某冶金机电设备制造厂总降压变电所的设计(方泽川)

目 录 I 目目 录录 目目 录录 I 设计总说明设计总说明 III INTRODUCTION IV 某冶金机电设备制造厂总降压变电所的设计某冶金机电设备制造厂总降压变电所的设计 1 第 1 章 绪论 1 第 2 章 负荷计算及无功功率补偿设计计算 1 2 1 负荷计算 1 2 2 补偿电容器的选择 4 2 3 无功补偿后总降压变电所一次侧的计算负荷 4 第 3 章 主变压器的选择 5 3 1 主变变压器台数的选择 5 3 2 主变压器容量的确定 5 第 4 章 电气主接线的设计 6 4 1 电气主接线的设计原则和要求 6 4 1 1 电气主接线的设计原则 6 4 1 2 电气主接线设计的基本要求 7 4 2 电气主接线方案的比较 选择 7 4 3 电气主接线方案的确定 8 第 5 章 短路电流及其计算 9 5 1 欧姆法短路计算 10 5 2 短路电流计算过程 11 5 2 1 最大短路电流计算 11 5 2 2 最小短路电流计算 12 第 6 章 电器设备的选择 13 6 1 高压侧一次设备选择和校验 13 6 2 高压开关柜的选择 14 6 3 断路器的选择与校验 15 6 4 变压器 35KV 侧断路器选择与校验 15 6 5 变压器 6KV 侧断路器选择与校验 16 6 6 电流互感器选择与校检 16 6 7 电压互感器的选择 17 6 8 高压隔离开关的选择 18 目 录 II 6 9 低压侧隔离开关选择 19 第 7 章 电力线路的选择和校检 19 7 1 35kV 架空线的选择与校验 20 7 2 6KV 母线的选择 21 7 3 6KV 馈出电缆的选择与校验 22 7 4 支柱绝缘子的选择 22 第 8 章 继电保护及自动化装置 22 8 1 主变压器的保护 22 8 1 1 主变压器的过流保护 23 8 1 2 变压器瓦斯保护 23 8 1 3 电流速断保护 24 8 1 4 变压器微机保护装置 24 8 2 线路及母线的继电保护 24 8 2 1 相间短路保护 25 8 2 1 1 过电流保护 25 8 2 1 2 电流速断保护的整定 25 8 2 2 单相接地保护 26 8 2 3 线路微机保护装置 27 8 3 变电所的自动装置 27 第 9 章 防雷和接地 28 9 1 雷电过电压和防雷设备 28 9 2 变电所的防雷保护 28 9 3 设备接地 28 结论结论 29 鸣鸣 谢谢 30 参考文献参考文献 31 附录一附录一 设备清单设备清单 32 附录三附录三 配电柜接线图配电柜接线图 34 设计总说明 III 设计总说明设计总说明 本文详细介绍了某综合性冶金企业 35KV 总降压变电所的设计 设计思路是按照系统对可靠性 经济性的要求 根据冶金企业的负荷性质 负荷大小和负荷分布情况对本厂供电系统做了全面综合 的分析 详细阐述了工厂总降压变电所实现的理论依据 并制定出设计方案及供电措施 在设计中 依据给定的设计范围和基础资料 建立起适合自身生产和发展需要的供电系统 该 企业的电力系统由两个独立电源供电 每个电源各自引一回 35KV 架空线给工厂供电 在系统一次 侧设有 单母线分段 选择两台主变压器分别接在两段母线上 另外为提高电负荷供电的可靠性 主变压器的二次侧同样采用 单母线分段 并且在分段母线上安装备用电源自动投入装置 使两 台变压器互为备用 从而使整个供电系统更具有其可靠性和灵活性 为适应冶金企业用电负荷变化 大 自然功率因数低的特点 本设计中采用 6KV 母线上安装补偿电容器进行集中无功补偿的方式 提高工厂功率因数 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 文中对主接线的选择 高压设备的选择 负荷计算 短路电流计算 各种继电保护选择和整定 计算皆有详细的说明 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校验作了详细的说明和分析 其中还对变电所的主接线 平面布置 高低 压侧的一些保护装置等通过 CAD 制图直观的展现出来 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外 还引入自动控制思想 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 通过本次设计 使我对电气工程及其自动化专业的主干课程有一个较为全面 系统的掌握 增 强了理论联系实际的能力 提高了工程意识 锻炼了我独立分析和解决电力工程设计问题的能力 为未来的实际工作奠定了必要的基础 在设计中 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 电力负荷 功率补偿 短路电流 电气设备 主接线 INTRODUCTION IV INTRODUCTION This paper mainly introduces the design of 35kV substation in a comprehensive Metallurgy Enterprise The design idea to power supply reliability economic demand according to the electric power