10KV变电所配电系统设计

I 10KV 变电所及其配电系统的设计 摘 要 变电所是电力系统的一个重要组成部分 由电器设备及配电网络按一定的接 线方式所构成 他从电力系统取得电能 通过其变换 分配 输送与保护等功能 然 后将电能安全 可靠 经济的输送到每一个用电设备的转设场所 变电所涉及方面很 多 需要考虑的问题多 分析变电所担负的任务及用户负荷等情况 选择所址 利用 用户数据进行负荷计算 确定用户无功功率补偿装置 同时进行各种变压器的选择 从而确定变电站的接线方式 再进行短路电流计算 选择送配电网络及导线 进行短 路电流计算 选择变电所高低压电气设备 为变电所平面及剖面图提供依据 本变电 所的初步设计包括了 1 总体方案的确定 2 负荷分析 3 短路电流的计算 4 配电系统设计与系统接线方案选择 5 继电保护的选择与整定 6 防雷与接地 保护等内容 关键词 变电所 负荷 输电系统 配电系统 II 3 第 1 章 绪论 1 1 工厂变配电所的设计 1 1 1 用户供电系统 电力用户供电系统由外部电源进线 用户变配电所 高低压配电线路和用 电设备组成 按供电容量的不同 电力用户可分为大型 10000kV A 以上 中 型 1000 10000kV A 小型 1000kV A 及以下 1 大型电力用户供电系统 大型电力用户的用户供电系统 采用的外部电源进线供电电压等级为 35kV 及以上 一般需要经用户总降压变电所和车间变电所两级变压 总降压变电所 将进线电压降为 6 10kV 的内部高压配电电压 然后经高压配电线路引至各个车 间变电所 车间变电所再将电压变为 220 380V 的低电压供用电设备使用 某些厂区环境和设备条件许可的大型电力用户也有采用所谓 高压深入负 荷中心 的供电方式 即 35kV 的进线电压直接一次降为 220 380V 的低压配电 电压 2 中型电力用户一般采用 10kV 的外部电源进线供电电压 经高压配电所和 10kV 用户内部高压配电线路馈电给各车间变电所 车间变电所再将电压变换成 220 380V 的低电压供用电设备使用 高压配电所通常与某个车间变电所合建 3 小型电力用户供电系统 一般小型电力用户也用 10kV 外部电源进线电压 通常只设有一个相当于车 间变电所的降压变电所 容量特别小的小型电力用户可不设变电所 采用低压 220 380V 直接进线 1 1 2 工厂变配电所的设计原则 1 必须遵守国家的有关规程和标准 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 应做到保障人身和设备安全 供电可靠 电能质量合格 技术先进和经 济合理 应采用效率高 能耗低 性能较先进的电气产品 3 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 4 4 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 区供电条件等 合理确定设计方案 1 2 课题来源及设计背景 1 2 1 课题来源 本课题是来源于云南锡业股份集团公司下属建安机械化安装公司的变电所 新建项目 具有一定的实践性和可行性 1 2 2 设计背景 本公司现要新建一个 10 0 4kV 的变配电所 向公司生产区 办公楼 职工 住宅区及其生活水泵组供电 原先变电所只能满足两个车间 办公楼和生活区的用电负荷 随着近年来 云锡集团公司的企业内部的调整 下属子公司之间的相互合并等原因 建安机 械化安装公司扩充了规模 兼并了原来其他单位的一些用电设备 因此 原先 的变电所已经不能满足需要 要在原址旁边新建一座 10 0 4kV 变配电所 以满 足单位改革后用电负荷的要求 鉴于云锡公司用电的特殊性 新建变电所的电源取自 3km 外云锡公司一专 用 35kV 变电站和 3km 外市供电公司另一相同容量的 35kV 变电站 新变电所建成后 能满足现有的生产 生活用电 有效地提高负荷转移能 力 进一步提高供电可靠性 5 第 2 章 变电所负荷计算和无功补偿的计算 2 1 变电站的负荷计算 2 1 1 负荷统计 全厂的用电设备统计如下表 表 2 1 用电负荷统计 用电设备用电设备负荷统计 负荷统计 kWkW 负荷类别负荷类别 机床设备组机床设备组433 45三级三级 电焊机设备组电焊机设备组129 35三级三级 起重机组起重机组113 2三级三级 办公楼办公楼30三级三级 住宅区水泵组住宅区水泵组176二级二级 住宅用电住宅用电768三级三级 厂区照明厂区照明2929三级三级 2 1 2 负荷计算 按需要系数法计算各组负荷 有功功率 P Kd pei 2 1 无功功率 Q P 2 2 tan 视在功率 S 2 3 22 QP 上述三个公式中 Pei 每组设备容量之和 单位为 kW Kd 需要用系数 功率因数 cos 小批量生产的金属冷加工机床电动机 Kd 0 16 0 2 取 0 2 0 5 1 73 cos tan 有功负荷 PC1 KdPS1 0 2 433 45 86 69kW 无功负荷 QC1 PC1 86 69 1 73 149 