某塑料制品廠總配變電所及高壓配電系統(tǒng)設計

1、第 1章 緒論工廠供電,即指工廠所需電能的供應和分配,亦稱工廠配電。電能是現代工 業(yè)生產的主要能源和核心動力。電能既易于由其它形式的能量轉換而來,又易于 轉換為其它形式的能量以供應用;電能的輸送的分配既簡單經濟,又便于控制、 調節(jié)和測量,有利于實現生產過程自動化。因此,電能在現代工業(yè)生產及整個國 民經濟生活中應用極為廣泛。在企業(yè)工廠里,電能雖然是工業(yè)生產的主要能源和動力,但是它在產品成本 中所占的比重一般很小(除電化工業(yè)外。電能在工業(yè)生產中的重要性,并不在 于它在產品成本中或投資總額中所占的比重多少,而在于工業(yè)生產實現電氣化以 后可以大大增加產量,提高產品質量,提高勞動生產率,降低生產成本,減

2、輕工 人的勞動強度,改善工人的勞動條件,有利于實現生產過程自動化。從另一方面 來說,如果工廠的電能供應突然中斷,則對工業(yè)生產可能造成嚴重的后果。 可見,做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)自動化生產,實現工業(yè)現代化,具有 十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面,而能源節(jié)約對 于國家經濟建設具有十分重要的戰(zhàn)略意義,因此做好工廠供電工作,對于節(jié)約能 源、支援國家經濟建設,也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產服務,切實保證工廠生產和生活用電的需 要,并確實做好節(jié)能環(huán)保工作,就必須達到以下基本要求:1.安全:在電能的供應、分配和使用中,不應發(fā)生人身事故和設備事故。2.可靠:應滿足

3、電能用戶對供電可靠性的要求。3.優(yōu)質:應滿足電能用戶對電壓和頻率等質量的要求。4.經濟:供電系統(tǒng)的投資要少,運行費用要低,并盡可能地節(jié)約電能和減 少有色金屬的消耗量。此外,在供電工作中,應合理地處理局部和全局、當前和 長遠等關系,既要照顧局部的當前的利益,又要有全局觀點,能顧全大局,適應 社會的發(fā)展。為了保證工廠供電的正常運轉,就必須要有一套完整的保護,監(jiān)視 和測量裝置。目前多以采用自動裝置,將計算機應用到工廠配電控制系統(tǒng)中去。1第 2章 負荷計算和無功補償2.1負荷分析根據負荷允許停電程度的不同,可以將負荷分為三個等級,即一級負荷、二 級負荷、三級負荷。等級不同,對電力系統(tǒng)供電可靠性與穩(wěn)定性

4、的要求也不同。 如果停電,一級負荷將造成人身傷亡或引起對周圍環(huán)境嚴重污染對工廠將造 成經濟上的巨大損失,如重要的大型的設備損壞,重要產品或用重要原料生產的 產品大量報廢,還可能引起社會秩序混亂或嚴重的政治影響。二級負荷會造成較 大的經濟損失,如生產的主要設備損壞、產品大量報廢或減產;還可能引起社會 秩序混亂或較嚴重的政治影響。三級負荷造成的損失不大或不會造成直接經濟損 失。由此可知,供電的穩(wěn)定性直接影響經濟的發(fā)展,負荷等級不同,對供電的要 求也不相同:對于一級負荷,必須有二個獨立電源供電,且任何一個電源失去后, 能保證對全部一級負荷不間斷供電。對特別重要的一級負荷應該由二個獨立電源 點供電。對

5、于二級負荷,一般要有兩個獨立電源供電,且任何一個電源失去后, 能保證全部或大部分二級負荷供電。對于三級負荷,一般只需一個電源供電。 該廠最大負荷利用小時為 5000h ,日最大負荷持續(xù)時間為 24h 。該廠所有負荷 均是三級負荷。該廠電源可由臨近的一座 66/10KV變電站取得。為能確保對各車 間可靠的供電,保證該廠各項工作的順利進行,不得因中斷供電或電能質量的問 題給企業(yè)正常生產造成影響,需進行負荷計算。2.2計算負荷的意義工廠進行電力設計的基本原始資料是工藝部門提供的用電設備安裝容量,但 是這種原始資料要變成電力設計所需要的假想負荷 稱為計算負荷,從而根據 計算負荷按照允許發(fā)熱條件選擇供電

6、系統(tǒng)的導線截面,確定變壓器容量,制訂提 高功率因數的措施,選擇及整定保護設備以及校驗供電電壓的質量等,是一件復 雜的事。電力裝備設計部門對機械設備進行電氣配套設計時,總有一定的裕度, 即使電動機功率完全符合機械計算的配套要求,在工廠中使用的情況不同,也會 影響到電力負荷的大小,如不同的生產階段,不同的材料,不同的熟練程度,不 同的時期,電氣負荷都是有差別的,它的變化與很多的隨機因素有關。但是這種電氣計算負荷還必須認真地確定,因為它的準確程度直接影響整個 工廠供電設計的質量。如計算過高,將增加供電設備的容量,浪費有色金屬,增 加投資。計算過低則可能使供電元件過熱,加速其絕緣損壞,增大電能損耗,影

