KV變電站主接線方案設計和主要電氣設備的選擇

摘要課程設計是教學過程中的一個重要環(huán)節(jié)，通過課程設計可以鞏固本課程理論知識，掌握供配電設計的基本方法，通過解決各種實際問題，培養(yǎng)獨立分析和解決實際工程技術問題的能力，同時對電力工業(yè)的有關政策、方針、技術規(guī)程有一定的了解，在計算、繪圖、設計說明書等方面得到訓練，為今后的工作奠定基礎。本設計可分為九部分：負荷計算和無功功率計算及補償；變電所位置和形式的選擇；變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇；短路電流的計算；變電所一次設備的選擇與校驗；變電所高、低壓線路的選擇；變電所二次回路方案選擇及繼電保護的整定；防雷和接地裝置的確定；心得和體會；附參考文獻。另外有設計圖紙4張（以附圖的形式給出），分別是：附圖一《廠區(qū)供電線纜規(guī)劃圖》；附圖二《變電所平面布置圖》；附圖三《變電所高壓電氣主接線圖》；附圖四《變電所低壓電氣主接線圖》。由于設計者知識掌握的深度和廣度有限，本設計尚有不完善的地方，敬請老師、同學批評指正！關鍵詞：各種計算；變電所的設置；防雷10KVtransformersubstationhostwiringprojectdesignandmainelectricalequipmentchoiceAbstractThecurriculumdesignisinateachingprocessimportantlink,designsthroughthecurriculummayconsolidatethiscurriculumtheoryknowledge,graspsforthepowerdistributiondesignessentialmethod,throughsolveseachkindofactualproblem,raisestheindependentanalysisandsolutionactualprojecttechnicalquestionability,simultaneouslytotheelectricpowerindustryrelatedpolicy,thepolicy,thetechnicalregulationshascertainunderstanding,inaspectsandsooncomputation,cartography,designinstructionbookletisunderthetraining,willlaythefoundationforthenextwork.Thisdesignmaydivideintonineparts:Loadcomputationandreactivepowercomputationandcompensation;Transformersubstationpositionandformchoice;TransformersubstationmaintransformerTaiwannumberandcapacityandhostwiringplanchoice;Short-circuitcurrentcomputation;Atransformersubstationequipmentchoiceandverification;Transformersubstationhighpressure,lowpressurelinechoice;Short-circuitcurrentcomputation;Atransformersubstationequipmentchoiceandverification;Transformersubstationhighpressure,lowpressurelinechoice;Transformersubstationsecondarycircuitplanchoiceandrelayprotectioninstallation;Anti-radarandgroundingdetermination;Attainmentandexperience;Attachesthereference.Moreoverhasdesignpaper4(togivebyattachedfigureform),respectivelyis:Theattachedfigureone"FactorydistrictSuppliesElectricwireCablePlanningdrawing";Attachedfiguretwo"TransformersubstationFloor-plan";Attachedfigurethree"TransformersubstationHighpressureElectricityMainWiringdiagram";Attachedfigurefour"TransformersubstationLowpressureElectricityMainWiringdiagram".Becausethedesignerknowledgegraspingdepthandthebreadtharelimited,thisdesignShangYoutheimperfectplace,askedrespectfullyteacher,schoolmatetocriticizepointsoutmistakes!目錄前言………………2一、負荷計算和無功功率計算及補償…………3二、變電所位置和形式的選擇…………………6三、變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇………7四、短路電流的計算……………8五、變電所一次設備的選擇與校驗……………10六、變電所高、低壓線路的選擇………………13七、變電所二次回路方案選擇及繼電保護的整定……………15八、防雷和接地裝置的確定……18九、心得和體會…………………19十、附錄參考文獻………………20十一、附圖………20負荷計算和無功功率計算及補償泰山機械廠負荷統(tǒng)計資料廠房編號用電單位名稱負荷性質(zhì)設備容量/kw需要系數(shù)功率因數(shù)1倉庫動力88照明22鑄造車間動力338照明103鍛壓車間動力338照明104金工車間動力338照明105工具車間動力338照明106電鍍車間動力338照明107熱處理車間動力138照明108裝配車間動力138照明109機修車間動力138照明510鍋爐房動力138照明2宿舍區(qū)照明400負荷計算和無功功率計算在負荷計算時，采用需要系數(shù)法對各個車間進行計算，并將照明和動力部分分開計算，照明部分最后和宿舍區(qū)照明一起計算。具體步驟如下。倉庫：動力部分，；；照明部分，；鑄造車間：動力部分，；照明部分，；鍛壓車間：動力部分，；照明部分，；金工車間：動力部分，；照明部分，；工具車間：動力部分，；照明部分，；電鍍車間：動力部分，；照明部分，；熱處理車間：動力部分，；照明部分，；裝配車間：動力部分，；照明部分，；機修車間：動力部分，；照明部分，；鍋爐房：動力部分，；照明部分，；11.宿舍區(qū)照明，。另外，所有車間的照明負荷：取全廠的同時系數(shù)為：，，則全廠的計算負荷為：；無功功率補償由以上計算可得變壓器低壓側(cè)的視在計算負荷為：這時低壓側(cè)的功率因數(shù)為：為使高壓側(cè)的功率因數(shù)0.90，則低壓側(cè)補償后的功率因數(shù)應高于0.90，?。骸Ｒ沟蛪簜?cè)的功率因數(shù)由0.79提高到0.95，則低壓側(cè)需裝設的并聯(lián)電容器容量為：取:=480則補償后變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為：計算電流變壓器的功率損耗為：變電所高壓側(cè)的計算負荷為：補償后的功率因數(shù)為：滿足（大于0.90）的要求。年耗電量的估算年有功電能消耗量及年無功電能耗電量可由下式計算得到：年有功電能消耗量：年無功電能耗電量：結合本廠的情況，年負荷利用小時數(shù)為4800h，取年平均有功負荷系數(shù)，年平均無功負荷系數(shù)。由此可得本廠：年有功耗電量：；年無功耗電量：。變電所位置和形式的選擇由于本廠有二級重要負荷，考慮到對供電可靠性的要求，采用兩路進線，一路經(jīng)10kV公共市電架空進線（中間有電纜接入變電所）；一路引自鄰廠高壓聯(lián)絡線。