35kV-变电所及低压配电系统设计

毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 题 目 35kV 变电所及低压配电系统设计 院 系 电 气 工 程 系 专业 电气工程及其自动化 班级 01 学号 0 学生姓名 导师姓名 完成日期 200 6 17 毕毕业业 设设计计 论论文文 任任务务书书 设计 论文 题目 35KV 变电所及低压配电系统设计 姓名 系别 电气与信息工程系 专业 电气工程及其自动化 班级 电气学号 01 指导老师 教研室主任 一 基本任务及要求 1 变电所设计 变电所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 二次回路方案的确定及继电器保护的选择和整定 防雷保护与接地装置的设计 变 电所电气照明的设计 2 低压配电系统设计 车间配电线路布线方案的确定 线路导线及其配电设备和 保护设备的选择 车间电气照明设计 二 进度安排及完成时间 1 3 月 7 日 布置任务 下达设计任务书 2 3 月 7 日 3 月 26 日 查阅资料 撰写文献综述 撰写开题报告 3 3 月 27 日 4 月 9 日 毕业实习 撰写实习报告 4 4 月 10 日 5 月 10 日 变电所设计 中期检查 5 5 月 11 日 5 月 30 日 低压配电系统设计 撰写毕业设计说明书 6 6 月 1 日 6 月 14 日 修改 装订毕业设计说明书 7 6 月 15 日 6 月 20 日 毕业设计答辩 目 录 摘 要 Abstract 第 1 章 变电所负荷的计算及无功功率的补偿 1 1 1 电力负荷的分级 1 1 1 1 一级负荷 1 1 1 2 二级负荷 1 1 1 3 三级负荷 2 1 2 负荷计算的意义和目的 4 1 3 用系数法计算本课题电力负荷 6 1 4 无功补偿的计算 设备选择 6 1 4 1 无功补偿的意义和计算 13 1 4 2 补偿装置的选择 13 第 2 章 变电所主变压器的台数 容量和型号的确定 14 2 1 主变压器台数的确定 14 2 2 变压器型式的选用 14 2 3 主变压器容量的选择 15 第 3 章 变电所主接线方案的确定 16 3 1 变电所主接线的选择依据 16 3 1 1 变电所在系统中所处的位置和作用 16 3 1 2 负荷大小和重要性 16 3 1 3 系统专业对电气主接线提供的资料 16 3 2 主接线选择的基本要求 16 3 3 典型接线方式及应用范围 16 第 4 章 短路计算和开关设备的选择 20 4 1 短路计算 20 4 2 开关设备的选择 28 4 2 1 选择各类电气设备的的要求 28 4 2 2 一次设备校验应满足的条件 29 第 5 章 变电所高压进线和低压出线的选择 40 5 1 变电所进线方式的选择 40 5 2 变配电所进出导线和电缆的选择 40 5 3 各类电力线路的导线截面的选择步骤 40 5 4 电力线路选择的具体公式 41 5 5 设计进出线的选择 42 5 6 6kV 高压母线的选择 45 5 7 车间变电所低压侧母线的选择 45 第 6 章 继电保护以及二次回路的设计 46 6 1 继电保护装置的基本要求 46 6 2 二次回路的接线安装要求 46 6 3 引入盘 柜的电缆及其芯线应符合的要求 46 6 4 35kV 主变压器的保护装置设计 47 6 4 1 电力变压器保护装置 47 6 4 1 保护装置的设计 47 6 5 35kV 车间变压器的保护装置设计 49 6 6 备用电源自动投入装置的选 50 6 7 高压断路器的操动机构控制与信号回路 51 6 8 防雷保护和接地装置设计 52 结束语 54 参考文献 55 致谢 56 附录 A 车间低压配电系统设计图 57 附录 B 35kV 变电所主接线图 另附 I 35KV 变电所及其低压配电系统设计 摘要 摘要 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 作为电能传输与控制的中间枢纽 变电所必须改变传统的设计和控 制模式 才能适应现代电力系统 现代化工业生产和社会生活的发展趋势 此工厂供 电设计包括 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 二次回 路方案的确定及继电器保护的选择和整定 防雷保护与接地装置的设计 车间配电线 路布线方案的确定 线路导线及其配电设备和保护设备的选择 以及电气照明的设计 还有电路图的绘制 关键词 关键词 变电所 变压器 断路器 继电器 隔离开关 互感器 熔断器 35kV 变电所及低压配电系统设计 II Transformer Substation And the Low electric Circuit wire design ABSTRACT With development and progress of modern civilization social production and is it put forward high request more and more to quality and management that electric energy supply to live As the pivot between what the electric energy is transmitted and controlled