熱源廠變電部分設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、前言電能是最方便和最清潔的終端能源，是現(xiàn)代人類社會對能源最主要的利用方式。大規(guī)模的電能從生產(chǎn)到使用要經(jīng)過發(fā)電、輸電、配電和用電四個環(huán)節(jié)，電力系統(tǒng)就是由分布在遼闊地域的發(fā)電廠、變電站、輸配電線路、用電設(shè)備等組成的大型互聯(lián)系統(tǒng)，也是最大的人造能量傳送系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，使電能得到廣泛應(yīng)用，推動了社會生產(chǎn)各個領(lǐng)域的變化，開創(chuàng)了電力時代，出現(xiàn)了近代史上的第二次技術(shù)革命。現(xiàn)代電力系統(tǒng)具有規(guī)模巨大、結(jié)果復(fù)雜、運(yùn)行方式多變、非線性因素眾多、擾動隨即型強(qiáng)等基本特征。由于電力系統(tǒng)中缺乏大容量的快速儲能設(shè)備，所以電能的生產(chǎn)和使用在任何時刻都必須保持基本平衡。變電所是電力系統(tǒng)中對電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分

2、配的場所。它是能變換電壓的電工裝置，是聯(lián)系發(fā)電廠和電能用戶的中間環(huán)節(jié)，同時通過變壓器還可以將各電壓等級的電力網(wǎng)聯(lián)系起來。變電所由主接線，主變壓器，高、低壓配電裝置，繼電保護(hù)和控制系統(tǒng)，所用電和直流系統(tǒng)，遠(yuǎn)動和通信系統(tǒng)，必要的無功功率補(bǔ)償裝置和主控制室等組成。其中，主接線、主變壓器、高低壓配電裝置等屬于一次系統(tǒng)；繼電保護(hù)和控制系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、遠(yuǎn)動和通信系統(tǒng)等屬二次系統(tǒng)。主接線是變電所的最重要組成部分，它決定著變電所的功能、建設(shè)投資、運(yùn)行質(zhì)量、維護(hù)條件和供電可靠性。主變壓器是變電所最重要的設(shè)備，它的性能與配置直接影響到變電所的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。此外，對變電所其他設(shè)備選擇和所址選擇以及總體布置

3、也都有具體要求。變電所繼電保護(hù)分系統(tǒng)保護(hù)（包括輸電線路和母線保護(hù)）和元件保護(hù)（包括變壓器、電抗器及無功補(bǔ)償裝置保護(hù)）兩類。變電所的控制方式一般分為直接控制和選控兩大類。本設(shè)計是根據(jù)10kv及以下變電所設(shè)計規(guī)范、供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范、工業(yè)與民用10kv以下變電所設(shè)計規(guī)范及建設(shè)單位提供有關(guān)資料而設(shè)計。 1 概述1.1供熱供電系統(tǒng)的發(fā)展情況我國是物產(chǎn)資源豐富的國家，煤炭儲量居世界前列。全國各地大小煤礦數(shù)以千計，煤炭業(yè)已成為我國經(jīng)濟(jì)支柱的重要組成部分。煤礦供電系統(tǒng)是煤礦的重要組成部分，在煤炭業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，人們不僅注意出煤的質(zhì)量，更加關(guān)心的是礦井的安全問題，這對煤

4、礦的供電系統(tǒng)提出了更高的要求，但也相應(yīng)的促進(jìn)其發(fā)展。 煤礦供電系統(tǒng)都要考慮安全問題，努力提高安全系數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤礦電器將會向著更穩(wěn)定、更安全、技術(shù)經(jīng)濟(jì)更合理的方向發(fā)展。1.2 供熱的自然情況阜新雙益熱源有限公司成立于2007年，坐落于遼寧阜新經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)海新街東、新開8路北，占地面積5萬平方米，資產(chǎn)總額3300萬元，凈資產(chǎn)2300萬元。該公司屬民營股份制企業(yè)，主要承擔(dān)阜開發(fā)區(qū)范圍之內(nèi)的居民、企事業(yè)單位冬季供熱及工業(yè)生產(chǎn)所需蒸汽供應(yīng)。企業(yè)自2007年5月開始建設(shè)，2007年11月1日正式生產(chǎn)供熱，現(xiàn)已完成120萬平方米供熱面積的80%的管網(wǎng)覆蓋及供熱所需設(shè)備，已實現(xiàn)供熱面積18.6萬平

5、方米。預(yù)計隨著阜新經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)發(fā)展，五年內(nèi)將實現(xiàn)供熱面積120萬平方米。2009年，該企業(yè)將實施蒸汽配套工程，五年內(nèi)預(yù)計實現(xiàn)供熱面積120萬平方米，工業(yè)蒸汽30t/n，年產(chǎn)值達(dá)7400萬元。1.3電源及電壓 開發(fā)區(qū)熱源廠變電所的上級電源為民主開閉所，供電距離為2km，電源電壓為60kv，2條lgj-120供電線路的電源取自開閉所的不同母線，變電所入口處基準(zhǔn)容量為100mva，基準(zhǔn)電壓為平均電壓時，系統(tǒng)阻抗為：最大運(yùn)行方式x*max=0.20，最小運(yùn)行方式為x*min=0.35。60 kv側(cè)主接線為全橋式，6 kv側(cè)主接線為單母線分段式。全礦采用的電壓等級分別為1140v、660v、380v、22

