完整版工廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、工廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)1高壓供電線路設(shè)計(jì)1.1配電室選址一、配電所的設(shè)計(jì)要求：1、供電可靠,技術(shù)先進(jìn),保證人身平安,經(jīng)濟(jì)合理,維修方便.2、根據(jù)工程特點(diǎn),規(guī)模和開展規(guī)劃,以近期為主,適當(dāng)考慮開展,正確處 理近期建設(shè)和原期開展的關(guān)系,進(jìn)行遠(yuǎn)近結(jié)合.3、結(jié)合負(fù)荷性質(zhì),用電容量,工程特點(diǎn),所址環(huán)境,地區(qū)供電條件和節(jié)約 電能等因素,并征求建設(shè)單位的意見,綜合考慮,合理確定設(shè)計(jì)方案.4、變配電所采用的設(shè)備和元件,應(yīng)符合國家或行業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),并優(yōu) 先選用技術(shù)先進(jìn),經(jīng)濟(jì)適用和節(jié)能的成套設(shè)備及定型產(chǎn)品.5、地震根本強(qiáng)度為7度及以上的地區(qū),變配電所的設(shè)計(jì)和電氣設(shè)備的安裝 應(yīng)采取必要的抗震舉措.二、變配電所選址：

2、變配電所地址選擇應(yīng)根據(jù)以下要求綜合考慮確定：1、接近負(fù)荷中央；2、接近電源側(cè)：3、進(jìn)出線方便：4、運(yùn)輸設(shè)備方便；5、不應(yīng)設(shè)在有劇烈震動(dòng)或高溫的地方；6、不宜設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場(chǎng)所:7、不應(yīng)設(shè)在廁所,浴室或其他經(jīng)常積水場(chǎng)所的正下方,也不宜與上述場(chǎng)所相貼鄰：8、不應(yīng)設(shè)在地勢(shì)低洼和可能積水的場(chǎng)所：9、不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險(xiǎn)的區(qū)域里：10、不宜設(shè)在有火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域的正上方或正下方.L2負(fù)荷等級(jí)的劃分一、符合以下情況之一時(shí),應(yīng)為一級(jí)負(fù)荷：1、中斷供電將造成人身傷亡時(shí).2、中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失時(shí).例如:重大設(shè)備損壞、重大 產(chǎn)品報(bào)廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報(bào)廢、國民經(jīng)濟(jì)中重點(diǎn)企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)

3、過 程被打亂需要長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)等.3、中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟(jì)意義的用電單位的正常工作.例如:重 要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場(chǎng)館、經(jīng)常用于國際活動(dòng)的大 量人員集中的公共場(chǎng)所等用電單位中的重要電力負(fù)荷.在一級(jí)負(fù)荷中,當(dāng)中斷供 電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷,以及特別重要場(chǎng)所的不允許中斷供電 的負(fù)荷,應(yīng)視為特別重要的負(fù)荷.二、符合以下情況之一時(shí),應(yīng)為二級(jí)負(fù)荷：1、中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失時(shí).例如:主要設(shè)備損壞、大量 產(chǎn)品報(bào)廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)、重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)等.2、中斷供電將影響重要用電單位的正常作.例如:交通樞紐、通信樞紐等 用電單

4、位中的重要電力負(fù)荷,以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場(chǎng)等較多人員集中的重要的公共場(chǎng)所秩序混亂.不屬于一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷者應(yīng)為三級(jí)負(fù)荷.根據(jù)廠的生產(chǎn)特性,并考慮中斷供電對(duì)其所產(chǎn)生的影響情況,故將本廠的 用電負(fù)荷劃分為二級(jí)負(fù)荷.1.3對(duì)接線方案的選擇一、主接線方案設(shè)計(jì)原那么與要求變電所的主接線,應(yīng)根據(jù)變電所在供電系統(tǒng)中的地位、進(jìn)出線回路數(shù)、設(shè)備 特點(diǎn)及負(fù)荷性質(zhì)等條件確定,并應(yīng)滿足平安、可靠、靈活和經(jīng)濟(jì)等要求.1、平安應(yīng)符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求,能充分保證人身和設(shè)備的 平安.2、可靠應(yīng)滿足電力負(fù)荷特別是其中一、二級(jí)負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求.3、靈活應(yīng)能必要的各種運(yùn)行方式,便于切換操作和檢修,且

5、適應(yīng)負(fù)荷的發(fā) 展.4、經(jīng)濟(jì)在滿足上述要求的前提下,盡量使主接線簡(jiǎn)單,投資少,運(yùn)行費(fèi) 用低,并節(jié)約電能和有色金屬消耗量.二、常見主接線方案1、只裝有一臺(tái)主變壓器的變電所主接線方案只裝有一臺(tái)主變壓器的變電所,其高壓側(cè)一般采用無母線的接線,根據(jù)高壓 側(cè)采用的開關(guān)電器不同,有三種比較典型的主接線方案：1高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-熔斷器或戶外跌開式熔斷器的主接線方案：2高壓側(cè)采用負(fù)荷開關(guān)-熔斷器或負(fù)荷型跌開式熔斷器的主接線方案；3高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-斷路器的主接線方案.2、裝有兩臺(tái)生變壓器的變電所主接線方案裝有兩臺(tái)主變壓器的變電所的典型主接線方案有：1高壓無母線、低壓?jiǎn)文妇€分段的主接線方案；2高壓采用單母線、

