工廠供電設計

《工廠供電設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《工廠供電設計（45頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

Ⅰ工廠供電設計摘 要本畢業(yè)設計為工廠變電所設計，對在工廠變電所設計中的若干問題：負荷計算，三相短路分析，短路電流計算，高低壓設備的選擇與校驗，變壓器的繼電保護，變電所二次回路及自動裝置，防雷與接地，變電所的過電壓保護，計量，無功補償?shù)葞追矫娴脑O計進行了陳述，并對供電主接線的拓撲結構進行了闡述。該工廠變電所采用 10kV 單電源進線，采用一臺 1600kVA 的主變壓器，最大設備容量 1636kW，采用并聯(lián)電容器進行低壓集中補償，對變壓器進行過電流，電流速斷，瓦斯保護，按三類防雷建筑物設防，采用強弱電聯(lián)合接地系統(tǒng)對建筑物進行保護。在對供電系統(tǒng)短路計算的基礎上，進行電力電纜和電氣設備的選擇設計，同時也對戶外平面布置進行了初步的設計。關鍵詞 工廠供配電，繼電保護，防雷與接地，負荷計算 IIABSTRACTThis graduation project is designed for the factory transformer substation, to certain questions in factory transformer substation design: the load computation, the analysis of three-phase short-circuits, the short-circuit current computation, the choiceand verification of high and low pressure equipment, the transformer relay protection, the secondary circuit of the transformer substation and the automatic device, anti-thunder and the connection to the earth, the transformer substation overvoltage protection, the measurement, the idle work compensated and so on, All the above aspects and the structure of the power supply host wiring topology have been stated.The transformer substation with a 10kV single power source coil in it uses 1600kVA main transformer, the biggest computation shoulders of which is 1636kW.It adopts the shunted capacitor to carry on the low pressure centralism for compensation and sets protection for the transformer by carring on the electric current to it breaking the speed of the flow gas protection, garrisons accerding to the third kind of anti-thunder buildings,and users the strong and weak electricity union earth system to carry on the protection to the building.Based on the computation of short-circuits to the power supply system, the project has a choice design of the power cable and the electrical equioment and a preliminary design to the outdoors plane arrangement at the same time.Keywords the power distribution and supply in factory, the relay protection, anti-thunder and the connection to earth, the load computationI目 錄摘要 ……………………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT………………………………………………………………………………………Ⅱ1 緒論……………………………………………………………………………………………11.1 課題設計背景……………………………………………………………………………… 11.2 工廠供電設計的一般原則…………………………………………………………………11.3 工廠供電設計內容及步驟…………………………………………………………………22 負荷計算與功率補償…………………………………………………………………………42.1 負荷計算的內容和目的………………………………………………………………42.2 負荷計算的方法……………………………………………………………………………42.3 全廠負荷計算………………………………………………………………………………52.4 功率補償……………………………………………………………………………………53 變壓器的選擇…………………………………………………………………………………73.1 變壓器容量與臺數(shù)的確定…………………………………………………………………74 主接線方案的選擇……………………………………………………………………………84.1 對變電所主接線的一般要求……………………………………………………………… 84.2 