6、0v和127v。1.4 變電所位置的選擇 開發(fā)區(qū)熱源廠變電所的主要大型設(shè)備分布在工業(yè)廣場，因而工業(yè)廣場位于負(fù)荷中心，所以變電所選擇在工業(yè)廣場東北角，該點臨近公路，交通運(yùn)輸方便，且電源進(jìn)出線方便，地質(zhì)條件較好，地勢較高，適合于變電所建設(shè)。2 用電負(fù)荷計算及主變壓器的選擇2.1 用電負(fù)荷的計算 求計算負(fù)荷的過程叫做負(fù)荷計算。負(fù)荷計算是根據(jù)已知的用電設(shè)備安裝容量確定的、預(yù)期不變的最大假想負(fù)荷。它的大小是確定變電所的供電系統(tǒng)結(jié)線形式、選擇變壓器容量、導(dǎo)線截面及儀表量程的依據(jù)，同時也是綜合繼電保護(hù)整定的重要數(shù)據(jù)。負(fù)荷統(tǒng)計的方法有很多，如：需用系數(shù)法、利用系數(shù)法、形狀系數(shù)法和附加系數(shù)法。本設(shè)計采用需用系數(shù)

7、法。需要系數(shù)即是實際負(fù)荷與額定總?cè)萘康谋戎?。由于計算方法相同，所以本設(shè)計以給水泵電動機(jī)的計算負(fù)荷為例進(jìn)行計算，其它負(fù)荷計算過程省略。2.1.1 給水泵電動機(jī)的負(fù)荷計算已知：給水泵異步電動機(jī)，電機(jī)容量是pe=560kw，查供配電設(shè)計手冊用電設(shè)備的需用系數(shù)及功率因數(shù) 表2-4-1，取需要系數(shù)kd=0.5，得tg=0.7， （2-1） 有功計算負(fù)荷 pc = kdpe =0.5*560(kw) =280(kw)(2- 2) 無功計算負(fù)荷 qc =pctg=280*0.7=196kva(2-3) 視在計算負(fù)荷 sc =pc2 + qc2 = 2802 +1962 =342kva其中sc為設(shè)備最大連續(xù)負(fù)

8、荷。2.1.2 其他用電設(shè)備計算 1、 白熾燈和碘鎢燈對稱接入三相電路時的設(shè)備容量pe。等于全部燈泡上標(biāo)出的額定功率(kw) 即： pc =pe pe-用電設(shè)備組之和 例： 廠區(qū)照明 pc =10kw 2、 熒光燈因有鎮(zhèn)流器損失，對稱接入三相電路的熒燈，其設(shè)備容量pe為全部燈管額定功率的1.2倍（kw） 即： pc =1.2pe pe-用電設(shè)備組之和 例： pc =1.2*62.5 = 75kw3、 采用鎮(zhèn)流器的高壓銀熒光燈和金屬鹵化物燈等也要計及整流器損失，對稱接入三相電路時，其設(shè)備容量pe為全部燈泡額定功率的1.1倍（kw） 即： pc =1.1pe 例： 車間照明 pc =1.1*1.3

9、6 =15kw 2.1.3 開發(fā)區(qū)熱源廠變電所負(fù)荷統(tǒng)計 全供熱變電所負(fù)荷統(tǒng)計是在現(xiàn)場采集的基礎(chǔ)上經(jīng)指導(dǎo)老師同意后調(diào)整，利用給水泵電機(jī)負(fù)荷的計算方法分別計算得出的，統(tǒng)計結(jié)果詳見表2-1。由于存在一臺設(shè)備的額定容量往往大于其實際負(fù)荷；一組設(shè)備中各個負(fù)荷的cos值不同，一般不同時工作；最大負(fù)荷一般不同時出現(xiàn)等情況，要精確的計算變電所的負(fù)荷是困難的。所以，計算總負(fù)荷時，將各用電設(shè)備組計算負(fù)荷之和乘以組間最大負(fù)荷同時系數(shù)ktmax。即： （2-4） 其中ktmax表示最大負(fù)荷同時系數(shù)。由于總負(fù)荷大于1000kw，查供配電設(shè)計手冊用電設(shè)備的需用系數(shù)及功率因數(shù) 表2-4-1，取需要系數(shù)得：ktmax=0.7

10、。開發(fā)區(qū)熱源廠總有功負(fù)荷： pc = ktmaxpc=0.7*1116= 780(kw)表2-1負(fù)荷統(tǒng)計表序號用戶名稱設(shè)備容量需用系數(shù)功率因數(shù)最大連續(xù)負(fù)荷安裝（kw）工作（kw）有功（kw）無功（kva）視在（kva）一主要用電設(shè)備1給水泵電動機(jī)5605600.5-0.942801963422一號鍋爐電動機(jī)4084080.5-0.852041422483二號鍋爐電動機(jī)4084080.5-0.692041422484一號爐風(fēng)機(jī)1961960.5-0.79868.61195二號爐風(fēng)機(jī)1961960.5-0.79868.81196辦公用電62.562.51.2-0.557536837車間照明13.6

11、13.61.10.61522.5278廠區(qū)照明1010111010109所用電881188810其他用電備用12412411124124124總記11168181328開發(fā)區(qū)熱源廠總無功負(fù)荷： qc=qcktamx=818*0.7=570kva （2-6）開發(fā)區(qū)熱源廠總視在功率： sc=pc+qc=7802+5702=966kva （2-7）開發(fā)區(qū)熱源廠自然功率因數(shù)： cos=pc/sc=780/966=0.8 （2-8）2.2 主變壓器的選擇2.2.1 無功功率的補(bǔ)償 企業(yè)生產(chǎn)用電設(shè)備多為感性負(fù)荷，除由電源取用有功功率之外，還有大量無功功率由電源到負(fù)荷往返交換，導(dǎo)致功率因數(shù)降低，從而造成下述