變電所的形式由用電負荷的狀況和周圍環(huán)境情況確定，根據(jù)《變電所位置和形式的選擇規(guī)定》及GB50053－1994的規(guī)定，結合本廠的實際情況，這里變電所采用單獨設立方式。其設立位置參見附圖一《廠區(qū)供電線纜規(guī)劃圖》。內(nèi)部布置形式參見附圖二《變電所平面布置圖》。變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇變電所主變壓器臺數(shù)的選擇變壓器臺數(shù)應根據(jù)負荷特點和經(jīng)濟運行進行選擇。當符合下列條件之一時，宜裝設兩臺及以上變壓器：有大量一級或二級負荷；季節(jié)性負荷變化較大；集中負荷較大。結合本廠的情況，考慮到二級重要負荷的供電安全可靠，故選擇兩臺主變壓器。變電所主變壓器容量選擇。每臺變壓器的容量應同時滿足以下兩個條件：任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足：任一臺變壓器單獨運行時，應滿足：，即滿足全部一、二級負荷需求。代入數(shù)據(jù)可得：）×1169.03=（701.42~818.32）。又考慮到本廠的氣象資料（年平均氣溫為），所選變壓器的實際容量：也滿足使用要求，同時又考慮到未來5~10年的負荷發(fā)展，初步取=1000?？紤]到安全性和可靠性的問題，確定變壓器為SC3系列箱型干式變壓器。型號：SC3-1000/10，其主要技術指標如下表所示：變壓器型號額定容量/額定電壓/kV聯(lián)結組型號損耗/kW空載電流%短路阻抗%高壓低壓空載負載SC3-1000/101000Dyn116（附：參考尺寸（mm）：長：1760寬：1025高：1655重量（kg）：3410）（三）變電所主接線方案的選擇方案Ⅰ：高、低壓側(cè)均采用單母線分段。優(yōu)點：用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同母線段引出兩個回路，用兩個電路供電；當一段母線故障時，分段斷路器自動切除故障母線保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。缺點：當一段母線或母線隔離開關檢修時該母線各出線須停電；當出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越；擴建時需向兩個方向均衡擴建。方案Ⅱ：單母線分段帶旁路。優(yōu)點：具有單母線分段全部優(yōu)點，在檢修斷路器時不至中斷對用戶供電。缺點：常用于大型電廠和變電中樞，投資高。方案Ⅲ：高壓采用單母線、低壓單母線分段。優(yōu)點：任一主變壓器檢修或發(fā)生故障時，通過切換操作，即可迅速恢復對整個變電所的供電。缺點：在高壓母線或電源進線進行檢修或發(fā)生故障時，整個變電所仍需停電。以上三種方案均能滿足主接線要求，采用三方案時雖經(jīng)濟性最佳，但是其可靠性相比其他兩方案差；采用方案二需要的斷路器數(shù)量多，接線復雜，它們的經(jīng)濟性能較差；采用方案一既滿足負荷供電要求又較經(jīng)濟，故本次設計選用方案Ⅰ。根據(jù)所選的接線方式，畫出主接線圖，參見附圖三《變電所高壓電氣主接線圖》。短路電流的計算本廠的供電系統(tǒng)簡圖如圖（一）所示。采用兩路電源供線，一路為距本廠6km的饋電變電站經(jīng)LGJ-185架空線（系統(tǒng)按∞電源計），該干線首段所裝高壓斷路器的斷流容量為；一路為鄰廠高壓聯(lián)絡線。下面計算本廠變電所高壓10kV母線上k-1點短路和低壓380V母線上k-2點短路的三相短路電流和短路容量。圖（一）下面采用標么制法進行短路電流計算。確定基準值：取，，所以：計算短路電路中各主要元件的電抗標么值：（忽略架空線至變電所的電纜電抗）電力系統(tǒng)的電抗標么值：架空線路的電抗標么值：查手冊得，因此：3）電力變壓器的電抗標么值：由所選的變壓器的技術參數(shù)得，因此：可繪得短路等效電路圖如圖（二）所示。