6、低壓?jiǎn)文妇€分段的主接線方案；3上下壓側(cè)均為單母線分段的主接線方案.三、主接線方案確定1、10kV側(cè)主接線方案的擬定由工廠負(fù)荷計(jì)算表見附錄三可知,高壓側(cè)進(jìn)線有一條10kV的公用電源 干線,為滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求,乂采用與附近單位連接高壓聯(lián)絡(luò)線的方式取 得備用電源,因此,變電所高壓側(cè)有兩條電源進(jìn)線,一條工作,一條備用,同時(shí) 為保證供電的可靠性和對(duì)擴(kuò)建的適應(yīng)性所以10kV側(cè)可采用單母線或單母線分段 的方案.2、380V側(cè)主接線方案的擬定由原始資料可知,工廠用電部門較多,為保證供電的可靠性和靈活性可采用 單母線或單母線分段接線的方案,對(duì)電能進(jìn)行聚集,使每一個(gè)用電部門都可以方 便地獲得電能.3、方案確

7、定根據(jù)前面章節(jié)的計(jì)算,假設(shè)主變采用一臺(tái)SU型變壓器時(shí),總進(jìn)線為兩路.為 提升供電系統(tǒng)的可靠性,高壓側(cè)采用單母線分段形式,低壓側(cè)采用單母線形式, 其系統(tǒng)圖見圖lo假設(shè)主變采用兩臺(tái)S11型變壓器時(shí),總進(jìn)線為兩路,為提升供電系統(tǒng)的可靠性, 高壓側(cè)采用單母線分段形式,兩臺(tái)變壓器在正常情況下分裂運(yùn)行,當(dāng)其中任意一 臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)另一臺(tái)作為備用,當(dāng)總進(jìn)線中的任一回路出現(xiàn)故障時(shí)兩臺(tái)變壓器并 列運(yùn)行.低壓側(cè)采用也單母線分段形式,其系統(tǒng)圖見圖2.低壓母線圖1采用一臺(tái)主變時(shí)的系統(tǒng)圖海壓母戰(zhàn)宓壓母線圖2采用兩臺(tái)主變時(shí)的系統(tǒng)圖比較工程裝設(shè)一臺(tái)主變的方案裝設(shè)兩臺(tái)主變的方案技 術(shù) 指 標(biāo)供電平安性滿足要求滿足要求供電可靠性

8、根本滿足要求滿足要求供電質(zhì)量由于一臺(tái)主變,電壓損耗略大由于兩臺(tái)主變并列,電壓損耗略小靈活方便性只有一臺(tái)主變,靈活性不好由于有兩臺(tái)主變,靈活性較好擴(kuò)建適應(yīng)性差一些更好經(jīng)濟(jì)指標(biāo)電力變壓器的綜合投資額按單臺(tái)22. 598萬元計(jì),綜合投資為 2X22. 598=45. 196 萬元按單臺(tái)15. 217萬元計(jì),綜合投資為 4X15. 217=60. 868 萬元高壓開關(guān)柜(含 計(jì)量柜)的綜合 投資額按每臺(tái)4. 2萬元計(jì),綜合投資約為5X1.5X4. 2=31. 5 萬元6臺(tái)GG-IA(F)型柜綜合投資約為 6X1. 5X4. 2二37. 8 萬元電力變壓器和高壓開關(guān)柜的年運(yùn)行費(fèi)主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維

9、修治理費(fèi)約7萬元主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修治理費(fèi)約10萬元交供電部門的 一次性供電貼 費(fèi)按800元/kVA計(jì),貼費(fèi)為1600X0. 08萬元;128萬元貼費(fèi)為 2X1000X0.08=160 萬元表1上表1是兩種主接線方案的比較,從上表可以看出,按技術(shù)指標(biāo),裝設(shè)兩臺(tái)主變的主接線方案優(yōu)于裝設(shè)一臺(tái)主變的方案.從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來看,裝設(shè)一臺(tái)主變 的方案優(yōu)于裝設(shè)兩臺(tái)主變的方案.由于集中負(fù)荷較大,已經(jīng)大1250kVA,低壓側(cè) 出線回路數(shù)較多,且有一定量的二級(jí)負(fù)荷,考慮今后增容擴(kuò)建的適應(yīng)性,從技 術(shù)指標(biāo)考慮,采用于裝設(shè)兩臺(tái)主變的方案.1.4配電柜選擇對(duì)于配電柜選擇的選擇,應(yīng)滿足以下要求：一、高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)應(yīng)

10、保證工作人員的平安和便于運(yùn)行、維護(hù)、檢查、檢 修和試驗(yàn).二、高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,以保證在操作一次設(shè)備時(shí),二 次設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生永久性變形和影響性能的彈性變形.三、開關(guān)柜內(nèi)必須有工作位置、試驗(yàn)位置、以保證手車處于以上位置時(shí),不 能隨意移動(dòng).四、開關(guān)柜內(nèi)手車的推進(jìn)與拉出應(yīng)靈活方便,不產(chǎn)生沖擊力,相同規(guī)格的手 車應(yīng)具有互換性.五、沿所有開關(guān)柜整個(gè)長(zhǎng)度延伸方向應(yīng)設(shè)有專用的接地導(dǎo)體.六、“五防聯(lián)鎖要求：斷路器手下.只能在試驗(yàn)或工作位置時(shí),斷路器才能進(jìn)行合、分闡操作. 當(dāng)接地開關(guān)處于分閘狀態(tài)時(shí),手車才能從試驗(yàn)或斷開位置移到工作位置. 手乍處于工作位置時(shí),接地開關(guān)操作軸被鎖定,接地開關(guān)不能合閘.

