10kV配电系统设计.doc

此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 秦皇岛北戴河环境干部学院 10kV 配电系统设计 院 别 专业名称 班级学号 学生姓名帅哥小夏 指导教师 2016 年 6 月 6 日 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 摘要 配电系统的任务就是保证企业 高校 居民等用户的生产 办公 生活的用电 需要 同时做好计划用电 安全用电 节约用电等工作 本次 10kV 配电系统设计 主要是通过分析某高校部分区域的负荷和用电情况 设计了无功功率补偿方案 并 以此基础进而实现对整个学校配电网络进行规划设计 给出了主线路设计的最佳方 案 并通过短路电流计算 动热稳定计算进行设备选型工作 考虑供电系统稳定性 进行了变压器继电保护的具体措施 最后分析了配电系统的雷电防护措施 本文将 详细阐述设计过程中所采用的 10kV 配电系统的整个运行方案 并且实践证明该设 计方案运行稳定可靠 保证了该高校部分区域的用电安全稳定的性能要求 关键字 10kV 配电系统 主接线图设计 短路电流计算 变压器继电保护设计 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 Abstract Distribution system is to ensure the enterprises universities residents and other users for the needs of production office and living electricity and it is a important to use electricity safely the design of 10kV distribution system is to analysis of the burden of a college in area In this passage we will give the optimum solution of the main circuit design Through the short circuit current calculation and dynamic thermal stability calculation we will choose the best equipment Taking into account the stability of the power supply system the specific measures of the transformer protection and the automatic input design for power supply are carried out At the same time the lightning protection measures are analyzed This paper will detail the design process of the 10kV distribution system throughout the program and the practice of performance for the college proves that the design is stable and reliable KEY WORDS 10kV Distribution System the Design of main Circuit short circuit calculation the Design of Transformer Protection 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 目录目录 1 绪论 1 1 1 研究的意义 1 1 2 配电系统技术装备的国内外研究现状 2 2 10KV 配电系统需求分析 4 2 1 配电系统负荷量概述 4 2 1 1 学校总体规划 5 2 1 2 学校 1 配电室负荷计算 5 2 1 3 无功功率补偿计算 7 2 2 学校 1 配电室变压器选择方案 7 2 2 1 变压器容量计算和选择 8 2 3 开闭所设置 9 3 电气主接线设计 10 3 1 主接线概述 10 3 2 主接线基本要求和分类 10 3 3 主接线设计 13 4 短路电流计算 15 4 1 短路电流概述 15 4 2 短路电流计算假设 15 4 3 学校 1 配电室短路电流计算 16 5 设备选型和动热稳定性校验 19 5 1 动热稳定性校验概述 19 5 2 高压进线的选择与校验 19 5 2 1 开闭所架空线的选择 19 5 2 2 学校 1 配电室电缆进线的选择 20 5 3 学校 1 配电室一次设备的选择 20 5 3 1 高压断路器的选择 20 5 3 2 高压隔离开关的选择 21 5 3 3 高压熔断器的选择 22 5 3 4 电流互感器的选择 23 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 5 3 5 电压互感器的选择 24 5 3 6 高压开关柜的选择 25 5 3 7 学校 1 配电室高压侧电气主接线图 25 5 4 学校 1 配电室低压侧设备选型和电气主接线图 27 第 6 章 变压器继电保护和防雷保护 30 6 