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10KV变电所及其配电系统的设计


10KV 变电所及其配电系统的设计
摘 要:变电所是电力系统的一个重要组成部分,由电器设备及配电网络按一定的接线 方式所构成,他从电力系统取得电能,通过其变换、分配、输送与保护等功能,然后将 电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。变电所涉及方面很多,需 要考虑的问题多,分析变电所担负的任务及用户负荷等情况,选择所址,利用用户数据 进行负荷计算,确定用户无

功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择,从而确定变 电站的接线方式,再进行短路电流计算,选择送配电网络及导线,进行短路电流计算。 选择变电所高低压电气设备,为变电所平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包 括了: (1)总体方案的确定(2)负荷分析(3)短路电流的计算(4)配电系统设计与 系统接线方案选择(5)继电保护的选择与整定(6)防雷与接地保护等内容。 关键词:变电所;负荷;输电系统;配电系统

I

The Design Of 10KV Substation And Power Distribution System
Abstract:The substation is an importance part of the electric power system, it is consisted of the electric appliances equipments and the Transmission and the Distribution. It obtains the electric power from the electric power system, through its function of transformation and assign, transport and safety. Then transport the power to every place with safe, dependable, and economical. The region of factory effect many fields and should consider many problems.Analyse change to give or get an electric shock a mission for carrying and customers carries etc. circumstance, make good use of customer data proceed then carry calculation, ascertain the correct equipment of the customer. At the same time following the choice of every kind of transformer, then make sure the line method of the transformer substation, then calculate the short-circuit electric current, choosing to send together with the electric wire method and the style of the wire, then proceeding the calculation of short-circuit electric current. This first step of design included:(1) ascertain the total project (2) load analysis(3) the calculation of the short-circuit electric current (4) the design of an electric shock the system design to connect with system and the choice of line project (5) the choice and the settle of the protective facility (6) the contents to defend the thunder and protection of connect the earth. Keywords:substation;load;transmission system;power distribution system

II

第 1 章 绪论
1.1 工厂变配电所的设计
1.1.1 用户供电系统
电力用户供电系统由外部电源进线、用户变配电所、高低压配电线路和用电 设备组成。按供电容量的不同,电力用户可分为大型(10000kV· 以上) A 、中型 (1000-10000kV· 、小型(1000kV· 及以下) A) A 1.大型电力用户供电系统 大型电力用户的用户供电系统,采用的外部电源进线供电电压等级为 35kV 及以上, 一般需要经用户总降压变电所和车间变电所两级变压。总降压变电所将 进线电压降为 6-10kV 的内部高压配电电压,然后经高压配电线路引至各个车间 变电所,车间变电所再将电压变为 220/380V 的低电压供用电设备使用。 某些厂区环境和设备条件许可的大型电力用户也有采用所谓 “高压深入负荷 中心” 的供电方式, 35kV 的进线电压直接一次降为 220/380V 的低压配电电压。 即 2.中型电力用户一般采用 10kV 的外部电源进线供电电压,经高压配电所和 10kV 用户内部高压配电线路馈电给各车间变电所,车间变电所再将电压变换成 220/380V 的低电压供用电设备使用。高压配电所通常与某个车间变电所合建。 3.小型电力用户供电系统 一般小型电力用户也用 10kV 外部电源进线电压,通常只设有一个相当于车 间变电所的降压变电所,容量特别小的小型电力用户可不设变电所,采用低压 220/380V 直接进线。

1.1.2 工厂变配电所的设计原则
1.必须遵守国家的有关规程和标准,执行国家的有关方针政策,包括节约能 源、节 约有色金属等技术经济政策。 2.应做到保障人身和设备安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济 合理,应采用效率高、能耗低、性能较先进的电气产品。 3.应根据工程特点、 规模和发展规划, 正确处理近期建设与远期发展的关系, 做到远、近期结合,以近期为主,适当考虑扩建的可能性。 4.必须从全局出发,统筹兼顾,按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区
3

供电条件等,合理确定设计方案。

1.2 课题来源及设计背景
1.2.1 课题来源
本课题是来源于云南锡业股份集团公司下属建安机械化安装公司的变电所 新建项目,具有一定的实践性和可行性。

1.2.2 设计背景
本公司现要新建一个 10/0.4kV 的变配电所,向公司生产区、办公楼、职工 住宅区及其生活水泵组供电。 原先变电所只能满足两个车间、办公楼和生活区的用电负荷。随着近年来, 云锡集团公司的企业内部的调整,下属子公司之间的相互合并等原因,建安机械 化安装公司扩充了规模,兼并了原来其他单位的一些用电设备,因此,原先的变 电所已经不能满足需要,要在原址旁边新建一座 10/0.4kV 变配电所,以满足单 位改革后用电负荷的要求。 鉴于云锡公司用电的特殊性, 新建变电所的电源取自 3km 外云锡公司一专用 35kV 变电站和 3km 外市供电公司另一相同容量的 35kV 变电站。 新变电所建成后, 能满足现有的生产、 生活用电, 有效地提高负荷转移能力, 进一步提高供电可靠性。

4

第 2 章 变电所负荷计算和无功补偿的计算
2.1 变电站的负荷计算
2.1.1 负荷统计
全厂的用电设备统计如下表:
表 2.1 用电负荷统计

用电设备 机床设备组 电焊机设备组 起重机组 办公楼 住宅区水泵组 住宅用电 厂区照明

负荷统计(kW) 负荷类别 433.45 129.35 113.2 30 176 768 29 三级 三级 三级 三级 二级 三级 三级

2.1.2 负荷计算
按需要系数法计算各组负荷: 有功功率 无功功率 视在功率 P= Kd


pei

(2.1) (2.2) (2.3)

Q=P ? tan ? S= P 2 ? Q 2

上述三个公式中:Σ Pei:每组设备容量之和,单位为 kW;Kd:需要用系数;
cos ? :功率因数。

⒈ 小批量生产的金属冷加工机床电动机: Kd=0.16-0.2(取 0.2) cos ? =0.5 有功负荷 无功负荷 视在功率
tan ?

=1.73

PC1=KdPS1=0.2*433.45=86.69kW QC1=PC1 tan ? =86.69*1.73=149.97kvar
2 SC1= P C21 ? Q C 1 =174.74kV· A

⒉ 电焊机组的计算负荷: Kd=0.35 cos ? =0.35 有功负荷 无功负荷
tan ?

=2.68

PC2=KdPS2=0.35*129.35=45.27kW QC2=PC2 tan ? =45.27*2.68=121.33kvar

5

视在功率

2 SC2= P C2 2 ? Q C 2 =129.5kV· A

⒊ 起重机的计算负荷: Kd=0.1-0.15(取 0.15) cos ? =0.5 有功负荷 无功负荷 视在功率
tan ?

=1.73

PC3=KdPS3=0.15*113.2=16.98kW QC3=PC3 tan ? =16.98*1.73=29.38kvar
2 SC3= P C2 3 ? Q C 3 =33.93kV· A

⒋ 住宅区水泵组: Kd=0.8
cos ?

=0.8

tan ?

=0.75

有功负荷 无功负荷 视在功率 ⒌ 办公楼: Kd=0.8

PC4=KdPS4=0.8*176=140.8kW QC4=PC4 tan ? =0.75*140.8=105.6kvar
2 SC4= P C2 4 ? Q C 4 =176kV· A

cos ?

=1

tan ?

=0

有功负荷 无功负荷 视在功率 ⒍ 住宅区: Kd=0.45 有功负荷 无功负荷 视在功率 ⒎ 厂区照明:

PC5=KdPS5=0.8*30=24kW QC5=PC5 tan ? =0kvar
2 SC5= P C2 5 ? Q C 5 =24kV· A

cos ?

=1

tan ?

=0

PC6=KdPS6=0.45*768=345.6kW QC6=PC6 tan ? =0kvar
2 SC6= P C2 6 ? Q C 6 =345.6kV· A

Kd=1 cos ? =1 有功负荷 无功负荷 视在功率

tan ?

=0

PC7=KdPS7=1*29=29kW QC7=PC7 tan ? =0kvar
2 SC7= P C2 7 ? Q C 7 =29kV· A

总负荷的计算: 1.有功功率 2.无功功率 3.视在功率 Pc=K∑ p ? Σ Pc.i Qc= K∑q ? Σ Qc.i
2 Sc= P C2 ? Q C

(2.4) (2.5) (2.6)

式中:对于干线,可取 K∑ p =0.85-0.95,K∑q =0.90-0.97。

6

对于低压母线, 由用电设备计算负荷直接相加来计算时, 可取 K∑ p =0.8-0.9, K∑q =0.85-0.95。由干线负荷直接相加来计算时,可取 K∑ p =0.9-0.95,K∑q =0.93-0.97。
表 2.2 计算负荷表

设备组 机床组 电焊机组 起重机 水泵组 办公楼 住宅区 厂区照明

Kd 需要系数 0.2 0.35 0.15 0.8 0.8 0.45 1

计算负荷
cos ?

tan ?

Pc/kW 0.5 0.35 0.5 0.8 1 1 1 —— 1.73 2.68 1.73 0.75 0 0 0 86.69 45.27 16.98 140.8 24 345.6 29 688.34 653.92

Qc/kvar Sc/kV· A 149.97 121.33 29.38 105.6 0 0 0 406.28 394.09 174.74 129.5 33.93 176 24 345.6 29 —— 763.49 729.9

总计

对干线

取 K∑p=0.95, K∑q=0.97

对低压母线 取 K∑p=0.90, K∑q=0.95 619.506 385.966

2.2 无功补偿的目的和方案
由于用户的大量负荷如感应电动机、 电焊机、 气体放电灯等, 都是感性负荷, 使得功率因数偏低, 因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。电力系统要求 用户的功率因数不低于 0.9,按照实际情况本次设计要求功率因数为 0.92 以上, 因此, 必须采取措施提高系统功率因数。目前提高功率因数的常用的办法是装设 无功自动补偿并联电容器装置。 根据现场的实际情况,拟定采用低压集中补偿方式进行无功补偿。

2.3 无功补偿的计算及设备选择
我国《供电营业规则》规定:容量在 100kV· 及以上高压供电用户,最大负 A 荷时的功率因数不得低于 0.9,如达不到上述要求,则必须进行无功功率补偿。 一般情况下,由于用户的大量如:感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电 灯等都是感性负荷,使得功率因数偏低,达不到上述要求,因此需要采用无功补 偿措施来提高功率因数。当功率因数提高时,在有功功率不变的情况下,无功功
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率和视在功率分别减小, 从而使负荷电流相应减小。这就可使供电系统的电能损 耗和电压损失降低, 并可选用较小容量的电力变压器、开关设备和较小截面的电 线电缆,减少投资和节约有色金属。因此,提高功率因数对整个供电系统大有好 处。 要使功率因数提高, 通常需装设人工补偿装置。最大负荷时的无功补偿容量 QN·C 应为: QN·C= Q C ? Q 'C =PC( tan ? - tan ? ' ) (2.7)

按此公式计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量,当负荷减小时,补偿 容量也应相应减小,以免造成过补偿。因此,无功补偿装置通常装设无功功率自 动补偿控制器, 针对预先设定的功率因数目标值,根据负荷的变化相应投切电容 器组数,使瞬时功率因数满足要求。 提高功率因数的补偿装置有稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设 备。 前者主要有同步补偿机和并联电容器。动态无功功率补偿设备用于急剧变动 的冲击负荷。 低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装, 根据负荷变化相应 循环投切的电容器组数一般有 4、6、8、10、12 组等。用上式确定了总的补偿容 量后,就可根据选定的单相并联电容器容量 qN·C 来确定电容器组数:
n ? Q
N .C

(2.8)

q N .C

在用户供电系统中,无功补偿装置位置一般有三种安装方式: (1)高压集中补偿 补偿效果不如后两种补偿方式,但初投资较少,便于集

中运行维护, 而且能对企业高压侧的无功功率进行有效补偿,以满足企业总功率 因数的要求,所以在一些大中型企业中应用。 (2)低压集中补偿 补偿效果较高压集中补偿方式好,特别是它能减少变压

器的视在功率, 从而可使主变压器的容量选的较小,因而在实际工程中应用相当 普遍。 (3)低压分散补偿 补偿效果最好,应优先采用。但这种补偿方式总的投资

较大,且电容器组在被补偿的设备停止运用时,它也将一并被切除,因此其利用 率较低。 本次设计采用低压集中补偿方式。 PC QC SC 取自低压母线侧的计算负荷, cos ? 提高至 0.92

8

cos ?

