工厂供电系统设计毕业论文

1、本科生毕业设计(论文学院 (系 :电子与电气工程系 专 业:电气工程及其自动化 学 生:贾 云 鹏设计(论文题目:工厂供电系统电气 部分设计本毕业设计为工厂变电所设计,对在工厂变电所设计中的若干问题:负荷 计算,三相短路分析,短路电流计算,高低压设备的选择与校验,变压器的继电 保护,变电所二次回路及自动装置,防雷与接地,变电所的过电压保护,计量, 无功补偿等几方面的设计进行了陈述,并对供电主接线的拓扑结构进行了阐述。 该工厂变电所采用 10kV 单电源进线,采用一台 1600kVA 的主变压器,最大 设备容量 1636kW ,采用并联电容器进行低压集中补偿,对变压器进行过电流, 电流速断, 瓦

2、斯保护, 按三类防雷建筑物设防, 采用强弱电联合接地系统对建筑 物进行保护。在对供电系统短路计算的基础上,进行电力电缆和电气设备的选择设计, 同时也对户外平面布置进行了初步的设计。关键词 :工厂供配电,继电保护,防雷与接地,负荷计算ABSTRACTThis graduation project is designed for the factory transformer substation, to certain questions in factory transformer substation design: the load computation, the analysis of

3、 three-phase short-circuits, the short-circuit current computation, the choice and verification of high and low pressure equipment, the transformer relay protection, the secondary circuit of the transformer substation and the automatic device, anti-thunder and the connection to the earth, the transf

4、ormer substation overvoltage protection, the measurement, the idle work compensated and so on, All the above aspects and the structure of the power supply host wiring topology have been stated. The transformer substation with a 10kV single power source coil in it uses 1600kV A main transformer, the

5、biggest computation shoulders of which is 1636kW.It adopts the shunted capacitor to carry on the low pressure centralism for compensation and sets protection for the transformer by carring on the electric current to it breaking the speed of the flow gas protection, garrisons accerding to the third k

6、ind of anti-thunder buildings,and users the strong and weak electricity union earth system to carry on the protection to the building.Based on the computation of short-circuits to the power supply system, the project has a choice design of the power cable and the electrical equioment and a prelimina

7、ry design to the outdoors plane arrangement at the same time.Keywords :the power distribution , supply in factory, the relay protection目 录附录 B :低压供电系统图 . 39附录 C :变压器二次电路图 . . 40附录 D :电压互感器二次电路图 . 40附录 E :接地 避雷平面图 . 42致 谢 . 43第一章 绪论1.1课题设计背景工厂供电,就是指工厂所需电能的供应和分配,亦称工厂配电。电能是现代工业生产的主要能源和动力。 电能既易于由其它形式的能量

8、转换 而来,又易于转换为其它形式的能量以供应用;电能的输送的分配既简单经济, 又便于控制、调节和测量,有利于实现生产过程自动化。因此,电能在现代工业 生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里, 电能虽然是工业生产的主要能源和动力, 但是它在产品成本中所 占的比重一般很小。 电能在工业生产中的重要性, 并不在于它在产品成本中或投 资总额中所占的比重多少,而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量, 提高产品质量,提高劳动生产率,降低生产成本,减轻工人的劳动强度,改善工 人的劳动条件, 有利于实现生产过程自动化。 从另一方面来说, 如果工厂的电能 供应突然中断,则对工业生产可能造成严重的后

9、果。因此, 做好工厂供电工作对于发展工业生产, 实现工业现代化, 具有十分重 要的意义。 由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面, 而能源节约对于国家 经济建设具有十分重要的战略意义, 因此做好工厂供电工作, 对于节约能源、 支 援国家经济建设,也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务, 切实保证工厂生产和生活用电的需 要,并做好节能工作,就必须达到以下基本要求: 安全 在电能的供应、分配和使用中,不应发生人身事故和设备事故。 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 经济 供电系统的投资要少, 运行费用要低, 并尽可能地节约电能和减

10、少 有色金属的消耗量。此外,在供电工作中,应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系,既要 照顾局部的当前的利益,又要有全局观点,能顾全大局,适应发展。1.2工厂供电设计的一般原则按照国家标准 GB50052-95 供配电系统设计规范 、 GB50053-94 10kV 及以下设计规范 、 GB50054-95 低压配电设计规范等的规定,进行工厂供电 设计必须遵循以下原则: 遵守规程、执行政策;必须遵守国家的有关规定及标准, 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。 安全可靠、先进合理;应做到保障人身和设备的安全, 供电可靠, 电能质量合格, 技术先进和经济 合理,

