10kv變電所及低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計.doc

1、好文檔就應(yīng)該這樣才好目 錄1 引言11.1. 用戶供電系統(tǒng)12 變電所負荷計算和無功補償?shù)挠嬎?2.1 負荷情況22.1.1 負荷統(tǒng)計全廠的用電設(shè)備統(tǒng)計如下表22.2 變電站的負荷計算22.1.2 負荷計算22.3 無功補償?shù)哪康暮头桨?2.4 無功補償?shù)挠嬎慵霸O(shè)備選擇33 變電所變壓器臺數(shù)和容量的選擇53.1 變壓器的選擇原則53.2 變壓器類型的選擇53.3 變壓器臺數(shù)的選擇53.4 變壓器容量的選擇64 主接線方案的確定74.1 主接線的基本要求74.1.1 安全性74.1.2 可靠性74.1.3 靈活性74.1.4 經(jīng)濟性74.2 主接線的方案與分析74.3 電氣主接線的確定與繪圖85

2、 短路電流的計算115.1 短路電流及其計算115.2 三相短路電流的計算106 變電所高壓進線、一次設(shè)備和低壓出線的選擇146.1 用電單位總計算負荷146.2 高壓進線的選擇與校驗146.2.1 架空線的選擇146.2.2 電纜進線的選擇146.3 變電所一次設(shè)備的選擇146.3.1 高壓斷路器的選擇146.3.2 高壓隔離開關(guān)的選擇156.3.3 高壓熔斷器的選擇156.3.4 電流互感器的選擇156.3.5 電壓互感器的選擇166.3.6 高壓開關(guān)柜的選擇166.4 低壓出線的選擇176.4.1 低壓母線橋的選擇176.4.2 低壓母線的選擇177 防雷保護與接地裝置的設(shè)計187.1

3、架空線路的防雷措施187.2 變配電所的防雷措施 187.3 變電所公共接地裝置的設(shè)計19 7.3.1 接地電阻的要求 19 7.3.2 接地裝置19 7.4 變配電所配電裝置的保護208 變電所二次回路方案218.1 繼電保護的選擇與整定218.1.1 繼電保護的選擇要求218.1.2 繼電保護的裝置選擇與整定21結(jié) 論26謝 辭27參考文獻28 1引 言1.1 用戶供電系統(tǒng)電力用戶供電系統(tǒng)由外部電源進線、用戶變配電所、高低壓配電線路和用電設(shè)備組成。按供電容量的不同，電力用戶可分為大型（10000kVA以上）、中型（1000-10000kVA）、小型（1000kVA及以下）1.大型電力用戶供

4、電系統(tǒng)大型電力用戶的用戶供電系統(tǒng)，采用的外部電源進線供電電壓等級為35kV及以上，一般需要經(jīng)用戶總降壓變電所和車間變電所兩級變壓?？偨祲鹤冸娝鶎⑦M線電壓降為6-10kV的內(nèi)部高壓配電電壓，然后經(jīng)高壓配電線路引至各個車間變電所，車間變電所再將電壓變?yōu)?20/380V的低電壓供用電設(shè)備使用。某些廠區(qū)環(huán)境和設(shè)備條件許可的大型電力用戶也有采用所謂“高壓深入負荷中心”的供電方式，即35kV的進線電壓直接一次降為220/380V的低壓配電電壓。2. 中型電力用戶供電系統(tǒng) 一般采用10kV的外部電源進線供電電壓，經(jīng)高壓配電所和10kV用戶內(nèi)部高壓配電線路饋電給各車間變電所，車間變電所再將電壓變換成220/3

