冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计

冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计河南工业职业技术学院HenanPolytechnicInstitute毕业设计论文题目:某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计专业:电气自动化技术班级:电气1001班姓名:张志海学号:指导教师:张季萌

摘要伴随中国国民经济飞速发展,工业对电力需求也越来越迫切。伴随中国工业规模不停扩大,对电力供给安全性、可靠性提出了更高要求,所以电力系统与用户直接关联供电系统尤为主要。作为供电系统主要组成部分,电气设备质量及其性能先进性是决定供电系统安全可靠运行前提条件之一。本设计依照该冶金机械厂相关资料和实际情况,对该厂总降压变电所和高压供电系统进行设计。本设计首先依照工厂提供资料对工厂负荷情况进行了计算,依照负荷情况对变压器容量和台数进行了选择。该厂电源由某变电所以35kV双回路架空线引出,本设计选择在该厂设置总降压变电所先将电压降为厂区供电电压10kV,在由各车间变电所降为负荷所需电压。为确保供电系统可靠性,总降压变电所采取单母线分段式接线方式,厂区供电系统采取放射式接线方式。经过计算,本设计对各变电所主要电气设备、电缆和母线进行了选择和校验,对一次侧主要设备进行了继电保护整定,对避雷和接地装置进行了选择。关键词:变电所;供电系统;电气设备

目次 163531绪论 138811.1工厂供电意义及要求 1241891.2工厂供电设计通常标准 1322341.3设计详细内容 2267711.4工厂原始资料 2149052工厂电力负荷及其计算 328412.1工厂电力负荷 358722.2车间计算负荷确实定 3184872.3工厂计算负荷确实定 413862.4无功功率赔偿及其计算 5113693降压变电所及变压器选择 7262663.1总降压变电所所址选择 724763.2降压变电所形式选择 7199553.3厂区供电电压选择 8208203.4总降压变电所变压器台数和容量选择 932043.5车间变电所变压器选择 9105434总降压变电所主接线方案及供电线路设计 10199494.1总降压变电所任务和类型 10325474.2变电所主接线方案设计标准与要求 1077144.3主接线方案选择 11139374.4厂区配电线路设计 1197464.5总降压变电所二次回路操作电源设计 1292705短路电流计算 1378475.1短路电流计算目标 13319805.2短路电流计算方法和步骤 14135085.3该厂供电系统电路及短路等效电路 1589495.4短路计算 15118135.5短路计算结果 2116546一次设备选择与校验 22241456.1一次设备选择校验条件与项目 2223146.2一次设备效验公式 22133026.3一次设备选择与校验 23112876.4电缆、母线选择 24108697继电保护装置整定计算 26181267.1总降压变电所35/10kV变压器保护 2721407.235kV电力线路保护 29105207.310kV电力线路保护 29233288防雷保护与接地装置设计 30314888.1变电所防雷保护与防雷装置选择 30249328.2接地装置设计计算 3125692结论 321绪论从十九世纪七十年代开始,人类开始了以电能广泛使用为显著特点第二次工业革命。这个时期电力工业和电器制造业快速发展起来,同时为社会创造了巨大社会财富,也极大地提升了人们生活水平,更为以后电子计算机问世奠定了基础。1831年,法拉第发觉了电磁感应定律,它揭示了电、磁现象之间相互联络,为以后发电机创造、电能大规模生产和传输以及电能广泛应用提供了主要理论基础。伴随电能在社会各个方面广泛应用,人类社会从此进入了电气化时代,电能成为主要能源,并极大地促进了社会生产力发展。工厂供电意义及要求电能不不过人们生活能源,更主要是工业生产主要能源和动力。电能轻易从其它一次能源中取得,也轻易转化为工业生产中电能、动能,而且使用方便灵活。电能输送和分配简单经济是电能又一优点,经过导线能够直接把电能引至负荷,不像蒸汽机、内燃机那样粗笨,更防止了一次能源费时耗力运输。当代工厂里应用信息技术、生产自动化技术和其它高新技术无一不是建立在电能应用基础之上。所以,电能在当代工业生产有着及其广泛应用,是工业生产中不可代替能源。在工厂里,电能即使是工业生产主要能源和动力,可是它在产品成本中所占比重通常很小。电能在工业生产中主要性,在于工业生产实现电气化以后能够大大增加产量,提升产品质量,提升劳动生产率,降低生产成本,减轻工人劳动强度,改进工人劳动条件,有利于实现生产过程自动化。所以,做好工厂供电工作对于发展工业生产,实现工业当代化,具备十分主要意义。在工厂中,供电系统起着至关主要作用。要确保工厂内正常生活生产秩序、确保人民群众财产,就要有一个可靠稳定供电系统。一个优质工厂供电系统必须达成以下基本要求:(1)安全电能在供给、分配和使用中,要确保输电线路安全性,设计合理供电系统,不能够因为供电系统出现人身伤亡事故和设备事故;(2)可靠应满足电能用户对供电可靠性要求。对于一些要求连续不间断供电企业,可靠性是第一位。对于一些负荷,假如因为电力系统故障供电系统突然中止,可能会造成重大设备损坏、大量产品报废很严重经济财产损失,甚至发生重大人身伤亡事故,给国家和人民带来经济上甚至政治上重大损失;(3)优质应满足电能用户对电压和频率等质量要求。使用电设备在额定电压、频率下进行生产,不但能够防止设备损坏,而且也以提升产品质量,给企业带来利润;(4)经济供电系统投资要少,运行费用要低,并尽可能地节约电能和降低有色金属消耗量。