kv變電所設計

1、2015屆 畢業(yè)論文（設計）10kv變配電所的設計姓 名 學 號 年 級 2013 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 系（院） 指導教師 2015年4月6摘 要電力產(chǎn)業(yè)作為支撐國家經(jīng)濟發(fā)展的基礎產(chǎn)業(yè)隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，發(fā)展也十分迅速，而且我國很多的電力技術包括特高壓輸電項目等都處于國際領先地位。在電力系統(tǒng)中，變電所的設計占有非常重要的位置，電力網(wǎng)絡等夠可靠無故障運行，工廠企業(yè)等夠安全持續(xù)用電都與變配電所的合理設計和設備配置有很大的關系。變電所一般由一次設備，及監(jiān)視一次設備安全運行的二次設備，電力變壓器等組成。中小型的變配電所在大多數(shù)中小企業(yè)中有著廣泛的應用，給企業(yè)的快速發(fā)展起到了支撐性的基礎作用。本

2、次設計就是考慮到工廠的實際應用和未來的發(fā)展根據(jù)理論結合實際設計了一個基于企業(yè)供電的10kv變配電所。出于工廠生產(chǎn)的安全和負荷的重要性考慮，本設計根據(jù)進行了負荷的計算，根據(jù)計算結果，并留出一定裕度，選擇兩臺主變壓器。并且根據(jù)短路計算選擇了一二次設備。最后做了簡單的防雷和接地設計。使其更加貼合實際，對現(xiàn)場施工更具有指導性。關鍵詞 變電所； 短路計算； 負荷；AbstractElectric power  the basic industry to support national economic development with the rapid developm

3、ent of  has made progress, and a lot of in China has been walking in the forefront of the . In , the substation design occupies a very  position, and the  and stable reliability and power on the design of the substation and t

4、he configuration. Substation  of a device, and a safe running of the equipment is of two power transformers and other equipment monitoring. Is widely used in small power transformation and distribution of the majori

5、ty of small and medium-sized enterprises, to the development of  is the basis of support. design is  to the  practical application and future development based on the  of theory and practice design a power supply based on10kVsubstation. Bec

6、ause of the importance of safety production and load into ,this design according to the load calculation, according the calculation results, and set aside a certain margin, chooses two main transformers. And select one or two

7、 to the calculation of short circuit. Finally, do a simple lightning protection and grounding design. To it more practical, more guidance on the construction site.Keyword ; Short circuit calculation;  Load目 錄第一章 緒論11.1課題來源及其設計背景11.2工廠原始資料11

8、.3工廠變配電所的設計原則2第二章 負荷計算與無功功率補償32.1負荷計算的方法32.2 無功功率補償5第三章 主變壓器選擇與主接線設計63.1變壓器的選擇原則63.2 變壓器型號的選擇63.3 變電所主變壓器臺數(shù)的選擇73.4變壓器容量的選擇73.5 變壓器的功率損耗83.6變配電所的主接線方式83.7 變配電所電氣主接線的基本形式93.8電氣主接線的確定12第四章 短路電流計算134.1短路電流產(chǎn)生的原因及危害134.2 短路計算的目的及其條件134.3短路電流計算原則和方法144.4短路電流計算14第五章 電氣設備的選擇175.1 變電所高壓一次設備的介紹175.2 一次設備的選擇與校驗

9、的條件和項目175.3 變電所10kV側一次設備的選擇185.4 變電所380V低壓一次設備的選擇205.5變配電所高低壓進出線及母線的選擇21第六章 變電所二次回路與繼電保護226.1二次回路的定義和分類226.2二次回路的操作電源236.3斷路器的控制和信號回路236.4變電所的測量和絕緣監(jiān)視回路246.5變配電所的保護系統(tǒng)設計25第七章 防雷與接地系統(tǒng)設計277.1變電所防雷277.2 接地電阻及其接地裝置28第八章 供電系統(tǒng)電氣圖紙設計308.1主供電設計圖30總結32附 錄33參 考 文 獻36致 謝37第一章 緒論1.1課題來源及其設計背景課題來源 本課題是基于于山東濟寧歐科工礦設

10、備有限公司原變電所擴建建項目并結合自己的論文設計題目，具有一定的實踐性和可行性。設計背景山東濟寧歐科設備工礦公司，注冊成立時間是年，是濟寧市專門經(jīng)營生產(chǎn)煤礦建設中相關設備物資、工業(yè)和貿(mào)易于一體的股份制公司。公司專門生產(chǎn)礦用設備，物質(zhì)材料以及各種中下游衍生的機電設備等。公司目前員工數(shù)量已經(jīng)達到余人，擁有各類技術人員，高級技術工程師，機械工程師等各類專業(yè)技術管理人員余人，工廠占地面積約6000平方米。各類建筑面積20萬平方米。隨著公司的快速發(fā)展，先后與原來國家煤炭部、機械工業(yè)部指定的礦業(yè)集團兗州礦業(yè)，棗莊礦業(yè)等建立了密切的合作關系，并為全國數(shù)十家礦業(yè)公司提供設備維修，零部件供給業(yè)務，并被有關部門授

11、予獨家代理和生產(chǎn)基地,憑著過硬的產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)秀的售后服務，可靠的信用體系與多家大型企業(yè)建立了穩(wěn)固的物資設備供應關系，其中有些礦用設備已經(jīng)出口到澳大利亞，巴西，東南亞，非洲等許多國家。自從公司成立起，連續(xù)多年獲得山東省政府、濟寧市市政府質(zhì)檢部門頒發(fā)的質(zhì)量可信、誠信經(jīng)營，安全生產(chǎn)的文明單位。 公司原先的變電所是在公司建立后建立的至今已經(jīng)有近20年，期間不間斷維修，現(xiàn)已不能滿足公司發(fā)展的需要。需要在原址的附近建設一個10/0.4kv的變電所以滿足公司的生產(chǎn)用電。新變電所落成以后，即能適應現(xiàn)有的車間生產(chǎn)、員工生活用電，又能進一步提高廠區(qū)供電的可靠性和安全性，為公司安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供強有力的保障