變電所主接線………………………………………………………………………………84.2.1 單電源進線的變電所主接線…………………………………………………………94.2.2 雙回電源進線變電所主接線…………………………………………………………95 短路電流計算…………………………………………………………………………………125.1 短路電流計算的目的與方法……………………………………………………………125.2 三相短路電流計算 ……………………………………………………………………126 導線電纜的選擇………………………………………………………………………………156.1 導線電纜的選擇原則……………………………………………………………………157 電氣設備的選擇………………………………………………………………………………177.1 電氣設備選擇的一般原則………………………………………………………………177.2 高壓開關電器的選擇……………………………………………………………………177.2.1 高壓斷路器的選擇……………………………………………………………………177.2.2 高壓隔離開關的選擇…………………………………………………………………187.2.3 電流互感器的選擇……………………………………………………………………187.3 配電所高壓開關柜的選擇………………………………………………………………19II8 變壓器的繼電保護……………………………………………………………………………208.1 概述………………………………………………………………………………………208.2 變壓器電流保護的接線方式 ……………………………………………………………208.3 繼電保護配置……………………………………………………………………………218.3.1 變壓器過電流保護……………………………………………………………………218.3.2 變壓器電流速斷保護…………………………………………………………………228.3.3 變壓器的氣體繼電保護………………………………………………………………239 二次回路操作電源和中央信號回路………………………………………………………259.1 二次回路操作電源………………………………………………………………………259.2 中央信號回路 ……………………………………………………………………………259.2.1 概述……………………………………………………………………………………259.2.2.對中央信號回路的要求………………………………………………………………259.2.3 中央事故信號回路……………………………………………………………………259.2.4 中央預告信號回路……………………………………………………………………2610 測量與絕緣監(jiān)視回路………………………………………………………………………2710.1 測量儀表的配置…………………………………………………………………………2710.2 絕緣監(jiān)視裝置……………………………………………………………………………2711 防雷與接地……………………………………………………………………………………2911.1 過電壓及雷電概述……………………………………………………………………….2911.2 防雷………………………………………………………………………………………2911.2.1 防雷設備……………………………………………………………………………2911.2.2 防雷保護措施………………………………………………………………………2911.3 電氣設備接地……………………………………………………………………………3011.3.1 接地概述…………………………………………………………………‥………3011.3.2 接地電阻……………………………………………………………………………31結論…………………………………………………………………………………………………33參考文獻…………………………………………………………………………………………34附錄 A：10KV 供電系統(tǒng)圖…………………………………………………………………… 35附錄 B：低壓供電系統(tǒng)圖………………………………………………………………………36附錄 C：變壓器二次電路圖……………………………………………………………………37附錄 D：電壓互感器二次電路圖…………………………………………………………… 38附錄 E：接地避雷平面圖………………………………………………………………………39致謝…………………………………………………………………………………………………40攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 1 緒論11 緒論1.1 課題設計背景工廠供電，就是指工廠所需電能的供應和分配，亦稱工廠配電。電能是現(xiàn)代工業(yè)生產的主要能源和動力。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(xiàn)生產過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產及整個國民經濟生活中應用極為廣泛。在工廠里，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。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(xiàn)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，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)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。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)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，并做好節(jié)能工作，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，適應發(fā)展。 