12、不利影響。1、 引起線路電流增大，使供配電設(shè)備的容量不能充分利用，降低了供電能力。2、 電流增大，使設(shè)備和線路的功率損耗和電能損耗急劇增加（參考表2-2-1-1）。3、 線路電壓損失增大，影響負(fù)荷端的電壓質(zhì)量。4、 對發(fā)電機(jī)而言，無功電流增大，使電機(jī)的去磁效應(yīng)增加，端電壓降低，使發(fā)電機(jī)達(dá)不到預(yù)定出力。綜上所述，無功功率對電源及企業(yè)內(nèi)部供配電系統(tǒng)都有不良影響。從節(jié)約電能、改善配電設(shè)備利用情況和提高電能質(zhì)量等方面考慮，都必須設(shè)法減少負(fù)荷無功功率帶來的不利影響，為此需要安裝無功功率補(bǔ)償設(shè)備。無功補(bǔ)償后的效果常用補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來體現(xiàn)，所以，功率因數(shù)是供用電系統(tǒng)的一項重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，全國供用

13、電規(guī)則明確規(guī)定：“用電利率（功率因數(shù)）低于0.70時，電業(yè)局不予供電。新建及擴(kuò)建的電力用戶其用電力率一律不應(yīng)低于0.90.”（目前要求：0.90-0.95）。 企業(yè)的自然功率因數(shù)值，通常小于電力部的規(guī)定，為此，應(yīng)設(shè)法提高到0.9以上。 我國有關(guān)電力設(shè)計規(guī)定的“功率因數(shù)不能低于0.90”，就是指的最大負(fù)荷時的功率因數(shù)，因此，供電設(shè)計時考慮無功功率補(bǔ)償時，就應(yīng)按最大負(fù)荷時的功率因數(shù)來計算。不同cos時的損耗百分比 表2-2-1-1cos1.00.90.80.70.60.50.40.3變壓器銅柱與線路損耗1001231562042784006251110 開發(fā)區(qū)熱源廠自然功率因數(shù)按要求應(yīng)達(dá)到0.9以

14、上1，由式（2-8）可知開發(fā)區(qū)熱源廠自然功率因數(shù)為0.811，所以要提高功率因數(shù)。由于僅提高自然功率因數(shù)不能達(dá)到要求，所以要對無功功率進(jìn)行人工補(bǔ)償。提高功率因數(shù)的裝置有同步補(bǔ)償機(jī)和靜電電容器。同步補(bǔ)償機(jī)是無功功率發(fā)電機(jī)，它的最大優(yōu)點是可以均勻的調(diào)節(jié)電網(wǎng)的電壓水平，但與靜電電容器相比，其單位kvar的造價高，功率損失大；容量組成不靈活；安裝條件較高；運(yùn)行維護(hù)也復(fù)雜，適宜在大電網(wǎng)中樞調(diào)壓或總降壓變電所中應(yīng)用。而靜電電容器功率損耗小，容量組成靈活，所以本設(shè)計采用的方法是在0.4kv母線側(cè)并聯(lián)裝設(shè)兩組靜電電容器進(jìn)行集中補(bǔ)償?？紤]到變壓器的無功損耗，擬將功率因數(shù)提高到0.95，則對電容器進(jìn)行如下計算：

15、已知熱源廠的 圖2-1 電容器補(bǔ)償原理圖fig . 2-1 the capacitor compensates the schematic diagram由圖2-1的電容器補(bǔ)償原理圖可得如下公式： （2-9） 其中：qc為靜電電容器補(bǔ)償?shù)娜萘?，kvar； pc為變電所的有功功率計算負(fù)荷，kw；帶入數(shù)據(jù)得： qc=780*(0.721-0.363)=280kva因接于0.4kv母線上，故選nwc1-0.415型電容器，每個電容器的容量為20kvar, 額定工作電壓0.4kv, 共需電容器個數(shù)： n=qc/pc(u/ue)2=280/780(0.4/0.38)2=48 故每相并聯(lián)電容器個數(shù)為： n

16、=n/3=48/3=16個為保證電容器的補(bǔ)償容量，同時也考慮當(dāng)一相電容器故障時負(fù)荷的對稱性本設(shè)計電容器的接線采用角型。所以本設(shè)計選用三角形接線方式。如圖2-1所示。圖2-2 電容器接線圖fig . 2-2 capacitor wiring diagram查電工手冊，選ggd2型 靜電電容器柜2臺（其中一臺備用）。每臺柜內(nèi)裝有正泰nwc10.415 靜電電容器8個，為保證其負(fù)荷的平衡，每柜每相裝設(shè)8個電容器，其實際補(bǔ)償容量： qz=npc(u/ue)2=16*280*(0.38/0.4)2=320kvar （2-10）經(jīng)人工補(bǔ)償后其無功功率： qm=qz-qc=320-280=40kvar （2

17、-11）視在功率： sm=pm2+qm2=7802+402=781kvar （2-12）功率因數(shù)： cos=pm/sm=780/781=0.99 （2-13）另外還選取與電容器配套的0.4kv避雷器三只。2.2.2 主變壓器的選擇由于開發(fā)區(qū)熱源廠變電所為三級供電負(fù)荷較多，因此對供電的可靠性要求較高，為保證對供電可靠性的要求，變電所的主變壓器的臺數(shù)確定為兩臺。為保證其技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理，其運(yùn)行采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。2.2.2.1 變壓器容量的選擇1） 變壓器損耗的估算其損耗計算如下公式： （2-14）2）加入變壓器損耗后的總功率為： pm=pm+pi=1.02*780=801kvar qm=qm+pi=1