=

PC SC

=

619 . 506 729 . 9

=0.85

QN·C=PC tan ? - tan ? ' ) ( =619.506*[tan(arccos0.85)-tan(arccos0.92)]=120kvar 选择 BSMJ0.4-20-3 型自愈式并联电容器,qN·C=20kvar
n ? Q
N .C

(2.9) 取6

q N .C

=120kvar/20kvar=6 补偿后的视在计算负荷
2 SC= P C2 ? ( Q C ? Q N · ) =674.19kV· A C

cos ?

=

PC SC

=0.92

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第 3 章 变电所变压器台数和容量的选择
3.1 变压器的选择原则
电力变压器是供电系统中的关键设备, 其主要功能是升压或降压以利于电能 的合理输送、 分配和使用, 对变电所主接线的形式及其可靠性与经济性有着重要 影响。所以,正确合理地选择变压器的类型、台数和容量,是对接下来主接线设 计的一个主要前题。 选择时必须遵照有关国家规范标准,因地制宜,结合实际情况,合理选择,并应 优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品,并优先选用技术先进的产品。

3.2 变压器类型的选择
电力变压器类型的选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组形式、绝缘 及冷却方式、联结组别等。 , 变压器按相数分,有单相和三相两种。用户变电所一般采用三相变压器。 变压器按调压方式分,有无载调压和有载调压两种。10kV 配电变压器一般 采用无载调压方式。 变压器按绕组形式分,有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器等。用 户供电系统大多采用双绕组变压器。 变压器按绝缘及冷却方式分,有油浸式、干式和充气式(SF6)等。 10kV 配电变压器有 Yyn0 和 Dyn11 两种常见联结组。由于 Dyn11 联结组变压 器具有低压侧单相接地短路电流大,具有利于故障切除、承受单相不平衡负荷的 负载能力强和高压侧三角形接线有利于抑制零序谐波电流注入电网等优点, 从而 在 TN 及 TT 系统接地形式的低压电网中得到越来越广泛的应用。

3.3 变压器台数的选择
变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确 定。 《10kV 及以下变电所设计规范 GB50053-94》中规定,当符合以下条件之一 时,宜装设两台及两台以上的变压器: ⑴ 有大量一级或二级负荷; ⑵ 季节性负荷变化较大; ⑶ 集中负荷容量较大。
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变电所中单台变压器(低压为0.4kV)的容量不宜大于1250kV· A。当用电设 备容量较大、负荷集中且运行合理时,可选用较大容量的变压器。 在一般情况下,动力和照明宜共用变压器。当属下列情况之一时,可设专用 变压器: 一、 当照明负荷较大或动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯泡 寿命时,可设照明专用变压器; 二、单台单相负荷较大时,宜设单相变压器; 三、冲击性负荷较大,严重影响电能质量时,可设冲击负荷专用变压器。 四、 在电源系统不接地或经阻抗接地, 电气装置外露导电体就地接地系统 (IT 系统)的低压电网中,照明负荷应设专用变压器。 由于本单位的用电设备负荷有二级负荷和三级负荷。根据设计规范 GB50053-94 的要求,宜装设两台变压器,选择台数为两台。

3.4 变压器容量的选择
变压器的容量 SN·T 首先应保证在计算负荷 SC 下变压器能长期可靠运行。 对有两台变压器的变电所, 通常采用等容量的变压器,每台容量应同时满足 以下两个条件: ① 满足总计算负荷 70%的需要,即 SN·T≈0.7 SC; ② 满足全部一、二级负荷 SC(I+II)的需要,即 SN·T≥SC(I+II) (3.2) (3.1)

条件①是考虑到两台变压器运行时,每台变压器各承受总计算负荷的 50%, 负载率约为 0.7,此时变压器效率较高。而在事故情况下,一台变压器承受总计 算负荷时,只过载 40%,可继续运行一段时间。在此时间内,完全有可能调整生 产,可切除三级负荷。条件②是考虑在事故情况下,一台变压器仍能保证一、二 级负荷的供电。 根据无功补偿后的计算负荷,SC=674.19kV· A 即 SN·T≥0.7*674.19=471.933kV· A 取变压器容量为 500kV· A 因此,选择 S9-500/10 组变压器。 Dyn11 型电力变压器。为油浸式、无载调压、双绕

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表 3.1 主变压器的选择

额定容量 SN /kV· A 500 变压器的损耗:

联结组别 Dyn11

空载损耗 短路损耗 空载电流 阻抗电压 △PO /kW 1.03 △PK /kW 4.95 IO % 3 UK % 4

△PT=△P FE+△P CU( 因此

SC S N .T

)2≈△PO+△PK(
674 . 19 500

SC S N .T

)2

(3.3)

△PT =1.03+4.95*(
SC S N .T

)2=10.03kW +
2

△Q T=△Q O+△Q K( 因此

)2≈SN·T[
3 100

I0 % 100

U

K

%

(

SC S N .T

)

2

]

(3.4)

100

△Q T =500*[

+

4 100

(

674 . 19 500

)

]=51.36kvar

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第 4 章 主接线方案的确定
4.1 主接线的基本要求
主接线是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联 电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。 它是电气设备选择 及确定配电装置安装方式的依据, 也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的 重要依据。概括地说,对一次接线的基本要求包括安全、可靠、灵活和经济四个 方面。

4.1.1 安全性
安全包括设备安全及人身安全。一次接线应符合国家标准有关技术规范的 要求,正确选择电气设备及其监视、保护系统,考虑各种安全技术措施。

4.1.2 可靠性
不仅和一次接线的形式有关,还和电气设备的技术性能、运行管理的自动化 程度因素有关。

4.1.3 灵活性
用最少的切换来适应各种不同的运行方式,适应负荷发展。

4.1.4 经济性
在满足上述技术要求的前提下,主接线方案应力求接线简化、投资省、占地 少、运行费用低。采用的设备少,且应选用技术先进、经济适用的节能产品。 总之,变电所通过合理的接线、紧凑的布置、简化所内附属设备,从而达 到减少变电所占地面积,优化变电所设计,节约材料,减少人力物力的投入,并 能可靠安全的运行,避免不必要的定期检修,达到降低投资的目的。

4.2 主接线的方案与分析
主接线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种。 1.单母线接线 这种接线的优点是接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套 配电装置; 缺点:不够灵活可靠,任一元件(母线及母线隔离开关等)故障检修,均需
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要使整个配电装置停电,单母线可用隔离开关分段,但当一段母线故障时,全部 回路仍需短时停电, 在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供 电。 适用范围:适应于容量较小、对供电可靠性要求不高的场合,出线回路少的 小型变配电所,一般供三级负荷,两路电源进线的单母线可供二级负荷。

图 4.1 单母线不分段主接线

2.单母线分段主接线 当出线回路数增多且有两路电源进线时,可用断路器将母线分段,成为单母 线分段接线。母线分段后,可提高供电的可靠性和灵活性。在正常工作时,分段 断路器可接通也可断开运行。两路电源进线一用一备时,分段断路器接同运行, 此时, 任一段母线出现故障, 分段断路器与故障段进线断路器都会在继电保护装 置作用下自动断开,将故障段母线切除后,非故障段母线便可继续工作,而当两 路电源同时工作互为备用时, 分段断路器则断开运行, 此时若任一电源出现故障, 电源进线断路器自动断开, 分段断路器可自动投入,保证给全部出线或重要负荷 继续供电。

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图 4.2 单母线分段主接线

单母线分段接线保留了单母线接线的优点,又在一定程度上克服了它的缺 点, 如缩小了母线故障的影响范围、分别从两段母线上引出两路出线可保证对一 级负荷的供电等。

4.3 电气主接线的确定
电源进线为两路,变压器台数为两台。二次侧采用单母线分段接线。两路外 供电源容量相同且可供全部负荷,采用一用一备运行方式,故变压器一次侧采用 单母线接线,而二次侧采用单母线分段接线。 该方案中,两路电源均设置电能计量柜,且设置在电源进线主开关之后。变 电所采用直流操作电源, 为监视工作电源和备用电源的电压,在母线上和备用进 线断路器之前均安装有电压互感器。当工作电源停电且备用电源电压正常时,先 断开工作电源进线断路器, 然后接通备用电源进线断路器,由备用电源供所有负 荷。备用电源的投入方式采用备用电源自动投入装置 APD。

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第 5 章 短路电流的计算
5.1 短路电流及其计算
供电系统应该正常的不间断地可靠供电,以保证生产和生活的正常进行。但 是供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。 所谓短路, 就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出 规定值的大电流。 造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏、误动作、雷击或过电 压击穿等。 短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍。当它通过电 气设备时, 设备的载流部分变形或损坏,选用设备时要考虑它们对短路电流的稳 定。 短路电流在线路上产生很大的压降, 离短路点越近的母线, 电压下降越厉害, 从而影响与母线连接的电动机或其它设备的正常运行。 计算方法采用标幺值法计算。进行计算的物理量,不是用具体单位的值,而 是用其相对值表示,这种计算方法叫做标幺值法。标幺值的概念是: 某量的标幺值=
该量的实际值 该量的标准值

?与实际值同单位

?任意单位 ?

?

