石油二機(jī)廠降壓變電所的電氣設(shè)計

/中國地質(zhì)高校長城學(xué)院本科課程設(shè)計題目:石油二機(jī)廠降壓變電所的電氣設(shè)計系別信息工程系學(xué)生姓名專業(yè)電氣工程及其自動化學(xué)號指導(dǎo)老師職稱高級工程師2014年6月14日目錄前言 11設(shè)計任務(wù)書 21.1設(shè)計題目 21.2設(shè)計要求 21.3設(shè)計依據(jù) 32負(fù)荷計算和無功功率補(bǔ)償 32.1負(fù)荷的計算 42.2無功功率的補(bǔ)償 43變電所位置和型式的選擇 54變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主結(jié)線方案的選擇 54.1變壓器臺數(shù)選擇的原則 64.2變電所主變壓器的選擇 64.3變電所主接線方案的選擇 75短路電流的計算 85.1繪制計算電路 95.2確定短路計算基準(zhǔn)值 96變電所一次設(shè)備的選擇的選擇校檢 96.1變電所高壓一次設(shè)備的選擇 106.2變電所高壓一次設(shè)備的校驗 106.3變電所低壓一次設(shè)備的選擇和校驗 117變電所凹凸壓線路的選擇 127.1高壓線路的選擇 127.2低壓線路的選擇 128變電所二次回路方案的選擇和繼電愛惜的整定 138.1變電所二次回路的選擇 138.2變電所繼電愛惜裝置 149收獲和體會 1610參考文獻(xiàn) 17 前言課程設(shè)計是教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計可以鞏固本課程理論學(xué)問，駕馭供配電設(shè)計的基本方法，通過解決各種實際問題，培育獨立分析和解決實際工程技術(shù)問題的實力，同時對電力工業(yè)的有關(guān)政策、方針、技術(shù)規(guī)程有確定的了解，在計算、繪圖、設(shè)計說明書等方面得到訓(xùn)練，為今后的工作奠定基礎(chǔ)。本設(shè)計可分為九部分：負(fù)荷計算和無功功率計算及補(bǔ)償；變電所位置和形式的選擇；變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇；短路電流的計算；變電所一次設(shè)備的選擇和校驗；變電所高、低壓線路的選擇；變電所二次回路方案選擇及繼電愛惜的整定；防雷和接地裝置的確定；心得和體會；附參考文獻(xiàn)。設(shè)計任務(wù)書1.1設(shè)計題目石油二機(jī)廠降壓變電所的電氣設(shè)計1.2設(shè)計要求要求依據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負(fù)荷的實際狀況，并適當(dāng)考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，依據(jù)平安牢靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，確定變電所的位置和型式，確定變電所主變壓器的臺數(shù)和容量、類型，選擇變電所主結(jié)線方案及凹凸壓設(shè)備和進(jìn)出線，確定二次回路方案，選擇整定繼電愛惜裝置，最終定出設(shè)計說明書。1.3設(shè)計依據(jù)1.工廠平面圖2．工廠負(fù)荷狀況：本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時為3500h，日最大負(fù)荷持續(xù)時間為8h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級負(fù)荷外，其余均屬三級負(fù)荷。低壓動力設(shè)備均為三相，額定電壓為380V。照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V。工廠負(fù)荷統(tǒng)計資料廠房編號用電單位名稱負(fù)荷性質(zhì)設(shè)備容量kW須要系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間動力3000.40.7照明60.71.02鍛壓車間動力4000.30.65照明80.71.03金工車間動力4000.30.65照明90.71.04電鍍車間動力2000.60.8照明70.71.05熱處理車間動力2000.60.8照明80.71.06裝配車間動力2000.40.7照明70.71.07機(jī)修車間動力2000.30.65照明40.71.08鍋爐房動力800.60.65照明20.71.09倉庫動力200.30.7照明20.71.0生活區(qū)照明2000.71.03．供電電源狀況：依據(jù)工廠和當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽訂的供用協(xié)議規(guī)定，本廠可由旁邊一條10kV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線牌號為LGJ—95導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為1m；干線首端（即電力系統(tǒng)的饋電變電電站）距離本廠約10km，該干線首端所裝高壓斷路器500MVA，此斷路器配備有定時限過電流愛惜和電流速斷愛惜，其定時限過電流愛惜整定的動作時間為2s。為滿足工廠二級負(fù)荷的要求，可接受聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。已知和本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長度達(dá)100km，電纜線路總長度達(dá)30km。4.氣象資料本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為38

℃，年平均氣溫為23℃，年最低氣溫為-8℃，年最熱月平均最高氣溫為33℃，年最熱月平均氣溫為26℃，年最熱月地下0.8處平均溫度為25℃。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向為東北風(fēng)，年雷暴是數(shù)為20。5.工廠最大負(fù)荷時的功率因數(shù)不得低于0.92。2負(fù)荷計算和無功功率計算及補(bǔ)償2.1負(fù)荷計算和無功功率計算在負(fù)荷計算時，接受須要系數(shù)法對各個車間進(jìn)行計算，并將照明和動力部分分開計算，照明部分最終和宿舍區(qū)照明一起計算。具體步驟如下。鑄造車間：動力部分，取設(shè)備容量是300kW照明部分：取設(shè)備容量是10kW；金工車間：動力部分，取設(shè)備容量是482kW照明部分：取設(shè)備容量是10kW：；電鍍車間：動力部分，取設(shè)備容量是382kW照明部分：取設(shè)備容量是10kW；裝配車間：動力部分，取設(shè)備容量是282kW照明部分：取設(shè)備容量是10kW；機(jī)修車間：動力部分，取設(shè)備容量是282kW照明部分：取設(shè)備容量是5kW；6.生活區(qū)照明，。另外，全部車間的照明負(fù)荷：取全廠的同時系數(shù)為：，，則全廠的計算負(fù)荷為：；2.2無功功率補(bǔ)償由以上計算可得變壓器低壓側(cè)的視在計算負(fù)荷為：這時低壓側(cè)的功率因數(shù)為：為使高壓側(cè)的功率因數(shù)0.90，則低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)高于0.90，取：。要使低壓側(cè)的功率因數(shù)由0.85提高到0.95，則低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為：取:=335則補(bǔ)償后變電所低壓側(cè)的視在計算負(fù)荷為：計算電流變電所高壓側(cè)的計算負(fù)荷為：補(bǔ)償后的功率因數(shù)為：滿足（大于0.90）的要求。3變電所位置和形式的選擇由于本廠有二級重要負(fù)荷，考慮到對供電牢靠性的要求，接受兩路進(jìn)線，一路經(jīng)10kV公共市電架空進(jìn)線（中間有電纜接入變電所）；一路引自鄰廠高壓聯(lián)絡(luò)線。變電所的形式由用電負(fù)荷的狀況和四周環(huán)境狀況確定，依據(jù)《變電所位置和形式的選擇規(guī)定》及GB50053－1994的規(guī)定，結(jié)合本廠的實際狀況，這里變電所接受單獨設(shè)立方式。4變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇4.1變電所主變壓器臺數(shù)的選擇變壓器臺數(shù)應(yīng)依據(jù)負(fù)荷特點和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行選擇。當(dāng)符合下列條件之一時，宜裝設(shè)兩臺及以上變壓器：有大量一級或二級負(fù)荷；季節(jié)性負(fù)荷變更較大；集中負(fù)荷較大。