35kV-變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計

畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 論論 文文 題 目 35kV 變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 院 系 電 氣 工 程 系 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班級 01 學號 0 學生姓名 導師姓名 完成日期 200 6 17 畢畢業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè)計計 論論文文 任任務(wù)務(wù)書書 設(shè)計 論文 題目 35KV 變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 姓名 系別 電氣與信息工程系 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班級 電氣學號 01 指導老師 教研室主任 一 基本任務(wù)及要求 1 變電所設(shè)計 變電所負荷的計算及無功功率的補償 變電所主變壓器臺數(shù)和容 量 型式的確定 變電所主接線方案的選擇 進出線的選擇 短路計算和開關(guān)設(shè)備的選 擇 二次回路方案的確定及繼電器保護的選擇和整定 防雷保護與接地裝置的設(shè)計 變 電所電氣照明的設(shè)計 2 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 車間配電線路布線方案的確定 線路導線及其配電設(shè)備和 保護設(shè)備的選擇 車間電氣照明設(shè)計 二 進度安排及完成時間 1 3 月 7 日 布置任務(wù) 下達設(shè)計任務(wù)書 2 3 月 7 日 3 月 26 日 查閱資料 撰寫文獻綜述 撰寫開題報告 3 3 月 27 日 4 月 9 日 畢業(yè)實習 撰寫實習報告 4 4 月 10 日 5 月 10 日 變電所設(shè)計 中期檢查 5 5 月 11 日 5 月 30 日 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書 6 6 月 1 日 6 月 14 日 修改 裝訂畢業(yè)設(shè)計說明書 7 6 月 15 日 6 月 20 日 畢業(yè)設(shè)計答辯 目 錄 摘 要 Abstract 第 1 章 變電所負荷的計算及無功功率的補償 1 1 1 電力負荷的分級 1 1 1 1 一級負荷 1 1 1 2 二級負荷 1 1 1 3 三級負荷 2 1 2 負荷計算的意義和目的 4 1 3 用系數(shù)法計算本課題電力負荷 6 1 4 無功補償?shù)挠嬎?設(shè)備選擇 6 1 4 1 無功補償?shù)囊饬x和計算 13 1 4 2 補償裝置的選擇 13 第 2 章 變電所主變壓器的臺數(shù) 容量和型號的確定 14 2 1 主變壓器臺數(shù)的確定 14 2 2 變壓器型式的選用 14 2 3 主變壓器容量的選擇 15 第 3 章 變電所主接線方案的確定 16 3 1 變電所主接線的選擇依據(jù) 16 3 1 1 變電所在系統(tǒng)中所處的位置和作用 16 3 1 2 負荷大小和重要性 16 3 1 3 系統(tǒng)專業(yè)對電氣主接線提供的資料 16 3 2 主接線選擇的基本要求 16 3 3 典型接線方式及應(yīng)用范圍 16 第 4 章 短路計算和開關(guān)設(shè)備的選擇 20 4 1 短路計算 20 4 2 開關(guān)設(shè)備的選擇 28 4 2 1 選擇各類電氣設(shè)備的的要求 28 4 2 2 一次設(shè)備校驗應(yīng)滿足的條件 29 第 5 章 變電所高壓進線和低壓出線的選擇 40 5 1 變電所進線方式的選擇 40 5 2 變配電所進出導線和電纜的選擇 40 5 3 各類電力線路的導線截面的選擇步驟 40 5 4 電力線路選擇的具體公式 41 5 5 設(shè)計進出線的選擇 42 5 6 6kV 高壓母線的選擇 45 5 7 車間變電所低壓側(cè)母線的選擇 45 第 6 章 繼電保護以及二次回路的設(shè)計 46 6 1 繼電保護裝置的基本要求 46 6 2 二次回路的接線安裝要求 46 6 3 引入盤 柜的電纜及其芯線應(yīng)符合的要求 46 6 4 35kV 主變壓器的保護裝置設(shè)計 47 6 4 1 電力變壓器保護裝置 47 6 4 1 保護裝置的設(shè)計 47 6 5 35kV 車間變壓器的保護裝置設(shè)計 49 6 6 備用電源自動投入裝置的選 50 6 7 高壓斷路器的操動機構(gòu)控制與信號回路 51 6 8 防雷保護和接地裝置設(shè)計 52 結(jié)束語 54 參考文獻 55 致謝 56 附錄 A 車間低壓配電系統(tǒng)設(shè)計圖 57 附錄 B 35kV 變電所主接線圖 另附 I 35KV 變電所及其低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 摘要 摘要 隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展與進步 社會生產(chǎn)和生活對電能供應(yīng)的質(zhì)量和管理提出了 越來越高的要求 作為電能傳輸與控制的中間樞紐 變電所必須改變傳統(tǒng)的設(shè)計和控 制模式 才能適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng) 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的發(fā)展趨勢 此工廠供 電設(shè)計包括 負荷的計算及無功功率的補償 變電所主變壓器臺數(shù)和容量 型式的確 定 變電所主接線方案的選擇 進出線的選擇 短路計算和開關(guān)設(shè)備的選擇 二次回 路方案的確定及繼電器保護的選擇和整定 防雷保護與接地裝置的設(shè)計 車間配電線 路布線方案的確定 線路導線及其配電設(shè)備和保護設(shè)備的選擇 以及電氣照明的設(shè)計 還有電路圖的繪制 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 