1.2 工廠供電設計的一般原則按照國家標準 GB50052-95 《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》 、GB50053-94 《10kV 及以下設計規(guī)范》 、GB50054-95 《低壓配電設計規(guī)范》等的規(guī)定，進行工廠供電設攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 1 緒論2計必須遵循以下原則：① 遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；必須遵守國家的有關規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術經濟政策。② 安全可靠、先進合理；應做到保障人身和設備的安全，供電可靠，電能質量合格，技術先進和經濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產品。③ 近期為主、考慮發(fā)展；應根據(jù)工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設與遠期發(fā)展的關系，做到遠近結合，適當考慮擴建的可能性。④ 全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按負荷性質、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設計方案。工廠供電設計是整個工廠設計中的重要組成部分。工廠供電設計的質量直接影響到工廠的生產及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設計的有關知識，以便適應設計工作的需要。1.3 工廠供電設計內容及步驟工廠變電所及配電系統(tǒng)設計，是根據(jù)各個車間的負荷數(shù)量和性質，生產工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經濟的分配電能問題。其基本內容有以下幾方面：① 負荷計算工廠變電所的負荷計算，是在車間負荷計算的基礎上進行的?？紤]車間變電所變壓器的功率損耗，從而求出工廠變電所高壓側計算負荷及總功率因數(shù)。列出負荷計算表、表達計算成果。② 工廠變電所變壓器的臺數(shù)及容量選擇參考電源進線方向，綜合考慮設置工廠變電所的有關因素，結合全廠計算負荷以及擴建和備用的需要，確定變壓器的臺數(shù)和容量。③ 工廠變電所主接線設計根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負荷要求的可靠性級別和計算負荷數(shù)綜合主變壓器臺數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經濟，安裝容易維修方便。④ 工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計算工廠用電，通常為國家電網的末端負荷，其容量運行小于電網容量，皆可按3無限容量系統(tǒng)供電進行短路計算。由系統(tǒng)不同運行方式下的短路參數(shù)，求出不同運行方式下各點的三相及兩相短路電流。⑤ 改善功率因數(shù)裝置設計按負荷計算求出總降壓變電所的功率因數(shù)，通過查表或計算求出達到供電部門要求數(shù)值所需補償?shù)臒o功率。由手冊或廠品樣本選用所需移相電容器的規(guī)格和數(shù)量，并選用合適的電容器柜或放電裝置。如工廠有大型同步電動機還可以采用控制電機勵磁電流方式提供無功功率，改善功率因數(shù)。⑥ 變電所高、低壓側設備選擇參照短路電流計算數(shù)據(jù)和各回路計算負荷以及對應的額定值，選擇變電所高、低壓側電器設備，如隔離開關、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關柜等設備。并根據(jù)需要進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗。用總降壓變電所主結線圖，設備材料表和投資概算表達設計成果。⑦ 繼電保護及二次結線設計為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機、母線分段斷路器及聯(lián)絡線斷路器，皆需要設置相應的控制、信號、檢測和繼電器保護裝置。并對保護裝置做出整定計算和檢驗其靈敏系數(shù)。設計包括繼電器保護裝置、監(jiān)視及測量儀表，控制和信號裝置，操作電源和控制電纜組成的變電所二次結線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖或二次回路展開圖以及元件材料表達設計成果。⑧ 變電所防雷裝置設計參考本地區(qū)氣象地質材料，設計防雷裝置。進行防直擊的避雷針保護范圍計算，避免產生反擊現(xiàn)象的空間距離計算，按避雷器的基本參數(shù)選擇防雷電沖擊波的避雷器的規(guī)格型號，并確定其接線部位。進行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗以及沖擊接地電阻計算。⑨ 工廠變電所變、配電裝置總體布置設計綜合前述設計計算結果，參照國家有關規(guī)程規(guī)定，進行內外的變、配電裝置的總體布置和施工設計。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 負荷計算和功率補償42 負荷計算和功率補償2.1 負荷計算的內容和目的計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是指導體中通過一個等效負荷時，導體的最高溫升正好和通過實際的變動負荷時產生的最高溫升相等，該等效負荷就稱為計算負荷。計算負荷是供電設計計算的基本依據(jù)。計算負荷的確定是否合理，將直接影響到電氣設備和導線電纜的選擇是否經濟合理。在配電設計中，通常采用 30 分鐘的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或導體的依據(jù)。尖峰電流指單臺或多臺用電設備持續(xù) 1—2 秒左右的最大負荷電流。