system of steel plant have made overall and comprehensive analysis to the electric power system of our factory according to the distribution situation of the load nature size of load and load of the steel plant have explained the theoretical foundation realized in transformer substation In the design based on the scope and basis for the design of information and set up a production and development suited to their own needs electricity system The power system of the enterprise was offered by two independent sources each with their own power back to a 35 KV overhead electricity lines to the factory The Primary Side in substations power supply system adopted the connection with single bus with a tie each bus was connected to a transformer the Secondary side of power supply system adopted the connection with single bus with a tie too In addition to improving the reliability of power supply join in a automatic input device of spare power on 6KV bus so that the two transformers can backup each other Aiming to the features of the load variation of Metallurgical Enterprise installed compensation capacitor on the 6KV bus with the way of High Voltage Concentrating Workless Compensation to reduce the loss of electric energy by improving the natural power actor of supply network in Metallurgical Enterprise It 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 high and low Voltage by the graphics of CAD This design is closely related to reality in order to design the suitable substation by studying a lot of materials The design not only adopts some stable form and general protections but also Thinking of the introduction of automatic control 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 Through this design so that I electrical engineering and automation professional courses are the backbone of a more comprehensive and systematic control and enhanced the ability to integrate theory with practice raising awareness of the project I tempered the independent analysis and engineering design to solve the power problem Capacity the actual work for the future lay the necessary foundation INTRODUCTION V KEYWORDS Electric load The power compensating Short out in the electric current Electric equipment Mainly wire 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 