工厂供电设计通常标准工厂供电设计必须遵照以下标准:(1)工厂供电设计必须恪守国家关于法令、标准和技术规范,执行国家关于方针政策,包含节约能源、节约有色金属和保护环境等技术经济政策;(2)工厂供电设计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,设计中应采取符合国家标准效率高、能耗低、性能先进及与用户投资能力相适应经济合理电器产品;(3)工厂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、工程特点和地域供电条件,合理确定设计方案;(4)工厂供电设计应依照工程特点、规模和发展规划,正确处理近期建设与远期发展关系,做到远近结合,以近期为主,适当考虑扩建可能性。设计详细内容该冶金机械厂总降压变电所及高压配电系统设计,是依照各个车间负荷数量和性质,生产工艺对负荷要求,以及负荷布局,结合国家供电情况,处理对电能分配安全可靠,经济合理问题。其基本内容有以下几方面:工厂负荷计算及无功赔偿;确定工厂总配变电所所址和型式;(3)确定工厂总配变电所所址、形式、主接线方式,确定主变压器型式、容量和台数;短路电流计算;一次设备选择;选择工厂电源进线及高压配电线路;对一次侧进行继电保护整定计算;工厂总配变电所防雷保护及接地装置设计。1.4工厂原始资料本设计原始资料以下:工厂总平面布置图,如图1.1。图1.1工厂总平面布置图2、工厂生产任务、规模及产品规格:本厂主要负担全国冶金工业系统矿山、冶炼和轧钢设备配件生产,即以生产铸造、锻压、铆焊、毛坯件为主体。年生产规模为铸钢件1000t,铸铁件3000t,锻件1000t,铆焊件2500t。3、工厂各车间负荷情况及车间变电所容量见表2.1和表2.2。4、供用电协议1)工厂电源从供电部门某220/35kV变电站以35kV双回架空线路引入本厂,其中一路作为工作电源,另一路作为备用电源。两个电源不并列运行。变电站距厂东侧8km。2)系统短路数据,如表1.1所表示。3)供电部门对工厂提出技术要求:①区域变电站35kV馈线电路定时限过流保护装置整定时间top=2s,工厂总降压变电所保护动作时间不得大于1.5s②工厂在总降压变电所35k电源侧进行电能计量。③工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。5、厂负荷性质:本厂为三班工作制,年最大有功利用小时为6000h属二级负荷。表1.1区域变电站35kV母线短路数据系统运行方式系统短路容量系统运行方式系统短路容量最大运行方式Soc·max=200MVA最小运行方式Soc·min=175MVA2工厂电力负荷及其计算2.1工厂电力负荷电力负荷(electricpowerload)又称电力负载,有两种含义:一是指耗用电能用电设备或用户,另一是指用电设备或用户耗用功率或电流大小,如说轻负荷(轻载)、重负荷(重载)、空负荷(空载)、满负荷(满载)等。电力负荷详细含义视详细情况而定,本章指是用电设备或用户耗用功率大小。计算负荷又称需要负荷或最大负荷Pmax。计算负荷是一个假想连续性负荷,其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生最大热效应相等。在配电设计中,通常采取半小时最大平均负荷P30作为按发烧条件选择电器或导体依据。计算负荷是供电设计计算基本依据。计算负荷确定得是否正确合理,直接影响到电器和导线电缆选择是否经济合理。假如计算负荷确定得过大,将使电器和导线电缆选得过大,造成投资和有色金属浪费。假如计算负荷确定得过小,又将使电器和导线电缆处于过负荷状态下运行,增加电能损耗,产生过热,造成绝缘过早老化甚至燃烧引发火灾。由此可见,正确确定计算负荷意义重大。可是负荷情况复杂,影响负荷计算原因很多,即使各类负荷改变有一定规律可循,但仍难准确确定计算负荷大小。实际上,负荷也不是一成不变,它与设备性能、生产组织、生产者技能及能源供给情况等多个原因关于。所以负荷计算只能力争靠近实际。2.2车间计算负荷确实定车间计算负荷是选择工厂内配电线路电缆型号和主要电气设备包含车间变压器基本依据。中国当前普遍采取确实定计算负荷方法有需要系数法、利用系数法和二项式法。需要系数法是国际上普遍采取确实定计算负荷基本方法,本设计采取需要系数法进行负荷计算。计算基本公式以下:有功计算负荷P30为(2.1)这里Kd称为需要系数(demandcoefficient),Pe为车间用电设备总容量。无功计算负荷Q30为(2.2)式中,tan为对应于车间用电设备正切值。视在计算负荷为(2.3)式中,为车间供电设备平均功率原因。计算电流I30为(2.4)式中,UN为用电设备组额定电压。依照工厂给出资料,经过计算整理,得出该工厂各车间负荷计算表及该工厂6kV高压设备负荷计算表,结果见表2.1和表2.2。2.3工厂计算负荷确实定工厂计算负荷是选择工厂电源进线及主要电气设备包含主变压器基本依据,也是计算工厂功率原因及无功赔偿容量基本依据,确定工厂计算负荷方法很多,有需要系数法、年产量估算工厂计算负荷和逐层计算法等。依照国际普遍计算方法和该冶金机械厂实际情况,本设计采取需要系数法计算工厂计算负荷。依照该厂提供各车间及工厂高压设备负荷数据,利用需要系数法,依照上面给出公式经过计算、整理得出该工厂负荷计算表2.3。表2.1各车间380V负荷计算表序号车间(单位)名称设备容量/kWKd计算负荷车间变电所代号变压器台数及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸钢车间0.40.651.178009361230.81870No.1车变2×16002铸铁车间10000.40.701.02400408571.4867.5No.2车变2×800砂库1100.70.601.3377102.4128.3194.9小计(KΣ=0.9)2110———429.3459.4628.8955.4(续表)序号车间(单位)名称设备容量/kWKd计算负荷车间变电所代号变压器台数及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A3铆焊车间12000.30.451.98360712.88001215.No.3车变2×1000No.1水泵房280.750.80