35KV變電所一次系統(tǒng)設計

1、1 前言 1.1 畢業(yè)設計背景隨著工業(yè)自動化的進一步地深入，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化的要求，合理、經(jīng)濟和運行可靠的供配電設計已成為工業(yè)生產(chǎn)和電力系統(tǒng)的一個重要課題。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。眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應用；電能的輸送和分配既簡單經(jīng)濟，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟生活中應用極為廣泛。1.2 畢業(yè)設計意義在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很?。ǔ娀I(yè)外）。電能在工業(yè)生

2、產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)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(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)可能造成嚴重的后果。其中包括嚴重的經(jīng)濟損失和人的生命財產(chǎn)安全。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，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(jīng)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(jīng)濟建設，也具有重大的作用。1.3 設計主要內(nèi)容本

3、設計主要從大致的35kV變電所一次系統(tǒng)設計出發(fā)，對35kV變電所各個車間進行簡單的設計和計算。首先，對已知的設計原始資料進行分析和舍取，可以大概地了解變電所的設計要求。接著，對變電所各個車間變電所以及各組設備的負荷進行計算，統(tǒng)計總負荷和功率因數(shù)以及電力系統(tǒng)的損耗。同時，根據(jù)計算負荷選擇總降壓變電所的主變壓器的臺數(shù)和容量。根據(jù)設計資料確定電源進線和電力來源，進一步可以大致擬定供電系統(tǒng)圖。再對其進行短路計算，選擇高壓開關柜及相應的校驗。選擇高壓進、出線路以及設置需要的繼電保護。 本設計說明書包括了共11章：第1章、前言；第2章、設計原始資料；第3章、負荷統(tǒng)計；第4章、總降壓變電所主變壓器的選擇；第

4、5章、確定供電系統(tǒng)；第6章、短路電流計算；第7章、高壓設備選擇；第8章、高壓線路選擇；第9章、繼電保護設置；第10章、防雷與接地設計；第11章、結(jié)論。 本說明書在編寫過程中，參考了許多相關的教材和專著，在此向所有作者表示誠摯的謝意！ 由于說明書編寫時間和資料范圍有限，說明書中難免有錯漏之處，敬請老師指正。2 設計原始資料2.1 工廠概況本廠是為冶金系統(tǒng)的礦山、冶煉和軋鋼行業(yè)生產(chǎn)各種機電設備和配件的企業(yè)。工廠共有鑄鋼車間、鑄鐵車間、鍛造車間、鉚焊車間、模型車間、機加車間、變壓器修造車間、電氣裝配車間等生產(chǎn)車間，此外還有砂庫、變壓站、1號，2號水泵房、鍋爐房、綜合樓、污水提升站、料場、倉庫等輔助部

5、門。工廠擬設立總降壓變電所一座，車間變電所七個。2.2 設計的基礎資料工廠負荷中除了380V的低壓負荷以外，還有10kV的高壓負荷，全廠各車間的負荷情況見表2-1。表2-1 工廠各車間負荷統(tǒng)計表序 號車間或用電單位名稱設備容量/KW需用系數(shù)K costan計算負荷I /A備注P / kwQ / kvarS / kV?ANo.1變電所1鑄鋼車間20000.40.651.17No.2變電所1鑄鐵車間10000.40.71.022砂庫1100.70.61.333小計No.3變電所1鉚焊車間12000.30.451.9821號水泵房280.750.80.753小計No.4變電所1空壓站3900.850

6、.750.882鍛造車間3200.30.551.523模型車間1920.350.61.334料場350.280.61.335綜合樓300.9106廠區(qū)照明200.9107小計續(xù)表2-1 工廠各車間負荷統(tǒng)計表No.5變電所1鍋爐房3000.750.80.7522號水泵房280.750.80.753倉庫880.30.651.174污水提升站140.650.80.755小計No.6變電所1變壓器修造車間6800.350.651.17No.7變電所1電氣裝配車間3500.30.71.02各車間高壓負荷（10kV）1電弧爐21250.90.870.57No.12共頻爐23000.80.90.48No.3