97kvar tan 视在功率 SC1 174 74kV A 2 1C 2 1C QP 电焊机组的计算负荷 Kd 0 35 0 35 2 68 cos tan 有功负荷 PC2 KdPS2 0 35 129 35 45 27kW 6 无功负荷 QC2 PC2 45 27 2 68 121 33kvar tan 视在功率 SC2 129 5kV A 2 2C 2 2C QP 起重机的计算负荷 Kd 0 1 0 15 取 0 15 0 5 1 73 cos tan 有功负荷 PC3 KdPS3 0 15 113 2 16 98kW 无功负荷 QC3 PC3 16 98 1 73 29 38kvar tan 视在功率 SC3 33 93kV A 2 3C 2 3C QP 住宅区水泵组 Kd 0 8 0 8 0 75 cos tan 有功负荷 PC4 KdPS4 0 8 176 140 8kW 无功负荷 QC4 PC4 0 75 140 8 105 6kvar tan 视在功率 SC4 176kV A 2 4C 2 4C QP 办公楼 Kd 0 8 1 0 cos tan 有功负荷 PC5 KdPS5 0 8 30 24kW 无功负荷 QC5 PC5 0kvar tan 视在功率 SC5 24kV A 2 5C 2 5C QP 住宅区 Kd 0 45 1 0 cos tan 有功负荷 PC6 KdPS6 0 45 768 345 6kW 无功负荷 QC6 PC6 0kvar tan 视在功率 SC6 345 6kV A 2 6C 2 6C QP 厂区照明 Kd 1 1 0 cos tan 有功负荷 PC7 KdPS7 1 29 29kW 无功负荷 QC7 PC7 0kvar tan 视在功率 SC7 29kV A 2 7C 2 7C QP 总负荷的计算 1 有功功率 Pc K p Pc i 2 4 2 无功功率 Qc K q Qc i 7 2 5 3 视在功率 Sc 2 6 2 C 2 C QP 式中 对于干线 可取 K p 0 85 0 95 K q 0 90 0 97 对于低压母线 由用电设备计算负荷直接相加来计算时 可取 K p 0 8 0 9 K q 0 85 0 95 由干线负荷直接相加来计算时 可取 K p 0 9 0 95 K q 0 93 0 97 表 2 2 计算负荷表 计算负荷计算负荷 设备组设备组 Kd 需要系数 cos tan Pc kWQc kvarSc kV A 机床组机床组0 20 51 7386 69149 97174 74 电焊机组电焊机组0 350 352 6845 27121 33129 5 起重机起重机0 150 51 7316 9829 3833 93 水泵组水泵组0 80 80 75140 8105 6176 办公楼办公楼0 81024024 住宅区住宅区0 4510345 60345 6 厂区照明厂区照明11029029 688 34406 28 对干线 取 K p 0 95 K q 0 97653 92394 09763 49 总计总计 对低压母线对低压母线 取取 K p 0 90 K q 0 95 619 506385 966729 9 2 2 无功补偿的目的和方案 由于用户的大量负荷如感应电动机 电焊机 气体放电灯等 都是感性负 荷 使得功率因数偏低 因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数 电力系 统要求用户的功率因数不低于 0 9 按照实际情况本次设计要求功率因数为 0 92 以上 因此 必须采取措施提高系统功率因数 目前提高功率因数的常用 的办法是装设无功自动补偿并联电容器装置 根据现场的实际情况 拟定采用低压集中补偿方式进行无功补偿 2 3 无功补偿的计算及设备选择 8 我国 供电营业规则 规定 容量在 100kV A 及以上高压供电用户 最大 负荷时的功率因数不得低于 0 9 如达不到上述要求 则必须进行无功功率补 偿 一般情况下 由于用户的大量如 感应电动机 电焊机 电弧炉及气体放 电灯等都是感性负荷 使得功率因数偏低 达不到上述要求 因此需要采用无 功补偿措施来提高功率因数 当功率因数提高时 在有功功率不变的情况下 无功功率和视在功率分别减小 从而使负荷电流相应减小 这就可使供电系统 的电能损耗和电压损失降低 并可选用较小容量的电力变压器 开关设备和较 小截面的电线电缆 减少投资和节约有色金属 因此 提高功率因数对整个供 电系统大有好处 要使功率因数提高 通常需装设人工补偿装置 最大负荷时的无功补偿容 量 QN C应为 QN C PC 2 7 CC QQ tan tan 按此公式计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量 当负荷减小时 补 偿容量也应相应减小 以免造成过补偿 因此 无功补偿装置通常装设无功功 率自动补偿控制器 针对预先设定的功率因数目标值 根据负荷的变化相应投 切电容器组数 使瞬时功率因数满足要求 