某机械厂变电所一次系统设计-范本

1 摘 要 电能是现代工业生产的主要能源和动力 随着现代文明的发展与进步 社 会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求 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设计 为适应机械类企业 用电负荷变化大 自然功率因 数低的特点 该设计中采用并联电容器的方法来补偿无功功率 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 统设计包括 负荷的计算及无功功率的补偿 变电所主变压器台数和容量 型 式的确定 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 关关键键词词 电能 变电所 一次系统 2 目目 录录 1 前言 1 1 1 引言 1 2 设计原则 1 1 3 本文所做的主要工作 2 2 负荷计算及电容补偿 4 2 1 负荷计算的定义 4 2 2 负荷计算 4 2 2 1 负荷计算的方法 4 2 2 2 负荷统计计算 5 2 3 电容补偿 7 3 负荷计算及电容补偿 9 3 1 主变压器台数选择 9 3 2 主变压器容量选择 9 3 3 主接线方案确定 10 3 3 1 变电所主接线方案的设计原则与要求 10 3 3 2 变电所主接线方案的技术经济指标 10 3 3 3 工厂变电所常见的主接线方案 11 3 3 4 确定主接线方案 11 3 4 无功功率补偿修定 13 4 高低压开关设备选择和变电所选址及布置概述 15 4 1 短路电流的计算 15 4 1 1 短路的定义 15 4 1 2 短路计算的目的 15 4 1 3 短路计算的方法 15 4 1 4 本设计采用标幺制法进行短路计算 15 4 2 变电站一次设备的选择与校验 21 4 2 1 一次设备选择与校验的条件 21 4 2 2 按正常工作条件选择 22 4 2 3 按短路条件校验 22 4 2 4 10kV 侧一次设备的选择校验 23 4 2 5 380V 侧一次设备的选择校验 25 4 3 高低压母线的选择 26 4 4 变电所选址概述 27 4 5 变电所总体布置概述 27 3 5 变电所进出线和低压电缆选择 29 5 1 变电所进出线的选择范围 29 5 2 变电所进出线方式的选择 29 5 3 变电所进出导线和电缆形式的选择 29 5 4 导线和电缆截面的选择计算 30 5 5 高压进线和低压出线的选择 30 5 5 1 10kV 高压进线的选择校验 30 5 5 2 由高压母线至主变的引入电缆的选择校验 31 5 5 3 380V 低压出线的选择 31 6 总结与展望 37 7 参考文献 38 附 录 39 致谢 41 第 1 页 1 1 前言 1 1 引言 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 电能的输送和分配既简单经济 又便于控制 调节和测量 有利于实现生产过程自动化 在工程机械制造厂里 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 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 电能从区域变电站进入机械厂后 首先要解决的就是如何对电能进行控制 变换 分配和传输等问题 在机械厂 担负这一任务的是供电系统 供电系统的 核心部分是变电所 一旦变电所出了事故而造成停电 则整个机械厂的生产过程 都将停止进行 甚至还会引起一些严重的安全事故 机械厂变电所要很好地为生产服务 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 1 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 2 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求 3 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 4 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 1 2 设计原则 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 JGJ16 2008 民用建筑电 气设计规范 等的规定 进行变电所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 第 2 页 2 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 1 3 本文所做的主要工作 目前世界上机械生产能源和动力主要来源于电能 电网的正常运行是保证机 械生产安全前提 根据设计任务书的要求 结合实际情况和市场上现有的电力产 品及其技术 本文主要做了以下工作 1 负荷计算 机械厂变电所的负荷计算 是根据所提供的负荷情况进行的 本文列出了负 荷计算表 得出总负荷 2 一次系统图 跟据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算 