7、3空壓機22500.850.850.62No.44實驗變壓器21000.350.80.75No.62.2.1 布置圖全廠的總平面圖見圖2-1。 圖2-1 全廠的總平面圖2.2.2 工廠負荷性質(zhì)工廠實行三班制生產(chǎn)，年最大負荷利用小時數(shù)為5800h，整個工廠屬于二級負荷。2.2.3 供用電協(xié)議和當?shù)毓╇姴块T簽訂的供用電協(xié)議內(nèi)容如下：1）電業(yè)局從本地區(qū)某電力系統(tǒng)變電所的35KV母線上，引出兩回線，采用雙回架空線路向工廠供電，其中一回作為工作電源，另一回作為備用電源，未經(jīng)電力系統(tǒng)調(diào)度同意，兩回電源不能并列影響，該變電所在工廠的東北方向，距工廠8km。電力系統(tǒng)變電所和工廠總降壓變電所的連接見圖2-2。

8、圖2-2 電力系統(tǒng)變電所和工廠總降壓變電所的連接圖2）電力系統(tǒng)變電所35kV母線上的短路數(shù)據(jù)如下：在最大運行方式下電力系統(tǒng)變電所35kV母線上的短路容量為S =200MV?A；在最小運行方式下電力系統(tǒng)變電所35kV母線上的短路容量為S =175MV?A。3）電力系統(tǒng)變電所35kV出線上的定時限過流保護的動作時間為2s。即工廠總降壓變電所的過流保護的動作時間不得大于1.5s。4）電業(yè)局要求工廠在高壓側(cè)進行用電計量，并要求工廠在進線側(cè)的功率因數(shù)不得低于0.9，電業(yè)局對工廠實行二部電價制，電費單價為0.2元/kW?h，基本電價為每月每千伏安4元。其它有關電力建設的附加費用按有關的國家政策執(zhí)行。2.2

9、.4 氣象、水文、地質(zhì)資料和工廠供電系統(tǒng)設計有關的氣象、水文、地質(zhì)資料為： 1）工廠所在處的年最熱月的平均最高溫度為30，土壤中0.71m深處的年最熱月的平均溫度為20。 2）年平均雷暴日數(shù)為31d。 3）土壤的凍結(jié)深度為1.10m。 4）年主導風向為偏南風。 5）廠區(qū)地勢平坦，土壤為粘土，地下水位在2.85.3m以上。3 負荷統(tǒng)計3.1 負荷統(tǒng)計的內(nèi)容和目的3.1.1 負荷計算的概念計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是一個假想的持續(xù)性的負荷，其熱應與同一時間內(nèi)實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應相等。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?qū)Ь€的依據(jù) 。3.1.2

10、 尖峰電流 尖峰電流指單臺或多臺用電設備持續(xù)1秒左右的最大負荷電流 。一般取起動電流的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，還應考慮起動電流的非周期分量。3.1.3 平均負荷 平均負荷為一段時間內(nèi)用電設備所消耗的電能與該段時間之比。常選用最大負荷班（即有代表性的一晝夜內(nèi)電能消耗量最多的一個班）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。3.2 負荷計算的方法負荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法等幾種。本設計采用需要系數(shù)法確定。主要計算公式有：有功計算負荷：P = K P 無功計算負荷：Q = P tg 視在計

11、算負荷：S = P / 計算電流：I = S / U 3.2.1 各用電車間負荷計算 NO.4變電所所供電的部門及相關數(shù)據(jù)的情況見表3-1。表3-1 NO.4變電所所供電的部門及相關數(shù)據(jù)的情況序 號車間或用電單位名稱設備容量/KW需用系數(shù)K costan計算負荷I /A備注P / kwQ / kvarS / kV?ANo.4變電所1空壓站3900.850.750.882鍛造車間3200.30.551.52續(xù)表3-1 NO.4變電所所供電的部門及相關數(shù)據(jù)的情況3模型車間1920.350.61.334料場350.280.61.335綜合樓300.9106廠區(qū)照明200.9107小計空壓站的計算：P

12、 =K P =0.85390kW=331.5kwQ = P tan=331.5kW0.88=291.72kvarS = P / cos=331.5kw/0.75=442kV?AI = S / U =442kV?A/0.38 =671.57A同理可得鍛造車間、模型車間、料場、綜合樓、廠區(qū)照明的負荷情況。查表取K =0.9 K =0.9P = K P =0.9（331.5+96+67.2+9.8+27+18）kw =494.55 kwQ = K Q =0.9（291.72+145.92+89.38+13.03）kvar=486.05 kvarS = = =693.41 kV?AI = S / U