1 变压器保护的意义 30 6 2 变压器常见故障和继电保护 30 6 3 变压器保护类型和原理 30 6 3 1 变压器瓦斯保护设计与实现 31 6 3 2 变压器差动保护设计 32 6 4 防雷保护与接地 33 6 4 1 直击雷过电压保护 33 6 4 2 雷电侵入波保护 34 6 4 3 接地保护 35 结 论 36 致 谢 37 参考文献 38 附 录 39 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 1 绪论 电能作为国民经济各个领域的基础能源 在社会发展中起着举足轻重的作用 由 于电能具有转化容易 便于输配 使用便利等优点 在工农业生产 企业高校 国防 建设 通信传播等方面都有着及其广泛的应用 电力系统是由发电站 变电所 输电 线 配电网以及用户所组成的发 供 用电的一个整体 在电力系统中 由发电机产 生电能 为了把电能输送到较远的用电地区 通常先将发电厂的用电通过升压变压器 升高电压 然后输电线路送到用电地区 在各用电区再经过降压变压器把电压逐级降 低后 最后给我们的日常工业 企业 高校和居民等用电设备工作 但是电能是不能储存的 电力系统中瞬间产生的电能 必须等于同一瞬间所消耗 的电能 因此电力系统中产 供 用任何一个环节的故障 都会造成生产的停顿 给 国家生产 国民生活造成损失 所以在电力系统中计划用电 安全用电 节约用电是 非常重要的课题 同时在用电管理上也要有高度的集中性和统一性 1 1 研究的意义 随着国民经济的发展 人们对用供电质量的需求越来越高 10kV 配电系统在电力 系统中负责接受电能 变化电压和和分配电能的任务 在电力系统中作为与广大电力 客户相连接的部分 是非常重要的环节之一 通过对 10kV 配电系统的研究 其目的就 是为广大客户提供更为安全可靠的电力应用 随着新技术 新设备 新材料的开发和 利用 配电系统正在向着造价低 占地少 运行方便 安全可靠等方向发展 在负荷等级上 一般分为一级负荷 二级负荷 三级负荷 一级负荷为中断电出 现重大人身伤害或在政治 经济中造成重大损害 二级负荷一般为在政治 经济上造 成较大损失时 或断电影响重要单位正常工作的地方 一般学校或企事业单位都为二 级负荷 不属于一级负荷 二级负荷的为三级负荷 在整个配电系统中 10kV 高压配 电网是建立在规划电量负荷估计 负荷等级 用地性质 建筑密集等多种条件情况下 进行的电力专项规划 在建立规划中不仅要满足供电的安全性和可靠性 运行及投资 的经济性以及电力平衡外 还需要市政规划 环境优美 通信等部门相协调 满足城 市和居住居民的发展需要 10kV 配电网络一般作为电网末端与用户直接相连 也是整 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 个电网当中规模最大 设计面最广的部分 一般设置在靠近居民的负荷密集点 同时 也能够满足各种容量 用户性质 供电质量的需求 在整个电力系统中 电压和频率是衡量电能质量的两个基本参数 电气设备应在 其额定电压和额定频率下工作 在电力系统的电压等级划分中分为高电压和低电压 按电力行业的标准的规定 低压指设备的对地电压在 250V 及 250V 以下 高压指设备 对地电压在 250V 以上 不同等级的电压有着不同的使用范围 220kV 及 220kV 以上 的电压 一般为输电电压 完成电能的远距离传输 110kV 及 110kV 以下的电压 为 配电电压 完成对配电电能进行降压处理并一定的方式分配给电能用户 其中 35 110kV 配电网为高压配电网 6 35kV 配电网为中压配电网 1kV 以下为低压配电 网 在我国的三相交流电网和电力设备中 电网的高压等级是通过电力工业水平和全 面技术经济分析后确定的非常的额定电压 其中 10kV 中压配电系统是常用的电网配电 系统 在进行 10kV 中压配电系统作的设计时 我们要严格按照实际的负荷 用电情况 和设计标准 进行有效可靠的系统设计 最终实现用电设备技术与经济性能指标最佳 分析好 10kV 高压配电系统的设计工作 对于工业 企业 高校等安全稳定用电发挥这 重要的作用 1 2 配电系统技术装备的国内外研究现状 在电力系统中 大型发电场往往原理负荷中心 发出的电能一般都要通过高压或 这超高压输电网络才能输送到负荷中心 然后在负荷中心由电压等级较低的网络把电 能输送配给不同等级的用户 这种自上而下的形成了一个配电网络 可见 配电网络 一般包括配电变电站 配单线路 配电变压器 继电保护装置等 在国外 10kV 配电 系统一直得到很大关注 其重点在配电系统和控制设备的自动化水平 配电系统逐渐 发展成变配电所自动化 馈线分段开关测控 电容器组调节控制 用户负荷控制和远 程超标系统于一体的配电管理系统 DMS 该系统能够实时检测和控制电力系统中 运行情况 自动实现故障后按时限自动顺序送点 配电系统逐渐走向集中式管理 同 一性运行的模式 实现节约占地 方便管理 实时检测等功能 各大自动生产厂家比 如德国的西门子公司 英国的 ABB 公司 均提出了自己一套配电自动化产品 电力工业过去由于资金技术的匮乏 重点放在发电厂上面的建设 忽略了结构简 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 单 对供电能力和安全稳定运行其关键作用的配电网的建设 随着国民经济的发展 我国的用电量迅速增长 其中在 10kV 配电网中其占电力系统应用占到整个电力损耗的 70 近几年来 我国也加大投入 