某總降壓變電所二次系統(tǒng)的設(shè)計說明

1、 . . . 摘 要本設(shè)計是關(guān)于某總降壓變電所二次系統(tǒng)的設(shè)計。首先通過對原始資料進行綜合的分析，草擬兩種主接線方案，對這兩種主接線方案進行經(jīng)濟技術(shù)的比較，從中選擇出一種較優(yōu)的方案。設(shè)計的思路是依據(jù)國家標準規(guī)要求和老師給的任務(wù)上的要求，確定全廠計算負荷，擬定供配電方案，確定變壓器臺數(shù)與容量，選擇其規(guī)格型號。畫出主接線圖，規(guī)劃變電所的二次接線與繼電保護，選擇主變壓器與線路的保護方式，完成主變繼電保護整定計算和繼電保護配置，確定無功補償。在該設(shè)計中，依據(jù)給定的系統(tǒng)情況，電力線路上裝設(shè)相間短路保護、單相接地保護和過負荷保護；對變電所主變壓器裝設(shè)過流保護、縱聯(lián)差動保護和瓦斯保護。此外，高、低壓兩側(cè)各母線

2、上分別裝設(shè)避雷器。變壓器由斷路器控制，并在斷路器的兩側(cè)設(shè)置隔離開關(guān)，以保證斷路器的檢修和安全。關(guān)鍵詞：繼電保護，保護方式，負荷計算，接線圖，整定計算27 / 27ABSTRACTThis design is the design of a total step-down substation two system. Design is based on the national standard specifications, determine the computational load, intended for distribution scheme, determine the nu

3、mber and capacity of transformers, select its specifications. Draw the main wiring diagram, planning of substation secondary wiring of two and relay protection, protection of main transformer and the choice of the main line, relay protection setting calculation and relay protection, the reactive pow

4、er compensation is determined. In this design, according to the situation given, power lines are arranged on the interphase short circuit protection, single-phase grounding protection and overload protection; on the main transformer substation install over-current protection, longitudinal differenti

5、al protection and gas protection. In addition, high, low pressure on both sides of the bus are respectively provided with a lightning arrester. Transformer is controlled by the circuit breaker and isolating switch, circuit breaker is arranged on both sides, in order to guarantee the circuit breaker

6、maintenance and safety. Keywords:Relay Protection,Protected mode,Wiring Diagram,Setting calculation第1章 負荷的計算與無功功率的補償1.1負荷的計算（1）公式 Pe設(shè)備容量（KW）；Kx設(shè)備組的需要系數(shù)；用電設(shè)備的功率因數(shù)角；cos功率因數(shù)；U線電壓（V）；Ie計算電流（A）;有功計算負荷P30=KxPe無功計算負荷Q30=Pctg視在計算負荷S30=或S30=計算電流I30=其中，tanarccos0.61.333 tanarccos0.651.169 tanarccos0.71.02 tan

7、arccos0.80.75例：鑄造車間：Pc=875×0.5=437.5（KW） 又cos=0.7,=arccos0.7,tanarccos0.71.02Qc=437.5×tanarccos0.7=446.342(Kvar)Sc=625.002(Kva)計算目的：用于選擇各組配電干線與其上的開關(guān)設(shè)備。全廠的負荷總表見表1.1。表1.1 負荷總表序號車間名稱設(shè)備容量（KW）需要系數(shù)功率因數(shù) （cos）Tan 計算負荷Pc(KW)Qc(Kvar)Sc(Kva)Ic(A)1 鑄造車間8750.50.71.02437.5446.342625.00236.086鍛壓車間7600.65

8、0.61.3334941013.081266.6773.13倉庫1250.50.80.7562.5937.5156.259.022機加車間3700.70.80.75259277.5462.526.7工具車間4000.50.61.333200533.2666.66738.49模具車間2050.60.71.02123209.143292.85716.913表面處理車間2750.60.651.169165321.48423.07724.43動力車間2180.70.651.169152.6254.842335.38519.36總裝車間1500.60.80.7590112.5187.510.83試驗站6

9、80.70.71.0247.669.3797.1435.61（2）公式： 、 -各用電設(shè)備組的有功、無功計算負荷的總和； -最大負荷時的同時系數(shù)。考慮各用電設(shè)備組的最大計算負荷不會同時出現(xiàn)而引入的系數(shù)。 總有功計算負荷：= 總無功計算負荷：= 總視在計算負荷: 本設(shè)計中，有功無功時均取同時系數(shù)為=0.9，所以總計算負荷為: =0.9×（437.5+494+62.5+259+(200+123+165+152.6+90+47.6） =0.9×2031.2=1828.08（KW） =0.9×(446.342+1013.08+937.5+277.5+533.2+209.1