11、采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。 近期为主、考虑发展;应根据工作特点、规模和发展规划,正确处理近期建设与远期发展的关系, 做到远近结合,适当考虑扩建的可能性。 全局出发、统筹兼顾。必须从全局出发,统筹兼顾,按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电 条件等,合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。 工厂供电设计的质量直接 影响到工厂的生产及发展。 作为从事工厂供电工作的人员, 有必要了解和掌握工 厂供电设计的有关知识,以便适应设计工作的需要。1.3工厂供电设计内容及步骤工厂变电所及配电系统设计, 是根据各个车间的负荷数量和性质, 生产工艺 对负荷的要求,以及负荷布局

12、,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: 负荷计算工厂变电所的负荷计算, 是在车间负荷计算的基础上进行的。 考虑车间变电 所变压器的功率损耗, 从而求出工厂变电所高压侧计算负荷及总功率因数。 列出 负荷计算表、表达计算成果。 工厂变电所变压器的台数及容量选择参考电源进线方向, 综合考虑设置工厂变电所的有关因素, 结合全厂计算负 荷以及扩建和备用的需要,确定变压器的台数和容量。 工厂变电所主接线设计根据变电所配电回路数, 负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器 台数,确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求,即要安全可靠有要灵活经 济,安装

13、容易维修方便。 工厂供、配电系统短路电流计算工厂用电,通常为国家电网的末端负荷,其容量运行小于电网容量,皆可按 无限容量系统供电进行短路计算。 由系统不同运行方式下的短路参数, 求出不同 运行方式下各点的三相及两相短路电流。 改善功率因数装置设计按负荷计算求出总降压变电所的功率因数, 通过查表或计算求出达到供电部 门要求数值所需补偿的无功率。 由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和 数量, 并选用合适的电容器柜或放电装置。 如工厂有大型同步电动机还可以采用 控制电机励磁电流方式提供无功功率,改善功率因数。 变电所高、低压侧设备选择参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值,选择变

14、电所 高、低压侧电器设备,如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互 感器、 开关柜等设备。 并根据需要进行热稳定和力稳定检验。 用总降压变电所主 结线图,设备材料表和投资概算表达设计成果。 继电保护及二次结线设计为了监视,控制和保证安全可靠运行,变压器、高压配电线路移相电容器、 高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器,皆需要设置相应的控制、信号、 检测和继电器保护装置。 并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。 设计包 括继电器保护装置、 监视及测量仪表, 控制和信号装置, 操作电源和控制电缆组 成的变电所二次结线系统, 用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材 料表达设计

15、成果。 变电所防雷装置设计参考本地区气象地质材料,设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范 围计算, 避免产生反击现象的空间距离计算, 按避雷器的基本参数选择防雷电冲 击波。的避雷器的规格型号,并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压,频放电电 压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。 工厂变电所变、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、配电装置的总体布置和施工设计。第二章 负荷计算和功率补偿2.1负荷计算的内容和目的计算负荷又称需要负荷或最大负荷。 计算负荷是指导体中通过一个等效负荷 时, 导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时产生的最高温升相等,

16、该等效 负荷就称为计算负荷。 计算负荷是供电设计计算的基本依据。 计算负荷的确定是 否合理, 将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。 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。 尖峰电流指单台或多台用电设备持续 1 2秒左右的最大负荷电流。它是由 于电动机启动, 电压波动等原因引起的, 它与计算电流不同, 计算电流是指半小 时最大电流, 尖峰电流比计算电流大的多, 一般取启动电流上午周期分量作为计 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。平均负荷 av p 就是指电

17、力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。 Wtav p =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。2.2负荷计算的方法负荷计算的方法有估算法、需要系数法、单相负荷计算及二项式法等几种。 本设计采用需要系数法确定。主要计算公式有:有功功率:d e j P K P = (2.1 无功功率 :tan j j Q P = (2.2 视在功率 :/cos j j S P = (2.3 计算电流 :N j j I S = (2.4 第三章 变压器容量和数量的选择变压器台数确定原则: 应满足用电负荷对可靠性的要求

