10kV配电所供电系统设计

10kV配电所供电系统设计1.1设计任务：要求根据本厂所能够取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠，技术先进，经济合理的要求，确定变电所的位置与形式，确定变电所主变压器的台数与容量，类型，选择变压器的主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。设计图样内容：①变电所主接线图②变电所平面图及剖面图。1.2设计依据：1)通用机器厂厂区平面图如图1-1所示。图1-1通用机器厂厂区平面图2）金工车间设备平面布置图如图1-2所示。3）各车间负荷表及金工车间设备明细表见表1-1，1-2。表1-1各车间负荷表车间P30/kWQ30/kVar最大电机/kW冷作10011030装配809022仓库20207.5户外照明2015表1-2金工车间设备明细表序号设备名称设备容量/kW台数1~313~1623~253632~34车床7+0.125144铣床10+2.8152135摇臂钻4.5+1.7+0.6+0.1253674142铣床7+2.8489铣床7+1.7210砂轮机3.211112砂轮机121718磨床7+1.7+0.5219磨床10+2.8+1.512038磨床10+2.8+0.522237车床10+0.12522627磨床14+1+0.6+0.1522829立床55+7+1137+1.7130天车20+0.15131摇臂钻10+0.513940龙门刨75+4.5+1.7+1.7+1+1+0.52434445铣床7+1.7346镗床6.5+2.8147铣床7+2.8148桥式起重机11+5+5+2.214950桥式起重机16+5+5+3.52另外全厂照明密度：12w/㎡4）供电电源情况：在金工车间东侧1.02km处，有一座10kV配电所，先用1km的架空线路，后该为电缆线路至本厂变电所，其出口断路器的型号为SN10-10Ⅱ型，此断路器配备有定时限过电流保护和电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1s。5)气象资料。本厂所在地区的年平均的年最热月平均气温为34.6℃。6)地质情况。土壤电阻率100Ω•m。五．变电所二次回路方案选择及继电保护的整定在各级电压等级的变电所中，使用各种电气设备，诸如变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、补偿电容器等，这些设备的任务是保证变电所安全、可靠的供电，因为选择电气设备时，必须虑及电力系统在正常和故障时的工作情况。所谓电气设备的选择，则是根据电气设备在系统中所处的地理位置和完成的任务来确定它们的型号和参数。电气设备选择的总原则是在保证安全、可靠工作的前提下，适当留有裕度，力求在经济上进行节约。5.1二次回路的定义和分类二次设备是指测量表计、控制及信号设备、继电保护装置、自动装置和运动装置等。根据测量、控制、保护和信号显示的要求，表示二次设备互相连接关系的电路，称为二次接线或二次回路。按二次接线的性质来分，有交流回路和直流回路，按二次接线的用途来分，有操作电源回路、测量表计回路、断路器控制和信号回路、中央信号回路、继电保护和自动装置回路等。5.2二次回路操作电源的选择操作电源按其性质分，有直流操作电源和交流操作电源两大类。蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险:有整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。因此这里采用交流操作电源，并且从电流互感器取得电流源。5.3二次回路的接线要求继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。由于本变电所的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。此次设计对变压器装设瓦斯保护、反时限过电流保护、电流速断保护。.1）主变压器的继电保护装置（1）装设瓦斯保护当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号：当因严重故障产生大量瓦斯时，则动作于跳闸。（2）装设反时限过电流保护采用GL-25/10型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。（a）过电流保护动作电流的整定利用公式，式中为（1.5～3），即=2==57.74A，=1.3，=1，=0.8，=200A/5A，因此过电流保护动作电流=A=2.35A因此过电流保护动作电流整定为3A。（b）．过电流保护动作时间的整定由于本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5S。（c）．过电流保护灵敏系数的检验利用式==0.55KA，因此其保护灵敏系数==2.93>1.5满足其保护灵敏系数1.5的要求。（3）装设电流速断保护利用的电流速断装置来实现。（a）速断电流的整定利用式,式中=15.44KA，=1.4，=1，=200A/5A，=10KV/0.4KV=25，因此速断电流为=［（1.4*1）/（40*25）］*15440A=21.62A速断电流倍数整定为=21.62A/2.35A=9.22（b）电流速断保护灵敏系数的检验利用，式中=0.866*26.98KA=23.36KA,=1，=200A/5A因此其保护=23360A/(40*21.62)A=6.75>1.52）10KV侧继电保护在此选用GL-25/10型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限整定为0.5S；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首段的三相短路电流为4.07KV；变比为200/5A保护用电流互感器动作电流3A。