11、 當(dāng)斷路器處于合閘狀態(tài)時(shí),絲桿被鎖定,不能移動(dòng)手車. 只有當(dāng)接地開關(guān)合上,電纜室門才能翻開檢修電纜. 斷路器在工作位置,二次插頭不能撥下.七、二次回路導(dǎo)線應(yīng)有足夠的截面,從而不致影響互感器準(zhǔn)確度,應(yīng)使用銅 導(dǎo)線,其截面電流回路采用不小于2. 5mm,電壓回路不小于1.5 mm二八、開關(guān)柜電纜室門要求做成帶絞鏈,并與斷路器聯(lián)鎖,滿足五防功能.九、電流互感器的安裝要求便于拆裝和做試驗(yàn).十、高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)必須是中置式開關(guān)柜,斷路器室下部必須是一個(gè)獨(dú)立 小室,中間加隔板完全分開.對(duì)于原有系統(tǒng),采用的是固定式開關(guān)柜,柜內(nèi)繼電保護(hù)主要是電磁式繼電器, 操作復(fù)雜,穩(wěn)定性差,制約生產(chǎn)因素多,屬丁落后產(chǎn)品,且

12、防護(hù)等級(jí)已經(jīng)達(dá)不到 現(xiàn)有要求,不能滿足現(xiàn)有生產(chǎn)的需要.綜合比較現(xiàn)有的多種配電柜,研究其各H 的特點(diǎn),最終采用了 KYN系列開關(guān)柜,此柜采用中置式結(jié)構(gòu),節(jié)約了斷路器室約 50%的空間,更有利于電纜的安裝,且技術(shù)含量高,容量大,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,牢 固,外型美觀,平安可靠,防護(hù)等級(jí)高,維修量小等特點(diǎn),還可以與微機(jī)接口, 實(shí)現(xiàn)配電站的H動(dòng)化.2無功補(bǔ)償工廠供配電系統(tǒng)中,功率因數(shù)的上下是衡量一個(gè)工廠電能質(zhì)量的重要指標(biāo), 功率因數(shù)偏低就意味著系統(tǒng)中無功電源缺乏,會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓降低而造成電能損 耗增加,用電效率降低,限制了供電線路的送電水平.供電部門一般要求工廠的 月平均功率因素到達(dá)0.9以上,當(dāng)企業(yè)的自然總

13、平均功率因數(shù)較低,單靠提升用 電設(shè)備的自然功率達(dá)不到要求時(shí),應(yīng)采用必要的無功功率補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)一步提升工 廠的功率因數(shù).本工廠中,采用電力電容器進(jìn)行無功功率補(bǔ)償.補(bǔ)償方式有兩類：一、高壓集中補(bǔ)償高壓集中補(bǔ)償是將并聯(lián)電容器集中裝設(shè)在高壓配電所的高壓母線上,這種補(bǔ) 償方式只能補(bǔ)償高壓母線前邊所有線路上的無功功率,而高壓母線后面的無功功 率得不到補(bǔ)償,這種補(bǔ)償方式只適合于大中型企業(yè).二、低壓集中補(bǔ)償?shù)蛪杭醒a(bǔ)償將并聯(lián)電容器裝設(shè)在變電所的低壓母線上,一般負(fù)荷較集中的 小型企業(yè)用此補(bǔ)償方式比較經(jīng)濟(jì).并聯(lián)電容器量2確實(shí)定如下公式所示：匕axjl/c.陽 T - Jl/co與-1 <Qct < 心&

14、#163;l/co陽-1 - Jl/cos*3-l1公式中：匕設(shè)一總平均最大功率kW；cos%最大使用時(shí)平均功率因數(shù)：COSQ, COSQ 一目標(biāo)功率因數(shù),取0. 97、0.98.三、低壓分散補(bǔ)償?shù)蛪悍稚⒀a(bǔ)償是將并聯(lián)電容器分散地裝設(shè)在各個(gè)用電負(fù)荷的附近.這種補(bǔ)償 范圍大,不僅能減少高壓線路上的無功功率同時(shí)也減少了低壓線路中的無功功率, 減少了電氣設(shè)備的容量和各導(dǎo)線的截面,降低了電能的損耗.這種方式用在負(fù)荷 比較分散,補(bǔ)償容量小的企業(yè)比較適宜.補(bǔ)償容量.計(jì)算如下公式所示：0 ' =匕火.1 -氏外=* 火/-次外=QqR2/=爾/一次火公式中：長(zhǎng)名補(bǔ)償前企業(yè)自然平均功率角的正切值：依外一

15、補(bǔ)償后企業(yè)功率因數(shù)角的正切值；.一年平均有功負(fù)荷系數(shù),一般取0.70.75：以一無功功率補(bǔ)償率,kvar/kW根據(jù)實(shí)際情況,考慮到本工廠負(fù)荷多為高壓供電,故采用高壓集中補(bǔ)償?shù)姆?式進(jìn)行補(bǔ)償.由于本廠配備的用電設(shè)備大多屬于電動(dòng)機(jī),故需要補(bǔ)償?shù)娜萘勘容^ 小,采用的是電容器自動(dòng)投補(bǔ)的方式.3高壓側(cè)短路電流,短路容量確實(shí)定進(jìn)行短路電流計(jì)算,首先要繪制計(jì)算電路圖.在計(jì)算電路圖上,將短路計(jì)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(hào),然后確定短路計(jì) 算點(diǎn).短路計(jì)算點(diǎn)要選擇得使需要進(jìn)行短路校驗(yàn)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(jì)算點(diǎn)繪出等效電路圖,并計(jì)算出電路中各主要元