變電所 變壓器 斷路器 繼電器 隔離開關(guān) 互感器 熔斷器 35kV 變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 II Transformer Substation And the Low electric Circuit wire design ABSTRACT With development and progress of modern civilization social production and is it put forward high request more and more to quality and management that electric energy supply to live As the pivot between what the electric energy is transmitted and controlled the transformer substation must change the traditional design and control the mode could meet modern power system modernized industrial production and development trend of social life This factory supplies power and designs including Calculation of load and compensation of the inactive power Transformer substation main voltage transformer platform count and capacity sureness of pattern Mainly wire the choice of the scheme in the transformer substation Pass in and out the choice of the thread Choice of shorting out and calculating and switchgear Two return circuit sureness and choice that relay protect of scheme exactly make Defend the thunder and protect the design with the earth device The workshop distribution line connects up the sureness of the scheme Circuit wire and distribution equipment and protecting the choice of the equipment And the electric design that lighted there is drawing of circuit diagram Keyword Transformer substation Voltage transformer Circuit breaker Relay Isolate the switch Mutual inductor Fuse box 1 第 1 章 變電所負荷的計算及無功功率的補償 1 1 電力負荷的分級 工廠企業(yè)各類用電設(shè)備 由于其生產(chǎn)工藝的不同 因此對供電的要求級別也不同 一般按工廠企業(yè)主要車間的用電生產(chǎn)工業(yè)要求 確定去用電負荷性質(zhì) 按照工廠企業(yè) 的用電的重要性中斷供電以后可能在政治上 經(jīng)濟上所造成的損失或影響程度 劃分 為一級 二級和三級負荷 1 1 1 一級負荷 1 中斷供電造成人身傷亡者 如井下采掘企業(yè) 鐵礦 硫礦 有色金屬礦井等 中斷供電可能引起瓦斯爆炸 或者積水淹沒 礦壁倒塌等造成人員傷亡 2 中斷供電將在政治上或者經(jīng)濟上造成重大損失者 如大設(shè)備損壞 重大產(chǎn)品報 廢 用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢 國民經(jīng)濟中重點企業(yè)的連續(xù)性生產(chǎn)被打斷而需 要長時間才能恢復等 例如煉焦爐停電以后煤氣從爐縫中溢出 遇火星要爆炸 燒堿 廠停電以后 氯氣和氫氣從電解槽溢出 容易發(fā)生爆炸等 3 中斷供電將影響有重大政治 經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作的負荷 如重要 交通樞紐 重要通訊樞紐 重要賓館 大型體育場 經(jīng)常要用于國際活動的大量人員 集中的公共場所等用電單位的重要負荷 在一級負荷中特別重要的負荷是指當中斷供 電會發(fā)生爆炸 中毒和火災等情況的負荷一級特別重要場所內(nèi)不允許中斷供電的負荷 如正常電源中斷時處理安全停產(chǎn)所必需的事故照明 通信系統(tǒng) 火災報警設(shè)備 保證 安全停產(chǎn)的自動控制裝置 執(zhí)行機構(gòu)和配套裝置等負荷 一級負荷對供電電源的要求 一級負荷應(yīng)由兩個電源供電 當一個電源發(fā)生故障 時 另一個電源不應(yīng)同時受到損壞 在一級負荷中特別重要的負荷 除上述兩個電源 外 還必需增設(shè)應(yīng)急電源 為保證對特別重要的負荷供電 嚴禁將其他負荷接入應(yīng)急 系統(tǒng) 1 1 2 二級負荷 1 中斷供電將在政治 經(jīng)濟上造成較大損失者 如主要設(shè)備損壞 大量產(chǎn)品報廢 連續(xù)性生產(chǎn)被較長時間被打斷 重點企業(yè)大量減產(chǎn) 譬如水泥廠的旋轉(zhuǎn)大窯 停電將停 止旋轉(zhuǎn) 使旋轉(zhuǎn)窯二次側(cè)受熱不均勻 時間拖長 使回轉(zhuǎn)窯彎曲 化纖廠停電 多數(shù) 設(shè)備因為管道給漿粕堵塞 包括白金噴絲頭 需大量拆換修理等 35kV 變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 2 2 中斷供電將影響重要單位正常工作的負荷 如交通樞紐 通訊樞紐等用單位的 重要負荷 3 中斷供電將造成大型影劇院 大型商場等較多人員集中的公共場所秩序混亂者 