10kV 配电网的建设中 截止到 2013 年 我国的 10kV 配电网规模已经达到世界第二 在此同时 我国的配电系统及控制设备制造也得 到长足的发展 国内外企业在引进国外先进技术与设备的基础上 通过自主创新 提 高了技术研发水平与产品竞争力 在基础理论 材料技术上 生产工艺上和信息技术 的应用上 也正在朝着智能化 免维护 环保型 小型化 集成化方向发展 本文的主要工作 1 根据对某高校新建的负荷分布及负荷量进行计算 确定无功功率补偿方案 并通过整个学校的规划对开闭所和变压器容量进行设置 2 进行对比 进行主接线方案设计 3 通过短路电流计算 动热稳定校验 进行电气设备选型 4 进行变压器保护设计和防雷保护 通过对 10kV 配电系统的设计 掌握了配 电系统设计的理论方法和运行原则 提高了对配电系统的全面认识 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 2 10kV 配电系统需求分析 2 1 配电系统负荷量概述 本文是对于某新建高校部分负荷分析的基础上进行 10kV 配电系统的设计 通过对 该区域的配电网络的了解 进而实现对整个学校配电网络规划的设计提供知识分析和 依据 设计之前需要统计该高校部分区域的用电设备和用电负荷 正确估计用电系统 的电力和电量是一个非常重要的问题 为此引入了计算负荷的概念 计算负荷又称需 求负荷 是按发热条件选择导体和电气设备时使用的假设负荷 也就是说计算负荷与 产生的热效应与实际变动负荷产生的最大热效应相等 通常规定取 30 分钟平均最大负 荷 和作为该用户的计算负荷 计算负荷是确定供电线路导线截面 变压器 30 P 30 Q 30 S 容量 开关电器及其互感器等额定参数的重要依据 计算负荷太大 容易使得变压器 和导线截面选择过大 造成不必要的投资浪费 计算负荷太小 又会在电能运输中对 设备产生不必要损坏 计算负荷的方法有估算法 需要系数法 二项式法 根据高校负荷用电的分布情 况 一方面用电设备台数较多 同时各台设备容量相差不太悬殊 这时候采用需要系 数法 二项系数法适用于机床加工车间 有较大容量设备影响的干线和分支干线的负 荷计算 需要系数是一综合系数 它是当电设备投入时 从供电网络实际取用的功率 与用电设备组设备功率之比 需要系数法的计算是直接将设备容量乘以需要系数和同 时系数得到计算负荷的 该方法比较简单 应用广泛 尤其是使用配 变电所的负荷 计算 对于设备容量来讲 一般对于长时间工作制的用电负荷 如空调机组 其设 备容量就是设备铭牌上所标注的额定功率 对于电炉变压器的设备容量 一般指额定 功率因数时的额定功率 对于一些照明设备 设备容量大约为灯管额定功率的 1 2 倍 在计算负荷过程中 需要考虑用电设备组的情况 用电设备组是由工艺性质相同 需要系数相近的一些设备所组成的一组用电设备 对于一个大楼中 可以根据具体情 况将用电设备分成若干组 再分别计算各用电设备组的计算负荷 对于多组用电设备 的计算负荷 指的是在配电线路的低压母线上 常常多个用电设备组同时工作 但是 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 各个用电设备组的最大负荷也非同时出现 此时需要在计入一个同时系数 s K 2 1 1 学校总体规划 学校工程图 2 1 整个学校分为 4 个区域 分别是教学楼综合区 图书馆行政区 学生活动中心广场 学生生活区 在各自区域配备相应的配电室 其中教学楼综合区 为开闭所附近配备的变电所供电 图书馆行政区为 1 配电室进行供电实现 学生活动 中心广场为 2 配电室配电供应 学生生活区为 3 配电室 这样集中供电分散分布一方 面能够对于某一区域进行集中供电处理 同样也实现配电系统维护的方便和稳定 开闭所 教学楼综 合区 图书馆行 政区 学生活动 中心广场 四期工程 规划总平面图 XXX新校区XXX 1 配电室 3 配电室 开闭所 学生生活 区 2 配电室 图 2 1 学校规划总览 2 1 2 学校 1 配电室负荷计算 针对该高校的用电大楼的负荷分布情况 我们将每一个大楼当做一个单组用电设 备组 将整个学校当做多组用电设备 同时低压输电线路均在 380V 的线路上 已将线 电压单项设备容量换算为相电压的设备容量 在次基础上统计了其每一个大楼用电 设备组的运行情况 并在此时设置多组用电设备的同时系数为常数 0 9 下表 2 1 为 s K 该 图书馆行政区 各个大楼和场所分布的总额定容量 设备功率因数角余弦值 e P 和需要系数 cos d K 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 编号名称 设备组额定容量 KW e P 设备功率因数cos 需要系数 d K 1 图书馆3080 8260 5 2行政楼3700 9510 55 3文化桥550 9100 65 4锅炉1000 7070 45 5校医院1300 7990 6 6应急照明350 8680 75 7职工宿舍6500 8990 60 8消防用电800 9920 70 表 2 1 高校用电设备功率和需求系数情况 通常采用需要系数法来计算负荷的主要公式有 30de PKP 30 Q 30 t anP 22 303030 SPQ 30 30 3 N s I U 30 30 cos P S 式中 计算有功功率 kW 需求系数 是用电设备组的设备容量 30 P d K e P kW 设备的实在功率 设备负荷电流 为功率因数的余弦值 30 S 30 Icos 