13、=693.41 kV?A/0.38 =1053.56ANO.4變電所所供電的部門的負荷統(tǒng)計見表3-2。表3-2 NO.4變電所負荷統(tǒng)計表序 號車間或用電單位名稱設備容量/KW需用系數(shù)K costan計算負荷I /A備注P / kwQ / kvarS / kV?ANo.4變電所1空壓站3900.850.750.88331.5291.72442671.572鍛造車間3200.30.551.5296145.92174.55265.213模型車間1920.350.61.3367.289.38112170.174料場350.280.61.339.813.0316.3324.815綜合樓300.91027

14、02741.02續(xù)表3-2 NO.4變電所負荷統(tǒng)計表6廠區(qū)照明200.9101801827.357小計987494.55486.05693.411053.56同理可得工廠各車間的負荷情況見表3-3。表3-3 工廠各車間負荷統(tǒng)計表序 號車間或用電單位名稱設備容量/KW需用系數(shù)K costan計算負荷I /A備注P / kwQ / kvarS / kV?ANo.1變電所1鑄鋼車間20000.40.651.178009361230.771870.02No.2變電所1鑄鐵車間10000.40.71.02400408571.43868.222砂庫1100.70.61.3377102.41128.3319

15、4.983小計1110429.3459.37628.74955.30No.3變電所1鉚焊車間12000.30.451.98360712.88001215.5121號水泵房280.750.80.752115.7526.2539.883小計1228342.9655.70739.951124.27No.4變電所1空壓站3900.850.750.88331.5291.72442671.572鍛造車間3200.30.551.5296145.92174.55265.213模型車間1920.350.61.3367.289.38112170.174料場350.280.61.339.813.0316.3324.

16、815綜合樓300.9102702741.026廠區(qū)照明200.9101801827.357小計987494.55486.05693.411053.56No.5變電所1鍋爐房3000.750.80.75225168.75281.25427.3322號水泵房280.750.80.752115.7526.2539.88續(xù)表3-3 工廠各車間負荷統(tǒng)計表3倉庫880.30.651.1726.430.8940.6261.724污水提升站140.650.80.759.16.8311.3817.295小計430253.35200322.78490.43No.6變電所1變壓器修造車間6800.350.651.

17、17238278.46366.15556.32No.7變電所1電氣裝配車間3500.30.71.02105107.1150227.91各車間高壓負荷（10kV）1電弧爐21250.90.870.57225128.25258.6214.93No.12共頻爐23000.80.90.48480230.4533.3330.79No.33空壓機22500.850.850.62425263.550028.87No.44實驗變壓器21000.350.80.757052.587.55.05No.63.2.2 各個車間功率補償?shù)挠嬎愫妥儔浩鞯膿p耗計算 圖3-1 NO.4變電所的草圖如圖3-1 NO.4變電所的草

18、圖所示：已知：A 點的計算負荷：P =494.55kw Q =486.05kvar S =693.41kV?A I =1053.56A cos=0.713補償容量Q =494.55tan（arccos0.713）-tan（arccos0.9）=246.83kvar初選BSMJ0.4-25-3型自愈式并聯(lián)電容器，每組容量q =25kvarn= Q / q =246.83kvar/25kvar=10組補償后A 點：P =494.55kw Q =236.05kvar S =548kV?A因為S =548kV?A，所以變壓器應選S -630/10 Dyn11即S =630kV?A所以變壓器的損耗P =

19、1.3kw P =5.8kw I %=3.0 U %=4.5P =P +P （S / S ） =1.3+5.8（548/630） =5.69kwQ = S I %/100+ U %/100（S / S ） =6303.0/100+4.5/100（548/630） =40.35kvarP = P +P =（494.55+5.69）kw=500.24kwQ = Q +Q =（236.05+40.35）kvar=276.4kvarS = = =571.52kV?AI = S / U =571.52kV?A/10 =33A cos= P / S =500.24kw/571.52kV?A=0.875同理

20、可得其他各點的負荷情況見表3-4和表3-5、圖3-2。 圖3-2 系統(tǒng)草圖表3-4 其他各點的負荷情況P / kwQ / kvarS / kV?AcosI /AB1808.96442.45922.050.87753.24B2434.71232.29492.930.88228.46B3347.49181.88392.210.88622.64B4500.24276.4571.520.87533B5256.8139.43292.210.87916.87B6241.14131.74274.780.87815.86B7106.8256.34120.770.8846.97B8225128.25258.62

21、0.8714.93B9480230.4533.330.930.79B10425263.55000.8528.87B117052.5870.855.05C1=C23506.541921.663998.570.877230.86表3-5 無功補償后工廠的計算負荷項目cos計算負荷P / kwQ / kvarS / kV?AI /A10kV側(cè)補償前負荷0.8687033.034027.938104.8467.9410kV側(cè)補償后負荷0.957033.032315.937404.53427.51主變壓器功率損耗35.7838435kV側(cè)負荷總計0.9347048.862303.327543.75124