the transformer substation must change the traditional design and control the mode could meet modern power system modernized industrial production and development trend of social life This factory supplies power and designs including Calculation of load and compensation of the inactive power Transformer substation main voltage transformer platform count and capacity sureness of pattern Mainly wire the choice of the scheme in the transformer substation Pass in and out the choice of the thread Choice of shorting out and calculating and switchgear Two return circuit sureness and choice that relay protect of scheme exactly make Defend the thunder and protect the design with the earth device The workshop distribution line connects up the sureness of the scheme Circuit wire and distribution equipment and protecting the choice of the equipment And the electric design that lighted there is drawing of circuit diagram Keyword Transformer substation Voltage transformer Circuit breaker Relay Isolate the switch Mutual inductor Fuse box 1 第 1 章 变电所负荷的计算及无功功率的补偿 1 1 电力负荷的分级 工厂企业各类用电设备 由于其生产工艺的不同 因此对供电的要求级别也不同 一般按工厂企业主要车间的用电生产工业要求 确定去用电负荷性质 按照工厂企业 的用电的重要性中断供电以后可能在政治上 经济上所造成的损失或影响程度 划分 为一级 二级和三级负荷 1 1 1 一级负荷 1 中断供电造成人身伤亡者 如井下采掘企业 铁矿 硫矿 有色金属矿井等 中断供电可能引起瓦斯爆炸 或者积水淹没 矿壁倒塌等造成人员伤亡 2 中断供电将在政治上或者经济上造成重大损失者 如大设备损坏 重大产品报 废 用重要原料生产的产品大量报废 国民经济中重点企业的连续性生产被打断而需 要长时间才能恢复等 例如炼焦炉停电以后煤气从炉缝中溢出 遇火星要爆炸 烧碱 厂停电以后 氯气和氢气从电解槽溢出 容易发生爆炸等 3 中断供电将影响有重大政治 经济意义的用电单位的正常工作的负荷 如重要 交通枢纽 重要通讯枢纽 重要宾馆 大型体育场 经常要用于国际活动的大量人员 集中的公共场所等用电单位的重要负荷 在一级负荷中特别重要的负荷是指当中断供 电会发生爆炸 中毒和火灾等情况的负荷一级特别重要场所内不允许中断供电的负荷 如正常电源中断时处理安全停产所必需的事故照明 通信系统 火灾报警设备 保证 安全停产的自动控制装置 执行机构和配套装置等负荷 一级负荷对供电电源的要求 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 在一级负荷中特别重要的负荷 除上述两个电源 外 还必需增设应急电源 为保证对特别重要的负荷供电 严禁将其他负荷接入应急 系统 1 1 2 二级负荷 1 中断供电将在政治 经济上造成较大损失者 如主要设备损坏 大量产品报废 连续性生产被较长时间被打断 重点企业大量减产 譬如水泥厂的旋转大窑 停电将停 止旋转 使旋转窑二次侧受热不均匀 时间拖长 使回转窑弯曲 化纤厂停电 多数 设备因为管道给浆粕堵塞 包括白金喷丝头 需大量拆换修理等 35kV 变电所及低压配电系统设计 2 2 中断供电将影响重要单位正常工作的负荷 如交通枢纽 通讯枢纽等用单位的 重要负荷 3 中断供电将造成大型影剧院 大型商场等较多人员集中的公共场所秩序混乱者 二级负荷对供电的要求 二级负荷应由两个电源供电 即应由两回路线供电 供 电变压器应有两台 两台变压器不一定在同一变电所 做到当发生电力变压器事故或 电力线路常见故障时 不致中断供电或中断后能很快恢复 在负荷较小或者地区供电 条件不足情况下 可由一回 6KV 及以上专用架空线供电 当采用电缆线路时 应采用 两根电缆组成的电缆供电 每根电缆应能承受 100 的一级负荷 为解决线路和配电设 备的检修以及突然停电后 设备能安全停产问题 可备用小容量柴油发电机组 其容 量由实际需要决定 1 1 3 三级负荷 不属于一级负荷和二级负荷者 对一些非连续性生产的中小型企业 停电仅影响 产量或导致少量产品报废的用电设备 