根据公式我们得到该高校的负荷情况如表 2 2 编号名称 kW 30 P t an KVA 30 Q R kW 30 S 1图书馆1540 68105 09186 44 2行政楼203 50 3366 21213 99 3文化桥35 750 4616 3039 29 4锅炉451 0045 0163 65 5校医院780 7558 7097 62 6应急照明26 250 5715 0130 24 7职工宿舍3900 48189 99433 82 8消防用电560 1277 1156 45 表 2 2 用电计算负荷情况 我们将该高校的一期工程当做一个多用户用电设备组 对于该设备组的计算负荷 公式有 30 1 n acsi i PKP 30 1 n acsi i QKQ 22 acacac SPQ 3 ac ac N S I U 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 式中 n 组用电设备组的总有功功率 n 组用电设备组的总无功功率 为 ac P ac Q s K 同时系数 在此取常数 0 9 为 n 组用电设备组的总视在功率 通过我们的最终计 ac S 算可以得到该用电设备组的总有功功率 889 65kW 总无功功率 467 79kVAR ac P ac Q 总视在功率 1005 14kW 计算电流 2645 11A ac S ac I 2 1 3 无功功率补偿计算 在电能输送过程中 输出的功能包括有有功功率和无功功率 有功功率直接消耗 电能 并将电能转换为机械能 光能 热能等 不消耗电能 只是把电能转换为另一 种形式的能 这种能作为电气能做功的必要条件 并在电网中与电能进行周期性转换 这部分的功率成为无功功率 如电磁元件建立磁场占用的电能 在电容器建立电场所 占的电能 电流在电感元件中做功时 电流超前电压 90 摄氏度 而电流在电容中做功 时 电流滞后电压 90 摄氏度 如果在电磁元件电路中有比例的安装电容元件 使两者 的电流相互抵消 使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小 从而提高电能做功的能 力 这就是无功功率补偿的原理 由于受感性负荷的影响 电能输送的功率因数降低 对输电线路进行适当的电容 补偿 一方面能够降低负荷电流 减少线路损耗 另一方面也提高了稳定用电端及电 网电压 提高电压质量 还有就是平衡三相负荷 减少无功功率对电网的冲击 在电 力系统的一般在变电所中或直接在电用户变电所中设置无功功率电源 现有有用功率的功率因数 0 88 即 0 54 cos ac acac PSt an ac 现进行改进其功率因数提高到 0 95 即 0 33 cos AC t anAC 需要进行电容器功率补偿 其计算公式为 186 82kvar t ant an cacacAC QP 此时的视在功率降低为 936 47kW cos ACacAC SP 补偿后的负荷电流2464 35A AC I 此时选择型号为 BW0 4 12 1 的电容器单相户内型十二烷基苯浸渍的并联电容器 额定电压为 0 4kV 容量为 12kvar Q 此时需要的电容器个数大约为 N 15 57 c QQ 即每相所需要的电容器个数为 n 15 37 3 5 12 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 我们将 n 取其相等或稍大的偶数 此时为 6 个电容器即可 2 2 学校 1 配电室变压器选择方案 变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电流的装置 其主要功能有电压变换 电流变换 阻抗变换 阻抗隔离 隔离 稳压等功能 变压器是电力系统中非常重要 的设备 变压器的选择也是通过负荷计算得到出的容量大小 如果变压器选择过大 变压器不能充分利用 效率和功率因数低 即浪费了投资 又增大了每月的用电费用 如果容量选择过小 变压器超负荷运行 最终的结果是烧毁变压器 变压器的选择是通过正确的负荷计算所进行选择 在选择过程中 我们一般就是 针对某一区域进行变压器的选择 同时还要做到多少年之后的规划 这时候还要适当 给变压器留一些容量空间 变压器在运行中也要考虑一定的容量 长时间满负荷运行 会带来损害 所以通过以上分析 我们可以通过负荷计算选出合适的变压器容量 2 2 1 变压器的分类 变压器由绝缘冷却分类可以分为油浸式变压器和干式变压器 干式变压器就是指 铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器 油浸式变压器是一种器身 绕组及铁芯 都装在 充满油箱中的变压器 油箱用钢板焊成 中 小型变压器的油箱由箱壳和箱盖组成 变压器的器身放在箱壳内 将箱盖打开就可吊出器身进行检修油浸式变压器低压绕组 除小容量采用铜导线以外 一般都采用铜箔绕抽的圆筒式结构 高压绕组采用多层圆 筒式结构 使之绕组的安匝分布平衡 漏磁小 机械强度高 抗短路能力强 油浸式变压器铁心和绕组各自采用了紧固措施 器身高 低压引线等紧固部分都 带自锁防松螺母 采用了不吊心结构 能承受运输的颠震 线圈和铁心采用真空干燥 变压器油采用真空滤油和注油的工艺 使变压器内部的潮气降至最低 油箱采用波纹 片 它具有呼吸功能来补偿因温度变化而引起油的体积变化 所以该产品没有储油柜 显然降低了变压器的高度 由于波纹片取代了储油柜 使变压器油与外界隔离 这样 就有效地防止了氧气 水的进入而导致绝缘性能的下降 