二級負荷對供電的要求 二級負荷應(yīng)由兩個電源供電 即應(yīng)由兩回路線供電 供 電變壓器應(yīng)有兩臺 兩臺變壓器不一定在同一變電所 做到當發(fā)生電力變壓器事故或 電力線路常見故障時 不致中斷供電或中斷后能很快恢復 在負荷較小或者地區(qū)供電 條件不足情況下 可由一回 6KV 及以上專用架空線供電 當采用電纜線路時 應(yīng)采用 兩根電纜組成的電纜供電 每根電纜應(yīng)能承受 100 的一級負荷 為解決線路和配電設(shè) 備的檢修以及突然停電后 設(shè)備能安全停產(chǎn)問題 可備用小容量柴油發(fā)電機組 其容 量由實際需要決定 1 1 3 三級負荷 不屬于一級負荷和二級負荷者 對一些非連續(xù)性生產(chǎn)的中小型企業(yè) 停電僅影響 產(chǎn)量或?qū)е律倭慨a(chǎn)品報廢的用電設(shè)備 以及一般民用建筑的用電負荷等均屬于三級負 荷 對供電電源無特殊要求 一般按用電負荷容量 選擇電網(wǎng)各級電壓供電 1 2 負荷計算的意義和目的 工廠進行電力設(shè)計的基本原始資料是工藝部門提供的用電電設(shè)備的安裝容量 這 些用電設(shè)備品種多 數(shù)量大 工作情況復雜 如何根據(jù)這些資料正確估計工廠所需要 的電力和電量是一個非常重要的問題 估算的準確程度 影響工廠電力設(shè)計的質(zhì)量 如估算過高 將增加供電設(shè)備的容量 使工廠電網(wǎng)復雜 浪費有色金屬 增加投投資 和運行管理工作量 特別是由于工廠企業(yè)是國家電力的主要用戶 以不合理的工廠電 力需要量作為基礎(chǔ)的國家電力系統(tǒng)的建設(shè) 將給整個國民經(jīng)濟的建設(shè)帶來很大的危害 但是如果估算過低 又會使工廠投入生產(chǎn)后 供電系統(tǒng)的線路及按期設(shè)備由于承擔不 了實際負荷電流而過熱 加速其絕緣老化的速度 降低使用壽命 增大電能損耗 影 響供電系統(tǒng)的正?？煽窟\行 求計算負荷的這項工作稱為負荷計算 顯然 計算負荷是根據(jù)一直的工廠的用電 設(shè)備的 安裝容量確定的 預期不變的最大假想負荷 這個負荷是設(shè)計時作為選擇工 廠電力系統(tǒng)供電線路的導線截面 變壓器容量 開關(guān)電器及互感器等的額定參數(shù)的依 據(jù) 所以非常重要 3 國內(nèi)外學者和設(shè)計研究人員長期以來對如何準確估算計算負荷的工作非常重視 并已形成以下的一些基本觀點 工廠投產(chǎn)后 供電系統(tǒng)必須首先保證能安全可靠地工作 因此 實際負荷電流通 過系統(tǒng)各個元件產(chǎn)生的熱量引起的溫升 應(yīng)不超過倒替和電氣設(shè)備在規(guī)定使用期間內(nèi) 長期工作的允許溫升 從這一要求出發(fā) 必須考慮用電設(shè)備的工作特征 其中工作制 與負荷計算的關(guān)系較大 因為工作制下 導體發(fā)熱的條件是不同的 用點設(shè)備的工作 制可以分為 連續(xù)運行工作制 是指工作時間較長 連續(xù)運行的用電設(shè)備 絕大多數(shù)用電設(shè)備 屬于此類工作制 如通風機 壓縮機 各種泵類 各種電爐 機床 電解電鍍設(shè)備 照明等 短時運行工作制 是指工作時間很短 停歇時間相當長的用電設(shè)備的工作制 如金屬切削機床用的輔助機械 水閘用電機等 這類設(shè)備的數(shù)量很少 求計算負荷一 般不考慮短時工作制的用點設(shè)備 連續(xù)周期工作制 是指有規(guī)律性 時而工作 時而停歇 反復運行的用電設(shè)備的 工作制 如吊車用電動機 電焊用變壓器 為表征其斷續(xù)周期的特點 用整個周期里的工作時間和全周期時間之比 即用負 荷持續(xù)率 FC 表示 1 1 對這類的用電設(shè)備 在參數(shù)計算負荷時 從發(fā)熱的觀點來看 需將銘牌功率按下 式換算成 FC 100 時的額定持續(xù)功率 對于電動機 PN P N N FC 1 2 對于電焊變壓器 SN S N N 1 3 FC 用電設(shè)備在生產(chǎn)期間的投入運行有很大的隨機性 但各種類型的工廠都有其本身 的生產(chǎn)規(guī)律 所以從整體來看 用電也必然存在一定的規(guī)律性 這就有可能利用已有 的生產(chǎn)工廠用電設(shè)備的安裝容量和實際用電的大量資料進行統(tǒng)計 整理及分析 求出 有關(guān)系數(shù) 以便在設(shè)計同類型的工廠時參考利用 由于用電設(shè)備的組成非常復雜 除按上述的工作制進行分類外 在測定有關(guān)數(shù)據(jù) 時 按照加工特點 把用電設(shè)備分成不同類型的組 如金屬切割機床 通風機 不同 類型的電爐 電解電鍍設(shè)備 照明等 這種用電設(shè)備組的劃分方法 竟長期應(yīng)用 證 100 txtg tg FC 35kV 變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 4 明只要是同一類型的用電設(shè)備 即使在不同類型的工廠企業(yè)采用 也由于其共性 測 的數(shù)據(jù)的范圍有近似之處 所以 這種分類方法在國際是是通用的 但具體數(shù)據(jù) 卻 因各國國情不同而有所差異 1 為了求得 中所需的有關(guān)系數(shù) 需要利用現(xiàn)有生產(chǎn)工廠的電力負荷曲線 所謂電力負荷曲線就是縱坐標為有功負荷 P 或無功負荷 Q 橫坐標為時間 t 每 隔一定時間間隔 t 繪制的負荷變化曲線 負荷曲線所包絡(luò)的面積 就是工廠在生產(chǎn)期 間耗用的電能 為求計算負荷 目前繪制負荷曲線采用的時間間隔 t 為 30min 其理 由是 某一標準截面的導線 通過對取所規(guī)定的相應(yīng)電流時 經(jīng)過一定的時間 該導 線才會達到它的穩(wěn)定溫升 利用 30min 作為時間間隔 是根據(jù)最小導線截面確定的 它對于較大截面的導線發(fā)熱 顯然有足夠的余量 2 以 30min 為時間間隔 在最大負荷工作班測定的某一些用電設(shè)備組的負荷曲線 起最大值定義為P P30 30 以P P30 30求出的系數(shù)去計算新建或者擴建工廠該用電設(shè)備組的計算 負荷可以計為P Pc c 兩者本來應(yīng)當是一個數(shù)值 只不過P Pc c來源于P P30 30的統(tǒng)計值而已 