5、80V的低電壓供用電設(shè)備使用。高壓配電所通常與某個車間變電所合建。3.小型電力用戶供電系統(tǒng)一般小型電力用戶也用10kV外部電源進線電壓，通常只設(shè)有一個相當(dāng)于車間變電所的降壓變電所，容量特別小的小型電力用戶可不設(shè)變電所，采用低壓220/380V直接進線。2. 變電所負荷計算和無功補償?shù)挠嬎?.1 負荷情況本廠多數(shù)車間為三班制，最大負荷利用小時，除1#、2#、3#車間部分設(shè)備屬二級負荷外，其它均屬三級負荷。低壓動力設(shè)備均為三相，額定電壓為380V。電氣照明設(shè)備為單相，額定電壓為220V。本廠的負荷統(tǒng)計參見下表1-1。供電部門對功率因數(shù)的要求值：10kV供電時，。變電所位置已選定，每個車間距離變電所

6、的距離為：1#車間：110m ； 2#車間：80m ；3#車間：100m ； 4#車間：90m 。 表1-1 車間負荷情況車間設(shè)備類別各機械組代號設(shè)備容量Pe/kVA需要系數(shù)1#動力No.11800.70.95No.2750.650.94No.3154.70.430.92No.435.20.20.5No.548.60.20.52#動力No.61820.40.9No.71560.680.88照明No.81870.490.78No.9120.360.883#動力No.101590.30.45No.111350.30.45照明No.1280.360.884#動力No.131800.30.5No.14

7、1470.30.56No.15100.360.882.2 變電站的負荷計算2.2.1 負荷計算按需要系數(shù)法計算各組負荷：有功功率 P= Kd pei （2.1）無功功率 Q=P （2.2）視在功率 S= （2.3）上述三個公式中：Pei：每組設(shè)備容量之和，單位為kW；Kd：需要用系數(shù)；:功率因數(shù)?？傌摵傻挠嬎悖?.有功功率 Pc=K pPc.i （2.4）2.無功功率 Qc= KqQc.i （2.5）3.視在功率 Sc= （2.6） 式中：對于干線，可取K p =0.85-0.95，Kq =0.90-0.97。對于低壓母線，由用電設(shè)備計算負荷直接相加來計算時，可取K p =0.8-0.9，Kq

8、 =0.85-0.95。由干線負荷直接相加來計算時，可取K p =0.9-0.95，K=0.93-0.97。2.3 無功補償?shù)哪康暮头桨赣捎谟脩舻拇罅控摵扇绺袘?yīng)電動機、電焊機、氣體放電燈等，都是感性負荷，使得功率因數(shù)偏低，因此需要采用無功補償措施來提高功率因數(shù)。電力系統(tǒng)要求用戶的功率因數(shù)不低于0.9，按照實際情況本次設(shè)計要求功率因數(shù)為0.92以上，因此，必須采取措施提高系統(tǒng)功率因數(shù)。目前提高功率因數(shù)的常用的辦法是裝設(shè)無功自動補償并聯(lián)電容器裝置。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，擬定采用低壓集中補償方式進行無功補償。2.4 無功補償?shù)挠嬎慵霸O(shè)備選擇我國供電營業(yè)規(guī)則規(guī)定：容量在100kVA及以上高壓供電用戶，最

9、大負荷時的功率因數(shù)不得低于0.9，如達不到上述要求，則必須進行無功功率補償。一般情況下，由于用戶的大量如：感應(yīng)電動機、電焊機、電弧爐及氣體放電燈等都是感性負荷，使得功率因數(shù)偏低，達不到上述要求，因此需要采用無功補償措施來提高功率因數(shù)。當(dāng)功率因數(shù)提高時，在有功功率不變的情況下，無功功率和視在功率分別減小，從而使負荷電流相應(yīng)減小。這就可使供電系統(tǒng)的電能損耗和電壓損失降低，并可選用較小容量的電力變壓器、開關(guān)設(shè)備和較小截面的電線電纜，減少投資和節(jié)約有色金屬。因此，提高功率因數(shù)對整個供電系統(tǒng)大有好處。要使功率因數(shù)提高，通常需裝設(shè)人工補償裝置。最大負荷時的無功補償容量QNC應(yīng)為：QNC=PC（-） (2.