以及一般民用建筑的用电负荷等均属于三级负 荷 对供电电源无特殊要求 一般按用电负荷容量 选择电网各级电压供电 1 2 负荷计算的意义和目的 工厂进行电力设计的基本原始资料是工艺部门提供的用电电设备的安装容量 这 些用电设备品种多 数量大 工作情况复杂 如何根据这些资料正确估计工厂所需要 的电力和电量是一个非常重要的问题 估算的准确程度 影响工厂电力设计的质量 如估算过高 将增加供电设备的容量 使工厂电网复杂 浪费有色金属 增加投投资 和运行管理工作量 特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户 以不合理的工厂电 力需要量作为基础的国家电力系统的建设 将给整个国民经济的建设带来很大的危害 但是如果估算过低 又会使工厂投入生产后 供电系统的线路及按期设备由于承担不 了实际负荷电流而过热 加速其绝缘老化的速度 降低使用寿命 增大电能损耗 影 响供电系统的正常可靠运行 求计算负荷的这项工作称为负荷计算 显然 计算负荷是根据一直的工厂的用电 设备的 安装容量确定的 预期不变的最大假想负荷 这个负荷是设计时作为选择工 厂电力系统供电线路的导线截面 变压器容量 开关电器及互感器等的额定参数的依 据 所以非常重要 3 国内外学者和设计研究人员长期以来对如何准确估算计算负荷的工作非常重视 并已形成以下的一些基本观点 工厂投产后 供电系统必须首先保证能安全可靠地工作 因此 实际负荷电流通 过系统各个元件产生的热量引起的温升 应不超过倒替和电气设备在规定使用期间内 长期工作的允许温升 从这一要求出发 必须考虑用电设备的工作特征 其中工作制 与负荷计算的关系较大 因为工作制下 导体发热的条件是不同的 用点设备的工作 制可以分为 连续运行工作制 是指工作时间较长 连续运行的用电设备 绝大多数用电设备 属于此类工作制 如通风机 压缩机 各种泵类 各种电炉 机床 电解电镀设备 照明等 短时运行工作制 是指工作时间很短 停歇时间相当长的用电设备的工作制 如金属切削机床用的辅助机械 水闸用电机等 这类设备的数量很少 求计算负荷一 般不考虑短时工作制的用点设备 连续周期工作制 是指有规律性 时而工作 时而停歇 反复运行的用电设备的 工作制 如吊车用电动机 电焊用变压器 为表征其断续周期的特点 用整个周期里的工作时间和全周期时间之比 即用负 荷持续率 FC 表示 1 1 对这类的用电设备 在参数计算负荷时 从发热的观点来看 需将铭牌功率按下 式换算成 FC 100 时的额定持续功率 对于电动机 PN P N N FC 1 2 对于电焊变压器 SN S N N 1 3 FC 用电设备在生产期间的投入运行有很大的随机性 但各种类型的工厂都有其本身 的生产规律 所以从整体来看 用电也必然存在一定的规律性 这就有可能利用已有 的生产工厂用电设备的安装容量和实际用电的大量资料进行统计 整理及分析 求出 有关系数 以便在设计同类型的工厂时参考利用 由于用电设备的组成非常复杂 除按上述的工作制进行分类外 在测定有关数据 时 按照加工特点 把用电设备分成不同类型的组 如金属切割机床 通风机 不同 类型的电炉 电解电镀设备 照明等 这种用电设备组的划分方法 竟长期应用 证 100 txtg tg FC 35kV 变电所及低压配电系统设计 4 明只要是同一类型的用电设备 即使在不同类型的工厂企业采用 也由于其共性 测 的数据的范围有近似之处 所以 这种分类方法在国际是是通用的 但具体数据 却 因各国国情不同而有所差异 1 为了求得 中所需的有关系数 需要利用现有生产工厂的电力负荷曲线 所谓电力负荷曲线就是纵坐标为有功负荷 P 或无功负荷 Q 横坐标为时间 t 每 隔一定时间间隔 t 绘制的负荷变化曲线 负荷曲线所包络的面积 就是工厂在生产期 间耗用的电能 为求计算负荷 目前绘制负荷曲线采用的时间间隔 t 为 30min 其理 由是 某一标准截面的导线 通过对取所规定的相应电流时 经过一定的时间 该导 线才会达到它的稳定温升 利用 30min 作为时间间隔 是根据最小导线截面确定的 它对于较大截面的导线发热 显然有足够的余量 2 以 30min 为时间间隔 在最大负荷工作班测定的某一些用电设备组的负荷曲线 起最大值定义为P P30 30 以P P30 30求出的系数去计算新建或者扩建工厂该用电设备组的计算 负荷可以计为P Pc c 两者本来应当是一个数值 只不过P Pc c来源于P P30 30的统计值而已 1 3 用系数法计算本课题电力负荷 用需要系数法求计算负荷的具体步骤如下 1 将用电设备分组 求出各组用电设备的总额定容量 2 查出各组用电设备相应的需要系数及对应的功率因数 3 用需要系数法求全厂计算负荷时 需要在各级配电点乘以同期系数 K K 因为本课 题已给定部分数据 同过已知数据来求其他数据 具体电力负荷计算数据如表 1 1 表 1 2 有关计算公式 有功计算负荷 P30 KdPe 1 4 Kd 为用电设备组的需要系数 无功计算负荷 Q30 P30 tg 1 5 视在功率计算负荷 S30 P30 cos 1 6 计算电流 I30 S30 U 1 7 3 计算负荷序 号 车间名称 高压设备 名称 设备容 量Kdcos tan P30Q30S30I30 5 表 1 1 各车间 6KV 高压负荷计算表 表 1 2 各车间 380V 负荷计算表 计 算 负 荷 车间 名 称 设备 容量Kdcos tan P30Q30S30I30 车间变代 号 变压器台 