1 3 用系數(shù)法計算本課題電力負荷 用需要系數(shù)法求計算負荷的具體步驟如下 1 將用電設(shè)備分組 求出各組用電設(shè)備的總額定容量 2 查出各組用電設(shè)備相應(yīng)的需要系數(shù)及對應(yīng)的功率因數(shù) 3 用需要系數(shù)法求全廠計算負荷時 需要在各級配電點乘以同期系數(shù) K K 因為本課 題已給定部分數(shù)據(jù) 同過已知數(shù)據(jù)來求其他數(shù)據(jù) 具體電力負荷計算數(shù)據(jù)如表 1 1 表 1 2 有關(guān)計算公式 有功計算負荷 P30 KdPe 1 4 Kd 為用電設(shè)備組的需要系數(shù) 無功計算負荷 Q30 P30 tg 1 5 視在功率計算負荷 S30 P30 cos 1 6 計算電流 I30 S30 U 1 7 3 計算負荷序 號 車間名稱 高壓設(shè)備 名稱 設(shè)備容 量Kdcos tan P30Q30S30I30 5 表 1 1 各車間 6KV 高壓負荷計算表 表 1 2 各車間 380V 負荷計算表 計 算 負 荷 車間 名 稱 設(shè)備 容量Kdcos tan P30Q30S30I30 車間變代 號 變壓器臺 數(shù)和容量 鑄鋼車間20000 40 651 1780093612311870NO 1 車變2 1000 鑄鐵車間10000 40 701 02400408571870 砂 庫1100 70 601 3377102128190 小計 Ks 0 9 0 661 13429485648980 NO 2 車變2 500 鉚焊車間12000 30 451 983607138001220 1 水泵房280 750 80 7521162640 小計 Ks 0 9 0 442 93436927721174 NO 3 車變1 400 空壓站3900 850 750 88332292443670 機修車間1500 250 651 1738445790 鍛造車間2200 30 551 5266100120180 木型車間1860 350 601 336586108160 制材廠200 280 601 335 67814 綜合樓200 9101801828 小計 Ks 0 9 0 681 0652413587551142 NO 4 車變1 315 鍋爐房3000 750 800 75225169281430 2 水泵房280 750 800 7521162640 倉庫 1 2880 30 651 1726304060 污水提升 站 140 650 800 75971117 NO 5 車變 1 250 1鑄鋼車間電弧爐2 12500 90 870 57225012832586250 2鑄鐵車間工頻爐2 2000 80 90 4832015435634 3空 壓 機空壓機2 2500 850 850 6242526450048 小 計299517013442332 35kV 變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 6 小計 Ks 0 9 281222358547 1 4 無功補償?shù)挠嬎?設(shè)備選擇 1 4 1 無功補償?shù)囊饬x和計算 電網(wǎng)中的許多用電設(shè)備是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的 它們在能量轉(zhuǎn)換過程中建立 交變磁場 在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等 這種功率叫無功功率 電力 系統(tǒng)中 不但有功功率平衡 無功功率也要平衡 有功功率 無功功率 視在功率之間的關(guān)系如圖 1 1 所示 S 22 QP 1 8 式中 S 視在功率 kVA P 有功功率 kW 圖 1 1 有功功率 無功功率 視在功率之間的關(guān)系 Q 無功功率 kvar 角為功率因數(shù)角 它的余弦 cos 是有功功率與視在功率之比即 cos P S 稱作功率因數(shù) 由功率三角形可以看出 在一定的有功功率下 用電企業(yè)功率因數(shù) cos 越小 則所需的無功功率越大 如果無功功率不是由電容器提供 則必須由輸電系統(tǒng)供給 為滿足用電的要求 供電線路和變壓器的容量需增大 這樣 不僅增加供電投資 降 低設(shè)備利用率 也將增加線路損耗 為此 國家供用電規(guī)則規(guī)定 無功電力應(yīng)就地平 衡 用戶應(yīng)在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上 設(shè)計和裝置無功補償設(shè)備 并做到隨 其負荷和電壓變動及時投入或切除 防止無功倒送 還規(guī)定用戶的功率因數(shù)應(yīng)達到相 應(yīng)的標準 否則供電部門可以拒絕供電 因此 無論對供電部門還是用電部門 對無 功功率進行自動補償以提高功率因數(shù) 防止無功倒送 從而節(jié)約電能 提高運行質(zhì)量 7 都具有非常重要的意義 無功補償?shù)幕驹硎?把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯(lián)接在同 一電路 能量在兩種負荷之間相互交換 這樣 感性負荷所需要的無功功率可由容性 負荷輸出的無功功率補償 當前 國內(nèi)外廣泛采用并聯(lián)電容器作為無功補償裝置 這種方法安裝方便 建設(shè) 周期短 造價低 運行維護簡便 自身損耗小 采用并聯(lián)電容器進行無功補償?shù)闹饕饔?1 提高功率因數(shù) 如圖 1 2 所示 圖中 P 有功功率 圖 1 2 無功補償對照圖 S1 補償前的視在功率 S2 補償后的視在功率 Q1 補償前的無功功率 Q2 補償后的無功功率 1 補償前的功率因數(shù)角 2 補償后的功率因數(shù)角 由圖示可以看出 在有功功率 P 一定的前提下 無功功率補償以后 補償量 Qc Q1 Q2 功率因數(shù)角由 1 減小到 2 則 cos 2 cos 1 提高了功率因數(shù) 2 降低輸電線路及變壓器的損耗 三相電路中 功率損耗 P 的計算公式為 P 3 1 9 cos 22 2 kW U RP 式中 P 有功功率 kW U 額定電壓 kV R 線路總電阻 由此可見 當功率因數(shù) cos 提高以后 線路中功率損耗大大下降 3 改善電壓質(zhì)量 