它是由于電動機啟動，電壓波動等原因引起的，它與計算電流不同，計算電流是指半小時最大電流，尖峰電流比計算電流大的多，一般取啟動電流上午周期分量作為計算電壓損失、電壓波動和電壓下降以及選擇電器和保護元件等的依據(jù)。在校驗瞬動元件時，還應考慮啟動電流的非周期分量。平均負荷 就是指電力負荷在一定時間內消耗的功率的平均值。 avp常選用最大負荷班（即有代表性的一晝夜內電能消耗量最多的一個班）Wtavp?的平均負荷，有時也計算年平均負荷。平均負荷用來計算最大負荷和電能消耗量。2.2 負荷計算的方法負荷計算的方法有估算法、需要系數(shù)法、單相負荷計算及二項式法等幾種。本設計采用需要系數(shù)法確定。主要計算公式有： 有功功率： 式(2.1)dejPK?無功功率: 式(2.2)tanjQ?視在功率: 式(2.3)/cosjS計算電流: 式(2.4)3NjIU式(2.5)csjjP??全廠各設備計算負荷如表 2.1：5表 2.1 全廠計算負荷序號設 備名 稱計算負荷有功P（kW）計算電流I （A）序號設 備名 稱計算負荷 有功（kW）計算電流I（A）1 大球磨 245 465 12 備用 110 2502 大球磨 245 465 13 渣泵 22 503 小球磨 110 250 14 礦壩水 泵 30 684 小球磨 110 250 15 磁選機 15 305 搖床總柜 24 55 16 備用 60 1366 礦壩配電 柜 110 250 17 檢修電 源 30 687 備用 110 250 18 照明 30 688 1#破碎機 75 170 19 行車 70 1659 2#破碎機 75 170 20 磁選機控制箱 22 5010 3#破碎機 60 136 21 化驗室 20 4011 給礦機 3 6.8 22 備用 60 1362.3 全廠負荷計算本設計中取 COSф=0.85 同時系數(shù) K = 0.7根據(jù)上表數(shù)據(jù)可算出：∑ = 1636kW; jP∑ = 1014kvar Q0.716345.2jjPKkWk????var7098arQ2213.jjjS VA??=1944.71A3cos.45jjIU???2.4 功率補償功率因數(shù)太低將會給配電系統(tǒng)帶來電能損耗增加，電壓損失增大和供電設備利用效率降低等不良影響。正是如此，要求電力用戶功率達到一定數(shù)值，低于此6值時就必須進行補償，國家標準 GB/T3485-1998評價企業(yè)合理用電技術導則》中規(guī)定：“在企業(yè)最大負荷時的功率因數(shù)應不低于 0.9，凡功率因數(shù)未達到上述規(guī)定的，應該在負荷側合理裝置集中與就地無功補償設備” 。由于本設計中上級要求功率因數(shù) COSф≥0.9 就可滿足要求，,而由上面計算可知 COSф=0.850.9，因此需要進行無功補償。綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器進行低壓集中補償。低壓集中補償是指將低壓電容器組集中裝設在車間變電所的低壓母線上。該補償方式只能補償車間變電所低壓母線前變壓器和高壓配電線路及電力系統(tǒng)的無功功率，對變電所低壓母線后的設備則不起補償作用?？蛇x用 BWF0.4-12-1 型的電容器，其額定容量是 12kvar，額定電容為240μF。補償容量 Qcc = 1145.2×（tanarc cos0.85－tanarc cos0.92）kvar=1145.2×（0.62-0.43）kvar =217.6kvar因此，其電容器的個數(shù)為： n = Q cc/qC =217.6/12 =19（個） 取 Qcc=12×19=228kvar無功補償后，變電所低壓側的計算負荷為： 2222'()145.(709.8)14.cjjjSP kVA???????變壓器的功率損耗為：= 0.06 = 0.06×1242.4= 74.6kvar TA， 'j= 0.015 = 0.015×1242.4= 18.6kW，變電所高壓側計算負荷為：=1145.2+18.6=1163.8kW''jjTP??= (709.8-228)+ 75.7=557.5kvar'QA'2' 22' 163.857.190.5jjjS kVA??無功率補償后，工廠的功率因數(shù)為：cosφ′= P j′/ S j′= 1163.8 /1290.5=0.9 則工廠的功率因數(shù)為：cosφ′= P j′/S j′= 0.9≥0.9 通過上述計算可得，需補償?shù)娜萘繛?228kvar，補償后車間變電所高壓側功率因數(shù)達到 0.9。因此，符合本設計的要求。73 變壓器的選擇3.1 變壓器容量與臺數(shù)的選擇變壓器臺數(shù)確定原則：① 應滿足用電負荷對可靠性的要求。在一二級負荷的變電所中，選擇兩臺主變壓器，當在技術，經濟上比較合理時，也可以多于兩臺。② 對季節(jié)性負荷變化較大的宜采用經濟運行方式的變電所，技術經濟合理時可選擇兩臺主變壓器。③ 三級負荷一般選擇一臺主變壓器，負荷較大時，也可選擇兩臺主變。 裝單臺變壓器時，其額定容量 Sn應能滿足全部用電設備的計算負荷 Sc，考慮負荷發(fā)展應留有一定的容量裕度，并考慮變壓器的經濟運行，即Sn≥（1.15-1.4）S c 式(3.1)裝設兩臺主變壓器的變電所，每臺變壓器的容量 Sn應同時滿足以下兩個條件： 1）任一臺主變壓器單獨運行時Sn=（0.6-0.7）S c 式(3.2)2）任一臺主變壓器單獨運行時Sn≥S c（Ⅰ+Ⅱ） 式(3.3)在本設計中，工廠負荷屬于三級負荷，因此選擇單臺變壓器運行，根據(jù)以上計算結果可得，如下：∑ = 1636kW; eP∑P j = K∑ = 0.7×1636kW =1145.2kWeSj=Pj/ cosφ=1145.2/0.85=1347.3kVASn=1.19×Sj=1.19×1347.3=1603kVA所以，可選擇 1600 kVA 的變壓器一臺。負載率為 84.1%.84 主結線方案的選擇4.1 對變電所主結線的一般要求變電所主接線要求安全，可靠，靈活，經濟。主要有以下一些原則：①在高壓斷路器的電源側及可能反饋電能的另一側，必須安裝高壓隔離開關。②在低壓斷路器的電源側及可能反饋電能的另一側，必須裝設低壓刀開關。③在裝設高壓熔斷器-負荷開關的出線柜母線側，必須裝設高壓隔離開關。