小区供配电设计.doc

本科毕业设计 论文 题目题目 沁园小区配电设计沁园小区配电设计 学院名称 电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院 专业班级 电气工程及其自动化专业电气工程及其自动化专业 学生姓名 丛海红丛海红 导师姓名 肖中俊肖中俊 2012 年 06 月 02 日 I 47 目目 录录 摘要 1 ABSTRACT 2 第一章 绪论 3 1 1 引言 3 1 2 供电设计的一般原则 3 1 3 设计内容及步骤 3 1 4 设计所需要做的工作 5 第二章负荷计算第二章负荷计算 5 2 1 负荷计算的方法 5 2 2 小区总的计算负荷 6 2 3 无功功率补偿 8 2 3 1 提高功率因数的意义 8 2 3 2 小区无功补偿容量的计算 9 第三章变电所位置及主变压器和主接线方案的设计第三章变电所位置及主变压器和主接线方案的设计 10 3 1 变电所位置的选择 10 3 2 变电所主变压器的选择 11 3 2 1 变压器选型的原则 11 3 2 2 变压器出力计算 12 3 3 变电所主变压器和主接线方案的选择 13 3 3 1 变配电所主接线的选择原则与一般要求 13 3 3 2 主接线方案选择 14 第四章第四章 短路计算及变电所高低压侧电气设备的选型和校验短路计算及变电所高低压侧电气设备的选型和校验 15 4 1 短路电流的基本概念 15 4 2 短路电流计算 16 4 2 1 绘制计算电路 16 4 2 2 确定基准值 16 4 2 3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值 17 4 2 4 计算 k 1 点 10 5kV 侧 的短路电流总阻抗及三相短路电流和短路 容量 17 4 2 5 计算 k 2 点 0 4kV 侧 的短路电路总电抗及三相短路电流和短路 容量 18 第五章第五章 变电所电气设备的选型和校验变电所电气设备的选型和校验 18 5 1 电气设备选择的一般条件 19 5 1 1 按正常工作条件选择电气设备 19 5 1 2 按短路状态进行校验 19 5 1 3 断路器 隔离开关的短路稳定度校验 20 5 1 4 熔断器的校验 20 5 1 5 电流互感器的短路稳定度校验 20 5 1 6 电压互感器的校验 21 5 2 高压母线以上电气设备的选择与校验 21 5 3 高压母线到变压器高压侧间电气设备的选择与校验 21 5 4 变压器低压侧电气设备的选择与校验 22 第六章第六章 变电站进出线的选择与校验变电站进出线的选择与校验 22 6 1 高低压母线的选择与校验 22 6 2 变电站进出线和与邻近单位联络线的选择 22 6 2 1 10kV 高压进线和引入电缆的选择 22 6 2 2 邻近单位高压联络线的选择 24 6 2 3 380V 低压出线的选择 24 第七章第七章 变电所二次回路设计及继电保护整定变电所二次回路设计及继电保护整定 26 7 1 二次回路 26 7 2 小区供配电系统的保护 27 7 2 1 继电保护装置的任务 27 7 2 2 继电保护装置的组成 28 7 3 变电所的保护装置 28 7 3 1 变压器继电保护 29 7 3 2 10KV 侧继电保护 29 7 3 3 380V 侧低压断路器保护 30 第八章小区防雷接地第八章小区防雷接地 31 8 1 小区变配电所的防雷 31 8 1 1 变电所直击雷防护 32 8 1 2 防止由电源线路进入的过电压 32 8 1 3 避雷针的设置 33 8 2 接地装置的设计 35 8 2 1 防雷引下线设计 35 8 2 2 防雷接地设计 36 致谢致谢 37 参考文献参考文献 38 III 47 附录附录 39 1 47 摘摘 要要 电能是各行各业生产生活的主要能源和动力 因此做好供配电系统的设计对于各 企事业单位及其他所有用电单位的正常工作具有十分重要的意义 随着我国国民经济 持续快速稳定增长 人民生活水平不断提高 住宅小区的建设日新月异 大规模住宅 小区的建设已成为城市建设的新亮点 人民群众对住房需求越来越高 住宅要求面积 大 功能全 适用性好 新建住宅小区配套电力建设 作为小区建设中十分关键的部 分 能否保障今后居民可靠供电 将成为影响今后居民生活的重要因素 在本课题的设计中 主要对生活小区的负荷计算 功率补偿 变压器容量和台数 的选择 变电所位置和接线的选择与设计 短路电流的计算 主接线和二次回路设计 以及继电保护和防雷接地进行了系统的分析与设计 关键词关键词 低压供配电 负荷计算 功率补偿 变压器 继电保护 防雷保护 ABSTRACT The electric power is the major energy and power in the production and life of all aspects of life so it is of great significance to do a good job for the design of power supply and distribution system for all enterprises and all other power units in the normal work Since the reform and open policy our country national economy