16、件 的阻抗.在等效電路圖上,只需將被計(jì)算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示 出來,并標(biāo)明其序號(hào)和阻抗值,然后將等效電路化簡(jiǎn).對(duì)于工廠供電系統(tǒng)來說, 由于將電力系統(tǒng)當(dāng)作無限大容量電源,而且短路電路也比較簡(jiǎn)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(jiǎn),求出其等效總阻抗.最后計(jì)算短路電 流和短路容量.短路電流計(jì)算的方法,常用的有歐姆法乂稱有名單位制法,因其短路計(jì)算 中的阻抗都采用有名單位“歐姆而得名和標(biāo)幺制法乂稱相對(duì)單位制法,因 其短路計(jì)算中的有關(guān)物理量采用標(biāo)幺值即相對(duì)單位而得名.本設(shè)計(jì)采用標(biāo)幺制法計(jì)算一、標(biāo)幺制法計(jì)算步驟和方法1、繪計(jì)算電路圖,選擇短路計(jì)算點(diǎn).計(jì)算電路圖上應(yīng)將短路計(jì)算中需

17、計(jì)入 的所以電路元件的額定參數(shù)都表示出來,并將各個(gè)元件依次編號(hào).2、設(shè)定基準(zhǔn)容量力和基準(zhǔn)電壓U,計(jì)算短路點(diǎn)基準(zhǔn)電流二.一般設(shè)Sd =1OOMVA,設(shè)L=Uc 短路計(jì)算電壓.短路基準(zhǔn)電流按下式計(jì)算：. SdJ &d3、計(jì)算短路回路中各主要元件的阻抗標(biāo)幺值.一般只計(jì)算電抗.電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值x； = &4式中：S“一一電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量單位為MVA.電力線路的電抗標(biāo)幺值X：L = X0l 條q式中uf-線路所在電網(wǎng)的短路計(jì)算電壓(單位為kV).電力變壓器的電抗標(biāo)幺值x_Uk%Sd100 SN式中：U,%一一變壓器的短路電壓(阻抗電壓)百分值：Sn 一變壓器的額定容量(單

18、位為kVA,計(jì)算時(shí)化為與Sd同單位).4、繪短路回路等效電路,并計(jì)算總阻抗.用標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算時(shí),無 論有幾個(gè)短路計(jì)算點(diǎn),其短路等效電路只有一個(gè).5、計(jì)算短路電流.分別對(duì)短路計(jì)算點(diǎn)計(jì)算其各種短路電流：三相短路電流 周期分量人、短路次暫態(tài)短路電流廠、短路穩(wěn)態(tài)電流心、短路沖擊電流 ",及短路后第一個(gè)周期的短路全電流有效值(乂稱短路沖擊電流有效值).小=,E在無限大容量系統(tǒng)中,存在以下關(guān)系：八力二/尸二/戶(8)高壓電路的短路沖擊電流及其有效值按以下公式近似計(jì)算：i=2.55/P)(9)晨=1.51 八(10)低壓電路的短路沖擊電流及其有效值按以下公式近似計(jì)算：i二i.84/* (11

19、)(12)6、計(jì)算短路容量(3-13)(1)8系統(tǒng)500MVA &) kl f/-zLGJ-150.8kinS9-100010.5kV0.4kV圖3并列運(yùn)行時(shí)短路計(jì)算電路二、兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行計(jì)算由以上公式進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算過程此處略三、兩臺(tái)變壓器分裂運(yùn)行計(jì)算由以上公式進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算過程此處略四、短路電流計(jì)算結(jié)果短路電流計(jì)算結(jié)果見表1、表2：表1并列運(yùn)行時(shí)短路電流計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/kA三相短路容量/MVA/產(chǎn)八3)*shs9K11.961.961.965.02. 9635. 7K219. 719. 719. 736. 2521.4717K319. 719. 719. 736.

20、 2521. 4717表2并列運(yùn)行時(shí)短路電流計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/kA三相短路容量/MVA八?<(3)° kK11.961.961.965.02. 9635.7K225.825.825.852.531. 119.8比較變壓器并列和分裂運(yùn)行兩種情況下的短路計(jì)算,可得出分裂運(yùn)行時(shí)的低 壓側(cè)短路電流較并列運(yùn)行時(shí)有明顯減小,因此為降低短路電流水平,所設(shè)計(jì)變 電站通常情況下應(yīng)分裂運(yùn)行.4設(shè)備的選擇與校驗(yàn)供配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線及電氣設(shè)備包括電力變壓器,上下壓開關(guān)電器,互感器 等,均需要依據(jù)正常工作條件,環(huán)境條件及安裝條件進(jìn)行選擇,局部設(shè)備還需要 依據(jù)故障情況進(jìn)行短路電流的動(dòng)穩(wěn)定度,熱

21、穩(wěn)定度校驗(yàn),在保證供配電系統(tǒng)平安 可靠工作的前提下,力爭(zhēng)做到運(yùn)行維護(hù)方便,技術(shù)先進(jìn),投資經(jīng)濟(jì)合理.供配電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備按正常工作條件進(jìn)行選擇,就是要考慮電氣設(shè)備裝 設(shè)的環(huán)境條件和電氣要求：環(huán)境條件是指電氣設(shè)備所處的位置戶內(nèi)或戶外,環(huán) 境溫度,海拔高度以及有無防塵,防腐,防火,防爆等要求；電氣要求是指電氣 設(shè)備對(duì)電壓,電流,頻率等方面的要求；對(duì)開關(guān)電器及保護(hù)用設(shè)備,如開關(guān),熔 斷器等,還應(yīng)考慮其斷流水平.電氣設(shè)備短路情況進(jìn)行校驗(yàn),就是要按最大可能的短路故障通常為三相短 路故障時(shí)的動(dòng),熱穩(wěn)定度進(jìn)行校驗(yàn).但熔斷器和有熔斷保護(hù)的電器和導(dǎo)體如電 壓互感器等,以及架空線路,一般不必考慮動(dòng)穩(wěn)定度,熱穩(wěn)定度