数和容量 铸钢车间20000 40 651 1780093612311870NO 1 车变2 1000 铸铁车间10000 40 701 02400408571870 砂 库1100 70 601 3377102128190 小计 Ks 0 9 0 661 13429485648980 NO 2 车变2 500 铆焊车间12000 30 451 983607138001220 1 水泵房280 750 80 7521162640 小计 Ks 0 9 0 442 93436927721174 NO 3 车变1 400 空压站3900 850 750 88332292443670 机修车间1500 250 651 1738445790 锻造车间2200 30 551 5266100120180 木型车间1860 350 601 336586108160 制材厂200 280 601 335 67814 综合楼200 9101801828 小计 Ks 0 9 0 681 0652413587551142 NO 4 车变1 315 锅炉房3000 750 800 75225169281430 2 水泵房280 750 800 7521162640 仓库 1 2880 30 651 1726304060 污水提升 站 140 650 800 75971117 NO 5 车变 1 250 1铸钢车间电弧炉2 12500 90 870 57225012832586250 2铸铁车间工频炉2 2000 80 90 4832015435634 3空 压 机空压机2 2500 850 850 6242526450048 小 计299517013442332 35kV 变电所及低压配电系统设计 6 小计 Ks 0 9 281222358547 1 4 无功补偿的计算 设备选择 1 4 1 无功补偿的意义和计算 电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的 它们在能量转换过程中建立 交变磁场 在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等 这种功率叫无功功率 电力 系统中 不但有功功率平衡 无功功率也要平衡 有功功率 无功功率 视在功率之间的关系如图 1 1 所示 S 22 QP 1 8 式中 S 视在功率 kVA P 有功功率 kW 图 1 1 有功功率 无功功率 视在功率之间的关系 Q 无功功率 kvar 角为功率因数角 它的余弦 cos 是有功功率与视在功率之比即 cos P S 称作功率因数 由功率三角形可以看出 在一定的有功功率下 用电企业功率因数 cos 越小 则所需的无功功率越大 如果无功功率不是由电容器提供 则必须由输电系统供给 为满足用电的要求 供电线路和变压器的容量需增大 这样 不仅增加供电投资 降 低设备利用率 也将增加线路损耗 为此 国家供用电规则规定 无功电力应就地平 衡 用户应在提高用电自然功率因数的基础上 设计和装置无功补偿设备 并做到随 其负荷和电压变动及时投入或切除 防止无功倒送 还规定用户的功率因数应达到相 应的标准 否则供电部门可以拒绝供电 因此 无论对供电部门还是用电部门 对无 功功率进行自动补偿以提高功率因数 防止无功倒送 从而节约电能 提高运行质量 7 都具有非常重要的意义 无功补偿的基本原理是 把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同 一电路 能量在两种负荷之间相互交换 这样 感性负荷所需要的无功功率可由容性 负荷输出的无功功率补偿 当前 国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置 这种方法安装方便 建设 周期短 造价低 运行维护简便 自身损耗小 采用并联电容器进行无功补偿的主要作用 1 提高功率因数 如图 1 2 所示 图中 P 有功功率 图 1 2 无功补偿对照图 S1 补偿前的视在功率 S2 补偿后的视在功率 Q1 补偿前的无功功率 Q2 补偿后的无功功率 1 补偿前的功率因数角 2 补偿后的功率因数角 由图示可以看出 在有功功率 P 一定的前提下 无功功率补偿以后 补偿量 Qc Q1 Q2 功率因数角由 1 减小到 2 则 cos 2 cos 1 提高了功率因数 2 降低输电线路及变压器的损耗 三相电路中 功率损耗 P 的计算公式为 P 3 1 9 cos 22 2 kW U RP 式中 P 有功功率 kW U 额定电压 kV R 线路总电阻 由此可见 当功率因数 cos 提高以后 线路中功率损耗大大下降 3 改善电压质量 35kV 变电所及低压配电系统设计 8 线路中电压损失 U 的计算公式 U 3 1 10 kV U XQRP L 式中 P 有功功率 KW Q 无功功率 Kvar U 额定电压 KV R 线路总电阻 XL 线路感抗 由上式可见 当线路中 无功功率 Q 减小以后 电压损失 U 也就减小了 4 提高设备出力 如图 3 所示 由于有功功率 P S cos 当供电设备的视在功率 S 一定时 如 果功率因数 cos 提高 即功率因数角由 1 到 2 则设备可以提供的有功功率 P 也 随之增大到 P P 可见 设备的有功出力提高了 在本课题中 由前面的车间负荷计算知车间的计算很大 但功率因数普遍很小 从表中可知 该厂 380V 侧最大负荷时的功率因数只有 