10、7)按此公式計算出的無功補償容量為最大負荷時所需的容量，當(dāng)負荷減小時，補償容量也應(yīng)相應(yīng)減小，以免造成過補償。因此，無功補償裝置通常裝設(shè)無功功率自動補償控制器，針對預(yù)先設(shè)定的功率因數(shù)目標(biāo)值，根據(jù)負荷的變化相應(yīng)投切電容器組數(shù)，使瞬時功率因數(shù)滿足要求。提高功率因數(shù)的補償裝置有穩(wěn)態(tài)無功功率補償設(shè)備和動態(tài)無功功率補償設(shè)備。前者主要有同步補償機和并聯(lián)電容器。動態(tài)無功功率補償設(shè)備用于急劇變動的沖擊負荷。低壓無功自動補償裝置通常與低壓配電屏配套制造安裝，根據(jù)負荷變化相應(yīng)循環(huán)投切的電容器組數(shù)一般有4、6、8、10、12組等。用上式確定了總的補償容量后，就可根據(jù)選定的單相并聯(lián)電容器容量qNC來確定電容器組數(shù)： (

11、2.8)在用戶供電系統(tǒng)中，無功補償裝置位置一般有三種安裝方式：(1)高壓集中補償 補償效果不如后兩種補償方式，但初投資較少，便于集中運行維護，而且能對企業(yè)高壓側(cè)的無功功率進行有效補償，以滿足企業(yè)總功率因數(shù)的要求，所以在一些大中型企業(yè)中應(yīng)用。(2)低壓集中補償 補償效果較高壓集中補償方式好，特別是它能減少變壓器的視在功率，從而可使主變壓器的容量選的較小，因而在實際工程中應(yīng)用相當(dāng)普遍。(3)低壓分散補償 補償效果最好，應(yīng)優(yōu)先采用。但這種補償方式總的投資較大，且電容器組在被補償?shù)脑O(shè)備停止運用時，它也將一并被切除，因此其利用率較低。本次設(shè)計采用低壓集中補償方式。PC QC SC 取自低壓母線側(cè)的計算負

12、荷，提高至0.92= = =0.85QNC=PC（-）=619.506*tan(arccos0.85)-tan(arccos0.92)=120kvar選擇BSMJ0.4-20-3型自愈式并聯(lián)電容器，qNC=20kvar （2.9）=120kvar/20kvar=6 取 n=6補償后的視在計算負荷SC=674.19kVA= =0.923. 變電所變壓器臺數(shù)和容量的選擇3.1 變壓器的選擇原則電力變壓器是供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其主要功能是升壓或降壓以利于電能的合理輸送、分配和使用，對變電所主接線的形式及其可靠性與經(jīng)濟性有著重要影響。所以，正確合理地選擇變壓器的類型、臺數(shù)和容量，是對接下來主接線設(shè)計

13、的一個主要前題。選擇時必須遵照有關(guān)國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因地制宜，結(jié)合實際情況，合理選擇，并應(yīng)優(yōu)先選用技術(shù)先進、高效節(jié)能、免維護的新產(chǎn)品，并優(yōu)先選用技術(shù)先進的產(chǎn)品。3.2 變壓器類型的選擇電力變壓器類型的選擇是指確定變壓器的相數(shù)、調(diào)壓方式、繞組形式、絕緣及冷卻方式、聯(lián)結(jié)組別等。，變壓器按相數(shù)分，有單相和三相兩種。用戶變電所一般采用三相變壓器。變壓器按調(diào)壓方式分，有無載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種。10kV配電變壓器一般采用無載調(diào)壓方式。變壓器按繞組形式分，有雙繞組變壓器、三繞組變壓器和自耦變壓器等。用戶供電系統(tǒng)大多采用雙繞組變壓器。變壓器按絕緣及冷卻方式分，有油浸式、干式和充氣式（SF6）等。10kV配電變壓器