22、的校驗(yàn),對(duì)電 纜,也不必進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度的校驗(yàn).在供配電系統(tǒng)中盡管各種電氣設(shè)備的作用不一樣,但選擇的要求和條件有諸 多是相同的.為保證設(shè)備平安,可靠的運(yùn)行,各種設(shè)備均應(yīng)按正常工作條件下的 額定電壓和額定電流選擇,并按短路故障條件校驗(yàn)其動(dòng)穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度.4.1 一次設(shè)備選擇與校驗(yàn)的條件為了保證一次設(shè)備平安可靠地運(yùn)行,必須按以下條件選擇和校驗(yàn)：一、按正常工作條件,包括電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇.二、按短路條件,包括動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定來校驗(yàn).三、考慮電氣設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境條件和溫度、濕度、海拔以及有無防塵、防腐、 防火、防爆等要求.4.2 按正常工作條件選擇一、按工作電壓選擇設(shè)備的額定電壓不應(yīng)小于所在線

23、路的額定電壓Un ,即(14)二、按工作電流選擇設(shè)備的額定電流INf不應(yīng)小于所在電路的計(jì)算電流4,即IX15三、按斷流水平選擇設(shè)備的額定開斷電流1“或斷流容量S.,不應(yīng)小于設(shè)備分?jǐn)嗨查g的短路電流有效值I氏或短路容量S-即LE16或工消174. 3按短路條件校驗(yàn)短路條件校驗(yàn),就是校驗(yàn)電器和導(dǎo)體在短路時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定.、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定改校驗(yàn)1、動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)條件(18)(19)開關(guān)的極限通過電流動(dòng)穩(wěn)定電流峰值和有效值單位為kA)；都、/瑪一一開關(guān)所在處的三相短路沖擊電流瞬時(shí)值和有效值單位為kA),2、熱穩(wěn)定校驗(yàn)條件式中：I, 一一開關(guān)的熱穩(wěn)定電流有效值單位為kA：t一一開關(guān)的熱

24、穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)間單位為s：一一開關(guān)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(shí)間單位為s.二、電流互感器的短路穩(wěn)定度校驗(yàn)1、動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)條件式中：一一電流互感器的動(dòng)穩(wěn)定電流單位為kA；Kes一一電流互感器的動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)對(duì)?。弘娏骰ジ衅鞯念~定一次電流單位為A.2、熱穩(wěn)定校驗(yàn)條件式中：I, 一一電流互感器的熱穩(wěn)定電流單位為kA；電流互感器的熱穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)間,一般取1s：K,電流互感器的熱穩(wěn)定倍數(shù)對(duì)小.4. 4上下壓母線的選擇根據(jù)最大負(fù)荷計(jì)算高壓母線上的最大電流為5A,低壓母線上的最 大電流/m=3039A.根據(jù)計(jì)算電流和?GB5005394 10kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī) 范?中的規(guī)定,高壓母線選擇TMY

25、-3義60義6型母線,相母線尺寸均為60mmX 6mm,其載流量為2240A；低壓母線選擇TMY-3X 80X 10+ 60X6型母線,即相 母線尺寸為80mmX 10mm,中性母線尺寸為60mmX6mm,其載流量為3232A.4. 5高壓側(cè)斷路器的選擇與校驗(yàn)對(duì)于高壓側(cè)斷路器,以前使用的是II型少油斷路器.經(jīng)過多年的使用發(fā)現(xiàn),10kV少油斷路器運(yùn)行中存在檢修次數(shù)頻繁、檢修工作量大,滲漏問題較難處理 問題,在一定的條件下會(huì)產(chǎn)生高壓可燃的氣體,乃至發(fā)生爆炸,所以在電力開展 過種中,這種斷路器越來越不能滿足社會(huì)開展的需要.由于放置在室內(nèi),且其開斷水平較大,故使用真空斷路器.研究發(fā)現(xiàn),真空 斷路器與少

26、油斷路器相比較有著明顯的優(yōu)勢(shì)：一、真空斷路器維護(hù)簡(jiǎn)單,無爆炸危險(xiǎn),無污染,噪音低,檢修費(fèi)用低,故 障率低.二、滅弧室開斷后介質(zhì)恢復(fù)快,不需要冷卻和更換,熄弧水平底,無損耗, 觸頭壓力小.三、開斷電流大,主回路接觸電阻小,并適合于頻繁操作等比較苛刻的工作 條件.四、真空斷路器使用壽命長(zhǎng),一般可達(dá)20年左右,可靠性高.相比各種真空斷路器,VS1的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)的比較好,可靠性高,選擇型號(hào) 為VS1-12的真空斷路器,且與配電柜為成套產(chǎn)品.對(duì)于高壓側(cè)斷路器的校驗(yàn),只需其開斷水平大于短路電流即可.由于其為成 套產(chǎn)品,查產(chǎn)品樣本,斷路器的選擇均滿足要求.而斷路器的速斷保護(hù)、過電流 保護(hù)、零序保護(hù)、高溫報(bào)警

27、等,均與二次回路有關(guān).4. 6互感器的選擇與校驗(yàn)互感器是電流互感器和電壓互感器的統(tǒng)稱.他們實(shí)質(zhì)上是一種特殊的變壓器, 可稱為儀用變壓器或測(cè)量互感器.互感器是根據(jù)變壓器的變壓,變流原理將一次 電量電壓,電流轉(zhuǎn)變成同類型的二次電量的電器,該二次電量可作為二次回路 中測(cè)量?jī)x表,保護(hù)繼電器等設(shè)備的電源或信號(hào)源.因此,他們?cè)诠┡潆娤到y(tǒng)中具 有重要的作用,其主要功能為：變換功能：將一次回路的大電壓和大電流變換成適合儀表,繼電器工作的小 電壓和小電流.隔離和保護(hù)功能：互感器作為一,二次電路之間的中間元件,不僅使儀表, 繼電器等二次設(shè)備與一次主電路隔離,提升了電路工作的平安性和可靠性,而且 有利于人身平安.擴(kuò)