绘制一次系统图 确定 变电所高 低接线方式 对它的基本要求 即要安全可靠又要灵活经济 安装容 易维修方便 3 电容补偿 按负荷计算求出总降压变电所的功率因数 通过查表或计算求出达到供电部 门要求数值所需补偿的无功率 由手册或产品样本选用所需无功功率补偿柜的规 格和数量 4 变压器选择 根据电源进线方向 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 确定变压器型号 5 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 无限大容量系统供电进行短路计算 求出各短路点的三相短路电流及相应有关参 数 6 高 低压设备选择及校验 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 选择高 低压 配电设备 如隔离开关 断路器 母线 电缆 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力稳定检验 并列表表示 7 电缆的选择 第 3 页 3 为了保证供电系统安全 可靠 优质 经济地运行 进行电缆截面选择时必 须满足发热条件 电缆 包括母线 在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生 的发热温度 不应超过其正常运行时的最高允许温度 第 4 页 4 2 负荷计算及电容补偿 2 1 负荷计算的定义 1 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 2 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 2 2 负荷计算 2 2 12 2 1 负荷计算的方法负荷计算的方法 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 由于本机械厂用电部门较多 用电设备台数较多 设计采用需要系数法予以 确定 1 单台组用电设备计算负荷的计算公式 1 有功计算负荷 单位为kW 2 1 30de PK P 式中 设备有功计算负荷 单位为 kW 30 P 用电设备组总的设备容量 不含备用设备容量 单位为 kW e P 用电设备组的需要系数 d K 2 无功计算负荷 单位为 kvar 2 2 3030tan QP 式中 设备无功计算负荷 单位为 kvar 30 Q 对应于用电设备组功率因数的正切值 tan cos 3 视在计算负荷 单位为 kVA 2 3 30 30 cos P S 式中 视在计算负荷 单位为 kVA 30 S 用电设备组的功率因数 cos 第 5 页 5 4 计算电流 单位为 A 2 4 30 30 3 N S I U 式中 计算电流 单位为 A 30 I 用电设备组的视在功率 单位为 kVA 30 S 用电设备组的额定电压 单位为 kV N U 2 多组用电设备计算负荷的计算公式 1 有功计算负荷 单位为kW 2 5 3 30zpi PKP 式中 多组用电设备有功计算负荷 单位为 kW 3z P 所有设备组有功计算负荷之和 30 i P 30 P 有功负荷同时系数 可取 0 7 0 95 p K 2 无功计算负荷 单位为kvar 2 6 330zqi QKQ 式中 多组用电设备无功计算负荷 单位为 kvar 3z Q 所有设备组无功计算负荷之和 30 i Q 30 Q 无功负荷同时系数 可取 0 8 0 95 q K 3 视在计算负荷 单位为kVA 2 7 22 333zzz SpQ 4 计算电流 单位为A 2 8 3 3 3 z z N S I U 5 功率因数 2 9 3 3 cos z z P S 2 2 22 2 2 负荷统计计算负荷统计计算 根据提供的资料 列出负荷计算表 因设计的需要 计算了各负荷的有功功 率 无功功率 视在功率 计算电流等 表中生活区的照明负荷中已经包括生活 区各用户的家庭动力负荷 具体负荷的统计计算见表 2 1 第 6 页 6 表 2 1 某机械厂负荷计算表 计算负荷 序 号 名称类别 设备容量 e p kW 需要系数 d K cos tan 30 kW p 30 kvar Q 30 kVA S 30 A I 动力3000 40 71 02120122 4 照明100 80 90 4883 8 1铸造车间 小计310 128126 2179 8273 动力2800 30 61 3384111 7 照明100 70 90 4873 4 2锻压车间 小计290 91115 1146 7223 动力300 40 850 62127 4 照明50 80 90 4841 9 3仓库 小计12 169 318 528 动力2000 50 850 6210062 照明80 80 90 486 43 1 4电镀车间 小计208 106 465 1124 7189 动力2500 30 651 177587 8 照明100 90 90 4894 3 5工具车间 小计260 8492 1124 7189 动力2000 40 71 028081 6 照明260 80 90 4820 810 6组装车间 小计226 100 891 6136 2207 动力3000 20 61 336079 8 照明130 80 90 4810 45 