化纤厂降压变电所电气设计 精品.doc

前言电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。以发电厂电气部分、高电压技术、继电保护等专业知识为理论依据，主要对该厂总降压变电所及接入系统设计训练。设计步骤主要包括：负荷统计、负荷计算、方案比较、供电方式确定、短路电流计算、电气设备选择与继电保护整定以及防雷接地等内容。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。工厂供电系统的核心部分是变电所。因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。(关键词:变电所设计;负荷统计;短路电流计算;继电保护的配置)一 各车间计算负荷和无功补偿 纺练车间单台机械负荷统计见表1.1计算负荷序号车间设备名称安装容 计算负荷 1纺丝机2200.80.78 176.0137.282筒绞机560.750.75 42 31.53烘干机700.751.02 52.5 53.554脱水机180.60.8 10.8 8.645通风机2400.70.75 168 1266淋洗机200.750.78 16.5 12.877变频机9500.80.7 7605328传送机300.80.7 24 16.89 小计16061249.8918.64表1.14.全厂计算负荷计算各车间计算负荷统计见表1.2序号车间设备名称安装容量 1纺练车间1393982.4826.671283.94 2原液车间照明1040780546952 3酸站照明260169118.3206.3 4锅炉房照明320240180300 5排毒车间照明16011267.2130.6 6其他车间照明240168126210表1.2因为在一定的情况下是不可能发生所有的用电设备同时工作的情况,，如果按照全部用电设备的用电负荷之和来计算全厂计算负荷的话，势必会造成,经济不运行和浪费等,情况,也就是我们常说的大马拉小车。取全部用电负荷之和的，这样在一定程度上就避免了大马拉小车情况的发生,提高了运行效率,符合了经济生产、生活的需要。因此，本次课程设计中的全厂计算负荷就为各个设备计算负荷之和的95%即：全厂计算负荷=(纺练车间计算负荷+原液车间计算负荷+酸站照明计算负荷+锅炉房照明计算负荷+ 排度车间计算负荷+其他车间计算负荷)S=考虑5年的发展，年增长率按2%计算，全厂计算负荷 二 各车间变电所的设计选择2.1 变电所位置的选择变电所位置和数量的选择，实际上就是在整个企业内选择布置供电点。为了使供电系统合理布局及提高电能质量，必须根据企业负荷类型，负荷大小和分布特点，以及企业内部环境条件及生产工艺上的要求进行全面考虑。2.1.1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.不应设在有剧烈震动的场所。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.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。9.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。10.殊防火要求的多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配变电所，可设置在底层靠外墙部位，但不应设在人员密集场所的上方，下方，贴邻或疏散出口的两旁。2.1.2 变电所位置的选择原则1.变电所的位置尽量靠近负荷中心，特别是车间变电所更应该如此；2.进出线方便，特别是采用架空线金疮线时更应该考虑这一点；3.尽量靠近电源侧，对工厂总降压变电所要特别考虑这一点；4交通运输方便，以便于变压器和控制柜等设备的运输；5选定变电所的位置，不应妨碍工厂或车间的发展，应留有扩建的余地，适当考虑变电所本身扩建的可能。2.2车间变电所位置的确定根据地理位置及各车间计算负荷大小，决定设立3个车间变电所，各自供电范围如下：变电所：纺炼车间、锅炉房。变电所：原液车间。变电所：排毒车间、其他车间、酸站。2.3变电所型式总降压变电所变，配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变换。2.3.1 其中配电柜的作用及柜内主要元件1.便于分片（或分类）配置电源；2.当线路出现故障时，有利于控制故障范围也方便快速找出故障点及时加以排除；3.配电柜内主要有接线端子、各种刀闸、保护设备（空气开关、熔断器之类）、测量设备（电压表、电流表、周波表等）、计量设备（有功、无功功率表）。2.3.2 配电所高压开关柜的选择高压开关柜是按一定的线路方案将有关一，二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机，变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备，保护电器，监视仪表和母线，绝缘子等。高压开关柜有固定式和手车式两大类型。3变电所主变压器台数和容量、类型的选择及无功补偿3.1变电所变压器台数的确定3.1.1确定原则1.对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。2.对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。3.对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的 12 级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。3.1.2选择变压器台数时,应考虑以下因素1.应满足用电负荷对供电的可靠性的要求，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，另一台能对一、二级负荷继续供电。2.对于一级负荷的场所，邻近又无备用电源联络线可接,或季节性负荷变化较大时,宜采用两台变压器。3.是否装设变压器，应视其负荷的大小和邻近变电所的距离而定。当负荷超过320KVA时，任何距离都应装设变压器。3.2变压器容量的确定3.2.1变压器容量选择时应遵循的原则1.只装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要。2.装有两台变压器的变电所，每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条件：a.任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要；b.