10、43+321.48+ 254.842+112.5+69.37)=0.9×4174.957=3757.4613(KW) =4178.5632(KVA) 計算目的：用于選擇車間配電干線與其上的開關(guān)設(shè)備，或者用于低壓母線的選擇與車間變電所電力變壓器容量的選擇。全廠的負荷總計見表1.2。表1.2 負荷總計表負荷總計=0.9（KW）2031.2（KW）4174.957(KW)1828.08(Kvar)3757.4613（Kva）4178.56321.2 無功功率的補償與其計算（1）進行的原因 實際負載,一般都是混合性負載,這樣電流在通過它們的時候,就有部分電能不做功,就是無功功率,此時的功率因

11、數(shù)小于1,為了提高電能的利用率,故進行無功補償。（2）主要效益用戶的功率因數(shù)提高,使電工設(shè)備的利用率提高;減少電力網(wǎng)絡(luò)的有功損耗；合理控制無功功率流動，使電力系統(tǒng)的電壓水平得到提高，使電能 的質(zhì)量得到提高，提高了電力系統(tǒng)的抗干擾能力；（3）無功功率補償?shù)挠嬎阌韶摵捎嬎憧傻米儔浩鞯蛪簜?cè)的視在計算負荷為：=4178.5632（KVA）這時低壓側(cè)的功率因數(shù)為：因為電業(yè)部門對功率因素要求值，為使高壓側(cè)的功率因數(shù)0.9，則低壓側(cè)補償后的功率因數(shù)應(yīng)高于0.9，取：cos=0.9。要使低壓側(cè)的功率因數(shù)由0.44提高到0.9，則低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為： Qc=1828.08×(tanarcc

12、os0.44-tanarccos0.9)=2845.589(KVAR)?。篞c=2900KVAR，則補償后變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為：變壓器的功率損耗為： 變電所高壓側(cè)的計算負荷為：補償后的功率因數(shù)為滿足（大于等于0.9）的要求。第2章 主接線選擇與短路計算2.1 電氣主接線2.1.1電氣主接線的基本接線形式發(fā)電廠和變電站中電氣主接線的基本接線形式，可分為有匯流母線和無匯流母線兩大類。有匯流母線的接線形式有：單母線、單母線分段，雙母線，雙母線分段；無匯流母線的接線形式有：單元接線、橋形接線和角形接線。2.1.2 主接線的選擇 變電所的接線應(yīng)從安全、可靠、靈活、經(jīng)濟出發(fā)。本設(shè)計中的10KV降壓

13、變電所，盡量保證供電的可靠性，但是作為總降壓變電所來說，且是三級負荷，從經(jīng)濟性來考慮主接線不主過于復(fù)雜。(1) 只裝有一臺主變壓器的總降變電所主接線通常采用一次側(cè)無母線、二次側(cè)為單母線的主接線。一次側(cè)采用斷路器為主開關(guān)。只適用于三級負荷。(2)一次側(cè)為橋式接線的總降壓變電所主接線(3) 一次側(cè)為外橋式接線的總降壓變電所主接線(4) 一、二次側(cè)均采用單母線分段的總降壓變電所主接線可供一、二級負荷，適用于一、二次側(cè)進出線較多的情況。(5) 一、二次側(cè)均采用雙母線的總降壓變電所主接線 35KV側(cè)出線超過兩回時，宜采用單母線分段接線；8回與以上時，亦可采用雙母線接線。 綜上所述，變電所出線超過2回，故

14、考慮了兩種方案：方案1采用35KV和10KV都是單母分段。這種接線方式可對各母線段進行輪換檢修。單母線分段接線用戶供電不間斷，并且其接線形式簡單、經(jīng)濟又方便，保證了供電的可靠性。方案2采用35KV和10KV均為單母線接線。優(yōu)點是簡單清晰設(shè)備少。在本設(shè)計中，作為10KV出線有10回，屬于三級負荷，所以采用方案2，35KV和10KV均為單母線接線。供配電系統(tǒng)圖如圖3.1，主接線圖如圖3.2。圖2.1 供配電系統(tǒng)圖圖2.2 變電所主接線圖2.2 三相短路電流（1）定義電力系統(tǒng)中最常見和最嚴重的一種故障。在發(fā)生短路35S這一暫態(tài)過程中，短路電流的變化很復(fù)雜。（2）主要原因電氣設(shè)備、元件的損壞。設(shè)計、安