(5.1)

所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度, 用标幺值表示的物理量是没有 单位的。供电系统中的元件包括电源、输电线路、变压器、电抗器和用户电力线 路, 为了求出电源至短路点电抗标幺值, 需要逐一地求出这些元件的电抗标幺值。

5.2 高压电网三相短路计算
电源取自距本变电所 3km 外的 35kV 变电站, 10kV 双回架空线路向本变电 用 所供电,出口处的短路容量为 250MV· A。

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图 5.1 高压电网短路电流计算图

求 10kV 母线上 K-1 点短路和 380V 低压母线上 K-2 点短路电流和短路容量。 电源侧短路容量定为 Sk=250MV· A ⑴.确定基准值: 取 Sd=100MV· A Id1=
Sd 3 U c1

Uc1=10.5kV

Uc2=0.4kV

=100MV· A/( 3 *10.5kV)=5.50kA

Id1= ⑵.计算: ① 电力系统

Sd 3U c2

=100M· VA/( 3 *0.4kV)=144.34kA

X1*= Sd/Sk=100MV· A/250MV· A=0.4 ② 架空线路 X2*=X0LSd/Uc2=0.35Ω /km*3km* ③ 电力变压器 X3*=Uk%Sd/100SNT=
4 * 100 * 10 kV · A 100 * 500 kV · A
3

100 MV · A (10 . 5 kV )
2

=0.95

=8

⑶.求 K-1 点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量: ① 总电抗标幺值 X*∑(k-1) =X1*+X2*=0.4+0.95=1.35 ② 三相短路电流周期分量有效值 Ik-1(3) = Id1/X*∑(k-1) =5.50kA/1.35=4.07kA
17

③ 其他三相短路电流 Ik-1”(3) =I∞k-1 (3) = Ik-1(3) =4.07kA ish (3) =2.55*4.07kA=10.38kA Ish(3) =1.51*4.07kA=6.15kA ④ 三相短路容量 Sk-1(3) = Sd/X*∑(k-1) =100MV· A/1.35=74.1 MV· A· ⑷.求 K-2 点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量: 两台变压器并列运行: ① 总电抗标幺值 X*∑(k-2) =X1*+X2*+X3*// X4*=0.4+0.95+ ② 三相短路电流周期分量有效值 Ik-2(3) = Id2/X*∑(k-2) =144.34kA/5.35=26.98kA ③ 其他三相短路电流 在 10/0.4KV 变压器二次侧低压母线发生三相短路时,R∑< ksh=1.6,因此: Ik-2”(3) =I∞k-2 (3) = Ik-2(3) =26.98kA ish (3) =2.26*26.98kA=60.97kA Ish(3) =1.31*26.98kA=35.34kA ④ 三相短路容量 Sk-2(3) = Sd/X*∑(k-2) =100MV· A/5.35=18.69 MV· A 两台变压器分列运行: ① 总电抗标幺值 X*∑(k-2) =X1*+X2*+X3*=0.4+0.95+8=9.35 ② 三相短路电流周期分量有效值 Ik-2(3) = Id2/X*∑(k-2) =144.34kA/9.35=15.44kA ③ 其他三相短路电流 Ik-2”(3) =I∞k-2 (3) = Ik-2(3) =15.44kA ish (3) =2.26*15.44kA=34.89kA Ish(3) =1.31*15.44kA=20.23kA ④ 三相短路容量 Sk-2(3) = Sd/X*∑(k-2) =100MV· A/9.35=10.7MV· A
18

8 2

=5.35

1 3

<X∑ ,可取

表 5.1 高压短路计算结果

总电 抗 短路计算点 标幺 值 X*∑ k-1 变压器并列运 k-2 行 变压器分列运 行 1.35 5.35 Ik (3) 4.07 I”(3) 4.07 I∞(3) 4.07 ish (3) 10.38 Ish(3) 6.15 三相短路电流/ kA

三相短路 容量 /MV· A Sk (3) 74.1 18.69

26.98 26.98 26.98 60.97 35.34

9.35

15.44 15.44 15.44 34.89 20.23

10.7

5.3 低压电网三相短路计算
求短路点 K-1 和 K-2 处的三相和单相短路电流。

图 5.2 低压电网短路电流计算图

根据高压电网短路计算及查表对照的结果,取变压器高压侧短路容量为 70MV· A
19

⑴ 计算有关电路元件的阻抗 ① 高压系统电抗(归算到 400V 侧) 每相阻抗 ZS= Uc2*10-3/Sk=(400V)2*10-3/70MV· A=2.29mΩ XS= 0.995 ZS =0.995*2.29mΩ =2.28mΩ RS= 0.1 XS =0.1*2.28mΩ =0.228mΩ 相零阻抗 Xφ -0。S= 2XS/3=1.52mΩ Rφ -0。S= 2RS/3=0.152 mΩ ② 变压器的阻抗 (查表得 S9-500/10 每相阻抗 RT=△PK Uc /S N.T=4.95kW*(400V) /(500kV· =3.168 mΩ A) ZT= UK% Uc2/100SN.T=4*(400V)2/(100*500kV· A)=12.8 mΩ XT=
ZT ? R
2 2 T

Dyn11 型电力变压器, K=4.95KW,K%=4) △P U

2

2

2

2

= 12 . 8 2 ? 3 . 168

2

mΩ =12.4 mΩ

相零阻抗(Dyn11 联结) Rφ -0。T= RT=3.168mΩ Xφ -0。T= XT=12.4 mΩ ③ 母线和电缆的阻抗 母线 WB 查表的单位长度每相阻抗及相零回路阻抗值: 每相阻抗 RWB=rL= 0.031mΩ / m*6 m=0.186 mΩ XWB=xL=0.170mΩ / m*6 m=1.02 mΩ 相零阻抗 Rφ -0。WB = rφ -0 L = 0.104mΩ / m*6 m=0.624 mΩ Xφ -0。WB= xφ - L 0=0.394mΩ / m*6 m=2.364 mΩ 电缆 WL 查表的单位长度每相阻抗及相零回路阻抗值: 每相阻抗 RWL=rL= 0.310mΩ / m*100 m=31 mΩ XWL=xL=0.078mΩ / m*100m=7.8mΩ 相零阻抗 Rφ -0。WL = rφ -0 L = 1.128mΩ / m*100 m=112.8 mΩ

20

Xφ -0。WL= xφ - L 0=0.178mΩ / m*100 m=17.8mΩ ⑵ 计算各点的短路电流 ① k-1 的三相和单相短路电流 三相短路回路总阻抗 R∑= RS+RT+RWB=(0.228+3.168+0.186)mΩ =3.582 mΩ X∑= XS+XT+XWB=(2.28+12.4+1.02)mΩ =15.7 mΩ 三相短路电流 Ik (3) =Uc/( 3 短路冲击系数 ksh=1+e
? ?R
?

R

2 ?

? X?
2

)=400V/( 3

3 . 582

2

? 15 . 7

2

)mΩ =14.34kA

/X?

=1+ e -3.14*3.582/15.7=1.49

三相短路冲击电流 ish =
(3)

2

ksh Ik

(3)

= 2 *1.49*14.34=30.22kA
2

Ish(3)= Ik (3)

1 ? 2 ( k sh ? 1)

=14.34kA * 1 ? 2 (1 . 49 ? 1) 2 =17.45kA

单相短路回路总相零阻抗 Rφ -0 = Rφ -0。S+ Rφ -0。T+ Rφ -0。WB =(0.152+3.168+0.624)mΩ =3.944 mΩ Xφ -0 = Xφ -0。S+ Xφ -0。T+ Xφ -0。WB =(1.52+12.4+2.364)mΩ =16.284 mΩ 单相短路电流
2 2 Ik (1) = Uφ / R ? ? 0 ? X ? ? 0 = 220V/ 3 . 944 2 ? 16 . 284 2

mΩ =13.13kA

② k-2 的三相和单相短路电流 三相短路回路总阻抗 R∑= RS+RT+RWB+RWL =(0.228+3.168+0.186+31)mΩ =34.582 mΩ X∑= XS+XT+XWB+XWL =(2.28+12.4+1.02+7.8)mΩ =23.5mΩ 三相短路电流 Ik (3) = Uc/( 3 短路冲击系数 ksh=1+e
? ?R
?

R

2 ?

? X?
2

)=400V/( 3

34 . 582

2

? 23 . 5

2

)mΩ =5.52kA

/X?

=1+ e -3.14*34.582/23.5=1.01

三相短路冲击电流 ish(3)=
2

ksh Ik (3) = 2 *1.01*5.52=7.88kA
1 ? 2 ( k sh ? 1)
2

Ish(3)= Ik (3)

=5.52kA * 1 ? 2 (1 . 01 ? 1) 2 =5.52kA

单相短路回路总相零阻抗 Rφ -0 = Rφ -0。S+ Rφ -0。T+ Rφ -0。WB+ Rφ -0。WL

21

=(0.152+3.168+0.624+112.8)mΩ =116.744 mΩ Xφ -0 = Xφ -0。S+ Xφ -0。T+ Xφ -0。WB+ Xφ -0。WL =(1.52+12.4+2.364+17.8)mΩ =34.084 mΩ 单相短路电流
2 2 Ik (1) = Uφ / R ? ? 0 ? X ? ? 0 = 220V/ 116 . 744 2

? 34 . 084

2

mΩ =1.81kA

表 5.2 低压短路计算结果

短路 计算 点 k-1 点 k-2 点

每相阻抗/ m Ω R∑ 3.582 X∑ 15.7

相零阻抗/ mΩ

短路 冲击 系数 ksh

三相短路电流/ kA

三相电 流/ kA

Rφ -0 3.944

Xφ -0

Ik (3)

ish(3)

Ish(3)

Ik (1) 13.13

16.284 1.49 14.34 30.22 17.45

34.582 23.5 116.744 34.084 1.01

5.52

7.88

5.52

1.81

第 6 章 变电所高压进线、 一次设备和低压出线的选择
6.1 用电单位总计算负荷
对于本单位而言, 变电所变压器高压侧的计算负荷即是全厂及家属住宅区的 总计算负荷, 因此, 不需要采用需要系数逐级计算法和全厂需要系数法进行计算。 P= Pc +△PT=619.506+10.03=629.91kW Q= Qc+△Q T =285.966+51.36=317.33kvar S=705.33kV· A I=40.72A

6.2 高压进线的选择与校验
高低压配电电路最普遍的两种户外结构是架空线和电缆。 架空线的主要优点 是:设备简单,造价低;有故障易于检修和维护;利用空气绝缘,建造比较容易。 电力电缆的建设费用高于架空线路,具有美观、占地少,传输性能稳定、可靠性 高等特点。
22

对于高压开关柜,从柜下进线时一般需通过电缆引入,因此,采用架空线长 距离传输,再由电缆线引入的接线方式。 对给变压器供电的高压进线以及变电所用电电源线路, 因短路容量较大而负 荷电流较小,一般先按短路热稳定条件选择导体截面,然后再校验发热条件。

6.2.1 架空线的选择
① 按热稳定条件选择导体截面:长度为 3km 查表,C=87A· s ·mm2, t ima 取 1.2(取值为继电器动作时间) A≥Amin=I∞*103 t ima /C=4.07*103* 1 . 2 /87=51.25 mm2 初选 70 mm2 的 LGJ 型钢芯铝绞线。 ② 按发热条件进行校验: 全厂总计算电流为:Ic=40.72A 查表,70 mm2 的 LGJ 型钢芯铝绞线在 25℃、30℃时的载流量为 275A、 259A,大于 40.72A,故满足条件。

