某工廠配電線路及變電所設(shè)計(jì)

1、某工廠配電線路及變電所設(shè)計(jì)電力工程課程設(shè)計(jì)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一，其目的是加深理論知識(shí)的理解，掌握電力工程中涉及到的基本工程計(jì)算方法，并能對(duì)中小型變電所的電氣部分進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，同時(shí)，也使學(xué)生受到工程實(shí)踐應(yīng)用的基本訓(xùn)練。設(shè)計(jì)內(nèi)容以中小型變電所電氣部分的初步設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，要求學(xué)生充分發(fā)揮主動(dòng)性與創(chuàng)造性，在老師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)，并撰寫(xiě)格式、符號(hào)、字?jǐn)?shù)均符合規(guī)定的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和相應(yīng)圖紙。一. 確定車間變電所變壓器的臺(tái)數(shù)和容量（一）負(fù)荷計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)資料，按需要系數(shù)法對(duì)工廠各車間負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，下面以第一車間為例進(jìn)行計(jì)算。第一車間的視在計(jì)算負(fù)荷為S30P302Q30278

2、021802KVA=800.5KVA查表 A-1, 選擇型號(hào)為S9-1000/10型、電壓為 10/0.4KV 、 Yyn0 聯(lián)接的變壓器，其技術(shù)數(shù)據(jù)為：P0=1.7KW,Pk =10.3KW, I 0 % =0.7, U k % =4.5, 變壓器的負(fù)荷率=800.5/1000=0.8,則變壓器的功率損耗為PTP02Pk = (1.7+0.82 10.3) KW=8.3KWQTSN (I0 %2U k %)1000 (0.7 0.824.5) kvar=35.8kvar100100依此類推，將工廠各車間計(jì)算負(fù)荷的結(jié)果匯總于下表380V 側(cè)計(jì)算負(fù)荷變壓器功率損耗10KV 側(cè)計(jì)算負(fù)荷序P30Q3

3、0S30 (kVA)變壓器容PTQTP30Q30S30號(hào)（kW ）(kvar)量 /KV ·A（ kW ）(kvar)(kVA)(KW)(KW)1780180800.510008.335.8788.3215.8817.3211503201193.7125012.958.81162.9378.81223312103701265.3160011.554.61221.5424.61293.24760270806.510008.436.3768.4306.3827.25860310914.2100010.344.6870.3354.6939.8總4811.41680.15096.3計(jì)（二）總

4、降壓變壓器容量的選擇由于工廠廠區(qū)范圍不大，高壓配電線路上的功率損耗可忽略不計(jì)，因此上表中所示車間變壓器高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷可認(rèn)為就是總降壓變電所出線上的計(jì)算負(fù)荷。取K=0.95, 則總降壓變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷為P30(2) =0.954809.7kW=4811.4kWQ30(2) =0.951654.5kvar=1680.1kvarS30(2) =4811.421608.12 =5096.3KV ·A因?yàn)樨?fù)荷均為一級(jí)負(fù)荷，故在總降壓變電所可裝設(shè)兩臺(tái)容量為6300KV ·A 的變壓器。查表A-2 ，選擇S9-6300/35型、 35/10.5KV的變壓器。由于總降壓變電所低

5、壓側(cè)的功率因數(shù)為P30(2)4811.4cos (2)=0.944>0.9Q30(2)5096.3故不需在低壓側(cè)裝設(shè)電容器進(jìn)行補(bǔ)償。二 . 變（配）變電所主接線圖設(shè)計(jì)(1) 總降壓變電所 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)所有的負(fù)荷均為一次負(fù)荷，為提高供電的可靠性，應(yīng)在總降壓變電所裝設(shè)兩臺(tái)變壓器，本設(shè)計(jì)采用一次側(cè)采用橋式接線、二次側(cè)采用單母線分段接線，這種接線的好處是所用設(shè)備少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，供電可靠性高，適用于具有兩回電源進(jìn)線和兩臺(tái)變壓器的總降壓變電所。(2)車間變電所車間變電高、低壓側(cè)均采用單母線分段接線。這種接線的供電可靠性相當(dāng)高，當(dāng)一臺(tái)變壓器或一回電源進(jìn)線故障或檢修時(shí)，通過(guò)切換操作，可迅速恢復(fù)對(duì)

6、整個(gè)變電所的供電，非常符合本設(shè)計(jì)的一級(jí)負(fù)荷的要求。變電所總的接線圖間圖-1三. 導(dǎo)線截面選擇(1)35KV 匯流母線戶外配電裝置的匯流母線多采用軟導(dǎo)線，因此35KV 匯流母線選用鋼芯鋁絞線。1) 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面積。35KV 母線的最大持續(xù)電流為104A ，因年最大負(fù)荷利用小時(shí) Tmax =5600h ，查表 3-3得，經(jīng)濟(jì)電流密度 j ec =0.9A / mm2 ，則導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)截面為AecI 30104 mm2115.6mm2jec0.9初選 LGJ-95 型鋼芯鋁絞線。2) 檢驗(yàn)發(fā)熱條件。查表 A-8 和表 A-10 得， 30 C 時(shí) LCJ-95 型鋼芯鋁絞線的載流量為I