④變配電所高壓母線上及架空線末端，必須裝設避雷器，裝于母線上的避雷器宜與電壓互感器共用一組隔離開關，線路上避雷器前不必裝設隔離開關。⑤變電所的主接線方案，必須與其負荷類型相適應，對于一級負荷，應由兩個電源供電，對二級負荷，應由兩回路或者一回專用架空線路供電。⑥接于公共干線上的變配電所電源進線首端，應裝設帶有短路保護的開關設備。⑦對一般的生產區(qū)的車間變電所，宜由工廠總變配電所采用放射式高壓配電，以確保供電可靠性，但對輔助生產區(qū)的變電所，可采用樹干式配電。⑧變電所低壓側的總開關，宜采用低壓斷路器，當有繼電保護或自動切換電源要求時，低壓側總開關和低壓母線分段開關均應采用低壓斷路器。⑨兩路電源進線，裝有兩臺主變壓器的變電所，當兩路電源同時供電時，兩臺主變壓器一般分列運行，當只有一路電源供電，另一路電源備用時，則兩臺主變壓器并聯(lián)運行。⑩需帶負荷切換主變壓器的變電所，高壓側應裝設高壓斷路器或者高壓負荷開關。4.2 變電所主結線對于電源進線電壓為 35kV 及以上的大中型工廠，通常是先經工廠總降壓變電所降為 6—10kV 的高壓配電電壓，然后經車間變電所，降為一般低壓設備所需的電壓。總降壓變電所的主接線是實現(xiàn)電能輸送和分配的一種電氣接線，在變電所主9接線圖中將導線或者電纜，電力變壓器，母線，各種開關，避雷器，電容器等電氣設備連接起來，只表示相對電氣連接關系而不表示實際位置。通常以單線表示三相系統(tǒng)。主結線對變電所設備選擇和布置，運行的可靠性和經濟性，繼電保護和控制方式都有密切關系，是供電設計中的重要環(huán)節(jié)。變電所一般有線路-變壓器組，單母線，內橋式，外橋式等幾種接線形式，具體如下：4.2.1 單電源進線的變電所主接線當單電源進線一臺變壓器時，主接線采用一次側線路-變壓器組，二次側單母線不分段接線，如圖 4.1，這種主接線經濟簡單，可靠性不高，適用于負荷不大的三級負荷情況。也可采用一次側單母線不分段，二次側單母線分段主接線，如圖 4.2，適用于三級負荷及部分二級負荷。35kv電源 進 線1QSFT2QF2S6-10kv1QSF1T2QFS圖 4-1 3QSF2T4QFS5QF6-10kv35kv電源 進 線圖 4.1 單電源進線接線圖 圖 4.2 一側，二側單母線接線圖4.2.2 雙回電源進線變電所主接線① 一，二次側均采用單母線分段主接線該主接線由于進線開關和母線分段開關均采用了斷路器控制，操作十分靈活，供電可靠性較高，適用于大中型企業(yè)的一，二級負荷供電。② 內橋式主接線一次側采用內橋式結線，二次側采用單母線分段的總降壓變電所主接線如圖4.3，線路 1WL，2WL 來自兩個獨立電源，斷路器 1QF，2QF 分別接至變壓器1T，2T 的高壓側，向變電所供電，變壓器回路僅裝設隔離開關 3QF，6QF。當線路 1WL 發(fā)生故障或檢修時，斷開 1QF，1T 由線路 2WL 經橋接斷路器 3QF 繼續(xù)供電，10同理，當 2WL 發(fā)生故障或者檢修時，2T 由線路 1WL 繼續(xù)供電。因此，這種主接線大大提高了供電的可靠性和靈活性，但當變壓器檢修時，須進行倒閘操作，操作較復雜且時間較長，這種接線適用于大中型企業(yè)的一，二級負荷供電。當變壓器1T 發(fā)生故障時，1QF 和 3QF 因故障跳閘，此時，打開 3QS 后再合上 1QF 和 3QF，即可恢復 1WL 線路的工作。這種內橋式結線多用于電源線路較長因而發(fā)生故障和停電檢修的機會較多、并且變電所的變壓器不需要經常切換的總降壓變電所。適用于以下條件的總降壓變電所：1) 供電線路長，線路故障幾率大；2) 負荷比較平穩(wěn)，主變壓器不需要頻繁切換操作；3) 沒有穿越功率的終端總降壓變電所。35KV電 源 進線1wl 2wlQS1F2QS31T 2T4QFS3QF7S8S4QS2F5QS65QF6QF6-10KV35KV電 源 進線1T 2T4QF4S 5QF6QF6-10KV1WLQS21QFQSF6QS2WL3QS42QF圖 4.3 變電所內橋式接線圖 圖 4.4 變電所外橋式接線圖③ 外橋式主接線一次側采用外橋式結線、二次側采用單母線分段的總降壓變電所主接線如圖4.4，其特點是變壓器回路裝設斷路器，線路 1WL，2WL 僅裝線路隔離開關，任一變壓器檢修或發(fā)生故障時，如變壓器 1T 發(fā)生故障，斷開 1QF，打開其兩端隔離開關，然后合上 3QF 兩側隔離開關，在合上 3QF，使兩路電源進線又恢復并聯(lián)運行。但當線路檢修或發(fā)生故障時，須進行倒閘操作，操作較復雜且時間較長，外橋式的優(yōu)點是對變壓器回路的操作非常方便，靈活，供電可靠性高，適用于有一，二級負荷的用戶和企業(yè)。 適用于以下條件的總降壓變電所：攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4 主接線方案的選擇121) 供電線路短，線路故障幾率??；2) 用戶負荷變化大，變壓器操作頻繁；3) 有穿越功率流經的中間變電所，因為采用外橋式主接線，總降壓變電所運行方式的變化將不影響公共電力系統(tǒng)的潮流。④ 一、二次側均采用單母線分段的總降壓變電所主接線如圖 4.5。這種主結線圖兼有上述兩種橋式結線的運行靈活性的優(yōu)點，但所用高壓開關設備較多，可供一、二級負荷，適用于一、二次側進出線較多的總降壓變電所。⑤ 一、二次側均采用雙母線的總降壓變電所主電路圖采用雙母線結線較之采用單母線結線，供電可靠性和運行靈活性大大提高，但開關設備也大大增加，從而大大增加了初投資，所以雙母線結線在工廠電力系統(tǒng)在工廠變電所中很少運用,主要用與電力系統(tǒng)的樞紐變電所。本次設計的礦廠供電屬于三級負荷。負荷變動較小，電源進線較短（8km）,主變壓器不需要經常切換，另外再考慮到工廠對于一次投資的要求。固采用單電源進線的降壓變電所主接線。10kV 進線高壓供電系統(tǒng)圖詳見附件 A，低壓供電系統(tǒng)圖詳見附件 B。35KV電 源 進線1T 2T4QF5QF6QF 6-10KV1WL1QF3QF 2WL2QF7QF8QF11圖 4.5 一二側均采用單母線分段接線圖5 短路電流計算5.1 短路電流計算的目的及方法短路電流計算的目的是為了正確選擇和校驗電氣設備，以及進行繼電保護裝置的整定計算。進行短路電流計算，首先要繪制計算電路圖。