.752115.826.339.6小计(KΣ=0.9)1228———342.9655.7740.011244空压站3900.850.750.88331.5291.7442671.5No.4车变1×800机修车间1500.250.651.1737.543.957.787.7铸造车间2200.30.551.5266100.3120182.3木型车间1860.350.601.3365.186.6108.5164.8制材场200.280.601.335.67.49.314.1综合楼200.9101801827.3小计(KΣ=0.9)986———471.3476.9670.510185锅炉房3000.750.800.75225168.8281.3427.4No.5车变1×400No.2水泵房280.750.800.752115.826.340.0仓库(1、2)880.30.651.1726.430.940.661.9污水提升站140.650.800.759.16.811.417.3小计(KΣ=0.9)430———253.4200.1322.9490.6表2.2各车间6kV高压负荷计算表序号车间(单位)名称高压设备名称设备容量/kWKd计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸钢车间电弧炉2×12500.90.870.5722501282.52586.2248.92铸铁车间工频炉2×2000.80.90.48320153.6355.634.23空压站空压机2×2500.850.850.62425263.550048.1小计3400———29951699.63443.6331.4表2.3工厂负荷计算表全厂设备容量/kWKd计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A111540.350.790.7839043045.14941.8285.32.4无功功率赔偿及其计算工厂中因为有大量感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负载,还有感性电力变压器,从而使功率原因降低。如在充分发挥设备潜力、改进设备运行性能、提升其自然功率原因情况下,尚达不到要求工厂功率原因要求时,则需考虑增设无功功率赔偿装置。假设功率因数由cos提升到cos＇,这时在用户需要有功功率P30不变条件下,由公式(2.2)和公式(2.3)知无功计算功率和视在功率都有所减小。对应地负荷电流I30也得以减小,这将使系统电能损耗和电压损耗对应降低,既节约了电能,又提升了电压质量,而且可选较小容量供电设备和导线电缆,所以提升功率原因对供电系统大有好处。在提升功率原因同时,工厂总降压变电所主变压器容量能够选小一些,这不但可降低变电所初投资,而且能够降低工厂电费开支,所以进行无功功率赔偿对工厂本身也有一定经济实惠。经过该厂负荷计算表可知该厂功率原因=0.79,不能达成供电部门要求。在<供电营业规则>中要求:”用户在当地供电企业要求电网高峰负荷时功率原因应达成以下要求:100kVA及以上高压供电用户功率原因为0.90以上。”并要求,凡功率原因未达成上述要求,应增添无功赔偿装置。无功功率人工赔偿装置主要有同时赔偿机和并联电容器两种。因为并联电容器具备安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点,所以本设计选取并联电容进行无功赔偿。由该厂负荷计算表可知,总变压器低压侧视在计算负荷为4942kVA,所以为进行功率赔偿时,主变压器容量应选为5000kVA。此时变电所低压侧功率原因未0.79。按要求,变电所高压侧功率原因cos≥0.9.。考虑到变压器本身无功功率损耗ΔQT远大于其有功功率损耗ΔPT,通常ΔQT=(4~5)ΔPT,所以在变压器低压侧进行无功赔偿时,低压侧赔偿后功率原因应略高于0.90,这里取cos＇=0.93。要使低压侧功率原因由0.79提升到0.93,低压侧需装设并联电容器容量为QC=3904×(tanarccos0.79－tanarccos0.93)kvar=1486.9kvar取QC=1500kvar赔偿后变电所低压侧视在计算负荷为所以主变赔偿后选择容量不变,仍为5000kVA。变压器功率损耗为ΔPT≈0.015=0.015×4198.6kVA=63kWΔQT≈0.06=0.06×4198.6kVA=251.9kvar变电所高压侧计算负荷为=3904kW+63kW=3967kW=(3045.1—1500)kvar+251.9kvar=1797kvar赔偿后工厂功率原因为这一功率原因满足供电部门要求要求。依照以上计算,本设计从常见并联电容器中选出型号为BWF10.5-120-1并联电容器13台进行该工厂无功功率赔偿。

3降压变电所及变压器选择3.1总降压变电所所址选择变电所所址选择按照国家关于标准和规范,应依照以下要求,选择确定:1、靠近负荷中心;2、节约用地,不占或少占耕地及经济效益高土地;3、与城镇或工矿企业规划相协调,便于架空和电缆线路引入和引出;4、交通运输方便;5、环境宜无显著污秽,如空气污秽时,所址宜设在受污源影响最小处;6、具备适宜地质、地形和地貌条件(比如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和有危岩或易发生滚石场所),所址宜防止选在有主要文物或开采后对变电全部影响矿藏地点,不然应征得关于部门同意;7、所址标高宜在50年一遇高水位之上,不然,所区应有可靠防洪方法或与地域(工业企业)防洪标准相一致,但仍应高于内涝水位;8、应考虑职员生活上方便及水源条件;9、应考虑变电所与周围环境、邻近设施相互影响。依照上面要求,本设计结合该工厂负荷情况和工厂布局,选择该厂西南角锅炉房东面作为总降压变电所所址,其变电所所址示意图见图3.1所表示3.2降压变电所形式选择变电所形式有很多个,优点各异。露天式配电装置具备运行维护方便,占地面积少、投资少等优点,而屋内式配电装置安装方便、运行可靠,故本设计总降压变电所35kV侧采取屋外式配电装置,变压器放置于露天,10kV侧采取屋内式配电装置。