6.2.2 电缆进线的选择
① 按热稳定条件选择导体截面: 查表,C=143A· s ·mm2, t ima 取 1.2 A≥Amin=I∞*103 t ima /C=4.07*103* 1 . 2 /143=31.18mm2 初选 35mm2 的 YJY 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆 ② 按发热条件进行校验: 全厂总计算电流为:Ic=32.45A 查表,35 mm2 的 YJY 型三芯交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆在 25℃的空 气中敷设时的载流量为 172A,在 20℃直埋敷设时的载流量为 166A,大 于计算电流,故选择 35mm2 的 YJY 型三芯交联聚乙烯绝缘铜芯电力电 缆。

6.3 变电所一次设备的选择
表 6.1 主要电气设备表

23

序号 1 2

设备名称 10kV 真空断路 器 隔离开关

型号和规格 VS1—12/630—16 型断路器 GN19—10C/400 型隔离开关 LZZJ—10Q 200/5 0.5/10P20

3

电流互感器

LZZJ—10Q 200/5 0.2/0.2 LZZJ—10Q 100/5 0.5/10P20

4 5 6 7

电压互感器 熔断器 避雷器 10kV 开关柜

JDZ10—10B 10/0.1 0.2/0.2 JDZ10—10B 10/0.1 1.0/90V· A XRNP3—10 型熔断器 HY5WZ-12.7/45 KYN28A—12 型高压固定式开关 柜

6.3.1 高压断路器的选择
高压断路器除在正常情况下通断电路外,主要是在发生故障时,自动而快 速的将故障切除,以保证设备的安全运行。常用的高压断路器有油断路器、六 氟化硫断路器和真空断路器。 (1)高压断路器的主要参数: 额定电压:是指断路器正常工作时的线电压;额定电流:是指环境温度在 40℃时,断路器允许长期通过的最大工作电流;额定断开电流:它是断路器开 断能力的标志,其大小与灭弧室的结构和介质有关;额定开断容量:开断能力 常用断流容量表示, S N .br ?
3U
N

I N .br

;热稳定电流:热稳定电流是表示断路器

能随短路电流热效应的能力; 动稳定电流或极限通过电流: 表示能承受短路电流所产生的电动力的能力;断路 器的分、合闸时间:表示断路器的动作速度。 (2)选择时,除按一般原则选择外,由于断路器还有切断短路电流,因而 必须校验短路容量,热稳定性及动稳定性等各项指标。 按工作环境选择:选择户外或户内,若工作条件特殊,还需要选择特殊型 式;按额定电压选择:应该大于或等于所在电网的额定电压,即: 按额定电流选择:应该等于或大于负载的长时最大工作电流,即: 校验高压断路器的热稳定性:
U
N

?U

; ;

I N ? I ar . m

It2t≥I ∞ 2tima; 校验高压断路器的动稳定性:
24

i max ? i sh

; 校验高压断路器的断流容量 (或开断电流) 熔断断流容量按 S N . oc ? S 0 .2 :

校验; 根据上述分析并查资料: 10KV 高压断路器选择 VS1—12/630—16 型断路器;
表 6.2 高压断路器的选择校验表

序 号 项目

安装地点的电气条件 数据 10kV 40.72A 4.07kA 10.38kA

VS1—12/630—16 型断路器 项目 UN.QF IN.QF Ioc imax 数据 12kV 630A 16kA 40kA 结论 合格 合格 合格 合格

1. UN 2. IC 3. Ik(3) 4. ish(3)

5. I∞2tima (6.15kA)2*(1.2)S=7.38 kA2· It2t S

(16kA)2*4S=1024kA2· 合格 S

6.3.2 高压隔离开关的选择
(1) 高压隔离开关的作用: 高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线 路的输电设备, 以及对被检修的高压母线、 断路器等电器设备与带电的高压线路 进行电气隔离的设备。 (2)形式结构:高压隔离开关一般有底座、支柱绝缘子、导电刀闸、动触头、 静触头、传动机构等组成。一般配有独立的电动或手动操动机构,单相或三相操 动。 高压隔离开关主刀闸与接地刀闸间一般都设有机械连锁装置, 确保两者之间 操作顺序正确。 各类高压隔离开关、 接地开关根据不同的安装场所有各种不同的 安装方式 (3)选择条件:海拔高度不大于 1000 米为普通型,海拔高度大于 1000 米为 高原型;地震烈度不超过 8 度;环境温度不高于+400C,户内产品环境温度不低 于-100C, 户外产品环境温度不低于-300C; 户内产品空气相对湿度在+250C 时其日 平均值不大于 95%,月平均值不大于 90%(有些产品要求空气相对湿度不大于 85%) ;户外产品的覆冰厚度分为 5 毫米和 10 毫米;户内产品周围空气不受腐蚀 性或可燃气体、水蒸气的显著污秽的污染,无经常性的剧烈震动。户外产品的使 用环境为普通型,用于Ⅰ级污秽区,防污型用于Ⅱ级(中污型) 、Ⅲ级(重污型) 污秽区。 根据设计条件,选择户内型高压隔离开关,根据上述条件和要求并查表有: 10KV 的高压隔离开关选择 GN19—10C/400 型
25

表 6.3 高压隔离开关的选择校验表

序 号 项目

安装地点的电气条件 数据 项 目 UN.QF

GN19—10C/400 型隔离开关 数据 结 论 合 格 合 格 — — 合 格 合 格

1. UN

10kV

10kV

2. IC

40.72A

IN.QF

400A

3. Ik(3)

——

Ioc

——

4. ish(3) I
2 ∞

10.38kA

imax

50kA

5.

tima

(6.15kA)2*(1.2)S=45.4kA2· It2t S

(12.5kA)2*4S=156.25kA2· S

6.3.3 高压熔断器的选择
高压熔断器是一种过流保护元件,由熔件与熔管组成。当过载或短路时,熔 件熔断,达到切断故障保护设备的目的。电流越大,熔断时间越短。在选择熔 件时,除保证在正常工作条件下(包括设备的起动)熔件不熔断外,还应该符 合保护选择性的要求。 高压熔断器的选择:除按环境、电网电压、电源选择型号外,还必须按
S N .br ? S ?? 校验熔断器的断流容量;选择的主要指标是选择熔件合熔管的额定电

流,熔断器额定电流按 I N . FU ? I N . FE ? I 选。 所选择的熔件应在长时最大工作电流及设备起动电流的作用下不熔断,在 短路电流作用下开关熔断;要求熔断器特性应与上级保护装置的动作时限相配 合(即动作要有选择性) 这里主要用做电压互感器保护用。根据上述条件并 。 查表有: 10kV 的高压熔断器选择 XRNP3—10 型熔断器。

26

表 6.4 高压熔断器的选择校验表

安装地点的电气条 序号 件 项目 数据 器

XRNP3—10 型熔断

项目

数 据 10 kV 20 0A 50 kA — — — —

结论

1.

UN

10kV 40.72 A 4.07k A ——

UN.QF

合格

2.

IC

IN.QF

合格

3.

Ik(3)

Ioc

合格

4.

ish(3)

imax

——

5.

I∞2tima

——

It2t

——

6.3.4 电流互感器的选择
电流互感器是一次电路与二次电路间的连接元件,用以分别向测量仪表和 继电器的电压线圈与电流线圈供电。 电流互感器的结构特点是: 一次绕组匝数少 (有的只有一匝,利用一次导体穿过其铁心) ,导体相当粗;而二次绕组匝数很 多,导体较细。它接入电路的方式是:将一次绕组串联接入一次电路;而将二次 绕组与仪表、继电器等的电流线圈串联,形成一个闭合回路,由于二次仪表、继 电器等的电流线圈阻抗很小, 所以电流互感器工作时二次回路接近短路状态。 二 次绕组的额定电流一般为 5A。 电流互感器在使用中要注意以下几点: ①电流互感器在工作时其二次侧不得开路,二次侧不允许串接熔断器和开 关; ②电流互感器二次侧有一端必须接地,防止一次、二次绕组绝缘击穿时,一 次侧的高电压窜入二次侧,危及人身和设备的安全。 电流互感器的选择条件:
27

(1)额定电压大于或等于电网电压: U IN ? U N (2)原边额定电压大于或等于长时最大工作电流:
I IN ? (1 . 2 ~ 1 . 5 ) I ar . m S 2 N ? S 2?

(3)二次侧总容量应不小于该精度等级所规定的额定容量: (4)校验: 内部动稳定按: 2 I 1 N K am ? i sh
I 1N

: 电流互感器额定一次电流; :动稳定倍数
( K th I IN ) t ? I ?
2 (2)
2

K am

外部动稳定按:

t ima

表 6.5 LZZJ—10Q 100/5 0.5/10P20 型电流互感器的选择校验表

序号 1. 2. 3. 4. 5.

安装地点的电气条件 项目 UN IC Ik(3) ish(3) 数据 10kV 40.72A —— 10.38kA

LZZJ—10Q 100/5 0.5/10P20 项目 UN.QF IN.QF Ioc imax It2t 数据 10kV 100A —— 50kA 结论 合格 合格 —— 合格

I∞2tima (6.15kA)2*1S=37.82 kA2· S

(20kA)2*1S=400kA2· 合格 S

表 6.6 LZZJ—10Q 100/5 0.2/0.2 型电流互感器的选择校验表

序号 1. 2. 3. 4. 5.

安装地点的电气条件 项目 UN IC Ik(3) ish(3) 数据 10kV 40.72A —— 10.38kA

LZZJ—10Q 100/5 0.2/0.2 项目 UN.QF IN.QF Ioc imax It2t 数据 10kV 100A —— 50kA 结论 合格 合格 —— 合格

I∞2tima (6.15kA)2*1S=37.82 kA2· S

(20kA)2*1S=400kA2· 合格 S

表 6.7 LZZJ—10Q 100/5 1.0/10P20 型电流互感器的选择校验表

序号

安装地点的电气条件 项目 数据
28

LZZJ—10Q 100/5 1.0/10P20 项目 数据 结论

1. 2. 3. 4. 5.