7、23響供電系統(tǒng)的正常運行。還會給工程擴建帶來很大的困難。更有甚者,由于工廠 企業(yè)是國家電力的主要用戶,以不合理的工廠計算負荷為基礎的國家電力系統(tǒng)的 建設,將給國民經濟帶來很大的浪費和危害。例如:由于計算結果的偏大,我國 不少工廠企業(yè)投產后的三 五年內,在已經達到其正常產量的條件下,變壓器的負 荷率仍不足 50,這就意味著變壓器安裝容量被積壓了 50 60以外,還使有 色金屬消耗量增加 75 100,浪費了大量開關設備和電纜、導線,積壓了物資 和資金,而且使電力系統(tǒng)的建設和運行質量受到影響,給國民經濟帶來很大損失。 所以,進行負荷計算是為了最大限度的節(jié)約資源。 2.3 負荷計算 2.3.1負荷計

8、算的方法負荷計算的方法有需要系數法、利用系數法及二項式等幾種。本設計采用需 要系數法確定。主要計算公式有: 1. 單組計算公式有功功率:30e d P P K =無功功率 : 3030Q P tg = 視在功率 : 3030cos S P = 計算電流 : max cos N I P =。式中:e P -用電設備組的總設備容量(不包括備用容量d K -用電設備組的需用系數tg -對應與用電設備組功率因數 cos 的正切值N U -用電設備組的額定電壓(單位為 KV 2. 多組計算公式有功功率:30P P K = 無功功率:30Q Q K = 視在功率: 30s =式中:P -所有設備組有功功率

9、計算負荷 P 30之和Q-所有設備組無功功率計算負荷 Q 30之和K=0.85-0.95-有功、無功負荷同時系數2.3.2 各車間負荷情況表 2-1 工廠各車間 380V 負荷 各變電所負荷計算45NO.1 30P P K =832.39 kW30Q Q K = 1110.36 kvar30S =1387.7 kVANO.2 30P P K =801.8 kW30Q Q K = 923.28 kvar30S =1223 kVANO.3 30P P K =364.33 kW30Q Q K = 485.9 kvar30S =607 kVANO.4 30P P K =257 kW30Q Q K =

10、335.7 kvar30S =423 kVANO.5 30P P K =216.7 kW30Q Q K = 253.9 kvar30S =333.8 kVA工廠總負荷3030S S '=3974.5 kVA2.4無功功率補償由于本設計中上級要求 cos 0.9, 而由上面計算可知 cos 均小于 0.9,因此需要進行無功補償。綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器分別進行高壓補償。并聯(lián)電容器裝置設計技術規(guī)程第 1.0.3條規(guī)定:“ 電容器裝置的總容量應根據電力系統(tǒng)無功規(guī)劃設計,調相調壓計算及技術經濟比較確定,對 35110KV 變電站中的電容器的總容量,按無功功率就地平衡的原則,可按主變壓器的

11、10%30%考慮。 ” 一般主變壓器的容量的 15%,分在 610KV 兩段母線上安裝, 110KV 變電站可按照主變容量的 10%選擇。 可選用 BWF10.5-50-1W 型的電容器,其額定電容為 1.44µF 。各變電所需的無功補償量(cos 為各車間總功率因數NO.1 (30tanarccos tanarccos0.9var c Q P k =-=707 kvar 取:750 kvarNO.2 (30tanarccos tanarccos0.9var c Q P k =-=553 kvar 取:600 kvarNO.3 (30tanarccos tanarccos0.9var

12、 c Q P k =-=274 kvar 取:300 kvarNO.4 (30tanarccos tanarccos0.9var c Q P k =-=203 kvar 取:250 kvarNO.5 (30tanarccos tanarccos0.9var c Q P k =-=170 kvar 取:200 kvar其中電容器個數 n 為:1n =15 250n =12 350n =6450n =5 550n =4因為每組補償電容器為三個,所以所選個數為三的倍數。車間 4、 5所選補償電容器個數為 6、 3個,即補償容量均為 300kvar 、 150kvar 。無功補償后,變電所低壓側的計算

13、負荷為:NO.1 (1222303030C S P Q Q '=+-=(12228321110750+-=907 kVA NO.2 (1222303030C S P Q Q '=+-=(1222802932600+-=868 kVANO.3 (1222303030C S P Q Q '=+-=(1222364486300+-=409 kVANO.4 (1222303030C S P Q Q '=+-=(1222257336300+-=281 kVANO.5 (1222303030C S P Q Q '=+-=(1222217253150+-=241 kV

14、A變壓器的功率損耗: 主要公式:20100100N T N N N I U S Q S S S =+ (0T S N P P P S S =+ 式中:0I -空載電流N U -阻抗電壓N S -額定容量S -實際容量0P -空載損耗S P -短路損耗T1. 20100100N T N N N I U S Q S S S =+ =86.9 kvar(0T S N P P P S =+=17 kWT2. 20100100N T N N N I U S Q S S S =+ =84 kvar (0T S N P P P S S =+=15.8 kWT3. 20100100N T N N N I U

15、S Q S S S =+ =16.7 kvar(0T S N P P P S S =+=3.9 kWT4. 20100100N T N N N I U S Q S S S =+ =25.7kvar(0T S N P P P S S =+=7.1 kWT5. 20100100N T N N N I U S Q S S S =+ =1.04 kvar(0T S N P P P S S =+=3.4 kW變電所高壓側計算負荷為:T1. 3030T P P P '=+=849.39 kW3030C T Q Q Q Q '=-+=447 kvar30S '=959 kVA T2.