has continued the fast stable growth the living standards enhances unceasingly residential district s construction changes with each new day the large scale residential district s construction has become urban construction s new luminescent spot people are getting higher and higher to the housing demand the housing request area is big the function entire the serviceability is good The newly built residential district necessary electric power construction takes in the plot construction the very essential part whether to safeguard the resident to supply power reliably from now on will become the important attribute which the influence the resident will live from now on In this topic s design mainly to small unit residential area s load computation the power compensation the transformer capacity and the Taiwan number s choice the transformer substation position and the wiring choice and the design short circuit current s computation the host wiring and the secondary circuit design as well as the relay protection and the anti radar earth has carried on system s analysis and the design KEY WORDS Low voltage power supply and distribution Load computation Power compensation Transformer Relay protection Lighting protection 3 47 第一章第一章 绪论绪论 1 1 引言 随着社会的不断进步和创建文明城市 文明小区活动的开展 对供配电设施的要 求也越来越高 因此 供配电设施要坚持服务和服从于文明城市 文明小区创建活动 的要求 坚持美化城镇 小区形象 合理布局 科学规范的原则 要有超前意识和适 应不断发展变化的新形势 否则 将有可能造成重复建设 不仅造成资金 资源的浪 费 还要影响居民用电 而且供电是小区配套的重要一环 投资较大 并与小区居民生活息息相关 如何 合理地进行小区的供电规划设计 以一定的投人 满足住房的用电要求 并且考虑到 今后的发展 是大家共同关心的问题 所以提高住宅功能质量 改善居住环境 要求 小康住宅功能全 舒适 温馨 美观 安全 要求住宅小区功能齐全 配套设施完善 管理先进 安全卫生 环境幽雅成为建设中的必要条件 小区用电一般分为生活用电 公共建筑用电 道路照明及景观照明用电 随着城 市居民生活水平的不断提高 家用电器日益普及 小区用电负荷越来越大 出现了越来 越多的负荷集中 供电密度大的供电小区 他们要求供点可靠性高 设备选型先进 是现 代化配电网的发展方向 现在国内外生活小区供电的发展主要包括 供电电压等级的提 高 接线方式及配电线路的优化 开闭所及配电站设备选型 除此之外 随着小区用电 量的增大节能也是一个越来越重要的课题 1 2 供电设计的一般原则 生活小区供电设计必须遵循以下原则 1 小区供电设计必须遵守国家的有关法令 标准和规范 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 小区供电设计应做到保障人身和设备的安全 供电的可靠 电能质量合格 技术 先进和经济合理 设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高 能耗低 性能先进 的电气产品 3 小区供电设计必须从全局出发 统筹兼顾 按照负荷性质 用电容量 工程特点 和地区供电条件 合理确定设计方案 4 小区供电设计应根据工程特点 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 近期结合 以近期为主 适当考虑扩建的可能性 1 3 设计内容及步骤 小区总降压变电所及配电系统设计 是根据负荷数量和性质 对负荷的要求 以 及负荷布局 结合国家供电情况 解决对各部门的安全可靠 经济的分配电能问题 其基本内容有以下几方面 1 负荷计算与无功补偿 1 用电设备组计算负荷的确定 