12、。根據(jù)公司提供的資料，變電所占地面積20平方米左右。1.2工廠原始資料工廠的負荷情況 工廠大部分車間都為小時三班制，生產(chǎn)線只有在訂單完成的時候停下，或者連續(xù)運轉超過7天，只有焊接車間車間為小時制。年最大負荷利用小時為5500小時，車間多為二級用電負荷，少量三級負荷。其他生活，后勤，辦公用電等為三級負荷。其中動力設備都為三相電v，照明電器為單相電v。各車間負荷統(tǒng)計見表2-1。供電電源 根據(jù)工廠和當?shù)仉娏╇娋趾炗喌墓╇妳f(xié)議，變電所電源引自城區(qū)一降壓變電站，變電站距離工廠的距離大約為，變電站到工廠的高壓線型號是，廠內(nèi)有電纜。變電站饋線端安裝有高壓斷路器，其斷流容量為。斷路器裝有電流速斷保護和限時速

13、斷保護，限時速斷保護整定時間為。高壓側有電氣聯(lián)系的架空線總長度為水文及氣象條件本變配電所施工地點位于山東魯西南平原地區(qū)，地質(zhì)條件穩(wěn)定，工廠周圍地勢平坦，海拔約為,土壤主要以黃土為主，土壤電阻率。根據(jù)原來變電所的大小，新的變電所預計占地面積為20平方米左右，其接地裝置重新鋪設，并有效的和車間的接地裝置相結合。工廠位于濟寧城郊地區(qū)，根據(jù)當?shù)貧庀蟛块T統(tǒng)計，夏季多暴雨并伴有雷暴天氣，春秋及冬季干燥少雨，全年最高溫度為，全年平均氣溫為，最低氣溫在左右，全年平均雷暴日天數(shù)為天。很據(jù)當?shù)仉娏Σ块T的規(guī)定，需設置防雷接地裝置。1.3工廠變配電所的設計原則依據(jù)國家電力部門制定發(fā)布的相關標準、等電力施工設計標準的規(guī)

14、定，工廠供電要依照以下準則： （1） 要遵守相關規(guī)程、執(zhí)行國家有關部門制定的電力設施相關政策；國家相關政策，包括資源的保護，以及節(jié)約有色金屬，節(jié)約投資，盡快產(chǎn)出效率等，在變電所施工的過程中，必須遵循1。 （2） 要做到安全可靠的供電，用電。工廠供電必須首先要做到保障人的生命安全以及工廠的各種設備不受到破壞，保證電能質(zhì)量穩(wěn)定可靠，不出現(xiàn)大的電壓和頻率的波動。并且在安全的條件上投資經(jīng)濟，減少浪費電氣材料和建筑材料，使用性能更優(yōu)越的產(chǎn)品，降低電能在設備中的自身損耗。（3） 以近期為主、適當考慮工廠的長遠發(fā)展與規(guī)劃。供電設計不能只考慮當前用電，還要兼顧到工程在未來十年都能否滿足發(fā)展的需要。因此，需要依

15、據(jù)工廠負荷特點，和工廠的長遠擴建計劃綜合考慮。正確處理工廠近期的擴建與長遠發(fā)展的聯(lián)系，做到近期優(yōu)先，兼顧長遠建設，酌情考慮工廠長遠擴建的可能。（4） 全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。依據(jù)工廠中各種設備負荷的性質(zhì)以及設備容量、本設計工程的特點和濟寧當?shù)毓╇姉l件等，合理選擇設計方案。工廠供電設計涉及到設備選擇，建筑電氣，以及電力系統(tǒng)中的各方面知識，是一個綜合性的工程。因此要從各方面考慮，兼顧到各方面的利益，穩(wěn)妥進行，不能急于求成。第二章 負荷計算與無功功率補償2.1負荷計算的方法當前的電力工程設計中，我國使用最多的就是需要系數(shù)法。二項式法在某些工程中也會用到。由于使用簡便，計算方便，需要系數(shù)法在國際上也比較通

16、用。需要系數(shù)法就是用該設備的需要系數(shù)乘以該設備的容量。需要系數(shù)法主要適用范圍是當電氣設備數(shù)量比較多，尤其是相同的設備相對很多。并且各臺設備容量差別大時，基本都采用需要系數(shù)法計算。二次項系數(shù)法：其基本算法是，b，c為二項式的系數(shù)，當用電設備臺數(shù)少且容量相差非常大，用需要系數(shù)法誤差比較大，這時用二項式法計算2。本次設計考慮到工廠設備負荷的實際情況，用需要系數(shù)法來確定計算負荷，以提高計算的精確度，減小誤差。主要計算公式有：有功計算負荷： (2-1)無功計算負荷： (2-2)視在計算負荷： (2-3) 計算電流： (2-4)負荷計算結果如表2-1所示：表2-1 車間負荷計算表車間名稱負荷類別設備容量k

17、w需要系數(shù) 鑄造車間動力5000.30.651.17150175.5230.77照明100.710707焊接車間動力3500.30.71.02105107.1150照明80.81.006.406.4機修車間動力3800.50.80.75190142.5237.5照明80.8106.406.4高溫車間動力3000.20.651.176070.292.3照明60.71.004.204.2倉庫動力1000.60.80.75604575照明50.81.00404鍋爐動力500.40.80.75201525照明50.810404生活辦公照明2000.70.90.4814067.2155.6總計-1922