1 某冶金机电设备制造厂总降压变电所的设计某冶金机电设备制造厂总降压变电所的设计 电气工程及其自动化 方泽川 200611331107 指导老师 王筱珍 第 1 章 绪论 电是最基本的能源 不仅人民生活需要电 企业生产需要电 整个人类社会的进步更需要电 今天 我国经济高速发展 我们整个生活 生产乃至社会将进入电气化的新时代 电能已成为工业 农业 交通运输 国防科技及人民生活等各方面不可缺少的能源 电力工业的发展水平 是一个国 家经济发达程度的重要标志 电力工业必须优先于其它工业的发展而发展 其建设和发展的速度必 须高于国民经济生产总值的增长速度 只有这样 国民经济各部门才能够快速而稳定地发展 我国的电力工业已居世界前列 但与发达国家相比还是有一定的差距 我们人均电量水平还很 低 电力工业分布也不均匀 还不能满足国民经济发展的需要 电力市场还未完善 管理水平 技 术水平都有待提高 为了使我国电力工业赶上世界电力技术的发展水平 从 21 世纪一开始 我国就进一步加强在 电网安全 稳定 经济运行 电力系统的自动化调度与管理 电力通信 网络技术 继电保护等领 域开展研究 尤其注意完善电力市场 研究电力市场的技术支持系统 促进我们的电力工业不断前 进 工厂供电就是指工厂所需电能的供应和分配 我们知道 电能是现代工业生产的主要能源和动 力 工业生产应用电能和实现电气化以后 能大大增加产量 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 改善工人的劳动条件 有利于实现生产过程自动化 但是 工厂的电能供 应如果突然中断 则将对工业生产造成严重的后果 甚至可能发生重大的设备损坏事故或人身伤亡事 故 由此可见 搞好工厂供电工作对于工业生产的正常进行和实现工业现代化 具有十分重大的意义 第 2 章 负荷计算及无功功率补偿设计计算 计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的 预期不变的最大假想负荷 它是设计 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重 要依据 负荷计算过小 则依此选用的设备和载流部份有过热危险 轻者使线路和配电设备寿命降低 重 者影响供电系统的安全运行 负荷计算偏大 则造成设备的浪费和投资的增大 为此 正确进行负荷 计算是供电设计的前提 也是实现供电系统安全 经济运行的必要手段 2 1 负荷计算 目前负荷计算常用需要系数法 二项式法 利用系数法 前二种方法在国内设计单位的使用最 为普遍 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 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 2 组用电设备的类别 查出相应的需用系数 然后按照公式求出该组用电设备的计算负荷 本设计 m K 选用需用系数法 负荷 6KV 侧 按照原始负荷资料如表 2 1 表 2 1 原始负荷数据表 变电所 车间或用电单 位 设备容量 KVA 需要系数 cos tan 一号变电所铸钢车间20000 40 651 17 铸铁车间10000 40 71 02 二号变电所 沙库1100 70 61 33 镏焊车间12000 30 451 98 三号变电所 1 号水泵房280 750 80 75 空压站3900 850 750 88 锻造车间3200 30 551 52 模型车间1920 350 51 33 料场350 280 61 33 综合楼300 911 四号变电所 厂区照明200 911 锅炉房3000 750 80 75 2 号水泵房280 750 80 75 仓库880 30 651 17 五号变电所 污水提升站140 650 80 75 六号变电所 变压器修造车 间 6800 350 651 17 七号变电所电气装配车间3500 30 71 02 电弧炉2 1250 90 870 57 工频炉2 3000 80 90 48 空压机2 2500 850 850 62 各车间高压负 荷 试验变压器2 1000 80 80 75 负荷计算过程如下 2 edca PKP 1 为同时系数 由表格提供 d K 2 tanP Q caca 2 cos P S ca ca 2 3 也由表格提供 tan cos 将各变电所各自的数据填上 得到表 2 2 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 3 表 2 2 各变电所的计算负荷 变电所车间或用电单位 ca P KW CA Q kvar ca S KVA 一号变电所铸钢车间8009361231 铸铁车间400408571 二号变电所 沙库77102128 镏焊车间360713799 三号变电所 1 号水泵房211626 空压站332292442 锻造车间96146442 模型车间6789111 料场101316 综合楼272738 四号变电所 厂区照明181825 锅炉房225169281 2 号水泵房211626 仓库263040 五号变电所 污水提升站9711 六号变电所变压器修造车间238278366 七号变电所电气装配车间105107150 