35kV 變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 8 線路中電壓損失 U 的計算公式 U 3 1 10 kV U XQRP L 式中 P 有功功率 KW Q 無功功率 Kvar U 額定電壓 KV R 線路總電阻 XL 線路感抗 由上式可見 當線路中 無功功率 Q 減小以后 電壓損失 U 也就減小了 4 提高設(shè)備出力 如圖 3 所示 由于有功功率 P S cos 當供電設(shè)備的視在功率 S 一定時 如 果功率因數(shù) cos 提高 即功率因數(shù)角由 1 到 2 則設(shè)備可以提供的有功功率 P 也 隨之增大到 P P 可見 設(shè)備的有功出力提高了 在本課題中 由前面的車間負荷計算知車間的計算很大 但功率因數(shù)普遍很小 從表中可知 該廠 380V 側(cè)最大負荷時的功率因數(shù)只有 0 77 而提供電部門要求該廠 35KV 進線側(cè)最大負荷時功率因數(shù)不應(yīng)低于 0 90 考慮到主變壓器的無功損耗遠大于有 功功率損耗 因此在變壓器低壓側(cè)補償時 低壓側(cè)補償后的功率因數(shù)應(yīng)稍微高些 取 0 92 相關(guān)的無功功率補償公式如下 無功功率補償裝置容量 QC P3 tan tan 1 11 式中 P30 工廠的有功計算負荷 單位 KW tan 對應(yīng)原來功率因數(shù) COS 的正切 tan 對應(yīng)需補償?shù)焦β室驍?shù)的 COS 正切 補償后總的視在負荷 S 30 P302 Q30 QC 2 0 5 1 12 變壓器有功損耗 PT Pk 2 P0 1 13 式中 P0 變壓器的空載損耗 9 Pk 變壓器的短路損耗 變壓器的負荷率 S30 SN 對于 6 10KV 低損耗配電變壓器 有攻損耗可按下列簡化公式計算 PT 0 015S30 1 14 變壓器無功損耗 QT I0 100 UK 100 2 SN 1 15 式中 I0 變壓器的空載電流百分比 UK 變壓器的短路電壓百分比 對于 6 10KV 低損耗配電變壓器 有攻損耗可按下列簡化公式計算 QT 0 06S 30 1 16 變壓器高壓側(cè)有功功率 P P30 PT 1 17 變壓器高壓側(cè)無功功率 Q Q30 QT 1 18 補償后的有功功率 S P2 Q2 0 5 1 19 因此 380V 側(cè)最大負荷時功率因數(shù)暫取 0 92 來計算 380V 側(cè)所需無功功率補償容 量各車間計算如下 第一車間 QC P30 tan tan 800 tan arccos0 65 tan arccos0 92 592kvar 選 PGJ1 型低壓無功功率自動補償屏 采用其方案 2 主屏 1 臺與方案 4 輔 屏 6 臺相結(jié)合 總共容量 112kvar 7 784kvar 因此無功補償后工廠 380V 側(cè)和 6KV 側(cè) 的負荷計算如表 1 3 所示 35kV 變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 10 表 1 3 NO 1 車間 380V 側(cè)和 6KV 側(cè)的負荷計算表 計算負荷 項目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 380V 側(cè)補償前負荷0 658009361230 81870 1 380V側(cè)無功補償容量784 380V 側(cè)補償后負荷0 98800152814 31237 3 變壓器功率損耗0 0210 45 6KV 側(cè)負荷總計0 98800 021152 4581678 52 第二車間 QC P30 tan tan 429 3 tan arccos0 66 tan arccos0 92 301kvar 選 PGJ1 型低壓無功功率自動補償屏 采用其方案 2 主屏 1 臺與方案 3 輔 屏 3 臺相結(jié)合 總共容量 112kvar 1 84kvar 3 364kvar 因此無功補償后工廠 380V 側(cè)和 6KV 側(cè)的負荷計算如表 1 4 所示 表 1 4 NO 2 車間 380V 側(cè)和 6KV 側(cè)的負荷計算表 計算負荷 項目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 380V 側(cè)補償前負荷0 66429 3484 89647 62984 380V側(cè)無功補償容量364 380V 側(cè)補償后負荷0 96429 3120 89445 97677 64 主變壓器功率損耗0 0120 26 6KV 側(cè)負荷總計0 94429 3121 2447 3043 04 第三車間 QC P30 tan tan 342 9 tan arccos0 44 tan arccos0 92 545 2kvar 選 PGJ1 型低壓無功功率自動補償屏 采用其方案 2 主屏 1 臺與方案 4 輔 屏 4 臺相結(jié)合 總共容量 112kvar 5 560kvar 因此無功補償后工廠 380V 側(cè)和 6KV 側(cè) 的負荷計算如表 1 5 所示 11 表 1 5 NO 3 車間 380V 側(cè)和 6KV 側(cè)的負荷計算表 計算負荷 項目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 380V 側(cè)補償前負荷0 44342 9692 12772 411173 59 380V側(cè)無功補償容量560 380V 側(cè)補償后負荷0 93342 9132 12367 47558 33 主變壓器功率損耗0 0120 26 6KV 側(cè)負荷總計0 93342 91132 38367 9435 41 第四車間 QC P30 tan tan 471 3 tan arccos0 68 tan arccos0 92 301 63kvar 選 PGJ1 型低壓無功功率自動補償屏 采用其方案 2 主屏 1 臺與方案 4 輔 屏 2 臺相結(jié)合 總共容量 112kvar 3 336kvar 因此無功補償后工廠 380V 側(cè)和 6KV 側(cè) 的負荷計算如表 1 6 所示 表 1 6 NO 4 車間 380V 側(cè)和 6KV 側(cè)的負荷計算表 計算負荷 項目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 