18、。在一二级负荷的变电所中,选择两台 主变压器,当在技术,经济上比较合理时,也可以多于两台。 对季节性负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所,技术经济合理 时可选择两台主变压器。 三级负荷一般选择一台主变压器,负荷较大时,也可选择两台主变。装单台变压器时,其额定容量 S n 应能满足全部用电设备的计算负荷 S c,考虑负荷发展应留有一定的容量裕度,并考虑变压器的经济运行,即S n (1.15-1.4 Sc(3.1装设两台主变压器的变电所,每台变压器的容量 Sn应同时满足以下两个条件: 1任一台主变压器单独运行时Sn=(0.6-0.7 Sc (3.2 2任一台主变压器单独运行时Sn Sc ( +

19、 (3.3 在本设计中, 工厂负荷属于三级负荷, 因此选择单台变压器运行, 根据以上计 算结果可得,如下:eP = 1636kW; P j = KeP = 0.7×1636kW =1145.2kWS j =Pj/ cos=1145.2/0.85=1347.3kVAS n =1.19×Sj=1.19×1347.3=1603kVA所以,可选择 1600 kVA的变压器一台。负载率为 84.1%。第四章 主接线方案的选择4.1对变电所主结线的一般要求变电所主接线要求安全,可靠,灵活,经济。主要有以下一些原则:在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧,必须安装高压隔离开

20、 关。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。 在装设高压熔断器 -负荷开关的出线柜母线侧,必须装设高压隔离开关。 变配电所高压母线上及架空线末端, 必须装设避雷器, 装于母线上的避雷 器宜与电压互感器共用一组隔离开关,线路上避雷器前不必装设隔离开关。 变电所的主接线方案, 必须与其负荷类型相适应, 对于一级负荷, 应由两 个电源供电,对二级负荷,应由两回路或者一回专用架空线路供电。接于公共干线上的变配电所电源进线首端, 应装设带有短路保护的开关设 备。对一般的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,但对辅助生产区的变电所,可采用树

21、干式配电。 变电所低压侧的总开关, 宜采用低压断路器, 当有继电保护或自动切换电 源要求时,低压侧总开关和低压母线分段开关均应采用低压断路器。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 变压器并联运行。需带负荷切换主变压器的变电所,高压侧应装设高压断路器或者高压负荷开 关。4.2变电所主结线对于电源进线电压为 35kV 及以上的大中型工厂, 通常是先经工厂总降压变 电所降为 6 10kV 的高压配电电压, 然后经车间变电所, 降为一般低压设备所需的电压。 总降压变电所的主接线是实现电能输送

22、和分配的一种电气接线, 在变电 所主接线图中将导线或者电缆,电力变压器,母线,各种开关,避雷器,电容器 等电气设备连接起来, 只表示相对电气连接关系而不表示实际位置。 通常以单线 表示三相系统。主结线对变电所设备选择和布置, 运行的可靠性和经济性, 继电保护和控制 方式都有密切关系,是供电设计中的重要环节。当单电源进线一台变压器时,主接线采用一次侧线路 -变压器组,二次侧单 母线不分段接线,如图 4.1,这种主接线经济简单,可靠性不高,适用于负荷不 大的三级负荷情况。也可采用一次侧单母线不分段,二次侧单母线分段主接线, 如图 4.2,适用于三级负荷及部分二级负荷。 电10kv 一,二次侧均采用

23、单母线分段主接线该主接线由于进线开关和母线分段开关均采用了断路器控制,操作十分灵 活,供电可靠性较高,适用于大中型企业的一,二级负荷供电。 内桥式主接线一次侧采用内桥式结线,二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线 如 图 4.3,线路 1WL , 2WL 来自两个独立电源,断路器 1QF , 2QF 分别接至变压器1T , 2T 的高压侧,向变电所供电,变压器回路仅装设隔离开关 3QF , 6QF 。当线 路 1WL 发生故障或检修时, 断开 1QF , 1T 由线路 2WL 经桥接断路器 3QF 继续供电, 同理,当 2WL 发生故障或者检修时, 2T 由线路 1WL 继续供电。因此,这种

24、主接 线大大提高了供电的可靠性和灵活性, 但当变压器检修时, 须进行倒闸操作, 操 作较复杂且时间较长, 这种接线适用于大中型企业的一, 二级负荷供电。 当变压 器 1T 发生故障时, 1QF 和 3QF 因故障跳闸, 此时, 打开 3QS 后再合上 1QF 和 3QF , 即可恢复 1WL 线路的工作。这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障 和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。 适用于以下条件的总降压变电所:1 供电线路长,线路故障几率大;2 负荷比较平稳,主变压器不需要频繁切换操作;3 没有穿越功率的终端总降压变电所。 图 4.3 变电所内桥式接线图