18、.1*40=44kvar sm=pm2+ qm2=825kvar所選變壓器，每臺容量按下式確定： （2-15）其中：表示事故時負(fù)荷保證系數(shù)，一般取0.81；表示考慮人工補(bǔ)償和變壓器損失后的功率因數(shù)。為保證在變壓器檢修或故障時全廠各環(huán)節(jié)生產(chǎn)的連續(xù)性，本設(shè)計中取1。這樣主變壓器的容量為：s11-1000kvars11-100kvar則選取s11-1000kvar型電力變壓器作為變電所的主變壓器，其參數(shù)見表2-2。表2-2變壓器參數(shù)表型號額定電壓額定電流a空載電流i%阻抗壓降短路損耗kw空載損耗kw聯(lián)接組別高壓低壓高壓低壓s11-10/0.4kv10kv0.4kv 0.615000.5439.049

19、0.519.15y/y112.2.2.2 變壓器損耗計算變壓器損耗的計算以其損耗最大的方式考慮。即以最大負(fù)荷時一臺變壓器工作的情況進(jìn)行計算，此時，負(fù)荷率為： =smax/sb=825/1000=0.82 （2-16）有功損耗： pb=p0+2. pd=15.2+0.82*50.6=43.2kw （2-17）無功損耗： qb=(i0%/100+2/ud%/100)sd=(0.543/100+0.822*10/100)*1000=371.6kvar （2-18）加入變壓器損耗后，變電所總的容量為： pmax=pm+pb=801+43.2=844.2kw qmax=qm+qb=40+371.6=41

20、1.6kvar smax=844.22+411.62=931kvar ，滿足要求。 cos=pmax/smax=844.2/931=0.906 ，滿足要求。2.2.2.3 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析變電所的兩臺變壓器可以有單臺運(yùn)行和并聯(lián)運(yùn)行兩種運(yùn)行方式，變電所的負(fù)荷率在一年四季的不同生產(chǎn)時期的變化以及變壓器的不同運(yùn)行方式都會使變壓器的負(fù)荷率有很大的變化，從而導(dǎo)致變壓器的有功損耗無功損耗以及無功功率在線路上引起的附加損耗都會有所變化。因此，變壓器應(yīng)該根據(jù)負(fù)荷的變化情況改變其運(yùn)行方式，保證其運(yùn)行中的綜合損耗最小，即為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。變壓器的損耗曲線見圖2-2。由于所選兩臺變壓器的參數(shù)相同，其單臺工作時的損耗曲線重

21、疊，因此，圖中單臺工作的變壓器損耗曲線只畫一條。圖中出現(xiàn)不同運(yùn)行方式，變壓器損耗不同的原因是：不同運(yùn)行方式時，變壓器的負(fù)荷率不同。而變壓器的損耗與負(fù)荷率有關(guān)。由圖可知，當(dāng)ss1時，變壓器并聯(lián)運(yùn)行的損耗功率比單臺運(yùn)行時小。其臨界負(fù)荷容量s1按下式確定： （2-19）圖2-3變壓器損耗曲線fig . 2-3 transformers loss curve其中： 投入運(yùn)行的變壓器的臺數(shù)，本設(shè)計中n=1，即n+1=2； sb 變壓器的額定容量； kw 無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量； 變壓器綜合空載損耗； 變壓器綜合短路損耗。無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，是指供電系統(tǒng)中每增加1kvar，無功損耗相當(dāng)于供電系統(tǒng)中有功損耗增加的千

22、瓦數(shù)。變壓器離供給無功功率的電源越遠(yuǎn)，則kw越大。通常kw=0.060.1kw/kvar。由于開發(fā)區(qū)熱源廠變電所距發(fā)電廠較近，故取kw=0.07kw/kvar，則有：變壓器無功空載損耗： q0=i0%/100*sb=0.54/100*1000=54kvar （2-20）變壓器無功負(fù)載損耗： qd=ud%/100*sb=10/100*1000=100kvar （2-21） 3 變電所的主結(jié)線圖 表示電氣設(shè)備的元件與其相互間聯(lián)結(jié)順序的圖稱為接結(jié)線圖。而主結(jié)線圖是表示電能由電源分配至用戶的主要電路的結(jié)線圖。變電所的主結(jié)線應(yīng)該根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設(shè)備特點及負(fù)荷性質(zhì)的等條件確定，并應(yīng)滿

23、足下列要求：1. 安全 包括設(shè)備安全和人身安全。2. 可靠 接線要滿足不同類型負(fù)荷的不中斷供電要求。3. 靈活 利用最少的切換能適應(yīng)不同的運(yùn)行方式。4. 經(jīng)濟(jì) 在滿足以上要求的條件下使設(shè)計投資最少。如能滿足上述要求時，變電所高壓側(cè)應(yīng)盡量采用斷路器較少的或不用斷路器的結(jié)線，如線路變壓器組或橋型結(jié)線等。還要考慮未來的發(fā)展情況，如有擴(kuò)建或改造的需要，在布置上應(yīng)為過渡到最終結(jié)線準(zhǔn)備條件。3.1 結(jié)線形式 變電所主結(jié)線與電源電路、電壓和負(fù)荷的大小、級別、以及變壓器的臺數(shù)、容量等因素有關(guān)，所以變電所得主結(jié)線有很多形式。主要的形式有：線路變壓器組結(jié)線，橋式結(jié)線，但母線分段式，和雙母線式。當(dāng)供電電源只有一回線