結(jié)合本廠的狀況，考慮到二級重要負(fù)荷的供電平安牢靠，故選擇兩臺主變壓器。4.2變電所主變壓器容量選擇每臺變壓器的容量應(yīng)同時滿足以下兩個條件：任一臺變壓器單獨運(yùn)行時，宜滿足：任一臺變壓器單獨運(yùn)行時，應(yīng)滿足：，即滿足全部一、二級負(fù)荷需求。代入數(shù)據(jù)可得：=（0.6~0.7）×999.258=（599.6648~699.4806）。又考慮到本廠的氣象資料（年平均氣溫為），所選變壓器的實際容量：取最大=699.4806也滿足運(yùn)用要求，同時又考慮到將來5~10年的負(fù)荷發(fā)展，初步取=1000。考慮到平安性和牢靠性的問題，確定變壓器為SC3系列箱型干式變壓器。型號：SC3-1000/10，其主要技術(shù)指標(biāo)如下表所示：變壓器型號額定容量/額定電壓/kV聯(lián)結(jié)組型號損耗/kW空載電流%短路阻抗%高壓低壓空載負(fù)載SC3-1000/10100010.50.4Dyn112.457.451.36（附：參考尺寸（mm）：長：1760寬：1025高：1655重量（kg）：3410）4.3變電所主接線方案的選擇方案Ⅰ：高、低壓側(cè)均接受單母線分段。優(yōu)點：用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同母線段引出兩個回路，用兩個電路供電；當(dāng)一段母線故障時，分段斷路器自動切除故障母線保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。缺點：當(dāng)一段母線或母線隔離開關(guān)檢修時該母線各出線須停電；當(dāng)出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越；擴(kuò)建時需向兩個方向均衡擴(kuò)建。方案Ⅱ：單母線分段帶旁路。優(yōu)點：具有單母線分段全部優(yōu)點，在檢修斷路器時不至中斷對用戶供電。缺點：常用于大型電廠和變電中樞，投資高。方案Ⅲ：高壓接受單母線、低壓單母線分段。優(yōu)點：任一主變壓器檢修或發(fā)生故障時，通過切換操作，即可快速復(fù)原對整個變電所的供電。缺點：在高壓母線或電源進(jìn)線進(jìn)行檢修或發(fā)生故障時，整個變電所仍需停電。以上三種方案均能滿足主接線要求，接受三方案時雖經(jīng)濟(jì)性最佳，但是其牢靠性相比其他兩方案差；接受方案二須要的斷路器數(shù)量多，接線困難，它們的經(jīng)濟(jì)性能較差；接受方案一既滿足負(fù)荷供電要求又較經(jīng)濟(jì)，故本次設(shè)計選用方案Ⅰ。依據(jù)所選的接線方式，畫出主接線圖，參見附圖《變電所電氣主接線圖》。5短路電流的計算本廠的供電系統(tǒng)簡圖如圖（一）所示。接受兩路電源供線，一路為距本廠6km的饋電變電站經(jīng)LGJ-185架空線（系統(tǒng)按∞電源計），該干線首段所裝高壓斷路器的斷流容量為；一路為鄰廠高壓聯(lián)絡(luò)線。下面計算本廠變電所高壓10kV母線上k-1點短路和低壓380V母線上k-2點短路的三相短路電流和短路容量。圖（一）下面接受標(biāo)么制法進(jìn)行短路電流計算。5.1確定基準(zhǔn)值取，，所以：5.2計算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)么值：（忽視架空線至變電所的電纜電抗）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)么值：架空線路的電抗標(biāo)么值：查手冊得，因此：3）電力變壓器的電抗標(biāo)么值：由所選的變壓器的技術(shù)參數(shù)得，因此：可繪得短路等效電路圖如圖（二）所示。圖（二）6變電所一次設(shè)備的選擇和校驗6.1變電所高壓一次設(shè)備的選擇依據(jù)機(jī)械廠所在地區(qū)的外界環(huán)境，高壓側(cè)接受天津市長城電器有限公司生產(chǎn)的JYN2-10（Z）型戶內(nèi)移開式溝通金屬封閉開關(guān)設(shè)備。此高壓開關(guān)柜的型號：JYN2-10/4ZTTA（說明：4：一次方案號；Z：真空斷路器；T：彈簧操動；TA：干熱帶）。其內(nèi)部高壓一次設(shè)備依據(jù)本廠需求選取，具體設(shè)備見附圖《變電所電氣主接線圖》。