在工程中常用需要系数法和二项式法 2 无功功率补偿及其计算 2 小区变配电所及主变压器的选择 1 选择变配电所地址 2 选择变配电所型式 3 变电所主变压器台数和容量的选择 4 变电所主变压器型式和联结组别的选择 3 小区变配电所主接线方案的设计 变配电所的主接线应满足安全 可靠 灵活和经济等要求 1 了解设计原则与要求 2 确定技术经济指标 3 主接线方案的选择 4 供配电线路的设计计算 1 变配电所进出线的选择 2 对小区进行配电线路的设计 3 选择导线和电缆 5 小区短路电流的计算 1 短路计算的方法有欧姆法和标幺值法 2 三相短路的计算 6 电器设备的选择和校验 1 一次设备的选择与校验 2 熔断器和熔体的选择计算 3 低压断路器的选择计算 4 电流互感器的选择计算 5 电压互感器的选择计算 7 继电保护及二次接线设计 1 选择与整定继电保护装置 2 断路器控制回路与信号装置的选择 3 设计与安装二次回路接线 8 小区变电所的布置与结构设计 1 首先对变配电所进行总体布局 2 对配电室具体布置以及了解结构要求 9 节约电能与提高小区供电系统的功率因数 1 制定电能平衡计划 挖掘节电潜力 2 计算电能损耗 3 提高自然功率因数 4 功率因数进行人工补偿 5 47 10 变电所防雷装置设计 1 对变配电所和线路进行防雷保护 2 建筑物防雷保护 3 选择防雷装置 4 计算接地装置 11 小区照明方案设计 在设计中要根据建筑物的形式等有关情况及因素合理选择光源 灯型以及等座分 布 12 在计算选型设计完成后 通过实践验证可行性 1 4 设计所需要做的工作 本课题主要研究内容是电气自动化领域中的工厂供电配电技术以及供电系统的保 护和电力系统的运行 通过低压配电系统的设计制定合理的生活小区系统低压配电设 计方案 灵活运用工厂供电的相关知识对住宅小区供电系统中的负荷计算 无功负荷 的计算与补偿 电气设备的选择 电力线路的设计 以及供电系统的保护等进行进一 步实践和论证 同时在熟悉正泰 施耐德等低压电器特点特性的基础上 选择合适的低 压电器型号以及导线的选型及配合等 以满足实际需要 运用所学的工厂供电 电气 控制及 PLC 电力系统继电保护 电机与拖动基础 电力电子技术等课程所学知识设计 一套完整的住宅小区供电系统 第二章第二章 负荷计算负荷计算 2 1 负荷计算的方法 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 尖峰电流是指单台或多台用电设备持续时间 1 2 秒的最大负荷电流 一般取启 动电流周期分量作为计算电压损失 电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等 的依据 在校验瞬动元件时 还应考虑启动电流的非周期分量 3 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 在生活小区的供电设计中 所谓负荷是指电气设备 发电机 变压器 电动机等 和线路中流过的功率或电流 因电压一定时 电流与功率成正比 而不是它们的阻抗 例如 发电机 变压器的负荷是指它们输出的电功率 或电流 线路的负荷是指通过 线路的电功率 或电流 如果负荷达到了电气设备额定容量就叫做满负荷或满载 进 行生活供电设计 首先遇到的是全小区要用多少电 即负荷计算问题 由于各种用电 设备在运行时 其负荷大小是不断变化的 各设备亦不同 各个用电设备的最大cos 负荷一般不会同时出现 所有设备又不同时工作 因导线截面及电气设备额定容量选 择取决于计算负荷的大小 若计算负荷过大 则所选导线截面及电气设备的额定容量 就大 将造成投资和设备的浪费 若计算负荷过小 则所选导线截面及电气设备的额 定容量就小 将造成导线及电气设备过热 使线路及各种电气设备的绝缘老化 过早 的损坏 负荷计算是小区供电的一个重要环节 其目的就是为了合理的选择供电系统 中的导线 开关电器 变压器等设备 使电气设备和材料既能得到充分的利用又能满 足电网的安全运行 另外 也是选择仪表量程 整定继电保护的重要依据 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 d K 后按照公式求出各住宅楼计算负荷 主要计算公式如下 1 有功计算负荷 单位为 kW 2 1 edP KP 30 2 无功计算负荷 单位为 kvar 2 2 tan 3030 PQ 3 视在计算负荷 单位为 kVA 2 3 cos 30 30 P S 2 4 2 30 2 3030 QPS 4 计算电流 单位为 A 2 5 N U S I 3 30 30 2 2 小区总的计算负荷 生活小区的负荷计算如表 2 1 所示 表 2 1 小区的负荷计算表 小区 名称 负荷 类别 设备 容量 需要 系数 d K 功率 因数 1 cos tan 30 P kW 30 Q kvar 30 S kVA 30 I A 7 47 动力600 30 701 021818 36 照明4000 70 900 48280134 4 1 住 宅 楼 小计460 298152 76334 87509 39 动力600 30 701 021818 36 照明4000 70 900 48280134 4 2 住 宅 楼 小计460 298152 76334 87509 39 动力600 30 701 021818 36 照明5000 70 900 