16、 3030T P P P '=+=817.6 kW3030C T Q Q Q Q '=-+=416 kvar30S '=916 kVA T3. 3030T P P P '=+=368 kW3030C T Q Q Q Q '=-+=201.7 kvar30S '=419 kVA T4. 3030T P P P '=+=264 kW3030C T Q Q Q Q '=-+=61.7 kvar30S '=271 kVA T5. 3030T P P P '=+=220.12 kW3030C T Q Q Q Q '=

17、-+=104 kvar30S '=243 kVA 無功率補償后,工廠各變電所的功率因數為:NO.1 3030COS P S ''=0.89 NO.2 3030COS P S ''=0.89 NO.3 3030COS P S ''=0.88 NO.4 3030COS P S ''=0.97 NO.5 3030COS P S ''=0.91經補償后所有車間功率因數均在 0.9左右, 因此符合本設計的要求。 并且由此 可知,采用無功功率補償來提高功率因數,能使工廠取得可觀的經濟效果。第 3章 變電所位置和型式的選

18、擇3.1變電所站址選擇原則變電站設計規(guī)范變電站站址的選擇,根據下列要求綜合考慮確定:1. 接近負荷中心。2. 進出線方便。3. 便于設備運輸。4. 根據需要適當考慮發(fā)展。5. 盡量設在污染源的上風。6. 盡量避開多塵、震動、高溫、潮濕有爆炸、火災等場所。7. 不應設在廁所、 浴室或生產過程中地面經常潮濕和容易積水場所的正下面。 3.2變電所的形式的選擇1. 配電所:一般為獨立式建筑物,也可以附于負荷較大的廠房,有時還帶有 變電所。2. 車間內附式變電所:設于車間與車間共用外墻,能保持車間外觀整齊,但 占車間面積。3. 車間外附式變電所:附設在車間外,不占車間面積但占廠區(qū)面積。4. 車間外附式露

19、天變電所:與車間外附式相似,但變壓器裝于室外,結構簡 單但使用維護條件較差。5. 車間內變電所:設于車間內部,不與車間外墻相連,適用于負荷大的多跨 廠房,能深入負荷中心,但對防火要求較嚴。6. 獨立式變電所:它是獨立式建筑物,一般用于供給分配的負荷及有爆炸和 火災危險場所。7. 獨立式露天變電所:變壓器和配電裝置均裝在室外,結構簡單。8. 桿上變電所:變壓器設于室外桿塔上,用于小容量分散負荷,如工人村等。 根據本廠情況變電所形式選用配電所:即獨立式露天變電所。第 4章 變電所主變壓器選擇4.1變壓器臺數和容量的選擇1. 主變容量選擇一般應按變電所建成后 5-10年的規(guī)劃負荷選擇, 并適當考慮

20、到遠期幾年發(fā)展,對城郊變電所,主變容量應與城市規(guī)劃相結合。2. 根據變電所帶負荷性質和電網結構來確定主變容量,對有重要負荷的變電 站應考慮一臺主變壓器停運時,其余主變壓器容量在計及過負荷能力后的允許時 間內,應保證用戶的一、二級負荷;對一般性變電站,當一臺主變停運時,其余 主變壓器應能保證全部負荷的 60%正常運行。3. 同級電壓的單臺降壓變壓器容量的級別不宜太多,應從全網出發(fā),推行系 列化,標準化。4. 具有三種電壓等級的變電站中,如果通過主變壓器各側繞組的功率均達到 主變壓器容量的 15%時,主變電壓器宜采用三繞組變壓器。(1裝一臺變壓器,主變壓器容量 NT S 應不小于總計算負荷 30S

21、 即NT S >30S(2裝設兩臺變壓器,每臺變壓器容量 S NT 不應小于總的計算負荷的 60%, 最好為總計算的 70%左右。 4.2變壓器類型的選擇變壓器聯(lián)結組別的選擇原則:1. 三相負荷基本平衡,其低壓中性線電流不致超過低壓繞組額定電流 25%, 且供電系統(tǒng)中諧波干擾不甚嚴重時,三相配電變壓器的聯(lián)結組可選 0, n Y y 型。2. 當由單相不平衡負荷引起的中性線電流超過變壓器低壓繞組額定電流 25%時, 或供電系統(tǒng)中存在較大的 “ 諧波源 ” , 高次諧波電流比較突出時, 三相配電變壓 器的聯(lián)結組亦選 11, n D y根據以上選擇原則并查 電氣設備及運行維護 附錄 -10 表

22、可知應當采用 0, n Y y 的聯(lián)結組別。變壓器型號及參數見表 4-1表 4-1 變壓器型號選擇 根據變壓器選擇原則校驗:N0.3 3030=0.6=S S '364 kva 取 400 kvaN0.5 3030=0.6=S S '200 kva 取 200 kva第 5章 電氣主接線的選擇5.1設計要求變電所主接線設計是電力系統(tǒng)總體設計的組成部份。變電所主接線形式應根 據變電所在電力系統(tǒng)中的地位、作用、回路數、設備特點及負荷性質等條件確定, 并且應滿足運行可靠、簡單靈活、操作方便和節(jié)約投資等要求。主接線設計的基 本要求為:1. 供電可靠性。主接線的設計首先應滿足這一要求;當