22、.444 總降壓變電所主變壓器的選擇4.1 主變壓器的臺數(shù)選擇及其原理4.1.1 變壓器臺數(shù)選擇的原理1）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。當符合下列條件之一時，宜裝設兩臺及以上變壓器：（1）有大量一級或二級負荷 在變壓器出現(xiàn)故障或檢修時，多臺變壓器可保證一、二級負荷的供電可靠性。當僅有少量二級負荷時，也可裝設一臺變壓器，但變電所低壓側(cè)必須有足夠容量的聯(lián)絡電源作為備用。（2）季節(jié)性負荷容量較大 根據(jù)實際負荷的大小，相應投入變壓器的臺數(shù)，可做到經(jīng)濟運行、節(jié)約電能。（3）集中負荷容量較大 雖為三級負荷，但一臺變壓器的供電容量不夠，這時也應裝設兩臺及以上變壓器。當備

23、用電源容量限制時，宜將重要負荷集中并且與非重要負荷分別由不同的變壓器供電，以方便備用電源的切換。2）在一般情況下，動力與照明宜共用變壓器，以降低投資。但屬下列情況之一時，可設專用變壓器：（1）當照明負荷容量較大，或動力和照明采用共用變壓器供電會影響照明質(zhì)量及燈泡壽命時，可設專用變壓器。（2）單臺單相負荷容量較大時，宜設單相變壓器。（3）沖擊性負荷（如短路試驗設備、大型電焊設備等）較大，嚴重影響供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，可設沖擊負荷專用變壓器。4.1.2 變壓器臺數(shù)的選擇由第2章的設計原始資料可以知道，該廠整個工廠都屬于二級負荷。因此，可以初選兩臺變壓器。一臺變壓器作為工作電源，另一臺作為備用電源。4

24、.2 主變壓器的容量和型號選擇4.2.1 變壓器容量的選擇原理1）變壓器的容量SN?T首先應保證在計算負荷Sc下變壓器能長期可靠運行。對僅有一臺變壓器運行的變電所，變壓器容量應滿足下列條件： SN?TSc 考慮到節(jié)能和留有余量，變壓器的負荷率一般取70%85% 。對有兩臺變壓器運行的變電所，通常采用等容量的變壓器，每臺容量應同時滿足以下兩個條件 ：（1）滿足總計算負荷70%的需要，即SN?T0.7Sc；（2）滿足全部一、二級負荷Sc（I+II）的需要，即SN?T Sc（I+II）。當選用不同容量的兩臺變壓器運行時，每臺容量可按下列條件選擇 ： SN?T1+ SN?T2Sc SN?T1Sc（I+

25、II）；SN?T2Sc（I+II）2）變壓器的容量應滿足大型電動機及其他沖擊負荷的起動要求。大型電動機及其他沖擊負荷的起動時，會導致變壓器母線電壓下降，而下降幅度則與變壓器的容量及設備起動方式有關。一般規(guī)定電動機非頻繁起動時母線電壓不宜低于額定電壓的85%，這就要求變壓器容量應與起動設備容量及其起動方式相配合。4.2.2 變壓器型號和容量的選擇1）選擇變壓器型式考慮到變壓器在廠房建筑物內(nèi)，故選用低損耗的SZ7型35/10kV三相干式雙繞組電力變壓器。變壓器采用有載調(diào)壓方式，分接頭 5%，聯(lián)接組別Ydn11,帶風機冷卻并配置溫控儀自動控制。2）選擇變壓器的容量根據(jù)無功補償后的計算負荷以及上面容量

26、選擇的原則可以確定變壓器容量為SN?T0.7 Sc=0.77381.64kV?A=5167.15kV?A,且SN?TSc（I+II）= =3506.54 kV?A因此初選變壓器容量為6300 kV?A，即選變壓器為SZ76300/35 kV。5 確定供電系統(tǒng)5.1 確定電源進線電壓及電力來源由第2章中的設計原始資料可知，電業(yè)局從本地區(qū)某電力系統(tǒng)變電所的35KV母線上，引出兩回線，采用雙回架空線路向工廠供電，其中一回作為工作電源，另一回作為備用電源，未經(jīng)電力系統(tǒng)調(diào)度同意，兩回電源不能并列影響，該變電所在工廠的東北方向，距工廠8km。5.2 擬定全廠供電系統(tǒng)圖通過以上的負荷計算和各種電器設備的選擇