48350 0168 0 3 住 宅 楼 小计560 368186 36412 33627 22 动力600 30 701 021818 36 照明5000 70 900 48350 0168 0 4 住 宅 楼 小计560 368186 36412 33627 22 动力1000 60 701 0260 061 2 照明20 80 950 331 60 5 锅 炉 房 小计102 61 661 787 19132 63 动力000000 照明500 60 900 4830 014 4 路 灯 系 统 小计50 30 014 433 2850 56 动力340 照明1852 1423 6754 34 总 计 380 侧 计入 0 80 p K 0 85 q K 0 84 1138 88641 1891306 91988 1 2 3 无功功率补偿 2 3 1 提高功率因数的意义 在一般的电力用户中 绝大多数用电设备都呈现电感性 需要从电力系统中吸取 无功功率 如果用电设备功率因数太低 在有功功率不变的情况下 无功功率便增加 这将带来以下的不良后果 1 系统中输送的总电流增大 使得供电系统中的电器元件 如变压器 电气设备 线等容量增大 从而使小区内部的启动控制设备的尺寸增大 因而增大了初期投资费 用 2 由于无功功率的增大而引起的总电流增大 使得设备及供电线路的有功功率损耗 相应地增大 3 由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流 因此总电流增大 就使得 供电系统中的电压损失增大 使得调压困难 4 对电力系统的发电设备来说 无功电流的增大 对发电机转子的去磁效应增加 电压降低 过度增大励磁电流 则使转子绕组的温升超过允许范围 为了保证转子绕 组的正常工作 发电机就不能达到预定的出力 无功功率对电力系统和小区内部的供电系统都有不良的影响 因此 供电单位和 小区内部都有降低无功功率需要量的要求 无功功率的减少就相应地提高了功率因数 目前供电部门实行按功率因数征收电费 因此功率因数的高低也是供电系统的一项重 要的经济指标 供电的功率因数 是衡量对电能的利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表 性的重要指标 根据国家标准 GB3458 83 评价企业合理用电技术导则 规定 企业 供电的功率因数应达到 0 9 以上 又据国家标准 GB50052 95 供配电系统设计规范 规定 当采用提高自然功率因数措施后 仍达不到电网合理运行要求时 应采用并 联电力电容器作为无功补偿装置 在工业企业电力用户中 绝大多数用电设备都呈现电感性 需要从电力系统吸取 无功功率 除白炽灯 电阻电热器等设备负荷的功率因素接近于 1 以外 其他设备 如三相交流异步电机 三相变压器 电抗器等 的功率因数均小于 1 特别是在轻载 情况下 功率因数将更低 用电设备功率因数降低之后 在有功功率保持不变的情况 下 无功功率便增加 这将带来以下许多不良后果 1 增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗 若设备的功率因数降低 在保证输送同样的有功功率时 无功功率就要增加 因 为Q Ptan 这样势必就要在输电线路中传输更大的电流 因此使输电线路上的有功 功率损耗和电能损耗增大 R U QP P 2 22 2 使电力系统内的电气设备容量不能充分利用 因为发电机或变压器都有一定的额定电压和额定容量 在正常的情况下 运行参 数不容许超过这些额定值 根据关系式 P 可知 如果功率因数降低 则有 cos3UI 功出力也将随之降低 使设备容量不能得充分利用 9 47 3 功率因数过低还将使线路的电压损耗增大 由于 所以无功功率 Q 增加 电压损耗也将增加 结果使负荷端 PRQX U U U 的电压下降 甚至会低于容许的偏移值 从而严重影响异步电动机及其他用电设备的 正常运行 特别是在用电的高峰期 功率因数过低 会出现大面积地区的电压偏低 这对生产造成很大的损失 综上所述 电力系统功率因数的高低是十分重要的问题 因此必须设法提高电网 中各有关部分的功率因数 以充分利用电力系统内各发电设备和变电设备的容量 增 加其输电能力 减小供电线路导线的截面 节约有色金属 减小电网中的功率损耗和 电能损耗 并降低线路中的电压损失与电压波动 以达到节约电能和提高供电质量的 目的 2 3 2 小区无功补偿容量的计算 供电单位在小区进行初步设计是对功率因数提出一定的要求 因此小区需装设无 功补偿装置 对功率因数进行人工补偿 补偿容量的确定可按下式确定 2 tan tan 2130 PQC 6 式中 补偿前自然平均功率因数角对应的正切值 1 tan 1 cos 补偿后功率因数对应的正切值 2 tan 2 cos 考虑到提高自然功率因数的可能 使补偿装置容量减少的系数 由表可知 小区 380V 侧最大负荷时的功率因数只有 0 84 而供电部门要求小区 10KV 进线侧最大负荷时功率因数不低于 0 95 则 380V 侧所需无功功率补偿容量 var66 361 var 95 0 tan arccos 84 0 tan arccos88 1138 tan tan 2130 K KPQC 2 7 补偿装置选 PGJ1 型低压自动补偿屏 并联电容器为 BW0 4 14 3 型 采用方案 主屏 1 台与 辅屏 4 