25、 图 4.4 变电所外桥式接线图 外桥式主接线一次侧采用外桥式结线、 二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线如图 4.4,其特点是变压器回路装设断路器,线路 1WL , 2WL 仅装线路隔离开关,任一 变压器检修或发生故障时,如变压器 1T 发生故障,断开 1QF ,打开其两端隔离开关,然后合上 3QF 两侧隔离开关,在合上 3QF ,使两路电源进线又恢复并联运 行。但当线路检修或发生故障时,须进行倒闸操作,操作较复杂且时间较长,外 桥式的优点是对变压器回路的操作非常方便, 灵活, 供电可靠性高, 适用于有一, 二级负荷的用户和企业。适用于以下条件的总降压变电所:1 供电线路短,线路故障几率

26、小;2 用户负荷变化大,变压器操作频繁;3 有穿越功率流经的中间变电所,因为采用外桥式主接线,总降压变电所 运行方式的变化将不影响公共电力系统的潮流。 一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线如图 4.5。这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点, 但所用高压开关设备 较多,可供一、二级负荷,适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。 一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图采用双母线结线较之 采用单母线结线,供电可靠性和运行灵活性大大提高,但开关设备也大大增加, 从而大大增加了初投资, 所以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运 用 , 主要用与电力系统的枢纽变电所

27、。本次设计的矿厂供电属于三级负荷。负荷变动较小,电源进线较短(8km , 主变压器不需要经常切换, 另外再考虑到工厂对于一次投资的要求。 固采用单电 源进线的降压变电所主接线。 10kV 进线高压供电系统图详见附件 A , 低压供电系 统图详见附件 B 。10 图 4.5 一二侧均采用单母线分段接线图11第五章 短路电流的计算5.1短路电流计算的目的及方法短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备, 以及进行继电保护装 置的整定计算。进行短路电流计算, 首先要绘制计算电路图。 在计算电路图上, 将短路计算 所考虑的各元件的额定参数都表示出来, 并将各元件依次编号, 然后确定短路计 算点。

28、短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电 流通过。 接着, 按所选择的短路计算点绘出等效电路图, 并计算电路中各主要元 件的阻抗。 在等效电路图上, 只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表 示出来, 并标明其序号和阻抗值, 然后将等效电路化简。 对于工厂供电系统来说, 由于将电力系统当作无限大容量电源, 而且短路电路也比较简单, 因此一般只需 采用阻抗串、 并联的方法即可将电路化简, 求出其等效总阻抗。 最后计算短路电 流和短路容量。短路电流计算的方法, 常用的有欧姆法 (有称有名单位制法 和标幺制法 (又 称相对单位制法 。5.2三相短路电流计算本设计采用标幺值

29、进行短路电流计算 确定基准值:取 S d =100MVA, Ud=Uav, 两个电压等级的基准电压分别为 Ud1=10.5kV Ud2=0.4kV 元件的电抗标幺值1 电力系统(Soc=1000MVA* 1 100/10000.1X =2 架空线路(XO=0.4/km 4km*2X =X0L 1S d /Ud 2=0.4×4×100/(10.5×10.5 =1.53 电力变压器(U k %=4.5 Sn=1600kVA*3X = Uk %×S d /(100×S n =4.5×100/(100×1.6 =2.81213绘制等

30、效电路图如图 5.1,图上标出各元件的序号和电抗标幺值,并标出短 路计算点。X1*X2*X3*0.1K 1(3K 2(3图 5.1 短路电流计算等效电路图 K1短路时的短路电流与容量计算1 计算短路回路总阻抗标幺值 *1 120. 10. 51. 6k X X X =+=+= 2 计算 K1点所在电压级的基准电流3 计算 K1点短路电流各值*4 三相短路容量* K2点三相短路电流与容量计算1 计算短路回路总阻抗标幺值*21230. 11. 52. 84. 4K X X X X =+ +=+= 2 计算 K2点所在电压级的基准电流 144.3d I kA = 3 计算 K2点短路电流各值*2*2

31、= *. 221. 8460. 27s h k K i IkA144 三相短路容量*路电流计算结果如下表 5.1表 5.1 短路电流计算结果 第六章 导线、电缆的选择6.1 导线电缆的使用条件导线和电缆的选择必须满足安全,可靠,经济的条件。所以,进行导线和电缆截面选择时必须按照下列选择原则: 按允许载流量选择导线和电缆截面导线和电缆 (包括母线 在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的 发热温度, 不应超过其正常运行时的最高允许温度。 以防止导线因过热而引起绝 缘损坏或老化。这就要求通过导线或电缆的最大负荷电流不应大于其允许载流 量。 按允许电压损失选择导线和电缆截面导线和电缆在通过正常最