提高功率因数的补偿装置有稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设 备 前者主要有同步补偿机和并联电容器 动态无功功率补偿设备用于急剧变 动的冲击负荷 低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装 根据负荷变化相 应循环投切的电容器组数一般有 4 6 8 10 12 组等 用上式确定了总的补 偿容量后 就可根据选定的单相并联电容器容量 qN C来确定电容器组数 2 8 C N C N q Q n 在用户供电系统中 无功补偿装置位置一般有三种安装方式 1 高压集中补偿 补偿效果不如后两种补偿方式 但初投资较少 便于集 中运行维护 而且能对企业高压侧的无功功率进行有效补偿 以满足企业总功 率因数的要求 所以在一些大中型企业中应用 2 低压集中补偿 补偿效果较高压集中补偿方式好 特别是它能减少变压 器的视在功率 从而可使主变压器的容量选的较小 因而在实际工程中应用相 当普遍 9 3 低压分散补偿 补偿效果最好 应优先采用 但这种补偿方式总的投资 较大 且电容器组在被补偿的设备停止运用时 它也将一并被切除 因此其利 用率较低 本次设计采用低压集中补偿方式 PC QC SC 取自低压母线侧的计算负荷 提高至 0 92 cos 0 85 cos C C S P 9 729 506 619 QN C PC 619 506 tan arccos0 85 tan arccos0 92 tan tan 120kvar 选择 BSMJ0 4 20 3 型自愈式并联电容器 qN C 20kvar 2 9 C N C N q Q n 120kvar 20kvar 6 取 6 补偿后的视在计算负荷 SC 674 19kV A 2 C NC 2 C QQ P 0 92 cos C C S P 10 第 3 章 变电所变压器台数和容量的选择 3 1 变压器的选择原则 电力变压器是供电系统中的关键设备 其主要功能是升压或降压以利于电 能的合理输送 分配和使用 对变电所主接线的形式及其可靠性与经济性有着 重要影响 所以 正确合理地选择变压器的类型 台数和容量 是对接下来主 接线设计的一个主要前题 选择时必须遵照有关国家规范标准 因地制宜 结合实际情况 合理选择 并 应优先选用技术先进 高效节能 免维护的新产品 并优先选用技术先进的产 品 3 2 变压器类型的选择 电力变压器类型的选择是指确定变压器的相数 调压方式 绕组形式 绝 缘及冷却方式 联结组别等 变压器按相数分 有单相和三相两种 用户变电所一般采用三相变压器 变压器按调压方式分 有无载调压和有载调压两种 10kV 配电变压器一般 采用无载调压方式 变压器按绕组形式分 有双绕组变压器 三绕组变压器和自耦变压器等 用户供电系统大多采用双绕组变压器 变压器按绝缘及冷却方式分 有油浸式 干式和充气式 SF6 等 10kV 配电变压器有 Yyn0 和 Dyn11 两种常见联结组 由于 Dyn11 联结组变 压器具有低压侧单相接地短路电流大 具有利于故障切除 承受单相不平衡负 荷的负载能力强和高压侧三角形接线有利于抑制零序谐波电流注入电网等优点 从而在 TN 及 TT 系统接地形式的低压电网中得到越来越广泛的应用 11 3 3 变压器台数的选择 变压器的台数一般根据负荷等级 用电容量和经济运行等条件综合考虑确 定 10kV 及以下变电所设计规范 GB50053 94 中规定 当符合以下条件之一 时 宜装设两台及两台以上的变压器 有大量一级或二级负荷 季节性负荷变化较大 集中负荷容量较大 变电所中单台变压器 低压为0 4kV 的容量不宜大于1250kV A 当用电设 备容量较大 负荷集中且运行合理时 可选用较大容量的变压器 在一般情况下 动力和照明宜共用变压器 当属下列情况之一时 可设专 用变压器 一 当照明负荷较大或动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯 泡寿命时 可设照明专用变压器 二 单台单相负荷较大时 宜设单相变压器 三 冲击性负荷较大 严重影响电能质量时 可设冲击负荷专用变压器 四 在电源系统不接地或经阻抗接地 电气装置外露导电体就地接地系统 IT 系统 的低压电网中 照明负荷应设专用变压器 由于本单位的用电设备负荷有二级负荷和三级负荷 根据设计规范 GB50053 94 的要求 宜装设两台变压器 选择台数为两台 3 4 变压器容量的选择 变压器的容量 SN T首先应保证在计算负荷 SC下变压器能长期可靠运行 对有两台变压器的变电所 通常采用等容量的变压器 每台容量应同时满 足以下两个条件 满足总计算负荷 70 的需要 即 SN T 0 7 SC 3 1 满足全部一 二级负荷 SC I II 的需要 即 SN T SC I II 3 2 条件 是考虑到两台变压器运行时 每台变压器各承受总计算负荷的 50 负载率约为 0 7 此时变压器效率较高 而在事故情况下 一台变压器承 受总计算负荷时 只过载 40 可继续运行一段时间 在此时间内 完全有可 12 能调整生产 可切除三级负荷 条件 是考虑在事故情况下 