24、路，變電所裝設(shè)單臺變壓器時，采用線路變壓器組結(jié)線比較適宜。其優(yōu)點是結(jié)線簡單，使用的設(shè)備少，基建投資省。缺點是供電可靠性低，發(fā)生故障或檢修時，全部符合都將停止供電。橋式結(jié)線廣泛應(yīng)用于，有兩回電源線路受電和裝設(shè)兩臺變壓器的變電所中。單母線分段式，多應(yīng)用于有穿越負(fù)荷的兩回電源進(jìn)線的中間變電所的受配電母線以及橋式結(jié)線變電所主變壓器二次的配電母線。當(dāng)某回受電線路或變壓器因故障及檢修停止運(yùn)行時，可通過母線分段斷路器的聯(lián)絡(luò)，保證繼續(xù)對兩段母線上的重要負(fù)荷供電。其不足之處是當(dāng)其中任何一端目下需要檢修或發(fā)生故障時，接于該段母線的全部進(jìn)、出線均停止運(yùn)行。但它相對于雙母線式有所用設(shè)備少，系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，操作安全的優(yōu)

25、點。雙母線式是變電所每回進(jìn)、出線通過隔離開關(guān)可以接在任何一段母線上，兩母線之間用斷路器聯(lián)絡(luò)。因此不論那一段電源與母線同時發(fā)生故障，都不影響對用戶的供電，故可靠性高，運(yùn)行靈活。缺點是設(shè)備投資多，接線復(fù)雜，操作安全性較差。這種結(jié)線主要用于大容量，符合要求可靠性高，進(jìn)出線回路多的重要變電所。開發(fā)區(qū)熱源廠變電所高壓及低壓供電系統(tǒng)的配電方式基本采用放射式系統(tǒng)。 高壓系統(tǒng)接線方式： 單電源供電兩臺變壓器分別運(yùn)行 低壓系統(tǒng)接線方式： 兩臺不同容量的變壓器供電電源 按季節(jié)分別運(yùn)行、非主用生產(chǎn)用電可用手動雙投道閘投切，適合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。3.2 變電所的主結(jié)線3.2.1 10千伏側(cè)的結(jié)線由于開發(fā)區(qū)熱源廠是一條電源進(jìn)線

26、，經(jīng)過比較，本設(shè)計中變電所主結(jié)線采用一路10kv電源作為主電源接線，0.4kv側(cè)可用橋型結(jié)線。其優(yōu)缺點對比如下表3-1所示：表3-1 橋式結(jié)線對比表名稱優(yōu)點缺點全橋適應(yīng)性強(qiáng)，操作方便，運(yùn)行靈活，并已發(fā)展成單母線分段的中間變電所。設(shè)備多，投資大，占地面積大。內(nèi)橋倒換線路時操作方便。設(shè)備投資與占地面積均比全橋少。操作變壓器和擴(kuò)建成全橋不如外橋形式方便。適應(yīng)于線路進(jìn)線長，故障多，變壓器倒換少的變電所。外橋變壓器切換方便，比內(nèi)橋少兩組隔離開關(guān)，繼電保護(hù)簡單，易過渡到全橋接線，且投資與占地面積少。倒換線路時，操作不方便。適應(yīng)于母線短，倒換線路少的終端變電所。由于開發(fā)區(qū)熱源廠變電所離上級電源僅兩千米，供電

27、可靠性高，故可不經(jīng)常倒換電源，所以，10千伏側(cè)結(jié)線形式選為單電源進(jìn)線。3.2.2 0.4千伏側(cè)的結(jié)線由于0.4千伏側(cè)所帶負(fù)荷較多，且為保證一類負(fù)荷供電的可靠性，要求一類負(fù)荷的供電線路至少設(shè)置兩回線路，且要求兩回線路的電源應(yīng)來自不同變電所或同一變電所的不同母線上，而母線分段式結(jié)線能滿足上述要求，且系統(tǒng)簡單，因此，0.4千伏側(cè)采用單母線分段式。4 短路電流的計算 4.1計算短路電流的意義目的及短路點的選取4.1.1 計算短路電流的意義所謂短路就是指供電系統(tǒng)中不等電位的導(dǎo)體在電氣上被短接。在供電系統(tǒng)中，出現(xiàn)次數(shù)比較多的嚴(yán)重故障是短路故障。產(chǎn)生短路的主要原因是由于電氣設(shè)備載流部分絕緣損壞，操作人員的誤

28、操作或自然現(xiàn)象也能引起短路。發(fā)生斷路時，由于系統(tǒng)總阻抗大大減少，因而短路電流能達(dá)到很大的數(shù)值（十幾安至十幾萬安）。這樣大的電流所產(chǎn)生的熱量和電動力，會使電氣設(shè)備受到破壞，同時短路點的電壓降到零。短路點附近的電壓也相應(yīng)的顯著降低，使這些地方的供電質(zhì)量受到影響，甚至被迫中斷，引起嚴(yán)重后果。為了限制短路時所造成的危害和故障范圍的擴(kuò)大，需要進(jìn)行短路電流的計算及采取相應(yīng)的措施，以保證系統(tǒng)在正?；蚬收锨闆r下都可做到安全可靠。4.1.2 計算短路電流的目的1）作為校驗電氣設(shè)備的依據(jù)，以確定所選的設(shè)備在發(fā)生短路故障時，能否正常工作。2）準(zhǔn)確選擇和校驗限制電路電流所需要的設(shè)備，以確保電氣設(shè)備不被短路電流損壞。3

