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35kV总降压变电所及高压配电系统初步设计






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前言 ...................................................... 1

1.1 毕业设计背景 ............................................. 1 1.2 毕业设计意义 ............................................. 1 1.3 设计要求 ................................................. 1 2 35kV 变电所一次系统负荷计算 ............................... 2

2.1 变电所电力负荷分组与计算 ................................. 2 2.2 需要系数法的计算 ......................................... 2 2.2.1 设备负荷计算举例 ................................... 3 2.2.2 总配电所和车间变电所数量的确定 ..................... 4 2.2.3 各车间变电所负荷计算及无功功率补偿 ................. 5 2.3 低压变压器的选择与损耗计算 ............................... 8 2.3.1 低压变压器的选择 ................................... 8 2.3.2 各低压变压器的损耗计算 ............................. 9 2.4 主变压器的选择 .......................................... 11 2.4.2 主变压器损耗计算 .................................. 12 3 系统主接线设计 ........................................... 13

3.1 主接线设计的基本要求 .................................... 13 3.1.1 供电电源的确定 .................................... 13 3.2 电气主接线方案的确定 .................................... 13 3.2.1 确定 35kV、10kV 电气主接线 ......................... 13 3.2.2 供电系统简图 ...................................... 14 4 短路电流的计算 ........................................... 15

4.1 短路电流 ................................................ 15 4.1.1 短路的原因 ........................................ 15
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4.1.2 短路的危害 ........................................ 15 4.1.3 短路电流计算的目的 ................................ 15 4.1.4 短路电流计算的标幺值法 ............................ 15 4.2 计算各元件的电抗标幺值 .................................. 16 4.2.1 选取基准值 ........................................ 16 4.2.2 供配电系统中各主要元件电抗标么值 .................. 16 4.2.3 短路电流具体计算短路电路中各主要元件的电抗标么值 .. 17 4.2.4 在最大运行方式下 .................................. 18 4.2.5 在最小运行方式下 .................................. 19 5 变电所高压电气设备的选择与校验 ........................... 21

5.1. 35KV 高压开关柜的选择 .................................. 21 5.1.1 短路校验的原则 .................................... 21 5.2 高压设备选择及校验 ...................................... 21 5.2.1 35KV 断路器的选择 ................................. 21 5.2.2 35KV 隔离开关的选择 ............................... 23 5.2.3 35KV 电流互感器的选择 ............................. 23 5.2.4 35KV 电压互感器的选择 ............................. 23 5.2.5 35KV 熔断器的选择 ................................. 23 5.2.6 35KV 避雷器的选择 ................................. 24 5.3 10KV 电气设备的选择 ..................................... 24 5.3.1 10KV 开关柜的选择 ................................. 24 5.3.2 10KV 断路器的选择 ................................. 24 5.3.3 隔离开关的选择 .................................... 25 5.3.4 电流互感器的选择 .................................. 25 5.3.5 电压互感器的选择 .................................. 25 6 高压配电线路的设计 ....................................... 26 6.1 高压配电线路接线方式的选择 .......................... 26
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6.2 高压配电线路截面的选择与校验 ........................ 26 6.2.1 35KV 高压进线的选择 ............................... 26 6.2.2 截面积的校验 ...................................... 26 6.2.3 10KV 高压出线线路的选择与校验 ..................... 27 7 防雷与接地设计 ........................................... 29

7.1 防雷保护 ................................................ 29 7.1.1 电力线路的防雷措施 ................................ 29 7.1.2 变配电所的防雷措施 ................................ 29 7.1.3 雷电侵入波的防护 .................................. 30 7.2 接地设计 ................................................ 30 8 继电保护的整定计算 ....................................... 31

8.1 继电保护的基本任务及要求 ................................ 31 8.1.1 继电保护的基本任务 ................................ 31 8.1.2 继电保护的基本要求 ................................ 31 8.2 变压器的继电保护设置 .................................... 31 8.3 变电所主变压器继电保护的计算 ............................ 32 8.3.1 装设瓦斯保护 ...................................... 32 8.3.2 装设定时限过电流保护 .............................. 32 8.3.3 装设电流速断保护 .................................. 33 8.3.4 装设过负荷保护 .................................... 34 8.3.5 10kV 母线断路器的保护 ............................. 34 8.3.6 10kV 出线各支路的保护 ............................. 34 结论 ............................................................ 35 致谢 ............................................................ 36 参考文献 ........................................................ 37

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本设计是为某矿山起重机有限公司设计一座 35kV 变电所及其配电系统。其内容 包括有: 1、总降压变电所一次部分的初步设计 ①变电所主接线方案的确定;②负荷计算及无功补偿容量和补偿方案的确定;③ 主变压器的选择计算; ④短路电流计算; ⑤总降压变电所各种高压电气设备的选择; ⑥防雷接地的设计。 2、高压配电线路的设计 ①高压配电线路接线方式的确定;②高压配电线路的类型和结构的确定;③导线 或电缆截面的选择。

关键字:负荷计算;电气主接线;短路计算;电气设备选择;继电保护

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ABSTRACT
This design for a certain mine crane co., LTD. Is a 35 kv substation and power distribution system design.Its contents include: 1, the general voltage substation for preliminary design of a part The determine of substation main wiring scheme;(2) the load calculation and the scheme of reactive power compensation capacity and compensation;(3) the choice of main transformer calculation;(4) short circuit current calculation;(5) general voltage substation high-voltage electrical equipment choice;6. The design of lightning protection grounding. 2, the design of high pressure distribution line (1) the determination of high pressure distribution line connection mode;(2) the type of high pressure distribution line and the determination of structure;(3) the choice of wire or cable.