14、有Yyn0和Dyn11兩種常見聯(lián)結(jié)組。由于Dyn11聯(lián)結(jié)組變壓器具有低壓側(cè)單相接地短路電流大，具有利于故障切除、承受單相不平衡負荷的負載能力強和高壓側(cè)三角形接線有利于抑制零序諧波電流注入電網(wǎng)等優(yōu)點，從而在TN及TT系統(tǒng)接地形式的低壓電網(wǎng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。3.3 變壓器臺數(shù)的選擇變壓器的臺數(shù)一般根據(jù)負荷等級、用電容量和經(jīng)濟運行等條件綜合考慮確定。10kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范GB5005394中規(guī)定，當(dāng)符合以下條件之一時，宜裝設(shè)兩臺及兩臺以上的變壓器： 有大量一級或二級負荷； 季節(jié)性負荷變化較大； 集中負荷容量較大。變電所中單臺變壓器（低壓為0.4kV）的容量不宜大于1250kVA。當(dāng)用電設(shè)

15、備容量較大、負荷集中且運行合理時，可選用較大容量的變壓器。在一般情況下，動力和照明宜共用變壓器。當(dāng)屬下列情況之一時，可設(shè)專用變壓器：一、當(dāng)照明負荷較大或動力和照明采用共用變壓器嚴重影響照明質(zhì)量及燈泡壽命時，可設(shè)照明專用變壓器；二、單臺單相負荷較大時，宜設(shè)單相變壓器；三、沖擊性負荷較大，嚴重影響電能質(zhì)量時，可設(shè)沖擊負荷專用變壓器。四、在電源系統(tǒng)不接地或經(jīng)阻抗接地，電氣裝置外露導(dǎo)電體就地接地系統(tǒng)（IT 系統(tǒng)）的低壓電網(wǎng)中，照明負荷應(yīng)設(shè)專用變壓器。由于本單位的用電設(shè)備負荷有二級負荷和三級負荷。根據(jù)設(shè)計規(guī)范GB5005394的要求，宜裝設(shè)兩臺變壓器，選擇臺數(shù)為兩臺。3.4變壓器容量的選擇 變壓器的容量

16、SNT首先應(yīng)保證在計算負荷SC下變壓器能長期可靠運行。 對有兩臺變壓器的變電所，通常采用等容量的變壓器，每臺容量應(yīng)同時滿足以下兩個條件： 滿足總計算負荷70%的需要，即SNT0.7 SC； （3.1） 滿足全部一、二級負荷SN的需要,即SNTSC(I+II) （3.2）條件是考慮到兩臺變壓器運行時，每臺變壓器各承受總計算負荷的50%，負載率約為0.7，此時變壓器效率較高。而在事故情況下，一臺變壓器承受總計算負荷時，只過載40%，可繼續(xù)運行一段時間。在此時間內(nèi)，完全有可能調(diào)整生產(chǎn)，可切除三級負荷。條件是考慮在事故情況下，一臺變壓器仍能保證一、二級負荷的供電。根據(jù)無功補償后的計算負荷，SC=674

17、.19kVA 即SNT0.7*674.19=471.933kVA 取變壓器容量為500kVA因此，選擇S9-500/10 Dyn11型電力變壓器。為油浸式、無載調(diào)壓、雙繞組變壓器。 表3.1 主變壓器的選擇額定容量SN/kVA聯(lián)結(jié)組別空載損耗PO /kW短路損耗PK /kW空載電流I O %阻抗電壓U K %500Dyn111.034.95344. 主接線方案的確定4.1 主接線的基本要求主接線是指由各種開關(guān)電器、電力變壓器、互感器、母線、電力電纜、并聯(lián)電容器等電氣設(shè)備按一定次序連接的接受和分配電能的電路。它是電氣設(shè)備選擇及確定配電裝置安裝方式的依據(jù)，也是運行人員進行各種倒閘操作和事故處理的重