油浸式变压器的特性保证了油浸式变压器在正常运行内不需要换油 大大降低了 变压器的维护成本 同时延长了变压器的使用寿命 2 2 2 变压器的负荷计算和选型 在 2 1 2 节中我们得到视在功率为 936 47kVA 而一般变压器的负荷率一般在 AC S 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 80 左右 此时的变压器一次负荷选择的计算值为 0 8 1170 59kVA 此时我 1AC S AC S 们选择变压器主容量主变压器容量不小于变压器一次负荷 此时选择 S 1250KVA 1AC S 即可 可 经过查询资料 采用一台 10kV 系类型号 S9 M 1250 10 型油浸式变压器即可 2 3 开闭所设置 电力开闭所又称开关房 是 10kV 配电网中的重要设施 其主要特征是电源进线侧 和出线侧的电压相同 作用是对电能进行二次分配 有一定数量的开闭所 可实现对 配电网的优化调度 部分网城设备检修时 可以进行运行方式调整 做到设备检修时 用户不停电 当设备发生故障时 开闭所可发挥其操作灵活的优势 迅速隔离故障单 元 减小停电范围 学校属于二级负荷场所 是用电负荷比较集中的地区 此时应该设置 10kV 开闭所 其设计原则是设置在通道顺畅 巡视检修方便 电缆进出方便的位置 一般要求设置 在单独的建筑物中 开闭所按照接线方式的有环网型和终端型 环网型开闭所为用户 或分支线提供较高的供电可靠性 终端型开闭所主要功能为周边用户及公用变压器提 供电源 对于终端型 10kV 开闭所接入后的配电变压器容量一般控制在 10000 15000KVA 环形网所供给配电线路正常运行时是两条环网线路分开的 当出现事故或 者其他特殊情况全部负荷会有一条线路供电 所以两条环网线路负荷率控制在 50 以 下 通过分析该学校的整体规划情况如图 2 1 所示 将学校区域划分四个部分 每个部 分都配有一个电源点 通过符合分布计算可以得到其变压器总装置容量为 8650kVA 本次设计的开闭所为终端型开闭所 其中教学区综合楼处建立开闭所一座 内设置 kVA 变压器两台 图书馆行政楼处修建 1 配电室一座 装设kVA 变 21600 1250 压器一台 学生活动中心广场修建 2 配电室一座 装设kVA 变压器 学生学 1000 生区综合楼修建变电所一座 设kV 变压器 为 3 配电室 将高校区域附近区 21600 域进行划分 高校附近所有 10kV 电情况源均来自该开闭所 考虑到终端型 10kV 开闭 所接入后的配电变压器容量一般控制在 10000 15000KVA 此时终端开闭所的配电变压 器容量大约高校负荷容量 所以只需要配置一个终端开闭所即可 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 3 电气主接线设计 3 1 主接线概述 电气接线是指电气设备在电路中相互连接的先后顺序 按照电气设备的功能及电 压不同 电气接线可分为一次接线而二次接线 一次接线泛指发 输 变 配 用电电路的接线 即电气主接线 供配电的变配 电所中承担受电 变压 输送和分配电能任务的电路 称为主接线 一次电路中所有 的电气设备 如变压器 各种高低压开关设备 母线等称为电气一次设备 为保证一 次电路正常 安全 经济运行 需要对一次设备进行控制 保护 测量 监察等电路 成为二次电路 如控制开关 按钮 继电器 测量仪表 信号灯 自动装置都属于二 次设备 电流互感器及电压互感器的一次测装在一次电路 二次测接继电器和电气测 量仪表 因此 它仍属于一次设备 但是在电路图中应分别画出一 二次侧接线 熔 断器在一 二次电路中都有应用 按其所装的电路不同 分别归属于一 二次设备 避雷器虽然是防雷装置 但是并联在主电流中 因此它属于一次设备 3 2 主接线基本要求和分类 电气主接线是变配电所接受 汇集 分配电能的电路 它应满足电气运行的可靠 性和灵活性 使用其具备操作简单 运行经济合理 便于扩建等基本条件 对于电气 主接线的基本要求包括 1 根据系统和用户的要求 电气主接线要保证必要的供电可靠性和电能质量 2 电气主接线不仅能适应各种运行方式 而且便于检修 在其中一部分电路进行 检修时 应尽量保证未检修回路能够继续供电 3 电气主接线应该保证简单清晰 布局对称合理 运行方便 使设备切换所需的 操作步骤最少 4 电气主接线在满足可靠性 灵活性 操作方便的这三个方面的基础前提下 应 力求投资省 维护费用少 5 电气主接线除能满足当前的运行检修要求外 还应考虑将来有发展的可能性 常见的主接线可分为有母线和无母线的主接线两大类 有母线的主接线包括单母 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 线和双母线 有无母线即母线的结构形式是区分不同电气主接线的关键 其中单母线 是最为常用的接线形式 常用的电气根据变配电所的电压等级 用电范围 用户重要程度等 其电气主接 线会采用不同的形式 在选择主接线类型时 应根据变电所在系统中的地位 进出线 回路数 设备特点 负载性质等条件进行选择 对于高校的配电系统来说 其主接线 大都采用单母线接线 单母线分为单母线不分段 单母线分段接线 单母线分段接线带旁路接线 单母 线不分段接线如图 3 1 所示 WL1 WL2 QF1 QS2 QS1 QF2 QS3 QS3 QS4 QS4 QS5 QS5 QS6 QS6 图 3 1 单母线不分段连接图 该为一种最原始 最简单的接线 所有电源及出现接在同一母线上 它的每条引 