一台变压器仍能 保证一 二级负荷的供电 根据无功补偿后的计算负荷 SC 674 19kV A 即 SN T 0 7 674 19 471 933kV A 取变压器容量为 500kV A 因此 选择 S9 500 10 Dyn11 型电力变压器 为油浸式 无载调压 双绕 组变压器 表 3 1 主变压器的选择 额定容量额定容量 S SN N kV kV A A 联结组别联结组别 空载损耗空载损耗 P PO O kW kW 短路损耗短路损耗 P PK K kW kW 空载电流空载电流 I I O O 阻抗电压阻抗电压 U U K K 500500Dyn11Dyn111 031 034 954 953 34 4 变压器的损耗 PT P FE P CU 2 PO PK 2 3 3 T N C S S T N C S S 因此 PT 1 03 4 95 2 10 03kW 500 19 674 Q T Q O Q K 2 SN T 3 4 T N C S S 100 I0 100 UK 2 T N C S S 因此 Q T 500 51 36kvar 100 3 100 4 2 500 19 674 13 第 4 章 主接线方案的确定 4 1 主接线的基本要求 主接线是指由各种开关电器 电力变压器 互感器 母线 电力电缆 并 联电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路 它是电气设备 选择及确定配电装置安装方式的依据 也是运行人员进行各种倒闸操作和事故 处理的重要依据 概括地说 对一次接线的基本要求包括安全 可靠 灵活和 经济四个方面 4 1 1 安全性 安全包括设备安全及人身安全 一次接线应符合国家标准有关技术规范的 要求 正确选择电气设备及其监视 保护系统 考虑各种安全技术措施 4 1 2 可靠性 不仅和一次接线的形式有关 还和电气设备的技术性能 运行管理的自动 化程度因素有关 4 1 3 灵活性 用最少的切换来适应各种不同的运行方式 适应负荷发展 4 1 4 经济性 在满足上述技术要求的前提下 主接线方案应力求接线简化 投资省 占 地少 运行费用低 采用的设备少 且应选用技术先进 经济适用的节能产品 总之 变电所通过合理的接线 紧凑的布置 简化所内附属设备 从而达 14 到减少变电所占地面积 优化变电所设计 节约材料 减少人力物力的投入 并能可靠安全的运行 避免不必要的定期检修 达到降低投资的目的 4 2 主接线的方案与分析 主接线的基本形式有单母线接线 双母线接线 桥式接线等多种 1 单母线接线 这种接线的优点是接线简单清晰 设备少 操作方便 便于扩建和采用成 套配电装置 缺点 不够灵活可靠 任一元件 母线及母线隔离开关等 故障检修 均 需要使整个配电装置停电 单母线可用隔离开关分段 但当一段母线故障时 全部回路仍需短时停电 在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障 段的供电 适用范围 适应于容量较小 对供电可靠性要求不高的场合 出线回路少 的小型变配电所 一般供三级负荷 两路电源进线的单母线可供二级负荷 图 4 1 单母线不分段主接线 2 单母线分段主接线 当出线回路数增多且有两路电源进线时 可用断路器将母线分段 成为单 母线分段接线 母线分段后 可提高供电的可靠性和灵活性 在正常工作时 分段断路器可接通也可断开运行 两路电源进线一用一备时 分段断路器接同 运行 此时 任一段母线出现故障 分段断路器与故障段进线断路器都会在继 电保护装置作用下自动断开 将故障段母线切除后 非故障段母线便可继续工 作 而当两路电源同时工作互为备用时 分段断路器则断开运行 此时若任一 15 电源出现故障 电源进线断路器自动断开 分段断路器可自动投入 保证给全 部出线或重要负荷继续供电 图 4 2 单母线分段主接线 单母线分段接线保留了单母线接线的优点 又在一定程度上克服了它的缺 点 如缩小了母线故障的影响范围 分别从两段母线上引出两路出线可保证对 一级负荷的供电等 4 3 电气主接线的确定 电源进线为两路 变压器台数为两台 二次侧采用单母线分段接线 两路 外供电源容量相同且可供全部负荷 采用一用一备运行方式 故变压器一次侧 采用单母线接线 而二次侧采用单母线分段接线 该方案中 两路电源均设置电能计量柜 且设置在电源进线主开关之后 变电所采用直流操作电源 为监视工作电源和备用电源的电压 在母线上和备 用进线断路器之前均安装有电压互感器 当工作电源停电且备用电源电压正常 时 先断开工作电源进线断路器 然后接通备用电源进线断路器 由备用电源 供所有负荷 备用电源的投入方式采用备用电源自动投入装置 APD 16 第 5 章 短路电流的计算 5 1 短路电流及其计算 供电系统应该正常的不间断地可靠供电 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 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 误动作 雷击或过 电压击穿等 