UN IC Ik(3) ish(3)

10kV 40.72A —— 10.38kA

UN.QF IN.QF Ioc imax It2t

10kV 100A —— 50kA

合格 合格 —— 合格

I∞2tima (6.15kA)2*1S=37.82 kA2· S

(20kA)2*1S=400kA2· 合格 S

6.3.5 电压互感器的选择
电压互感器一次侧是并接在主接线高压侧, 二次线圈与仪表和继电器电压线 圈串联,一次侧匝数很多,阻抗很大,因而,它的接入对被测电路没有影响,二 次线圈匝数少,阻抗小,而并接的仪表和继电器的线圈阻抗大,在正常运行时, 电压互感器接近于空载运行。二次绕组的额定电压一般为 100V。 电压互感器的类型及接线按相数分单相、三相三芯和三相五芯柱式;按线 圈数来分有双线圈和三线圈;实际中广泛应用三相三线五柱式(Y-Y). (1)电压互感器在使用中要注意以下几点: ①一次、二次侧必须加熔断器保护,二次侧不能短路,防止发生短路烧毁互 感器或影响一次电路正常运行; ②电压互感器二次侧有一端必须接地,防止一次、二次绕组绝缘击穿时,一 次侧的高电压窜入二次侧,危及人身和设备的安全; ③二次侧并接的电压线圈不能太多,避免超过电压互感器的额定容量,引起 互感器绕组发热,并降低互感器的准确度。 (2)电压互感器的技术要求与说明: ①.电压互感器能在 1.1 倍额定电压下长期运行,并能在 8 小时内无损伤的 承受 2 倍额定电压,当额定电压在 330kV 以上时,互感器绝缘所能承受的耐压 强度为额定操作冲击耐受电压值和额定雷电冲击耐受电压值;当额定电压在 330kV 以下时, 互感器绝缘所能承受的耐压强度为额定短时工频耐受电压值和额 定雷电冲击耐受电压值。 ②.额定电压因数,即在规定时间内仍然能满足热性能和准确级要求的最高 一次电压与额定一次电压的比值,额定电压因数与互感器初级绕组接线方式有 关。 ③.电压互感器的误差极限: 在额定频率、 80%-100%额定电压间任一电压值, 功率因数为 0.8(滞后) 、二次负荷为 25%-100%额定负荷中任一值下,各准确等 级的电压互感器误差不超过下表所列限值,对保护用电压互感器,在额定频率、
29

5%额定电压及额定电压因数相对应的电压、二次负荷为 25%-100%额定负荷、功 率因数为 0.8(滞后)时,电压互感器误差限值不超过下表中 3P、6P 两项值; 在 2%额定电压、二次负荷为 25%-100%额定负荷、功率因数为 0.8(滞后)时, 电压互感器误差限值不超过下表中 3P、6P 两项限值的两倍。对于中性点有效接 地系统的接地电压互感器,其剩余电压绕组的标准准确级为 3P 或 6P,对于中性 点非有效接地系统的接地电压互感器,其剩余电压绕组的标准准确级为 6P,如 果有次级绕组,次级绕组带有保护准确级,二次负荷在 25%-100%额定负荷下、 功率因数为 0.8(滞后)下,剩余电压绕组还应满足规定的准确级。 选择计量用为 JDZ10—10B 10/0.1 0.2/0.2 型电压互感器,保护用为 JDZ10 —10B 10/0.1 1.0/90VA 型电压互感器。

6.3.6 高压开关柜的选择
开关柜是金属封闭开关设备的俗称, 是按一定的电路方案将有关电气设备组 装在一个封闭的金属外壳内的成套配电设备。 金属封闭开掼设备分为三种类型:铠装式,即各室间用金属板隔离且接地, 如 KYN 型和 KGN 型;间隔式,即各室间是用一个或多个非金属板隔离,如 JYN 型;箱式,即具有金属外壳,但间隔数目少于铠装式或间隔式,如 XGN 型。从中 压断路器的置放方式来看,分为:落地式,即断路器手车本身落地推入柜内;中 置式,即手车装于开关柜中部。 根据一次主接线形式和所选设备来看,10kV 高压开关柜选用 KYN28A—12 型 高压中置式开关柜。进线柜中配真空断路器额定电流为 630A、额定开断电流为 40kA。计量柜中配隔离开关,并与进线柜中的真空断路器连锁,计量用电流、电 压互感器,电压互感器用熔断器保护。压变、避雷器柜中配电压互感器测量过电 压,并用熔断器保护,还有避雷器。出线柜配真空断路器和保护用电流互感器, 配接地开关。各柜均以带电显示器显示计量读数。

6.4 低压出线的选择
低压出线包括连接变压器和低压母线的低压母线桥和低压母线, 选择时必须 使其载流量大于计算电流。 按发热条件选择电缆截面,低压母线侧无功补偿后的计算负荷 Pc=619.506kw Q c=385.966-120=265.966kvar
30

Sc=674.19kV· A Ic=1024.33A

6.4.1 低压母线桥的选择
根据计算电流,选择截面为 630mm2 的 0.6/1kV 级聚氯乙烯绝缘铜芯 VV 型电 力电缆,在直埋敷设时的载流量为 1113A,均大于 1024.33A。

6.4.2 低压母线的选择
根据计算电流,选择 TMY-80*6 的单片低压铜母线,在 25℃、30℃、35℃、 40℃的载流量为 1480A、1390A、1300A、1200A,均大于 1024.33A。

表 6.8 导线的选择表

线 线路 名称 路 类 型 架 电源 进线 空 线 路 电 高压 进线 缆 线 路 低压 母线 电 缆 630mm2 的 0.6/1kV 级聚氯乙烯 绝缘铜芯 VV 型电力电缆
31

型号

敷设方 式

长 度

载流量

70mm2 的 LGJ 型钢芯铝绞线

架空

3km

275A(25℃)

35mm2 的 YJY 型三芯交联聚 乙烯绝缘铜芯电力电缆

直埋敷 设

10m

166A(20℃)

直埋敷 设

6m

1113A(25℃)



线 路 低

低压 出线

压 母 线

TMY-80*6 的单片低压铜母线

——



1480A

32

第 7 章 变电所二次回路方案
7.1 二次回路的定义和分类
二次设备是指测量表计、控制及信号设备、继电保护装置、自动装置和运动 装置等。根据测量、控制、保护和信号显示的要求,表示二次设备互相连接关系 的电路,称为二次接线或二次回路。 按二次接线的性质来分,有交流回路和直流回路,按二次接线的用途来分, 有操作电源回路、测量表计回路、断路器控制和信号回路、中央信号回路、继电 保护和自动装置回路等。

7.2 二次回路的操作电源
变配电所的操作电源是供高压断路器控制回路、继电保护回路、信号回路、 监测装置及自动化装置等二次回路所需的工作电源。 操作电源对变配电所的安全 可靠运行起着极为重要的作用, 正常运行时应能保证断路器的合闸和跳闸;事故 状态下,在母线电压降低甚至消失时,应能保证继电保护系统可靠地工作,所以 要求其充分可靠,容量足够并具有独立性。 操作电源按其性质分,有直流操作电源和交流操作电源两大类。 目前在用户变配电所中使用的直流操作电源大多为带免维护铅酸蓄电池、 镉 镍电池组储能的硅整流电源或高频开关电源成套装置。 小型 10kV 变配电所一般采用弹簧操动机构,且继电保护也较简单,可以选 用交流操作电源,从而省去直流电源装置,降低投资。交流操作电源可以从所用 变压器或电压互感器取得 220V 电压源,从电流互感器取得电流源。

7.3 二次回路的接线要求
继电保护装置即各种不同类型的继电器,以一定的方式连结与组合,在系统 发生故障时,继电保护动作,作用于断路器脱扣线圈或给出报警信号,以达到对 系统进行保护的目的。继电保护的设计应以合理的运行方式和故障类型作为依 据,并应满足速动性、选择性、可靠性和灵敏性四项基本要求: 1.选择性:当供电系统发生故障时,要求只离故障点最近的保护装置动作, 切除故障, 而供电系统的其它部分仍然正常运行。 满足这一要求的动作, “选 称为 择性动作” 如果供电系统发生故障时,靠近故障点的保护装置不动作(拒动作), 。
33

而离故障点远的前一级保护装置动作(越级动作),这就叫“失去选择性” 。 2.速动性:为了防止故障扩大,减轻其危害程度,并提高电力系统运行的稳 定性,因此在系统发生故障时,保护装置应尽快动作,切除故障。 3.可靠性:保护装置在应该动作时,就应该可靠动作,不应拒动作,而在不 应该动作时就不应该误动作。保护装置的可靠程度,与保护装置的元件质量、结 线方案以及安装、整定和运行维护等多种因素有关。 4.灵敏性: 表征保护装置对其保护区内故障和不正常工作状态反应能力的一 个参数,如果保护装置对其保护区内故障轻微的故障能力都能及时地反应动作, 就说明保护装置的灵敏度高。 灵敏度用保护装置的保护区内在电力系统最小运行 方式时的最小短路电流与保护装置一次动作电流的比值来表示, 这一比值就称为 保护装置的灵敏系数或灵敏度。

7.4 电气测量仪表及测量回路
1.电气测量的任务与要求 为了监视供电系统的运行状态和计量一次系统消耗的电能, 保证供电系统安 全、可靠、优质和经济合理地运行,在变配电装置中必须装设一定数量的电气测 量仪表。 对电气测量仪表, 要保证其测量范围和准确度满足变配电设备运行监视 和计量的要求,并力求外形美观,便于观测,经济耐用等。具体要求可参照 GBJ63-90《电力装置的电测量仪表装置设计规范》 。 为了安全和标准化小型化, 电气测量仪表一般通过电流互感器和电压互感器 接入一次系统中,因此,其测量范围和准确度还需和互感器相配套。互感器的准 确度等级应比测量仪表高一级, 1.0 级的测量仪表应配置不低于 0.5 级的互感 如 器,0.5 级的专用计量电能表应配置不低于 0.2 级的互感器。电流互感器变比的 选择,宜满足装置回路最大负荷运行时,仪表的指示在满量程的的 70%~100% 处。 2.电气测量仪表的配置 供电系统变配电装置中各部分仪表的配置要求如下: ① 35~110/10.5kV 电力变压器, 应装设电流表、 有功功率表、 无功功率表、 有功电能表和无功电能表各 1 只,装在变压器哪一侧视具体情况而定。 ② 10kV 进线,应装设 1 只电流表。由树干式线路供电的或由公用电网供电 的变电所, 还应再装设有功电能表和无功电能表各一只。供电部门计费用的电能

34

表装设在专用的计量柜中。 ③ 10kV 母线(每段母线)上,必须装设 1 只电压表测量线电压。在中性点 非有效接地的系统中,10kV 配电所的每段母线上还应装设绝缘监视装置,并装 设 3 只电压表测量相对地电压以判断哪一相发生接地。 ④ 10kV 母线联络柜上,应装设 1 只电流表。 ⑤ 10/0.4kV 配电变压器,应装设电流表、有功电能表各 1 只,如为单独经 济核算单位的变压器,还应再装设 1 只无功电能表。 ⑥ 10kV 出线,应装设电流表、有功电能表各 1 只,如为单独经济核算单位 的线路,还应再装设 1 只无功电能表。