电弧炉225128259 工频炉480230532 空压机425264500 各车间高压负荷 试验变压器160120200 由于有些车间除 380V 低压负荷外 还有 6KV 的高压负荷 经查询 高压电弧炉在铸钢车间 即一号变电所 高压工频炉在铸铁车间 即二号车间 高压空压机在空压站 即四号变电所 试验 变压器在变压器修造车间 即六号变电所 用电设备组的计算负荷 是指用电设备组从供电系统中取用的半个小时最大负荷 确定拥 30 P 有多组用电设备的母线上的计算负荷时 应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素 因此 在确定多组用电设备的计算负荷时 应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系 数 和 P K q K 在此 先小计一下表 2 2 用电设备的有功负载和无功负载 得到 4122 KW 4109 Kvar ca P ca Q 取 和都为 0 9 P K q K 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 4 所以 P 0 9 4122 0 9 3710 kW ca P Q 0 9 4109 0 9 3698 Kvar ca Q KV A523836983710QPS 2222 此时主变压器二次的功率因数为 0 71 5238 3710 S P cos 2 2 补偿电容器的选择 变电所对功率因数较高的要求 仅仅依靠提高自然功率因数的办法 一般不能满足要求 因此 变电所需装设无功补偿装置 对功率因数进行人工补偿 可采用在 6kv 母线上安装补偿电容器进行 集中补偿的方式 电容器装设在变电所的高压配电室内 与 6KV 母线相联 按 GB80227 95 并联 电容装置设计规范 规定 高压电容器组宜采用单星形接线或双星形结线 在中性点非直接接地电 网中 星形结线电容器组的中性点不接地 考虑变压器的损耗 补偿后的功率因数按设计 6kv 母线上的需安装的并联电容器90 0 cos 的容量为 tantanPQc 09 0costan 71 0costan 3710 1 1 kvar2099 选用 BWF 6 3 120 1 并联电容器 则 18 120 2099 n 实际选用 18 个 6 台 即 kvar 2160 18120QC 选择 BWF 6 3 120 1 型电容器 8 个 2 个为备用 其额定容量为 120Kvar 补偿后总降压变电 所主变压器二次母线上的计算负荷为 2 c 2 Q QPS 4016 kV A 22 216036983710 386A 63 4016 U3 S I N 2 3 无功补偿后总降压变电所一次侧的计算负荷 kW37704016015 03710PPP T1 kvar1779401606 0 21603698QQ QQ Tc1 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 5 AkV4169QPS 2 1 2 11 达到设计要求 0 904 4169 3770 S P cos 1 1 69A 353 4169 U3 S I N 1 工厂年电能需要量为 kwh 1019 2 58003770TPW 7 1 第 3 章 主变压器的选择 3 1 主变变压器台数的选择 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 也可以只用一台变压器 但必须在低压侧敷设与其它变电所相联的联络线 作为备用电源 2 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜采用经济运行方式的变电所 也可考虑采用两台变 压器 3 除上述情况外 一般车间变电所宜采用一台变压器 但是负荷集中而容量相当大的变电所 为三级负荷 也可以采用两台或以上变压器 4 在确定变电所主变压器台数时 应适当考虑负荷的发展 留有一定的余地 本设计的实际情况是 工厂设备全部为二级负荷 并且集中负荷较大 因此本设计厂总变电所 主变压器的台数选择 2 台 且同时运行 互为暗备用 3 2 主变压器容量的确定 为提高供电的可靠性 本设计在 6KV 侧的分段母线上安装备用电源自动投入装置 使两台变压 器互为备用 正常情况下两台变压器都参加工作 这时 每台变压器只需承受大约 50 的最大负荷 当一台故障或退出运行时 通过备用电源自动投入 另一台可担负起负担全厂负荷的 100 负荷 这种方案能满足正常工作时经济运行的要求 又能在故障情况下承担全部负荷 提高了供电系统的 可靠性 是比较合理的备用方式 本设计由于计算容量为 4016KVA 所以选用标准容量为 5000KVA 的变压器 变电所的环境为一 般环境 可选用油浸式变压器 综上所述 选用 35KV 级的 S9 系列电力变压器 即选 S9 5000 35 型变压器 变压器的数据见表 3 1 表 3 1 S9 5000 35 数据 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 6 第 4 章 电气主接线的设计 变电所主接线 一次接线 表示变电所接受 变换和分配电能的路径 它由各种电力设备 隔离 开关 避雷器 