380V 側(cè)補償前負荷0 68471 3501 44688 161045 58 380V側(cè)無功補償容量336 380V 側(cè)補償后負荷0 94471 3165 4499 48758 9 主變壓器功率損耗0 020 36 6KV 側(cè)負荷總計0 94472 50165 76499 7648 09 第五車間 QC P30 tan tan 253 35 tan arccos0 77 tan arccos0 92 103 87kvar 選 PGJ1 型低壓無功功率自動補償屏 采用其方案 1 主屏 1 臺與方案 3 輔 屏 1 臺相結(jié)合 總共容量 84kvar 2 168kvar 因此無功補償后工廠 380V 側(cè)和 6KV 側(cè) 的負荷計算如表 1 7 所示 表 1 7 NO 5 車間 380V 側(cè)和 6KV 側(cè)的負荷計算表 35kV 變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 12 計算負荷 項目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 380V 側(cè)補償前負荷0 77253 35211 11329 78501 06 380V側(cè)無功補償容量168 380V 側(cè)補償后負荷0 99253 3543 11257390 47 主變壓器功率損耗0 020 24 6KV 側(cè)負荷總計0 98253 3743 35257 424 77 6KV 高壓車間 QC P30 tan tan 2695 5 tan arccos0 74 tan arccos0 92 1320 8kvar 選 PGJ1 型低壓無功功率自動補償屏 采用其方案 2 主屏 1 臺與方案 4 輔屏 11 臺相結(jié)合 總共容量 112kvar 12 1344kvar 因此無功補償后工廠 6KV 側(cè) 的負荷計算如表 1 8 所示 表 1 8 高壓車間 6KV 側(cè)的負荷計算表 計算負荷 項目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 6KV 側(cè)補償前負荷0 742695 52476 41 3660 375561 52 6KV 側(cè)無功補償容量1344 6KV 側(cè)補償后負荷0 922695 51132 412923 71281 34 主變壓器的負荷計算 補償后 P30 P301 P302 P30i 4492 40KVA Q30 Q301 Q302 Q30i 1476Kvar S30 P30 2 Q30 2 1 2 4819 77KVA I30 463 8A Cos 0 93 Tan 0 38 6KV 側(cè)和 35KV 側(cè)的負荷計算如表 1 9 所示 表 1 9 主變壓器 35KV 側(cè)和 6KV 側(cè)的負荷計算表 計算負荷 項目COS P30 KwQ30 KvarS30 KVAI30 A 13 6V 側(cè)補償后負荷0 934492 414764819 77441 7 主變壓器功率損耗0 122 22 35KV 側(cè)負荷總計0 934492 521478 224820 3478 52 此可見 補償后變電低壓側(cè)的無功計算負荷 視在計算負荷和計算電流顯著減小 而功率因數(shù)顯著提高 補償后該變電所主變壓器 T 的容量顯然比補償前的變壓器容量 小得多 同時由于計算電流的減小 使補償點以前系統(tǒng)中各元件上的功率損耗也相應(yīng) 降低 因此不僅降低了變電所的初投資 而且減少了工廠的電費開支 所以進行無功 補償效益是十分可觀的 1 4 2 補償裝置的選擇 作為提高功率因數(shù)的補償裝置有同步補償器和靜電電容器 同步補償器是無功功率的發(fā)電機 它的最大優(yōu)點是可以均勻地調(diào)節(jié)電網(wǎng)的電壓水平 如在日最大負荷時間內(nèi) 當工廠和電網(wǎng)的負荷都較大時 同步補償器在過勵情況下工 作 而在夜間 當電網(wǎng)的無功負荷的需要下降時 補償器可在欠勵情況下工作 但由 于同步補償器的容量越小 其單位 kvar 的造價將越高 即使通亮很大的同步補償器也 遠較靜電補償器昂貴 而且它每發(fā)出 1kvar 的無功功率 較之靜電電容器的功率損失 高達 6 9 倍 容量組成不靈活 安裝條件要高 運行維護也較困難 因此適宜在大電 網(wǎng)和總降壓變電所中應(yīng)用 目前國內(nèi)外在工礦企業(yè)廣泛應(yīng)用的是靜電電容器 在本課題中 我們選用 2 分散補償?shù)姆椒?將電容器組分別安裝在變電所各分路的 出線上 35kV 變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 14 第 2 章 變電所主變壓器的臺數(shù) 容量和型號的確定 2 1 主變壓器臺數(shù)的確定 為保證供電的可靠性 避免一臺主變鼓掌或檢修時影響供電 變電所一般裝設(shè)兩臺 主變壓器 但是一般不超過兩臺變壓器 當只有一個電源或變電所的一級負荷另有備 用電源保證供電時 可裝設(shè)一臺主變壓器 對于大型超高壓樞紐變電所 裝設(shè)兩臺大型變壓器 當一臺發(fā)生鼓掌時 要切斷 大量負荷是很困難的 因此 對大型樞紐變電所 根據(jù)工程具體情況 應(yīng)安裝 2 4 臺 主變壓器 這種裝設(shè)方法可以提高變電所的供電可靠性 變壓器的單臺通亮以及安裝 的總?cè)萘拷杂兴?jié)約 且可根據(jù)負荷的實際增長的進程 分期逐漸裝設(shè)變壓器 而不 致積壓資金 當變電所裝設(shè)兩臺或者兩臺以上的主變時 對于有重要負荷的變電所 應(yīng)考慮當 一臺主變壓器停止運行時 其余變壓器的容量 在計及過負荷能力的允許時間內(nèi) 應(yīng) 保證擁護的一級負荷和二級負荷 對于一般性的變電所 當一臺主變壓器停運時 其 余變壓器容量應(yīng)能保證全部負荷的 70 80 在本課題中 因為其有兩路電源供電 且 不屬于樞紐變電所 其供電負荷為 2 級負荷 所以選用兩臺主變壓器 15 2 2 變壓器型式的選用 1 變電所的主變壓器一般采用三相變壓器 如因制造和運輸條件限制 在 220KV 的 樞紐變電所中 一般采用單相變壓器組 當裝設(shè)彝族單相變壓器時 應(yīng)考慮裝設(shè) 備用相 當主變壓器超過一組 且各組容量滿足全部負荷的 75 要求時 