圖（二）計算k-1點的短路電路總電抗標么值及三相短路電流和短路容量總電抗標么值：三相短路電流周期分量有效值：其他三相短路電流：三相短路容量：計算k-2點短路電路總電抗標么值及三相短路電流和短路容量總電抗標么值：三相短路電流周期分量有效值：其他三相短路電流：三相短路容量：變電所一次設備的選擇與校驗變電所高壓一次設備的選擇根據(jù)機械廠所在地區(qū)的外界環(huán)境，高壓側(cè)采用天津市長城電器有限公司生產(chǎn)的JYN2-10（Z）型戶內(nèi)移開式交流金屬封閉開關設備。此高壓開關柜的型號：JYN2-10/4ZTTA（說明：4：一次方案號；Z：真空斷路器；T：彈簧操動；TA：干熱帶）。其內(nèi)部高壓一次設備根據(jù)本廠需求選取，具體設備見附圖三《變電所高壓電氣主接線圖》。初選設備：高壓斷路器：ZN24-10/1250/20高壓熔斷器：RN2-10/0.5-50電流互感器：LZZQB6-10-0.5-200/5電壓互感器：JDZJ-10接地開關：JN-3-10/25母線型號：TMY-3（504）；TMY-3（8010）+1（606）絕緣子型號：ZA-10Y抗彎強度：3.75kN（戶內(nèi)支柱絕緣子）從高壓配電柜引出的10kV三芯電纜采用交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜，型號：YJV-350，無鋼鎧護套，纜芯最高工作溫度。變電所高壓一次設備的校驗根據(jù)《高壓一次設備的選擇校驗項目和條件》，在據(jù)電壓、電流、斷流能力選擇設備的基礎上，對所選的高壓側(cè)設備進行必需的動穩(wěn)定校驗和熱穩(wěn)定度校驗。１．設備的動穩(wěn)定校驗高壓電器動穩(wěn)定度校驗校驗條件：由以上短路電流計算得=；=。并查找所選設備的數(shù)據(jù)資料比較得：高壓斷路器ZN24-10/1250/20=50kA，滿足條件；電流互感器LZZQB6-10-0.5-200/5=79kA，滿足條件；JN-3-10/25接地開關=63kA，滿足條件。絕緣子動穩(wěn)定度校驗校驗條件：母線采用平放在絕緣子上的方式，則：（其中=200mm；=900mm）。所以：=滿足要求。母線的動穩(wěn)定校驗校驗條件：TMY母線材料的最大允許應力=140MPa。10kV母線的短路電流=；=三相短路時所受的最大電動力：=母線的彎曲力矩：母線的截面系數(shù)：母線在三相短路時的計算應力：可得，=140MPa=，滿足動穩(wěn)定性要求。２.高壓設備的熱穩(wěn)定性校驗高壓電器熱穩(wěn)定性校驗校驗條件：查閱產(chǎn)品資料：高壓斷路器：=31.5kA,t=4s；電流互感器：=44.5kA,t=1s；接地開關：=25kA,t=4s。取，=，將數(shù)據(jù)代入上式，經(jīng)計算以上電器均滿足熱穩(wěn)定性要求。高壓母線熱穩(wěn)定性校驗校驗條件：A=查產(chǎn)品資料，得銅母線的C=171，取。母線的截面：A=504=200允許的最小截面：從而，，該母線滿足熱穩(wěn)定性要求。3)高壓電纜的熱穩(wěn)定性校驗校驗條件：A=允許的最小截面：所選電纜YJV-350的截面A=50從而，，該電纜滿足熱穩(wěn)定性要求。變電所低壓一次設備的選擇低壓側(cè)采用的也是天津長城電器有限公司生產(chǎn)的GGD2型低壓開關柜，所選擇的主要低壓一次設備參見附圖四《變電所低壓電氣主接線圖》。部分初選設備：低壓斷路器：NA1型智能萬能斷路器、TMS30型塑殼無飛弧智能斷路器低壓熔斷器：NT系列電壓互感器：JDZ1系列電流互感器：LMZJ1、LMZ1系列母線型號：TMY-3（8010）+1（606）絕緣子型號：ZA-6Y抗彎強度：3.75kN（戶內(nèi)支柱絕緣子）另外，無功補償柜選用2個GCJ1-01型柜子，采用自動補償，滿足補償要求。變電所低壓一次設備的校驗由于根據(jù)《低壓一次設備的選擇校驗項目和條件》進行的低壓一次側(cè)設備選擇，不需再對熔斷器、刀開關、斷路器進行校驗。關于低壓電流互感器、電壓互感器、電容器及母線、電纜、絕緣子等校驗項目與高壓側(cè)相應電器相同，這里僅列出低壓母線的校驗：380kV側(cè)母線上母線動穩(wěn)定性校驗：校驗條件：TMY母線材料的最大允許應力=140MPa。