在計算電路圖上，將短路計算所考慮的各元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計算點。短路計算點要選擇得使需要進行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通過。接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，并計算電路中各主要元件的阻抗。在等效電路圖上，只需將被計算的短路電流所流經的一些主要元件表示出來，并標明其序號和阻抗值，然后將等效電路化簡。對于工廠供電系統(tǒng)來說，由于將電力系統(tǒng)當作無限大容量電源，而且短路電路也比較簡單，因此一般只需采用阻抗串、并聯(lián)的方法即可將電路化簡，求出其等效總阻抗。最后計算短路電流和短路容量。短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標幺制法（又稱相對單位制法） 。5.2 三相短路電流計算本設計采用標幺值進行短路電流計算① 確定基準值：取 Sd=100MVA，U d=Uav，兩個電壓等級的基準電壓分別為 Ud1=10.5kV Ud2=0.4kV② 元件的電抗標幺值1) 電力系統(tǒng)（S oc=1000MVA）*10/.1X?2) 架空線路（X O=0.4Ω/km 4km）=X0L1Sd/Ud2=0.4×4×100/（10.5×10.5）=1.5*23) 電力變壓器（U k％=4.5 S n=1600kVA）13= Uk％×S d/（100×S n）=4.5×100/（100×1.6）=2.8*3X繪制等效電路圖如圖 5.1，圖上標出各元件的序號和電抗標幺值，并標出短路計算點。 X1* X2* X3*10. 21.5 32.8K1(3) K2(3)圖 5.1 短路電流計算等效電路圖③ K1 短路時的短路電流與容量計算1) 計算短路回路總阻抗標幺值**120.15.6kX???2) 計算 K1 點所在電壓級的基準電流 /3/.ddISUkA?3) 計算 K1 點短路電流各值**11//.60.25KKX??5.347dI k.1128shkiIA. .K4) 三相短路容量 *11/0.625.KdSXMV???④ K2 點三相短路電流與容量計算1) 計算短路回路總阻抗標幺值**2123.1.84K??2) 計算 K2 點所在電壓級的基準電流04dSI kAU???3) 計算 K2 點短路電流各值*210.274KIX*22.3.6d kA???.186shkKiIk.22095.7I144) 三相短路容量*22/10.72.KdKSXMVA???⑤ 路電流計算結果如下表 5.1表 5.1 短路電流計算結果三相短路電流（kA） 短路容量（MVA）(3)KI(3)I?(3)shi(3)shI(3)KSK1點 3.4375 3.4375 8.7656 5.225 62.5K2點 32.76 32.76 60.27 35.7 22.7156 導線、電纜的選擇6.1 導線電纜的選擇原則導線和電纜的選擇必須滿足安全，可靠，經濟的條件。所以，進行導線和電纜截面選擇時必須按照下列選擇原則：① 按允許載流量選擇導線和電纜截面導線和電纜(包括母線 )在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產生的發(fā)熱溫度，不應超過其正常運行時的最高允許溫度。以防止導線因過熱而引起絕緣損壞或老化。這就要求通過導線或電纜的最大負荷電流不應大于其允許載流量。② 按允許電壓損失選擇導線和電纜截面導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產生的電壓損耗，不應超過其正常運行時允許的電壓損耗，以保證電壓質量。③ 按經濟電流密度選擇導線和電纜截面經濟電流密度是指使線路的年運行費用支出最小的電流密度。按這種原則選擇的導線和電纜截面稱為經濟截面。對于 35kV 及以上的高壓線路及電壓在 35kV以下但距離長，電流大的線路，宜按經濟電流密度選擇，對 10kV 及以下線路，通常不按此原則選擇。 ④ 按機械強度選擇導線和電纜截面導線（包括裸線和絕緣導線）截面不應小于其最小允許截面。對于電纜，不必校驗其機械強度，但需校驗其短路熱穩(wěn)定度。母線也應校驗短路時的穩(wěn)定度。對于絕緣導線和電纜，還應滿足工作電壓的要求。根據(jù)設計經驗，對長距離大電流及 35kV 以上的高壓線路，則可先按經濟電流密度確定經濟截面，再校驗其它條件。一般 10kV 及以下高壓線路及低壓動力線路，通常先按允許載流量選擇截面，再校驗電壓損耗和機械強度。低壓照明線路，因其對電壓水平要求較高，因此通常先按允許電壓損耗進行選擇，再校驗發(fā)熱條件和機械強度。選擇導線截面時，要求在滿足上述 4 個原則的基礎上選擇其中最大的截面。在本設計中，以低壓側大球磨車間為列，按允許載流量計算電力電纜截面：選取時，應注意：1）允許載流量與環(huán)境溫度有關。若實際環(huán)境溫度與規(guī)定的環(huán)境溫度不一致時，允許載流量乘上溫度修正系數(shù) ，以求出實際的允許載流量。K?式（6.1）'alalIK??16式中， 式（6.2）'0alK???—為導線額定負荷時的最高允許溫度；al—為導線允許載流量所采用的環(huán)境溫度；0—為導線敷設地點實際的環(huán)境溫度。'?2）電纜多根并列時，其散熱條件較單根時差，故允許載流量降低，要用電纜并列校正系數(shù) Kp 進行校正。已知一臺 245kW 的大球磨機，功率因數(shù)為 0.9，效率為 0.89，當?shù)刈顭崞骄罡邭鉁貫?150C。a.線路中電流的計算式（6.3）24570.89ECPkW??式（6.4）4653cos.309NI AU???b.相線截面的選擇因為是三相四線制線路，所以查表得 4 根單芯線敷設的每相芯線截面為240mm2的 VLV 型導線，在環(huán)境溫度為 250C 時的允許載流量為 420A，其最高允許溫度為 650C，即 。420aIA?溫度校正系數(shù)為 式（6.5）'0651.2alK???導線的實際允許載流量為 式（6.6）' .2470alalI A??滿足 ，所以，所選相截面 滿足允許載流量的要求。'alCI?2Sm??c.保護線 的選擇peS按 要求，選擇 。