台相组合 总共容量 84Kvar 5 420Kvar 则无功补偿后小区 380V 侧和 10KV 侧的负荷计算表如表 2 2 所示 表 2 2 无功补偿后小区的计算负荷 计算负荷 项目 cos 30 kw P Kvar 30 Q 30 kvA S 30 A I 380V 侧补偿前负荷0 841138 88753 91390 42113 380V 侧无功补偿容量 420 380V 侧补偿后负荷0 961138 88221 191215 11846 主变压器功率损耗 0 015 30 S0 06 30 S 10KV 侧负荷总计0 951156 3290 771192 368 9 第三章第三章 变电所位置变电所位置及主变压器和主接线方案的设计及主变压器和主接线方案的设计 3 1 变电所位置的选择 正确选择变电所所址 不仅影响变电所建设的技术与经济上的合理性 而且也涉 及到变电所安全可靠运行 配变电所位置选择 应根据下列要求综合考虑确定 1 接近负荷中心 2 进出线方便 3 接近电源侧 4 设备吊装 运输方便 5 不应设在有剧烈振动的场所 6 不宜设在多尘 水雾 如大型冷却塔 或有腐蚀性气体的场所 如无法远离时 不 应设在污源的下风侧 7 不应设在厕所 浴室或其他经常积水场所的正下方或贴邻 8 不应设在爆炸危险场所以内和不宜设在有火灾危险场所的正上方或正下方 如布 置在爆炸危险场所范围以内和布置在与火灾危险场所的建筑物毗连时 应符合现行的 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 的规定 9 配变电所为独立建筑物时 不宜设在地势低洼和可能积水的场所 10 高层建筑地下层配变电所的位置 宜选择在通风 散热条件较好的场所 11 配变电所位于高层建筑 或其他地下建筑 的地下室时 不宜设在最底层 当地 下仅有一层时 应采取适当抬高该所地面等防水措施 并应避免洪水或积水从其他渠 道淹渍配变电所的可能性 小区的平面图及变电所位置如图 3 1 所示 11 47 1 住 住 住 2 住 住 住 4 住 住 住 3 住 住 住 5 住 住 住 住 住 住 图 3 1 小区的平面图及变电所位置 3 2 变电所主变压器的选择 3 2 1 变压器选型的原则 变压器是利用互感原理来改变同频率交流电压高低的一种电气设备 在电力系统 输配电中占有很重要的地位 且极为广泛地应用于国民经济的各个领域 其中 l0kV 配 电变压器在交流输配电系统中作为分配电能 变换电压之用 广泛地采用在住宅小区 供电系统中 因此能否选择好 l0kV 配电变压器就成为供配电设计一个重要环节 l0kV 配电变压器种类较多 一般有矿油变压器 硅油变压器 六氟化硫变压器 干式变压器及环氧树酯浇铸变压器等 因此变压器的选型就应综合考虑下列因素 1 变电所所在的具体位置 2 建筑物的防火等级 3 建筑物的使用功能 4 主要用电设备对供电的要求 5 当地供电部门对变电所的管理体制 配电变压器设在地下室时 根据消防要求 一般不宜选用矿油油浸变压器 地下 室一般比较潮湿 通风条件不好 不适宜选用空气绝缘干式变压器 宜采用硅油型 环氧树酯浇铸或六氟化硫型变压器 虽然矿油变压器各项性能指标有一定的缺陷 但 由于其价格低 在国内被广泛地采用 但应优先选用低损耗变压器 目前广泛生产的 SL7 s7 s9 等配电变压器都是低损耗变压器 其中 SL7 型变压器线圈用铝线绕制 导电性和可焊性稍差 S7 S9 等系列变压器线 圈用铜芯线绕制 故损耗小于 SL7 系列 变压器是小区供电系统中的核心部件 其台数及容量的选择直接关系到小区供电系 统的可靠性和经济性 根据小区电力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保证重要负荷连续供电的要求 对于季节性负荷或 昼夜负荷变动较大的变电所 也应采用两台变压器 以满足经济运行方式的要求 任意 一台变压器单独运行时应该满足总计算负荷 S30 的大约 70 的需要 同时还应满足全部 一 二级负荷 S 的需要 在选择确定变电所主变压器台数及容量时 还应考虑到 今后负荷的发展 选择变压器数量和容量时 一般考虑以下原则 1 用电负荷的分类和不能供电的中断程度 2 电源可进线的条件 3 负荷的均衡性 为减少电能损耗 有时需要选择两台变压器 4 负荷中有无大型冲击负荷 如大型电动机 大型电炉等 5 运输及建筑物高度等 在此配电设计中总负荷 S30 1192 3KVA 从经济角度考虑选择一台变压器就可以承 担其负荷 和高效率的运行 但是从安全角度和用电负荷不能中断的程度 所以要在 安全可靠的前提下再考虑经济 需选择两个变压器 两台变压器的备用方式有以下两 种 1 明备用 两台变压器均按 100 的负荷选择 即一台工作 另一台备用 2 暗备用 每台变压器都按照最大负荷的 70 选择 正常情况下 两台变压器都参加 工作 这时 每台变压器可以承担约 50 的负荷 变压器在正常情况下的负荷为 50 70 0 71 完全满足经济需要 在故障情况下 由于三班制 所以可以75 0 过负荷 1 4 倍 1 6h 连续 5 天 即 1 4 70 100 承担全部最大负荷 暗备用的方式即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 是比较合理的备用方式 与明备用不同的地方是 在达到规定的过负荷允许时 间以后 