18、-757622.5998.17 681.3591.37902.16由前面統(tǒng)計結果，取，計算總有功計算負荷，總無功計算負荷，總的視在計算負載，總的計算電流：計算的結果同樣填入上表。2.2 無功功率補償 按照有關由國家電力部門頒布的規(guī)定：“在當?shù)仉娋W(wǎng)高峰負荷時，功率因數(shù)必須滿足以下要求：大中型企業(yè)用戶的電功率因數(shù)應達到0.90以上?；诖朔N規(guī)定，由負荷計算得，低于，因此要無功補償3。無功功率的作用及不足帶來的危害 在電力系統(tǒng)中，無功功率能夠調(diào)節(jié)電壓水平維持電壓的穩(wěn)定，并且發(fā)電機，變壓器等其他電磁設備的正常運行都要從電網(wǎng)中吸收大量的無功功率來建立磁場以傳輸能量4。無功功率不足將導致配發(fā)電設備容量不能

19、得到充分利用，而功率因數(shù)是衡量供配電系統(tǒng)的經(jīng)濟運行的一個重要指標，工廠的功率因數(shù)偏低時將造成下列不良影響。（1） 降低設備效能，使動力設備出力減小 （2）將使得在網(wǎng)絡中的電能損耗增加。（3）降低變電輸配電設備設施的供電能力。無功補償?shù)挠嬎慵霸O備選擇 在工程設計中，無功補償?shù)脑O備有，發(fā)電機，調(diào)相機，并聯(lián)電容器及靜止補償器等。無功補償設備的作用，改善系統(tǒng)的功率因數(shù)，調(diào)節(jié)負載的平衡性。同時，功率因數(shù)的提高可以降低電能損耗5。 在電力系統(tǒng)中，無功補償裝置主要有三種安裝方式： (1)高壓集中補償，在建設初期投資少，維護簡單，但是效果不是很好，不過對于在變電所高壓側，進行補償，可以滿足工廠總的功率因數(shù)的要

20、求，所以在一些大型企業(yè)中應用廣泛。 (2)低壓集中補償，補償效果和高壓集中補償相比有很好效果，尤其是它能使變壓器減小視在功率，從而讓主變壓器的容量選的相對小一點，減少電能損耗，因而在實際的工程操作中有很多的應用。 (3)低壓分散補償，這種補償方式比較靈活，可以隨時投入使用，將補償電容器安裝在功率因數(shù)低的地方，也可以就地補償，但是當補償設備不在運行時，它也將被切除。 本次設計考慮到工廠無功功率不足和操作方便的實際情況采用低壓集中補償方式。對絕大多數(shù)變壓器來說，為變壓器的有功和無功損耗，因此，在進行變壓器低壓側無功補償，功率因數(shù)大于0.95為好，本設計取。為了使低側功率因數(shù)從0.76提高到0.95

21、，對并聯(lián)電容器安裝在低壓側所需要的容量為： ，取參考附表2可知，并聯(lián)電容可選用型，每個電容器補償容量為因此，其電容器的個數(shù)為：。無功補償后，變電器二次側的視在計算負荷為：即工廠的功率因數(shù)因此，符合本設計的要求。第三章 主變壓器選擇與主接線設計3.1變壓器的選擇原則在輸配電網(wǎng)絡中，電力變壓器作為轉變電壓的樞紐是供電設計中最重要的設備。變壓器主要起到升高或者降低電壓的作用，有的帶分接頭的變壓器可以調(diào)節(jié)局部電壓，這些功能方便電能的合理高效輸送，分配和使用。變壓器的選擇應該結合工廠實際情況，根據(jù)工廠負荷的性質(zhì)以及用途，進行分析與計算，并進行經(jīng)濟運行分析6。另外，要按照有關國家有關標準規(guī)范，優(yōu)先使用電能

22、損耗比較低，節(jié)能且高效可靠的合格產(chǎn)品。3.2 變壓器型號的選擇根據(jù)分類方式的不同，變壓器可以分為好多種，主要有按相數(shù)，按電壓調(diào)節(jié)方式分，按繞組道題材質(zhì)分，按繞組型式分，按絕緣和冷卻方式分等等。在工廠供電的設計當中，大部分工廠選擇使用三相雙繞組的變壓器，不帶分接頭調(diào)壓。，兩種聯(lián)接組是10kV配電變壓器中最常見的。在低壓電網(wǎng)中較多采用Dyn11聯(lián)接組有著越來越廣泛的應用。原因是Dyn11其3n次諧波勵磁電流不會流到高壓電網(wǎng)中，能有效抑制高次諧波電流。Dyn11聯(lián)接變壓器零序阻抗相對很小，當發(fā)生低壓單相接地故障時，零序電流大，零序保護裝置更能敏感的切掉故障。綜上所述本設計中選擇Dyn11聯(lián)接組配電變

23、壓器。3.3 變電所主變壓器臺數(shù)的選擇變壓器臺數(shù)一般根據(jù)以下條件確定：（1）電力系統(tǒng)中含有一級或二級供電負荷，應該適當考慮選用兩臺變壓器，當一臺檢修或有故障時不至于影響工廠的正常生產(chǎn)。（2）工廠負荷受季節(jié)性影響大或白天和夜晚的負荷變動較大，經(jīng)濟技術達到相關要求時可以選用兩臺變壓器（3）級負荷，供電要求不高，可以采用一臺變壓器，不設備用。如果有下列情況可以設置專用的變壓器，專門供電：(1)如果動力和照明使用同一個變壓器對照明質(zhì)量有很大的影響時。(2)單臺單相負荷較大時，宜設單相變壓器；(3)工廠中有其他沖擊性負荷較大的設備運行時，干擾了其他設備的正常生產(chǎn)作業(yè)，可配備專用的沖擊負荷變壓器。由于要該