0 77 而提供电部门要求该厂 35KV 进线侧最大负荷时功率因数不应低于 0 90 考虑到主变压器的无功损耗远大于有 功功率损耗 因此在变压器低压侧补偿时 低压侧补偿后的功率因数应稍微高些 取 0 92 相关的无功功率补偿公式如下 无功功率补偿装置容量 QC P3 tan tan 1 11 式中 P30 工厂的有功计算负荷 单位 KW tan 对应原来功率因数 COS 的正切 tan 对应需补偿到功率因数的 COS 正切 补偿后总的视在负荷 S 30 P302 Q30 QC 2 0 5 1 12 变压器有功损耗 PT Pk 2 P0 1 13 式中 P0 变压器的空载损耗 9 Pk 变压器的短路损耗 变压器的负荷率 S30 SN 对于 6 10KV 低损耗配电变压器 有攻损耗可按下列简化公式计算 PT 0 015S30 1 14 变压器无功损耗 QT I0 100 UK 100 2 SN 1 15 式中 I0 变压器的空载电流百分比 UK 变压器的短路电压百分比 对于 6 10KV 低损耗配电变压器 有攻损耗可按下列简化公式计算 QT 0 06S 30 1 16 变压器高压侧有功功率 P P30 PT 1 17 变压器高压侧无功功率 Q Q30 QT 1 18 补偿后的有功功率 S P2 Q2 0 5 1 19 因此 380V 侧最大负荷时功率因数暂取 0 92 来计算 380V 侧所需无功功率补偿容 量各车间计算如下 第一车间 QC P30 tan tan 800 tan arccos0 65 tan arccos0 92 592kvar 选 PGJ1 型低压无功功率自动补偿屏 采用其方案 2 主屏 1 台与方案 4 辅 屏 6 台相结合 总共容量 112kvar 7 784kvar 因此无功补偿后工厂 380V 侧和 6KV 侧 的负荷计算如表 1 3 所示 35kV 变电所及低压配电系统设计 10 表 1 3 NO 1 车间 380V 侧和 6KV 侧的负荷计算表 计算负荷 项目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 380V 侧补偿前负荷0 658009361230 81870 1 380V侧无功补偿容量784 380V 侧补偿后负荷0 98800152814 31237 3 变压器功率损耗0 0210 45 6KV 侧负荷总计0 98800 021152 4581678 52 第二车间 QC P30 tan tan 429 3 tan arccos0 66 tan arccos0 92 301kvar 选 PGJ1 型低压无功功率自动补偿屏 采用其方案 2 主屏 1 台与方案 3 辅 屏 3 台相结合 总共容量 112kvar 1 84kvar 3 364kvar 因此无功补偿后工厂 380V 侧和 6KV 侧的负荷计算如表 1 4 所示 表 1 4 NO 2 车间 380V 侧和 6KV 侧的负荷计算表 计算负荷 项目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 380V 侧补偿前负荷0 66429 3484 89647 62984 380V侧无功补偿容量364 380V 侧补偿后负荷0 96429 3120 89445 97677 64 主变压器功率损耗0 0120 26 6KV 侧负荷总计0 94429 3121 2447 3043 04 第三车间 QC P30 tan tan 342 9 tan arccos0 44 tan arccos0 92 545 2kvar 选 PGJ1 型低压无功功率自动补偿屏 采用其方案 2 主屏 1 台与方案 4 辅 屏 4 台相结合 总共容量 112kvar 5 560kvar 因此无功补偿后工厂 380V 侧和 6KV 侧 的负荷计算如表 1 5 所示 11 表 1 5 NO 3 车间 380V 侧和 6KV 侧的负荷计算表 计算负荷 项目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 380V 侧补偿前负荷0 44342 9692 12772 411173 59 380V侧无功补偿容量560 380V 侧补偿后负荷0 93342 9132 12367 47558 33 主变压器功率损耗0 0120 26 6KV 侧负荷总计0 93342 91132 38367 9435 41 第四车间 QC P30 tan tan 471 3 tan arccos0 68 tan arccos0 92 301 63kvar 选 PGJ1 型低压无功功率自动补偿屏 采用其方案 2 主屏 1 台与方案 4 辅 屏 2 台相结合 总共容量 112kvar 3 336kvar 因此无功补偿后工厂 380V 侧和 6KV 侧 的负荷计算如表 1 6 所示 表 1 6 NO 4 车间 380V 侧和 6KV 侧的负荷计算表 计算负荷 项目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 380V 侧补偿前负荷0 68471 3501 44688 161045 58 380V侧无功补偿容量336 380V 侧补偿后负荷0 94471 3165 4499 48758 9 主变压器功率损耗0 020 36 6KV 侧负荷总计0 94472 50165 76499 7648 09 第五车间 