29、）確定選擇和校驗繼電保護(hù)裝置所需要的各項參數(shù)。4）根據(jù)故障的實際情況，進(jìn)行分析，找出故障原因。4.1.3 短路點的選取短路電流值是校驗電氣設(shè)備及計算繼電保護(hù)裝置整定值的主要依據(jù)，也是校驗保護(hù)裝置靈敏度的重要參數(shù)。所以，適當(dāng)?shù)倪x擇短路點是很重要的。由于需要計算的短路電很多，為了計算簡單，在短路計中，短路計算點不宜選得過多，合理地選擇幾個典型的短路點進(jìn)行計算即可。本設(shè)計確定七個短路點，如圖4-1所示。圖 4-1短路點示意圖fig. 4-1 short-circuits point the schematic drawing第一個短路點選在10kv母線上；第二個短路點選在0.4kv母線上；第三個短路

30、點選在給水泵電動機(jī)末端；第四個短路點選在鍋爐電動機(jī)末端；第五個短路點選在鍋爐風(fēng)機(jī)末端。4.2 導(dǎo)線截面的選擇為了做到供電上的安全可靠、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)合理，導(dǎo)線截面應(yīng)按以下原則選擇。1）按經(jīng)濟(jì)電流密度初選導(dǎo)線截面2）按電壓損失選擇導(dǎo)線截面3）按長時允許電流選擇導(dǎo)線截面4）架空線路按機(jī)械強(qiáng)度來選擇；電纜線路按最小熱穩(wěn)定截面來選擇電纜截面。4.2.1 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面為了供電的經(jīng)濟(jì)性，導(dǎo)線截面應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度進(jìn)行初選， （4-1）1) 給水泵 i1=570a 2)鍋爐電動機(jī) i2=387a3）鍋爐風(fēng)機(jī) i3=165a 根據(jù)年利用小時為30005000h查表得鋁絞線的經(jīng)濟(jì)電流密度為jj=1.15

31、a/mm2；銅芯電纜jj=2.25a/mm2。由于主電機(jī)的年利用小時在5000h以上，jj=0.9a/mm2。 選用截面為的銅芯電纜。 s1=i1/jj=570/2.25=235mm2 s2=i2/jj=387/2.25=172mm2 s3=i3/jj=165/2.25=69.5mm21) 給水泵 i1=570a 選用截面3*240+1*150mm2銅芯電纜2) 鍋爐電動機(jī) i1=387a 選用截面3*185+1*120mm2銅芯電纜 3) 鍋爐風(fēng)機(jī) i1=165a 選用截面3*70+1*50mm2銅芯電纜4.2.2 按電壓損失驗算電阻和電抗4.2.2.1 電阻及電抗的標(biāo)幺值 取基準(zhǔn)容量sj=

32、100mva （4-8）4.2.2.3 電壓損失計算 線路電壓損失按下式計算： （4-9） 電壓損失百分?jǐn)?shù)按下式計算： （4-10） 經(jīng)計算，所有供電線路的電壓損失都在6%以內(nèi)，電壓損失均滿足要求。4.2.3 按長時允許電流驗算各段導(dǎo)線截面 查配電供電表5-10可知：，3240mm2的銅芯電纜長時允許電流為3285a=855a，給水泵電機(jī)電纜的負(fù)荷電流570a。經(jīng)驗算，按經(jīng)濟(jì)電流密度初選截面，符合長時允許電流的要求。所以，所選導(dǎo)線符合長時允許電流的要求。4.2.4 按機(jī)械強(qiáng)度及最小熱穩(wěn)定截面校驗 1）電纜最小熱穩(wěn)定截面的校驗 電纜最小熱穩(wěn)定截面的校驗公式為： （4-11） 其中，表示線路末端最

33、大三相短路電流； 表示短路假象時間。在無限大容量系統(tǒng)中，取短路電流持續(xù)時間。 c表示導(dǎo)線熱穩(wěn)定系數(shù)。銅取175，鋁取97。電纜選用銅芯電纜，其最小熱穩(wěn)定截面:69.13mm250 mm2不符合要求。經(jīng)比較計算，改選為95mm2的銅芯電纜。鍋爐電機(jī)選用銅芯電纜79.26 mm270mm2不符合要求。經(jīng)比較計算，改選為95mm2的鋁芯電纜。經(jīng)計算，架空線的機(jī)械強(qiáng)度和電纜的最小熱穩(wěn)定截面均符合要求。選定線路參數(shù)見表4-1。表中已考慮備用量。表4-1 線路參數(shù)表名稱型號長度km數(shù)量給水泵電機(jī)電纜vv22-3*240+1*1501.12鍋爐電機(jī)電纜vv22-3*185+1*1200.272鍋爐風(fēng)機(jī)電纜v

34、v22-3*70+1*500.7064.3 短路電流的計算在三相供電系統(tǒng)中，可能發(fā)生的主要短路類型有三相短路、兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路等。第一種稱為對稱短路，后三種通稱為不對稱短路。就上述幾種短路故障而言，出現(xiàn)單相短路故障的機(jī)率最大，三相短路故障的機(jī)率最小。但在配電系統(tǒng)中，三相短路的后果最嚴(yán)重，因而以此驗算電氣設(shè)備的能力。短路電流計算是為了對電器設(shè)備進(jìn)行選型和校驗。為計算簡單，本設(shè)計將采用相對值法，即標(biāo)幺值法。取基準(zhǔn)容量為：sj=100mva；基準(zhǔn)電壓可取線路平均電壓，60kv側(cè)為63kv，6kv側(cè)為6.3kv；則基準(zhǔn)電流為ij1=0.916ka，ij2=9.16ka。1）電源電抗