断路器 互感器 变压器等 及其连接线组成 通常用单线图表示 主接线是否合理 对变电所设备选择和布置 运行的灵活性 安全性 可靠性和经济性 以及继 电保护和控制方式都有密切关系 它是供电设计中的重要环节 在图上所有电器均以新的国家标准 图形符号表示 按它们的正常状态画出 所谓正常状态 就是电器所处的电路中既无电压 也无外 力作用的状态 对于图中的断路器和隔离开关 是画出它们的断开位置 在图上高压设备均以标准 图形符号代表 一般在主接线图上只标出设备的图形符号 在主接线的施工图上 除画出代表设备 的图形符号外 还应在图形符号旁边写明设备的型号与规范 从主接线图上我们可了解变电所设备 的电压 电流的流向 设备的型号和数量 变电所的规模及设备间的连接方式等 因此 主接线图 是变电所的最主要的图纸之一 4 1 电气主接线的设计原则和要求 4 1 1 电气主接线的设计原则 1 考虑变电所在电力系统的地位和作用 变电所在电力系统的地位和作用是决定主接线的主要因素 变电所不管是枢纽变电所 地区变 电所 终端变电所 企业变电所还是分支变电所 由于它们在电力系统中的地位和作用不同 对主 接线的可靠性 灵活性 经济性的要求也不同 2 考虑近期和远期的发展规模 变电所主接线设计应根据五到十年电力系统发展规划进行 应根据负荷的大小及分布负荷增长 速度和潮流分布 并分析各种可能的运行方式 来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数 3 考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响 对一级用电负荷 必须有两个独立电源供电 且当一个电源失去后 应保证全部一级用电负荷 不间断供电 对二级用电负荷 一般要有两个电源供电 且当一个电源失去后 能保证大部分二级 用电负荷供电 三级用电负荷一般只需一个电源供电 4 考虑主变台数对主接线的影响 变电所主变的容量和台数 对变电所主接线的选择将会产生直接的影响 通常对大型变电所 由于其传输容量大 对供电可靠性要求高 因此 其对主接线的可靠性 灵活性的要求也高 而容 量小的变电所 其传输容量小 对主接线的可靠性 灵活性的要求低 型号 额定容量 KVA 变比 空载损耗 KW 负载损耗 KW 空载电流 0 I 阻抗电压 k U S9 5000 35500035 6 35 4033 00 87 0 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 7 5 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响 发 送 变的备用容量是为了保证可靠的供电 适应负荷突增 设备检修 故障停运情况下的 应急要求 电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同 例如 当断路器或母线检修时 是否允许线路 变压器停运 当线路故障时否允切除线路 变压器的数量等 都直接影响主接线的 形式 4 1 2 电气主接线设计的基本要求 变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位 变电所的规划容量 负荷性质 线 路 变压器连接总数 设备特点等条件确定 并应综合考虑供电可靠 运行灵活 操作检修方便 投资节约和便于过渡或扩建等要求 1 可靠实用 所为可靠性是指主接线能可靠的工作 以保证对用户不间断的供电 衡量可靠性的客观标准是 运行实践 经过长期运行实践的考验 对以往所采用的主接线经过优选 现今采用主接线的类型并 不多 主接线的可靠性是它的各组成元件 包括一 二次部分在运行中可靠性的综合 因此 不仅 要考虑一次设备对供电可靠性的影响 还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响 同 时 可靠性不是绝对的 而是相对的 一种主接线对某些变电所是可靠的 而对另一些变电所可能 是不可靠的 2 运行灵活 主接线运行方式灵活 利用最少的切换操作 达到不同的供电方式 根据用电负荷大小 应作 到灵活的投入和切除变压器 检修时 可以方便的停运变压器 断路器 母线等电气设备 不影响 工厂重要负荷的用电 3 简单经济 在满足供电可靠性的前提下 尽量选用简单的接线 接线简单 既节省断路器 隔离开关 电 流和电压互感器 避雷器等一次设备 使节点少 事故和检修机率少 又要考虑单位的经济能力 经济合理地选用主变压器型号 容量 数量 减少二次降压用电 达到减少电能损失之目的 4 操作方便 主接线操作简便与否 视主接线各回路是否按一条回路配置一台断路器的原则 符合这一原则 不仅操作简便 二次接线简单 扩建也方便 而且一条回路发生故障时不影响非故障回路供电 4 2 电气主接线方案的比较 选择 变电所的接线应从安全 可靠 灵活 经济出发 本次设计为综合性冶金工厂 35KV 总降压变 电所 地位较为重要 应尽量保证供电的可靠性 同时由于是总降压变电所 从经济性来考虑主接 线不宜复杂 本设计有两回进线 拟采用桥式接线 桥式接线又有如下形式 1 一次侧为内桥式接线的总降压变电所主接线 这种主接线的运行灵活性较好 供电可靠性较高 适用于一 二级负荷 这种内桥式接线多用 