时 应按严重情况校验 用熔断器保护的电器可不验算热稳定 当熔断器保护的电压互感器回路 可不验算动 热稳定 2 短路的热稳定条件 5 1 式中 在计算时间 t 秒内 短路电流的热效应 k Q sJ I 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值 kA t t 设备允许通过的热稳定电流时间 s 3 短路的动稳定条件 5 2 I 5 3 式中 短路冲击电流峰值 kA sh i 短路全电流有效值 kA sh I 电器允许的极限通过电流峰值 kA df i 电器允许的极限通过电流有效值 kA df I 3 绝缘水平 在工作电压和过电压的作用下 电器的内 外绝缘应保证必要的可靠性 电器的绝缘水平 应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来 确定 当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时 应通过绝缘配合计 算 选用适当的过电压保护设备 5 1 3 环境条件 按 交流高压电器在长期工作时的发热 GB763 74 的规定 普通高压 电器在环境最高温度为 40时 允许按额定电流长期工作 当电器安装点的 C 环境温度高于 40 但不高于 60 时 每增高 1 建议额定电流减少 C C C 1 8 当低于 40时 每降低 1 建议额定电流增加 0 5 但总的增加值 C C 不得超过额定电流的 20 普通高压电器一般可在环境最低温度为 30时正 C 常运行 本次设计的变电所所在地区最高气温 最热月平均最高温度 C 45 max 对于屋外安装场所的电器最高温度选择年最高温度 最低温度 C avm 29 选择年最低温度 可见最高气温为 45 由规定知在选择电器设备时额定电 C 流应减少 1 8 电器设备可正常运行 安徽理工大学毕业设计 20 5 2 各种电气设备的选择 5 2 1 断路器的选择 除需满足各项技术条件和环境条件外 还应考虑便于安装调试和运行维护 并经技术经济比较后才能确定 5 2 2 隔离开关的选择 隔离开关的主要用途 1 隔离电压 在检修电气设备时 用隔离开关将被检修的设备与电源电压 隔离 以确保检修的安全 2 倒闸操作 投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时 常用隔离开 关配合断路器 协同操作来完成 3 分 合小电流 5 2 3 配电所高压开关柜的选择 35KV 高压开关柜及柜内元气件的选择 高压开关柜的选择为了保证高压电器的可靠运行 高压电器应按下列原则 选择 a 按正常工作条件 及电压 电流频率 开关电流选择 b 按短路条件 及动稳定性 热稳定性和持续时间校验 c 按环境温度 湿度 海拔 介质状态等选择 d 按各类高压电器的不同点 如短路器的操作性能 互感器的二次侧负载 和准确等级 熔断器的上下级选择性配合等运行选择 以下我们以高压开关柜为单位进行开关柜及柜内电器的选择 开关柜均选 择手车式开关柜 GFC 35 型 1 电流互感器的选择 在 高压电网中 计量仪表的电流线圈和继电保护中继电器的电流线圈都是 通过电流互感器通电的 这样可以隔离高压电 有利于运行人员的安全 1 电流互感器的选择与校验主要有以下几个条件 电流互感器额定电压应不低于装设点线路额定电压 根据一次负荷电流 Ic 选择电流互感器变比 根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度 校验动稳定度和热稳定度 2 动稳定度倍数 Kes 和热稳定倍数 K t 为电流稳定时间 因此 按下列 公式分别校验动稳定度和热稳稳定度即可 安徽理工大学毕业设计 21 动稳定度校验 3 1 2 skNes IIK 热稳定度校验 imaNt TItIK22 3 1 这里我们选 LCZ 35型 0 5 级次 额定一次电流 AA 8 103200 动稳定校验 查表额定一次电流 20 600A 时 动稳定倍数 150 es K 合格 9 5449 4 42426200215020021502 5 1 skNes IIK 热稳定校验 查表的热稳定倍数 65 t K 则 1300020065 1 Nt IK 合格 13000 2 2341 2 21371 9 0 didi IttItt 3 电流互感器的型号含义 L 电流互感器 J 浇注绝缘 C 瓷绝缘 D 差动保护 2 电压互感器的选择 电压互感器是测量高压的 其有次线路绕组与高压电路并联额定电压与电 路电压 同一等级 将高电压变为低电压 供计量和继电器保护用 电流互感器二 次侧额定电压通常为 100V 在这个柜中我们采用 V V 型电压互感器 电压互感器应按装设地点的条件及一次电压 二次电压 准确度级等条件 进行选择 由于它的一 二次侧均有熔断保护 故不需进行短路稳定度的校验 电压互感器的准确度也与其二次负荷容量有关 满足的条件与电流互感器 的相同 即 这里为二次侧所有并联的仪表 继电器电压线圈所消 22 SS N 2 S 耗的总视在功率 即 22 2UU QPS 式中 分别为仪表 继电器电 cos uu SP sin uu SQ 压线圈消耗的总有功功功率和总无功功率 安徽理工大学毕业设计 22 电压互感器的选项如下 额定电压与供电电压相同合适类型由于二次侧装有熔断器 无需力校验 热稳定校验这里选择 JDJ2 35 型 3 熔断器的选择 保护电压互感器的熔断器 只需按额定电压和断流容量选择 不必校验额 定电流这里选 RN2 35 型额定电流 0 5A 最大断开电流 17A 三相最大断流容 量 合格 MVAMVA1371000 4 断路器的选择 线路正常时 用来通断负荷电流 线路故障时 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 因此断路器额定容量必须大于 安装处短路容量 期额定短流能力 In QF 必须大于安装处的短路电流即满足 3 3 knkn IQFISQFS 这里我们选 SN 35 型油断路器额定电压 35KV 额定电流 1000A 额定断开 电流 16KA 额定容量 1000MVA 经校验 MVASMVAQFS kn 1371000 3 1000 KAIKAQFI kn 4499 5 16 3 16 均满足要求 断路器型号意义 S 少油式断路器 D 多油式断路器 K 空气断路器 C 磁吹断路器 L 六氟化硫断路器 Z 真空断路器 N 户内型 W 户外型 SN 35 型 S 产品名称 少油式断路器 N 安装条件 户内式 35 额定电压 千伏 5 避雷器的选择 FZ 35 型型号说明 F 阀式避雷器 安徽