短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍 当它通 过电气设备时 设备的载流部分变形或损坏 选用设备时要考虑它们对短路电 流的稳定 短路电流在线路上产生很大的压降 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它设备的正常运行 计算方法采用标幺值法计算 进行计算的物理量 不是用具体单位的值 而是用其相对值表示 这种计算方法叫做标幺值法 标幺值的概念是 某量的标幺值 5 1 与实际值同单位该量的标准值 任意单位该量的实际值 所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度 用标幺值表示的物理量是没 有单位的 供电系统中的元件包括电源 输电线路 变压器 电抗器和用户电 力线路 为了求出电源至短路点电抗标幺值 需要逐一地求出这些元件的电抗 标幺值 5 2 高压电网三相短路计算 17 电源取自距本变电所 3km 外的 35kV 变电站 用 10kV 双回架空线路向本变 电所供电 出口处的短路容量为 250MV A 图 5 1 高压电网短路电流计算图 求 10kV 母线上 K 1 点短路和 380V 低压母线上 K 2 点短路电流和短路容量 电源侧短路容量定为 Sk 250MV A 确定基准值 取 Sd 100MV A Uc1 10 5kV Uc2 0 4kV Id1 100MV A 10 5kV 5 50kA 1c d U3 S 3 Id1 100M VA 0 4kV 144 34kA 2c d U3 S 3 计算 电力系统 X1 Sd Sk 100MV A 250MV A 0 4 架空线路 X2 X0LSd Uc2 0 35 km 3km 0 95 2 kV 5 10 A MV100 电力变压器 X3 Uk Sd 100SNT 8 A kV500 100 A kV10 100 4 3 求 K 1 点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值 18 X k 1 X1 X2 0 4 0 95 1 35 三相短路电流周期分量有效值 Ik 1 3 Id1 X k 1 5 50kA 1 35 4 07kA 其他三相短路电流 Ik 1 3 I k 1 3 Ik 1 3 4 07kA ish 3 2 55 4 07kA 10 38kA Ish 3 1 51 4 07kA 6 15kA 三相短路容量 Sk 1 3 Sd X k 1 100MV A 1 35 74 1 MV A 求 K 2 点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量 两台变压器并列运行 总电抗标幺值 X k 2 X1 X2 X3 X4 0 4 0 95 5 35 2 8 三相短路电流周期分量有效值 Ik 2 3 Id2 X k 2 144 34kA 5 35 26 98kA 其他三相短路电流 在 10 0 4KV 变压器二次侧低压母线发生三相短路时 R 1 5 按规定 如果变压器过电流保护的动作时间大于 0 5S 应装设电流速断保 护 变压器的电流速断保护 其组成 原理和线路的电流速断保护完全相同 变压器电流速断保护动作电流的整定计算公式也与线路电流速断保护基本相同 公式 7 7 3 k i wrel qb I k kk I 中的为低压母线的三相短路电流周期分量有效值换算到高压侧的穿越电流值 3 k I 即变压器电流速断保护的速断电流按躲过低压母线三相短路来整定 变压器电流速断保护的灵敏度 按保护装置装设处 高压侧 在系统最小 运行方式下发生两相短路的短路电流来检验 要求 SP 1 5 2 k I 变压器低压侧的单相接地保护 对于 6 10kV 降压变压器 其低压绕组的中性点直接接地 变压器低压侧的 单相短路电流并不能完全反映到装在高压侧的保护装置中 这就使得过电流保 护装置在保护变压器低压侧的单相短路故障时灵敏度较低 对 Dyn11 联结的变 压器 由于其低压侧单相短路电流较大 可利用高压侧的过电流保护装置兼作 低压侧的单相接地保护 但须校验其动作灵敏度 零序电流保护的动作时间一般取 0 5 0 7S 其保护灵敏度 按低压母线 干线 末端发生单相短路来检验 对架空线 SP 1 5 对电缆线 SP 1 25 采 用此种保护 灵敏度较高 变压器的过负荷保护 变压器的过负荷保护一般只对并列运行的变压器或工作中有可能过负荷 如作为其他负荷的备用电源 的变压器才装设 由于过负荷电流在大多数情 况下是三相对称的 因此过负荷保护只需采用一个电流继电器装于一相电流中 保护装置作用于信号 为了防止变压器外部短路时 变压器过负荷保护发出错 误信号 以及在出现持续几秒钟的尖峰负荷时不致发出信号 通常过负荷动作 43 时限为 10 15S 变压器过负荷保护的动作电流可按下式计算 OL op I 7 8 i T N1 T N1 ire rel OL op k I 3 1 2 1 I kk k I 式中 变压器的一次侧额定电流 T N1 I 可靠系数 