依照各车间地理位置,车间建筑物结构、周围环境和车间负荷等情况,本设计详细考虑了各个车间变电所形式,其中第一、二、三和四号车间变电所采取车间附设式变电所。因为第五号车间变电所在锅炉房旁边,故采取独立式,以确保供电安全。3.1工厂高压配电系统示意图3.3厂区供电电压选择工厂供电电压选择,主要取决于当地电网供电电压登记,同时也要考虑工厂用电设备电压、容量和供电距离等原因。因为在同一输送功率和输送距离条件下,供电电压越高,则线路电流越小,从而使线路导线或电缆截面越小,可降低线路初投资和有色金属消耗量。该冶金机械厂经过与当地供电部门协商,工厂电源从电力系统某220/35kV变电站以35kV双回路架空线引入工厂,其中一路作为工作电源,另一路作为备用电源,两个电源不并列运行。系统变电站距工厂东侧8km。工厂供电系统高压配电电压,主要取决于工厂高压用电设备电压和容量、数量等原因。工厂通常采取高压配电电压为10kV。假如工厂拥有想当数量6kV用电设备,或者供电电源电压就是从邻近发电厂取得6.3kV直配电压,则可考虑采取6kV作为工厂高压配电系统。假如当地电网供电电压为35kV,而厂区环境条件又允许采取35kV架空线路和较经济35kV电气设备时,则可考虑采取35kV作为高压配电电压深入工厂各车间负荷中心。这种高压深入负荷中心直配方式,能够省去一级中间变压,大大简化供电系统接线,节约投资和有色金属,降低电能损耗和电压损耗,提升供电质量,但必须要确保人身生产安全。该厂从邻近变电所引入35kV电压电源作为工厂电源,考虑到该工厂车间密集,道路狭窄,厂区布局复杂,为了确保厂区内人身和生产安全,保障正常生产生活秩序,故本设计不采取35k高压深入负荷中心直配方式,而需要经过工厂内总降压变电所降压后在厂内配电。工厂有6kV高压负荷电弧炉2台,工频炉2台和空压机2台,但6kV高压用电设备不多,所以本设计仍采取将35kV电源经总降压变电所降压至10kV作高压配电电压,而6kV高压负荷则经过专用10/6.3kV变压器单独供电。3.4总降压变电所变压器台数和容量选择依照工厂提供数据,本工厂负荷为二级负荷,且工厂视在计算负荷为4941.9kVA,故本工厂总降压变电所应选择两台主变压器。因为本工厂选取两台主变压器,故每台主变压器容量SN·T不应小于总计算负荷S3060%~70%。但因为本工厂负荷均为二级负荷,故该工厂总降压变电所选取两台容量为5000kVA型号为S9-5000/35变压器,其技术参数见表3.1。3.5车间变电所变压器选择电力系统35kV供电电源引入该厂后,经过厂区内35/10kV总降变电所将电压降至10kV给厂区供电。10kV仍是高压电源,不能被380V以下负荷所用,固还需要进行降压才能供负荷使用。依照工厂布局并结合实际情况,在该工厂设置五个10/0.4kV车间变电所,给车间380V以下负荷供电。因为该厂有6kV高压负荷,故在有高压负荷车间变电所需专门设置10/6kV变压器给高压负荷供电。对于有主要二级负荷且容量较大车间变电所,需要采取两台变压器进行供电,以确保供电可靠性。本设计结合工厂实际情况和各车间负荷需要,总结各车间变电所所需变压器型号见表3.2所表示,以及所需变压器技术参数见表3.3所表示。表3.1S9-5000/35变压器技术参数额定容量/kVA额定电压/kV损耗/kW阻抗电压(%)空载电流(%)联结组别总体质量/t备注高压低压空载短路500035,38±2×2.5%3.156.310.56.5031.0070.7Yd1111.15沈变上变福变武变等表3.2车间变电所变压器型号车间变电所代号变压器台数及容量/kVA变压器型号No.12×1600S9-1600/101×2500S7-2500/10No.22×800S9-800/101×630S7-630/10No.32×1000S9-1000/10No.41×800S9-800/101×630S7-630/10No.51×400S9-400/10表3.3各型号变压器技术参数变压器型号额定容量/kVA额定电压/kV损耗/kW阻抗电压(%)空载电流(%)联结组别总体质量/t备注高压低压空载短路S7-630/1063010±5%6.31.308.14.52.0Yd112.385常变天变宁变福变佛变等S7-2500/1025003.65235.51.26.34S9-400/104006±5%6.3±5%10±5%0.40.844.2041.4Yyn01.64S9-800/108001.457.204.51.23.26S9-1000/1010001.7210.01.13.82S9-1600/1016002.4514.01.05.1584总降压变电所主接线方案及供电线路设计4.1总降压变电所任务和类型总降压变电所是工厂供电系统中最主要变电所,它担负着从电力系统中受电,然后将电压从35kV降至厂区内高压供电系统电压,然后将电能分配到各车间变电所。总降压变电所是工厂能源命脉,在工厂中占有特殊主要地位。工厂变配电所分总降压变电所和车间变电所,不过通常中小型工厂不设总降压变电所。变电所主要类型有露天式、独立式、地下式、楼上式等。因为本章内容设计是总降压变电所,故本设计总降压变电所采取半露天式变电所,这种变电所建筑费用低,人力物力投入小,而且考虑到该厂为大型冶金机械厂,负荷很大,总降压变电所是全厂电能起源,要确保总降压变电所可靠运行,所以我们结合实际情况,将35kV母线和主变压器露天放置,10kV采取屋内开关柜接线。4.2变电所主接线方案设计标准与要求变电所主接线,应依照变配电所在供电系统中地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等原因综合分析确定,并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。