可不裝備 用相 2 變電所的主變壓器在系統(tǒng)有調(diào)壓要求時 一般采用有載調(diào)壓變壓器 有載調(diào)壓變 壓器可以帶負載調(diào)壓 有利于變電所的經(jīng)濟運行 因此 在新設(shè)計的變電所中 一般采用這種型式的變壓器 3 與兩個中性點直接接地系統(tǒng)連接的變壓器 除低壓負荷較大與中高壓潮流不定情 況外 一般采用自藕變壓器 但仍需做技術(shù)經(jīng)濟比較 在本課題中 主網(wǎng)電壓為 35KV 中壓網(wǎng)絡(luò)為 6 10KV 為利于變壓器的經(jīng)濟運行 故選用 S9 系列雙繞組無勵磁調(diào)壓電力變壓器 這種變壓器鐵心采用了拉板 壓圈結(jié)構(gòu) 高 低壓線圈為連續(xù)式 通過 CAD 優(yōu)化設(shè)計 合理布置分接位置 把機械力降到最小 限度 在線圈散熱方面采取了擋油紙圈 油流導向型 充分利用油流把熱量帶走 該 系列產(chǎn)品損耗 溫升特別低 過載能力 抗短路機械力能力特別強 2 3 主變壓器容量的選擇 1 為了正確地選出變壓器額定容量 要繪制變電所的年及日負荷曲線 并從該曲線 得出變電所的年及日最高負荷平均負荷 2 主變?nèi)萘康拇_定應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng) 5 10 年的發(fā)展規(guī)劃進行選擇 因此 為了確定合 理的變壓器容量 必須盡可能把 5 10 負荷發(fā)展規(guī)劃做的好 這是最根本的 3 對有兩臺變壓器的變電所 變壓器的額定容量可按下式確定為 Se 0 7PM 即按 70 的全部負荷選擇 因此變電所的總安裝容量為 se 2 0 7PM 1 4PM 當一臺變壓器停運時 可保證對 70 負荷供電 考慮變壓器的事故過負荷能力為 40 則可保證 98 負荷供電 35kV 變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 16 第 3 章 變電所主接線方案的確定 3 1 變電所主接線的選擇依據(jù) 2 3 1 1 變電所在系統(tǒng)中所處的位置和作用 電力系統(tǒng)中的樞紐變電所 匯聚多個大電源 進行系統(tǒng)功率交換 電壓高 容量 大 地位重要 地區(qū)性重要變電所 一般也有較高電壓 220KV 以上 處于多個一般 變電所的配電中心 地位也比較重要 終端變電所和分支變電所 電壓大部分在 110KV 以下 這類變電所多直接向用戶供電 沒有功率交換的任務(wù) 3 1 2 負荷大小和重要性 1 對于一級負荷必需有兩個獨立電源供電 且當任何一個電源失去后 能保證全部 一級負荷不間斷供電 2 對于二級負荷一般要有兩個獨立電源供電 且當任何一個電源失去后 能保證全 部一級負荷不間斷供電 17 3 對于三級負荷一般只需要一個電源供電 3 1 3 系統(tǒng)專業(yè)對電氣主接線提供的具體資料 1 出線的電壓等級 回路數(shù) 出線方向 每回路輸送容量和導線截面等 2 主變壓器的臺數(shù) 容量和形式 變壓器的主要參數(shù)及各種運行方式下通過變壓器 的功率潮流 各級電壓母線的電壓波動值和諧波含量值 3 無功補償方式 形式 數(shù)量 容量和運行方式的要求 4 系統(tǒng)的短路容量和換算的電抗值 5 變壓器中性點的接地方式和接地點的選擇 6 系統(tǒng)內(nèi)過電壓數(shù)值及限制內(nèi)過電壓措施 7 可靠性的特殊要求 8 變電所與系統(tǒng)的連接方式以及推薦的初期和最終的主接線方案 3 2 主接線選擇的基本要求 2 1 可靠性 主接線的可靠性很大程度上取決于設(shè)備的可靠程度 以及包括一次部分和相應(yīng)組 成的二次部分在運行中可靠性的綜合 2 靈活性 主接線應(yīng)滿足調(diào)度 檢修及擴建時保證供電可靠性的條件 3 經(jīng)濟性 在滿足可靠性 靈活性要求的前提下作到經(jīng)濟合理 做到投資省 占地少 電能 損失少 3 3 典型接線方式及應(yīng)用范圍 2 1 單母線接線 這種接線的主要特點是整個配電裝置只是一組母線 所以電源和出線都接在同一 母線上 這種接線適用于下述配電裝置中 1 6 10KV 配電裝置不超過 5 回時 35kV 變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 18 2 35 60KV 配電裝置的出線回數(shù)不超過 3 回時 3 110 220KV 配電裝置出線回數(shù)不超過 2 回時 2 單母線分段接線 當出線回路增多時 單母線供電不夠可靠 需用斷路器將母線分段 形成單母線 分段接線 其適用于下列配電裝置中 1 6 10KV 配電裝置的出線回數(shù)為 6 回及以上時 2 35 60KV 配電裝置的出線回數(shù)為 4 8 回時 3 110 220KV 配電裝置出線回數(shù)為 4 回時 3 雙母線及其分段 為了避免單母線分段接線 但母線或者母線隔離開關(guān)故障或檢修時 連接在該母 線上的回路數(shù)都要在檢修期間長時間的停電 而將單母線分段接線發(fā)展成雙母線 這 種接線 每一回都通過一臺斷路器和兩組隔離開關(guān)連接到兩組母線上 母線 1 2 都是 工作母線 A 雙母線的優(yōu)點 1 可以輪流檢修母線而不致中斷供電 只需將要檢修的那一組母線上的所有元 件 倒閘操作到另一組母線上 2 檢修任一回路隔離開關(guān)時 只停該回路 母線故障后 可迅速恢復供電 3 調(diào)度靈活 各電源和各負荷回路可以任意分配到某一組母線上 有利于擴建和便于實驗 B 適用范圍 我國各級電壓配電裝置采用雙母線的具體條件如下 1 出線帶電抗器的 6 10KV 配電裝置 2 35 60KV 配電裝置當出線回數(shù)超過 8 回時 或連接電源較多 負荷較大時 可采 用 雙母線 3 110 220KV 配電裝置當出線回數(shù)超過 5 回時 一般采用雙母線 C 分段雙母線的應(yīng)用范圍 1 當配電裝置的進線和出線總數(shù)為 12 16 回時 在一組母線上設(shè)置分段斷路器 19 2 當配電裝置的進 出線總數(shù)達到 17 回以上時 在兩組母線上設(shè)置分段斷路器 4 增設(shè)旁路母線 為了保證采用單母線分段或雙母線的配電裝置在進出線斷路器檢修時 不中斷對 用戶的供電 可增設(shè)旁路母線或旁路隔離開關(guān) 旁路母線的接線有專用旁路斷路器和 分段斷路器兼作旁路斷路器等三種形式 當然 不設(shè)專用旁路器 可以節(jié)約專用旁路 斷路器和配電裝置間隔 但是 勢必增加進出線回路和母線隔離開關(guān)的操作 破壞了 雙母線固定連接的正常運行方式 配電裝置中的旁路設(shè)施或?qū)Ｓ玫呐月窋嗦菲?