7维修车间 小计313 70 484 8110 2167 动力3500 20 651 177081 9 照明80 80 90 486 43 1 8金工车间 小计358 76 485 0114 3174 动力8500 30 451 98255504 9 照明260 80 90 4820 810 9焊接车间 小计876 275 8514 9584 1887 动力2000 70 80 75140105 10锅炉房照明40 80 90 483 21 5 第 7 页 7 小计204 143 2106 5178 5271 动力5000 60 71 02300306 照明100 80 90 4883 8 11 热处理车间 小计510 308309 8436 8664 12生活区照明2000 70 90 4814067 2155 3236 动力3460 照明330 15401667 6 总计 380v 侧 取 0 80 8 pq KK 12321334 118162759 2 3 电容补偿 1 意义 感性负载是需要电网提供的有功及无功电流运行的 即变压器及线路都要输 送有功及无功电流 这样 变压器效率降低 线路载流变大 增加了损耗 电力 电容器并联于线路中是产生无功电流的 即自主提供了无功电流 减少电网的输 送 变压器及线路尽可能少地输送无功电流 变压器效率得以提高 线路减少了 不必要的载流量 线损减低 一般在工厂线路进行集中补偿或者分散补偿 在变电所低压侧装设无功补偿后 由于低压侧总的视在计算负荷减小 从而 可使变电所主变压器容量选的小一些 这不仅可以降低变电所的初投资 而且可 减少工厂的电费开支 因为我国供电企业对工业用户是实行的 两部电费制 一部分叫基本电费 按所装用的主变压器容量来计算 规定每月按 KVA 容量大小 缴纳电费 容量越大 缴纳的基本电费越多 容量越小 缴纳的基本电费就越少 另一部分叫电能电费 按每月实际耗用的电能 KWh 来计算电费 并且要根据月平 均功率因数的高低乘上一个调整系数 凡月平均功率因数高于规定的 可减收一 定百分率的电费 凡低于规定的 则加收一定百分率的电费 由此可见 提高工 厂功率因数不仅对整个电力系统大有好处 而且对工厂本身也有一定的经济实惠 2 无功功率补偿初设 由表 2 1 知 因此该厂 380V 侧最大负荷时的 3 1232kW z P 3 1816kVA z S 第 8 页 8 功率因数为 供电部门要求该厂 10kV 进线侧最大负荷时的功率 3z 3z cos0 678 P S 因数不应低于 0 9 考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗 因此 380V 侧最 大负荷时功率因数应稍大于 0 9 本文取 0 93 来计算 380V 侧所需无功功率补偿容 量 2 10 3Z12 tantan c QP 1232 tan arccos0 678 tan arccos0 93 var 849 var k k 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 2 主屏 1 台与方案 4 辅屏 7 台相组合 总共容量 112kvar 8 896kvar 无功补偿后工厂 380V 侧的负荷计算 3 1232kW z P 3 1334 1 896 438 1kvar z Q 2 222 333 1232438 11307 6KVA zzz SQQ 补偿后低压侧的功率因素 3 3 1232 cos0 942 1307 6 z z P S 第 9 页 9 3 变压器选择及主接线方案确定 3 1 主变压器台数选择 选择主变压器台数时应考虑下列原则 1 应满足用电负荷对供电可靠性的要求 对供有大量一 二级负荷的变电所 应采用两台变压器 以便当一台变压器发生故障或检修时 另一台变压器能对一 二级负荷继续供电 对只有二级而无一级负荷的变电所 也可以只采用一台变压 器 但必须有备用电源 2 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大 适于采用经济运行方式的变电所 可 采用两台变压器 3 当负荷集中且容量相当大的变电所 虽为三级负荷 也可以采用两台或多 台变压器 4 在确定变电所台数时 应适当考虑负荷的发展 留有一定的余地 3 2 主变压器容量选择 1 只装一台主变压器的变电所 主变压器容量S应满足全部用电设备总计算负荷S3的需要 即 3 1 3 SS 2 装有两台主变压器的变电所 每台变压器的容量Sz应同时满足以下两个条件 1 任一台变压器单独运行时 应满足总计算负荷S3的大约60 80 的需要 即 3 2 3 0 60 8 SS 2 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 3 3 3 SS 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 方案1 装设一台主变压器 根据式 3 1 主变选用一台接线方式为D yn11的S11 1600 10型变压器 根据 民用建筑规范要求变压器的负载率不宜大于85 而 第 10 页 10 3 4 1600 85 1360kVA 1307 6KVA z S 显然满足要求 至于机械厂的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 