必须根据负荷的平稳均衡情况 切除部分直到 30 的负荷 而明备用则不需要 由于变压器在故障情况下 可以切除部分负荷 从时间上和负荷调整上都做的到 因 此暗备用的方案是我们的选择 3 2 2 变压器出力计算 通过上面的论证我们可以得到 选择变压器暗备用方式 每个变压器在正常情况 下承担占总负荷约 50 的负荷 每台变压器都按最大负荷的 70 选择 那么变压器的效 率就等于 0 71 小区总负荷为 1254 3KVA 那么我们要选变压器的理论值就等于 3 1 KVAKVASN61 834 3 11927 0 但是在实际中 变压器的出力是当地的气候条件有联系的 尤其是温度 设变压 器安装地点的年平均气温 则每升高 变压器出力应减少 1 因C av 20 0 av 0 C 1 此变压器的实际出力为 3 2 TN av TNN SSKS 100 20 1 考虑到我们的变电所为室内型 户内变压器由于散热条件较户外型差 一般变压 器室内出风口与进风口之间有大约的温差 从而使变压器中间的变压器环境温度C 15 13 47 较之户外大约高出 因此变压器的实际出力要比同地的户外变压器又减少 8 即C 8 变压器的实际出力为 3 3 100 20 92 0 av TNN SKS 为户内变压器的温度校正系数 K 在我们的设计中 已知该地区年最热月 七月平均温度22 7 则 av 3 4 KVA K S S N TN 6 934 100 20 7 22 92 0 61 834 考虑选择的变压器 由于油式的变压器的过负荷能力相对于干式较KVASNT1000 强 所以选择 S9 1000 10 型变压器两台 3 3 变电所主变压器和主接线方案的选择 3 3 1 变配电所主接线的选择原则与一般要求 所谓主接线图是表示变配电所的电能输送和分配路线的电路图 称为主电路或一 次电路图 也称主接线图 另一种是用来控制 指示 测量和保护主电路及设备运行 的电路图 称为二次电路图或二次回路图 一般二次回路是通过电流互感器和电压互 感器与主电路相联系的 变配电所的主接线方案原则与一般要求 1 安全性 应符合国家标准和有关技术规范的要求 能充分保证人身和设备的安全 因此接 线方案中必须遵从以下原则 1 在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧 必须装设高压隔离开关 2 在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧 必须装设低压刀开关 3 在装设高压熔断器负荷开关的出现柜母线侧 必须装设高压隔离开关 4 35KV 以上的线路末端 应装设与隔离开关连锁的接地刀闸 5 变配电所高压母线上及架空线路末端 必须装设避雷器 2 可靠性 应满足各级电力负荷对供电可靠性的要求 也就是变配电所的主接线方案 应与 其电力负荷的级别相适应 1 变配电所的主接线方案 必须与其负荷级别相适应 2 接于公共干线上的变配电所电源线首端 应装设带有断路保护的开关设备 3 对于一般生产区的车间变电所 宜由工厂总变配电所采用放射式高压配电 以 确保供电可靠性 4 变电所低压侧的总开关 宜采用低压熔断器 3 灵活性 应能适应供电系统所需要的各种运行方式 便于操作维护 并能适应负荷的发展 有扩充改建的可能性 1 变配电所的高低压母线 一般宜采用单母线或单母线分段 2 两路电源进线 装有两台主变压器的变电所 当两路电源同时供电时 两台主 变压器一般分列运行 当只有一路电源供电 另一路电源备用时 则两台主变压器并 列运行 若变压器并列运行时则必须满足下面三个条件 各台变压器的电压比 变比 应相同 各台变压器的阻抗电压应相等 各台变压器的接线组别应相同 3 主接线方案与主变压器经济运行的要求相适应 4 经济性 在满足上述要求的前提下 应尽量使主接线简单 投资少 运行费用低 并节约 电能和有色金属消耗量 应尽量选用技术先进有经济适用的技能产品 主接线方案力 求简单 3 3 2 主接线方案选择 选用两台变压器的变电所 可以采用两变压器最大运行方式为并联运行和最大运 行方式为分列式运行 最大并联式运行两台变压器共同承担负荷 当发生短路或发生 故障时 两台变压器共同承担 这样不是很合理 如果采用最大方式为分列式 低压 端采用母线分段 在正常情况下 各台变压器分别对母线 1 2 段进行供电 低压端在 一般情况下互不影响 增加了可靠性 变电所的主接线图 3 2 如下所示 15 47 电缆进线架空进线 联络线 用户用户 图 3 2 变压器主接线 第四章第四章 短路计算及变电所高低压侧电气设备的选型和校验短路计算及变电所高低压侧电气设备的选型和校验 4 1 短路电流的基本概念 短路故障是电气设备最严重的故障 对电气设备的危害性最大 所以我们要研究 其种类 产生的原因 并采取相应的措施来预防或减轻其危害程度 1 短路的种类及产生短路的原因 供电系统应该正常地 不间断地对用电负荷供电 以保证生产和生活的正常进行 但是供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏 在小区的供电设计和运 行中 不仅要考虑正常运行的情况 而且要考虑发生故障的情况 最严重的是发生短 路故障 所谓短路 就是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接 如相与相之间 相与地之间的短接等 其特征就是短接前后两点的电位差会发生显著变化 