7.5 断路器的控制和信号回路
高压断路器的控制回路是指用控制开关或遥控命令操作断路器跳、 合闸的回 路, 它主要取决于断路器操动机构的型式和操作电源的类别。电磁操动机构和新 近采用的永磁操动机构只能采用直流操作电源,弹簧操动机构可交直流两用。断 路器的控制方式有开关柜就地控制和在控制室远方控制两种方式。 信号回路是用来指示一次系统设备运行状态的二次回路。信号按用途分,有 位置信号、事故信号和预告信号等。 断路器位置信号用来显示断路器正常工作的位置状态,一般红灯亮,表示断 路器处于合闸位置;绿灯亮,表示断路器处于跳闸位置。 事故信号用来显示断路器在事故情况下的工作状态。一般红灯闪光,表示断 路器自动合闸;绿灯闪光,表示断路器自动跳闸。此外,还有事故音响信号和光 字牌等。 预告信号是在系统出现不正常状态时或在故障初期发出的报警信号。例如, 变压器超温或系统接地时,就发出预告音响信号,同时光字牌亮,指示故障的性 质和地点,运行人员可根据预告信号及时处理。 对断路器的控制和信号回路主要有下列基本要求: ① 应能监视控制回路保护装置及其跳、合闸回路的完好性。通常小型变配 电所采用灯光监视方案,中大型变配电所采用音响监视方案或微机远方监视。 ② 合闸或跳闸动作完成后,应能使命令脉冲解除,即能切断合闸或跳闸回 路。断路器操动机构中的维持机构(即机械锁扣)能使断路器保持在合闸或跳闸 状态,因此,跳、合闸线圈是按短时工作设计的,长时间通电会烧毁。

35

③ 应能指示断路器正常合闸和跳闸的位置信号以及断路器自动合闸和跳闸 的指示信号。如前所述,可分别用红、绿灯的平光以及闪光来表示。一般在小型 变配电所和采用微机远方控制的变配电所,闪光信号也可以取消,而通过其它信 号如音响信号来指示。 ④ 应有防止断路器连续多次跳、合闸的防跳回路。各种型号的操动机构本 身不具备机械防跳性能, 应加装电气防跳回路。 当采用整体结构的真空断路器时, 若其机构内配有防跳继电器, 在保护动作跳闸的同时可切断合闸回路,实现电气 防跳,则不加装电气防跳回路。

7.6 绝缘监视装置
这种装置利用接地后出现的零序电压给出信号。 在变压器电源母线上装接一 个三相五芯式电压互感器, 其二次侧的星形接法绕阻接有三个电压表,以测量相 对地电压;另一个二次绕组接成开口三角形,接入电压继电器,用来反应线路单 相接地时出现的零序电压。正常运行时,三相电压对称,故不出现零序电压,电 压继电器不动作。 当任何一会线路发生单相接地故障时, 故障相对的地电压为零, 其它两相对地电压升高到 3 倍,同时出现零序电压,使电压继电器动作,发出 接地故障信号

36

图 7.1 绝缘监视装置电路图

这种保护简单, 但给出信号没有选择性,值班人员想判别出故障发生在哪一 条线路上,就要依次断开各条线路来寻找。若断开某线路时接地信号能消失,该 线路便是发生接地故障的线路。 这种监视装置可用于出线不太多、负荷电流允许 短时间内切断的供电网中。 在电网正常运行时,由于电流互感器本身有误差以及 高次谐波电压的存在,开口三角形绕组有不平衡电压输出。因此,继电器的动作 电压要躲过这一不平衡电压,一般整定为 15V。当任一回线路发生单相接地故障 时,开口三角形处将出现近 100V 的零序电压,KV 动作发出预告信号。运行人员 可通过观察相对地电压表, 便可知道是哪一相发生接地,但不能判断是哪一回线 路故障。 若要自动判别哪回线路发生接地故障,则需装设单相接地保护或微机小 电流接地选线装置。

7.7 继电保护的选择与整定
7.7.1 继电保护的选择要求
表 7.1 继电保护装置选择的一般要求

序 号

一次系统情况 相 间 短 路 保 护

继电保护装置选择要求 采用去分流跳闸的反时限过电流保 护,两相两继电器式接地,继电器 本身兼具有电流速断保护 采用定时限或反时限过电流保护, 两相两继电器式接地,当动作时限 大于 0.5-0.7s 时,加电流速断保护 单相接地保护 相间 短路 保护 低压 侧单 相短
37

1

高压断路器采用手动或 6-10 kV 高 弹簧操作机构

2

压线 路

高压断路器采用电磁操 动机构或弹簧操作机构 在电缆线路较多时 高压断路器采用手动或

3 4

6-10/ 0.4kV 电力 变压 器

弹簧操动机构 高压断路器采用电磁操 动机构或弹簧操动机构 低压侧为含 中性线的三 相系统 高压侧 开关为 断路器

同序号 1

5

同序号 2 变压器低压侧中性线上 装零序电流保护 高压侧过电流保护改用

6 7

路保 8 9 10 11 高压侧 开关不 限 高压侧开关为断路器 高压侧开关为断路器 护

两相三继电器式接线 低压侧装三相带过电流 脱扣器的低压断路器 低压侧三相装熔断器保护 过负荷保护 气体继电器保护(瓦斯保护)

7.7.2 继电保护的装置选择与整定
继电保护的种类很多,但是就一般情况来说,它是由测量部分、逻辑部分、 执行部分组成的,其原理图如下:
输入信号 输出信号

测量部 分

定值调整

逻辑部 分

执行部 分

图 7.2 继电保护装置的原理框图

测量部分从被保护对象输入有关信号,再与给定的整定值相比较,决定保护 是否动作。根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合,使 保护装置按一定的逻辑关系工作,最后确定保护应有的动作行为。由执行部分立 即或延时发出报警信号或跳闸信号。 1、过电流保护 当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时就使断路器跳闸或 给出报警信号的装置称为过电流保护装置,它有定时限和反时限两种。 反时限:接线简单、经济,广泛应用于 10kV 以下的中小型工厂供电系统, 可同时实现电流速断保护,但动作时间较麻烦,误差较大。 定时限:接线复杂,动作时间简单,应用于 35kV 以上的供电系统。 过电流保护装置的整定计算: 过电流保护装置动作电流计算一般包括动作电流的计算, 动作时限的整定和 灵敏度的校检。 (1)过电流保护装置动作电流计算 过电流保护的最小起动电流必须按二个条件整定: 一是必须躲过正常工作电 流的最大负荷电流 I max ,二是躲过外部故障切断后各电动机的自起动电流。过电
38

流保护装置的一次侧起动电流可按下式计算
I dz ? Kk K
f

K

zq

I max

(7.1)

式中

Kk
K K
f

——可靠系数,DL 型继电器取 1.2;GL 型继电器取 1.3; ——返回系数,DL 型取 0.8,GL 型取 0.85; ——电动机自起动系数。由实验或实际运行数据来确定,当

zq

可查时,可考虑将 I dz 取 3-4。 电流继电器的动作电流为:
I dzj ? K
jx

Ki

I dz ?

K

jx

Kk
f

K

Ki K

zq

I max

(7.2)

式中

K

jx

——接线系数;

K i ——电流互感器。

(2)过电流保护的灵敏系数 规程要求中性点不接地系统在最小运行方式时,保护区末断发生两相短路 时,可考虑系数不应小于 1.25~1.5,即:
K lm ? Id
?2 ?
min

? 1 . 25 ~ 1 . 5

I dz Id2
?2 ?
min

K

tm

?

I dz

2、电流速断保护 过电流保护装置为了保证有选择性,其整定时限必须逐级增加△t 秒,越靠 近电源,短路电流越大,而保护装置动作时限也越长,这对设备安全运行非常不 利,为弥补此缺点,可以采用瞬时动作的电流速断保护配合使用。 电流速断保护的优点是动作迅速,能缩短故障切除时间,其缺点是存在死区,不 能保护整个线段, 其保护范围可由本线段短路电流分布曲线确定。电流速断保护 不能单独使用, 必须与过电流保护配合。速断保护的动作电流应按本线路末端在 最大运行方式下发生短路的短路电流来整定。
I op ? k k I k
?3 ?

(7.3)

速断保护继电器动作电流为:
I op ? k ? k k k kx k TA
39

Ik

?3 ?

(7.4)

式中 K k ——可靠系数,DL 型继电器取 1.2~1.3,GL 型继电器取 1.5~1.6。 速断保护的灵敏度是在系统最小运行方式下保护安装处两相短路电流 I k 1 与其动作电流 I op 之比,即
k s ? I k1
?2 ?
? min

?2 ?

? min

/ I op



(7.5)

电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护,也称瞬时电流速断保护。对 于采用 DL 系列电流继电器的速断保护来说, 就相当于定时限过电流保护中抽去时 间继电器,即在起动用的电流继电器之后,直接接信号继电器和中间继电器,最 后由中间继电器触头接通断路器的跳闸回路。 由于保证断路器动作选择性而引入可靠系数 K k 后,速断保护动作电流大于 被保护范围末端的最大短路电流,使保护装置不能保护全段线路而有一段死区, 因而速断保护不能做主保护, 必需和过电流保护装置配合使用,作为辅助保护是 比较经济合理的。 3、单相接地保护 单相接地保护有零序电压保护和零序电流保护两种。 4、电力变压器的继电保护 变压器的故障一般分为内部故障和外部故障, 内部故障主要有绕组的相间短 路、 绕组匝间短路和中性点直接接地侧的单相接地短路。 外部故障有引出线上绝 缘套管的故障, 可能导致引出线的相间短路或单相接地短路。 变压器的不正常工 作状态有: 由于外部短路和过负荷而引起的过电流, 油面的过度降低和温度升高 等。 根据变压器的故障种类及不正常运行状态,变压器一般应装设下列保护装 置: ⑴ 电流速断保护或差动保护 ⑵ 过电流保护 ⑶ 中性点直接接地侧的单相接地保护 ⑷ 过负荷保护 ⑸ 瓦斯保护 ⑹ 温度信号 ① 过电流保护与电流速断保护 变压器的过电流保护的组成、 原理与线路过电流保护的组成、 原理完全相同, 其动作电流整定计算公式与线路过电流保护基本相同,公式

40

I op ?

k rel k w k re k i

I L . max

(7.6)

中的 Il.max 为 (1.5—3) 1N.T I1N.T 为变压器的额定一次电流) 其动作时间亦按 I ( 。 “阶 梯原则”整定,与线路过电流保护完全相同。但是对 6-10KV 降压变电所,其动 作时间可整定为最小值 0.5S。 变压器过电流保护的灵敏度, 按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发 生两相短路的高压侧穿越电流值来检验,要求 SP>1.5。 按规定,如果变压器过电流保护的动作时间大于 0.5S,应装设电流速断保 护。 变压器的电流速断保护,其组成、原理和线路的电流速断保护完全相同。变 压器电流速断保护动作电流的整定计算公式也与线路电流速断保护基本相同, 公 式
I qb ? k rel k w ki Ik
(3)

(7.7)