1、安全性(1)在高压断路器电源侧及可能反馈电能另一侧,必须装设高压隔离开关;(2)在低压断路器电源侧及可能反馈电能另一侧,必须装设低压刀开关;(3)在装设高压熔断器-负荷开关出线柜母线侧,必须装设高压隔离开关;(4)35kV及以上线路末端,应装设与隔离开关联锁接地刀闸;(5)变电所高压母线上及架空线路末端,必须装设避雷器。装于母线上避雷器,宜与电压互感器公用一组隔离开关,接于变压器引出线上避雷器,不宜装设隔离开关。2、可靠性(1)变电所主接线方案,必须与其负荷级别相适应。对一级负荷,应由两个电源供电。对二级负荷,应由两回路或一回6kV及以上专用架空线或电缆供电;其中采取电缆供电时,应采取两根电缆并联供电,且每根电缆应能承受100%二级负荷;(2)变电所非专用电源进线侧,应装设带短路保护断路器或负荷开关-熔断器。当双电源供多个变电所时,宜采取环网供电方式;(3)对通常生产区车间变电所,宜由工厂总变配电所采取放射式高压配电,以确保供电可靠性,但对于辅助生产区及生活区变电所,可采取树干式配电;(4)变电所低压侧总开关,宜采取低压断路器。当低压侧为单母线,且有自动切换电源要求时,低压总开关和低压母线分段开关,均应采取低压断路器。3、灵活性(1)变配电所高低压母线,通常宜采取单母线或单母线分段接线方式;(2)35kV及以上电源进线为双回路时,宜采取桥形接线和线路-变压器组接线;(3)需带负荷切换主变压器变电所,高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关;(4)变电所主接线方案应与主变压器经济运行要求相适应;(5)变电所主接线方案应考虑到今后可能增容扩展,尤其是出线柜便于添置;4、经济性(1)变电所主接线方案在满足运行要求前提下,应力争简单。变电所高压侧宜采取断路器较少或不用断路器接线;(2)变电所电气设备应选取技术先进、经济适用节能产品,不得选取国家明令淘汰产品;(3)工厂电源进线上应装设专用计量柜,其中电流、电压互感器只供计费电能表使用;(4)应考虑无功功率人工赔偿,使最大负荷时功率原因达成要求要求。4.3主接线方案选择因为工厂负荷为二级负荷,总降压变电所出线较多,故本降压变电所采取单母线分段方式接线,电气接线图见图4.1。这种接线方式采取高压开关设备较多,早期投资较大。但单母线分段接线方式比其它接线方式灵活性、可靠性更高,考虑到总降压变电所在工厂特殊地位,故本设计采取单母线分段方式主接线方案,变电所平面布置图见附录A。作为主变照明及应急用电,本设计采取由主变一次侧单引一个35/0.4小型干式变压器供电,作为主变照明及应急用电,并加直流屏,以确保供电系统检修和维护可靠性。4.4厂区配电线路设计该工厂高压配电系统采取常见单回路放射式接线方式。该种方式线路敷设轻易,维护简便,易于实现自动化,切运行中线路之间互不影响,较之单回路树干式供电可靠性高,但高压开关设备用较多,投资较高。其接线方案示意图见图4.1。图4.1总降压变电所电气主接线图4.5总降压变电所二次回路操作电源设计变电所二次回路(secondarycircuit),是指用来控制、指使、监测和保护一次电路(primarycircuit)运行电路,包含控制系统、信号系统、监测系统和自动化系统等。二次回路操作电源分直流和交流两大类。直流操作电源有由蓄电池组供电电源和由整流装置供电电源两种。交流操作电源有由所用变压器供电和经过仪用互感器供电两种。1、直流操作电源本设计总降压变电所采取复式整流直流操作电源做工作电源,用镉镍蓄电池作为备用直流操作电源。复式整流是指提供直流操作电压整流装置有两个:(1)电压源—由所用变压器或电压互感器供电,经铁磁谐振稳压器和硅整流器供电给控制等二次回路。(2)电流源—由电流互感器供电,一样经铁磁谐振稳压器和硅整流器供电给控制等二次回路。复式整流装置接线示意图如图4.2所表示。图4.2复式整流装置接线示意图TA—电流互感器TV—电压互感器U1、U2—硅整流器直流操作电源采取镉镍蓄电池组作为备用电源。镉镍蓄电池组具备工作可靠,大电流放电性能好,比功率大,机械强度高,使用寿命长,腐蚀性小,无需专用房间装设等优点。故总变电所镉镍蓄电池组安放在电容器室即可。2、交流操作电源本设计总降压变电所只用到了交流电压源,可取自变压互感器,作为保护变压器内部故障瓦斯保护电源。5短路电流计算5.1短路电流计算目标工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电,以确保工厂生产和生活正常进行。然而因为各种原因(如工作人员误操作、鸟兽跨越在裸露相线之间)也难免出现故障,而使系统正常运行遭到破坏。系统中最常见故障就是短路(shortcircuit)。短路就是指不一样电位导电部分包含导电部分对地之间低阻性短接。短路后,系统中出现短路电流(short-circuitcurrent)比正常负荷电流大得多。在大电力系统中,短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大电流可产生很大点动力和很高温度,而使线路中原件受到损害。因为短路时电路电压骤降,严重影响电气设备正常运行和降低产品质量。继电保护装置在发觉短路电流后动作,切除故障线路,可造成不一样范围停电。由此可见,短路危害是很大,所以必须尽力设法消除可能引发短路一切原因;同时需要进行短路电流计算,方便正确地选择电气设备,使设备具备足够动稳定性和热稳定性,以确保在发生可能有最大短路电流时不致损坏。为了断则切除短路故障开关电源、整定短路保护继电保护装置和选择限制短路电流原件等,也必须计算短路电流。5.2短路电流计算方法和步骤进行短路电流计算方法,常见有欧姆法(有称有名单位制法)和标幺值法(又称相对单位制法),工程上常见标幺制法。故本设计采取标幺值法进行计算。1、绘制计算电路图、选择短路计算点。计算电路图上应将短路计算中需计入全部电路元件额定参数都表示出来,并将各个元件依次编号。短路计算点应选择得使需要进行短路效验电器元件有最大可能短路电流经过。2、设定基准容量Sd=100MVA和基准电压Ud=Uc(短路计算电压,即1.05UN),并计算基准电流Id。(5.1)3、计算短路回路中各主要元件阻抗标幺值(通常只计算电抗标幺值)(1)电力系统电抗标幺值(5.2)式中,SOC—电力系统出口断路器断流容量,单位为MVA。