35、2）變壓器電抗 （4-12）3）輸電線路電抗 （4-13）架空線3-10kv電纜，可取x0=0.08/km，則：其它值在4.2.3.2中已經(jīng)計算過。4）短路電流的計算 （4-14） （4-15） （4-16） （4-17） （4-18）經(jīng)計算，所得值均記入表4-1中，計算過程略。4.4 限流電抗器的選擇4.4.1 短路電流的限制當(dāng)電網(wǎng)中短路電流太大，造成所選電器容量過大，很不經(jīng)濟(jì)，有時甚至無法選擇合適的電器。因此，要對某些國的地短路電流加以限制。限制短路電流的途徑，就是增大回路阻抗。其方法有：一、改變電網(wǎng)運(yùn)行方式。如將并聯(lián)運(yùn)行改為分類運(yùn)行，提高總阻抗。二、在回路中串入限流電抗器來增加回路總阻抗

36、。4.4.2 電抗器的選擇若短路容量大于50mva，則根據(jù)規(guī)定，必須加限流電抗器來限制短路電流。4.4.2.1 計算取基準(zhǔn)容量為100mva，則將短路電流限制在50mva時，系統(tǒng)總阻抗為： （4-19） 電抗器電抗為： （4-20） 電纜的長時工作允許電流為281.1a，則電抗器的計算電抗值為： 初選用nkl63005型水泥電抗器，其電器參數(shù)見表4-2。表 4-2 nkl63005型水泥電抗器參數(shù)表型號額定電流額定電壓動穩(wěn)定性1s熱穩(wěn)定電流nkl63005300a6kv15300a12650a 4.4.2.2 校驗電抗器的電抗值為： （4-21） 1）正常工作時的電壓損失 （4-22）其中，為

37、回路最大負(fù)荷時的功率因數(shù)角，符合要求。 2）母線殘壓 （4-23），符合要求。 其中i為最小運(yùn)行方式下電抗器出口處短路時的次暫態(tài)短路電流。 其計算式為： （4-24） 3）動穩(wěn)定性校驗 在電抗器出口處短路時，短路電流沖擊值為： （4-25），符合動穩(wěn)定性要求。4）熱穩(wěn)定校驗 （4-26），符合熱穩(wěn)定性要求。式中，irw表示在trw內(nèi)的熱穩(wěn)定電流； 表示三相短路電流； trw表示熱穩(wěn)定時間，取1s； tj表示短路電流作用的假想時間。在無限大容量系統(tǒng)中，其值取短路電流持續(xù)時間，0.7s。4.4.2.3 加入電抗器后，入井電纜短路電流的計算1）最大運(yùn)行方式 2）最小運(yùn)行方式4.5大容量電機(jī)對短路電流

38、的影響 本設(shè)計變電所0.4kv母線上裝有四組大容量電機(jī)，d1、d2、d3和d4。d1、d2、d3分別是一號、二號、三號井絞車的同步電機(jī)，d4為壓風(fēng)機(jī)的異步電機(jī)，如圖4-2所示。圖4-2系統(tǒng)中的大容量電機(jī)fig . 4-2 large capacity electrical machinery in systemd1參數(shù)：p1e=560kw, =-0.85 d2參數(shù)：p2e=387kw, =0.85 d3參數(shù)：p3e=165kw, =-0.85 4.5.1 同步電機(jī)對短路電流的影響 發(fā)生短路時，由于同步電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量大，且具有勵磁繞組，故其暫態(tài)電抗較大，向短路點饋送電流時間較長，對整個短路過程的短

39、路電流均有影響。本設(shè)計只考慮對ich的影響。 在計算電路電流時，當(dāng)同一點裝機(jī)總?cè)萘看笥?000kw時，才考慮附加電源考慮。 1）同步電機(jī)的電抗標(biāo)幺值按下式計算 （4-28） 式中，xt%表示同步電機(jī)次暫態(tài)電抗百分值，取xt=0.2； 2）把同步電機(jī)相對值折算成計算值 （4-29） 修正的時間： 式中t表示附加電源時間常數(shù)平均值，取2.5s； t表示電源時間常數(shù)值，取5s。 由于同步機(jī)與一般水輪機(jī)曲線相似，因此，其計算方法為表解法。因為本設(shè)計只考慮其對ich的影響。查表時取t=0.01s0，t=2t=0s。查得：i*dd=5.6，故電機(jī)穩(wěn)態(tài)電流值計算如下： （4-30）4.5.2 異步電動機(jī)對短

40、路電流的影響 電網(wǎng)短路時，異步電機(jī)可能向短路點反饋電流，因為短路時網(wǎng)路電壓下降，若電機(jī)據(jù)短路點較遠(yuǎn)，其電勢可能小于外加電壓，電機(jī)繼續(xù)從電網(wǎng)上吸收功率，僅是電機(jī)轉(zhuǎn)速下降而以；當(dāng)電機(jī)據(jù)短路點較近時，則電機(jī)電勢大于外加電壓，此時，電動機(jī)和發(fā)電機(jī)一樣，向短路點饋送電流，因此在計算短路電流沖擊值時，才把它們當(dāng)作附加電源來考慮。 取基準(zhǔn)值：sj=100mva ，ij=9.164ka 則電機(jī)額定電流： 電機(jī)對短路點的沖擊電流按下式計算： （4-27） 式中，e*表示電動機(jī)的次暫態(tài)電勢相對值，一般取0.9； xd*表示電動機(jī)次暫態(tài)電抗值，一般取0.17； kch表示電動機(jī)反饋電流沖擊系數(shù)，高壓電動機(jī)一般取1.