380kV母線的短路電流=;=三相短路時所受的最大電動力為：母線的彎曲力矩：母線的截面系數(shù)：母線在三相短路時的計算應力：可得，=140MPa=，滿足動穩(wěn)定性要求。380V側(cè)母線熱穩(wěn)定性校驗：校驗條件：A=查產(chǎn)品資料，得銅母線的C=171，取。母線的截面：A=8010=800允許的最小截面：從而，，滿足熱穩(wěn)定性要求。變電所高、低壓線路的選擇為了保證供電的安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟，選擇導線和電纜時應滿足下列條件：發(fā)熱條件；電壓損耗條件；經(jīng)濟電流密度；機械強度。根據(jù)設計經(jīng)驗：一般10KV及以下的高壓線路和低壓動力線路，通常先按發(fā)熱條件選擇導線和電纜截面，再校驗其電壓損耗和機械強度。對于低壓照明線路，因?qū)﹄妷核揭筝^高，通常先按允許電壓損耗進行選擇，再校驗其發(fā)熱條件和機械強度。（一）高壓線路導線的選擇架空進線后接了一段交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜YJV-350做引入線（直埋），高壓主接線如附圖三所示。高壓側(cè)計算電流所選電纜的允許載流量：滿足發(fā)熱條件。（二）低壓線路導線的選擇由于沒有設單獨的車間變電所，進入各個車間的導線接線采用TN-C-S系統(tǒng)；從變電所到各個車間及宿舍區(qū)用埋地電纜供電，電纜采用VV22型銅芯交聯(lián)聚氯乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜，根據(jù)不同的車間負荷采用不同的截面。其中導線和電纜的截面選擇滿足條件：相線截面的選擇以滿足發(fā)熱條件即，；中性線（N線）截面選擇，這里采用的為一般三相四線，滿足；保護線（PE線）的截面選擇時，；時，時，保護中性線（PEN）的選擇，取（N線）與（PE）的最大截面。結合計算負荷，可得到由變電所到各個車間的低壓電纜的型號為：電鍍車間：VV22-1KV-3×120+1×70兩根并聯(lián)；鑄造車間：VV22-1KV-3×240+1×120鍋爐房：VV22-1KV-3×120+1×70鍛壓車間：VV22-1KV-3×150+1×95；金工車間：VV22-1KV-3×185+1×95工具車間：VV22-1KV-3×150+1×95熱處理車間：VV22-1KV-3×150+1×95裝配車間：VV22-1KV-3×70+1×50機修車間：VV22-1KV-3×50+1×35倉庫：VV22-1KV-3×25+1×16宿舍區(qū)：VV22-1KV-3×185+1×95兩根并聯(lián)；另外，送至各車間的照明線路采用：銅芯聚氯乙烯絕緣導線BV型號。變電所二次回路方案選擇及繼電保護的整定二次回路方案選擇二次回路電源選擇二次回路操作電源有直流電源，交流電源之分。蓄電池組供電的直流操作電源帶有腐蝕性，并且有爆炸危險；由整流裝置供電的直流操作電源安全性高，但是經(jīng)濟性差?？紤]到交流操作電源可使二次回路大大簡化，投資大大減少，且工作可靠，維護方便。這里采用交流操作電源。高壓斷路器的控制和信號回路高壓斷路器的控制回路取決于操作機構的形式和操作電源的類別。結合上面設備的選擇和電源選擇，采用彈簧操作機構的斷路器控制和信號回路。電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置這里根據(jù)GBJ63-1990的規(guī)范要求選用合適的電測量儀表并配用相應絕緣監(jiān)視裝置。10KV電源進線上：電能計量柜裝設有功電能表和無功電能表；為了解負荷電流，裝設電流表一只。變電所每段母線上：裝設電壓表測量電壓并裝設絕緣檢測裝置。電力變壓器高壓側(cè)：裝設電流表和有功電能表各一只。380V的電源進線和變壓器低壓側(cè)：各裝一只電流表。低壓動力線路：裝設電流表一只。