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 8 于电源线路较长 故障检修机会较多 且主变压器不须经常切换的总降压变电所 如图 4 1 2 一次侧为外桥式接线的总降压变电所主接线 这一种主接线也适用于一 二级负荷 这种外桥式接线多用于电源线路不长 故障检修机会较 少 但主变压器负荷变动较大且需经常切换以适应经济运行的总降压变电所 如图 4 2 4 3 电气主接线方案的确定 本设计中进线架空线路有 8 公里长 从上述的主接线方案的比较 采用一次侧为内桥式接线的 总降压变电所主接线 两台主变压器分接在两段母线上 6KV 侧的分段母线上安装备用电源自动投 入装置 正常状态时两个主变压器并行运行 分别承担各自的负载 当其中一台出现故障时 备用 电源装置自动投入 由非故障变压器 100 承担 保证工厂不间断运行 本设计对六个变电所和相 应的 6KV 高压负载按视在功率分配 使两端母线的负载尽量相等 分得 2 3 5 6 号变电所为同 一段母线 视在功率之和为 2980 KVA 1 4 7 号变电所为同一段母线 视在功率之和为 2947 KVA 本设计的主接线如图 4 3 图 4 1 一次侧为内桥式接线 的总降压变电所主接线 图 4 2 一次侧为外桥式接 线的总降压变电所主接线 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 9 图 4 3 主接线设计图 第 5 章 短路电流及其计算 电气设备或导体发生短路故障时通过的电流为短路电流 在工业企业供电系统的设计和运行中 不仅要考虑到正常工作状态 而且还要考虑到发生故障所造成的不正常状态 根据电力系统多年的 实际运行经验 破坏供电系统正常运行的故障一般最常见的是各种短路 所谓短路是指相与相之间 的短接 或在中性点接地系统中一相或几相与大地相接 接地 以及三相四线制系统中相线与中 线短接 当发生短路时 短路回路的阻抗很小 于是在短路回路中将流通很大的短路电流 几千甚 至几十万安 电源的电压完全降落在短路回路中 发生短路的主要原因是由于电力系统的绝缘被破坏 在大多数情况下 绝缘的破坏多数是由于 未及时发现和未及时消除设备中的缺陷 以及设计 安装和运行维护不当所 例如 过电压 直接 雷击 绝缘材料的陈旧 绝缘配合不好 机械损坏等 运行人员的错误操作 如带负荷拉开隔离开 关 或者检修后未拆接地线就接通断路器 在长期过负荷元件中 由于电流过大 载流导体的温度 升高到不能容许的程度 使绝缘加速老化或破坏 在小接地电流系统中未及时或消除一相接地的不 正常工作状态 此时 其它两相对地电压升高倍 造成绝缘损坏 在某些化工厂或沿海地区空 3 气污秽 含有损坏绝缘的气体或固体物质 如不加强绝缘 经常进行维护检修或者采取其他特殊防 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 10 护措施等 都很容易造成短路 此外 在电力系统中 某些事故也可能直接导致短路 如杆塔塌导 线断线等 动物或飞禽跨接载流导体也会造成短路事故 短路电流所产生的电动力能形成很大的破坏应力 如果导体和它们的支架不够坚固 则可能遭 到严重破坏 短路电流越大 通过的时间越长 对故障元件破坏的程度也越大 由于短路电流很大 即使通过的时间很短 也会使短路电流所经过的元件和导体收起不能容许的发热 从而破坏绝缘甚 至使载流部份退火 变形或烧毁 既然发生短路时流通很大的短路电流 超过额定电流许多倍 这样大的短路电流一旦流经电气设备的载流导体 必然要产生很大的电动力和热的破坏作用 随着 发生短路地点和持续时间的长短 其破坏作用可能局限于一小部分 也可能影响整个系统 三相系统中短路的基本类型有 三相短路 两相短路 单相短路 单相接地短路 和两相接地 短路 除了上述各种短路以外 变压器或电机还可能发生一相绕组匝间或层间短路等 根据运行经 验统计 最常见的是单相接地短路 约占故障总数的 60 两相短路约占 15 两相接地短路约占 20 三相短路约占 5 三相短路虽少 但不能不考虑 因为它毕竟有发生的可能 并且对系统的 稳定运行有着十分不利的影响 单相短路虽然机会多短路电流也大 但可以人为的减小单相短路电 流数值 使单相短路电流最大可能值不超过三相短路电流的最大值 这就使全部电气设备可以只根 据三相或两相短路电流来选择 在进行短路电流计算时 首先需要计算回路中各元件的阻抗 各元件阻抗的计算通常采用欧姆 法和标幺制法两种计算方法 前一种计算方法是最基本的短路计算方法 适用两个及两个以下电压 等级的供电系统 而标幺制法适用多个电压等级的供电系统 本设计 采用欧姆法计算短路电流 5 1 欧姆法短路计算 欧姆法 因其短路计算中的阻抗都采用有名单位 欧姆 而得名 在无限大容量系统中发生三相短路时 其三相短路电流周期分量有效值可用下式计算 5 22 3 K 3 3 I XR U Z U CC 1 式中 分别为短路电路的总电抗 模 总电阻和总电抗值 为短路点的 Z R X C U 短路计算电压 有的称为平均额定电压 取线路首端电压 即取为比线路额定电压高 5 这 N U 是按最严重短路情况考虑的 在高压电路的短路计算中 由于总电抗值通常远大于电阻值 因此一般只计电抗 不计电阻 只有在短路电路的时才需计入电阻 在计算低压电网短路特别是低压配电线上短路时 3XR 则往往需计入电阻 