入线和引出线中都安装有隔离开关和断路器 优点是线路简单明显 采用设备少 操 作方便 缺点是供电可靠性低 母线及母线隔离断路器等任一元件故障或检修时 都 需要使整个配电装置停电 单母线分段接线如图 3 2 所示 其在单母线不分段接线的基础上 将单母线用断 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 路器一分为二 通常用隔离开关或断路器分段 母线分段后可以分段检修 当一段母 线发生故障时 由于分段断路器在继电保护作用下自动将故障迅速切除 从而保证了 母线段不间断供电和不致使重要用户停电 缺点是当一段母线断路器故障或检修 该 母线所有回路都要停电 WL1 WL2 QF1 QS2 QS1 QF2 QS3 QS3 QS4 QS4 QS5 QS5 QS6 QS6 图 3 2 单母线分段连接图 单母线分段接线带旁路母线如图 3 3 所示 该接线保证单母线分段在断路器检修 或者调试保护装置中 不中断对用户供电 可增设旁路母线 当然这样也会增加断路 器的成本 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 旁路母线 母线 QF2QF3 QF1 图 3 3 单母线分段带旁路母线连接图 3 3 主接线设计 通过以上分析 为了保障电能输送的稳定同时也为了节约成本 本次设计 10kV 高 压侧采用双电源供电 单母线分段接线方式 第一电源来自 220kV 变电站电源专线 第二电源来自某一支路引线 2 路进线 6 路出线 本次设计中 电梯 消防用电和应急 照明为二级负荷 其余全为三级负荷 开闭所装设有kVA 变压器 由于教学行政楼包含电梯 为二级负荷 设 21600 计时采用了两台变压器分别从 1 进线和 2 进线 单母线分段 学校 1 配电室由于负荷 中包含消防负荷和应急照明 为二级负荷 所以在接线时采用双路进线 分别从 1 进 线和 2 进线各引一线 保障了供电要求 2 配电室为学生活动中心 三级负荷 采用 单母线进线 3 配电室为学生生活区 三级负荷 采用单母线进线的接线方式 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 母线 T1 WL2 2 2 进进线线 10kV供电 WL1 210kV变 电站 1 1 进进线线 开闭所变 压器 1 配电室3 配电室2 配电室 2X1600kVA 1250kVA 1000kVA 2x1600kVA 10 0 4kV 10 0 4kV10 0 4kV 10 0 4kV 210 10kV 10kV开闭所 图 3 4 电气总接线示意图 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 4 短路电流计算 4 1 短路电流概述 要实现对设备进行选型 我们需要先对短路电流进行分析计算 短路是指系统正 常运行情况之外的 一切相与相之间或相与地之间金属性短接 电流计算是用于修正 由于电路问题产生的过电流 主要发生在三相短路 两相短路等电路连接方式中 当 供电网络中发生短路时 很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到破 坏 同时会是网络内的电压大大降低 因而破坏了网络内用电设备的正常工作 使的 用户的正常工作遭到破坏和影响 为了消除或减轻短路的后果 就需要计算短路电流 用以正常地选择电器设备 设计继电保护和选择限制短路电流的元件 总的来说 短 路电流计算可以避免由过电流造成的供电破坏 为设备和用电线路安全提供保证 造 成短路的主要原因一般有设备原因 比如电气设备 元件的损害 自然原因 比如大 风 低温 导线覆水等 在供电系统中短路类型与电源的中性点是否接地有关 在中性点不接地系统中 可能发生的短路有三相短路 两相短路 而在中性点接地系统中 可能发生的短路除 三相短路及两相短路外 尚有单相接地短路及两相接地短路 系统故障电流的大小与短路类型有密切关系 在中性线直接接地的电力系统中 两相短路电流约为三相短路电流的 87 单相接地短路电流约在三相短路电流的 60 125 之间 4 2 短路电流计算假设 短路计算的基本假设条件 1 磁路是饱和的 磁滞忽略不计 系统中各元件的参数便都是恒定的 可以运 用叠加原理 2 系统中三相除不对称故障处以外都可当做是对称的 因而在应用对称分量法 时 对于每一序的网络可用单相等值电路进行分析 3 对于 3 35kV 级电网中短路电流的计算 可以认为 110kV 及以上的系统容量 为无限大 只要计算 35kV 及以下的网络元件阻抗 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 4 短路电流的计算一般都以三相短路为计算条件 因为单相短路或二相短路的 短路电流都小于三相短路 能够分段三相短路电流的电器 一定能够分段单 相短路电流或二相短路电流 5 无限大功率电源 当电力系统的电源距短路点的电气距离较远时 由短路而 引起的电源输出功率的变化S 远小于电源电源所具有的功率 S 则称该 电源为无限大功率电源 4 3 学校 1 配电室短路电流计算 本文中的短路电流计算主要是针对学校 1 配电室 图书馆行政楼区 通过学校 1 配电室的短路电流计算得到相应的数据指示 主要通过标幺值计算法计算短路电流 的大小 标幺值为一种相对单位制 标幺值是一个无单位量 为任何一参数对其基准 值的比值 采用标幺法能够省去不同电压级别之间的电气参量计算 下图为 220kV 变 