28、大儀表、繼電器等二次設(shè)備的應(yīng)用范圍：由于互感器的二次側(cè)的電流或電 壓額定值統(tǒng)一規(guī)定為5A 1A及100V,通過改變互感器的變比,可以反映任意 大小的主電路電壓和電流值,而且便于二次設(shè)備制造規(guī)格統(tǒng)一和批量生產(chǎn).一、電流互感器的選擇與校驗(yàn)1、電流互感器的選擇電流互感器應(yīng)能做到系統(tǒng)正常時(shí)長(zhǎng)期運(yùn)行,并取得準(zhǔn)確等度級(jí)要求的電流傳 變值.同時(shí)尚應(yīng)能承受短時(shí)短路電流的作用.1滿足工作電壓要求,即：U尸U,Um > Uw式中：為電流互感器最高工作電壓：uw為電流互感器最裝設(shè)處的最高工作電壓；“為電流互感器額定電壓：U為系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓.2滿足工作電流要求應(yīng)對(duì)一,二次側(cè)分別考慮.1 一次側(cè)額定電流：乙N A

29、式中,/,為線路計(jì)算短路電流.2二次額定電流心二54,一3準(zhǔn)確度等級(jí) 電流互感器的準(zhǔn)確度與一次側(cè)電流大小和二次側(cè)負(fù)荷 大小有關(guān).2、電流互感器的校驗(yàn)因線路短路時(shí),短路電流會(huì)流過電流互感器的一次繞組,所以應(yīng)做動(dòng),熱穩(wěn)定校驗(yàn).以高壓側(cè)任一電流互感器為例：查出其動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)為215,熱穩(wěn)定倍數(shù)為1201動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)由公式：42KJN>idi25計(jì)算：42kJlN x 10_3 = V2x215xlOOxIO-3 = 30.4M>ish = 3O.3M滿足動(dòng)穩(wěn)定要求.式中K,為電流互感器的動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)對(duì)/ljV ；2熱穩(wěn)定性校驗(yàn)由公式：計(jì)算：k1口 =120xl00xl0-3 = 12M>

30、;= 11.72 xVo?I = 3.71M滿足熱穩(wěn)定要求.式中：K,為電流互感器的熱穩(wěn)定倍數(shù)對(duì)/?。?為電流互感器的熱穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)間,一般取1s.tima為短度發(fā)熱假想時(shí)間,高速斷路器取0. Iso可知,電流互感器的選擇滿足要求.其他電流互感器的選擇類似.二、電壓互感器的選擇1、對(duì)一次側(cè)電壓要求：U“= UnUm24式中：u.為電壓互感器最高工作電壓：uw為電壓互感器裝設(shè)處的最高工作電壓U “為電壓互感器額定電壓U,v為系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓2、二次側(cè)電壓U八：電壓互感器二次側(cè)額定電壓應(yīng)滿足儀表額定電壓為100V的要求.此題采用完全星型接法.此題中用在高壓側(cè)的電壓互感器,考慮以上條件,選擇型號(hào)均為JD

31、Z- 1010/0. 1 KV的電壓互感器.4.7避雷器的選擇避雷器是一種能釋放雷電或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過電壓能量,保護(hù)電I：設(shè) 備免受瞬時(shí)過電壓危害,乂能截?cái)嗬m(xù)流,不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置.避 雷器通常接于帶電導(dǎo)線與地之間,與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián).當(dāng)過電壓值到達(dá)規(guī)定的動(dòng) 作電壓時(shí),避雷器立即動(dòng)作,流過電荷,限制過電壓幅值,保護(hù)設(shè)備絕緣；電壓 值正常后,避雷器乂迅速恢復(fù)原狀,以保證系統(tǒng)正常供電.避雷器有管式和網(wǎng)式兩大類.閥式避雷器分為碳化硅避雷器和金屬氧化物避 雷器乂稱氧化鋅避雷器.管式避雷器主要用于變電所、發(fā)電廠的進(jìn)線保護(hù)和線 路絕緣弱點(diǎn)的保護(hù).碳化硅避雷器廣泛應(yīng)用于交、直流系統(tǒng),保護(hù)發(fā)電

32、、變電設(shè) 備的絕緣.氧化鋅避雷器由于保護(hù)性能優(yōu)于碳化硅避雷器,正在逐步取代后者, 廣泛應(yīng)用于交、直流系統(tǒng),保護(hù)發(fā)電、變電設(shè)備的絕緣,尤其適用于中性點(diǎn)有效 接地的110千伏及以上電網(wǎng).這里,我們選用ZnO避雷器,是由于:氧化鋅悶片具有很理想的非線性伏安 特性.普通的閥型避雷器的閥片是金剛砂SiC,試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)ZnO、SiC電阻閥片 在10KA電流下的殘壓相同,但在額定電壓下ZnO對(duì)應(yīng)的電流一般在10-5A以下, 可近似的認(rèn)為其續(xù)流為零,而SiC的續(xù)流卻是100A左右.也就是說在工作電壓 下,氧化鋅閥片實(shí)際上相當(dāng)一絕緣體.ZnO避雷器除了有效理想的非線性伏安特性外,其主要優(yōu)點(diǎn)是：一、無間隙.在工作電