因此装设一台主变压器时选一台接线方式为D yn11的S11 1600 10型 低损耗配电变压器 方案2 装设两台主变压器 根据式 3 2 和 3 3 可知 0 60 75 1307kVA 784 2980 25 kVAS 3 179 8 124 7 178 5 kVAkVASS 483 因此选两台接线方式为D yn11的S11 1000 10型低损耗配电变压器 两台变压 器并列运行 互为备用 3 3 主接线方案确定 3 3 13 3 1 变电所主接线方案的设计原则与要求变电所主接线方案的设计原则与要求 变电所的主接线 应根据变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 1 安全 应符合有关国家标准和技术规范的要求 能充分保证人身和设备的安 全 2 可靠 应满足电力负荷特别是其中一 二级负荷对供电可靠性的要求 3 灵活 应能必要的各种运行方式 便于切换操作和检修 且适应负荷的发展 4 经济 在满足上述要求的前提下 尽量使主接线简单 投资少 运行费用低 并节约电能和有色金属消耗量 3 3 2 变电所主接线方案的技术经济指标变电所主接线方案的技术经济指标 1 主接线方案的技术指标 1 供电的安全性 主接线方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况 2 供电的可靠性 主接线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应性方面的情 况 3 供电的电能质量主要是指电压质量 包括电压偏差 电压波动及高次谐波 等方面的情况 4 运行的灵活性和运行维护的方便性 5 对变电所今后增容扩建的适应性 2 主接线方案的经济指标 第 11 页 11 1 线路和设备的综合投资额 包括线路和设备本身的价格 运输费 管理费 基建安装费等 可按当地电气安装部门的规定计算 2 变配电系统的年运行费 包括线路和设备的折旧费 维修管理费和电能损 耗费等 3 供电贴费 系统增容费 有关部门还规定申请用电 用户必须向供电部 门一次性地交纳供电贴费 4 线路的有色金属消耗费 指导线和有色金属 铜 铝 耗用的重量 3 3 3 工厂变电所常见的主接线方案工厂变电所常见的主接线方案 1 只装有一台主变压器的变电所主接线方案 只装有一台主变压器的变电所 其高压侧一般采用无母线的接线 根据高压 侧采用的开关电器不同 有三种比较典型的主接线方案 1 高压侧采用隔离开关 熔断器或户外跌开式熔断器的主接线方案 2 高压侧采用负荷开关 熔断器或负荷型跌开式熔断器的主接线方案 3 高压侧采用隔离开关 断路器的主接线方案 2 装有两台主变压器的变电所主接线方案 装有两台主变压器的变电所的典型主接线方案有 1 高压无母线 低压单母线分段的主接线方案 2 高压采用单母线 低压单母线分段的主接线方案 3 高低压侧均为单母线分段的主接线方案 3 3 4 确定主接线方案确定主接线方案 1 10kV侧主接线方案的拟定 由原始资料可知 高压侧进线有一条10kV的公用电源干线 为满足工厂二级 负荷的要求 又采用与附近单位连接高压联络线的方式取得备用电源 因此 变 电所高压侧有两条电源进线 一条工作 一条备用 同时为保证供电的可靠性和 对扩建的适应性所以10kV侧可采用单母线或单母线分段的方案 2 380V侧主接线方案的拟定 由原始资料可知 工厂用电部门较多 为保证供电的可靠性和灵活性可采用 单母线或单母线分段接线的方案 对电能进行汇集 使每一个用电部门都可以方 便地获得电能 3 方案确定 根据前面章节的计算 若主变采用一台S11型变压器时 总进线为两路 为提 高供电系统的可靠性 高压侧采用单母线分段形式 低压侧采用单母线形式 其 系统图见 图3 1 采用一台主变时的系统图 若主变采用两台S11型变压器时 总 第 12 页 12 进线为两路 为提高供电系统的可靠性 高压侧采用单母线分段形式 两台变压 器在正常情况下分裂运行 当其中任意一台出现故障时另一台作为备用 当总进 线中的任一回路出现故障时两台变压器并列运行 低压侧采用也单母线分段形式 其系统图见 图3 2 采用两台主变时的系统图 图3 1 采用一台主变时的系统图 第 13 页 13 图3 2 采用两台主变时的系统图 表 3 3 两种主接线方案的比较 比较项目 装设一台主变的方案 装设两台主变的方案 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 供电质量 由于一台主变 电压损耗略大 由于两台主变并列 电压损耗略小 灵活方便性 只有一台主变 灵活性不好 由于有两台主变 灵活性较好 技 术 指 标 扩建适应性 差一些 更好 电力变压器的 综合投资额 按单台 22 598 万元计 综合投资 为 2 22 598 45 196 万元 按单台 15 217 万元计 综合投资 为 4 15 217 60 868 万元 高压开关柜 含计 量柜 的综合投资 额 按每台 4 2 万元计 综合投资约为 5 1 5 4 2 31 5 万元 6 台 GG 1A F 型柜综合投资约 为 6 1 5 4 2 37 8 万元 经 济 指 标 电力变压器和高压 开关柜的年运行费 主变和高压开关柜的折旧和维修 管理费约 7 万元 主变和高压开关柜的折旧和维修 