任一台变压器单独运行时，宜满足全部用电容量设备的需要。3.变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的为宜，以提高运行率。（二）各车间变压器台数及容量选择和无功补偿1.变压所I 变压器及容量选择a.变压所I的供电负荷统计。取同时系数：，b.变压所I得的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。无功补偿试取：补偿以后：c.变电所I的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的70%）：查课程设计指导书附表3-2：选择变压器型号SL7系列，额定容量为1000KVA，两台。查表得出变压器的各项参数：空载损耗；负载损耗；阻抗电压；空载电流。d.计算每台变压器的功率损耗。也可用简化经验公式：2.变压所变压器台数及容量选择a.变压所的供电负荷统计。b.变压所的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。无功补偿试取：补偿以后：c.变电所的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的）：查课程设计指导书表3-2：选择变压器型号SL7系列，额定容量为630KVA，两台。查表得出变压器的各项参数：空载损耗；负载损耗；阻抗电压；空载电流。d.计算每台变压器的功率损耗。也可用简化经验公式：3.变压所变压器台数及容量选择a.变压所的供电负荷统计。b.变压所I的供电负荷统计。取同时系数：，c.变压所的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。无功补偿试取：补偿以后：变电所的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的）：查课程设计指导书表-2：选择变压器型号SL7系列，额定容量为315KVA，两台。查表得出变压器的各项参数：空载损耗；负载损耗；阻抗电压；空载电流。d.计算每台变压器的功率损耗。也可用简化经验公式：3.3工厂总降压变电所主变压器台数、容量选择及无功补偿总降压变侧无功补偿试取：合格选择变压器型号，两台。查表得出变压器的各项参数：空载损耗P=负载损耗Pk=；阻抗电压；空载电流。4 变电所主结线方案的设计4.1 主接线的设计原则和要求主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。4.1.1 电气主接线的设计原则1.接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线。若能满足继电保护要求时也可采用线路分支接线。在110-220KV配电装置中,当出线为2回时，一般采用桥形接线；当出线不超过4回时,一般采用分段单母线接线。在枢纽变电站中，当110-220KV出线在4回及以上时，一般采用双母接线。在大容量变电站中，为了限制6-10KV出线上的短路电流，一般可采用下列措施：a.变压器分列运行；b.在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；c.采用低压侧为分裂绕组的变压器。d.出线上装设电抗器。2.主变压器选择：a.主变压器台数：为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变压器。当只有个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。b.主变压器容量：主变压器容量应根据5-10年的发展规划进行选择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。d.主变压器的型式：一般情况下采用三相式变压器。具有三种电压的变电站，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到 以上时，可采用三绕组变压器。其中，当主网电压为110-220KV，而中压网络为35KV时，由于中性点具有不同的接地形式，应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为220KV及以上，中压为110KV及以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。e.断路器的设置根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。f.为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够的资料时，可采用下列数据：最小负荷为最大负荷的60%-70%，如主要是农业负荷时则宜取20%-30%；负荷同时率取0.85-0.9，当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取0.951；功率因数一般取0.8；线损平均取5%。4.1.2 设计主接线的基本要求1.可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：a.可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。b.主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。c.可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所则可能还不够可靠。2.通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑：a.断路器检修时，能否不影响供电。b.线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。3.变电站全部停运的可能性。a.灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面。调度灵活，操作简便。检修安全。扩建方便。b.经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流,以选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式(110/6-10KV)变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。