如果不计电阻 则三相短路电流周期分量有效值为 5 X3 U I C 3 K 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 11 2 三相短路容量为 5 3 Kc 3 k IU3S 3 5 2 短路电流计算过程 本设计的电气主接线图如图 5 1 图 5 1 系统短路计算电路图 5 2 1 最大短路电流计算 A 计算 K1 点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 电力系统 85 6 200 37 S U X 2 oc 2 C1 1 架空线路 3 280 4LXX 02 等效电路图如图 5 2 图 5 2 K 1 点的等效电路图 总电抗 10 052 385 6 XXX 211 K 三相短路周期分量有效值 kA13 2 05 103 37 X3 U I 1 K C1 3 1 K 三相短路次暂态电流和稳态电流有效值 3 1 K 3 3 III 2 13kA 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 12 三相短路冲击电流及其有效值 5 43 13 255 2 I55 2 i 3 3 sh kA 3 22 13 2 51 1 I1 51I 3 3 kA 三相短路容量 3 1 KC1 3 1 K IU3SA136 5MV2 13373 B 计算 K2 点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 电力系统 20 0 200 3 6 S U X 2 oc 2 C1 1 架空线路 0 09 37 6 3 80 4 U U L XX 22 C1 C2 02 电力变压器的电抗 0 44 5000100 6 35 5 100S UU X 2 N 2 C2K 3 等效电路图如图 5 3 图 5 3 K 2 点的等效电路图 总电抗 0 7344 009 0 20 0 XXXX 3212 K 三相短路周期分量有效值 4 98kA 73 03 3 6 X3 U I 2 K C2 3 2 K 三相短路次暂态电流和稳态电流有效值 4 98kAIII 3 2 K 3 3 三相短路冲击电流及其有效值 9 16kA98 4 84 1I1 84i 3 3 sh 5 42kA98 4 09 1 I1 09I 3 3 三相短路容量 A54 3MV4 986 33IU3S 3 2 KC2 3 2 K 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 13 5 2 2 最小短路电流计算 最小短路电流的计算方法与最大路路电流的计算一样 各点最小短路电流如表 5 1 表 5 1 各点最小短路电流 短路地 点 短路 点编 号 短路点平均 电压 KV 短路电流周 期分量有效 值kA 次暂态电流和 稳态电流有效 值kA 冲击电 流kA 冲击电流 有效值 kA 短路点 容量 KVA 35KV 进 线 K1371 941 944 952 93124 33 6KV 母 线 K26 34 794 798 815 2252 27 第 6 章 电器设备的选择 总降压变电所的电气设备按正常工作时的电流 电压及使用要求选择 并按短路情况进行校验 总降压变电所的电压可分为 35KV 侧和 6KV 侧 按照设计要求 电力系统变电所 35kv 出线上的定时 限过流保护的动作时间为 2s 这样 总降压变电所的断路器取 1 0s 进线端断路器取 1 5s 35KV 侧 主变压器一次侧 的计算数据为 电压 电流 短路电流 短路容量 35UKV 69AI 2 13kAI 3 1 K AMV 5 136S 3 1 K 短路电流冲击值 kAish43 5 3 热稳定假想时间按系统给定的过电流保护动作时间 加上断路器的全开断时间 含固 ima t op t oc t 有分闸时间和灭弧时间 之和 即 对于高速断路器 如真空断路器 六氟化硫断路 ocopima ttt 器 可取 则热稳定校验数据为 s15 0 1 0toc SKA26 7 1 05 113 2 tI 22 ima 2 6KV 侧 主变压器二次侧 的计算数据为 电压 电流 短路电流 短路容量 6KVU 386AI 4 98kAI 3 2 K A54 3MVS 3 2 K 短路电流冲击值 热稳定校验数据 kA16 9 i 3 sh S27 28KA0 11 04 98tI 22 i 2 6 1 高压侧一次设备选择和校验 高压一次设备的选择 必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求 同时设备 应工作安全可靠 运行维护方便 投资经济合理 高压一次设备的选择和校验可按表 6 1 所列各项条件进行 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 14 表 6 1 高压一次设备的选择与校验条件 短路电流校验 电气设备名称电压电流断流能力 动稳定度热稳定度 高压隔离开关 高压断路器 电流互感器 电压互感器 高压电容器 低压断路器 6 2 高压开关柜的选择 高压开关柜是以开关为主体 将其他各种电器原件按一定的主接线要求组装为一体的成套电气 设备 除一次电气设备外 