中的 I (k3 ) 为低压母线的三相短路电流周期分量有效值换算到高压侧的穿越电流 值,即变压器电流速断保护的速断电流按躲过低压母线三相短路来整定。 变压器电流速断保护的灵敏度,按保护装置装设处(高压侧)在系统最小运 行方式下发生两相短路的短路电流来检验 I (k2 ) ,要求 SP>1.5。 ② 变压器低压侧的单相接地保护 对于 6-10kV 降压变压器,其低压绕组的中性点直接接地,变压器低压侧的 单相短路电流并不能完全反映到装在高压侧的保护装置中。 这就使得过电流保护 装置在保护变压器低压侧的单相短路故障时灵敏度较低。对 Dyn11 联结的变压 器, 由于其低压侧单相短路电流较大,可利用高压侧的过电流保护装置兼作低压 侧的单相接地保护,但须校验其动作灵敏度。 零序电流保护的动作时间一般取 0.5-0.7S。 其保护灵敏度, 按低压母线 (干 线)末端发生单相短路来检验。对架空线 SP>1.5;对电缆线 SP>1.25。采用此种 保护,灵敏度较高。 ③ 变压器的过负荷保护 变压器的过负荷保护一般只对并列运行的变压器或工作中有可能过负荷 (如 作为其他负荷的备用电源) 的变压器才装设。由于过负荷电流在大多数情况下是 三相对称的, 因此过负荷保护只需采用一个电流继电器装于一相电流中,保护装
41

置作用于信号。为了防止变压器外部短路时,变压器过负荷保护发出错误信号, 以及在出现持续几秒钟的尖峰负荷时不致发出信号,通常过负荷动作时限为 10-15S。 变压器过负荷保护的动作电流 I op ( OL ) 可按下式计算:
I op ( OL ) ? k rel k re k i I 1 N . T ? (1 . 2 ~ 1 . 3 ) I 1 N .T ki

(7.8)

式中

I 1 N . T ——变压器的一次侧额定电流; K K
rel

——可靠系数,一般可取 1.05; ——继电器返回系数,DL 型取 0.85,GL 型取 0.8;

re

K

i

——电流互感器电流比。

④ 瓦斯保护 瓦斯保护又称气体继电保护, 是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本 保护装置。 GB50062-1992 规定, 按 800kV· 及以上的一般油浸式变压器和 400kV· A A 及以上的车间内油浸式变压器,均应装设瓦斯保护。 瓦斯保护的主要元件是气体继电器。 它装设在变压器油箱与油枕之间的连通 管上,利用油浸式电力变压器内部故障时产生的气体进行工作。它有两个触点: 一个是“轻瓦斯触点” ,另一个是“重瓦斯触点” 在变压器正常运行时,气体 。 继电器两对触点都是断开的。 当变压器油箱内部发生轻微故障时, “轻瓦斯触点” 接通。当变压器油箱内部发生严重故障时, “重瓦斯触点”接通。如果变压器油 箱漏油, “轻瓦斯触点” 与“重瓦斯触点”会先后接通。 重瓦斯的动作值是按油流速度来整定的,对油浸自冷变压器通常整定在 0.6-1.0 米/秒。对于强迫油循环的变压器整定为 1.1-1.2 米/秒。 瓦斯动作的主要优点是动作快,灵敏度高,结构简单,能反映变压器油箱内 的各种故障,可靠性比较高,安装简单,其缺点是不能反映油箱以外故障(如变 压器套管以及引出线上的故障) ,因此瓦斯保护不能取代变压器的其他保护。

42

第 8 章 变电所防雷与接地方案的设计
8.1 确定共用人工接地装置
⑴ 确定接地电阻允许值 RE(al) 本变电所 10KV 侧属小电流接地系统,则其接地电流估算为 IE=UN(35lcab+loh)/350=10(35*10+2000)/350=67.14A 查表,本变电所共用接地装置的接地电阻应该同时满足 RE≤120V/IE=120/67. 14=1.79 RE≤4Ω
43

则此变电所共用接地装置要求的接地电阻 RE=1.79Ω ⑵ 可利用的自然接地体电阻 RE(nat)=60Ω ⑶ RE(nat)>RE ,需要补充人工接地体。人工接地体所需的总电阻 RE(man)为 RE(man) = RE(nat) RE/RE(nat) -RE=60*1.79/{60-1.79}=1.85Ω ⑷ 人工接地体的初步敷设方案 拟选用直径 50mm,长 2.5m 的钢管接地体,沿变电所四周,距墙角 2.5-3m, 每隔 5m 打入一根钢管,各钢管接地体之间用 40*4mm2 的扁钢连接构成一个接 地网。此时,a/l=5/2.5=2。 ⑸ 单根人工接地体钢管的接地电阻 RE(man)(1) 查表,砂质粘土的土壤电阻率ρ =100Ω ·m RE(man)(1) ≈0.3ρ =0.3m-1*100Ω ·m=30Ω ⑹ 人工接地装置需用的钢管数量及最终的接地方案 根据 RE(man)(1) /RE(man) =30Ω /1.85Ω =16.22,考虑到管间的屏蔽效应,初步选定为 20 根。以 a/l=5/2.5=2 和 n=20 查表,取η =0.61 n≥0.9 RE(man)(1) /η RE(man) =0.9*30Ω /0.61*1.85Ω ≈24 为使得接地体均匀对称,按偶数布置接地体。选用 24 或 26 根直径 50mm,长 2.5m 的钢管作接地体,并用 40*4mm2 的扁钢连接,呈环型布置。 ⑺ 校验接地线的短路热稳定 钢质接地线热稳定系数 C=70, Ik (1)=1.81kA, t k 假定为 0.4S,则接地线 的最小截面应符合 Amin≥Ik (1)
tk

/C=1810 0 . 4 /70mm2=16.35mm2

实际接地线截面为 40*4mm2=160mm2>16.35mm2,短路热稳定条件合格。

8.2 防雷保护的选择
在每路进线终端和每组母线上装设避雷器,有电缆进线段的架空线路,在电 缆与架空线的连接处应装设避雷器。 由于本站占地面积较小, 从经济性和可靠性两方面考虑可利用建筑物混凝土 的钢筋引地下的地基以作大地可靠接地, 再在本站建设屋的房顶上用钢筋在外沿 打 20*20m 的方格子, 竖直连结好后,沿房顶一圈再与混凝土内的钢筋连结牢固, 形成避雷线。

44

第 9 章 配电线路及照明的设计
9.1 配电线路布线方案的确定
树干式配电包括变压器干线式及不附变电所的车间内干线式配电。 1、我国各工厂对采用树干式配电已有相当长的时间,积累了一定的运行经 验。绝大部分车间的运行电工没有对此配电方式提出否定的意见。 2、树干式配电的主要优点是结构简单,投资和有色金属较省。
45

3、有人认为这种方式的线路的接头不可靠,容易发生故障。此外,目前各 级配电保护装置的遮断时间很难满足选择性的要求, 常常因此而越级跳低压侧总 的自动空气断路器,停电影响的范围较大,不及放射式供电可靠。但从调查的工 厂反映,此配电方式一般能满足生产要求。 4、干线的维修工作量是不大的,正常的维修工作一般一年仅进行二三次, 大多数工厂均可能在一天内全部完成。 如能统一安排就不需要分批或分段进行维 修工作。 综上所述,树干式配电与放身式配电相比较,树干式配电由于结构简单,能 节约一定数量的配电设备和线路,可不一定设专用的低压配电室,而在其供电可 靠性和维修工作上的缺点则并不严重。因此,推荐树干式配电。但树干式配电方 式并不包括由配电箱接至用电设备的配电。

9.2 车间配电系统的设计
9.2.1 车间配电导线的选择
① 电焊车间: (100m 的 TT 线路,允许电压损失为 5%) I. 按发热条件选择电缆截面 Pc=45.27+3=48.27kW Q c=121.33kvar 计算电流为:
2 Ic= P C2 ? Q C / 3 UN=198.4A

查表,得 70mm2 截面的 0.6/1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆直 接敷设在 20℃、30℃时的载流量为 234A、216A,大于 198.4A。 II. 按电压损失条件进行校验 查表, 0.6/1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆的 r0=0.310Ω /km, 得 x0=0.078Ω /km。
?U %

= PR+QX) ( /10UN2= 45.27*0.310*0.1+121.33*0.078*0.1) ( /10*0.382=1.63

满足要求 ② 车间二: (100m 的 TT 线路,允许电压损失为 5%) I. 按发热条件选择电缆截面 Pc=43.21+3=46.21kW Q c=74.75kvar
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计算电流为:
2 Ic= P C2 ? Q C / 3 UN=133.5A

查表,得 35mm2 截面的 0.6/1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆直 接敷设在 20℃、30℃时的载流量为 161A、149A,大于 133.5A。 II. 按电压损失条件进行校验 查表, 0.6/1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆的 r0=0.622Ω /km, 得 x0=0.080Ω /km。
?U %

= (PR+QX) /10UN2= (46.21*0.622*0.1+74.75*0.080*0.1) /10*0.382=2.4

满足要求 ③ 车间三: (100m 的 TT 线路,允许电压损失为 5%) I. 按发热条件选择电缆截面 Pc=39.72+3=42.72kW Q c=68.72kvar 计算电流为:
2 Ic= P C2 ? Q C / 3 UN=122.9A

查表,得 25mm2 截面的 0.6/1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆直 接敷设在 20℃、30℃时的载流量为 135A、125A,大于 122.9A。 II. 按电压损失条件进行校验 查表, 0.6/1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆的 r0=0.870Ω /km, 得 x0=0.082Ω /km。
?U %

= PR+QX) ( /10UN2= 42.72*0.870*0.1+68.72*0.082*0.1) ( /10*0.382=2.96

满足要求 ④ 车间四: (150m 的 TT 线路,允许电压损失为 5%) I. 按发热条件选择电缆截面 Pc=29.58+3=32.58kW Q c=51.16kvar 计算电流为:
2 Ic= P C2 ? Q C / 3 UN=92.2A

查表,得 16mm2 截面的 0.6/1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆直 接敷设在 20℃、30℃时的载流量为 104A、96A,大于 92.2A。 II. 按电压损失条件进行校验

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查表, 0.6/1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆的 r0=1.359Ω /km, 得 x0=0.082Ω /km。
?U %

= PR+QX) ( /10UN2= 32.58*1.359*0.1+51.16*0.082*0.1) ( /10*0.382=3.36

满足要求 ④ 水泵组: (200m 的 TT 线路,允许电压损失为 5%) I. 按发热条件选择电缆截面 Pc=140.8kW Q c=105.6kvar 计算电流为:
2 Ic= P C2 ? Q C / 3 UN=267.4A

查表,得 120mm2 截面的 0.6/1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆 直埋接敷设在 20℃、30℃时的载流量为 317A、293A,大于 267.4A。 II. 按电压损失条件进行校验 查表, 0.6/1kV 4 芯 YJV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆的 r0=0.181Ω /km, 得 x0=0.77Ω /km。
?U %

= PR+QX) ( /10UN2= 140.8*0.181*0.2+105.6*0.077*0.2) ( /10*0.382=4.66

满足要求 其他配电线路导线的计算选择也和上述方法相同

9.2.2 敷设方式的选择
表 9.1 车间配电线路敷设的一般选择要求

项目

布线及安装方式的选择

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1.符合场所特征 2.符合建筑物的墙体及其它构筑物的特征 选择应符合 的要求 3.人与布线之间的可接近的程度 4.由于短路可能出现的电磁机械应力 5.在电气装置的安装期间及运行中布线可能遭受的其它应力 1.应避免由外部热源产生热效应的影响 选择应避免 的外界影响 2.应防止在运行过程中因水的侵入或因进入固体物而带来的损害 3.应防止外部的机械性振动和碰撞而带来的损害 4.应防止因建筑物的伸缩和沉降而带来的损害 根据设计规范, 车间生产用电、办公楼和生活住宅区用电采用直敷布线的方 式,水泵组采用埋地敷设的方式。