下面对高压母线处的过电流保护装置进行整定（高压母线处继电保护用电流互感器变比为200/5A）整定的动作电流：取=2.5=2.5*40.72A=101.8A,=1.3,=0.8，=1，=200A/5A，故==4.14A,根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为4A.整定的动作时限：母线三相短路电流反映到中的电流：==101.8A。对的动作电流的倍数，即：=101.8A/3A=33.9由《反时限过电流保护的动作时限的整定曲线》确定的实际动作时间：=0.5S.的实际动作时间：=0.5S+0.7S=1.2S3）0.38KV侧低压断路器保护（a）瞬时过流脱扣器动作电流整定：瞬时过流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流，即式中为可靠系数，对取1.35，即1.07*1024.33A=1096.03A于是=1.35*1024.33A=1479.64A所以瞬时过流脱扣器动作电流整定为1480A。（b）长延时过流脱扣器动作电流整定：长延时过电流脱扣器的动作电流，应躲过线路的计算电流，即式中对取1.1，=1024.33A于是=1.1*1024.33A=1126.76A，所以长延时过流脱扣器动作电流整定为1200A.六变电所防雷与接地装置的确定雷电所引起的大电压将会对电气设备和变电所的建筑物产生严重危害，因此，在变电所和高压输电线路中必须采取有效措施，以保证电气设备安全。雷电的破坏作用主要是雷电波过电压引起的，主要表现在以下几个方面：雷电的热效应：雷电流产生的热量，可能烧断导线和烧毁电力设备；雷电的机械效应：雷电流产生的电动力，可摧毁设备、杆塔、建筑物和伤害人；雷电的电磁效应：雷电过电压将会使电气绝缘被击穿，甚至引起火灾和燃烧，造成人身伤亡和设备损坏。另外雷电的闪落放电，可能烧坏绝缘子，使断路器跳闸，造成停电事故。变配电所的防雷保护，包括对直击雷的保护和对沿电力线路入侵的雷电侵入波保护。实际运行表明，对于变配电所防直击雷的保护避雷针和避雷器是很有效的，雷电波入侵则必须装设阀型避雷器保护，防雷保护涉及应认真调查地质地貌气象环境等条件和雷电的活动规律，以及被保护物的特点等，因地制宜地采取防雷保护措施，做到安全可靠、技术先进、经济合理等。6.1确定共用人工接地装置⑴确定接地电阻允许值本变电所10KV侧属小电流接地系统，根据经验公式式中为单相接地电容电流，A;为额定电压，KV；为同一电压的具有电联系的架空线线路总长度，Km；为同一电压的具有电联系的电缆线路总长度,Km.则其接地电流为==10(36+35*15.68)/350=16.71A本变电所共用接地装置的接地电阻应该同时满足下面两个式子。≤120V/式（8.1）≤4Ω式(8.2)把=16.71代入式子（8.1）得≤120V/=120/16.71=7.18（），式（8.3）较式（8.2）和式（8.3），接地电阻应取其最小值，即=4Ω⑵可利用的自然接地体电阻=60Ω⑶>，需要补充人工接地体。人工接地体所需的总电阻为=*/（-）=60*4/（60-4）=42.86Ω⑷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，沿变电所周边，距墙角2.5-3m，每隔5m打入一根钢管，钢管间接地体之间用40*4mm2的扁钢相连（焊接）。此时，a/l=5/2.5=2。⑸单根人工接地体钢管的接地电阻，黄土的土壤电阻率ρ=200（Ω·m）单根接地体的电阻≈=200Ω·m/2.5m=80(Ω)⑹人工接地装置需用的钢管数量及最终的接地方案根据n=/=80Ω/42.86Ω=1.87，初步选定为2根。以a/l=5/2.5=2和n=2查表，取η=0.9，所以=80Ω/（0.8*42.86）Ω=2于是选用5根直径50mm,长2.5m的钢管作接地体，并用40*4的扁钢连接，敷设成一排。6.2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。由于本站占地面积不大，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20m*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。总结本次设计把我们所学专业的理论与实际紧密的连接了起来，学习并掌握了传统的设计手段，着重培养了自己对电力系统的基本设计能力,培养了独立分析和解决问题的能力，提高了工作能力和工程设计的基本技能，对我的专业知识有了一个新的提高。在设计中我们依据现有的降压变电站的接线形式作为参考资料，通过理论与实际相联系确定出最优方案，本次设计的10KV降压变电站接线形式从目前来看是比较可靠、经济的，而且是变电站通常采用的一种接线形式。电气设备的选择依据所学知识理论原理为依据，通过短路计算，结合现有电厂运行设备进行选择的，并进行设备校验。最后运用继电保护和高电压技术等方面的理论，进行了变压器保护整定计算及变电站防雷接地计算，具有一定的科学性、适用性。参考文献[1]刘介才编著．《工厂供电》，第4版，机械工业出版社，2005[2]雷振山编著．《中小型变电所实用设计手册》，第1版，中国水利水电出版社，2000。[3]李华峰编著．《实用供配电技术手册》，第1版，中国水利水电出版社，2002。[4]王子午编著．《常用供