4.2 主接线的设计步骤4.2.1 电气主接线的具体设计步骤如下1.分析原始资料a.本工程情况变电站类型,设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量等。b.电力系统情况电力系统近期及远景发展规划（5-10年），变电站在电力系统中的位置和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。c.负荷情况 负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。d.环境条件 当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素。e.设备制造情况 为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。2.拟定主接线方案根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案。3.短路电流计算对拟定的主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。4.主要电器选择包括高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。5.绘制电气主接线图将最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图。4.3 基本接线型式4.3.1 单母线接线 1.优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。2.缺点：不够灵活可靠，任一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电。3.适用范围:6-10KV配电装置出线回路数不超过5回；35-63KV配电装置出线回路数不超过3回；110-220KV配电装置的出线回路数不超过两回。4.3.2 单母线分段接线1.优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段短路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不使重要用户停电 。2.缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需两个方向均衡扩建。3.适用范围：6-10KV配电装置出线回路数为6回及以上时；35-63KV配电装置出线回路数为4-8回时；110-220KV配电装置的出线回路数为3-4回时。4.3.3 双母线接线双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。1.优点：1) 供电可靠。2) 调度灵活。3) 扩建方便。4) 便于试验。4.3.4 双母线分段接线当220KV 进出线回路数甚多时，双母线需要分段。1.分段原则：当进出线回路数为10-14回时，在一组母线上用断路器分段；当进出线回路数为15回及以上时，两组母线均用断路器分段；在双母线分段接线中，均装设两台母联兼旁路断路器；为了限制220KV母线短路电流或系统解裂运行的要求，可根据需要将母线分段；变压器-线路单元接线：2.优点：接线最简单，设备最少，不需要高压配电装置。3.缺点：线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时线路停运;4.适用范围：只有一台变压器和一回线路时；当发电厂内不设高压配电装置，直接将电能输送至枢纽变电所时。4.4 主接线初步设计方案 图4.1四 短路电流的计算按无穷大系统供电计算短路电流。短路计算电路图见图4.1。图4.11.工厂总降压变35KV母线短路电流（短路点)a.确定标幺值基准：，b.计算各主要元件的电抗标幺值：系统电抗（取短路器）线路电抗c.求三相短路电流和短路容量：总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流电流值：三相短路容量：2.10KV母线短路电流（短路点)a.确定标幺值基准：，b.计算各主要元件的电抗标幺值：系统电抗线路电抗电力变压器电抗c.求三相短路电流和短路容量：总电抗标幺值：求三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流电流值：三相短路容量：3.母线短路电流（短路点)a.确定标幺值基准：，b.计算各主要元件的电抗标幺值：系统电抗线路电抗电力变压器电抗厂内架空线路电抗（给变电所供电）：因这段架空线路很短，电抗可不计。电力变压器（变压器）：c.求三相短路电流和短路容量：总电抗标幺值：求三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流电流值：三相短路容量：三相短路电流和短路容量计算结果列表汇总如表4.2所示。短路点计算三相短路电流三相短路容量 点 2.842.842.847.424.32181.82点 0.630.630.631.610.96158.7点 13.2113.2113.2133.6920.087.57表4.2五 本变电所高低压电气设备的选择根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况进行校验，总降压变电所主要高低压电气设备确定如下。5.1高压35KV侧设备选择计算数据高压断路器隔离开关 电压互感器 电流互感器 避雷器备注 表5.15.2中压10KV侧设备选择 计算数据高压断路器 隔离开关 电流互感器 备注 采用高压开关柜 表5.25.3低压0.4KV侧设备选择如表5.3所示计算数据高压断路器 隔离开关 电流互感器 备注 采用抵押开关柜 表5.3六变电所进出线的选择与校验6.135供电线路截面选择为保证供电的可靠性，选用两回35KV供电线路。用简化公式求变压器损耗：每回35KV供电线路的计算负荷：线路的功率损耗：线路首端功率：35KV线路电压降计算：合格6.2厂内10KV线路截面选择6.21供电给变电所的10KV线路为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：计及变压器的损耗：由于任务书中给出的最大负荷利用小时数为小时，查表可得：架空线的经济电流密度。所以可得经济截面：可选用导线型号，其允许载流量为。相应参数为，。在按发热条件检验：已知，温度修正系数为：由上式可知，所选导线符合长期发热条件。由于变电所紧邻主变压器，线路很短，其功率损耗可忽略不计。