15、裝、維護不當(dāng)所造成的設(shè)備缺陷最終發(fā)展成短路等。自然的原因。如：氣候惡劣，致使架空線倒桿斷線；遭受雷電原因等。人為事故。（3）具體表現(xiàn)為短路電流的熱效應(yīng)短路電流的熱效應(yīng)影響電氣設(shè)備的正常運行破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成電磁干擾（4）目的 計算短路電流的目的是為了正確選擇和校驗電氣設(shè)備，以與進行繼電保護裝置的整定計算。2.3 三相短路沖擊電流、穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流：短路電流峰值或短路全電流瞬時最大值，用ish表示。 公式：ishKshIp式中，Ip為短路電流周期分量的有效值；Ksh為短路電流沖擊系數(shù)。在工程計算中，當(dāng)高壓電網(wǎng)短路時，取Ksh=1.8；在發(fā)電機端部發(fā)生短路時，取ksh=1.9；在低壓電網(wǎng)

16、中短路時，取ksh=1.3。 當(dāng)Ksh=1.9時，ish =2.69Ip 當(dāng)Ksh=1.8時，ish =2.55Ip 當(dāng)Ksh=1.7時，ish =1.84IpI為短路電流非周期分量衰減完后的短路全電流的有效值。Ik為在無限大容量系統(tǒng)中，短路后任何時刻的短路電流周期分量的有效值。I為暫態(tài)短路電流或是超瞬變短路電流，是短路瞬時三相短路電流周期分量的有效值。因為它們是始終不變的，所以有 I= I= Ip =Ik2.4 短路計算 圖2.3 系統(tǒng)等效電路圖 確定基準值： 計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值：電力線路每相的單位長度電抗平均值線路結(jié)構(gòu)線路電壓35KV與以上6-10KV與以上220/380

17、V架空線路0.400.350.32電纜線路0.120.080.066根據(jù)上表，本設(shè)計35KV側(cè)出線的單位長度電抗平均值線路電抗標幺值在最大運行方式下（）：當(dāng)K1點短路：當(dāng)K2點短路： 在最小運行方式下（）：當(dāng)K1點短路：當(dāng)K2點短路：表2.1 短路電流結(jié)果匯總表 系統(tǒng) 運行方式短路點 三相短路電流/KA 最大運行 K14.2827.734.28 K21.7111.7 最小運行 K16.9517.76.95 K21.3891.38 最大運行方式的短路電流值用來校驗所選的開關(guān)電器的穩(wěn)定性。 最小運行方式的短路電流值用來校驗機電保護裝置的靈敏度。第3章 變電所中變壓器臺數(shù)與容量的選擇3.1車間變電所

18、變壓器臺數(shù)與容量的選擇（1）原則：對于一般生產(chǎn)車間，盡量裝設(shè)一臺變壓器，其額定容量應(yīng)大于用電設(shè)備的總計算負荷，且應(yīng)有適當(dāng)富裕容量。1 邱方，江穎容量費對變壓器容量選擇的影響XX高專學(xué)報,2002.對于有一、二級負荷的車間，要求兩個電源供電時，應(yīng)選用兩臺變壓器，每臺變壓器容量應(yīng)能承擔(dān)全部一、二級負荷的供電。如果與相鄰車間有聯(lián)絡(luò)線時，當(dāng)車間變電所出現(xiàn)故障時，其一、二級負荷可通過聯(lián)絡(luò)線保證繼續(xù)供電，亦可只選用一臺變壓器。2 X凡索普醋酸裝置電氣系統(tǒng)改造方案選擇分析 . 碩博學(xué)位論文,2006.對于隨季節(jié)變動較大的負荷，為了使運行經(jīng)濟，減少變壓器空載損耗，也宜采兩臺變壓器，以便在低谷負荷時，切除一臺。

19、凡選用兩臺變壓器的變電所，任一臺變壓器單獨投入運行時，必須能滿足變電所總計算負荷70%的需要和一、二級負荷的需要。（2）確定總降壓變電所主變壓器型式在選擇變壓器時，應(yīng)選用低損耗節(jié)能型變壓器，如S9系列或S10系列。高損耗變壓器已被淘汰，不再采用。在多塵或有腐蝕性氣體嚴重影響變壓器安全的場所，應(yīng)選擇密閉型變壓器或防腐型變壓器；供電系統(tǒng)中沒有特殊要求和民用建筑獨立變電所常采用三相油浸自冷電力變壓器（S9、S10-M、S11、S11-M等）；本設(shè)計選擇S9系列三相油浸自冷電力變壓器，型號S9-3150/35。（3）選擇主變壓器臺數(shù)按其負荷性質(zhì)要求本廠大部分車間為兩班工作制，年最大有功負荷利用小時數(shù)5