QC P30 tan tan 253 35 tan arccos0 77 tan arccos0 92 103 87kvar 选 PGJ1 型低压无功功率自动补偿屏 采用其方案 1 主屏 1 台与方案 3 辅 屏 1 台相结合 总共容量 84kvar 2 168kvar 因此无功补偿后工厂 380V 侧和 6KV 侧 的负荷计算如表 1 7 所示 表 1 7 NO 5 车间 380V 侧和 6KV 侧的负荷计算表 35kV 变电所及低压配电系统设计 12 计算负荷 项目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 380V 侧补偿前负荷0 77253 35211 11329 78501 06 380V侧无功补偿容量168 380V 侧补偿后负荷0 99253 3543 11257390 47 主变压器功率损耗0 020 24 6KV 侧负荷总计0 98253 3743 35257 424 77 6KV 高压车间 QC P30 tan tan 2695 5 tan arccos0 74 tan arccos0 92 1320 8kvar 选 PGJ1 型低压无功功率自动补偿屏 采用其方案 2 主屏 1 台与方案 4 辅屏 11 台相结合 总共容量 112kvar 12 1344kvar 因此无功补偿后工厂 6KV 侧 的负荷计算如表 1 8 所示 表 1 8 高压车间 6KV 侧的负荷计算表 计算负荷 项目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 6KV 侧补偿前负荷0 742695 52476 41 3660 375561 52 6KV 侧无功补偿容量1344 6KV 侧补偿后负荷0 922695 51132 412923 71281 34 主变压器的负荷计算 补偿后 P30 P301 P302 P30i 4492 40KVA Q30 Q301 Q302 Q30i 1476Kvar S30 P30 2 Q30 2 1 2 4819 77KVA I30 463 8A Cos 0 93 Tan 0 38 6KV 侧和 35KV 侧的负荷计算如表 1 9 所示 表 1 9 主变压器 35KV 侧和 6KV 侧的负荷计算表 计算负荷 项目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 13 6V 侧补偿后负荷0 934492 414764819 77441 7 主变压器功率损耗0 122 22 35KV 侧负荷总计0 934492 521478 224820 3478 52 此可见 补偿后变电低压侧的无功计算负荷 视在计算负荷和计算电流显著减小 而功率因数显著提高 补偿后该变电所主变压器 T 的容量显然比补偿前的变压器容量 小得多 同时由于计算电流的减小 使补偿点以前系统中各元件上的功率损耗也相应 降低 因此不仅降低了变电所的初投资 而且减少了工厂的电费开支 所以进行无功 补偿效益是十分可观的 1 4 2 补偿装置的选择 作为提高功率因数的补偿装置有同步补偿器和静电电容器 同步补偿器是无功功率的发电机 它的最大优点是可以均匀地调节电网的电压水平 如在日最大负荷时间内 当工厂和电网的负荷都较大时 同步补偿器在过励情况下工 作 而在夜间 当电网的无功负荷的需要下降时 补偿器可在欠励情况下工作 但由 于同步补偿器的容量越小 其单位 kvar 的造价将越高 即使通亮很大的同步补偿器也 远较静电补偿器昂贵 而且它每发出 1kvar 的无功功率 较之静电电容器的功率损失 高达 6 9 倍 容量组成不灵活 安装条件要高 运行维护也较困难 因此适宜在大电 网和总降压变电所中应用 目前国内外在工矿企业广泛应用的是静电电容器 在本课题中 我们选用 2 分散补偿的方法 将电容器组分别安装在变电所各分路的 出线上 35kV 变电所及低压配电系统设计 14 第 2 章 变电所主变压器的台数 容量和型号的确定 2 1 主变压器台数的确定 为保证供电的可靠性 避免一台主变鼓掌或检修时影响供电 变电所一般装设两台 主变压器 但是一般不超过两台变压器 当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备 用电源保证供电时 可装设一台主变压器 对于大型超高压枢纽变电所 装设两台大型变压器 当一台发生鼓掌时 要切断 大量负荷是很困难的 因此 对大型枢纽变电所 根据工程具体情况 应安装 2 4 台 主变压器 这种装设方法可以提高变电所的供电可靠性 变压器的单台通亮以及安装 的总容量皆有所节约 且可根据负荷的实际增长的进程 分期逐渐装设变压器 而不 致积压资金 当变电所装设两台或者两台以上的主变时 对于有重要负荷的变电所 应考虑当 一台主变压器停止运行时 其余变压器的容量 在计及过负荷能力的允许时间内 应 保证拥护的一级负荷和二级负荷 对于一般性的变电所 当一台主变压器停运时 其 余变压器容量应能保证全部负荷的 70 80 在本课题中 因为其有两路电源供电 且 不属于枢纽变电所 其供电负荷为 2 级负荷 所以选用两台主变压器 15 2 2 变压器型式的选用 1 变电所的主变压器一般采用三相变压器 如因制造和运输条件限制 在 220KV 的 枢纽变电所中 一般采用单相变压器组 当装设彝族单相变压器时 应考虑装设 备用相 当主变压器超过一组 且各组容量满足全部负荷的 