7、al0.94335 A=314.9A>104A,因此滿足發(fā)熱條件。3) 檢驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度。查表 3-2 知， 35KV 及以上的鋼芯鋁絞線最小截面積為35 mm2 ，所選LGJ-95 型鋼芯鋁絞線滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。(2)10KV 匯流母線1)按發(fā)熱條件選擇截面積。10KV 母線的最大持續(xù)電流為58A,初選 TJ-50 型導(dǎo)線2)檢驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度。查表3-2知， 1035KV 的導(dǎo)線最小截面為35 mm2 ，所選導(dǎo)線滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。3)檢驗(yàn)發(fā)熱條件。查表A-8和表 A-10 得， 30 C 時(shí) TJ-50 型導(dǎo)線的載流量為I al0.94 270 A=253.8A>58A, 因此滿足發(fā)熱條

8、件。四. 確定短路計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算三相短路電流為了選擇高壓電氣設(shè)備，整定繼電保護(hù)，必須進(jìn)行短路電流計(jì)算。短路電流按系統(tǒng)正常運(yùn)行方式進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算電路圖和短路點(diǎn)的設(shè)置如下圖所示（依一車間為例）。短路電流計(jì)算電路圖根據(jù)計(jì)算電路圖做出計(jì)算短路電流的等效電路圖如下圖1：求各元件電抗標(biāo)幺值設(shè) Sd =100MV ·A， U d1 =37KV, U d 2 =10.5kV,U d 3 =0.4kV, 則Sd100I d13kA =1.56kA3U d137Sd100I d 23kA =5.5kA3U d 210.5Sd100I d 33kA =144.3kA3U d 30.4(1)電力系統(tǒng)Sk .

9、max =287MV ·A 時(shí)X1*.maxSd100=0.35Sk.max287Sk .min =107MV ·A 時(shí)X1*.minSd100=0.93Sk.min107(2)架空線路 WL*0.4100X 212 =0.3610.5(3)主變壓器 T1X 3*7.5100=1.191006.3(4)車間變壓器 T2X 4*4.5100 =4.510012.系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路電流及短路容量的計(jì)算(1)k1 點(diǎn)短路總的電抗標(biāo)幺值為X * 1X1*.min =0.93因此 k1 點(diǎn)短路時(shí)的三相短路電流及短路容量分別為I d 11.56I k1*kA =1.68kAX1

10、0.93i sh12.55 I k1I sh11.51I k1Sk1SdX *1=2.551.68kA=4.28kA=1.511.68kA=2.54kA100MV ·A =107.53 MV ·A0.93(2) k2 點(diǎn)短路總的電抗標(biāo)幺值為X * 2X1*.minX3*=0.93+1.19=2.12因此 k2 點(diǎn)短路時(shí)的三相短路電流及短路容量分別為I k2I d 25.5 kA =2.59kAX *22.12ish 22.55I k 2 =2.552.59kA=6.6kAI sh21.51I k 2 =1.51 2.59kA=3.91kASk 2Sd100MV ·

11、A =47.17 MV ·AX *2.122(3)k3 點(diǎn)短路總阻抗標(biāo)幺值為X *3X1*.minX 2*X 3*X 4*=0.93+0.36+1.19+4.5=6.98因此 ， k3點(diǎn)短路時(shí)的三相短路電流及短路容量分別為I k3I d 3144.3X*6.98kA =20.67kA3i sh31.84 I k 3 =1.8420.67kA=38.03kAI sh31.09 I k3 =1.0920.67kA=22.53kASk 3Sd100MV·A=14.33MV ·AX *6.983系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下短路電流計(jì)算過(guò)程從略，將計(jì)算結(jié)果匯總于下表短路運(yùn)行方式三相短

12、路電流 /KA短路容量計(jì)算/MV ·A點(diǎn)I k (kA)ish (kA)I sh (kA)Sk ( MV ·A)k1最大1.684.282.54107.53最小4.4611.376.73285.7k2最大2.596.63.9147.17最小3.579.15.3964.94k3最大20.6738.0322.5314.33最小22.5541.4924.5815.63五. 部分高壓電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)6300(1)主變 35KV 側(cè)設(shè)備主變 35KV 側(cè)計(jì)算電流I30A=104A33535kV 配電裝置采用戶外布置，各設(shè)備有關(guān)參數(shù)見(jiàn)下表安裝地點(diǎn)電氣條件設(shè)備型號(hào)規(guī)格隔離開(kāi)避電壓斷路器