0.5e?21所以選擇導線型號為 VLV-0.6/1kV（3×240+1×120）TC 的 VLV 聚錄乙烯絕緣鋁心電力電纜。177 電氣設備的選擇7.1 電氣設備選擇的一般原則供配電系統(tǒng)中的電氣設備是在一定的電壓，電流，頻率和工作環(huán)境條件下工作的，電氣設備的選擇，除了應滿足在正常工作時能安全可靠運行之外，還應滿足在短路故障時不至損壞的條件，開關電器還必須具有足夠的斷流能力，并適應所處位置，環(huán)境溫度，海拔高度，以及防塵，防腐，防火，防爆等環(huán)境條件。電氣設備選擇應遵循以下三個原則：① 按工作環(huán)境及正常工作條件選擇電氣設備；② 按短路條件校驗電氣設備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定；動穩(wěn)定校驗 或 式（7.1）(3)maxshiI?(3)maxshI?式中， —為電氣設備的極限通過電流峰值;—為電氣設備的極限通過電流有效值。axI熱穩(wěn)定校驗 式（7.2）2(3)2t imaIt?式中， —為電氣設備的熱穩(wěn)定電流;tt—為熱穩(wěn)定時間。③ 開關電器斷流能力校驗。高壓設備選擇的一般要求必須滿足一次電路正常條件下和短路故障條件下的工作要求，同時設備應工作安全可靠，運行方便，投資經濟合理。高壓刀開關柜的選擇應滿足變電所一次電路圖的要求，并各方案經濟比較優(yōu)選出開關柜型號及一次結線方案編號，同時確定其中所有一次設備的型號規(guī)格。工廠變電所高壓開關柜母線宜采用 LMY 型硬母線7.2 高壓開關電器的選擇7.2.1 高壓斷路器的選擇本設計中，為戶內變電所，故選擇戶內少油斷路器，以選擇變壓器二次側高壓斷路器為例，由設計數(shù)據(jù)可知，變壓器 10/0.4kV，1600kVA，三相最大短路電流為 32.76kA，沖擊短路電流為 60.27kA，三相短路容量為 22.7MVA。根據(jù)變壓器二次側的額定電流來選擇斷路器的額定電流。式（7.3）2160233.4NSI AU???查表得 ，選擇 SN10-10III/3000 型少油斷路器，比較其計算參數(shù)和裝設地18點電氣條件后得知，所選斷路器合格。 7.2.2 高壓隔離開關的選擇 由于隔離開關主要是用于隔離而不是分斷正常負荷電流和短路電流，因此，只需要選擇其額定電壓和額定電流，校驗動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。由以上計算數(shù)據(jù)可選擇 GN6-10T/600 高壓隔離開關。選擇計算結果列于表 7.1 中。表 7.1 高壓隔離開關選擇校驗表GN6-10T/600 裝設地點電氣條件序號 項目 數(shù)據(jù) 選擇要求 項目 數(shù)據(jù)結論1 NU10kV ?.WNU10kV 合格2 In600A CI465A 合格3 max52kA(3)shi32.76A 合格42T200 2kAS2imaT??13.5 2kAS合格7.2.3 電流互感器的選擇電流互感器用于計量和保護。一般情況下，計量用的電流互感器變比的選擇應使其一次額定電流 不小于線路中的計算電流 。1nI cI動穩(wěn)定校驗 式（7.4）12esNshKIi??熱穩(wěn)定校驗 式（7.5）(3)()t imat?以小球磨車間為例，額定電壓為 0.4kV，額定電流為 465A，選變比為 400/5A的 LQJ-10 型電流互感器， =160， =75，t=1s，0.5 級二次繞組的est=0.4 。2nZ?① 準確度校驗 2250.41NSIZVA???()iNWLTUR??= 2(0.3)[/(532.)01]??= 271?滿足準確度要求。② 動穩(wěn)定校驗 160.4.90.58.esNshKI IkA?????滿足動穩(wěn)定要求。③ 熱穩(wěn)定校驗 22(3)2 21()(75.)1.13.5tN imaI ITkS???滿足熱穩(wěn)定要求。所以選擇 LQJ-10 400/5A 型電流互感器滿足要求。 197.3 配電所高壓開關柜的選擇高壓開關柜是按一定的線路方案將有關一、二次設備組裝而成的一種高壓成套配電裝置，在發(fā)電廠和變配電所中作為控制和保護發(fā)電機、變壓器和高壓線路之用，也可作為大型高壓開關設備、保護電器、監(jiān)視儀表和母線、絕緣子等。高壓開關柜有固定式和手車式（移可式）兩大類型。由于本設計是 10kV 電源進線，則可選用較為經濟的固定式高壓開關柜，這里選擇 KYN28A-12(Z)型.低壓開關柜選擇 GGD3 型。208 變壓器的繼電保護8.1 概述供配電系統(tǒng)的電力變壓器有總降壓變壓器和車間變電所或建筑物變電所的配電變壓器，其常見的故障分短路故障和不正常運行狀態(tài)兩種。按 GB50062—92《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》規(guī)定：對電力變壓器的下列故障及異常運行方式，應裝設相應的保護裝置：① 繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地側的單相接地短路；② 繞組的匝間短路；③ 外部相間短路引過的過電流；④ 中性點直接接地電力網中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓；⑤ 過負荷；⑥ 油面降低；⑦ 變壓器溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障。對于高壓側為 6～10kV 的車間變電所及小型工廠變電所主變壓器來說，通常裝設有電流保護和電流速斷保護；如過電流保護動作時間不大于 0.5s 時，可不裝設電流速斷保護。容量在 800kVA 及以上的油浸式變壓器和 400kVA 及以上的車間內油浸式變壓器，還需裝設氣體繼電保護（又稱瓦斯保護） 。如兩臺并聯(lián)運行的變壓器容量（單臺）在 400kVA 及以上，以及雖為單臺運行但又作為備用電源用的變壓器有可能過負荷時，還需裝設過負荷保護。過負荷保護及瓦斯保護在輕微故障時（通稱“輕瓦斯” ） ，動作于信號，而其它保護包括瓦斯保護在嚴重故障時（通稱“重瓦斯” ） ，一般均動作于跳閘。對于高壓側為 35kV 及以上的工廠總降壓變電所主變壓器來說，一般也裝設過電流保護，電流速斷保護和氣體繼電保護。