20、500h，屬三級負荷。本廠變電所從35KV變電站取得10KV高壓電源引入本廠，該變電站距本廠10km。根據(jù)以上情況，工廠總降壓變電所的主變壓器考慮裝設(shè)一臺主電力變壓器的方案。（4）主變壓器容量的選擇裝設(shè)一臺時，應(yīng)滿足：主變壓器容量應(yīng)不小于總計算負荷,即3.2 變壓器的經(jīng)濟運行當(dāng)變壓器在功率損耗最小的情況下的運行方式時，使電能損耗最小，運行費用最 低，故此為變壓器的經(jīng)濟運行。第4章 高低壓電氣設(shè)備選擇和校驗4.1 變電所進出線的種類如為專用線路，應(yīng)選專用線路的全長。如從公共干線引至變配電所，則僅選從公共干線到變配電所的一段引入線。對于靠墻安裝的高壓開關(guān)柜，柜下進線時一般需經(jīng)電纜引入，因此架空線進

21、線至變配電所高壓側(cè)，往往需選一段引入電纜。 4.2變電所進出線的方式的選擇架空線路的選擇： 1) 一般采用鋁絞線。 2）當(dāng)檔距或交叉檔距較長、電桿較高時，宜采用鋼心鋁絞線。 3）沿海地區(qū)或有腐蝕性介質(zhì)的場所，宜采用鋁絞線或防腐鋁絞線。架空線的敷設(shè)原則：1）在施工和竣工驗收中必須遵循有關(guān)規(guī)定，以保證施工質(zhì)量和線路安全運行。3 工學(xué)工廠供電課件52 - 綜合課件 - 道客巴巴2）合理選擇路徑，做到路徑短，轉(zhuǎn)角小，交通運輸方便，并與建筑物保持一定的安全距離。4 李霞淺談電氣設(shè)備選擇.科技風(fēng),20083）按有關(guān)規(guī)程要求，必須保證架空線路與地與其他設(shè)施在安全距離。 4）電桿尺寸應(yīng)滿足要求。綜上本設(shè)計中電

22、源進線采用架空線路鋼心鋁絞線。4.3高壓配電線路的選擇 常用的接線方式有:放射式、樹干、環(huán)式三種。 4.4 電氣設(shè)備選擇與校驗條件為了保障高壓電氣設(shè)備的可靠運行，高壓電氣設(shè)備與校驗的一般條件有：第一， 按正常工作條件包括電壓、電流、頻率、開端電流等選擇，表5.1；第二， 按短路條件包括動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗，表5.2；第三， 按環(huán)境工作條件如溫度、適度、海拔等選擇。4.4.1 按正常工作條件選擇電氣設(shè)備電氣設(shè)備的額定電壓：不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓。電氣設(shè)備的額定電流：不小于該回路的最大持續(xù)工作電流或計算電流。4 李霞淺談電氣設(shè)備選擇.科技風(fēng),2008（一般溫度每升高1，額定電流減少1.8%；

23、 溫度每降低1，額定電流增加0.5%）選擇電氣設(shè)備時還應(yīng)考慮設(shè)備的安裝地點、環(huán)境與工作條件，合理地選擇設(shè)備的類型，如戶戶外、海拔高度、環(huán)境溫度與防塵、防腐、防爆等。按各類設(shè)備的不同特點和要求進行選擇。 表4.1 設(shè)備選擇校驗的項目與滿足的條件序 號 設(shè)備名稱電壓（KV）電流（KA）斷流能力短路穩(wěn)定度校驗動穩(wěn)定熱穩(wěn)定1高壓斷路器2高壓隔離開關(guān)-3熔斷器-4電流互感器5電壓互感器-6母線-7電纜-應(yīng)滿足的條件設(shè)備的額定電壓應(yīng)裝置地點的額定電壓設(shè)備的額定電流應(yīng)通過設(shè)備的計算電流設(shè)備的額定開端電流它可能開端的最大電流按三相短路沖擊電流校驗按三相短路穩(wěn)態(tài)電流校驗備注校驗 -不校驗 一般不校驗表4.2 電