23、系統(tǒng)發(fā)生故障時,要求 停電范圍小,恢復供電快。2. 適應性和靈活性。 能適應一定時期內沒有預計到的負荷水平變化; 改變運行方式時操作方便,便于變電所的擴建。3. 經濟性。在確保供電可靠、滿足電能質量的前提下,要盡量節(jié)省建設投資和 運行費用,減少用地面積。 4. 簡化主接線。配網自動化、變電所無人化是現代電網發(fā)展必然趨勢,簡化主 接線為這一技術全面實施,創(chuàng)造更為有利的條件。5. 設計標準化。同類型變電所采用相同的主接線形式,可使主接線規(guī)范化、標 準化,有利于系統(tǒng)運行和設備檢修。 5.2主接線設計隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、調度自動化水平的提高及新設備新技術的廣泛應用, 變電所電氣主接線形式亦有了很大變化

24、。目前常用的主接線形式有:單母線、單 母線分段、單母線分段帶旁路、雙母線、雙母線分段帶旁路、 1個半斷路器接線、 橋形接線及線路變壓器組接線等。從形式上看,主接線的發(fā)展過程是由簡單到復 雜,再由復雜到簡單的過程。在 70年代,由于當時受電氣設備制造技術、通信技 術和控制技術等條件的制約,為了提高系統(tǒng)供電可靠性,產生了從簡單到復雜的 主接線演變過程。在當今的技術環(huán)境中,隨著新技術、高質量電氣產品廣泛應用, 在某些條件下采用簡單主接線方式比復雜主接線方式更可靠、更安全,變電所主 接線日趨簡化。因此,變電所電氣主接線形式應根據可靠性、靈活性、經濟性及 技術環(huán)境統(tǒng)一性來決定。 35110KV 變電所設

25、計規(guī)范第 3.2.3條:35110KV 線路為兩回及以下時,宜采用橋形線路變壓器組或線 路分支接線。 超過兩回時, 宜采用擴大橋形單母線或分段單母線的接線, 3563KV線路為 8回及以上時,亦可采用雙母線接線, 110KV 線路為 6回及以上時,宜采 用雙母線接線。第 3.2.4條:在采用單母線、 分段單母線或雙母線的 35110KV 主接線中, 當 不允許停電檢修斷路器時,可以設置旁路設施。當有旁路母線時,首先宜采用分段斷路器或母聯(lián)斷路器兼做旁路斷路器的接 線,當 110KV 線路為 6回及以上, 3563KV 線路為 8回及以上時,可裝設專用 的旁路斷路器,主變壓器 35110KV 回路

26、中的斷路器,有條件時,亦可接入旁路 母線,采用 6SF 斷路器的主接線不宜設旁路設施。第 3.2.5條:當變電站裝有兩臺主變時, 610KV 側宜采用分段單母線。線路 為 12回及以上時亦可采用雙母線。 當不允許停電檢修斷路器時, 可設置旁路設施。 因此次設計的工廠供電采用的是簡單的輻射式網絡,考慮到供電的可靠性, 所以主接線形式選取單母的接線方式。5.2.1 高壓側(10KV a b c表 5-1線路 變壓器組結線1 進線為隔離開關; 2 進線為跌落式保險; 3 進線為斷路器 根據上述全廠負荷以及無功功率補償的計算,并且塑料制品廠負荷為三級負 荷,所以總體方案為:由 66/10kV總降壓變電

27、所 10kV 分段母線提供電源,從公共10kV 高壓母線采用電纜進線到廠區(qū)車間總變電所。 為防止電網的故障或停電檢修, 故在低壓從鄰近 380V 架空線路引入車間作為備用電源, 以滿足不時之需。 同時為 了節(jié)省變電所建造的成本和簡化總體的布線,所以在設計中我們首先考慮了線路 變壓器組結線方式。線路 變壓器組結線方式的優(yōu)點是結線簡單,使用設備少,基建投資省。缺 點是供電可靠性低,當主結線中任一設備(包括供電線路發(fā)生故障或檢修時, 全部負荷都將停電。但對于本設計來說線路 變壓器組結線方式已經可以達到設 計的要求。線路 變壓器組結線方式也按元件的不同組合分為:1進線為隔離開關; 2進 線為跌落式保險

28、; 3進線為斷路器。由于設計為工廠車間降壓變電站,負荷較大, 選用 3方式。5.2.2低壓側(400V .1.2.3.4.5圖 5-2 低壓側接線10KV 電壓級, 綜合考慮主接線的基本要求, 合理考慮工廠電力負荷的基本情 況以及工廠的經濟狀況,通過比較,最后選擇第 方案,即采用單母線形式。這種 主接線形式能夠滿足工廠電力負荷的用電要求,考慮了今后隨著經濟的發(fā)展,還 有擴建和擴展的可能,另外,由于進出線回路數比較多,因此,選擇了單母線形 式。綜上分析可以得出:變電站的電氣主接線形式為, 10KV 電壓級采用線路 變 壓器組結線方式的主接線形式, 380V 電壓級采用單母線形式。變電站電氣主接線