32、大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗, 不 应超过其正常运行时允许的电压损耗,以保证电压质量。 按经济电流密度选择导线和电缆截面经济电流密度是指使线路的年运行费用支出最小的电流密度。 按这种原则选 择的导线和电缆截面称为经济截面。 对于 35kV 及以上的高压线路及电压在 35kV 以下但距离长,电流大的线路,宜按经济电流密度选择,对 10kV 及以下线路, 通常不按此原则选择。 按机械强度选择导线和电缆截面导线(包括裸线和绝缘导线截面不应小于其最小允许截面。对于电缆,不 必校验其机械强度,但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。 对于绝缘导线和电缆,还应满足工作电压的要求。6

33、.2 导线电缆的选择根据设计经验,对长距离大电流及 35kV 以上的高压线路,则可先按经济电 流密度确定经济截面,再校验其它条件。一般 10kV 及以下高压线路及低压动力 线路, 通常先按允许载流量选择截面, 再校验电压损耗和机械强度。 低压照明线路, 因其对电压水平要求较高, 因此通常先按允许电压损耗进行选择, 再校验发 热条件和机械强度。选择导线截面时,要求在满足上述 4个原则的基础上选择其中最大的截面。 在本设计中, 以低压侧大球磨车间为列, 按允许载流量计算电力电缆截面:选取 时,应注意:1允许载流量与环境温度有关。若实际环境温度与规定的环境温度不一致 时,允许载流量乘上温度修正系数

34、K ,以求出实际的允许载流量。' al al I K I = (6.1式中, K =(6.2 al 为导线额定负荷时的最高允许温度;0为导线允许载流量所采用的环境温度;' 0为导线敷设地点实际的环境温度。2电缆多根并列时,其散热条件较单根时差,故允许载流量降低,要用电 缆并列校正系数 Kp 进行校正。已知一台 245kW 的大球磨机, 功率因数为 0.9, 效率为 0.89, 当地最热平均 最高气温为 150C 。a. 线路中电流的计算 2452750.89EC P P kW = (6.3465C I A = (6.4 b. 相线截面的选择因为是三相四线制线路,所以查表得 4根

35、单芯线敷设的每相芯线截面为 240mm 2的 VLV 型导线,在环境温度为 250C 时的允许载流量为 420A ,其最高允许 温度为 650C ,即 420a I A =。温度校正系数为1.12K = (6.5 导线的实际允许载流量为' 1.12420470al al I K I A = (6.6 满足 'al C I I ,所以,所选相截面 2240S mm =满足允许载流量的要求。c. 保护线 pe S 的选择按 0.5pe S S 要求,选择 2120S mm =。所以选择导线型号为 VLV-0.6/1kV(3×240+1×120 TC 的 VLV

36、聚录乙烯绝缘铝 心电力电缆。第七章 电气设备的选择7.1电气设备选择的一般原则供配电系统中的电气设备是在一定的电压, 电流, 频率和工作环境条件下工 作的, 电气设备的选择, 除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外, 还应满 足在短路故障时不至损坏的条件, 开关电器还必须具有足够的断流能力, 并适应 所处位置,环境温度,海拔高度,以及防尘,防腐,防火,防爆等环境条件。电气设备选择应遵循以下三个原则: 按工作环境及正常工作条件选择电气设备; 按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定; 动稳定校验 (3max sh i I 或(3m a x sh I I (7.1式中, max i 为电气设备的极

37、限通过电流峰值 ; max I 为电气设备的极限通过电流有效值。 热稳定校验 2(32t ima I t I t (7.2式中, t I 为电气设备的热稳定电流 ;t 为热稳定时间。 开关电器断流能力校验。高压设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下 的工作要求,同时设备应工作安全可靠,运行方便,投资经济合理。高压刀开关柜的选择应满足变电所一次电路图的要求, 并各方案经济比较优 选出开关柜型号及一次结线方案编号,同时确定其中所有一次设备的型号规格。工厂变电所高压开关柜母线宜采用 LMY 型硬母线本设计中, 为户内变电所, 故选择户内少油断路器, 以选择变压器二次 侧高压断路