一般可取 1 05 rel K 继电器返回系数 DL 型取 0 85 GL 型取 0 8 re K 电流互感器电流比 i K 瓦斯保护 瓦斯保护又称气体继电保护 是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基 本保护装置 按 GB50062 1992 规定 800kV A 及以上的一般油浸式变压器和 400kV A 及以上的车间内油浸式变压器 均应装设瓦斯保护 瓦斯保护的主要元件是气体继电器 它装设在变压器油箱与油枕之间的连 通管上 利用油浸式电力变压器内部故障时产生的气体进行工作 它有两个触 点 一个是 轻瓦斯触点 另一个是 重瓦斯触点 在变压器正常运行时 气体继电器两对触点都是断开的 当变压器油箱内部发生轻微故障时 轻瓦斯 触点 接通 当变压器油箱内部发生严重故障时 重瓦斯触点 接通 如果变 压器油箱漏油 轻瓦斯触点 与 重瓦斯触点 会先后接通 重瓦斯的动作值是按油流速度来整定的 对油浸自冷变压器通常整定在 0 6 1 0 米 秒 对于强迫油循环的变压器整定为 1 1 1 2 米 秒 瓦斯动作的主要优点是动作快 灵敏度高 结构简单 能反映变压器油箱 内的各种故障 可靠性比较高 安装简单 其缺点是不能反映油箱以外故障 如变压器套管以及引出线上的故障 因此瓦斯保护不能取代变压器的其他保 护 44 第 8 章 变电所防雷与接地方案的设计 8 1 确定共用人工接地装置 确定接地电阻允许值 RE al 本变电所 10KV 侧属小电流接地系统 则其接地电流估算为 IE UN 35lcab loh 350 10 35 10 2000 350 67 14A 查表 本变电所共用接地装置的接地电阻应该同时满足 RE 120V IE 120 67 14 1 79 RE 4 则此变电所共用接地装置要求的接地电阻 RE 1 79 45 可利用的自然接地体电阻 RE nat 60 RE nat RE 需要补充人工接地体 人工接地体所需的总电阻 RE man 为 RE man RE nat RE RE nat RE 60 1 79 60 1 79 1 85 人工接地体的初步敷设方案 拟选用直径 50mm 长 2 5m 的钢管接地体 沿变电所四周 距墙角 2 5 3m 每隔 5m 打入一根钢管 各钢管接地体之间用 40 4mm2的扁钢连接构成一个 接地网 此时 a l 5 2 5 2 单根人工接地体钢管的接地电阻 RE man 1 查表 砂质粘土的土壤电阻率 100 m RE man 1 0 3 0 3m 1 100 m 30 人工接地装置需用的钢管数量及最终的接地方案 根据 RE man 1 RE man 30 1 85 16 22 考虑到管间的屏蔽效应 初步选 定为 20 根 以 a l 5 2 5 2 和 n 20 查表 取 0 61 n 0 9 RE man 1 RE man 0 9 30 0 61 1 85 24 为使得接地体均匀对称 按偶数布置接地体 选用 24 或 26 根直径 50mm 长 2 5m 的钢管作接地体 并用 40 4mm2的扁钢连接 呈环型布置 校验接地线的短路热稳定 钢质接地线热稳定系数 C 70 Ik 1 1 81kA 假定为 0 4S 则接地线 k t 的最小截面应符合 Amin Ik 1 C 1810 70mm2 16 35mm2 k t4 0 实际接地线截面为 40 4mm2 160mm2 16 35mm2 短路热稳定条件合格 8 2 防雷保护的选择 在每路进线终端和每组母线上装设避雷器 有电缆进线段的架空线路 在 电缆与架空线的连接处应装设避雷器 由于本站占地面积较小 从经济性和可靠性两方面考虑可利用建筑物混凝 土的钢筋引地下的地基以作大地可靠接地 再在本站建设屋的房顶上用钢筋在 外沿打 20 20m 的方格子 竖直连结好后 沿房顶一圈再与混凝土内的钢筋连结 牢固 形成避雷线 46 第 9 章 配电线路及照明的设计 9 1 配电线路布线方案的确定 树干式配电包括变压器干线式及不附变电所的车间内干线式配电 1 我国各工厂对采用树干式配电已有相当长的时间 积累了一定的运行经 验 绝大部分车间的运行电工没有对此配电方式提出否定的意见 2 树干式配电的主要优点是结构简单 投资和有色金属较省 3 有人认为这种方式的线路的接头不可靠 容易发生故障 此外 目前各 47 级配电保护装置的遮断时间很难满足选择性的要求 常常因此而越级跳低压侧 总的自动空气断路器 停电影响的范围较大 不及放射式供电可靠 但从调查 的工厂反映 此配电方式一般能满足生产要求 4 干线的维修工作量是不大的 正常的维修工作一般一年仅进行二三次 大多数工厂均可能在一天内全部完成 如能统一安排就不需要分批或分段进行 维修工作 综上所述 树干式配电与放身式配电相比较 树干式配电由于结构简单 能节约一定数量的配电设备和线路 可不一定设专用的低压配电室 而在其供 电可靠性和维修工作上的缺点则并不严重 因此 推荐树干式配电 但树干式 配电方式并不包括由配电箱接至用电设备的配电 9 2 车间配电系统的设计 9 2 1 车间配电导线的选择 电焊车间 