29、 圖詳見附錄。第 6章 短路電流計算在電力供電系統(tǒng)中,對電力系統(tǒng)危害最大的就是短路。短路的形式可以分為 三相短路、兩相短路、兩相短路接地、單相短路接地。在短路電流計算過程中, 以便都以最嚴重的短路形式為依據。因此,本文的短路電流計算都以三相短路為 例。6.1 短路電流的計算目的6.1.1 短路電流的危害在供電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時,在短路回路中短路電流要比額定電流大幾倍 至幾十倍,通?？蛇_數千安,短路電流通過電氣設備和導線必然要產生很大的電 動力,并且使設備溫度急劇上升有可能損壞設備和電纜;在短路點附近電壓顯著 下降,造成這些地方供電中斷或影響電動機正常工作;發(fā)生接地短路時所出現的 不對稱短路電

30、流,將對通信線路產生干擾;當短路點離發(fā)電廠很近時,將造成發(fā) 電機失去同步,而使整個電力系統(tǒng)的運行解列。6.1.2 計算短路電流的目的計算短路電流的目的是為了正確選擇和校驗電器設備,避免在短路電流作用 下?lián)p壞電氣設備,如果短路電流太大,必須采用限流措施,以及進行繼電保護裝 置的整定計算。為了達到上述目的,須計算出下列各短路參數:I 次暫態(tài)短路電流,用來作為繼電保護的整定計算和校驗斷路器額定斷流 容量。應采用(電力系統(tǒng)在最大運行方式下繼電保護安裝處發(fā)生短路時的次暫 態(tài)短路電流來計算保護裝置的整定值。chi 短路沖擊電流,用來檢驗電器和母線的動穩(wěn)定。I 短路電流有效值,用來檢驗電器和母線的熱穩(wěn)定。S

31、 次暫態(tài)短路容量,用來檢驗斷路器的遮斷容量和判斷母線短路容量是否 超過規(guī)定值,作為選擇限流電抗器的依據。6.2 短路電流的計算6.2.1短路電流計算的一般規(guī)定為了使所選電器具有足夠的可靠性、經濟性、靈活性并在一定的時期內滿足 電力系統(tǒng)發(fā)展的需要,應對不同點的短路電流進行校驗。短路電流計算應包括以 下規(guī)定:1.驗算導體的穩(wěn)定性和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流的能力,應 按本設計的設計規(guī)劃容量來計算,并考慮到電力系統(tǒng)的 5-10發(fā)展規(guī)劃(一般應按 本工程的建成之后的 5-10年 。 在確定短路電流時應按可能發(fā)生的短路電流的正常 接線方式,而不應按照僅在切換時過程中的可能的并列運行方式的接線方

32、式。2.選擇導體和電器時所用的短路電流,在電氣連接的網絡中,應考慮具有反 饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。3.選擇導體和電器時,對不帶電抗的回路的計算短路點,應選擇在正常接線 方式時短路電流最大的地點,對帶電抗器 6-10kv 出線與廠用分支回路,除其母線 與隔離開關之間隔板前的引線和套管的計算短路點應選擇在電抗器之前外,其余 導體和電器的計算短路點一般選擇在電抗器后4. 導體和電器的動穩(wěn)定, 熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流, 一般按三相短路驗算。 若發(fā)電機的出口的兩相短路或中性點直接接地系統(tǒng)及自耦變壓器等回路中的單 相,兩相接地短路較三相短路嚴重時,則應按嚴重情況計算。 6.

33、3各元件電抗 6.3.1 確定基準取 d S =100 MVA C U =d U d1U =10.5 kV d2U =0.4 kV而:11= =d d d I S 10.5=5.5 kA 22d I S = 0.4=144.3 kA 211d d d Z U S =10.5×10.5÷100=1.1025 222d d d Z U S =0.4×0.4÷100=0.0016 6.3.2 計算短路電路中各主要元件的電抗繪制等效電路如圖 : 圖 6-1 計算短路電流的等效電路圖由于系統(tǒng)中電阻 R 遠小于電抗 X ,所以等效圖可以簡化為圖 6-2。 圖 6-2

34、 計算短路電流的等效電路圖1. 線路電抗 L X1L X =0.4×2=0.8 變壓器變比 12N N K U =26.3換算到低壓測 221L L X X K =0.0012 低壓側標幺值:2LL d X X X '=0.75 2. 變壓器電抗 T X 變壓器低壓側阻抗 T X21%T s N N X u U S =5.5×0.4×0.4/100×1.6=0.0055 22%100T s N NX u U S =5.5×0.4×0.4/100×1.25=0.00704 23%T s N N X u U S =4&#

35、215;0.4×0.4/100×0.4=0.016 24%T s N N X u U S =4×0.4×0.4/100×0.5=0.0128 25%T s N N X u U S =4×0.4×0.4/100×0.2=0.032 標幺值:112T T d X X X '=0.0055÷0.0016=3.44222T T d X X X '=0.00704÷0.0016=4.4 332T T d X X X '=0.016÷0.0016=10 442T T d X