33、壓作用下,ZnO實(shí)際上相當(dāng)于一絕緣體,因而工作電 壓不會(huì)使ZnO閥片燒壞,所以不用串聯(lián)間隙來隔離工作電壓SiC閥片在正常工 作電壓下有幾十安電流,會(huì)燒壞阿片,因此,不得不串聯(lián)間隙.由于無間隙, 當(dāng)然也就沒有傳統(tǒng)的SiC避雷器那樣因串聯(lián)間隙而帶來的一系列問題,如污穢, 內(nèi)部氣壓變化使串聯(lián)間隙放電電壓不穩(wěn)定等.同時(shí),因無間隙,故大大改善了陡 波下的響應(yīng)特性.二、無續(xù)流.當(dāng)作用在ZnO閥片上的電壓超過某一值此值稱為起始動(dòng)作電 壓時(shí),將發(fā)生“導(dǎo)通其后,ZnO閥片上的殘壓受其良好的非線性特性所限制, 當(dāng)系統(tǒng)電壓降至起始動(dòng)作電壓以下時(shí),ZnO避雷器的“導(dǎo)通狀態(tài)終止,有相當(dāng) 于一絕緣體,因此不存在工頻續(xù)流,

34、而SiC避雷器卻不同,它不僅要吸收過電壓 的能量,而且還要吸收過電壓能量即可,這樣對(duì)ZnO避雷器的熱容量的要求就比SiC低的多.三、電氣設(shè)備所受過電壓可以降低.雖然10KA雷電流下的殘壓值ZnO避雷 器與SiC相同,當(dāng)后者只在串聯(lián)間隙放電后才一可將電流泄放,而前者在整個(gè)過 電壓過程中都有電流流過,因此降低了作用在變電站電氣設(shè)備上的過電壓.四、通流容量大.ZnO避雷器的通容流量較大可以用來限制內(nèi)部過電壓.此 外,由于無間隙和通流容量大,故ZnO避雷器體積小、重量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行 維護(hù)方便、使用壽命也長(zhǎng).由于無續(xù)流,故也可使用于直流輸電系統(tǒng).ZnO避雷器的主要特性有起始動(dòng)作電壓及壓比等.起始動(dòng)作

35、電壓乂稱轉(zhuǎn)折電 壓,從這一點(diǎn)開始,電流將隨電壓的升高而迅速增加,也即其非線性系數(shù)a將迅 速進(jìn)入0. 020. 05的區(qū)域.通常是以1 mA下的電壓作為起始動(dòng)作電壓,其值 的最大允許工作電壓峰值的105%115%.壓比是指氧化鋅避雷器通過大電流是的殘壓與通過一毫安直流電流時(shí)的電 壓之比,例如10kA壓比是指通過沖擊電流10kA時(shí)的殘壓與1 mA直流時(shí)電壓 之比,壓比越小,意味著通過大電流時(shí)之殘壓越低,那么ZnO的保護(hù)性能越好,目 前,此值約為L(zhǎng) 62.0o目前,各國生產(chǎn)的氧化鋅避雷器,在電壓等級(jí)較低時(shí)如110KV以下大局部 是采用無間隙的.對(duì)于超高壓避雷器,在電壓等級(jí)較低壓比時(shí),那么采用并聯(lián)或串

36、 聯(lián)間隙的方法：為了降低大電流時(shí)的殘壓而乂不加大網(wǎng)片在正常運(yùn)行中的電壓負(fù) 擔(dān)以減輕氧化鋅閥片的老化,往往也才用并聯(lián)或串聯(lián)間隙的方法.由于氧化鋅避雷器具有上述一系列的優(yōu)點(diǎn),且造價(jià)較低,故取代SiC避雷器 已是大勢(shì)所趨.目前已有額定電壓750KV以下的系列產(chǎn)品,我國也己生產(chǎn)10KV 及以下電壓等級(jí)的氧化鋅避雷器.選擇的氧化鋅避雷器型號(hào)為HY5WS-17/45,其中,H表示復(fù)合有機(jī)外套,Y表 示金屈氧化物避雷器,5表示標(biāo)稱放電電流為5kA, W表示無間隙,S表示配電, 17表示避雷器的額定電壓為17kV , 45表示標(biāo)稱放電電流下最大殘壓為45kV.4. 8接地裝置的選擇一、電氣設(shè)備的某局部與大地之

37、間做良好的電氣連接,稱為接地.埋入地中 并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體,稱為接地體,或稱接地極.專門為接地而人為裝 設(shè)的接地體,稱為人工接地體.兼作接地體用的直接與大地接觸的各種金屬構(gòu)件、 金屬管道及建筑物的鋼筋混凝土根底等,稱為自然接地體.連接接地體與設(shè)備、 裝置接地局部的金屬導(dǎo)體,稱為接地線.接地線在設(shè)備、裝置正常運(yùn)行情況下是 不載流的,但在故障情況下要通過接地故障電流.接地線與接地體合稱為接地裝置.由假設(shè)干接地體在大地中相互用接地線連接 起來的一個(gè)整體,稱為接地網(wǎng).其中接地線乂分為接地干線和接地支線.接地干 線一般應(yīng)采用不少于兩根導(dǎo)體在不同地點(diǎn)與接地網(wǎng)連接.二、確定此配電所公共接地裝置的垂直