38、器为例,由设计数据可知,变压器 10/0.4kV, 1600kVA ,三相最大短 路电流为 32.76kA ,冲击短路电流为 60.27kA ,三相短路容量为 22.7MVA 。根据变压器二次侧的额定电流来选择断路器的额定电流。22312N I A = = (7.3 查表得 ,选择 SN10-10III/3000型少油断路器,比较其计算参数和装设地 点电气条件后得知,所选断路器合格。由于隔离开关主要是用于隔离而不是分断正常负荷电流和短路电流,因此, 只需要选择其额定电压和额定电流,校验动稳定和热稳定。由以上计算数据可选择 GN6-10T/600高压隔离开关。选择计算结果列于 表 7.1中。表

39、7.1 高压隔离开关选择校验表 一般情况下,计量用的电流互感器变比的选择应使其一次额定电流 1n I 不小 于线路中电流互感器用于计量和保护。计算电流 c I 。动稳定校验 1e s N s h K I i (7.4 热稳定校验 2(31( t N ima K I t I t (7.5以小球磨车间为例, 额定电压为 0.4kV , 额定电流为 465A , 选变比为 400/5A的 LQJ-10型电流互感器, es K =160, Kt =75, t=1s, 0.5级二次绕组的 2n Z =0.4。 准确度校验2222250.410N N N S I Z VA = 222( i N WL TU

40、 S S I R R =+ =27.1510N S VA <=满足准确度要求。 动稳定校验 满足动稳定要求。 热稳定校验满足热稳定要求。所以选择 LQJ-10 400/5A型电流互感器满足要求。7.3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(移可式两大类型。由于本设计是 10kV 电源进线,则可选用较为经济的固定式高压开关柜,这 里选择 KYN28A-12(Z型 .

41、低压开关柜选择 GGD3型。第八章 变压器的继电保护8.1概述供配电系统的电力变压器有总降压变压器和车间变电所或建筑物变电所的 配电变压器,其常见的故障分短路故障和不正常运行状态两种。按 GB50062 92电力装置的继电保护和自动装置设计规范规定:对电力变压 器的下列故障及异常运行方式,应装设相应的保护装置: 绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路; 绕组的匝间短路; 外部相间短路引过的过电流; 中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压; 过负荷; 油面降低; 变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。对于高压侧为 610kV 的车间变电所及小型工厂

42、变电所主变压器来说, 通常 装设有电流保护和电流速断保护;如过电流保护动作时间不大于 0.5s 时,可不 装设电流速断保护。 容量在 800kVA 及以上的油浸式变压器和 400kVA 及以上的车 间内油浸式变压器,还需装设气体继电保护(又称瓦斯保护 。如两台并联运行 的变压器容量(单台在 400kVA 及以上,以及虽为单台运行但又作为备用电源 用的变压器有可能过负荷时, 还需装设过负荷保护。 过负荷保护及瓦斯保护在轻 微故障时(通称“轻瓦斯” ,动作于信号,而其它保护包括瓦斯保护在严重故 障时(通称“重瓦斯” ,一般均动作于跳闸。对于高压侧为 35kV 及以上的工厂总降压变电所主变压器来说,

43、一般也装设 过电流保护, 电流速断保护和气体继电保护。 在有可能过负荷时, 也装设过负荷 保护。但如果单台运行的变压器容量在 10000kVA 及以上,两台并列运行的变压 器容量 (单台 在 6300kVA 及以上时, 则要求装设差动保护来取代电流速断保护。8.2变压器电流保护的接线方式两相两继电器式接线适用于相间短路保护,对 Yyno 连接的变压器,二次侧 发生单相短路时,流经保护装置的穿越电流仅为二次侧的 1/3(设变压器变比为 1 , 保护灵敏度只有相间保护的 1/3。 对 Yd11连接的变压器二次侧 a,b , 两相短 路,流经保护装置的穿越电流仅为二次侧的两相一继电器式接线的保护灵敏

44、度随保护种类而异, 但 Yyno 连接的变压器 二次侧发生单相短路和 Yd11连接的变压器二次动作, 因此, 该连接方式不能用 于 Yyno 连接和 Yd11连接的变压器的电流保护侧发生两相短路时, 保护装置不。 8.3继电保护配置 对于由外部相间短路引起的过电流,保护应装于下列各侧:1 对于双线圈变压器,装于主电源侧2 对三线圈变压器,一般装于主电源的保护应带两段时限,以较小的时限 断开未装保护的断路器。 当以上方式满足灵敏性要求时, 则允许在各侧装设保护。 各侧保护应根据选择性的要求装设方向元件。3 对于供电给分开运行的母线段的降压变压器,除在电源侧装设保护外, 还应在每个供电支路上装设保