(2)电力线路电抗标幺值(5.3)式中,UC—线路所在电网短路计算电压,单位为kV,UC=1.05UN.采取标幺值计算时,不论短路计算点在哪里,线路电抗标幺值不需换算。(3)电力变压器电抗标幺值(5.4)式中,Uk%—变压器短路电压(阻抗电压)百分值;SN—变压器额定容量。4、绘制短路回路等效电路,并计算总阻抗(总电抗标幺值)。5、计算短路电流,分别对各短路计算点计算各短路电流、、、等。(5.5)在无穷大容量系统中,存在以下关系:==(5.6)高压电路中短路冲击电流及其有效值,按以下公式近似计算:(5.7)(5.8)低压电路中短路冲击电流及其有效值,按以下公式近似计算:(5.9)(5.10)5、计算短路容量,三相短路容量按下式计算:(5.11)5.3该厂供电系统电路及短路等效电路该厂电源从位于距该厂东侧8km处220/35kV变电站以35kV双回路架空线引入工厂,其中一路做为工作电源,另一路作为备用电源,两个电源不并列运行。其供电系统电路图如图5.1所表示。该供电系统中,需计算图中四处短路点短路电流、短路容量等,以用于确定一次设备,其短路等效电路图如图5.2所表示。图5.1工厂供电系统电路图5.4短路计算1、取基准容量Sd=100MVA;2、计算基准电流3、电力系统电抗:4、架空线路电抗:本设计采取表5.1数据进行架空线路电抗计算表5.1电力线路每相单位长度电抗平均值线路结构线路电压35kV及以上6～10kV220/380V架空线路0.400.350.32电缆线路0.120.080.066所以5、变压器电抗:故可得出短路等效电路图5.2,依照短路图可算出各短路点总阻抗以下:6、计算三相短路电流和短路容量(1)k-1点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量图5.2短路等效电路图(2)k-2点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量(3)k-3点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量(4)k-4点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量(5)k-5点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量(6)k-6点、k-9点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量(7)k-7点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量(8)k-8点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量(10)k-10点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量5.5短路计算结果依照前面短路计算得出各种短路情况数据,经过整理得出该厂短路计算表见表5.2。表5.2短路计算结果表电路点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-14.864.864.869.816.58277.78k-25.195.195.1911.687.8494.34k-354.5654.5654.56122.7682.3940.65k-44.054.054.059.116.1244.25k-535.6135.6135.6180.1353.7725.91k-61.121.121.122.531.6912.25k-762.4962.4962.49140.5994.3645.45k-820.6420.6420.6451.6031.1715.02k-91.121.121.122.531.6912.25k-1012.4312.4312.4327.9718.779.046一次设备选择与校验6.1一次设备选择校验条件与项目为了确保一次设备安全可靠地运行,必须按以下条件选择和校验:(1)按正常工作条件包含电压、电流、频率及开断电流等选择;(2)按短路条件包含动稳定和热稳定进行校验;(3)考虑电气设备运行环境条件如温度、湿度、海拔高度以及有没有防尘、防爆、防腐、防火等要求;选择一次设备时应考虑和效验项目如表6.1所表示。表6.1一次设备选择校验项目及满足条件序号设备名称电压/kV电流/kA断流能力/kA短路稳定度校验动稳定热稳定1高压断路器√√√√√3高压隔离开关√√—√√4低压断路器√√√△△7电流互感器√√√√√8电压互感器√————9母线—√—√√10电缆√√——√应满足条件设备额定电压应大于装置地点额定电压设备额定电流应大于经过设备计算电流设备最大开端电流(或功率)应大于它可能开端最大电流(或功率)按三相短路冲击电流校验按三相短路稳态电流校验备注√校验—不校验△通常可不校验6.2一次设备效验公式本设计查阅相关资料,经过整理一次设备效验所需公式得出一次设备效验公式表见表6.2。表6.2一次设备效验公式表序号设备名称校验项目校验公式1高压断路器、高压负荷开关、高压隔离开关动稳定ima≥ish(3)热稳定I2tt≥I∞(3)2tima2电流互感器动稳定KesIin≥i(3)sh热稳定(Kt·Iin)2t≥I∞(3)2tima3母线动稳定σal≥σc热稳定A≥Amin=I(3)∞·/c4电缆和绝缘导线热稳定A≥Amin=I(3)∞·/c符号含义ima——设备极限经过电流峰值(kA),ish(3)—经过设备三相短路冲击电流(kA),It—设备t秒热稳定电流(kA),t－设备热稳定试验时间,I∞(3)－三相短路稳态电流(KA,序号3、4中用A),tima－短路假想时间,Kes－动稳定倍数,Kt－热稳定倍数,σal－母线最大允许应力,σc－母线经过时ish(3)受到最大计算应力,A－导体截面,Amin－导体满足热稳定最小截面。