管理费约 10 万元 第 14 页 14 交供电部门的一次 性供电贴费 按 800 元 kVA 计 贴费为 1600 0 08 万元 128 万元 贴费为 2 1000 0 08 160 万元 从上表可以看出 按技术指标 装设两台主变的主接线方案优于装设一台主 变的方案 从经济指标来看 装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案 由 于集中负荷较大 已经大于1250kVA 低压侧出线回路数较多 且有一定量的二级 负荷 考虑今后增容扩建的适应性 从技术指标考虑 采用于装设两台主变的方 案 3 4 无功功率补偿修定 低压采取单母线分段接线方式 考虑铸造车间 电镀车间和锅炉房为二级负 荷 采用双回路供电 但在正常状态下只由一回路供电 另回路作为备用 计算 负荷时则 只考虑其中一回路 为使两段母线的负荷基本平衡 段母线负荷设 计为 铸造车间 仓库 电镀车间 工具车间 金工车间 焊接车间 段母线 负荷设计为 锻压车间 组装车间 维修车间 锅炉房 热处理车间 生活区 段母线的负荷情况 同686 6kWP 892 6kvarQ cos0 61 时系数取为 0 9 X K 617 94kWP 803 34kvarQ 段母线的负荷情况 同853 4kWP 775kvarQ cos0 74 时系数取为 0 9 X K 768 06kWP 697 5kvarQ 对无功功率补偿进行修定 计算 段母线所需无功功率补偿容量 取 cos0 93 z12 tantan 617 94 tan arccos0 61 tan arccos0 93 var558 5 varQPkk 选 PGJ1 型低压自动补偿屏 并联电容器为 BW 0 4 14 3 型 采用其方案 2 主屏 1 台与方案 4 辅屏 4 台相组合 总共容量 112kvar 5 560kvar 补偿后的功率 因素 cos 0 93 计算 段母线所需无功功率补偿容量 取 cos0 93 z12 tantan 768 06 tan arccos0 74 tan arccos0 93 var394 6 varQPkk 选 PGJ1 型低压自动补偿屏 并联电容器为 BW 0 4 14 3 型 采用其方案 1 主屏 1 台与方案 4 辅屏 3 台相组合 总共容量 112kvar 3 80 416kvar 补偿后的 功率因素 cos 0 94 第 15 页 15 4 高低压开关设备选择和变电所选址及布置概述 4 1 短路电流的计算 4 1 1 短路的定义短路的定义 产生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏 绝缘损坏的原因多因 设备过电压 直流遭受雷击 绝缘材料陈旧 绝缘缺陷未及时发现和消除 此外 如输电线路断线 线路倒杆也可能造成短路事故 所谓短路是指相与相之间通过 电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接 在中性点直接接地系统中或三相四线制 系统中 还指单相或多相接地 4 1 2 短路计算的目的短路计算的目的 在电力系统和电气设备的设计和运行中 短路计算是解决一系列技术问题所 不可缺少的基本计算 在本设计中 短路计算主要为了解决以下问题 1 选择足够机械稳定度和热稳定度的电气设备 例如断路器 互感器 瓷瓶 第 16 页 16 母线 电缆等 必须以短路计算为依据 这里包括计算冲击电流以校验设备的电 动力稳定度 计算若干时刻的短路电流周期分量以校验设备的热稳定度 计算指 定时刻的短路电流有效值以校验断路器的断流能力等 2 在设计和选择电气主接线时 为了比较各种不同方案的接线图 确定是否 需要采取限制短路电流的措施等 都要进行必要的短路电流计算 4 1 3 短路计算的方法短路计算的方法 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 并计算出电路中各主要元件 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 又称有名单位制法 因其短路计算 中的阻抗都采用有名单位 欧姆 而得名 和标幺制法 又称相对单位制法 因 其短路计算中的有关物理量采用标幺值即相对单位而得名 4 1 4 本设计采用标幺制法进行短路计算本设计采用标幺制法进行短路计算 1 标幺制法计算步骤和方法 1 绘计算电路图 选择短路计算点 计算电路图上应将短路计算中需计入的 所以电路元件的额定参数都表示出来 并将各个元件依次编号 2 设定基准容量和基准电压 计算短路点基准电流 一般设 d S d U d I 100MVA 设 短路计算电压 短路基准电流按下式计算 d S d U c U 4 1 3 d d d S I U 3 计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值 一般只计算电抗 电力系统的电抗标幺值 4 2 d s oc S X S 式中 电力系统出口断路器的断流容量 单位为 MVA oc S 电力线路的电抗标幺值 第 17 页 17 4 3 0 2 d WL c S XX l U 式中 线路所在电网的短路计算电压 单位为 kV c U 电力变压器的电抗标幺值 4 4 100 kd T N US X S 式中 