24、工廠中的用電負荷有二級負荷以及三級負荷，考慮實際情況，根據(jù)設計規(guī)范的相應要求，配置兩臺變壓器7。3.4變壓器容量的選擇變壓器的容量第一要滿足所有用電設備的計算負荷，保證在其計算負荷下變壓器能無故障長期運行。當當變電所中配置兩臺變壓器時，一般選擇兩臺容量相同的變壓器，每一臺變壓器容量應同時符合下列兩個條件：(一) 當每一臺變壓器獨立運行時，為了在以后負荷增加時，還能滿足使用，應該滿足總計算負荷的的需要，即， ； （3.1）這樣可以做到每一臺變壓器能承擔總負荷的，此時變壓器效率相對較高。(二) 每一臺變壓器獨立運行時，都能達到全部一級負荷和二級負荷的需要，即， （3.2） 表示一二級負荷。條件(二

25、)是考慮變壓器發(fā)生故障的情況下，其中一臺完好的變壓器能夠保障所有負荷的供電。根據(jù)無功補償后的計算負荷，所以，取變壓器容量為630kV·A。綜上，選擇，型電力變壓器。由于該廠含有二級負荷，一旦出現(xiàn)大的停電或電力事故，將嚴重影響企業(yè)正常生產(chǎn)，因此對電源的供電可靠性提出了很高的要求，因此選用兩臺變壓器，當一個變壓器在事故發(fā)生時，另一臺變壓器能繼續(xù)向負載供電。3.5 變壓器的功率損耗根據(jù)電機學理論中變壓器的知識，變壓器的無功損耗和有功損耗計算方法如下 （3-1） （3-2）上式中，為變壓器的空載有功有功和短路有功損耗，為負荷利用率用視在功率比上變壓器的容量。本次設計使用型號的變壓器，查附表3

26、知，分別為1.3kw和5.8kw，空載電流和阻抗電壓為3.0和5帶入上上式中得則變壓器高壓側無功功率則高壓側電流 3.6變配電所的主接線方式變配電所的主接線設計在供電工程設計中是一個綜合性的問題，應該依照其工程建設規(guī)模大小，根據(jù)工廠的線路回數(shù)，電壓的級別，負荷等具體情況來確定。它是選擇電氣設備和確定各種電氣設備安裝方式的總依據(jù)。主接線設計的好壞對全廠用電設備的安全，高效和經(jīng)濟運行有很大的關聯(lián)。主接線的設計應該依照下列具體要求8。（1）安全 應符合國家有關標準和技術規(guī)范的要求和需要，保證設備和人身安全。（2）可靠 供電可靠是電力系統(tǒng)中的基本要求，可靠性可以用主接線平均無故障的工作時間來表示。一旦

27、出現(xiàn)電力事故都可能造成難以估量的損失，所以供電可靠性是電力生產(chǎn)的最重要的要求。（3） 敏捷靈活性包括檢修方便，操作靈活方便，可以很容易地從最初的擴大，最后連接，同時用最少的切換，以適應不同的運行模式，以適應負荷的發(fā)展。（4） 經(jīng)濟性 在保證安全高效運行的情況下，應盡可能的節(jié)約有色金屬材料，減少投資和運行的費用，為適應長期的發(fā)展，應優(yōu)先選用性能優(yōu)異的節(jié)能產(chǎn)品。3.7 變配電所電氣主接線的基本形式單母線接線單母線接線是工廠企業(yè)變配電所中最簡單的一種接線形式，一般有單母線不分段，單母線分段兩種接線方式。單母線不分段接線見圖4-1，其接線比較簡單清晰明了，經(jīng)濟性好投資少。但靈活和安全性較差，單母線接線

28、的適用范圍是系統(tǒng)比較簡單如只有一臺變壓器等。圖4-1單母線接線 單母線分段接線，克服了單母線接線的某些不足，提高了一定的供電的可靠性。其母線可以用斷路器隔開，當發(fā)生故障時，可以將故障母線隔開，保障無故障母線安全運行。見圖4-2 ，功率的大小和電源的數(shù)量決定了單母線分段的數(shù)目，多數(shù)情況下，分段數(shù)等于電源數(shù)。單母線分段的優(yōu)點減小了停電范圍，不過當斷路器檢修時，也需要把斷路器所在的支路斷開。單母線分段接線除了具有單母線接線的優(yōu)點外還提高了供電的可靠性，因此在中小型電廠和中低壓電網(wǎng)中有著廣泛的應用。 圖4-2單母線分段接線雙母線接線每個回路都需要配置兩個母線隔離開關是雙母線接線的最大特點。雙母線接線相

29、對單母線接線來說，在可靠性和靈活性方面有了很大的提高。雙母線接線在有著重要負荷如一級和二級重要負荷的場所及雖然沒有重要負荷但是在一些大中型企業(yè)中用的比較多。雙母線的主要缺點是操作步驟相對復雜，有時候需要倒閘操作，當故障發(fā)生在其中一條母線時，這條母線也需要停電。為了克服這種缺點，增設旁路母線可以解決此問題。圖3-3 雙母線接線3.7.3橋式接線橋式接線中，開設設備的數(shù)量比較多，投資相比大一些，但是運行靈活。它比單母線分段接線簡單，可以減少單母線斷路器的數(shù)量。依照聯(lián)絡斷路器在變壓器兩側的位置分為內(nèi)橋和外僑接線。內(nèi)橋式接線，主要用于不經(jīng)常切換變壓器，電源線路較比較長，事故檢修機率多的變配電所。圖3-