電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置在二次回路中安裝自動重合閘裝置（ARD）（機械一次重合式）、備用電源自動投入裝置（APD）。（二）繼電保護的整定繼電保護要求具有選擇性，速動性，可靠性及靈敏性。由于本廠的高壓線路不很長，容量不很大，因此繼電保護裝置比較簡單。對線路的相間短路保護，主要采用帶時限的過電流保護和瞬時動作的電流速斷保護；對線路的單相接地保護采用絕緣監(jiān)視裝置，裝設在變電所高壓母線上，動作于信號。繼電保護裝置的接線方式采用兩相兩繼電器式接線；繼電保護裝置的操作方式采用交流操作電源供電中的“去分流跳閘”操作方式（接線簡單，靈敏可靠）；帶時限過電流保護采用反時限過電流保護裝置。型號都采用GL-25/10。其優(yōu)點是：繼電器數(shù)量大為減少，而且可同時實現(xiàn)電流速斷保護，可采用交流操作，運行簡單經(jīng)濟，投資大大降低。此次設計對變壓器裝設過電流保護、速斷保護裝置；在低壓側(cè)采用相關斷路器實現(xiàn)三段保護。1)變壓器繼電保護1000的變壓器。低壓母線側(cè)三相短路電流為，高壓側(cè)繼電保護用電流互感器的變比為200/5A，繼電器采用GL-25/10型，接成兩相兩繼電器方式。下面整定該繼電器的動作電流，動作時限和速斷電流倍數(shù)。a)過電流保護動作電流的整定：，故其動作電流：動作電流整定為9A。b)過電流保護動作時限的整定由于此變電所為終端變電所，因此其過電流保護的10倍動作電流的動作時限整定為。c)電流速斷保護速斷電流倍數(shù)整定取，故其速斷電流為：因此速斷電流倍數(shù)整定為：。2）10KV側(cè)繼電保護在此選用GL-25/10型繼電器。由以上條件得計算數(shù)據(jù)：變壓器一次側(cè)過電流保護的10倍動作時限整定為0.5s；過電流保護采用兩相兩繼電器式接線；高壓側(cè)線路首端的三相短路電流為2.614kA；變比為200/5A保護用電流互感器動作電流為9A。下面對高壓母線處的過電流保護裝置進行整定。（高壓母線處繼電保護用電流互感器變比為200/5A）整定的動作電流取，，，故，根據(jù)GL-25/10型繼電器的規(guī)格，動作電流整定為7A。整定的動作時限：母線三相短路電流反映到中的電流：對的動作電流的倍數(shù)，即：由《反時限過電流保護的動作時限的整定曲線》確定的實際動作時間：=0.6s。的實際動作時間：母線三相短路電流反映到中的電流：對的動作電流的倍數(shù)，即：所以由10倍動作電流的動作時限曲線查得的動作時限：。整定項目：(a)瞬時過流脫扣器動作電流整定：滿足：對萬能斷路器取1.35；對塑殼斷路器取2～2.5。(b)短延時過流脫扣器動作電流和動作時間整定：滿足:取1.2。另外還應滿足前后保護裝置的選擇性要求，前一級保護動作時間比后一級至少長一個時間級差0.2s(0.4s,0.6s)。(c)長延時過流脫扣器動作電流和動作時間整定：滿足：取1.1。(d)過流脫扣器與被保護線路配合要求：滿足：：絕緣導線和電纜允許短時過負荷倍數(shù)(對瞬時和短延時過流脫扣器，一般取4.5；對長延時過流脫扣器，取)。(e)熱脫扣器動作電流整定：滿足：取1.1，一般應通過實際運行進行檢驗?？筛鶕?jù)以上整定要求，參考相關產(chǎn)品資料對低壓側(cè)的NA1和TMS30系列低壓斷路器進行整定，在此不詳述。八、防雷和接地裝置的確定（一）防雷裝置確定雷電引起的大氣過電壓會對電器設備和變電所的建筑物產(chǎn)生嚴重的危害，因此，在變電所必須采取有效的防雷措施，以保證電器設備的安全。下面分情況對防雷裝置進行選擇。（二）直擊雷的防治根據(jù)變電所雷擊目的物的分類，在變電所的中的建筑物應裝設直擊雷保護裝置。在進線段的1km長度內(nèi)進行直擊雷保護。防直擊雷的常用設備為避雷針。所選用的避雷器：接閃器采用直徑的圓鋼；引下線采用直徑的角鋼打入地中再并聯(lián)后與引下線可靠連接。（三）雷電侵入波保護由于雷電侵入波比較常見，且危害性較強，對其保護非常重要。對變電所來說，雷電侵入波保護利用閥式避雷器以及與閥式避雷器相配合的進線保護段；為了其內(nèi)部的變壓器和電器設備得以保護，在配電裝置內(nèi)安放閥式避雷器。（四）接地