45、护。4 除主电源侧外,其他各侧保护只要求作为相邻元件的后备保护,而不要 求作为变压器内部故障的后备保护。5 保护装置对各侧母线的各类短路应具有足够的灵敏性。相邻线路由变压 器作远后备时, 一般要求对线路不对称短路具有足够的灵敏性。 相邻线路大量瓦 斯时, 一般动作于断开的各侧断路器。 如变压器高采用远后备时, 不作具体规定。 6 对某些稀有的故障类型(例如 110kV 及其以上电力网的三相短路允许 保护装置无选择性动作。 定时限过电流保护的接线方式和工作原理当变压器发生短路时,通过线 路的电流使流经继电器的电流大于继电器的动作电流, 电流继电器 KA 瞬时动作,其常开触点闭合,时间继电器 KT

46、 线圈得电,其触点经一定延时后闭合,使中间 继电器 KM 和信号继电器 KS 动作。 KM 的常开触点闭合,接通断路器跳闸线圈 YR 回路,断路器 QF 跳闸,切除短路故障线路。 KS 动作,其指示牌掉下,同时其常 开触点闭合,起动信号回路,发出灯光和音响信号。接线图如图 8.1。 保护整定计算变压器过电流保护继电器的动作电流为. 1(1.53 rel w OP KA N re iK K I I K K =- (8.1 式中, I 1N 为变压器一次侧额定电流;K rel 可靠系数;K W 接线系数;K re 返回系数;K i 为电流互感器的变比。变压器过电流保护动作时限应比二次侧出线过电流保

47、护的最大动作时限大 一个 t ,一般取 0.5-0.7s 。灵敏度按下式校验 (2'.min 1.5K s oplI K I = (8.2 式中, (2'.min K I 为变压器二次侧在系统最小运行方式下,发生两相短路时一次侧的穿越电流。 电流速断保护的接线和工作原理电流速断保护是一种不带时限的过电流保护, 实际中常与过电流保护配合使 用。接线图如图 8.1。当线路发生短路,流经继电器的电流大于电流速断的动作 电流时, 电流继电器动作, 其常开触点闭合, 接通信号继电器 2KS 和中间继电器 KM 回路, KM 动作是断路器跳闸, 2KS 动作表示电流速断保护动作,并起动信号

48、 回路发出灯光和音响信号。 整定计算由于电流速断保护动作不带时限, 为了保护速断保护动作的选择性, 在下一 级线路首端发生最大短路电流时, 电流速断保护不应该动作, 既速断保护动作电 流 .max opl k I I >,从而,速断好汉继电器的动作电流整定值为. .max rel w op KA k iK K I I K = (8.3 式中, .max k I 为线路末端最大三相短路电流;rel K 为可靠系数; DL 型继电器取 1.3, GL 型继电器取 1.5;w K 为接线系数;i K 电流互感器变比。灵敏度校验只能用线路首端最小两相短路电流 (2'.min K I 校验

49、,即(2 ' .min 1.5K S oplI K I = (8.4 过电流保护由保护的动作时限实现选择性, 电流速断保护由保护的动作电流 实现选择性。1TA2TA 1KA 2KA3KA4KAA 相过电流 与电流速断 C 相过电流 与电流速断公用线直流操作电 源及熔断器定时限 过电流保护电流速断保护1QF 跳闸回路2QF 跳闸回路 去信号+WS+WC-WC2KA 3KA4KAKM1KM21QF 2QF1KS2KS KM1KT图 8.1 变压器的定时限过电流保护和电流速断保护接线图气体继电保护, 又称瓦斯保护, 是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基 本的保护装置。按 GB50062 9

50、2规定, 800kVA 及以上的一般油浸式变压器和 400kVA 及以上的车间内油浸式变压器,均应装设气体保护。气体保护的主要元 件是气体继电器。 它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。 为了使变压器 内产生的气体能够顺畅地通过气体继电器排往油枕,要求变压器安装应取 1%1.5%的倾斜度;而变压器在制造时,联通管对油箱顶盖也有 2%4%的倾斜度。 当变压器油箱内部发生轻微故障时, 产生的气体较少, 气体缓慢上升, 聚集 在气体继电器容器上部, 使继电器内油面下降, 上开口油杯露出油面, 上开口油 杯因其产生的力矩大于平衡锤的力矩而处于下降位置, 上干簧触点闭合, 发出报 警信号,称为轻瓦斯