應(yīng)按下列條件設(shè)置 1 采用分段單母線或雙母線的 110 220KV 配電裝置中 除斷路器允許停電檢 修外 一般設(shè)置旁路設(shè)施 當有旁路母線時 應(yīng)首先采用以分段斷路器或母聯(lián)斷路器 兼作旁路斷路器的接線 當 220KV 出線為 4 回及以上或 110KV 出線為 6 6 回以上時 也 可裝設(shè)專用旁路斷路器 2 35 60KV 配電裝置中 一般不設(shè)旁路母線 如線路斷路器不允許停電檢修 可設(shè)置其旁路設(shè)施 3 當?shù)貐^(qū)電力網(wǎng)或用戶不允許停電檢修線路斷路器時 采用單母線或分段單 母線的 6 10KV 配電裝置中 可設(shè)置旁路母線 5 變壓器 線路接線及橋式接線 變壓器 線路接線是最簡單的接線 當有兩個變壓器 線路接線橋的回路時 在 其中間加上一連橋 則成為橋形接線 橋形接線中 4 個回路只有 3 臺斷路器 是需用斷路器較少的一種方式 但是其 靈活性和可靠性較差 只能用于小型變電所和發(fā)電廠 按連接橋斷路器的位置 可分 為內(nèi)橋和外橋兩種接線 內(nèi)橋接線 內(nèi)橋的特點是 連接橋斷路器接在線路斷路器的內(nèi)側(cè) 因此 線路的投入和切除 比較方便 當線路發(fā)生故障時 僅線路斷路器短開 不影響其他回路運行 但是當變 壓器發(fā)生故障時 該臺變壓器相連的兩臺斷路器都斷開 從而影響了一回未發(fā)生故障 線路的運行 由于變壓器是少故障元件 一般不經(jīng)常切換 因此 系統(tǒng)中應(yīng)用內(nèi)橋接 線較多 以利于線路的運行和操作 35kV 變電所及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計 20 外橋接線 外橋接線的特點是連接橋斷路器接在線路短路器的外側(cè) 當短路發(fā)生故障時 需 動作與之相連的兩臺斷路器 從而影響一臺未發(fā)生故障的變壓器運行 因此 外橋接 線只能用于線路短 檢修和故障少的線路中 此外 當電網(wǎng)有穿越性功率經(jīng)過變電所 時 也采用外橋接線 本課題中 降壓變電所由 2 路 35KV 電源供電 且該變電所出線回數(shù)為 8 回 所以 本課題選用雙回進線 雙變壓器二次側(cè)斷路器合運行的方法 6KV 側(cè)母線采用單母線分 段接線 單母線可以采用斷路器分段 供電系統(tǒng)在實際設(shè)計中一般都在總降壓變壓器 的一次側(cè)和二次側(cè)設(shè)有隔離開關(guān) 斷路器 電流互感器和電壓互感器 當總降壓變壓 器的一次側(cè)附有電流互感器時 則可裝設(shè)三只電流表 通過電流表監(jiān)測負荷是否均勻 并可判斷某一相線是否缺相要求在 35KV 電源側(cè)進行電能測量 所以要裝設(shè)電度表 功 率表和功率因數(shù)表 以便對其電能 功率因數(shù)進行測量和補償 這時必須在總降壓變 壓器的一次側(cè)附設(shè)電壓互感器和電流互感器 在總降壓變電所供電引向各車間變電所時 在總降壓變電所或配電所的高壓開關(guān) 柜內(nèi) 僅裝設(shè)電流表和電度表即可 電流表可裝一只 電度表裝一只 如果有必要可 裝設(shè)計量無功電能的儀表和有功電度表 第 4 章 短路計算和開關(guān)設(shè)備的選擇 4 1 短路計算 所謂短路 就是供電系統(tǒng)中一相或多相載流導體接地或相互接觸并產(chǎn)生超出規(guī)定 值的大電流 造成短路的主要原因 是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞 誤操作 雷擊或過電壓 擊穿等 由于誤操作產(chǎn)生的故障約占全部故障的 70 短路電流數(shù)值通常是工作電流值 的十幾倍或幾十倍 它通過電氣設(shè)備時 設(shè)備溫度急劇上升 過熱會使絕緣自然老化 或損害 同時產(chǎn)生大的電動力 使設(shè)備的載流部分變形損壞 同時短路電流會在線上 產(chǎn)生很大的壓降 離短路點越近的母線 電壓下降越厲害 從而影響與母線連接的電 動機或其他的設(shè)備的正常的運行 另外 由于設(shè)備本身不合格 絕緣強度不夠而被正 常電壓擊穿 或設(shè)備絕緣正常而被過電壓擊穿 或者是設(shè)備絕緣受外力損傷而造成短 路 工作人員由于未遵守安全操作規(guī)則而發(fā)生誤操作 也可造成短路 供電系統(tǒng)要求正常的不斷的可靠供電 以保證工廠生產(chǎn)和生活的正常進行 但是 21 供電系統(tǒng)的正常運行常常因為發(fā)生短路而受到破壞 所以 我們一定要避免電力系統(tǒng) 短路以免造成重大的損害 在選用設(shè)備時要考慮它們對短路電流的穩(wěn)定性 由此可見 短路的后果是非常嚴重的 因此必須盡力設(shè)法消除可能引起短路的一切因素 同時需 要進行短路計算 目的就是為了正確的選擇電氣設(shè)備 使設(shè)備具有足夠的動穩(wěn)定性和 熱穩(wěn)定性 以保證在發(fā)生可能有的最大短路電流時不致?lián)p壞 為了切除短路故障的開 關(guān)電器 整定短路保護的繼電器保護裝置和選擇限制短路電流的元件 如電抗器 等 也需要計算短路電流 供電系統(tǒng)中短路的類型與其電源的中性點是否接地有關(guān) 可分為三相短路 兩相 短路 單相短路和兩相接地短路 為了選折和校驗電氣設(shè)備 載流導體和整定供電系 統(tǒng)的繼電保護裝置 所以要計算三相短路電流 在校驗繼電保護裝置的靈敏度是要計 算不對稱短路的短路電流值 校驗電氣設(shè)備及載流導體的力穩(wěn)定和熱穩(wěn)定 要用到短 路沖擊電流 穩(wěn)態(tài)短路電流 短路容量 但對瞬時動作的低壓自動空氣開關(guān) 則需要 用沖擊電流有效值來進行起動穩(wěn)定性 供電系統(tǒng)的短路電流的大小與系統(tǒng)運行的方式有關(guān) 系統(tǒng)的運行方式可以分為最 大和最小運行方式 最大運行方式下發(fā)電機組投入多 雙回輸電線路及并聯(lián)變壓器均 全部運行 此時 整個系統(tǒng)短路阻抗最小 短路電流最大 如