75 要求时 可不装备 用相 2 变电所的主变压器在系统有调压要求时 一般采用有载调压变压器 有载调压变 压器可以带负载调压 有利于变电所的经济运行 因此 在新设计的变电所中 一般采用这种型式的变压器 3 与两个中性点直接接地系统连接的变压器 除低压负荷较大与中高压潮流不定情 况外 一般采用自藕变压器 但仍需做技术经济比较 在本课题中 主网电压为 35KV 中压网络为 6 10KV 为利于变压器的经济运行 故选用 S9 系列双绕组无励磁调压电力变压器 这种变压器铁心采用了拉板 压圈结构 高 低压线圈为连续式 通过 CAD 优化设计 合理布置分接位置 把机械力降到最小 限度 在线圈散热方面采取了挡油纸圈 油流导向型 充分利用油流把热量带走 该 系列产品损耗 温升特别低 过载能力 抗短路机械力能力特别强 2 3 主变压器容量的选择 1 为了正确地选出变压器额定容量 要绘制变电所的年及日负荷曲线 并从该曲线 得出变电所的年及日最高负荷平均负荷 2 主变容量的确定应根据电力系统 5 10 年的发展规划进行选择 因此 为了确定合 理的变压器容量 必须尽可能把 5 10 负荷发展规划做的好 这是最根本的 3 对有两台变压器的变电所 变压器的额定容量可按下式确定为 Se 0 7PM 即按 70 的全部负荷选择 因此变电所的总安装容量为 se 2 0 7PM 1 4PM 当一台变压器停运时 可保证对 70 负荷供电 考虑变压器的事故过负荷能力为 40 则可保证 98 负荷供电 35kV 变电所及低压配电系统设计 16 第 3 章 变电所主接线方案的确定 3 1 变电所主接线的选择依据 2 3 1 1 变电所在系统中所处的位置和作用 电力系统中的枢纽变电所 汇聚多个大电源 进行系统功率交换 电压高 容量 大 地位重要 地区性重要变电所 一般也有较高电压 220KV 以上 处于多个一般 变电所的配电中心 地位也比较重要 终端变电所和分支变电所 电压大部分在 110KV 以下 这类变电所多直接向用户供电 没有功率交换的任务 3 1 2 负荷大小和重要性 1 对于一级负荷必需有两个独立电源供电 且当任何一个电源失去后 能保证全部 一级负荷不间断供电 2 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电 且当任何一个电源失去后 能保证全 部一级负荷不间断供电 17 3 对于三级负荷一般只需要一个电源供电 3 1 3 系统专业对电气主接线提供的具体资料 1 出线的电压等级 回路数 出线方向 每回路输送容量和导线截面等 2 主变压器的台数 容量和形式 变压器的主要参数及各种运行方式下通过变压器 的功率潮流 各级电压母线的电压波动值和谐波含量值 3 无功补偿方式 形式 数量 容量和运行方式的要求 4 系统的短路容量和换算的电抗值 5 变压器中性点的接地方式和接地点的选择 6 系统内过电压数值及限制内过电压措施 7 可靠性的特殊要求 8 变电所与系统的连接方式以及推荐的初期和最终的主接线方案 3 2 主接线选择的基本要求 2 1 可靠性 主接线的可靠性很大程度上取决于设备的可靠程度 以及包括一次部分和相应组 成的二次部分在运行中可靠性的综合 2 灵活性 主接线应满足调度 检修及扩建时保证供电可靠性的条件 3 经济性 在满足可靠性 灵活性要求的前提下作到经济合理 做到投资省 占地少 电能 损失少 3 3 典型接线方式及应用范围 2 1 单母线接线 这种接线的主要特点是整个配电装置只是一组母线 所以电源和出线都接在同一 母线上 这种接线适用于下述配电装置中 1 6 10KV 配电装置不超过 5 回时 35kV 变电所及低压配电系统设计 18 2 35 60KV 配电装置的出线回数不超过 3 回时 3 110 220KV 配电装置出线回数不超过 2 回时 2 单母线分段接线 当出线回路增多时 单母线供电不够可靠 需用断路器将母线分段 形成单母线 分段接线 其适用于下列配电装置中 1 6 10KV 配电装置的出线回数为 6 回及以上时 2 35 60KV 配电装置的出线回数为 4 8 回时 3 110 220KV 配电装置出线回数为 4 回时 3 双母线及其分段 为了避免单母线分段接线 但母线或者母线隔离开关故障或检修时 连接在该母 线上的回路数都要在检修期间长时间的停电 而将单母线分段接线发展成双母线 这 种接线 每一回都通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上 母线 1 2 都是 工作母线 A 双母线的优点 1 可以轮流检修母线而不致中断供电 只需将要检修的那一组母线上的所有元 件 倒闸操作到另一组母线上 2 检修任一回路隔离开关时 只停该回路 母线故障后 可迅速恢复供电 3 调度灵活 各电源和各负荷回路可以任意分配到某一组母线上 有利于扩建和便于实验 B 适用范围 我国各级电压配电装置采用双母线的具体条件如下 1 出线带电抗器的 6 10KV 配电装置 2 35 60KV 配电装置当出线回数超过 8 回时 或连接电源较多 负荷较大时 可采 用 双母线 3 110 220KV 配电装置当出线回数超过 5 回时 一般采用双母线 C 分段双母线的应用范围 1 当配电装置的进线和出线总数为 12 16 回时 在一组母线上设置分段断路器 19 2 当配电装置的进 出线总数达到 17 回以上时 在两组母线上设置分段断路器 4 增设旁路母线 为了保证采用单母线分段或双母线的配电装置在进出线断路器检修时 