38、接地鋼管和連接扁鋼1、確定接地電阻按相關(guān)資料可確定此配電所公共接地裝置的接地電阻應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件:RE W 250V/IERE W 10Q式中IE的計(jì)算為IE = IC = 60 X (60 + 35X4)A/350 = 34. 3A故 RE W 350V/34. 3A = 10. 2 Q綜上可知,此配電所總的接地電阻應(yīng)為REW10Q2、接地裝置初步方案現(xiàn)初步考慮困繞變電所建筑四周,距變電所23m,打入一圈直徑50mm、長(zhǎng) 2. 51n的鋼管接地體,每隔51n打入一根,管間用40X Imm的扁鋼焊接.3、計(jì)算單根鋼管接地電阻查相關(guān)資料得土質(zhì)的P = 100Q -m那么單根鋼管接地電阻RE(1

39、) y 100 Q m/2. 5m = 40Q4、確定接地鋼管數(shù)和最后的接地方案根據(jù)RE(1)/RE = 40/4 = 10o但考慮到管間的屏蔽效應(yīng),初選15根直徑 50mm、長(zhǎng)2. 5m的鋼管作接地體.以n = 15和a/1 = 2再查有關(guān)資料可得n E弋 0. 66o因此可得n = RE(l)/(nERE) = 40 0/(0.66X4).15考慮到接地體的均勻?qū)ΨQ布置,選16mm根直徑50mm、長(zhǎng)2. 5m的鋼管作地體, 用40x4mm的扁鋼連接,環(huán)形布置.5工廠供配電二次回路的設(shè)計(jì)變電所的電氣設(shè)備分為一次設(shè)備和二次設(shè)備.一次設(shè)備(也稱主設(shè)備)是構(gòu)成 電力系統(tǒng)的主體,它是直接生產(chǎn)、輸送和

40、分配電能的設(shè)備,包括發(fā)電機(jī)、電力變 壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電力母線、電力電纜和輸電線路等.二次設(shè)備是對(duì)一 次設(shè)備進(jìn)行限制、調(diào)節(jié)、保護(hù)和監(jiān)測(cè)的設(shè)備,它包括限制器具、繼電保護(hù)和自動(dòng) 裝置、測(cè)量?jī)x表、信號(hào)器具等.二次設(shè)備通過電壓互感器和電流互感器與一次設(shè) 備取得電的聯(lián)系.一次設(shè)備及其連接的回路稱為一次回路.二次設(shè)備根據(jù)一定的 規(guī)那么連接起來以實(shí)現(xiàn)某種技術(shù)要求的電氣回路稱為二次回路.二次回路包括監(jiān)視、測(cè)量與計(jì)量?jī)x表、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、開關(guān)限制與信 號(hào)設(shè)備、操作電源與限制線路所組成的回路,用以保證一次設(shè)備的工作與平安運(yùn) 行系統(tǒng).二次回路的設(shè)計(jì),包括二次回路接線原理圖、二次回路原理展開圖和二次回 路平

41、面布置圖.二次回路可劃分為以下兒局部：電壓回路：由電壓互感器與儀表、繼電器等的電壓線圈組成.電流回路：由電流互感器與儀表、繼電器等的電壓線圈組成.操作回路：由操作電源與斷路器的掉閘、合閘線圈等組成.信號(hào)回路：由信號(hào)電源與光字牌.、警鈴、電笛等組成.二次回路包括交流回路和直流回路兩大局部.交流回路包括電壓互感器的電 壓回路和電流互感器的電流回路.直流回路包括限制、合閘、信號(hào)等回路共有25 條直流小母線.每條小母紋都用專用文字符號(hào)和數(shù)字符號(hào)標(biāo)示.參照二次回路基 本圖例,并結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際情況,在最大程度的優(yōu)化設(shè)備限制及運(yùn)行的情況下,研 究設(shè)計(jì)出了能滿足本廠供配電系統(tǒng)平安可靠供電的二次回路.各種測(cè)量二次

42、回路如以下列圖所示以3號(hào)HM壓縮機(jī)為例:A電流測(cè)量B過流保護(hù)測(cè)量TA2a圖5過流保護(hù)測(cè)量裝置圖C接地保護(hù)測(cè)量N451TA3/A452RK圖6接地保護(hù)裝置圖D電壓測(cè)量圖7電壓測(cè)量裝置圖1CJ圖8差動(dòng)保護(hù)測(cè)量回路圖測(cè)量回路,主要是利用各種電流,電壓互感器進(jìn)行測(cè)量.測(cè)量的各種數(shù)據(jù), 將傳遞給各自的保護(hù)回路.保護(hù)回路限制一次回路上斷路器的分合,就可以實(shí)現(xiàn) 各種突發(fā)事件的限制.如差動(dòng)保護(hù)測(cè)量回路將電信號(hào)傳遞給差動(dòng)保護(hù)二次回路, 以實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能.如以下列圖所示.141留 05 4KB17KB20KB30107KA1過電流KB,094勵(lì)磁屏障差動(dòng)保護(hù)定時(shí)失壓自鎖圖9差動(dòng)保護(hù)二次回路示意圖從圖中可以看出各種回路雖然保護(hù)對(duì)象不同,但只要保護(hù)的對(duì)象發(fā)生異常情 況,都可以根據(jù)觀察信號(hào)燈,操作限制開關(guān)來進(jìn)行各一次回路上斷路器的合閘與 跳閘.而且從燈的顏色也可以辯明事故信號(hào),預(yù)告信號(hào)等重要信息.這樣,保護(hù) 裝置和監(jiān)測(cè)裝置動(dòng)作后都要發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)提醒或提示運(yùn)行人員,從而保證供電 的平安性.6節(jié)能舉措為了提升電能的利用率和使用效率,節(jié)約能源節(jié)約資金,工廠的節(jié)電工作涉 及而很廣,既包括配電系統(tǒng)的節(jié)能改造,也包括電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等用