变压器的短路电压 阻抗电压 百分值 k U 变压器的额定容量 单位为 kVA 计算时化为与同单位 N S d S 4 绘短路回路等效电路 并计算总阻抗 用标幺制法进行短路计算时 无论 有几个短路计算点 其短路等效电路只有一个 5 计算短路电流 分别对短路计算点计算其各种短路电流 三相短路电流周 期分量 短路次暂态短路电流 短路稳态电流 短路冲击电流及短 3 k I 3 I 3 I 3 sh i 路后第一个周期的短路全电流有效值 又称短路冲击电流有效值 3 sh I 4 5 3 d k I I X 在无限大容量系统中 存在下列关系 4 6 3 I 3 I 3 k I 高压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算 2 55 4 7 3 sh i 3 I 1 51 4 8 3 sh I 3 I 低压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算 1 84 4 9 3 sh i 3 I 1 09 4 10 3 sh I 3 I 6 计算短路容量 4 11 3 d k S S X 系统 500MVA LGJ 150 8km S9 1000 10 5kV0 4kV k1 k2 1 2 3 4 图 4 1 并列运行时短路计算电路 第 18 页 18 2 两台变压器并列运行时 1 根据原始资料及所设计方案 绘制计算电路 选择短路计算点 如图 4 1 所示 2 设定基准容量和基准电压 计算短路点基准电流 设 100MVA d S d U d I d S 即高压侧 10 5kV 低压侧 0 4kV 则 d U c U 1d U 2d U 4 12 1 1 100MVA 5 5kA 33 10 5kV d d d S I U 4 13 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 电力系统的电抗标幺值 4 14 1 100MVA 0 2 500MVA d oc S X S 式中 电力系统出口断路器的断流容量 oc S 架空线路的电抗标幺值 查得 LGJ 150 的单位电抗 而线路长 0 0 36 xkm 8km 故 4 15 2 2 100MVA 0 36 82 6 10 5kV X 电力变压器的电抗标幺值 查得 S9 1000 的短路电压 4 5 故 k U 4 16 3 4 5100MVA 4 5 1001000kVA X 4 17 43 4 5XX 4 绘制等效电路图 如图 4 2 所示 2 2 6 1 0 2 3 4 5 4 4 5 k1 k2 第 19 页 19 图 4 2 并列运行时短路等效电路图 5 求 k1 点 10 5kV 侧 的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容 量 总阻抗标幺值 4 18 121 0 22 62 8 k XXX 三相短路电流周期分量有效值 4 19 3 1 1 1 5 5kA 1 96kA 2 8 d k k I I X 三相短路次暂态电流和稳态电流 1 96kA 4 20 3 I 3 I 3 1k I 三相短路冲击电流 2 55 2 55 1 96kA 5 0kA 4 21 3 sh i 3 I 第一个周期短路全电流有效值 1 51 1 51 1 96kA 2 96kA 4 22 3 sh I 3 I 三相短路容量 4 23 3 1 100MVA 35 7MVA 2 8 d k k S S X 6 求 k2 点 0 4kV 侧 的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总阻抗标幺值 4 24 12342 4 5 0 22 65 05 2 k XXXXX 三相短路电流周期分量有效值 4 25 3 2 2 2 144kA 28 5kA 5 05 d k k I I X 三相短路次暂态电流和稳态电流 28 5kA 4 26 3 I 3 I 3 2k I 第 20 页 20 三相短路冲击电流 1 84 1 84 28 5kA 52 5kA 4 27 3 sh i 3 I 第一个周期短路全电流有效值 1 09 1 09 28 5kA 31 1kA 4 28 3 sh I 3 I 三相短路容量 4 29 3 2 100MVA 19 8MVA 5 05 d k k S S X 3 两台变压器分裂运行时 1 绘制计算电路 选择短路计算点 如图 4 3 所示 系统 500MVA LGJ 150 8km S9 100010 5kV 0 4kV k1 k2 k3 1 2 3 4 图 4 3 分裂运行时短路计算电路 2 基准值和短抗标幺值同并列运行时所算各值 3 绘制等效电路图 如图 4 4 所示 2 2 6 k1 k2 k3 1 0 2 3 4 5 4 4 5 图 4 4 分裂运行时短路等效电路图 4 k1 点的短路计算值同并列运行时 k1 点的计算值 5 k2 点 0 4kV 侧 的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总阻抗标幺值 4 30 1232 0 22 64 57 3 k XXXX 第 21 页 21 三相短路电流周期分量有效值 4 31 3 2 2 2 144kA 19 7kA 7 3 d