13、關(guān)電流互感雷互感項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目SW2-GW4-器 LCW-器器35/100035G/6035FZJDJJ0-3535U N /kV35U N / kV3535353535I30 /A104IN/A1000600200/10I k /kA1.68I oc / kA16.5Sk /MV ·A107.53Soc / MA ? A1000ish /kAimax / kA22004.2845500.1=28.28I 2tima / kA2 · 1.6821.72t / kA2s16.5 2 4142 5(650.1)2I ts=4.8=1089=9801=42.25(2)主變 10kV

14、 側(cè)設(shè)備6300主變 10KV 側(cè)計(jì)算電流 I 30A=346.4A, 選用 GG-1A(F) -310.54 型高壓開(kāi)關(guān)柜，各設(shè)備有關(guān)參數(shù)見(jiàn)下表。安裝地點(diǎn)電氣條件設(shè)備型號(hào)規(guī)格高壓斷路隔離開(kāi)關(guān)器電流互感器項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目GN8-SN10-LAJ-1010T/60010I/630U N /kV10U N / kV101010I30 /A346.4IN/A630600600/10I k /kA2.59I oc / kA16Sk /MV ·A47.17Soc / MA ? A300ish /kA6.6imax / kA405221800.3=76.37I2tima / kA22.59222s1

15、62202(1000.3)21·sI t t / kA1.2=8.14=10245=2000=900六. 車間變電所繼電保護(hù)配置與整定計(jì)算根據(jù)需要對(duì)總降壓變電所安裝如下繼電保護(hù)裝置：主變壓器保護(hù)以及10KV 母線保護(hù)。1. 主變壓器保護(hù)總降壓變電所容量為 5096.3KV ·A，根據(jù)規(guī)程要求，應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)，電流速斷保護(hù)、(1)過(guò)電流保護(hù)、以及過(guò)負(fù)荷保護(hù)。主變壓器繼電保護(hù)展開(kāi)圖見(jiàn)表2.電流速斷保護(hù)保護(hù)采用兩相兩繼電器式接線，繼電器為DL-11 型，電流互感器電流比K i =100/5=20, 保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)變壓器二次側(cè)母線的最大三相短路穿越電流，即，I opK r

16、el I k'2.max1.3 2.5910310.5A=955.5A37I op.KK wI op1955.5A=47.8AKi20靈敏度應(yīng)按變壓器一次側(cè)的最小兩相短路電流來(lái)校驗(yàn)，即KSI k1.min(2)=34.46 103=4.1>2I op2955.5(2) 過(guò)電流保護(hù)采用三個(gè)電流互感器結(jié)成完全星型聯(lián)接方式，繼電器為DL-11 型，電流互感器電流比 K i =100/5=20,K re =0.85 ， K st =1.5 ，保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流，即I opKrel K st I NT1.2 1.56300A=220.1AK re0.853

17、35I op.KK w I op1220.1 A=11AKi20動(dòng)作時(shí)間取 1.5s。靈敏度應(yīng)按變壓器二次側(cè)母線的最小兩相短路穿越電流來(lái)校驗(yàn)，即3 3.5710.53KSI k'(2)2.min=3710=3.99>1.5I op2220.1(3) 過(guò)負(fù)荷保護(hù) 用一個(gè) DL-11 型繼電器構(gòu)成，保護(hù)裝置動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)變壓器額定電流，即I opK rel I NT1.056300A=427.9AKre0.853 35動(dòng)作時(shí)間取1015s 。2.10KV 饋電線路保護(hù)由降壓變電所送至每個(gè)車間變電所的線路需裝設(shè)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)。保護(hù)采用兩相繼電式接線，繼電器為DL-11 型

18、，電流互感器電流比為 K i=50/5=10 ?，F(xiàn)以一車間變電所為例進(jìn)行整定計(jì)算。(1) 電流速斷保護(hù)保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)車間變壓器二次側(cè)母線（k3 點(diǎn)）的最大三相短路穿越電流，即I opK rel I k'3.max 1.320.67 103 0.4A=1023.7A10.5I op.KK wI op1K i1023.7 A=102.3A10靈敏度按饋電線路首段（k2 點(diǎn)）的最小兩相短路電流來(lái)校驗(yàn)，即K SI k'(2)2.min =33.57 103=3.02>2I op21023.7(2) 過(guò)電流保護(hù) 保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)線路最大負(fù)荷電流，即I opK rel K st I 301.2 1.546.2A=97.8AK re0.85I op. KK w I op197.8 A=9.78AK i10動(dòng)作時(shí)間取0.7s靈敏度應(yīng)按車間變電所變壓器二次側(cè)母線（k3 點(diǎn)）的最小兩相短路穿越電流來(lái)校驗(yàn)，