100m 的 TT 线路 允许电压损失为 5 I 按发热条件选择电缆截面 Pc 45 27 3 48 27kW Q c 121 33kvar 计算电流为 Ic UN 198 4A 2 C 2 C QP 3 查表 得 70mm2截面的 0 6 1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆 直接敷设在 20 30 时的载流量为 234A 216A 大于 198 4A II 按电压损失条件进行校验 查表 得 0 6 1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆的 r0 0 310 km x0 0 078 km PR QX 10UN2 45 27 0 310 0 1 121 33 0 078 0 1 U 10 0 382 1 63 满足要求 车间二 100m 的 TT 线路 允许电压损失为 5 I 按发热条件选择电缆截面 Pc 43 21 3 46 21kW Q c 74 75kvar 48 计算电流为 Ic UN 133 5A 2 C 2 C QP 3 查表 得 35mm2截面的 0 6 1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆 直接敷设在 20 30 时的载流量为 161A 149A 大于 133 5A II 按电压损失条件进行校验 查表 得 0 6 1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆的 r0 0 622 km x0 0 080 km PR QX 10UN2 46 21 0 622 0 1 74 75 0 080 0 1 U 10 0 382 2 4 满足要求 车间三 100m 的 TT 线路 允许电压损失为 5 I 按发热条件选择电缆截面 Pc 39 72 3 42 72kW Q c 68 72kvar 计算电流为 Ic UN 122 9A 2 C 2 C QP 3 查表 得 25mm2截面的 0 6 1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆 直接敷设在 20 30 时的载流量为 135A 125A 大于 122 9A II 按电压损失条件进行校验 查表 得 0 6 1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆的 r0 0 870 km x0 0 082 km PR QX 10UN2 42 72 0 870 0 1 68 72 0 082 0 1 U 10 0 382 2 96 满足要求 车间四 150m 的 TT 线路 允许电压损失为 5 I 按发热条件选择电缆截面 Pc 29 58 3 32 58kW Q c 51 16kvar 计算电流为 Ic UN 92 2A 2 C 2 C QP 3 查表 得 16mm2截面的 0 6 1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆 49 直接敷设在 20 30 时的载流量为 104A 96A 大于 92 2A II 按电压损失条件进行校验 查表 得 0 6 1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆的 r0 1 359 km x0 0 082 km PR QX 10UN2 32 58 1 359 0 1 51 16 0 082 0 1 U 10 0 382 3 36 满足要求 水泵组 200m 的 TT 线路 允许电压损失为 5 I 按发热条件选择电缆截面 Pc 140 8kW Q c 105 6kvar 计算电流为 Ic UN 267 4A 2 C 2 C QP 3 查表 得 120mm2截面的 0 6 1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆 直埋接敷设在 20 30 时的载流量为 317A 293A 大于 267 4A II 按电压损失条件进行校验 查表 得 0 6 1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆的 r0 0 181 km x0 0 77 km PR QX 10UN2 140 8 0 181 0 2 105 6 0 077 0 2 U 10 0 382 4 66 满足要求 其他配电线路导线的计算选择也和上述方法相同 9 2 2 敷设方式的选择 50 表 9 1 车间配电线路敷设的一般选择要求 项目布线及安装方式的选择 选择应符合 的要求 1 符合场所特征 2 符合建筑物的墙体及其它构筑物的特征 3 人与布线之间的可接近的程度 4 由于短路可能出现的电磁机械应力 5 在电气装置的安装期间及运行中布线可能遭受的其它应力 选择应避免 的外界影响 1 应避免由外部热源产生热效应的影响 2 应防止在运行过程中因水的侵入或因进入固体物而带来的损害 