27、以及變壓器的型號和進線電壓的確定，整個工廠的供電系統(tǒng)已初步形成?？梢源笾庐嫵鋈珡S供電系統(tǒng)圖如圖5-1所示。示意圖的簡要說明：由東北方向8km處引入35kV的電源。通過總降壓變電所的變壓器SZ7-6300/35kV降為10kV，再通過電纜進線到各個車間變電所供電。還有10%-15%的備用線路，出現(xiàn)故障時可以很快的恢復供電，可以防止工廠內(nèi)大面積的停電。同時設置了各種避雷等保護裝置。具體內(nèi)容會在后面幾章里會詳細講到。 圖5-1 工廠總降壓變電所供電系統(tǒng)示意圖 6 短路電流計算6.1 計算短路電流的目的6.1.1 短路的原因及其危害造成短路的主要原因是電氣設備載流部分的絕緣損壞，其次是人員誤操作、鳥獸

28、危害等。電氣設備載流部分的絕緣損壞可能是由于設備長期運行絕緣自然老化，或由于設備本身絕緣缺陷而被工頻電壓擊穿，或設備絕緣正常而被過電壓擊穿（包括雷擊過電壓）擊穿，或者是設備絕緣受到外力損傷而造成短路。在供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，短路電流往往要比正常負荷電流大許多倍，有時可高達幾十萬安培。當它通過電氣設備時，溫度急劇上升，會使絕緣老化或損壞；同時產(chǎn)生的電動力會使設備載流部分變形或損壞。短路會使系統(tǒng)電壓驟降，影響系統(tǒng)其他設備的正常運行；嚴重的短路會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性；短路還會造成停電；不對稱的短路電流會產(chǎn)生較強的不平衡交變磁場，對通信和電子設備等產(chǎn)生電磁干擾等。6.1.2 計算短路電流的目的進行短路計

29、算的目的是正確選擇校驗電氣設備及保護裝置。三相短路是危害最嚴重的短路形式，因此，三相短路電流是選擇和校驗電氣和導體的基本依據(jù)。在校驗繼電保護裝置的靈敏度時，還需計算不對稱短路的短路電流值。當然在校驗電器和導體的動、熱穩(wěn)定時，還要用到短路沖擊電流、穩(wěn)態(tài)短路電流等。6.2 短路電流計算6.2.1 計算方法進行短路電流計算，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。短路計算點要選擇的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

30、上，只需將被計算的短路電流所流經(jīng)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一般有兩種，一種是標幺值法，另一種是有名值法。6.2.2 計算步驟（注：本設計采用標幺制法進行短路計算）1）在最小運行方式下：（1）確定基準值 取 S =100MV?A,U =36.75kV,U =10.5kV 而 I = S / U = 100MV?A/( 36.75kV) = 1.571kA I =S

31、/ U = 100MV?A/( 10.5kV) =5.499kA （2）計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值電力系統(tǒng)（S =175MV?A） X * =S / S = 100MV?A/175MV?A=0.571電力電纜線路（X0 = 0.4/km）X * = =0.4/km8km = 0.237電力變壓器（UK% = 7.5）X * = = =1.19繪制等效電路如圖6-1，圖上標出各元件的序號和電抗標幺值，并標出短路計算點。 圖6-1 最小運行方式時的等效電路圖（3）求k-1點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量總電抗標幺值X* = X1*X2*=0.571+0.237=0.808

32、三相短路電流周期分量有效值I = I / X* =1.571kA/0.808=1.944kA其他三相短路電流 I = I = I =1.944kAi =2.551.944kA=4.957kAI =1.511.944KA=2.935kA三相短路容量S = S / X* =100MV?A/0.808=123.762MV?A（4）求k-2點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量總電抗標幺值X* = X *X *X * =0.808+0.237+1.19=2.235三相短路電流周期分量有效值I = I / X* =5.499kA/2.235=2.46kA其他三相短路電流 I = I = I =

33、2.46kAi = 2.552.46kA =6.273kAI =1.512.46kA=3.715kA三相短路容量S = S / X* =100MV?A/2.235= 44.743MV?A2）在最大運行方式下：（1）確定基準值 S =100MV?A,U =36.75kV,U =10.5kV 而 I = S / U = 100MV?A/( 36.75kV) = 1.571kA I =S / U = 100MV?A/( 10.5kV) =5.499kA （2）計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值電力系統(tǒng)（S = 200MV?A） X *= 100MV?A /200 MV?A =0.5電力電纜線路（X