供电系统 发生短路的原因主要是由于电气设备的绝缘因陈旧老化而损坏 或电气设备受机械损 伤而使绝缘损坏 或因过电压而使电气设备的绝缘击穿所造成 另外由于错误操作 如带负荷断开隔离开关 检修后未拆除接地线而送电造成的短路 鸟兽在裸露的导 体上跨越以及风雪等自然现象亦能引起短路 短路的种类 在三相供电系统中可能发生的主要短路类型有三相短路 两相短路 两相接地短路及单相接地短路 三相短路称为不对称短路 在供电系统实际运行中发 生单相接地短路的几率最大 发生三相对称短路的几率最小 最关键的两个短路电流 最大短路电流 选择设备 导线 最小短路电流 继 电保护装置校验短路的电压与电流的相位差较正常时增大 接近于 90 度 单相短路只 发生在中性点直接接地系统或三相四线制系统中 其他 层间 层间短路 主要指电 动机 变压器和线圈等 2 短路的危害 发生短路故障时 由于短路回路中的阻抗大大减小 短路电流与正常工作电流相 比增加很大 通常是正常工作电流的十几倍到几十倍 强大的短路电流在其回路中所 产生的热及电动机效应会使电气设备受到破坏 短路点的电弧有可能烧毁设备 短路 点附近的电压会显著降低 除了影响其他设备的正常工作外 还可能使供电被迫中断 不对称接地短路所产生的零序电流 会在较近的通信线路中产生感应电势 从而干扰 通信 严重时会危及人身和设备的安全 3 计算短路电流的目的和任务 计算短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围 在变电所和 供电系统设计和运行中 基于如下用途必须进行短路计算 1 选择导线和设备 2 选择和整定继电保护装置 3 确定接线和运行方式 4 选择限流电抗器 4 2 短路电流计算 4 2 1 绘制计算电路 500MVA 2 3 S9 1000 10 5kV K 1K 2 0 4kV 1 图 4 1 短路电流计算 4 2 2 确定基准值 17 47 设 即高压侧 低压侧 则100MVA d S Ud c U 1 10 5KV d U 2 0 4KV d U 4 1 KA kv MVA U S I d d d 5 5 5 103 100 3 1 1 4 2 KA kv MVA U S I d d d 144 4 03 100 3 2 2 4 2 3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值 1 电力系统 4 2 0 500 100 3 1 MVA MVA S S X k d 3 2 架空线路 架空线的电抗 线路长 2km 1 0 36 kmX 4 65 0 5 10 100 236 0 22 1 112 kv MVA U S lXX av d 4 3 电力变压器 所用变压器的短路电压百分数为 4 5 k u 4 25 2 1000 100 100 5 4 2 1 2 1 2 1 3 MVA MVA S S U u X TN d av k 5 因此绘等效电路 如图 4 2 所示 1 0 2 2 0 65 K 1K 2 3 2 25 图 4 2 短路电流等效电路 4 2 4 计算 k 1 点 10 5kV 侧 的短路电流总阻抗及三相短路电流和短路 容量 1 总电抗标幺值 4 85 0 65 02 0 21 1 XXX k 6 2 三相短路电流周期分量有效值 4 KV KV X I I K d K 47 6 85 0 5 5 1 13 1 7 3 其它短路电流 4 47 6 3 1 3 3 K III 8 4 KAIIsh55 2 25 2 3 3 9 4 KAKAIIsh77 947 651 1 51 1 3 3 10 4 三相短路容量 4 MVA MVA X S S K d k 65 117 85 0 100 3 1 3 2 11 4 2 5 计算 k 2 点 0 4kV 侧 的短路电路总电抗及三相短路电流和短路 容量 1 总电抗标幺值 4 1210 3 25 2 65 0 2 0 321 2 XXXX k 2 三相短路电流周期分量有效值 4 KV KV X I I K d K 45 46 10 3 144 2 23 2 13 3 其它短路电流 4 45 46 3 2 3 3 K III 14 4 45 46 3 2 3 3 K III 15 4 KAKAIIsh63 5045 4609 1 09 1 3 3 19 47 16 4 三相短路容量 4 MVA MVA X S S K d k 26 32 10 3 100 3 2 3 2 17 以上计算结果综合如表 4 1 所示 表 4 1 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 k 16 476 476 4716 509 77117 65 k 246 4546 4546 4585 4750 6332 26 第五章第五章 变电所电气设备的选型和校验变电所电气设备的选型和校验 供配电系统的一次设备主要有断路器 隔离开关 负荷开关 熔断器 互感器 母线等设备 它们对电能起着接收 分配 控制的作用 高压电器选择的主要任务是 选择满足变电所及输 配电线路正常和故障状态下工作要求的合理的电器 以保证系 统安全 可靠 经济的运行条件 要使企业供电系统的安全可靠 必须正确合理的选 择各种电气设备 选择企业供电系统中高压电气设备的一般原则 除按正常运行下的 额定电压 额定电流等条件外 