初選設(shè)備：高壓斷路器：ZN24-10/1250/20高壓熔斷器：RN2-10/0.5-50電流互感器：LZZQB6-10-0.5-200/5電壓互感器：JDZJ-10接地開關(guān)：JN-3-10/25母線型號：TMY-3（504）；TMY-3（8010）+1（606）絕緣子型號：ZA-10Y抗彎強(qiáng)度：3.75kN（戶內(nèi)支柱絕緣子）從高壓配電柜引出的10kV三芯電纜接受交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜，型號：YJV-350，無鋼鎧護(hù)套，纜芯最高工作溫度。6.2變電所高壓一次設(shè)備的校驗依據(jù)《高壓一次設(shè)備的選擇校驗項目和條件》，在據(jù)電壓、電流、斷流實力選擇設(shè)備的基礎(chǔ)上，對所選的高壓側(cè)設(shè)備進(jìn)行必需的動穩(wěn)定校驗和熱穩(wěn)定度校驗。１．設(shè)備的動穩(wěn)定校驗高壓電器動穩(wěn)定度校驗校驗條件：由以上短路電流計算得=；=。并查找所選設(shè)備的數(shù)據(jù)資料比較得：高壓斷路器ZN24-10/1250/20=50kA，滿足條件；電流互感器LZZQB6-10-0.5-200/5=79kA，滿足條件；JN-3-10/25接地開關(guān)=63kA，滿足條件。絕緣子動穩(wěn)定度校驗（其中=200mm；=900mm）。所以：=滿足要求。母線的動穩(wěn)定校驗校驗條件：TMY母線材料的最大允許應(yīng)力=140MPa。10kV母線的短路電流=；=三相短路時所受的最大電動力：=母線的彎曲力矩：母線的截面系數(shù)：母線在三相短路時的計算應(yīng)力：可得，=140MPa=，滿足動穩(wěn)定性要求。２.高壓設(shè)備的熱穩(wěn)定性校驗高壓電器熱穩(wěn)定性校驗校驗條件：查閱產(chǎn)品資料：高壓斷路器：=31.5kA,t=4s；電流互感器：=44.5kA,t=1s；接地開關(guān)：=25kA,t=4s。取，=，將數(shù)據(jù)代入上式，經(jīng)計算以上電器均滿足熱穩(wěn)定性要求。高壓母線熱穩(wěn)定性校驗校驗條件：A=查產(chǎn)品資料，得銅母線的C=171，取。母線的截面：A=504=200允許的最小截面：從而，，該母線滿足熱穩(wěn)定性要求。3)高壓電纜的熱穩(wěn)定性校驗校驗條件：A=允許的最小截面：所選電纜YJV-350的截面A=50從而，，該電纜滿足熱穩(wěn)定性要求。6.3變電所低壓一次設(shè)備的選擇和校驗低壓側(cè)接受的也是天津長城電器有限公司生產(chǎn)的GGD2型低壓開關(guān)柜：低壓斷路器：NA1型智能萬能斷路器低壓熔斷器：DW15-2000電流互感器：LMZJ1-0.5-2000/5A母線型號：TMY-3（8010）+1（606）另外，無功補(bǔ)償柜選用2個GCJ1-01型柜子，接受自動補(bǔ)償，滿足補(bǔ)償要求。7變電所高、低壓線路的選擇為了保證供電的平安、牢靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)，選擇導(dǎo)線和電纜時應(yīng)滿足下列條件：發(fā)熱條件；電壓損耗條件；經(jīng)濟(jì)電流密度；機(jī)械強(qiáng)度。依據(jù)設(shè)計閱歷：一般10KV及以下的高壓線路和低壓動力線路，通常先按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線和電纜截面，再校驗其電壓損耗和機(jī)械強(qiáng)度。對于低壓照明線路，因?qū)﹄妷核揭筝^高，通常先按允許電壓損耗進(jìn)行選擇，再校驗其發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度。7.1高壓線路導(dǎo)線的選擇架空進(jìn)線后接了一段交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜YJV-350做引入線（直埋）。高壓側(cè)計算電流所選電纜的允許載流量：滿足發(fā)熱條件。7.2低壓線路導(dǎo)線的選擇由于沒有設(shè)單獨的車間變電所，進(jìn)入各個車間的導(dǎo)線接線接受TN-C-S系統(tǒng)；從變電所到各個車間及宿舍區(qū)用埋地電纜供電，電纜接受VV22型銅芯交聯(lián)聚氯乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜，依據(jù)不同的車間負(fù)荷接受不同的截面。