18、要依據(jù)。概括地說，對一次接線的基本要求包括安全、可靠、靈活和經(jīng)濟四個方面。4.1.1 安全性安全包括設(shè)備安全及人身安全。一次接線應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，正確選擇電氣設(shè)備及其監(jiān)視、保護系統(tǒng)，考慮各種安全技術(shù)措施。4.1.2 可靠性不僅和一次接線的形式有關(guān)，還和電氣設(shè)備的技術(shù)性能、運行管理的自動化程度因素有關(guān)。4.1.3 靈活性用最少的切換來適應(yīng)各種不同的運行方式，適應(yīng)負荷發(fā)展。4.1.4 經(jīng)濟性在滿足上述技術(shù)要求的前提下，主接線方案應(yīng)力求接線簡化、投資省、占地少、運行費用低。采用的設(shè)備少，且應(yīng)選用技術(shù)先進、經(jīng)濟適用的節(jié)能產(chǎn)品?？傊冸娝ㄟ^合理的接線、緊湊的布置、簡化所內(nèi)附屬設(shè)備，從

19、而達到減少變電所占地面積，優(yōu)化變電所設(shè)計，節(jié)約材料，減少人力物力的投入，并能可靠安全的運行，避免不必要的定期檢修，達到降低投資的目的。4.2主接線的方案與分析主接線的基本形式有單母線接線、雙母線接線、橋式接線等多種。1單母線接線這種接線的優(yōu)點是接線簡單清晰、設(shè)備少、操作方便、便于擴建和采用成套配電裝置；缺點：不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線隔離開關(guān)等）故障檢修，均需要使整個配電裝置停電，單母線可用隔離開關(guān)分段，但當(dāng)一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，在用隔離開關(guān)將故障的母線段分開后才能恢復(fù)非故障段的供電。適用范圍：適應(yīng)于容量較小、對供電可靠性要求不高的場合，出線回路少的小型變配電所，一般供

20、三級負荷，兩路電源進線的單母線可供二級負荷。圖4.1 單母線不分段主接線2單母線分段主接線當(dāng)出線回路數(shù)增多且有兩路電源進線時，可用斷路器將母線分段，成為單母線分段接線。母線分段后，可提高供電的可靠性和靈活性。在正常工作時，分段斷路器可接通也可斷開運行。兩路電源進線一用一備時，分段斷路器接同運行，此時，任一段母線出現(xiàn)故障，分段斷路器與故障段進線斷路器都會在繼電保護裝置作用下自動斷開，將故障段母線切除后，非故障段母線便可繼續(xù)工作，而當(dāng)兩路電源同時工作互為備用時，分段斷路器則斷開運行，此時若任一電源出現(xiàn)故障，電源進線斷路器自動斷開，分段斷路器可自動投入，保證給全部出線或重要負荷繼續(xù)供電。 圖4.2

21、單母線分段主接線單母線分段接線保留了單母線接線的優(yōu)點，又在一定程度上克服了它的缺點，如縮小了母線故障的影響范圍、分別從兩段母線上引出兩路出線可保證對一級負荷的供電等。4.3電氣主接線的確定與繪圖電源進線為兩路，變壓器臺數(shù)為兩臺。二次側(cè)采用單母線分段接線。兩路外供電源容量相同且可供全部負荷，采用一用一備運行方式，故變壓器一次側(cè)采用單母線接線，而二次側(cè)采用單母線分段接線。該方案中，兩路電源均設(shè)置電能計量柜，且設(shè)置在電源進線主開關(guān)之后。變電所采用直流操作電源，為監(jiān)視工作電源和備用電源的電壓，在母線上和備用進線斷路器之前均安裝有電壓互感器。當(dāng)工作電源停電且備用電源電壓正常時，先斷開工作電源進線斷路器，