6.3一次设备选择与校验1、总降压变电所35kV侧一次设备选择与校验依照前面计算数据,经过综合判断,本设计总降压变电所35kV侧选取中型屋外式配电装置,并对该装置所用到电气设备进行了效验。其主要电气设备参数见表6.3,35kV侧一次设备选择效验表见表6.4。2、总降压变电所10kV侧一次设备选择与校验该工厂总降压变电所10kV侧选取GG-1A(F)型开关柜,其主要电气设备参数及电气设备校验表见表6.5和表6.6所表示,10kV开关柜室平面布置图见附录B。3、各车间变电所10kV侧一次设备选择与校验该工厂共有五个车间变电所,经过分析和计算,本设计各个车间变电所10kV侧电气设备均可选取同总降压变电所相同型号电气设备和GG-1A(F)型开关柜。经过校验该型高压开关柜和电气设备参数均合格,满足工厂各个车间变电所用电需求。固各车间变电所10kV侧一次设备均选取同总降压变电所相同型号电气设备和高压开关柜,其详细参数见表6.6。表6.335kV屋外配电装置主要电气设备参数名称型号主要技术数据断路器40GI-E16UN=40.5kV,IN=1600A,Ioc=16kA电流互感器LCZ-35I1N/I2N=20~1000A/5A电压互感器JDJ2-35U1N/U2N=35kV/0.1kVJDJJ2-35熔断器RN5-35UN=35kV,IN=100A,Ioc=17kARW10-35/2UN=35kV,IN=2A,Ioc=16.5kA表6.435kV侧一次设备选择校验表选择效验项目电压电流断流能力动稳定性热稳定性装置地点条件参数UNI30数据35kV71.84A4.86kA9.81kA17.71kA设备型号参数UNINIoc/Socimax断路器40GI-E1640.5kV1600A16kA——电流互感器LCZ-3535kV1000/5A—130kA900kA熔断器RN5-3535kV100A900MVA——电压互感器JDJ2-3535/0.1kV————表6.5GG-1A(F)型高压开关柜主要电气设备参数名称型号主要技术数据断路器SN10-10ⅡUN=10kV,IN=1000A,Soc=500MVA隔离开关GN8-10UN=10kV,IN=400A电流互感器LAJ-10UN=10kV,I1N/I2N=20~800A/5A电压互感器JDZ-10U1N/U2N=10kV/0.1kV避雷器FZ-10UN=10kV4、各车间变电所二次侧一次设备选择与效验低压开关设备选择与校验,主要指低压断路器、低压刀开关、低压刀熔开关以及低压负荷开关选择与校验。本设计中个车间变电所二次侧均采取低压短路器作为开关电器,并对其进行选择、整定与校验,其结果见表6.7。表6.610kV侧一次设备选择校验表选择效验项目电压电流断流能力动稳定性热稳定性装置地点条件参数UNI30数据10kV285.3A5.19kA11.68kA20.20kA设备型号参数UNINIoc/Socimax断路器SN10-10Ⅱ10kV1000A31.5kA80kA31.5kA电流互感器LAJ-1010kV20~800/5A—181kA3600kA电压互感器JDJ2-3510/0.1kV————6.4电缆、母线选择导电和电缆是电能传输唯一路径,所以合理选择电缆来确保供电系统安全、可靠、优质、经济运行时至关主要。导线界面越大,电能损耗越小,可是线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量都要增加。所以从经济方面考虑,可选择一个比较合理导线截面,既是电能损耗小,又不致过分增加线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量。表6.7各车间变电所二次侧断路器选择与效验表变电所编号断路器型号装设地点参数校验参数UN/VI30/AIk(3)/kAUN/VIN/AIoc/kANO.1DW17-380187054.5669080SN1-106000248.94.05600060020No.2DW15-1600380955.435.61690125040SN1-10600034.21.12600060020No.3DW17-380112462.4969080No.4DW17-1600380101820.64690125050SN1-10600048.11.12600060020No.5DW15-630380490.612.43690630301、35kV架空线路选择35kV供电线路可先按经济电流密度确定经济截面,在校验其它条件。按经济电流密度jec计算经济截面Aec公式为(6.1)式中,I30为线路计算电流。中国现行经济电流密度jec要求见表6.8所表示。该工厂为三班工作制,年最大有功利用小时为6000h,进线电缆选取铝芯电缆,由表6.8查jec=1.54。由公式6.1计算得架空线路经济截面所以选取截面为95mm2,型号为LGJ-95钢芯铝绞线,LGJ-95允许载流量Ial=335A﹥I30=71.84A,所以满足发烧条件。2、35kV母线选择由<发电厂电气主系统>图6.3查出铝矩形导体经济电流密度jec=0.68,故母线经济截面故35kV母线选取25×5mm2单条竖放矩形导体,其载流量为350A,比I30大,所以满足要求。表6.8导线和电缆经济电流密度线路类别导线材质年最大有功负荷利用小时3000h以下3000～5000h5000h以上架空线路铜3.002.251.75铝1.651.150.90电缆线路铜2.502.252.00铝1.921.731.542、总降压变电所10kV侧电缆选择依照公式6.1可算出总降压变电所10kV侧电缆经济截面所以选取截面为150mm2,型号为YJV－150交联聚乙烯绝缘电缆。由<工发电厂电气主系统>中数据得铜芯YJV－150允许载流量Ial=411A﹥I30=71.84A,所以满足发烧条件。3、总降压变电所10kV侧母线选择依照10kv母线处电流电压等初选母线型号为LMY－480(40×4),Ial=480A≥I30=285.3A,符合要求。⑴动稳定校验该10kV母线处=11.68kA假设母线水平平放,档距为900mm,档数大于2,相邻两相母线轴线距离为160mm。