30、4內(nèi)橋式接線圖3-5外橋式接線(2)外橋式接線，適用于故障率較低，變壓器在經(jīng)濟運行方式下常常投入和切掉運行以及穿越功率比較大的場合。3.8電氣主接線的確定本次設計變電所為10kv變電所，出現(xiàn)回路數(shù)為6回，容量相對來說較小，根據(jù)各種接線方式的適用范圍和工廠供電的需要選用單母線分段接線。變電所有一路電源進線，為保障對車間的持續(xù)供電，同時又不影響變電所及其設備的的維護與保養(yǎng)，使用單母線分段的接線方式在變壓器的二次側。見圖3-6變壓器二次側單母線分段，接線方式的可靠性高，一臺主變壓器檢修或故障時，通過開關的操作，可以在很短的時間內(nèi)供電恢復。并且某一條支路出現(xiàn)故障不影響其他支路的安全供電。因為本次設計高

31、壓電源進行為一回，所以在高壓母線上需要配置高壓聯(lián)絡線，以便能在單回電源進線出現(xiàn)故障時，從其他廠區(qū)獲得臨時的供電9。圖3-6單母線分段主接線第四章 短路電流計算4.1短路電流產(chǎn)生的原因及危害 短路就是指不是正常的電氣導線相接，產(chǎn)生了破壞性的電流。短路方式有很多中，其中三相電中，三相短路時的危害最大，產(chǎn)生的短路電流最大，是兩相短路電流的倍。電力網(wǎng)絡中發(fā)生的短路大部分是絕緣受到破壞造成的。這種損壞可能是設備本身不符合質(zhì)量規(guī)范，或者是運行時間過長，設備絕緣被過電壓擊穿，或是絕緣不夠等等。 有時，電力行業(yè)從業(yè)人員或用電廠家誤操作違反了有關電力設施操作規(guī)定也會造成短路事故。一旦發(fā)生短路，短路電流要比正常電

32、流大的多的多，如果不及時切斷將會給電力系統(tǒng)產(chǎn)生很大的危害10。并且短路時，由于繼電保護的作用，斷路器動作會造成停電，且離電源端越近發(fā)生故障時停電面積越大，造成的危害越大。4.2 短路計算的目的及其條件短路計算的目的短路電流其計算的結果可以用于電力系統(tǒng)的運行和設計，且短路電流計算是電力系統(tǒng)中三大計算之一。主要目的包括：一 選擇和確定電氣主接線方案。二 校驗設備的熱穩(wěn)定及定穩(wěn)定性。三 更有效合理的設計接地裝置。四 短路及各種故障的分析。五 輸電線對通信線路的影響與繼電保護的整定和設計。4.2.2 短路計算的條件一 一般是將系統(tǒng)看成是無限大容量電源。電源的功率無窮大，端電壓保持恒定。二 假定短路的回

33、路中各個元件的阻值維持不變。并且，變壓器勵磁電流和電路電容也忽略不計。三 在發(fā)生短路事故后，故障的類別保持不變，比如說兩相接地短路不會變成三相短路。四 具有分接開關的變壓器，其分解開關位置視為主分接位置。五 不計短路電弧電阻。4.3短路電流計算原則和方法短路電流一般是計算最嚴重的短路故障所產(chǎn)生的短路電流即系統(tǒng)在最大運行方式下時，產(chǎn)生的短路電流最大。同時，短路點應選在發(fā)生短路電流最大的點。短路電流計算的方法一般有歐姆法和標幺制法。計算高壓電路電流時一般使用標幺制法，低壓電路一般使用歐姆法即有名值法。本設計使用標幺制法，來計算短路電流11。所謂標幺制就是實際值比上基準值。基準值可以任意選取，但是在

34、電力系統(tǒng)計算當中，一旦選定兩個基準值，其他的基準值都可以用這兩個來表示，短路計算時，一般先選定基準容量和基準電壓。4.4短路電流計算依據(jù)變電所實際情況，在出現(xiàn)短路最嚴重的地方選擇短路點，畫出短路計算圖，短路點，取變壓器兩側，因此短路計算電路等效電路圖如圖4-1所示。圖4-1 短路計算電路圖4.4. 1確定基準值設，低壓側，則基準電流： 4.4.2 計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值1. 電源的電抗標幺值由工廠原始資料斷路器容量為，因此2. 架空線路的電抗標幺值根據(jù)原始資料架空線路，則由附錄表4可查得，而線路長，故架空線路的的電抗標幺值為3. 電力變壓器的電抗標幺值由3.4節(jié)得本設計中選擇臺變

35、壓器型號為 的變壓器，查附表1可得，其短路電壓百分數(shù)，因此k-1故障點的短路電流計算1. 總電抗標幺值2. 三相短路電流周期分量有效值3. 其他短路電流4. 三相短路容量 k-2故障點的短路電流計算1. 總電抗標幺值2. 三相短路電流周期分量有效值3. 其他短路電流4. 三相短路容量計算結果綜合如表4-1所示。4-1 短路計算結果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk12.82.82.87.144.22852.1k224.8224.8224.8245.6727.0517.25第五章 電氣設備的選擇 正確合理的選擇電氣設備可以使電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行，使電氣設備的出力達到最優(yōu)化，提高利