24、氣設(shè)備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗計算公式序號設(shè)備名稱 校驗項目 校驗公式 符號含義1高壓斷路器高壓隔離開關(guān) 動穩(wěn)定 熱穩(wěn)定2電流互感器 動穩(wěn)定 熱穩(wěn)定3 母線 動穩(wěn)定 熱穩(wěn)定4.4.2假想時間的確定 由表5.1熱穩(wěn)定校驗公式可知，驚醒熱穩(wěn)定校驗需要知道假想時間。 假想時間等于周期分量假想時間和非周期分量假想時間 之和。其中，可根據(jù)查供電系統(tǒng)假想時間周期分量的變化曲線得到，非周期分量假想時間可以忽略不計（因短路時間均大于1秒），因此假想時間 就等于周期分量假想時間。5 電力工程基礎(chǔ)P109頁，機械工程.孫麗華。不同地點的假想時間如表5.3所示。表4.3 假想時間的大小 地點周期分量假想時間 假想時間主

25、變35KV側(cè)13.13.135KV母線分段12.72.735KV出線12.12.1主變10KV側(cè)12.82.810KV母線分段12.22.24.4.3高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗根據(jù)表4.1設(shè)備選擇校驗的項目與滿足的條件，根據(jù)表4.2設(shè)備選擇短路穩(wěn)定度校驗公式以與根據(jù)表4.3選擇假想時間的大小。主變10KV側(cè)：因為變壓器S9-3150/35，所以主變10KV側(cè)的計算電流為I30=165A,故斷路器選SW2-35/1000型，隔離開關(guān)選用GW10-10T/1000型，電流互感器選用LAJ-10型，電壓互感器選用JDJJ-35型，避雷器選用FZ-35型。相關(guān)參數(shù)見表4.4。 表4.4 10KV側(cè)電氣設(shè)

26、備安裝地點電氣條件 設(shè)備型號規(guī)格項目數(shù)據(jù)校驗項目SN10-1011/1000斷路器GW10-10T/1000隔離開關(guān)LAJ-10電流互感器JDZJ-10電壓互感器FZ-10避雷器1010101010165100010001500/54.2831.527.738075×90×1.5=191×2.8=51×2=1985×5=4500×1=5625第5章 線路的繼電保護5.1繼電保護的作用繼電保護裝置就是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。6電力系統(tǒng)繼電保護003 - 能源電力 -

27、道客巴巴。5.2繼電保護基本原理圖5.1 繼電保護的原理框圖5.3繼電保護的基本要求（1）選擇性（2）速動性即快速切除故障?？焖偾谐收系膬?yōu)點：1、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；2、減少用戶在低電壓下的動作時間；（3）靈敏性繼電保護的靈敏性通常用靈敏度KS來衡量：（4）可靠性5.4 繼電保護裝置的接線方式(1)兩相兩繼電器接線此接線方式主要用于小接地電流系統(tǒng)作時間短路保護用。圖5.2 兩相兩繼電器式接線方式圖(2) 兩相一繼電器式接線 這種接線常用作相間短路保護之用。 圖5.3 兩相一電器是接線方式圖 上述分析可知，兩相一繼電器式接線少用一個繼電器，較為經(jīng)濟簡單，但是保護靈敏度隨相間短路形式不同而不同，有的

28、甚至相差一倍。為了保證線路繼電保護的快速性可靠性，本設(shè)計線路繼電保護裝置使用兩相兩繼電器接線方式。5.5 瞬時電流速斷保護瞬時電流速斷保護的單相原理接線圖，如下圖6.4所示。 圖5.4 瞬時電流速斷保護的原理接線圖5.6 輸電線路的電流保護的原理與其整定計算無時限電流速斷保護（I段）：等效電源的阻抗最大值為（對應(yīng)該等效電源系統(tǒng)最小運行方式）： 等效電源的阻抗最小值為（對應(yīng)該等效電源系統(tǒng)最小運行方式）：又故障點至保護安裝處的距離為10KM，設(shè)每公里的線路電抗為X1，線路電抗標幺值：線路實際電抗： 則， 故不滿足靈敏度要求。應(yīng)考慮采用無時限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護。 該處電流保護第I段的動作時間為。 圖5.5 無時限電流速斷保護整定計算示意圖帶時限電流速斷保護（II段）：根據(jù) 式中，=；為斷路器1QF處帶時限電流速斷保護的動作時間，稱為電流保護低II端的可靠系數(shù)，一般取1.1-1.2，本設(shè)計中取1.2；為時限階段，它與斷路器的動作時間，被保護線路的動作時間誤差和相鄰保護動作時間誤差和相鄰保護動作時間誤差等因素有關(guān)，一般取0.3-0.6s,在我國通常取0.5s;為分支系數(shù)的最小值。 又=，電流保護II的動作電流為：又根據(jù)短路電流中K2點的=1.38KA,靈敏度為，滿足靈敏度要求。這時，該處電流保護第II段的動作時間為=1s。圖5.6 無時限電流速斷保護單相原理框