34、0 = 0.4/km）X * = =0.4/km8km = 0.237電力變壓器（UK% = 7.5）X * = = =1.19繪制等效電路如圖6-2，圖上標出各元件的序號和電抗標幺值，并標出短路計算點。（3）求k-1點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量總電抗標幺值X* = X1*X2*=0.5+0.237=0.737三相短路電流周期分量有效值I = I / X* =1.571kA/0.737=2.132kA 圖6-2 最大運行方式時的等效電路圖其他三相短路電流 I = I = I =2.132kAi =2.552.132kA=5.437kAI =1.512.132KA=3.219

35、kA三相短路容量S =S / X* =100MV?A/0.737=135.685MV?A（4）求k-2點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量總電抗標幺值X* = X *X *X * /X *=0.737+0.237+1.19/2=1.569三相短路電流周期分量有效值 I = I / X* =5.499kA/1.569=3.353kA其他三相短路電流 I =I =I =3.353kAi =2.553.353kA=8.55kAI =1.513.353kA=5.063kA三相短路容量S = S / X* =100 MV?A /1.569=63.735MV?A3）短路電流計算結(jié)果：（1）最小

36、運行方式見表6-1：表6-1 三相短路電流計算結(jié)果表（最小運行方式）短路計算點總的電抗標幺值三相短路電流/kA( )三相短路容量/MV?AX* I I I i I S k-1點0.8081.9441.9441.9444.9572.935123.762k-2點2.2352.462.462.466.2733.71544.743（2）最大運行方式見表6-2：表6-2 三相短路電流計算結(jié)果表（最大運行方式）短路計算點總的電抗標幺值三相短路電流/kA三相短路容量/ MV?AX* I I I i I S k-1點0.7372.1322.1322.1325.4373.219135.685k-2點1.5693

37、.3533.3533.3538.555.06363.7357 高壓設備選擇7.1 高壓設備選擇的原則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，同時設備應該工作安全可靠，運行方便，投資經(jīng)濟合理。一般需要遵循以下原則：a.按正常工作條件選擇額定電壓和額定電流；b.按短路情況來校驗電器設備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定；c.安裝置地點的三相短路容量來校驗高壓斷路器的遮斷容量。7.1.1 高壓開關柜的選擇原則高壓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(jīng)濟比較優(yōu)先選出開關柜型號及一次結(jié)線方案編號，同時確定其中包含的所有一次設備的型號規(guī)格。比如斷路器、熔斷器、電流互感器、電

38、壓互感器、所用變壓器及自動開關等。7.1.2 短路校驗的原則 對于相應高壓開關柜內(nèi)的設備進行短路校驗，主要有斷路器的額定電壓、額定電流、額定斷流容量、額定開斷電流以及相應的額定動、熱穩(wěn)定電流校驗。7.2 各部分高壓開關柜的型號選擇由于總降壓變電所的變壓器出線為10 kV，則可選用較為經(jīng)濟的固定式高壓開關柜。7.2.1 10kV進線柜的選擇 由供電系統(tǒng)圖和總負荷計算電流I =427.51A，及JYN2-10型開關柜的一次線路方案及柜內(nèi)主要電器設備的相關數(shù)據(jù)可知，可選取額定電流為630A的JYN2-10-01方案編號。柜內(nèi)由一個SN10-10I/630型少油斷路器、一個CD14/10型電磁操動機構(gòu)

39、和兩個LZZB6-10型電流互感器組成。一次線路方案見系統(tǒng)供電圖。7.2.2 車間變電所出線開關柜的選擇 各個車間的計算電流有所不同，下面僅舉一例說明選擇的方法。對于1號變電所，其計算電流為I =53.24A，由相關數(shù)據(jù)可知，選取額定電流為630A的JYN2-10-01方案編號完全符合要求。至于其他車間變電所和化工廠的聯(lián)絡線柜都可以選取額定電流為630A的JYN2-10-01方案編號。一次線路方案見系統(tǒng)供電圖。其他車間變電所的開關柜選擇見表7-1。表7-1 各個部分開關柜的選擇列表開關柜號12345678910回路名稱NO.1變電所NO.2變電所NO.3變電所NO.4變電所NO.5變電所NO.