不中断对 用户的供电 可增设旁路母线或旁路隔离开关 旁路母线的接线有专用旁路断路器和 分段断路器兼作旁路断路器等三种形式 当然 不设专用旁路器 可以节约专用旁路 断路器和配电装置间隔 但是 势必增加进出线回路和母线隔离开关的操作 破坏了 双母线固定连接的正常运行方式 配电装置中的旁路设施或专用的旁路断路器 应按下列条件设置 1 采用分段单母线或双母线的 110 220KV 配电装置中 除断路器允许停电检 修外 一般设置旁路设施 当有旁路母线时 应首先采用以分段断路器或母联断路器 兼作旁路断路器的接线 当 220KV 出线为 4 回及以上或 110KV 出线为 6 6 回以上时 也 可装设专用旁路断路器 2 35 60KV 配电装置中 一般不设旁路母线 如线路断路器不允许停电检修 可设置其旁路设施 3 当地区电力网或用户不允许停电检修线路断路器时 采用单母线或分段单 母线的 6 10KV 配电装置中 可设置旁路母线 5 变压器 线路接线及桥式接线 变压器 线路接线是最简单的接线 当有两个变压器 线路接线桥的回路时 在 其中间加上一连桥 则成为桥形接线 桥形接线中 4 个回路只有 3 台断路器 是需用断路器较少的一种方式 但是其 灵活性和可靠性较差 只能用于小型变电所和发电厂 按连接桥断路器的位置 可分 为内桥和外桥两种接线 内桥接线 内桥的特点是 连接桥断路器接在线路断路器的内侧 因此 线路的投入和切除 比较方便 当线路发生故障时 仅线路断路器短开 不影响其他回路运行 但是当变 压器发生故障时 该台变压器相连的两台断路器都断开 从而影响了一回未发生故障 线路的运行 由于变压器是少故障元件 一般不经常切换 因此 系统中应用内桥接 线较多 以利于线路的运行和操作 35kV 变电所及低压配电系统设计 20 外桥接线 外桥接线的特点是连接桥断路器接在线路短路器的外侧 当短路发生故障时 需 动作与之相连的两台断路器 从而影响一台未发生故障的变压器运行 因此 外桥接 线只能用于线路短 检修和故障少的线路中 此外 当电网有穿越性功率经过变电所 时 也采用外桥接线 本课题中 降压变电所由 2 路 35KV 电源供电 且该变电所出线回数为 8 回 所以 本课题选用双回进线 双变压器二次侧断路器合运行的方法 6KV 侧母线采用单母线分 段接线 单母线可以采用断路器分段 供电系统在实际设计中一般都在总降压变压器 的一次侧和二次侧设有隔离开关 断路器 电流互感器和电压互感器 当总降压变压 器的一次侧附有电流互感器时 则可装设三只电流表 通过电流表监测负荷是否均匀 并可判断某一相线是否缺相要求在 35KV 电源侧进行电能测量 所以要装设电度表 功 率表和功率因数表 以便对其电能 功率因数进行测量和补偿 这时必须在总降压变 压器的一次侧附设电压互感器和电流互感器 在总降压变电所供电引向各车间变电所时 在总降压变电所或配电所的高压开关 柜内 仅装设电流表和电度表即可 电流表可装一只 电度表装一只 如果有必要可 装设计量无功电能的仪表和有功电度表 第 4 章 短路计算和开关设备的选择 4 1 短路计算 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 造成短路的主要原因 是电气设备载流部分的绝缘损坏 误操作 雷击或过电压 击穿等 由于误操作产生的故障约占全部故障的 70 短路电流数值通常是工作电流值 的十几倍或几十倍 它通过电气设备时 设备温度急剧上升 过热会使绝缘自然老化 或损害 同时产生大的电动力 使设备的载流部分变形损坏 同时短路电流会在线上 产生很大的压降 离短路点越近的母线 电压下降越厉害 从而影响与母线连接的电 动机或其他的设备的正常的运行 另外 由于设备本身不合格 绝缘强度不够而被正 常电压击穿 或设备绝缘正常而被过电压击穿 或者是设备绝缘受外力损伤而造成短 路 工作人员由于未遵守安全操作规则而发生误操作 也可造成短路 供电系统要求正常的不断的可靠供电 以保证工厂生产和生活的正常进行 但是 21 供电系统的正常运行常常因为发生短路而受到破坏 所以 我们一定要避免电力系统 短路以免造成重大的损害 在选用设备时要考虑它们对短路电流的稳定性 由此可见 短路的后果是非常严重的 因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素 同时需 要进行短路计算 目的就是为了正确的选择电气设备 使设备具有足够的动稳定性和 热稳定性 以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏 为了切除短路故障的开 关电器 整定短路保护的继电器保护装置和选择限制短路电流的元件 如电抗器 等 也需要计算短路电流 供电系统中短路的类型与其电源的中性点是否接地有关 可分为三相短路 两相 短路 单相短路和两相接地短路 为了选折和校验电气设备 载流导体和整定供电系 统的继电保护装置 所以要计算三相短路电流 在校验继电保护装置的灵敏度是要计 算不对称短路的短路电流值 校验电气设备及载流导体的力稳定和热稳定 要用到短 路冲击电流 稳态短路电流 短路容量 但对瞬时动作的低压自动空气开关 则需要 用冲击电流有效值来进行起动稳定性 供电系统的短路电流的大小与系统运行的方式有关 系统的运行方式可以分为最 大和最小运行方式 最大运行方式下发电机组投入多 双回输电线路及并联变压器均 全部运行 此时 整个系统短路阻抗最小 短路电流最大 如