其中導(dǎo)線和電纜的截面選擇滿足條件：相線截面的選擇以滿足發(fā)熱條件即，；中性線（N線）截面選擇，這里接受的為一般三相四線，滿足；愛惜線（PE線）的截面選擇時，；時，時，愛惜中性線（PEN）的選擇，?。∟線）和（PE）的最大截面。結(jié)合計算負(fù)荷，可得到由變電所到各個車間的低壓電纜的型號為：電鍍車間：VV22-1KV-3×120+1×70三根并聯(lián)；鑄造車間：VV22-1KV-3×240+1×12兩根并聯(lián)；金工車間：VV22-1KV-3×185+1×95兩根并聯(lián)；裝配車間：VV22-1KV-3×70+1×50兩根并聯(lián)；機(jī)修車間：VV22-1KV-3×50+1×35兩根并聯(lián)；另外，送至各車間的照明線路接受：銅芯聚氯乙烯絕緣導(dǎo)線BV型號8變電所二次回路方案選擇及繼電愛惜的整定8.1二次回路方案選擇二次回路電源選擇二次回路操作電源有直流電源，溝通電源之分。蓄電池組供電的直流操作電源帶有腐蝕性，并且有爆炸緊急；由整流裝置供電的直流操作電源平安性高，但是經(jīng)濟(jì)性差?？紤]到溝通操作電源可使二次回路大大簡化，投資大大削減，且工作牢靠，維護(hù)便利。這里接受溝通操作電源。高壓斷路器的限制和信號回路高壓斷路器的限制回路取決于操作機(jī)構(gòu)的形式和操作電源的類別。結(jié)合上面設(shè)備的選擇和電源選擇，接受彈簧操作機(jī)構(gòu)的斷路器限制和信號回路。電測量儀表和絕緣監(jiān)視裝置這里依據(jù)GBJ63-1990的規(guī)范要求選用合適的電測量儀表并配用相應(yīng)絕緣監(jiān)視裝置。10KV電源進(jìn)線上：電能計量柜裝設(shè)有功電能表和無功電能表；為了解負(fù)荷電流，裝設(shè)電流表一只。變電所每段母線上：裝設(shè)電壓表測量電壓并裝設(shè)絕緣檢測裝置。電力變壓器高壓側(cè)：裝設(shè)電流表和有功電能表各一只。380V的電源進(jìn)線和變壓器低壓側(cè)：各裝一只電流表。低壓動力線路：裝設(shè)電流表一只。電測量儀表和絕緣監(jiān)視裝置在二次回路中安裝自動重合閘裝置（ARD）（機(jī)械一次重合式）、備用電源自動投入裝置（APD）。8.2繼電愛惜的整定繼電愛惜要求具有選擇性，速動性，牢靠性及靈敏性。繼電愛惜裝置的接線方式接受兩相兩繼電器式接線；繼電愛惜裝置的操作方式接受溝通操作電源供電中的“去分流跳閘”操作方式（接線簡潔，靈敏牢靠）；帶時限過電流愛惜接受反時限過電流愛惜裝置。型號都接受GL-25/10。其優(yōu)點是：繼電器數(shù)量大為削減，而且可同時實現(xiàn)電流速斷愛惜，可接受溝通操作，運(yùn)行簡潔經(jīng)濟(jì)，投資大大降低。此次設(shè)計對變壓器裝設(shè)過電流愛惜、速斷愛惜裝置；在低壓側(cè)接受相關(guān)斷路器實現(xiàn)三段愛惜。1)變壓器繼電愛惜變電所內(nèi)裝有兩臺10/0.41000的變壓器。低壓母線側(cè)三相短路電流為，高壓側(cè)繼電愛惜用電流互感器的變比為200/5A，繼電器接受GL-25/10型，接成兩相兩繼電器方式。下面整定該繼電器的動作電流，動作時限和速斷電流倍數(shù)。a)過電流愛惜動作電流的整定：，故其動作電流：動作電流整定為9A。b)過電流愛惜動作時限的整定由于此變電所為終端變電所，因此其過電流愛惜的10倍動作電流的動作時限整定為。c)電流速斷愛惜速斷電流倍數(shù)整定取，故其速斷電流為：因此速斷電流倍數(shù)整定為：。2）10KV側(cè)繼電愛惜在此選用GL-25/10型繼電器。由以上條件得計算數(shù)據(jù)：變壓器一次側(cè)過電流愛惜的10倍動作時限整定為0.5s；過電流愛惜接受兩相兩繼電器式接線；高壓側(cè)線路首端的三相短路電流為2.614kA；變比為200/5A愛惜用電流互感器動作電流為9A。下面對高壓母線處的過電流愛惜裝置進(jìn)行整定。（高壓母線處繼電愛惜用電流互感器變比為200/5A）整定的動作電流取，，，故，依據(jù)GL-25/10型繼電器的規(guī)格，動作電流整定為7A。整定的動作時限：母線三相短路電流反映到中的電流：對的動作電流的倍數(shù)，即：由《反時限過電流愛惜的動作時限的整定曲線》確定的實際動作時間：=0.6s。的實際動作時間：母線三相短路電流反映到中的電流：對的動作電流的倍數(shù)，即：所以由10倍動作電流的動作時限曲線查得的動作時限：。3）0.38KV側(cè)低壓斷路器愛惜整定項目：(a)瞬時過流脫扣器動作電流整定：滿足：對萬能斷路器取1.35；對塑殼斷路器取2～2.5。(b)短延時過流脫扣器動作電流和動作時間整定：滿足:取1.2。另外還應(yīng)滿