k k I I X 三相短路次暂态电流和稳态电流 19 7kA 4 32 3 I 3 I 3 2k I 三相短路冲击电流 1 84 1 84 19 7kA 36 25kA 4 33 3 sh i 3 I 第一个周期短路全电流有效值 1 09 1 09 19 7kA 21 47kA 4 34 3 sh I 3 I 三相短路容量 4 35 3 2 100MVA 13 7MVA 7 3 d k k S S X 6 k3 点的短路计算值同 k2 点的计算值 4 短路电流计算结果 短路电流计算结果见表 4 1 表 4 2 表 4 1 并列运行时短路电流计算结果 表 4 2 并列运行时短路电流计算结果 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 K11 961 961 965 02 9635 7 K225 825 825 852 531 119 8 第 22 页 22 比较变压器并列和分裂运行两种情况下的短路计算 可得出分裂运行时的低 压侧短路电流较并列运行时有明显减小 因此 为降低短路电流水平 所设计变 电站通常情况下应分裂运行 4 2 变电站一次设备的选择与校验 正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全 经济的重要条件 在 进行设备选择时 应根据工程实际情况 在保证安全 可靠的前提下 积极而稳 妥地采用新技术 并注意节约投资 选择合适的电气设备 电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策 并应做到技术先进 经济合理 安全可靠 运行方便和适当的留有发展余地 以满足电力系统安全经 济运行的需要 4 2 1 一次设备选择与校验的条件一次设备选择与校验的条件 为了保证一次设备安全可靠地运行 必须按下列条件选择和校验 1 按正常工作条件 包括电压 电流 频率 开断电流等选择 2 按短路条件 包括动稳定和热稳定来校验 3 考虑电气设备运行的环境条件和温度 湿度 海拔以及有无防尘 防腐 防火 防爆等要求 4 2 2 按正常工作条件选择按正常工作条件选择 1 按工作电压选择 设备的额定电压不应小于所在线路的额定电压 即 N e U N U 4 36 NeN UU 2 按工作电流选择 设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流 即 N e I 30 I 4 37 30N e II 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 K11 961 961 965 02 9635 7 K219 719 719 736 2521 4713 7 K319 719 719 736 2521 4713 7 第 23 页 23 3 按断流能力选择 设备的额定开断电流或断流容量不应小于设备分断瞬间的短路电流有效 oc I oc S 值或短路容量 即 k I k S 4 38 ock II 或 4 39 ock SS 4 2 3 按短路条件校验按短路条件校验 短路条件校验 就是校验电器和导体在短路时的动稳定和热稳定 1 隔离开关 负荷开关和断路器的短路稳定度校验 1 动稳定校验条件 4 40 3 maxsh ii 或 4 41 3 maxsh II 式中 开关的极限通过电流 动稳定电流 峰值和有效值 单位 max i max I 为 kA 开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值 单位为 3 sh i 3 sh I kA 2 热稳定校验条件 4 42 2 3 2 tima I tIt 式中 开关的热稳定电流有效值 单位为 kA t I 开关的热稳定试验时间 单位为 s t 开关所在处的三相短路稳态电流 单位为 kA 3 I 短路发热假想时间 单位为 s ima t 2 电流互感器的短路稳定度校验 1 动稳定校验条件 4 43 3 maxsh ii 或 4 44 3 3 1 210 esNsh K Ii 第 24 页 24 式中 电流互感器的动稳定电流 单位为 kA max i 电流互感器的动稳定倍数 对 es K 1N I 电流互感器的额定一次电流 单位为 A 1N I 热稳定校验条件 4 45 3 ima t t II t 或 4 46 3 1 ima tN t K II t 式中 电流互感器的热稳定电流 单位为 kA t I 电流互感器的热稳定试验时间 一般取 1s t 电流互感器的热稳定倍数 对 t K 1N I 4 2 4 10kV 侧一次设备的选择校验侧一次设备的选择校验 方案号 004 用途受电 馈电 额定电流 A 630 4000 真空断路器 VS1 型真空断路 器 电流互感器LZZBJ12 12 避雷器 HY5W 主 回 路 元 器 件 接地开关JN15 10 图 4 5 10kv 侧 KYN28B 12 开关柜接线图 表 4 3 VS1 真空断路器的校验 校 验 项目 单 位 参 数电压 10kv 电流 147A 断流能力 1 42KA 动稳 imax ish 3 热稳 It2t I 3 2tima 额定电压kv12合格 1min 工频耐压 有效值 kv42 雷电冲击耐压 峰值 kv75 额定频率Hz50 第 25 页 