36、 X X '=0.0128÷0.0016=8 552T T d X X X '=0.032÷0.0016=20表 6-1 變壓器阻抗 3. 系統(tǒng)電抗 S X2210200S N N X U S =0.5 換算到低壓側: 2S S X X K =0.00072 標吆值:2S S d X X X '=0.456.3.4 短路計算 低壓側短路點選在線路首段,分別為 k1、 k2、 k3、 k4、 k5,見圖 6-2所示。 標幺值 1k I X ''=0.222k I X ''=0.18 3k I X ''=0

37、.16 4k I X ''=0.11 5k I X ''=0.089有名值 112k k d I I I '=31.7 kA 222k k d I I I '=26 kA332k k d I I I '=23.3 kA442k k d I I I '=15.9 kA 552k k d I I I '=12.8 kA電力系統(tǒng)分析中提到當系統(tǒng)的阻抗標吆值大于 3.45時短路電流、次暫態(tài) 電流、穩(wěn)態(tài)電流相等,即:k I I I ''=111k I I I ''=31.7 kA 222k I I I

38、 ''=26 kA 333k I I I ''=12.8 kA 444k I I I ''=15.9 kA 555k I I I ''=6.8 kA 沖擊電流 ch i112.55ch i I ''=81 kA 222.55ch i I ''=64 kA 332.55ch i I ''=33 kA 442.55ch i I ''=41 kA 552.55ch i I ''=17 kA 計算結果見表 6-2表 6-2 短路電流計算 高壓側 1kS TI

39、X X '=+0.831k kd I I I '=4.57 kA k I I I ''=4.57 kAch i =2.55 I ''=11.6 kA6.3.5 各變壓器出線電流計算 各變壓器經無功補償后的出線電流 計算公式: max I = N0.1 max1I =2.02 kA max 2I =0.012 kA N0.2 max1I =1.845 kA max 2I =0.023 kA N0.3 max1I =0.74 kA m a x 2. 6I =0.184 kAN0.4 max1I = 0.19 kAmax 2I =0.056 kAN0.

40、5 max1I =0.27 kA max 2I =0.09 kA計算結果見表 6-3所示表 6-3 變壓器出線計算電流 高壓側進線電流maxI'=229 A第 7章 電氣設備的選擇與校驗7.1 電氣設備選擇的原則7.1.1 斷路器選擇電力工程設計手冊237P 高壓斷路器選擇規(guī)定:斷路器型式的選擇除應滿足各項技術條件和環(huán)境條件外,還應考慮便于施工 調試和運行維護,并經技術經濟比較后確定選擇斷路器。電力工程電氣設計手冊 (電氣一次部分第 6 2節(jié)規(guī)定:35KV 及 以 下 , 可 選 用 少 油 、 真 空 、 多 油斷 路 器 等 , 應 注 意 經濟 性 。 35KV 220KV 可選

41、用少油、 SF6、空氣斷路器等7.1.2 電流互感器導體和電器選擇設計技術規(guī)定第 9.0.3條:320KV 屋內配電裝置的電流互感器,應根據安裝使用條件及產品情況,采 用瓷絕緣結構或樹脂澆注絕緣結構。35KV 及以上配電裝置的電流互感器, 宜采用油浸瓷箱式絕緣結構的獨立式電 流互感器,在有條件時,應采用套管式電流互感器。電力工程電氣設計手冊 (電氣一次部分第 2 8節(jié):a. 凡裝有斷路器的回路均應裝設電流互感器。b. 發(fā)電機和變壓器的中性點、發(fā)電機和變壓器的出口、橋形接線的跨條上等 也應裝設電流互感器。c. 對直接接地系統(tǒng),按三相配置;對非直接接地系統(tǒng),依具體要求按兩相或 三相裝配。7.1.3

42、 電壓互感器電力工程設計手冊規(guī)定:1. 電壓互感器的配置與數量和配置、主接線方式有關,并應滿足測量、保護 周期和自動裝置的要求。電壓互感器應能在運行方式改變時,保護裝置不得失壓, 周期點的兩側都能提取到電壓。2. 6220KV 電壓等級的一組主母線的三相上應裝設電壓互感器, 旁路上是否需要裝設壓互,應視各回出線外側裝設壓互的情況和需要確定。3. 當需要監(jiān)視和檢測線路側有無電壓時,出線側的一相上應裝設壓互。 根據導體和電器選擇技術規(guī)定 SDGJ14-86:第 10.0.1條:電壓互感器應按下列技術條件選擇和校驗1.一次回路電壓2.二次電壓3.二次負荷4.準確度等級5.繼電保護及測量的要求第 10

43、.0.3條:電壓互感器的型式應按下列使用條件選擇:1.320KV 屋內配電裝置宜采用油浸絕緣結構,也可采用樹脂澆注絕緣結構 的電磁式電壓互感器。2.35KV 配電裝置宜采用電磁式電壓互感器。110KV 及以上配電裝置,當容量和準確度等級滿足要求時,宜采用電容式電 壓互感器。第 10.0.7條:用于中型點直接接地系統(tǒng)的電壓互感器,其第三繞組電壓應為 100V ,用于中性點非直接接地系統(tǒng)的電壓互感器,其第三繞組電壓應為 100/3V。 根據以上原則,可選擇電壓互感器。7.1.4 絕緣子和穿墻套管導體和電器選擇設計技術規(guī)定第 11.0.7條:屋外支柱絕緣子宜采用棒式支柱絕緣子 , 屋外支柱絕緣子需倒