40、6變電所NO.7變電所電弧爐共頻爐空壓機開關柜型號JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01計算電流/A53.2428.4622.643316.8715.866.9714.9330.7930.797.2.3 試驗變壓器開關柜的選擇 對于所用變壓器的方案，可選取JYN2-10-26方案編號。由三個RN3- 型熔斷器、一個SCL-30/10型所用變壓器和DZ10-100/330型自動開關組成。一次線路方案見系統(tǒng)供電圖。7.2.4 避雷裝置開關

41、柜的選擇 對于電壓互感器和避雷器的選擇，可選取GG-1A-54方案編號，由一個JDZJ- 型電壓互感器、一個RN2- 型熔斷器和一個FCD- 型避雷器組成。一次線路方案見系統(tǒng)供電圖。7.3 變電所一次設備的選擇與校驗7.3.1 35kV側(cè)一次設備的選擇與校驗35kV側(cè)一次設備的選擇與校驗見表7-27.3.2 10kV側(cè)一次設備的選擇與校驗10kV側(cè)一次設備的選擇與校驗見表7-3表7-2 35kV側(cè)一次設備的選擇與校驗選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件參數(shù) /kVI /AI /kAi /kAI 數(shù)據(jù)35125.62.1325.437（2.132） 1.7=7.73一次設備型

42、號規(guī)格額定參數(shù) /kVI /AI /kAi /kAI 高壓少油斷路器SN10-35/1000351000164016 4=1024高壓隔離開關GW5-35/63035630-電流互感器LCZ-3535600/20-150 0.1=21.213（650.1） 1=42.25電壓互感器JDJ2-3535-高壓熔斷器RN2-35350.550-避雷器FZ-3535-表7-3 10kV側(cè)一次設備的選擇與校驗 選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件參數(shù) /kVI /AI /kAi /kAI 數(shù)據(jù)10總427.513.5358.55（3.535） 1.7=21.24一次設備型號規(guī)格額定參

43、數(shù) /kVI /AI /kAi /kAI 高壓少油斷路器SN10-10I/63010630164016 2=512高壓隔離開關GN -10T/60010600-5220 5=2000電流互感器LZZQ6-1010500/5-電壓互感器JDZJ-10 / / -熔斷器RN2-10100.550-避雷器FS-1010-8 高壓線路選擇8.1 線路選擇與校驗的項目及條件為了保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行，進行導線和電纜截面時必須滿足下列條件：1）發(fā)熱條件 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(chǎn)生的發(fā)熱溫度，不應超過其正常運行時的最高允許溫度。2）電壓損耗條件 導線和

44、電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的電壓損耗，不應超過其正常運行時允許的電壓損耗。對于工廠內(nèi)較短的高壓線路，可不進行電壓損耗校驗。3）經(jīng)濟電流密度 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，其導線和電纜截面宜按經(jīng)濟電流密度選擇，以使線路的年費用支出最小。所選截面，稱為“經(jīng)濟截面”。此種選擇原則，稱為“年費用支出最小”原則。工廠內(nèi)的10KV及以下線路，通常不按此原則選擇。4）機械強度導線（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。

45、5）短路熱穩(wěn)定條件 對絕緣導線、電纜和母線，應校驗其短路穩(wěn)定性，架空導線因散熱性好，可不做短路熱穩(wěn)定條件。8.2 35kV高壓進線線路選擇與校驗8.2.1 選擇校驗的方法對長距離大電流及35KV及以上的高壓線路，則可先按經(jīng)濟電流密度條件選擇確定導線經(jīng)濟截面，再校驗其它條件。由于廠區(qū)較小，電壓損失可以忽略，故不用校驗。又由于架空導線因散熱性好，可不做短路熱穩(wěn)定校驗。8.2.2 按經(jīng)濟電流密度和發(fā)熱條件選擇35kV高壓進線1）先按經(jīng)濟電流密度條件選擇截面35kV側(cè)的的計算電流是125.6A，架空線的經(jīng)濟電流密度 j =0.90 見表8-1,因此A = I / j =125.6A/0.90=139.