36、用效率，不浪費資源。在電氣設備選擇時，要依據(jù)施工工程實際的情況，穩(wěn)妥的采用電力工程中的新技術，新設備等，并要兼顧節(jié)約投資，使效益最大化。同時，還要考慮維護的簡單方便性，即選擇在市場上相對比較成熟的設備12。5.1 變電所高壓一次設備的介紹（1）高壓開關柜 高壓開關柜是變電所的主要一次成套設備，是按照一定的線路接線方式把一二次設備組裝起來的成套配電裝置。是為了操作人員能夠安全靈活的控制，一般分為固定式和手車式兩大類型。 （2）高壓斷路器 可以接通和斷開正常的設備工作電流，還能承擔較大的短路電流。并且在繼電保護作用斷路器時可以切掉短路電流，因為要分斷電流，因此斷路器都帶有優(yōu)良的滅弧裝置。（3） 隔

37、離開關 因不用開斷電流，所以不帶有滅弧裝置，但是要有很強的絕緣能力。一般和斷路器配合使用，用來檢修設備。（4） 熔斷器 線路長時間過負荷時，或設備故障發(fā)生短路時，用于切斷強大的短路電流。（5） 避雷器 避雷器的作用是保護變配電所或輸電線路免受雷擊的破壞，或者把強大的雷電流引入大地。（6）靜電電容器 主要用于補償無功功率。（7）電流互感器 主要是把檢測到的電能數(shù)據(jù)提供給二次回路，供計量和繼電保護裝置整定使用13。5.2 一次設備的選擇與校驗的條件和項目5.2.1. 按正常工作條件選擇(1) 工作電壓選擇電氣設備的額定電壓，要略大于或等于所在線路的額定定電壓，即 （5-1）(2) 工作電流選擇 電

38、氣設備的額定電流要略大于或等于所在線路的額定電流， 即 （5-2）(3) 按斷流能力選擇設備的額定開斷電流或者是斷流容量要大于此設備在開斷短路電流時的有效值或者短路容量。即 ，。 （5-3）5.2.2. 按短路條件進行校驗設備動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。高壓斷路器，負荷開關及隔離開關的短路穩(wěn)定度檢驗：(1) 動穩(wěn)定校驗條件或 （5-4）式中、為設備的極限通過電流或者動穩(wěn)定電流的峰值和有效值、三相短路沖擊電流瞬時值和有效值（單位為kA）。 (2) 熱穩(wěn)定校驗條件 （5-5）式中為設備的熱穩(wěn)定電流有效值（單位為kA）；t為熱穩(wěn)定試驗時間（單位為s）；開關所在處的三相短路穩(wěn)態(tài)電流（單位為kA）；短路發(fā)熱假想時間

39、（單位為s）。短路發(fā)熱假想時間一般按下式計算 （5-6）在無限大容量系統(tǒng)中，電源的內(nèi)阻抗為零，電源內(nèi)部不存在壓降，有。因此s上式中為短路持續(xù)時間，短路持續(xù)時間就等于短路所在處的主保護動作時間加上斷路器分閘時間。當時，。電流互感器的熱穩(wěn)定校驗只對本身帶有一次回路導體的電流互感器進行。其校驗條件按下列進行。(1) 動穩(wěn)定校驗條件或 (5-7)稱為動穩(wěn)定電流也是電器的極限通過電流峰值。為三相短路瞬時沖擊電流。為動穩(wěn)定倍數(shù) 。(2) 熱穩(wěn)定校驗條件或 (5-8)為熱穩(wěn)定電流， 為熱穩(wěn)定實驗時間s。為熱穩(wěn)定倍數(shù)。5.3 變電所10kV側一次設備的選擇 根據(jù)工廠負荷等級和所處的地理環(huán)境，高壓側采用型戶內(nèi)固

40、定式交流金屬封閉開關柜。初選設備見表5-1，下面分別對每一個設備進行具體校驗。表5-1 一次設備選擇表設備名稱設備型號高壓斷路器ZN12-10/2000高壓熔斷器RN1-10/50高壓隔離開關電流互感器電壓互感器JDZ-10高壓斷路器的選擇與校驗查附錄表1知高壓斷路器型號ZN12-10/2000各項參數(shù)見表5-2。表5-2 高壓斷路器各項參數(shù)表參數(shù)名額定電壓額定開斷電流極限通過電流熱穩(wěn)定電流額定電流數(shù)值10KV31.5KA80KA31.5KA2000A 在本設計中，。根據(jù)高壓斷路器的驗證條件和表5-2可知，額定電壓和電流均符合條件。(1)開斷能力校驗：；(2)熱穩(wěn)定與動穩(wěn)定校驗：；綜上可知符合

41、條件。 高壓隔離開關的選擇查附錄表3知高壓隔離開關型號各項參數(shù)如下參數(shù)表5-3表5-3 高壓隔離開關參數(shù)參數(shù)名稱額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流峰值熱穩(wěn)定電流數(shù)值本設計中，。根據(jù)5.2節(jié)中高壓隔離開關的驗證條件知額定電流和電壓均符合條件（1）熱穩(wěn)定性與動穩(wěn)定性檢驗：。綜上可知符合條件。5.3.3 電流互感器的選擇電流互感器LQJ-10：查附錄表8可得參數(shù)表5-4表5-4 電流互感器參數(shù)表參數(shù)名稱額定電壓額定電流比1s熱穩(wěn)定倍數(shù)動穩(wěn)定倍數(shù)數(shù)值10kv100/590225根據(jù)5.2節(jié)中電流互感器的驗證條件則：；動穩(wěn)定校驗條件：熱穩(wěn)定校驗條件： 因此均滿足條件。5.3.4 高壓熔斷器的校驗高壓熔斷器：查附