44、裝時 , 采用懸 掛式支柱絕緣子。導體和電器選擇設計技術規(guī)定第 11.0.8條 :屋內配電裝置宜采用鋁導體穿墻套管 , 對于母線型穿墻套管應校核窗口允許穿 過的母線尺寸。7.2 設備的選擇和校驗7.2.1 10kV側設備選擇和校驗表 7-1 10KV側設備的選擇校驗 由以上計算可以得出表 7-1所選設備均滿足要求。第 8章 變電所進出線的選擇與校驗8.1變電所導線選擇原則8.1.1導線選擇原則1.應滿足各種運行、檢修、短路、過電壓情況下的要求,并考慮遠景發(fā)展。2.應按當地環(huán)境條件(如海拔、大氣污染程度和環(huán)境溫度等校核。3.應力求技術先進、安全適用、經濟合理。4.應與整個工程建設標準協(xié)調一致。5

45、.選擇的導線品種不宜過多。6.選用新產品應積極慎重,新產品應有可靠的試驗數據,并經主管單位鑒定 合格。8.1.2變電所進出線選擇準則1. 高壓架空線一般采用鋁絞線;當檔距或交叉檔距較長、電桿較高時,宜采用鋼筋鋁絞線; 沿海地區(qū)及有腐蝕性介質的場所,宜采用銅絞線或防腐鋁絞線。2. 高壓電纜線一般環(huán)境和場所,可采用鋁芯電纜;但在有特殊要求的場所,應采用銅芯電 纜埋地敷設的電纜,應采用有外護層的鎧裝電纜;但在無機械損傷可能的場所, 可采用塑料護套電纜或帶外護層的鉛包電纜。敷設在管內或排管內的電纜,一般 采用塑料護套電纜,也可采用裸鎧裝電纜。交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜具有優(yōu)良的性能, 宜優(yōu)先選用。3. 低壓穿

46、管塑料導線一般采用鋁芯絕緣線。但特別重要的或有特殊要求的線路可采用銅芯絕緣線。 4. 低壓電纜線一般采用鋁芯電纜,但特別重要的或有特殊要求的線路可采用銅芯電纜。明 敷電纜一般采用裸鎧裝電纜。電纜溝內電纜,一般采用塑料護套電纜,也可采用 裸鎧裝電纜。 TN 系統(tǒng)的出線電纜應采用四芯或五芯電纜。26278.2 變電所出線選擇與校驗架空進線的選擇按發(fā)熱條件選擇導線截面補償功率因數后的線路計算電流見 表 6-3,查的經濟密度為 ec j =1.15A/2mm 。 主要公式: a l NI K I = K =0.905maxec ec I S J = min S =d z p o p ot t t =+

47、 以上各式中 I -短路電流穩(wěn)態(tài)值, A ; S K -肌膚效應系數, S K 取 1; dz t -熱穩(wěn)定計算時間, s;C-熱穩(wěn)定系數, C 取 95; ec j -經濟密度, A/2mmK-修正系數 ;pop t op t -分別為保護動作時間、斷路器全開短時間。NO.1 按發(fā)熱條件選擇:由 max1I =2.02kA、 max 2I =12A得所需導線經濟截面積為:2max1120201.151765ec ecI S mm =÷= 2max 22121.1510ec ecI S mm =÷=由于地下最熱月平均溫度為 33o C ,且為節(jié)省母線材料選取相鄰較小的截面積

48、,查 電力設備選型手冊 LHBJ 型導線參數表,初選 4×5002mm , 252mm 。 檢驗 max11I 0.905633570al N I KI A =>2max20.90510393al N I KI A I => 滿足發(fā)熱條件。按熱穩(wěn)定條件校驗:則短路熱穩(wěn)定度的最小截面 22min1202095404500S mm mm =÷=< 282min 21209525S mm =÷< 所選導線滿足熱穩(wěn)定性要求。NO.2 按發(fā)熱條件選擇:由 max1I =1.845kA、 max 2I =23A得所需導線經濟截面積為:2m a 1185

49、01. 151608ec ecI S mm J =÷= 2max 22231.1520ec ecI S mm J =÷=由于地下最熱月平均溫度為 33o C ,且為節(jié)省母線材料選取相鄰較小的截面積,查 電力設備選型手冊 LHBJ 型導線參數表,初選 3×6002mm , 252mm 。 檢驗 max11I 0.905709642al N I KI A =>2max20.90510393al N I KI A I => 滿足發(fā)熱條件。按熱穩(wěn)定條件校驗:則短路熱穩(wěn)定度的最小截面 22min1185095363600S mm mm =÷=<

50、2min 2239525S mm =÷ 所選導線滿足熱穩(wěn)定性要求。NO.3 按發(fā)熱條件選擇:由 max1I =740A、 max 2I =184A得所需導線經濟截面積為:2max117401.15643ec ec I S mm =÷= 2max 221851.15160ec ecI S mm J =÷=由于地下最熱月平均溫度為 33o C ,且為節(jié)省母線材料選取相鄰較小的截面積,查 電力設備選型手冊 LHBJ 型導線參數表,初選 2×4002mm , 1852mm 。 檢驗 max11I 0.905554501al N I KI A =>2max2