22、然后接通備用電源進線斷路器，由備用電源供所有負荷。備用電源的投入方式采用備用電源自動投入裝置APD。下表為該變電所的各用電車間負荷計算結(jié)果，如表4-3所示表4-3車間負荷計算表編號名稱類別各機械組代號設(shè) 備容量Pe/kW需要系數(shù)KdcosTan 計算負荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1機加工動力No.11800.70.950.3312641.6132.6201.5No.2750.650.940.3648.817.651.978.8No.3154.70.430.920.4366.528.672.3109.9No.435.20.20.51.737.012.214.021.31

23、車間No.548.60.20.51.739.716.819.429.5小計-493.5-258116.6290.3441.12鑄造車間動力No.61820.40.90.4872.834.980.9122.9No.71560.680.880.5410657.3120.5183.0No.81870.490.780.8091.673.3117.5178.5照明No.9120.360.880.544.32.34.97.5小計-537274.7167.8321.9489.13鉚焊車間動力No.101590.30.452.047.795.4106161.1No.111350.30.452.040.5819

24、0136.7照明No.1280.360.880.542.91.63.35.0小計-302-91.1178199.3302.84電修車間動力No.131800.30.51.735493.4108164.1No.141470.30.561.4844.165.278.8119.7照明No.15100.360.880.543.61.94.16.2小計-337-101.7160.5190.9290總計(380V側(cè))全部線路1669.5-725.5622.91004.31525.8取，653591.8881.31339 因此最終方案是高壓側(cè)采用單母線，低壓側(cè)單母線分段，同時旁路加上與其他的變電所相連的聯(lián)絡(luò)

25、線。根據(jù)各個車間的負荷情況用電氣CAD對其繪制主接線電路圖，如圖4-4所示。圖4-4 某車間變電所主接線電路圖5. 短路電流的計算5.1 短路電流及其計算供電系統(tǒng)應(yīng)該正常的不間斷地可靠供電，以保證生產(chǎn)和生活的正常進行。但是供電系統(tǒng)的正常運行常常因為發(fā)生短路故障而遭到破壞。所謂短路，就是供電系統(tǒng)中一相或多相載流導(dǎo)體接地或相互接觸并產(chǎn)生超出規(guī)定值的大電流。造成短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞、誤動作、雷擊或過電壓擊穿等。短路電流數(shù)值通常是正常工作電流值的十幾倍或幾十倍。當(dāng)它通過電氣設(shè)備時，設(shè)備的載流部分變形或損壞，選用設(shè)備時要考慮它們對短路電流的穩(wěn)定。短路電流在線路上產(chǎn)生很大的壓降，離短

26、路點越近的母線，電壓下降越厲害，從而影響與母線連接的電動機或其它設(shè)備的正常運行。計算方法采用標(biāo)幺值法計算。進行計算的物理量，不是用具體單位的值，而是用其相對值表示，這種計算方法叫做標(biāo)幺值法。標(biāo)幺值的概念是：某量的標(biāo)幺值= （5.1）所謂基準(zhǔn)值是衡量某個物理量的標(biāo)準(zhǔn)或尺度，用標(biāo)幺值表示的物理量是沒有單位的。供電系統(tǒng)中的元件包括電源、輸電線路、變壓器、電抗器和用戶電力線路，為了求出電源至短路點電抗標(biāo)幺值，需要逐一地求出這些元件的電抗標(biāo)幺值。5.2三相短路電流計算電源取自距本變電所3km外的35kV變電站，用10kV雙回架空線路向本變電所供電，出口處的短路容量為250MVA。 圖5.1短路電流計算圖 求10kV母線上K-1點短路和380V低壓母線上K-2點短路電流和短路容量。電源側(cè)短路容量定為Sk=250MVA確定基準(zhǔn)值：取 Sd=100MVA Uc1=10.5kV Id1= =100MVA/（*10.5kV）=5.50kAZd= =(10.5kV)2/100MVA=1.10計算： 電力系統(tǒng) X1*= Sd/Sk=100MVA/250MVA=0.4 架空線路 X2*=X0LSd/Uc2=