42、錄表6可得參數(shù)表5-5表5-5 高壓容電器參數(shù)表參數(shù)名稱額定電壓額定電流熔體電流數(shù)值10kv100A40A本設計中，根據(jù)5.2節(jié)中電流互感器的驗證條件則：； 因此滿足條件。5.4 變電所380V低壓一次設備的選擇選擇低壓電氣設備和選擇高壓一次設備一樣，都要滿足電氣設備在正常條件下以及發(fā)生短路故障下的工作要求，并且設備應運行維護便捷，安全性能高，另外也要投資經(jīng)濟節(jié)約14。低壓設備的選擇根據(jù)本設計計算參數(shù)初步選擇設備表如表5-6表5-6設備選擇表設備名稱設備型號低壓斷路器DW17-2000低壓斷路器DW15-4000低壓熔斷器RT0-600低壓刀開關HD13-1500/3低壓斷路器DZ20-630

43、低壓設備的校驗(1) 低壓斷路器DW17-2000：查附表6可知額定電壓為380V，斷路器脫扣器額定電流為2000A，額定開斷電流80kA。據(jù)5.2節(jié)中高壓斷路器的驗證條件知： ；因此符合條件。(2) 低壓斷路器DW15-4000：查附表5可知額定電壓為V，脫扣器額定電流，額定開斷電流80kA，此斷路器裝在各車間線端，各個車間的電流都在500A以下。據(jù)5.2節(jié)中低壓斷路器的驗證條件則：；因此符合條件。(3) 低壓熔斷器：查附表8可知額定電壓為V，額定電流，額定開斷電流。此熔斷器裝在總線端和車間總線端，可以起到短路保護能力。據(jù)5.2節(jié)中熔路器的驗證條件則：；。因此符合條件。5.5變配電所高低壓進

44、出線及母線的選擇 母線及高低壓進出線起到傳輸電能的關鍵作用，因此母線及導線的合理選擇對電力系統(tǒng)減少電能損耗，減少電力故障都至關重要。在當今市場銅價遠高于鋁價的情況下，一般均使用鋁導線代替銅導線。同時，導線個電纜的選擇要滿足電能質(zhì)量的要求，做到經(jīng)濟運行，較小的投資，而且要布局合理，以便于維護與保養(yǎng)。高低壓母線的選擇(1) 母線的選擇，主要包括母線所用的材料，類型和布置方式的選擇，導體截面的選擇，熱穩(wěn)定，動穩(wěn)定等項的校驗等。對于高壓母線，由于最大負荷電流不是很大，選擇的矩形鋁母線。下面校驗選擇該母線的熱穩(wěn)定性，查附表得常溫時矩形路母線的額定電流，長時間發(fā)熱的允許溫度是，校正系數(shù)為。根據(jù)校驗條件，滿

45、足要求。(2) 低壓母線的選擇，低壓母線選擇原則和高壓母線相似，只是運行的最大負荷電流不同，根據(jù)低壓側最大負荷電流選擇的矩形鋁母線。架空線和電纜的選擇一般10kv以上的高壓架空線和低壓380v低壓動力線路通常按發(fā)熱條件選擇，而35kv以上一般先按經(jīng)濟電流密度選擇，本次設計中，根據(jù)工廠負荷的總電流，廠內(nèi)電纜線選擇型電纜，高壓架空線選擇裸導線鋼芯鋁絞線此兩種選擇熱，動穩(wěn)定均符合設計。低壓線路的敷設方式由于本廠內(nèi)大部分是電纜線，所以只進行電纜線的敷設設計即可，對于電纜線一般都是鋪設電纜溝或者沿墻壁或者其他建筑物就地埋設。但在埋設的過程當中，應該做到盡量少彎曲鋪設，以減少電纜的彎曲扭傷。在電纜穿越建筑

46、物或者樓板時，要用鋼管套保護，減少外皮磨損，保護絕緣不受損傷。就整個工廠的鋪設方式來說，本次設計選擇放射式的方式，因為，當廠內(nèi)有其他設備發(fā)生故障時不至于影響其他車間的正常安全生產(chǎn)。第六章 變電所二次回路與繼電保護6.1二次回路的定義和分類由保護，測量，控制等設備組成的監(jiān)視一次回路正常穩(wěn)定運行的電路稱為二次回路，在二次回路中運用到的設備叫做二次設備。變電所的二次回路是保持一次回路正確，安全，可靠運行的系統(tǒng)15。依據(jù)相關電力施工規(guī)定，在二次回路中應配置下列儀表（1）10kv的變電所的高壓側應配置電流表和有功功率表，如果商業(yè)上需要計算用電量，還要配置無功電能表一個。（2）如果高壓側沒有配置電能表，需

47、要在其低壓側配置電能表，并且還需要裝設電流表。（3）在車間的配電線路中，還需要配置電流表，以方便查看各車間的用電負荷（4）在用并聯(lián)電容器補償?shù)目偩€上，需要配置三只電流表，分別測量三相電流，并裝設一只無功電能表。6.2二次回路的操作電源二次回路的供電雖然只輔助于一次系統(tǒng)，但是卻對一次系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起著極其重要的作用。因為它可以對測量一次電路的各種儀表單獨供電，使之基本不受一次電路的影響。事故狀態(tài)下，在母線電壓快速下降時，應能使繼電保護系統(tǒng)可靠的動作，所以要求其充分可靠，容量足夠大并且具有獨立性。要求在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重短路或者其他事故事，必須可靠的動作或跳閘。操作電源一般是由直流電源提供，一般可由