46、56mm ,則選擇LGJ-150型鋼芯鋁絞線架空線。2）按發(fā)熱條件進行校驗LGJ-150型鋼芯鋁絞線在30條件下載流量為418A ，大于導線最大負荷電流125.6A，滿足發(fā)熱條件。3）按機械強度條件進行校驗35kV架空線路鋁絞線的最小截面為35 mm ，因此LGJ-150導線也是滿足機械強度要求的。表8-1 導線和電纜的經(jīng)濟電流密度線路類型導線材質(zhì)年最大負荷利用小時/h3000以下300050005000以上架空線路銅3.002.251.75鋁1.651.150.90電纜線路銅2.502.252.00鋁1.921.731.548.3 10kV高壓出線線路的選擇與校驗8.3.1 選擇校驗的方法

47、根據(jù)經(jīng)驗，一般10kV及以下高壓線路及低壓動力線路，通常先按發(fā)熱條件來選擇截面，再校驗電壓損失、機械強度、短路熱穩(wěn)定等條件。而本設計中，由于廠區(qū)較小，不考慮電壓損失，故不用校驗。而對于電纜，不必校驗其機械強度。8.3.2 按發(fā)熱條件選擇10kV高壓出線1）先按發(fā)熱條件選擇電纜截面線路計算電流為I =427.51A， 240mm 截面的YJV型電纜在20的載流量為473A 大于427.51A，因此，選擇YJV-35/10-3240型電纜。 2）按短路熱穩(wěn)定條件進行校驗由A A = 進行校驗，熱穩(wěn)定系數(shù)C=143A? ?mm ，而I =3.535kA，所以A = = =33mm ，A33 mm 。

48、故滿足要求。同理可得其他電纜型號見表8-2。表8-2 其他電纜型號表序號電纜的型號1. No.1變電所YJV-10-3252. No.2變電所YJV-10-3253. No.3變電所YJV-10-3254 No.4變電所YJV-10-325續(xù)表8-2 其他電纜型號表5 No.5變電所YJV-10-3256 No.6變電所YJV-10-3257 No.7變電所YJV-10-3258 電弧爐YJV-10-3259 共頻爐YJV-10-32510空壓機YJV-10-32511實驗變壓器YJV-10-32512備用YJV-10-3259 繼電保護設置9.1 繼電保護的任務和要求9.1.1 繼電保護的任

49、務1）有選擇性地將故障元件從供電系統(tǒng)中快速、自動地切除，使其損壞程度減至最輕，并保證最大限度地恢復無故障部分的正常運行。2）反應電氣元件的異常運行狀態(tài)，根據(jù)運行維護的具體條件和設備的承受能力，發(fā)出警報信號、減負荷或延時跳閘。9.1.2 繼電保護裝置的基本要求1）選擇性當供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，只有離故障最近的保護裝置動作，切除故障，而供電系統(tǒng)的其他部分仍然正常運行。滿足這一要求的動作，稱為“選擇性動作” 。如果供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，靠近故障點的保護裝置不動作（拒動作），而離故障點遠的前一級保護裝置動作（越級動作），這就叫做“失去選擇性” 。2）速動性為了防止故障擴大，減輕其危害程度，并提高電力系統(tǒng)的

50、穩(wěn)定性，因此在系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置應盡快地動作，切除故障?？s小故障波及范圍，提高自動重合閘和備用電源式設備自動投入的效果等。3）可靠性保護裝置在應該動作時必須動作，不應該拒動作；而在不應該動作時不能誤動作。保護裝置的可靠程度，與保護裝置的元件質(zhì)量、接線方案及安裝、整定和運行維護等多種因素有關。4）靈敏度保護裝置的靈敏度是表征保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)故障和不正常工作狀態(tài)反應能力的一個參數(shù)。如果保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)極輕微的故障都能及時地反應動作，就說明保護裝置的靈敏度高。在設備或線路的被保護范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時，保護裝置應具有必要的靈敏系數(shù)，靈敏系數(shù)應根據(jù)不利的正常運行方式和不利的故障類型計算，

51、但可不考慮可能性很小的情況。 5）保護設置配電系統(tǒng)中的電力設備和線路應裝設短路故障保護，短路故障保護應有主保護和后備保護，必要時可增設輔助保護。還需考慮變壓器的過負荷的情況，設置相應的過負荷保護。9.2 系統(tǒng)繼電保護設置在本課程設計中，根據(jù)設計要求需裝設過電流保護、電流速斷保護、過負荷保護，對于具體設置哪些保護詳見下述。9.2.1 總降壓變電所變壓器的保護1）應裝設保護裝置的具體情況 按GB5006292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，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(cè)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(wǎng)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。2）變壓器的繼電保護設置 對于高壓側(cè)為35kV及以上的工廠總降壓變電所主變壓器來說，也應裝設過電流保護、電流速斷電流保護和瓦斯保護，過電流保護作為速斷電流保護的后備保護；在有可能過負荷時，也