25 额定电流A630 4000合格 4S 热稳定电流 电流 有效值 KA20 40合格 额定动稳定电 流 峰值 kA63 100 63 3 62 合格 额定短路开断 电流 KA25 40合格 额定短路关合 电流 KA63 100 额定操作顺序 0 0 3S C0 180s C0 开断时间ms 50 额定短路开断 电流开断次数 次50 额定操作电压V 110 110 220 220 机械寿命次20000 本供电系统 10kV 侧配电柜选用 KYN28B 12 型开关柜 因采用双回路进线单母 线分段形式所以进线柜需要 2 台方案号为 006 馈电回路 2 路需开关柜 2 台 方案 号为 003 母联加计量柜为 2 台 方案号为 012 和 055 为保证供电质量各段母线 上分别加 1 个消弧消协柜 因馈电柜和母联加计量柜已经包含了开关柜中所有元 器件 所以如馈电柜和母联加计量柜的校验满足要求时 开关柜的其他方案配置 也能满足要求 具体校验见图 4 5 表 4 3 和图 4 6 表 4 4 表 4 5 036 第 26 页 26 用途进线 计量 母线 额定电流 A 630 4000 真空断路器VS1 型真空断路器 电流互感器LZZJB12 12 电压互感器 REL10 熔断器RN3 10 200 主 回 路 元 器 件 接地开关JN15 10 图 4 6 KYN28B 12 开关柜接线图 表 4 4 VS1 型真空断路器校验 电压电流断流能力动稳定热稳定 合格合格合格合格合格 表 4 5 LZZJB12 12 电流互感器校验 参 数 电压 12kv 电流 150A断流能 力 动稳定热稳定 校 验 12kv 合 格 150 147 合格 44 4 39 合 格 24 52 1 1 722 1 5 0 05 0 05 合 格 因此可选 LZZJB12 12 150 5 型 4 2 5 380V 侧一次设备的选择校验侧一次设备的选择校验 为满足设计需求本设计低压柜选用 GCS 型柜 其中 2 个进线柜 方案号为 03 1 个联络柜 方案号为 04 4 个馈电柜 方案号为 11 低压柜总计 7 个 低 压开关柜中个元件设备的校验见表 4 6 第 27 页 27 表 4 6 380V 侧一次设备的选择校验 选择交验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度 参数 N U 30 I 3 k I 3 sh i 3 2 ima It 装置地点条件 数据380V总 1960A28 5kA52 5kA 2 28 50 7568 额定参数 N U N I oc I max i 2 t I t 低压断路器 DW15 2500 380V2500A60kA 低压断路器 DZ20J 1000 DZ20J 1250 380V1000A 1250A 大于 30 I 一般 30kA 低压断路器 DZ20 630 380V630A 大于 30 I 一般 30kA 低压刀开关 HD13 1500 30 380V1500A 低压刀开关 HD13 1000 30 380V1000A 电流互感器 LMZJ1 0 5 500V1500 5A 630 5A 一 次 设 备 型 号 参 数 电流互感器 LMZ1 0 5 500V400 5A 315 5A 200 5A 表 4 6 所选设备均满足要求 4 3 高低压母线的选择 按照最大负荷计算高压母线上的最大电流为 低压母线上的最大 max 115 5A H I 电流 根据计算电流和 GB50053 94 10kV 及以下变电所设计规 max 3039A D I 范 中的规定 高压母线选择 TMY 3 60 6 型母线 相母线尺寸均为 60mm 6mm 其载流量为 2240A 低压母线选择 TMY 3 80 10 60 6 型母 第 28 页 28 线 即相母线尺寸为 80mm 10mm 中性母线尺寸为 60mm 6mm 其载流量为 3232A 4 4 变电所选址概述 1 尽量接近负荷中心 以降低备电系统的电能损耗 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 7 不应设在厕所 浴室和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环境的正下方或正上方 且不应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连时 应符合现行国 家标准 GB50058 1992 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 4 5 变电所总体布置概述 1 便于运行维护和检修 有人值班的变配电所 一般应设值班室 值班室应尽量靠近高低压配电室 且有门直通 如值班室靠近高压配电室有困难时 则值班室可经走廊与高压配电 室相通 值班室也可以与低压配电室合并 但在放置值班工作桌的一面或一端 低 压配电装置到墙的距离不应小于 3m 主变压器应靠近交通运输方便的马路侧 条 件许可时 可单设工具材料或检修间 昼夜值班的变配电所 应设休息室 有人 值班的独立变配电所 宜设有厕所和给排水设施 2 保证运行安全 值班室内不得有高压设备 值班室的门应外开 高低压配电室和电容器室的 门应朝值班室开 或外开 油量为 100kg 及以上的变压器应