三相短路时最大电动力F(3)=×10-7N/A2=(11.68×103)2××10-7=133N母线在F(3)作用时弯曲力矩为M==133×0.9/10=12N·m母线截面系数为W=b2h/6=0.042×0.004/6=1.1×10-5m3故母线在三相短路时所受到计算应力为σc=M/W=12N·M/1.1×10-5m3=10.9MPa而硬铝母线(LMY)允许应力为σal=70MPa＞σc=10.9MPa由此可见该母线满足短路动稳定度要求。⑵热稳定校验由表6-2中热稳定校验公式可知=5.19×103×/87=122.98mm2A=40×4=160mm2＞=122.98mm2由此可知该母线满足短路热稳定度要求。4、总降压变电所至各车间变电所电缆选择本设计总降压变电所至各车间变电所电缆均选取交联聚乙烯绝缘铜芯电缆,并对其进行了校验,其结果见表6.9。表6.9总降压变电所至各车间变电所电缆选择与效验表变电所编号电缆型号计算电流I30/A允许载流量Ial/ANo.1YJV-70217.75255No.2YJV-2563.76135No.3YJV-2542.72135No.4YJV-2562.07135No.5YJV-2518.641357继电保护装置整定计算为了确保工厂供电系统安全运行,防止过负荷和短路引发过电流对系统影响,所以在工厂总降压变电所和厂区供电系统中有不一样类型继电保护装置。为了确保对保护装置选择性、速动性、可靠性和灵敏性基本要求,就需要对继电保护装置进行整定计算,来达成目标。本章对该工厂总降压变电所和厂区供电系统主要保护装置进行整定计算。7.1总降压变电所35/10kV变压器保护本设计总降压变电所采取S9-5000/35型电力变压器,该变压器额定容量为5000KVA,所以本设计选择对该变压器装设差动保护和瓦斯保护。本设计变压器保护均选取GL-15/10型继电器进行保护,采取两相两继电器式接线,其接线形式见图7.1所表示,反时限过电流保护原理图见附录C。下面分别对继电保护进行整定计算。1、差动保护差动保护能正确区分被保护元件保护区内、外故障,并能瞬时切除保护区内故障。变压器差动保护用来反应变压器绕组,引出线及套管上各种短路故障,是变压器主保护。本设计差动保护选取BCH-2型继电器,原理接线图见附录C,变压器各侧关于数据见表7.1。从表7.1能够看出,变压器二次侧电流I2大于一次侧电流I1,所以选较大者10.5kV侧为基本侧。BCH-2型继电器平衡绕组WbⅠ接于10.5kV基本侧,平衡绕组WbⅡ接于35kV侧。计算差动保护基本侧动作电流,在决定一次动作电流时应满足以下三个条件:(1)躲过变压器励磁涌流条件Iop1=KrelITN,d=1.3×274.9A=357.4A(2)躲过电流互感器二次短线不应误动作条件Iop1=KrelIL,max=1.3×450A=585A(3)躲过外部穿越性短路最大不平衡电流条件式中Krel,Kst—可靠系数与电流互感器同型系数,Krel取1.3,Kst取1;ITN,d,IL,max—变压器于基本侧额定电流与最大负荷电流;,—改变变压器分接头调压引发相对误差与整定匝数不一样于计算匝数引发相对误差。去0.1,去初步0.05进行计算;—在最大运行方式下,变压器二次母线上短路,归算于基本侧三相短路电流次暂态值。表7.1S9-5000/35型变压器差动保护数据数据名称各侧数据35kV10.5kV变压器额定电流82.5A274.9A电流互感器接线方式ΔY电流互感器变比计算值33.3A55A选择电流互感器标准变比200/5600/5电流互感器二次连接臂电流3.57A2.29A选取上述条件计算值中最大作为基本侧一次动作电流,即Iop1取585A。差动继电器基本侧动作电流为式中KTAy,Kcon—基本侧电流互感器变比与其接线系数。该继电器在保持时其动作安匝数为为了平衡得更精准,是不平衡电流影响更小,可将接于基本侧平衡绕组WbⅠ作为基本侧动作匝数一部分,选取差动绕组Wb与平衡绕组WbⅠ整定匝数Wd,set=6匝,WbⅠ,set=6匝,即Wop,set=Wd,set+WbⅠ,set=12匝。确定费平衡绕组匝数I1(WbⅡ+Wd,set)=I2(WbⅠ,set+Wd,set)选整定匝数WbⅡ,set=2匝,其相对误差为要求相对误差绝对值不超出0.05,故满足要求,无须重新计算动作电流值。确定短路绕组匝数,就是要确定短路绕组插头插孔。它有四组插孔,短路绕组匝数越多,躲过励磁涌流性能越好,但当内部故障电流中有较大非周期分量时,BCH-2型继电器动作时间要延长,所以,对励磁涌流倍数大中、小容量变压器,当内部故障时短路电流非周期分量衰减较快,对保护动作时间要求较低,故多项选择取插孔C2-C1或D2-D1。本设计宜选取C1-C2插孔拧入螺钉,接通短路绕组。该继电保护整定计算为单电源应以最小运行方式下10kV侧两相短路反应到电源进行效验,10.5kV侧母线两端短路归算到35kV侧流入继电器电流为

35kV电源侧BCH-2型继电器动作电流为则差动保护装置最小灵敏系数为可见,满足灵敏性要求.2、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一个基本相当灵敏保护装置,按GB50062—1992要求,800KVA及以上油浸式变压器和400KVA及以上车间内油浸式变压器,均装设瓦斯保护。故该厂总降压变电所主变压器应装设瓦斯保护。7.235kV电力线路保护该工厂有35kV进线线路两条,一条为工作电源,另一条为备用电源。本设计35kV线路保护选取DL-10型继电器,采取两相两继电器式接线,其接线形式见图7.1所表示。35kV线路采取保护有过电流保护、电流速断保护和过负荷保护,其接线图见附录C,下面进行保护整定计算。图7.1两相两继电器式接线图1、过电流保护整定计算该线路I30=285.3A,本设计线途经电流保护整定值取I302倍,故IL·max=2I30=570.6A。电流互感器变比为100/5,故整定电流所以动作电流整定为43A。依照工厂相关资料,该过电流保护动作