48、現(xiàn)有的直流蓄電池，如鎘鎳蓄電池等，也可以通過整流裝置換流方式提供直流電。但是對于10kv變配電所，容量相對較小，繼電保護不復雜，可以通過電壓互感器等取得220v交流源使用。6.3斷路器的控制和信號回路對于10kv變配電所小型的變電所其監(jiān)視方式基本都使用燈光監(jiān)視的方式，而音響監(jiān)視方式多用于大型變電所，因此，本次設計才用燈光監(jiān)視控制回路。采用手動操作的斷路器控制和信號回路，圖6-1為手動操作的斷路器控制和信號回路圖圖7-1 斷路器控制與信號原理圖需要斷路器合閘時，推上操作機構手柄使斷路器合閘。輔助觸點閉合，紅燈變亮，指示斷路器已經(jīng)合閘。紅燈同時還起著監(jiān)視跳閘回路完好性的作用。分閘時時，扳下操作機構

49、使斷路器分閘，這時候，斷路器的輔助觸點斷開，切斷跳閘回路，同時輔助觸點閉合，綠燈亮，表明斷路器已經(jīng)分閘。6.4變電所的測量和絕緣監(jiān)視回路在電力系統(tǒng)中進行測量的主要目的是對電能的計量，比如功率的測量功率等，也可以用測量的數(shù)據(jù)監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)是否是處在安全運行中，三相電壓是否平衡等。測量和監(jiān)視回路是二次系統(tǒng)的組成部分之一，對其各種儀表的配置都要滿足電氣安全運行的需要16。6.4.1 變電所高壓側測量和絕緣監(jiān)察回路為能正確的反映電氣裝置的各種運行數(shù)據(jù)和絕緣狀況，并實現(xiàn)商業(yè)化運營的需要，供電部門或企業(yè)本身都會在變配電所配置電氣測量儀表。一便于對系統(tǒng)中電流，電壓，頻率等各項參數(shù)做到隨時監(jiān)測。圖7-2

50、610kV線路測量和計量儀表的原理電路6.4.2 變電所低壓側測量和絕緣監(jiān)察回路圖7-3 220/380V線路測量和計量儀表的原理電路6.5變配電所的保護系統(tǒng)設計變配電所及其周邊設備的安全運行關系著全廠的持續(xù)安全生產(chǎn)，因此對其做好保護，盡快切除各種可能發(fā)生的故障顯得格外重要。這就有必要進行繼電保護設計。對繼電保護的要求要做到速動性，選擇性，可靠性和靈敏性。當變配電所某處發(fā)生短路故障時，應能有選擇性的啟動應該動作的保護，并且要做到可靠迅速，以減小短路故障帶來的損失。電力變壓器是電力系統(tǒng)中使用相當普遍和十分重要的電器設備，在整個變電所中，變壓器的保護是最重要的。雖然它和發(fā)電機有區(qū)別，是一種靜止的電

51、氣設備，結構相對可靠，發(fā)生故障的機會很少，但它一旦發(fā)生故障將會給供電的可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的后果。為了保證變壓器的安全穩(wěn)定的運行。防止故障的擴大，根據(jù)變壓器故障的發(fā)生，敏感，快速和可靠的保護裝置和良好的選擇性是非常必要的。變壓器瓦斯保護 變壓器瓦斯保護又叫做氣體保護是反映變壓器內(nèi)部故障的一種保護裝置。在變壓器的油箱內(nèi)發(fā)生故障時，在故障電流作用下，變壓內(nèi)的液體油會受熱分解產(chǎn)生大量氣體，長生的氣體越多，變壓器內(nèi)的壓強越大，氣體迫使油和氣體沖向保護裝置，利用此原理實現(xiàn)變壓器的保護。變壓器瓦斯保護原理圖見圖7-4。圖7-4 變壓器氣體保護原理圖6.5.2 變壓器過負荷保護變壓器在運行的過程當

52、中，有可能會出現(xiàn)過負荷，長期的過負荷運行會減小變壓器的運行壽命，破壞變壓器的絕緣保護，因此有必要設置過負荷保護，變壓器過負荷保護的整定原理同線路過負荷保護一樣，動作電流整定依照一次側額定電流整定，動作時間一般為。整定計算公式 (6-1)為可靠系數(shù)，取1.2；為低壓側線路電流，根據(jù)公式和負荷計算的結果 由上過負荷電流整定為。變壓器過電流保護變壓器內(nèi)外部故障或異常運行都可能導致其過電流現(xiàn)象，應設置相應的電流保護。采用DL-11/50型感應式過電流繼電器，(1) 過電流保護動作電流的整定 (6-2)取，。因此，動作電流故動作電流整定為5A。(2) 過電流保護動作時間的整定因本變電所為電力系統(tǒng)的終端變

53、電所，高壓出線處時間為，故根據(jù)時間級保護配合原則整定時間為多一個時間級差為。(3) 過電流保護靈敏系數(shù)的檢驗，用最小短路電流檢驗。已知最小短路電流：保護一次側動作電流：因此其保護靈敏系數(shù)為：滿足靈敏系數(shù)1.5的要求。6.5.3. 裝設變壓器電流速斷保護由于過電流保護動作時間較長不能夠迅速隔離故障，故需要安裝瞬時速斷保護以快速反應變壓器的故障。(1) 速斷電流的整定 已知：，。因此速斷動作電流為：選電流繼電器，動作電流整定為。保護一次側動作電流為：(2) 電流速斷保護靈敏系數(shù)的檢驗 已知：，因此其保護靈敏系數(shù)為：依據(jù)規(guī)定，電流保護（含電流速斷保護）的最小靈敏系數(shù)為1.5，因此靈敏系數(shù)符合要求。第七章 防雷與接地系統(tǒng)設計7.1變電所防雷 雷云形成時，會帶有很高的過電壓，當雷云一旦與地面金屬導體有接觸時會產(chǎn)生很大的雷電流，如果沒有做好很好的防雷保護，將會對電氣設備，甚至對變電所本身