在有可能過負荷時，也裝設過負荷保護。但如果單臺運行的變壓器容量在 10000kVA 及以上，兩臺并列運行的變壓器容量（單臺）在 6300kVA 及以上時，則要求裝設差動保護來取代電流速斷保護。8.2 變壓器電流保護的接線方式兩相兩繼電器式接線適用于相間短路保護，對 Yyno 連接的變壓器，二次側發(fā)生單相短路時，流經保護裝置的穿越電流僅為二次側的 1/3（設變壓器變比為1） ，保護靈敏度只有相間保護的 1/3。對 Yd11 連接的變壓器二次側 a,b，兩相短21路，流經保護裝置的穿越電流僅為二次側的 。保護靈敏度也將降低。1/3兩相一繼電器式接線的保護靈敏度隨保護種類而異，但 Yyno 連接的變壓器二次側發(fā)生單相短路和 Yd11 連接的變壓器二次側發(fā)生兩相短路時，保護裝置不動作，因此，該連接方式不能用于 Yyno 連接和 Yd11 連接的變壓器的電流保護。8.3 繼電保護配置在本設計中，根據(jù)要求需裝設過電流保護、電流速斷保護、氣體繼電保護。8.3.1 變壓器的過電流保護① 對于由外部相間短路引起的過電流，保護應裝于下列各側：1) 對于雙線圈變壓器，裝于主電源側2) 對三線圈變壓器，一般裝于主電源的保護應帶兩段時限，以較小的時限斷開未裝保護的斷路器。當以上方式滿足靈敏性要求時，則允許在各側裝設保護。各側保護應根據(jù)選擇性的要求裝設方向元件。3) 對于供電給分開運行的母線段的降壓變壓器，除在電源側裝設保護外，還應在每個供電支路上裝設保護。4) 除主電源側外，其他各側保護只要求作為相鄰元件的后備保護，而不要求作為變壓器內部故障的后備保護。5) 保護裝置對各側母線的各類短路應具有足夠的靈敏性。相鄰線路由變壓器作遠后備時，一般要求對線路不對稱短路具有足夠的靈敏性。相鄰線路大量瓦斯時，一般動作于斷開的各側斷路器。如變壓器高采用遠后備時，不作具體規(guī)定。6) 對某些稀有的故障類型（例如 110kV 及其以上電力網的三相短路）允許保護裝置無選擇性動作。② 定時限過電流保護的接線方式和工作原理當變壓器發(fā)生短路時，通過線路的電流使流經繼電器的電流大于繼電器的動作電流，電流繼電器 KA 瞬時動作，其常開觸點閉合，時間繼電器 KT 線圈得電，其觸點經一定延時后閉合，使中間繼電器 KM 和信號繼電器 KS 動作。KM 的常開觸點閉合，接通斷路器跳閘線圈 YR 回路，斷路器 QF 跳閘，切除短路故障線路。KS動作，其指示牌掉下，同時其常開觸點閉合，起動信號回路，發(fā)出燈光和音響信號。接線圖如圖 8.1。③ 保護整定計算變壓器過電流保護繼電器的動作電流為22式（8.1）. 1(.53)relwOPKANiII??式中， I1N—為變壓器一次側額定電流；Krel—可靠系數(shù)；KW—接線系數(shù)；Kre—返回系數(shù)；Ki —為電流互感器的變比。變壓器過電流保護動作時限應比二次側出線過電流保護的最大動作時限大一個 ，一般取 0.5-0.7s。tA靈敏度按下式校驗 式（8.2）(2)'.min15KsoplI??式中， —為變壓器二次側在系統(tǒng)最小運行方式下，發(fā)生兩相短路時一次(2)'.minKI側的穿越電流。8.3.2 變壓器的電流速斷保護① 電流速斷保護的接線和工作原理電流速斷保護是一種不帶時限的過電流保護，實際中常與過電流保護配合使用。接線圖如圖 8.1。當線路發(fā)生短路，流經繼電器的電流大于電流速斷的動作電流時，電流繼電器動作，其常開觸點閉合，接通信號繼電器 2KS 和中間繼電器KM 回路，KM 動作是斷路器跳閘，2KS 動作表示電流速斷保護動作，并起動信號回路發(fā)出燈光和音響信號。② 整定計算由于電流速斷保護動作不帶時限，為了保護速斷保護動作的選擇性，在下一級線路首端發(fā)生最大短路電流時，電流速斷保護不應該動作，既速斷保護動作電流 ，從而，速斷好漢繼電器的動作電流整定值為.maxoplkI?式（8.3）. .maxrelwKAkiI?式中， —為線路末端最大三相短路電流；.axkI—為可靠系數(shù)；DL 型繼電器取 1.3，GL 型繼電器取 1.5；rel—為接線系數(shù)；w—電流互感器變比。iK靈敏度校驗只能用線路首端最小兩相短路電流 校驗，即(2)'.minKI式（8.4）(2)'.min1.5KSoplI??23過電流保護由保護的動作時限實現(xiàn)選擇性，電流速斷保護由保護的動作電流實現(xiàn)選擇性，在電流速斷保護區(qū)內，電流速斷保護為主保護，過電流保護為輔助保護，在電流速斷保護的死區(qū)內，過電流保護為基本保護。10KV1QS1QF1TA2TAT2QF2QS2YR2QF1YR1QF1KS信號 KM信號 2KS1KT1KA2KA3KA4KA1TA2TA1KA2KA3KA4KAA相 過 電 流與 電 流 速 斷C相 過 電 流與 電 流 速 斷公 用 線直 流 操 作 電源 及 熔 斷 器定 時 限過 電 流 保 護電 流 速 斷 保 護1QF跳 閘 回 路2QF跳 閘 回 路去 信 號1KS2KS+WS+WC -WC1KA21KT3KA4KAKM1K21QF2F1YR2YR1KS2KSKM1KT圖 8.1 變壓器的定時限過電流保護和電流速斷保護接線圖8.3.3 變壓器的氣體繼電保護（瓦斯保護）氣體繼電保護，又稱瓦斯保護，是保護油浸式電力變壓器內部故障的一種基本的保護裝置。按 GB50062—92 規(guī)定，800kVA 及以上的一般油浸式變壓器和400kVA 及以上的車間內油浸式變壓器，均應裝設氣體保護。氣體保護的主要元件是氣體繼電器。它裝設在變壓器的油箱與油枕之間的聯(lián)通管上。為了使變壓器內產生的氣體能夠順暢地通過氣體繼電器排往油枕，要求變壓器安裝應取 1%～1.5%的傾斜度；而變壓器在制造時，聯(lián)通管對油箱頂蓋也有 2%～4%的傾斜度。當變壓器油箱內部發(fā)生輕微故障時，產生的氣體較少，氣體緩慢上升，聚集在氣體繼電器容器上部，使繼電器內油面下降，上開口油杯露出油面，上開口油24杯因其產生的力矩大于平衡錘的力矩而處于下降位置，上干簧觸點閉合，發(fā)出報警信號，稱為輕瓦斯動作。當變壓器油箱內部發(fā)生嚴重故障時，產生大量氣體，油汽混合物迅猛地從油箱通過連通管沖向油枕，在油汽混合物沖擊下，氣體繼電器擋板被掀起，使下開口油杯下降上，下干簧觸點閉合，發(fā)出跳閘信號，使斷路器跳閘，稱為重瓦斯動