51、动作。当变压器油箱内部发生严重故障时, 产生大量气体, 油汽混合物迅猛地从油箱通 过连通管冲向油枕, 在油汽混合物冲击下, 气体继电器挡板被掀起, 使下开口油 杯下降上,下干簧触点闭合,发出跳闸信号,使断路器跳闸,称为重瓦斯动作。 如果变压器油箱漏油, 使得气体继电器内的油也慢慢流尽。 先是继电器的上油杯 下降,发出报警信号,接着继电器内的下油杯下降,使断路器跳闸,同时发出跳 闸信号。变压器瓦斯保护动作后, 运行人员应立即对变压器进行检查, 查明原因, 可 由蓄积于气体继电器内的气体性质来分析和判断故障的原因几处理要求, 如下表 8.1:表 8.1 气体继电器动作后的气体分析和处理要求 第九章

52、 二次回路操作电源和中央信号回路9.1二次回路的操作电源二次回路操作电源是供高压断路器跳、 合闸回路和继电保护装置、 信号回路、 监测系统及其它二次回路所需的电源。 因此对操作电源的可靠性要求很高, 容量 要求足够大,尽可能不受供电系统运行的影响。二次回路的操作电源主要有直流操作电源和交流操作电源两类。 直流操作电 源有蓄电池和硅整流直流电源两种。 交流操作电源有电压互感器, 电流互感器和 所用电变压器。 其中, 蓄电池主要有铅酸蓄电池和镉镍蓄电池两种; 整流电源主 要有硅整流电容储能式和复式整流两种。采用镉镍蓄电池组作操作电源, 除不受供电系统运行情况的影响、 工作可靠 外,还有大电流放电性

53、能好,比功率大,强度高,寿命长,腐蚀性小,无需专门 的蓄电池室等优点,从而大大降低了投资。因此在工厂供电系统这应用普遍。 采用交流操作电源,接线简单,投资低廉,工作可靠,维护方便,但是交流 继电器性能没有直流继电器完善, 不能构成复杂的保护, 不适于比较复杂的电路。 因此,在小型变配电所中应用较广。9.2中央信号回路中央信号装置是指装设在变配电所值班室或控制室的信号装置。 中央信号回 路包括事故信号回路和预告信号回路两种。中央信号有:事故信号,预告信号, 位置信号,指挥信号,和联系信号等。 中央事故信号装置应保证在任一断路器跳闸后,立即发出音响信号和灯 光信号; 中央预告信号装置应保证在任一电

54、路发生故障后,能按要求准确发出音 响信号和灯光信号; 中央事故音响信号和预告音响信号应有区别; 中央信号装置在发出音响信号后,应能手动或自动复归音响,而灯光信 号及其他信号应保持到清除故障为止; 接线简单,可靠,应能监视信号回路的完好性; 应能对事故信号,预告信号及其他光字牌是否完好进行校验。中央事故信号回路按操作电源分, 有直流操作的交流操作的两类。 按复归方 法可分为就地复归和中央复归两种; 按其能否重复动作分为不重复动作和重复动 作两种。中央预告信号是指在供电系统中,发生不正常工作状态时发出的音响信号。 常用电铃发出声响, 并利用灯光和光字牌来显示故障的性质和地点。 中央预告信 号装置有

55、直流操作的和交流操作的两种,也有不重复动作(如图 9.1的和重复 动作的两种。 +WSWFS -WS图 9.1 中央复归不重复动作预告信号回路图第十章 测量和绝缘监视回路供电系统的测量和绝缘监视回路是二次回路的重要组成部分, 电气测量仪表的 配置应符合“电气测量仪表装置设计技术规程 GBJ63-90”的规定,以满足电气 设备安全运行的需要。10.1测量仪表的配置变配电装置中测量仪表的配置要求如下: 在供配电系统每一条电源进线上,必须装设计费用的有功电度表和无功 电度表及反映电流大小的电流表。 通常采用标准计量柜, 计量柜内有计算专用电 流,电压互感器。 在变配电所的每一段母线上 (3-10kV , 必须装设电压表 4只, 其中一只 测量线电压,其他 3只测量相电压。 35/6-10kV变压器应该在高压侧或低压侧装设电流表,有功功率表,无 功功率表,有功电度表和无功电度表各一只, 6-10/0.4kV的配电变压器,应在 高