51、0.905347314al N I KI A I => 滿足發(fā)熱條件。按熱穩(wěn)定條件校驗:則短路熱穩(wěn)定度的最小截面 22min174095142400S mm mm =÷=< 292min 218495185S mm =÷ 所選導線滿足熱穩(wěn)定性要求。NO.4 按發(fā)熱條件選擇:由 max1I =190A、 max 2I =56A得所需導線經濟截面積為:2max111851.15160ec ecI S mm =÷= 2max 22561.1549ec ecI S mm J =÷=由于地下最熱月平均溫度為 33o C ,且為節(jié)省母線材料選取相鄰較小的

52、截面積,查 電力設備選型手冊 LHBJ 型導線參數表,初選 1852mm , 502mm 。 檢驗 1max10.905347314al N I KI A I =>2max20.905158142al N I KI A I => 滿足發(fā)熱條件。按熱穩(wěn)定條件校驗:則短路熱穩(wěn)定度的最小截面 2min119095185S mm =÷< 2min 2549550S mm =÷< 所選導線滿足熱穩(wěn)定性要求。NO.5按發(fā)熱條件選擇:由 max1I =270A、 max 2I =90A得所需導線經濟截面積為:2max112701.15134ec ecI S mm

53、J =÷= 2max 22601.1552ec ecI S mm =÷=由于地下最熱月平均溫度為 33o C ,且為節(jié)省母線材料選取相鄰較小的截面積,查 電力設備選型手冊 LHBJ 型導線參數表,初選 2402mm , 702mm 。 檢驗 1max10.905405360al N I KI A I =>2max20.905193174al N I KI A I => 滿足發(fā)熱條件。按熱穩(wěn)定條件校驗:則短路熱穩(wěn)定度的最小截面 2min127095240S mm =÷ 2min 2909570S mm =÷所選導線滿足熱穩(wěn)定性要求。變電所出線選

54、用 LHBJ 型導線,該導線材料為鋁合金,導線參數見表 9-1所示。 表 8-1 各變電所出線參數 表中數據見電力設備選型手冊 。30第 9章 變電所二次回路方案及繼電保護整定9.1 變壓器瓦斯保護由氣體繼電器 KG 、信號繼電器 2KS 、 KS 、 XB 等組成。輕瓦斯觸點僅作用于 信號,重瓦斯觸點則瞬時作用于切斷變壓器各側斷路器。9.1.1電力變壓器故障及不正常運行狀態(tài)電力變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的電力設備之一,它的安全運行對于保證 電力系統(tǒng)的正常運行和對供電的可靠性,以及電能質量起著決定性的作用,同時 大容量電力變壓器的造價也是十分昂貴。因此本節(jié)針對電力變壓器可能發(fā)生的故 障和不正常

55、的運行狀態(tài)進行分析,然后重點研究應裝設的繼電保護裝置,以及保 護裝置的整定計算。變壓器的內部故障可分為油箱內故障和油箱外故障兩類,油箱內故障主要包 括繞組的相間短路、匝間短路、接地短路及經鐵芯燒毀等。變壓器油箱內的故障 十分危險,由于變壓器內充滿了變壓器油,故障時的短路電流使變壓器油急劇的 分解氣化,可能產生大量的可燃性氣體(瓦斯 ,很容易引起油箱爆炸。油箱外故 障主要是套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。電力變壓器不正常和運行 狀態(tài)主要有外部相間短路、接地短路引起的相間過電流和零序過電流,負荷超過 其額定容量引起的過負荷、油箱漏油引起的油面降低,以及過電壓、過礪磁等。9.1.2 變壓器繼

56、電保護的配置為了保證電力變壓器的安全運行,根據繼電保護與安全自動裝置的運行條 例 ,針對變壓器的上述故障和不正常運行狀態(tài),電力變壓器應裝設瓦斯保護 。 800KV A 及以上的油浸式變壓器的 400KV A 以上的車間內油浸式變壓器, 均應 裝設瓦斯保護。瓦斯保護用來反映變壓器油箱內部的短路故障以及油面降低,其 中重瓦斯保護動作于跳開變壓器各電源側斷路器輕瓦斯動作于發(fā)出信號。9.1.3電力變壓器的瓦斯保護在變壓器油箱內常見的故障有繞組匝間或層間絕緣破壞造成的短路,或高壓 繞組對地絕緣破壞引起的單相接地。變壓器油箱內發(fā)生的任何一個故障時,由于短路電流和短路點電弧的作用,將使變壓器油及其他絕緣材料因受熱而分解產生 氣體,因氣體比較輕,它們就要從油箱里流向油枕的上部,當故障嚴重時,油會 迅速膨脹并有大量的氣體產生,此時,回游強烈的油流和氣體沖向油枕的上部。 利用油箱內部的故障時的這一特點,可以構成反映氣體變化的保護裝置,稱之為 瓦斯保護。1、氣體繼電器的構成和動作原理瓦斯保護是利用安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接管道中的氣體繼電器構 成的, 如圖 1-1所示。 為了不妨礙氣體的流動, 在安裝具有氣體繼電器的變壓器時, 變壓器頂蓋與水平面應具有 1%1.5%的坡度,通往氣體繼電器的連接管具有 2%4%的坡度,安裝油枕一側