3 应防止外部的机械性振动和碰撞而带来的损害 4 应防止因建筑物的伸缩和沉降而带来的损害 根据设计规范 车间生产用电 办公楼和生活住宅区用电采用直敷布线的 方式 水泵组采用埋地敷设的方式 9 2 3 配电设备和保护设备的选择 车间配电线路保护设备配置与选择的一般要求 1 每一回路都必须装设隔离开关 以确保维护 测试及检修工作的安全 2 执行操作功能的开关电器 必须适应它所执行的最繁重任务 隔离电器 熔断器及连接片不得作为操作电器用 3 每一回路的电源侧 线路的分支处和线路截面减小处 都必须装设短路 保护电器 如分支处或连接处装设保护电器有困难时 可将保护电器安装在距 离分支点或连接点 3M 以内便于操作维修的地点 4 符合下列情况之一者 线路截面减小处或分支处可不装设短路保护电器 上一级保护电器已能保护截面减小的全段线路或分支线时 线路首端保护电器的熔体电流或整定电流不超过 20A 时 室外架空配电线路 配电装置内部从母线上接住保护电器的分支线 5 下列线路应装设过负荷保护 居住建筑 重要仓库和公共建筑中的照明线路 有可能长时间过负荷的电力线路 51 建筑物可燃结构上明敷带有延燃性外护层的绝缘导线的线路 6 按接地故障保护要求装设保护电器 必要时装设漏电电流保护 低压配电线路的配电设备和保护设备的选择校验方式与主接线一次侧的设 备相同 9 3 车间照明和变电所照明 电气照明设计的一般原则与要求 应遵照有关设计规范 包括国家标准 工业企业照明设计标准 的有关 规定 应符合视觉作业和视觉卫生对照度值的规定 并满足显色性的要求 应注意灯具的合理布置 限制眩光 保证合理的均匀度 力求视觉舒适 照明装置应工作安全可靠 维护检修方便 照明装置即要技术先进 又要尽可能经济合理地使用资金和节约能源 照明装置应与建筑及周围环境协调统一 车间照明 电源和其他用电设备一路 设照明配电箱 光源功率为 1000W 悬挂高度为 6 5m 车间长度为 36m 跨度为 18m 柱距 为 6m 屋架下弦高度为 11m 顶棚反射率 墙壁反射率 地 50 0 30 w 面反射率为 减光系数为 0 7 要求采用卤钨灯照明 平均照度不得 20 fl 低于 90lm 根据 工厂供电简明设计手册 数据资料 采用利用系数法进行设计计算 每一灯具的光通量 lm21000 1000220LZG 计算 RCR 灯具计算高度 2 10m8 0m11h RCR 25 4 18 36 1836 2 10 5 LZG220 1000 灯具的利用系数为42 0 u 10 5 取 n 10 来布置灯具 7 0 42 0 21000 18 36 100 n 校验最大允许距高比为 垂直方向为 6 10 2 0 59 1 31 平行方向为 9 10 2 0 88 1 12 52 计算实际照度值为 lx 3 95 18 36 7 0 42 0 21000 10 E 同理 其他几个车间照明也和车间一一样 变电所照明 由低压一路出线提供电源 设照明配电箱 表 9 2 变配电所室内照明灯具及其布置方案选择 房间名称光源类型 灯具型 式 布置方案备注 主变压器 室 白炽灯 高压汞 灯 配照型均匀布置通常只需装设一盏灯 配电室荧光等 白炽灯配照型均匀布置可补充局部照明 值班室值班室荧光等 白炽灯荧光等 白炽灯配照型配照型均匀布置均匀布置工作台需装设局部照明工作台需装设局部照明 道路照明 由低压一路出线提供电源 设照明配电箱 表 9 3 厂区路灯及其布置方案 布灯方式 路灯光源悬挂高度 单侧路中心一行或双侧 灯距 200W 及以下白炽灯 125W 及以下高压汞灯 4 7m 125 250W 高压汞灯 150W 及以下高压钠灯 6 8m 400W 及以上高压汞灯 250W 及以上高压钠灯 7 9m 适于路面较 窄及照度较 低的次要道 路 适于路面较宽 10m 及以上 和照度较高的主要 干道 一般 30 40m 第 10 章 备用电源自动投入装置 10 1 备用电源自动投入装置的作用与类型 53 在要求供电可靠性较高的变配电所中 通常设有两路及以上的电源进线 如果装设了备用电源自动投入 APD 则当工作电源线路突然断电时 在 APD 作用下 工作电源自动断开 将备用电源投入运行 从而大大提高供电可靠性 保证对用户的不间断供电 工作电源与备用电源的接线方式可分为两大类 名备用接线方式和暗备用 接线方式 名备用方式是指在正常工作时 备用电源不投入工作 只有在工作 电源发生故障时才投入工作 暗备用方式是指在正常工作时 两电源都投入工 作 互为备用 10 2 对备用电源自动投入装置的基本要求 1 不论什么原因失去工作电源 APD 都能迅速起动并投入备用电源 2 必须在工作电源确已断开 而备用电源电压也正常时 才允许投入备用 电源 3 APD 应只动作一次 以免将备用电源重复投入永久性故障回路中 4 当电压互感器二次回路断线时 APD 不应动作 10 3 备用电源自动投入装置的选择 选择 LSA 1165G 1165D 型备用电源自投装置 1 适用范围及功能 LSA 1165G 1165D 型备用电源自投装置 适用于电力系统 发电厂等厂用 10kV 6kV 400V