还应按短路情况下进行校验 5 1 电气设备选择的一般条件 5 1 1 按正常工作条件选择电气设备 1 按工作环境选择 根据工作环境的不同分为户内型 户外型 此外 还应考虑防腐蚀 防爆 防尘 防火等要求 2 额定电压 电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化 有时会高于电网的额定电压 故所选电气设备允许通过的最高电压不得低于所在电网的额定电压 在选择电气设备 时 一般可按电气设备的额定电压不低于装置地点的电网额定电压的条件选择 N U SN U 即 5 NSN UU 1 3 额定电流 电气设备的额定电流是指在额定环境温度下 电气设备的长期允许电流 应 N I N I 不小于该回路在各种不同的运行方式下的最大持续电流 即 max I 5 maxN II 2 5 1 2 按短路状态进行校验 1 短路热稳定校验 短路电流通过电气设备时 电气设备各部分温度应不超过允许值 要满足条件为 5 2 tk I tQ 3 为短路电流产生的热效应 t 为电气设备允许通过的热稳定电流和时间 k Q t I 2 电动力稳定校验 电动力稳定是电气设备承受短路电流效应的能力 也成为动稳定 满足动稳定的 条件为 或 5 essh II essh ii 4 式中 为短路冲击电流幅值和有效值 为电气设备允许通过的动 sh i sh I es i es I 稳定电流的幅值和有效值 5 1 3 断路器 隔离开关的短路稳定度校验 1 动稳定校验条件 5 3 maxsh ii 5 或 5 3 maxsh II 6 式中 开关的极限通过电流 动稳定电流 峰值和有效值 单位为 KA max i max I 开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值 单位为 KA 3 sh i 3 sh I 2 热稳定校验条件 5 imat tItI 2 3 2 21 47 7 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 短路发热时间 单位为 S ima t 5 1 4 熔断器的校验 保护电压互感器的熔体额定电流的选择 一般取为 0 5A 不必校验 5 1 5 电流互感器的短路稳定度校验 1 动稳定校验条件 5 3 maxsh ii 8 或 5 3 3 1 102 shNes iIK 9 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 N I1 电流互感器的额定一次电流 单位为 A N I1 2 热稳定校验条件 5 t t II ima t 3 10 或 5 t t IIK ima Nt 3 1 11 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 1st 电流互感器的动稳定倍数 对 t K N I1 5 1 6 电压互感器的校验 由于电压互感器两侧均装有熔断器 故并不需进行短路的动稳定和热稳定校验 5 2 高压母线以上电气设备的选择与校验 表 5 1 高压母线以上电气设备的选择与校验 选择校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10kV72A6 47kA16 5 kA 2 6 471 979 5 额定参数 N U N I oc I max i 2 t I t 高压少油断路器 SN10 10I 630 10kV630A16kA40kA 2 162512 高压隔离开关 6 8 GN10T 200 10kV200A 25 5kA 2 105500 高压熔断器 RN2 1010kV0 5A50kA 电压互感器 JDJ 1010 0 5kV 电流互感器 LQJ 1010kV100 5A 22520 1 kA 31 8kA 2 90 0 1 1 81 一 次 设 备 型 号 规 格 避雷器 FS4 1010kV 表 5 1 所选设备均满足要求 5 3 高压母线到变压器高压侧间电气设备的选择与校验 表 5 2 高压母线到变压器高压侧间电气设备的选择与校验 选择校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10kV36A3 24kA8 25 kA 2 6 471 979 5 额定参数 N U N I oc I max i 2 t I t 高压少油断路器 SN10 10I 630 10kV630A16kA40kA 2 162512 高压隔离开关 6 8 GN10T 200 10kV200A 25 5kA 2 105500 高压熔断器 RN2 1010kV0 5A50kA 避雷器 FS4 1010kV 电压互感器 JDJ 1010 0 5kV 一 次 设 备 型 号 规 格 电流互感器 LQJ 1010kV100 5A 22520 1 kA 31 8kA 2 90 0 1 1 81 表 5 2 所选设备均满足要求 5 4 变压器低压侧电气设备的选择与校验 表 5 3 变压器低压侧电气次设备的选择与校验 选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度 装置地点条参数 N U 30 I 3 k I 3 sh i 3 2 ima It 23 47 件数据380V1846A46 47kA85 47k