41、41.6，本設(shè)計取1.6。 所以電機(jī)對d2點的短路電流沖擊值為： 計入電動機(jī)對短路電流的影響后，d2點的短路電流沖擊值為：表4-1 短路參數(shù)表運(yùn)行方式短路點i*d ,kaich ,kaich ,kasd ,mva最大運(yùn)行方式d14.32911.0386.58476.2d218.59853.60828.269203.04d36.336916.15919.632169.18d412.608432.151419.1648137.65d54.49011.456.82549.0d616.872443.024525.6460184.20d717.192243.840126.1321187.69最小運(yùn)行方式

42、d12.54466.48873.868277.8d214.25742.58321.671155.64d35.741114.63998.726562.67d410.450726.649215.885114.09d54.18610.6766.36345.7d613.218933.710520.0941144.32d713.415434.209120.3913146.465. 變電所高壓電器設(shè)備的選擇5.1 選型原則高低壓電器是供電系統(tǒng)中重要的組成部分，它們對電能起著接收、分配、和保護(hù)的作用。主要的電器設(shè)備有斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器、電抗器、互感器、母線裝置以及成套配電裝置等。其選型原則是：1）按環(huán)

43、境條件：根據(jù)電氣的工作環(huán)境確定，使用戶內(nèi)式設(shè)備還是戶外式設(shè)備。電器產(chǎn)品在制造上分戶內(nèi)和戶外兩大類。戶外設(shè)備的工作條件較惡劣，故在各個方面要求較高，成本也高，戶內(nèi)設(shè)備不能用于戶外；戶外設(shè)備雖然可用于戶內(nèi)，但不經(jīng)濟(jì)。此外選擇電器時，還應(yīng)根據(jù)不同環(huán)境條件考慮防水、防火、防腐、防塵、防爆等方面的要求。2）按電網(wǎng)電壓選：根據(jù)設(shè)備裝設(shè)處的電網(wǎng)電壓等級確定設(shè)備的額定電壓。電器可在高于額定電壓10%15%的情況下長期安全運(yùn)行。所以，所選設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于裝設(shè)處電網(wǎng)的額定電壓。3）按長時工作電流選：設(shè)備在工作環(huán)境溫度下的長時允許電流應(yīng)不小于回路的長時工作電流。 選型后還應(yīng)校驗其動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證電器

44、在短路電流的作用下不致?lián)p壞。常用高壓電器設(shè)備的選擇和校驗項目如表5-1所示，由于電流電壓均須校驗故表中未體現(xiàn)。表5-1 高壓電器選擇與校驗（注：“”為校驗項目）校驗項目斷流容量短路電流校驗動穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性隔離開關(guān)斷路器母線支柱絕緣子套管絕緣子電流互感器電壓互感器只需對電流和電壓進(jìn)行校驗5.2 隔離開關(guān)的選擇 隔離開關(guān)的選擇按電網(wǎng)電壓、長時工作電流及環(huán)境條件選型，按短路電流校驗其動、熱穩(wěn)定性。 初選隔離開關(guān)長時最大工作電流同斷路器，即。由于電壓為10kv，設(shè)備采用室外布置，故選用gw5-60g型戶外式隔離開關(guān)八組。其主要參數(shù)見表5-3。表5-3 gw5-60g型戶外式隔離開關(guān)參數(shù)表型號額定電壓額

45、定電流極限電流峰值5s熱穩(wěn)定電流操動機(jī)構(gòu)gw5-60g10kv600a50ka14kacs-g 1）熱穩(wěn)定性校驗 其中：tj取短路電流持續(xù)時間為1.7秒。 熱穩(wěn)定校驗合格。 2）動穩(wěn)定性校驗 校驗合格。5.3高壓斷路器的選擇 10kv側(cè)設(shè)備的正常工作條件為：ue=10kv （5-1）因額定電壓為60kv，長時最大工作電流為154a，布置在室外，故初選戶外式少油斷路器，其型號為sw2-60g型。所選斷路器的電氣參數(shù)見表5-2。表5-2 sw2-60g型少油斷路器的參數(shù)額定電壓額定電流額定斷流容量額定開斷電流極限電流峰值5s熱穩(wěn)定電流固有分閘時間合閘時間操動機(jī)構(gòu)10kv1500a2500mva24

46、.1ka67ka23.5ka0.06s0.2scy12 1) 動穩(wěn)定性校驗 2）熱穩(wěn)定性校驗 （5-2） 3）斷流容量的校驗 經(jīng)以上校驗，所選斷路器各項參數(shù)均滿足要求。故選sw2-60g型斷路器三組。5.4 0.4kv側(cè)母線的選擇 1）按長時最大工作電流選擇母線截面，應(yīng)滿足下式要求： （5-3） 故選tmy-1208型的矩形銅母線，查表（3-2-4）其額定電流為1940a。由于變電所最高環(huán)境溫度為35，其長時允許電流為： （5-4） 考慮到動穩(wěn)定性，母線平放，其允許電流值應(yīng)再降低8%，故： 則長時允許電流符合要求。 2）熱穩(wěn)定性校驗 熱穩(wěn)定校驗合格。 3）動穩(wěn)定性校驗 gcs型配電柜寬0.8米，柜間空隙為0.018米，母線中心為0.25米，并聯(lián)運(yùn)行母線斷路時，母線所承受的電動力最大，其值為： （5-5） 母線最大彎矩為： （5-6） 母線的抗彎矩為： （5-7） 母線的計算應(yīng)為： （5-8） 查得銅的，則，合格。5.5 絕緣子的選擇5.5.1 母線支柱絕緣子的選擇 因為所選母線為單片矩形母線，且面積最大，故選用znc-6型戶內(nèi)支柱絕緣子和zpc-6型戶外支柱絕緣子。 其額定電壓為6kv，破