线路首端功率：62.2 供电给变电所的10KV线路为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：计及变压器的损耗：根据地理位置图及比例尺，得到此线路长度为。线路很短功率损耗线路首端功率：1先按经济电流密度选择导线经济截面：由于任务书中给出的最大负荷利用小时数为小时，查表可得：架空线的经济电流密度。所以可得经济截面：选择标准截面，即选导线型号为。2复核电压降正常运行时：N=2 查电力工程类专题课程设计与指导教程附表6-1，导线的电阻 ；线路电抗取 ，根据负荷另供电距离为0.32公里，则 符合要求故障情况运行时：考虑到一条回路故障切除，另一条回路能保证全部负荷供电符合要求 3.复核发热条件查电力工程类专题课程设计与设计指导教程附表6-5得允许载流量，按环境温度30度，查送电线路P233表6-5得环境温度30度时的温度校正系数因此满足发热条件。结论：经上述计算复核变电所决定采用电压等级二回路导线接入。7.2.3供电给变电所的10KV线路为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：计及变压器的功率损耗：线路很短功率损耗线路首端功率：线路电压降计算（仅计算最长厂内线路电压降）： 合格（其余线路更合格了） 1.按经济电流密度选择导线经济截面：由于任务书中给出的最大负荷利用小时数为4600小时，查表可得：架空线的经济电流密度。所以可得经济截面：选择标准截面符合条件，但根据最小导线截面积的规定，应选导线型号为。2.复核电压降正常运行时：N=2 查电力工程类专题课程设计与指导教程附表6-1，导线的电阻；线路电抗取 ，根据负荷另供电距离为0.64公里，则 符合要求故障情况运行时：考虑到一条回路故障切除，另一条回路能保证全部负荷供电符合要求 3.复核发热条件查电力工程类专题课程设计与指导教程附表6-5得允许载流量，按环境温度30度，查送电线路P233表6-5得环境温度30度时的温度校正系数因此满足发热条件。结论：经上述计算复核变电所决定采用10KV电压等级二回路LGJ-35导线接入。6.24 10KV联络线（与其相邻其他工厂）的选择已知全厂总负荷：，。联络线容量满足全厂总负荷： 因运用时间很少，可按长期发热条件选择和校验。选导线，其允许载流量为：。相应参数为，。已知线路长度：。线路电压降计算： 合格六 变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定6.1 单母线分段接线 双母线接线6.1.1 可靠性一段母线发生故障，自动装置可以保证正常母线不间断供电。重要用户可以从不同分段上引接。 出线回路数较多，断路器故障或检修较多，母联断路器长期被占用，对变电站不利。6.1.2 灵活性母线由分段断路器进行分段。当一段母线发生故障时，由自动装置将分段断路器跳开，不会发生误操作。1.各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，2.能灵活的适应系统中各种运行方式的调度和潮流变化的需要。3.当母线故障或检修时，4.隔离开关作为倒换操作电器，5.容易误操作。6.1.3 经济性当进出线回路数相同的情况下，单母线分段接线所用的断路器和隔离开关少于双母线接线。总结：对比两种接线方式，从可靠性、灵活性、经济性以及可扩建性等几方面考虑，我认为单母线分段接线方式较适合本设计要求，故高、中、低压三侧均采用单母线分段接线方式。6.2 继电保护的配置6.2.1 继电保护的任务1.供电系统需迅速地切断故障，并保护系统无故障部分继续运行。2.当系统出现非正常工作状态时，要给值班人员发出信号，使值班人员及时进行处理，以免引起设备故障。6.2.2继电保护装置1.基本要求1) 选择性：当供电系统某部分发生故障时，继电保护装置应使距离故障点的断路器动作，将故障部分切除，缩小停电范围，保障无故障部分运行。2) 快速性:快速切断短路故障可以减轻短路电流对电气设备的破坏程度，可以迅速恢复供电正常的过程，减小对用户的影响。3) 灵敏性：灵敏性是指对被保护电气设备可能发射的故障和不正常运行发生的反应能力。4) 靠性：当发生故障时，要求保护装置动作可靠，即在应动作时不能拒动，而在不动作时不会误动作。6.2.3主变压器保护根据规程规定400kVA变压器应设下列保护；1.瓦斯保护防御变压器内部短路和油面降低，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。2.电流速断保护防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。3.过电流保护防御外部相同短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护，动作于跳闸。4.过负荷保护防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。6.2.4 35kV进线线路保护1.电流速断保护2.过电流保护3.过负载保护6.2.5 10kV线路保护1.过电流保护防止电路中短路电流过大，保护动作于跳闸。2.过负载保护防止配电变压器的对称过载及各用电设备的超负荷运行。七 防雷保护和接地装置的设计7.1防雷保护7.1.1架空线路的防雷措施1. 架设避雷线2. 提高线路本身的绝缘水平 3. 利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 4. 装设自动重合闸装置 5. 个别绝缘薄弱地点加装避雷器7.1.2 变配电所的防雷措施1. 装设避雷针 室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。2. 低压侧装设避雷器 这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。7.2接地装置7.2.1确定此配电所公共接地装置1.确定接地电阻按相关资料可确定此配电所公共接地装置的接地电阻应满足以下两个条件：RE 250V/IE RE 10 式中IE的计算为IE = IC = 60(60354)A/350 = 34.3A故 RE 350V/34.3A = 10.2综上可知，此配电所总的接地电阻应为RE103.计算单根钢管接地电阻查相关资料得土质的 = 100m 则单根钢管接地电阻RE(1) 100m/2.5m = 404.确定接地钢管数和最后的接地方案 根据RE(1)/RE = 40/4 = 10。但考虑到管间的屏蔽效应，初选15根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体。以n = 15和a/l = 2再查有关资料可得E 0.66。 因此可得n