9.2.3 配电设备和保护设备的选择
车间配电线路保护设备配置与选择的一般要求: 1. 每一回路都必须装设隔离开关,以确保维护、测试及检修工作的安全; 2. 执行操作功能的开关电器,必须适应它所执行的最繁重任务,隔离电器、 熔断器及连接片不得作为操作电器用; 3. 每一回路的电源侧、线路的分支处和线路截面减小处,都必须装设短路 保护电器。 如分支处或连接处装设保护电器有困难时,可将保护电器安装在距离 分支点或连接点 3M 以内便于操作维修的地点; 4. 符合下列情况之一者, 线路截面减小处或分支处可不装设短路保护电器: ⑴ 上一级保护电器已能保护截面减小的全段线路或分支线时 ⑵ 线路首端保护电器的熔体电流或整定电流不超过 20A 时 ⑶ 室外架空配电线路 ⑷ 配电装置内部从母线上接住保护电器的分支线 5. 下列线路应装设过负荷保护: ⑴ 居住建筑、重要仓库和公共建筑中的照明线路 ⑵ 有可能长时间过负荷的电力线路 ⑶ 建筑物可燃结构上明敷带有延燃性外护层的绝缘导线的线路 6. 按接地故障保护要求装设保护电器,必要时装设漏电电流保护。 低压配电线路的配电设备和保护设备的选择校验方式与主接线一次侧的设

49

备相同

9.3 车间照明和变电所照明
电气照明设计的一般原则与要求: ① 应遵照有关设计规范,包括国家标准《工业企业照明设计标准》的有关 规定; ② 应符合视觉作业和视觉卫生对照度值的规定,并满足显色性的要求; ③ 应注意灯具的合理布置,限制眩光,保证合理的均匀度,力求视觉舒适; ④ 照明装置应工作安全可靠,维护检修方便; ⑤ 照明装置即要技术先进,又要尽可能经济合理地使用资金和节约能源; ⑥ 照明装置应与建筑及周围环境协调统一。 ⒈ 车间照明 电源和其他用电设备一路,设照明配电箱。 光源功率为 1000W,悬挂高度为 6.5m,车间长度为 36m,跨度为 18m,柱距 为 6m,屋架下弦高度为 11m,顶棚反射率 ? 0 ? 50 % ,墙壁反射率 ? w ? 30 % ,地 面反射率为 ? fl ? 20 % ,减光系数为 0.7。要求采用卤钨灯照明,平均照度不得低 于 90lm。 根据《工厂供电简明设计手册》数据资料,采用利用系数法进行设计计算。 每一灯具的光通量 计算 RCR
? ? ? LZG
220 ? 1000

? 21000 lm

灯具计算高度 RCR=

h ? 11 m ? 0 . 8 m ? 10 . 2

5 * 10 . 2 * ( 36 ? 18 ) 36 * 18

? 4 . 25

LZG220-1000 灯具的利用系数为 u ? 0 . 42
n ? 100 * 36 * 18 21000 * 0 . 42 * 0 . 7

=10.5

取 n=10 来布置灯具

校验最大允许距高比为 垂直方向为 6/10.2=0.59<1.31 计算实际照度值为
E ?

平行方向为 9/10.2=0.88<1.12
? 95 . 3 lx 36 * 18

10 * 21000 * 0 . 42 * 0 . 7

同理,其他几个车间照明也和车间一一样。 ⒉ 变电所照明。 由低压一路出线提供电源,设照明配电箱。

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表 9.2 变配电所室内照明灯具及其布置方案选择

房间名称 主变压器 室 配电室 值班室 ⒊ 道路照明

光源类型

灯具型 式 配照型 配照型 配照型

布置方案

备注

白炽灯、高压汞灯 荧光等、白炽灯 荧光等、白炽灯

均匀布置 均匀布置 均匀布 置

通常只需装设一盏灯 可补充局部照明 工作台需装设局部照 明

由低压一路出线提供电源,设照明配电箱。
表 9.3 厂区路灯及其布置方案

路灯光源 200W 及以下白炽灯 125W 及以下高压汞灯 125~250W 高压汞灯 150W 及以下高压钠灯 400W 及以上高压汞灯 250W 及以上高压钠灯

悬挂高度

布灯方式 单侧 路中心一行或双侧

灯距

4~7m

适于路面较 窄及照度较

适于路面较宽 (10m 及以上)和 一般

6~8m

低的次要道 路

照度较高的主要干 30~40m 道

7~9m

第 10 章 备用电源自动投入装置
10.1 备用电源自动投入装置的作用与类型
在要求供电可靠性较高的变配电所中,通常设有两路及以上的电源进线。如 果装设了备用电源自动投入(APD) ,则当工作电源线路突然断电时,在 APD 作用 下,工作电源自动断开,将备用电源投入运行,从而大大提高供电可靠性,保证 对用户的不间断供电。
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工作电源与备用电源的接线方式可分为两大类: 名备用接线方式和暗备用接 线方式。名备用方式是指在正常工作时,备用电源不投入工作,只有在工作电源 发生故障时才投入工作;暗备用方式是指在正常工作时,两电源都投入工作,互 为备用。

10.2 对备用电源自动投入装置的基本要求
1. 不论什么原因失去工作电源,APD 都能迅速起动并投入备用电源。 2. 必须在工作电源确已断开,而备用电源电压也正常时,才允许投入备用 电源。 3. APD 应只动作一次,以免将备用电源重复投入永久性故障回路中。 4. 当电压互感器二次回路断线时,APD 不应动作。

10.3 备用电源自动投入装置的选择
选择 LSA-1165G/1165D 型备用电源自投装置。 1. 适用范围及功能: LSA-1165G/1165D 型备用电源自投装置,适用于电力系统、发电厂等厂用 10kV、6kV/400V 侧进线和母线分段开关的备用电源的自动投切。 测量与控制:两段母线电压监测、2 路进线电压监测、3 路开关电流监测、 备自投闭锁输入、8 路开关量输入、4 路继电器输出、4 个信号继电器输出、1 个自检信号继电器输出。 事件记录:64 次事件顺序记录。 通讯和显示功能:ModBUS-RTU 通讯协议、面板参数显示、面板投切状态显 示。 其它特征:自检功能、网络时间同步、参数和逻辑预置、掉电后参数保存 10 年以上。 2. 主要技术参数 ① 额定参数? 交流电压:100V、57.7V? 交流电流:5A、1A,频率:50Hz? 直流电源:220V、110V,允许偏差+15%,-20%? 直流电压:+5V、±12V?
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② 功耗? 交流电流回路:额定电流 5A 时,每相不大于 1.0VA? 额定电流 1A 时,每相不大于 0.5VA? 交流电压回路: 直流电源回路: ③ 过载能力? 交流电流回路:2 倍额定电流,连续工作? 10 倍额定电流:允许工作 10s? 40 倍额定电流:允许工作 1s? 交流电压回路:1.5 倍额定电压,连续工作? 直流电源回路:80%~110%额定电压,连续工作? ④ 定值误差 电流和电压定值误差:?<±5%整定值? 时间定值误差: <±1%整定时间+30ms(延时段) <40ms±10ms(无延时段) df/dt 误差: 1)在 1~3 Hz/s 范围内<0.2 Hz/S 2)3~10 Hz/s 范围内<0.6 `Hz/S 返回系数: 过量继电器为 0.95 欠量继电器为 1.05 ⑤ 允许环境温度? 正常工作温度: 极限工作温度: 0℃~40℃? -25℃~60℃? 额定电压时,每相不大于 0.5VA? 正常工作,每个保护单元不大于 25W??

运输和贮存温度: -40℃~70℃? ⑥ 电磁兼容性能? 高频电气干扰: 通过 IEC255-22-IMH 脉冲群干扰试验及 GB6162 100kHz 脉冲 干扰试验。 静电放电通过:IEC255-22-2 中严酷等级为Ⅲ级的静电放电试验。 辐射电磁场干扰:通过 GB/T14598-1996 规定的严酷等级为Ⅲ级的辐射电磁 场干扰试验。? 快速瞬变干扰:通过 IEC255-22-4 标准规定的Ⅳ级的快速瞬变干扰试验。 ?

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⑦ 绝缘耐压? 满足电力行业标准:DL478? ⑧ 机械性能 能够承受严酷等级为 I 级的震动响应,冲击响应。 ⑨ 遥测计量等级 电流,电压,频率: 其他 遥信分辨率 0.2 级 0.5 级 <0.2S

结 束 语
为了满足云锡建安机械化安装公司企业内部调整后的生产、生活用电的需 要,设计了向公司生产区、办公楼、职工住宅区及其生活水泵组供电的 10kV 变 配电所。论文从负荷资料入手,分析了各个用电组的供电要求,主要从电气主接 线、变压器、一次电气设备的选择、二次系统的设计出发,做了如下工作: 根据分析负荷资料, 拟建项目为一厂用变配电所,电气主接线应充分考虑供 电的安全性、可靠性和灵活性,同时兼顾经济性,因此,采用了两路电源进线和 双变压器的配置,两路外供电源容量相同且可供全部负荷,一用一备运行方式, 以满足生产、 生活中二级负荷的需要。主要电气设备的选择是根据各设备安装地 点的使用条件,对短路电流进行计算,查表选用后再经过认真校验,最后选定使 用的产品。 设计的最后结果,基本满足了公司各个用电组供电要求,基本满足了 GB50053-94《10kV 及以下变电所设计规范》的规范要求,有效的提高负荷转移 能力,进一步提高供电可靠性。 本次的毕业设计,时间长、内容多,几乎涵盖了大学中所学的知识。经过了从收 集资料、设计、绘图、审核的整个过程。在此期间,自己动手查阅了大量的资料, 一方面,充分地检验自己的设计能力,丰富了自己在电气设计特别是变电站设 计方面的知识,为自己将来从事该专业工作打下了坚实的基础;另一方面,使 我体会到搞设计或科研需要具备严谨求实、一丝不苟和勇于献身的精神。这次的 设计,我最大的收获就是学到了工厂变电所的设计步骤与方法,还有学会了如何使 用资料。 设计虽然完成了,但是,由于是初次进行这种具有很强实际意义的设计,经
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验的欠缺造成了在设计中还有很多不够完善的地方,比如:在选择一次设备的时 候,对现在的主流产品知之甚少,整个变配电系统结构不够优化等。另外我只是 掌握了变电所设计中很少的一部分知识,还有很多深奥的专业知识等着我去挖 掘、去探索、去学习。我也将会在今后的工作学习中不断充实自己,不断完善自 己的专业知识,为自身的发展打下坚实的基础。 由于上述原因, 在设计过程中难免出现错误, 敬请各位专家和老师批评指正。

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