电站到 10kv 配电系统的过程简化为计算电路下图 4 1 所示简化为 容量以变电站出现 的母线容量为准 其容量值为 500kVA G K 1 K 2 S9 M 1250 10 500kVA10 5kVA 0 4kV 220kV变电站 架空线路 配电室1 图 4 1 计算电路 下面为计算短路电流的一般步骤为 1 主要参数 基准视在功率 MVA d S 基准电流 KA d I 基准电压 d U 变压器两侧进出电压有效值 c U 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 短路冲击电流 sh I 短路冲击电流 全电流最大瞬间时值 sh i 2 基准值的求解 标幺值为选定一个基准容量 和基准电压 此 d S d U 时将基准容量设为 100MVA 其中短路容量 S 即高压侧 d S d U c U 10 5kV 低压侧 0 4kV 则 1d U 2d U 1 2 100 144 330 4 d d d SM VA IKA UkV 2 1 100 5 5 3310 5 d d d SM VA IKA UkV 3 电力系统的电抗标幺值 100 0 2 500 M VA X M VA 4 架空 电缆线路电抗标幺值 1 2 0 355100 1 59 10 5 M VA X kV 5 计算变压器电抗标幺值 2 4 51001000 3 6 1001250 M VA X 6 计算点的短路阻抗 短路电流和短路容量 1k 总阻抗 1 1 1 79 k XXX 三相短路电流周期分量有效值kA 2 1 1 3 07 d k k I I X 其他短路电流 1 3 07 K IIIKA kA 1 51 sh I kA 2 553 077 83 sh i 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 三相短路容量 1 1 100 1 7955 87 d k k S SM VAM VA X 7 计算二次侧 点的短路阻抗 短路电流和短路容量2k 总阻抗 123 1 5 39 k XXXX 三相短路电流周期分量有效值kA三 2 2 2 26 72 d k k I I X 各三相短路电流 1 26 72 K IIIKA kA 1 0929 12 sh I kA1 84 sh i 短路容量综 2 2 100 5 3918 55 d k k S SM VAM VA X 上可以得到上述三相短路电流的计算值如下表 4 1 所示 三相短路电流 KA三相短路容量 MVA短路计算点 k I I I sh I sh i K S k 1 点 3 073 073 074 647 8355 87 k 2 点 26 7226 7226 7229 1249 1618 55 表 4 1 三相短路电流计算 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 5 设备选型和动热稳定性校验 5 1 动热稳定性校验概述 动热稳定计算是电流通过电气设备有热效应和力效应 本节主要介绍电气设备 在 发热状况和短路状况 的发热和电动力计算 导体和电器在正常工作状态时 电 流和电压均未超过允许值 导体通过的电流较小 产生的热量有充分时间散到周围介 质中 热量是平衡的 对应的发热为长期发热 而当电路出现短路故障时 导体通过 的短路电流大 产生的热量很多 而时间短 所以产生的热量向周围介质散发的很少 几乎都用于导体温度升高 热量是不平衡的 对应的发热为短时发热 为了限制电气设备发热的有害影响 保证导体的可靠性和正常的使用寿命 我们 在选择设备时都要按照动热稳定性校验值来选择合适的设备 5 2 高压进线的选择与校验 高低压配电电路最普遍的两种户外结构是架空线和电缆 架空线的主要优点是 设备简单 造价低 有故障易于检修和维护 利用空气绝缘 建造比较容易 电力电 缆的建设费用高于架空线路 具有美观 占地少 传输性能稳定 可靠性高等特点 对于高压开关柜 从柜下进线时一般需通过电缆引入 因此 采用架空线长距离 传输 再由电缆线引入的接线方式 对给变压器供电的高压进线以及变电所用电电源线路 因短路容量较大而负荷电 流较小 一般先按短路热稳定条件选择导体截面 然后再校验发热条件 5 2 1 开闭所架空线的选择 按照学校整体的变压器容量 8650kVA 的 50 负荷计算 另外一电源供给负荷 50 可以得到计算电流 8650 0 5 17 32 237 81A 10 5kV I 80 3 n N S U N U 按热稳定条件选择导体截面 长度为 3km 通过查询得 C 87A 取 1 2 取值为继电器动作时间 s 2 m m ima t A 103 C 3 07 103 87 51 25 m i n AI ima t 2 1 2 m m 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 初选 70的 LGJ 型钢芯铝绞线 温度采样水平为 25 2 m m 通过查询得 70的 LGJ 型钢芯铝绞线在 25 时的载流量为 275A 大于 2 m m 237 81A 故满足条件 5 2 2 学校 1 配电室电缆进线的选择 按热稳定条件选择导体截面 通过查询得 C 143A mm2 取 1 2 sima t A 103 C 4 07 103 143 31 18 m i n AI ima t 2 1 2 m m 初选 35的 YJY 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆 2 m m 1 配电室总计算电流为 936 47 17 32 54 07A c I 3 NN SU 通过查询可得 35的型三芯交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆在 25 的空气 2 m m YJY 中敷设时的载流量为 172A 大于计算电流 54 07A 故选择 35的型三芯交联聚 2 m m YJY 乙烯绝缘铜芯电力电缆 5 3 学校 1 配电室一次设备的选择 变压器一次设备主要指的有高压断路器 高压隔离开关 高压熔断器 高压互感 器设备等 通过对它们的动热稳定性校验 我们可以通过查看相关手册选择合适的设 备和工具 实现我们的高压配电任务 5 3 1 高压断路器的选择 高压断路器除在正常情况下通断电路外 主要是在发生故障时 自动而快速的将 故障切除 以保证设备的安全运行 常用的高压断路器有油断路器 六氟化硫断路器 和真空断路器 1 高压断路器的主要参数 额定电压 是指断路器正常工作时的线电压 额定电流 是指环境温度在 N U N I 40 时 断路器允许长期通过的最大工作电流 额定断开电流 它是断路器开断 br N I 能力的标志 其大小与灭弧室的结构和介质有关 额定开断容量 开断能力常用 brN S 断流容量表示 brNNbrN IUS 3 2 选择时 除按一般原则选择外 由于断路器还有切断短路电流 因而必须校 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 验短路容量 热稳定性及动稳定性等各项指标 按工作环境选择 选择户外或户内 若工作条件特殊 还需要选择特殊型式 按 额定电压选择 应该大于或等于所在电网的额定电压 即 按额定电流选择 UUN 应该等于或大于负载的长时最大工作电流 即 校验高压断路器的热稳定 marN II 性 校验高压断路器的动稳定性 校验高压断路器的断流容 2 2 tima I tI t sh ii max 量 或开断电流 熔断断流容量按校验 2 0 SS ocN 根据上述分析并查资料 10KV 高压断路器选择 VS1 12 630 16 型断路器 1 高压侧的电气条件VS1 12 630 16 型断路器序 号项目数据项目数据结论 1 N U 10kV N Q F U 12kV合格 2 c I54 07A N Q F I 630A合格 3 3 k I3 07kA oc I 16kA合格 4 3 sh i 7 38kA m ax I 40kA合格 5 2 i m a It 3 07kA 2 1 2 S 11 31 kA2 S 2 t I t 16kA 2 4S 1024kA2 S 合格 表 5 1 高压断路器的选择校验表 5 3 2 高压隔离开关的选择 1 高压隔离开关的作用 高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线路的 输电设备 以及对被检修的高压母线 断路器等电器设备与带电的高压线路进行电气 隔离的设备 2 形式结构 高压隔离开关一般有底座 支柱绝缘子 导电刀闸 动触头 静 触头 传动机构等组成 一般配有独立的电动或手动操动机构 单相或三相操动 高 压隔离开关主刀闸与接地刀闸间一般都设有机械连锁装置 确保两者之间操作顺序正 确 各类高压隔离开关 接地开关根据不同的安装场所有各种不同的安装方式 根据设计条件 选择户内型高压隔离开关 根据上述条件和要求并查表有 10KV 的高压隔离开关选择 GN19 10C 400 型 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 1 高压侧的电气条件GN19 10C 400 型隔离开关序 号项目数据项目数据结论 1 N U 10kV N Q F U F 10kV合格 2 c I54 07A N Q F I 400A合格 3 3 k I oc I 4 3 sh i 7 83kA m ax I 50kA合格 5 2 i m a It 3 07kA 2 1 2 S 11 31kA2 S 2 t I t 12 5kA 2 4S 625kA2 S 合格 表 5 2 高压隔离开关的选择校验表 5 3 3 高压熔断器的选择 高压熔断器是一种过流保护元件 由熔件与熔管组成 当过载或短路时 熔件熔断 达到切断故障保护设备的目的 电流越大 熔断时间越短 在选择熔件时 除保证在 正常工作条件下 包括设备的起动 熔件不熔断外 还应该符合保护选择性的要求 高压熔断器的选择 除按环境 电网电压 电源选择型号外 还必须按 校验熔断器的断流容量 选择的主要指标是选择熔件合熔管的额定电流 熔 SS brN 断器额定电流按 选 III FENFUN 所选择的熔件应在长时最大工作电流及设备起动电流的作用下不熔断 在短路电 流作用下开关熔断 要求熔断器特性应与上级保护装置的动作时限相配合 即动作要 有选择性 这里主要用做电压互感器保护用 根据上述条件并查表有 10kV 的高压熔断器选择 XRNP3 10 型熔断器 表 5 3 高压熔断器的选择校验表 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 1 高压侧的电气条件XRNP3 10 熔断器序号 项目数据项目数据结论 1 N U 10kV N Q F U F 10kV合格 2 c I54 07A N Q F I 100A合格 3 3 k I oc I 4 3 sh i 7 83kA m ax I 50k