还包括控制 测量 保护和调整等方面的元件和电气连接 附件 外壳 等 有机组合在一起即构成开关柜 开关柜由于从电力系统实际出发 考虑了性能参数的合理配合 及电气设备的合理布局 因而具有占地面积小 安装与使用方便 运行安全可靠 适合与工厂大批 量生产等特点 总降压变电所为 35KV 侧和 6KV 侧 一般设为户外形式 所以不采用高压柜 将各高压设备按 接线图连接起来 同时安装相应的避雷设施 6KV 侧的馈出线选用铠装型移开中置式交流高压金属封闭开关设备 KYN28A 7 2 作为它的互感 器柜 无功补偿柜 馈出线柜 安装在室内 该产品是 3 6 12KV 三相交流 50HZ 单母线分段系统 的成套配电装置 主要供发电厂 输变电站 宾馆大厦 工矿企业等馈电 及控制 保护 监视用 其主要技术参数见表 6 2 表 6 2 KYN28A 7 2 开关柜技术参数 项目单位数据 额定电压 kv 3 6 7 2 12 lmin 工频耐受电压 kv42 额定绝 缘水平雷电冲击耐受电压 kv75 额定频率 Hz50 主母线额定电流 A 630 1250 1600 2000 2500 3150 分支母线额定电流 A 630 1250 1600 2000 2500 3150 3S 热稳定电流 有效值 kA 16 20 25 31 5 40 额定动稳定电流 峰值 kA 40 50 63 80 100 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 15 防护等级外壳为 IP4X 隔室间 断路器室门打开时为 IP2X 额定电流 1250A 800X1500X2300 外型尺寸 mm 宽 X 深 X 高 额定电流 1600A 1000X1500X2300 注 柜深 1660mm 的开关柜为架空进线方案用 6 3 断路器的选择与校验 高压断路器的功能是 不仅能通断正常负荷电流 而且能接同和承受一定时间的短路电流 并 能在保护装置作用下自动跳闸 切除短路故障 高压断路器按其采用的灭弧介质分 有油断路器 六氟化硫断路器 真空断路器以及压缩空气 断路器 磁吹断路器等 真空断路器是指触头在高真空中开断电路的断路器 它是 20 世纪 50 年代发展起来的一种新型 断路器 真空断路器所采用的绝缘介质和灭弧介质是高真空 其真空度一般在 2 1033 1 之间 具有很高的绝缘强度 有利于电弧的熄灭 真空断路器在 3 35KV 配电网中已 Pa1033 1 5 得到了广泛的应用 技术上也趋于成熟 六氟化硫断路器 是利用 SF6 气体作为灭弧和绝缘介质的一种断路器 它和油断路器比较比较 有下列优点 断流能力强 灭弧速度快 电绝缘性能好 检修周期 间隔时间 长 适于频繁操作 而且没有燃烧爆炸危险 但缺点是价格比较昂贵 高压断路器是变电所主要电气设备之一 其选择的好坏 不但直接影响变电所的正常状态下运 行 而且也影响在故障条件下是否能可靠地分断 断路器的选择根据额定电压 额定电流 装置种 类 构造型式 开断电流或开断容量各技术参数 并且进行动稳定和热稳定校验 按额定电压选择 断路器的额定电压 应不小于所在电网的额定电压 即 6 1 n etN UU 式中 电网额定电压 KV 断路器的额定电压 KV N U n et U 按额定电流选择 断路器的额定电流应不小于回路的持续工作电流 即 e I 6 2 eg II 式中 断路器额定电流 A 回路持续工作电流 A e I g I 按配电装置种类选择 装置的种类指断路器安装的场所 装设在屋内的应选屋内型 装设在屋外的 应选屋外型 在设计时 具体问题要具体分析 根据上述条件 选用技术上合理而又经济的断路器为宜 6 4 变压器 35KV 侧断路器选择与校验 根据上述条件 35KV 侧选择 LW18 40 5 1600 的六氟化硫断路器 具体校验如表 6 3 广东海洋大学 2010 届本科生毕业设计 16 表 6 3 LW18 40 5 1600 校验 LW18 40 5 1600 计算数据校验结果 额定电压 N U 35KV ca U 35KV 合格 额定电流 N I 1600A ca I 69A 合格 动稳定电流峰值 max i 36KA 3 sh i 5 43KA 合格 开断电流 oc I 25KA 3 k I 2 13KA 合格 热稳定校验 SkA2500 425 2 2 ima 2 tI SKA26 7 2 合格 6 5 变压器 6KV 侧断路器选择与校验 由于国内目前很少有 6KV 规格的真空断路器 国内对于 6KV 等级的断路器 都是用 10kv 等级 的断路器直接代替 但是要注意 真空断路器开断小电流的能力极强 如果回路的电流很小 其电 弧被快速切断时引起操作过电压的几率很高 所以应当在真空断路器靠近负载处加装压敏电阻 根 据上述条件 变压器 6KV 侧选择 ZW1 12 630 型真空 户外断路器 6KV 馈出线选择 ZN3 10I 630 型真空 户内断路器 具体校验如下表 6 4 表 6 4 ZW1 12 630 的校验表 项目 ZN3 10I 630 ZW1 12 630 条件计算数据 校验结 果 额定电压 N U 10KV10KV ca U 6KV 合格 额定电流 N I 630A630A ca I 386A 合格 动稳定电流峰值 max i 20KA16KA 3 sh i 9 16K