Key

words:

load

calculation;The

main

electrical

wiring;Short

circuit

calculation.Electrical equipment choice;Relay protection

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1.1 毕业设计背景

前言

供电工程,就是指工厂所电能的供应和分配,亦称工厂配电。众所周知,电能是 现代工业生产的主要能源和动力电能是现代工业生产的主要能源和动力。 电能既易 于由其它形式的能量转换而来,又易于转换为其它形式的能量以供应用;而电能的 输送和分配既简单经济,又便于控制、调节和测量,有利于实现生产过程自动化。 因而,电能在现代工业生产及整个国民经济生活中必不可少。

1.2 毕业设计意义
通过此次对变电所的设计,不仅使我加深了对专业的理解和应用,还培养了我树 立工程的观点。初步地掌握生产工厂、变电站电气主系统的设计方法,且在分析、 计算和解决实际工程能力等方便得到训练,熟悉了 CAD 制图软件的应用,为我今后 从事电力工程设计、建设、运行及管理工作打下了必要基础。

1.3 设计要求
供电工程要很好地为工业生产服务,切实保证工厂生产和生活用电的需要,并做 好的供应工作,就必须达到以下基本要求: 1、安全性:在供应、分配和使用电能中,不应发生人身事故和设备事故。 2、可靠性 :应满足电能用户对供电可靠性的要求。 3、优质性:应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。 4、经济性 :必须遵守国家的有关规定及标准,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。

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35kV 变电所一次系统负荷计算

2.1 变电所电力负荷分组与计算
我国目前普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法,有需要系数法和二项式 法。 需要系数法简单方便,计算结果基本符合实际,用电设备台数较多,各台设备容 量相差不悬殊时,宜采用需要系数法,一般用于干线、配变电所的负荷计算。下面 介绍需要系数法的计算。

2.2 需要系数法的计算
(1)用电设备组计算负荷的确定 用电设备组是由工艺性质相同、需用系数相近的一些设备合并成的一组用电设 备。在一个车间中,可以根据具体情况将用电设备分为若干组,再分别计算各用电 设备组的计算负荷。其计算公式为: 有功计算负荷 (kW) 无功计算负荷(kvar) 视在计算负荷(kV.A)

Pc ? Kd Pe
Qc ? Pc tan?
S c ? Pc2 ? Qc2 ? Pc cos?

(2-12) (2-13) (2-14)

计算电流(A)

Ic ?

Sc 3U n

(2-15)

式中 Pc 、 Qc 、 Sc ——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷;

Pe ——该用电设备组的设备总额定容量,kW U n ——额定电压,V
tan ? ——功率因数角的正切值

I ca ——该用电设备组的计算负荷电流,A
K d ——需用系数
(2)多个用电设备组的计算负荷 在配电干线上或矿山变电所低压母线上,常有多个用电设备组同时工作,但是各个 用电设备组的最大负荷也非同时出现, 因此在求配电干线或矿山变电所低的计算符
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合时,应再计入一个同时系数 K si 。具体计算公式如下:

Qca ? K si ? ( K di Pn?i t an?i )
i ?1

Pca ? K si ? ( K di Pn?i )
m i? 1

m

i=1,2,3…….m

(2-16) (2-17)

2 2 S ca ? Pca ? Qca (2-18) 式中 Pca 、 Qca 、 S ca ——为配电干线或变电站低压母线有功、无功、视在功率计

算负荷; K si ——同时系数 m ——为配电干线或变电站低压母线上所接用电设备总数; U n ——该干线或低压母线上的额定电压,V

I ca ——该干线变电站低压母线上的计算负荷电流,A
K d ——需用系数 K d 、 tan?i 、 Pn?i ——分别对应于某一用电设备组的需用系数、功率因数角的正切
值、总设备容量。 2.2.1 设备负荷计算举例 计算举例: (1)机械加工车间 1 已知: Pe =1150kw,Kx =0.25,COSφ =0.65 则 tanφ =tan(art COSφ )=1.17

P1 = Kx· Pe =0.25×1150=287.5kW

Q1 = P1 ·tanφ =287.5×1.17=336.4kvar
S1 = P1 /COSφ = P12 ? Q12 = 287.5/0.65=442.3kV·A I 1 = S1 / 3 U N =442.3/0.38× 3 =672A
(2)机械加工车间 2 已知: Pe =850kw,Kx =0.25,COSφ =0.65 则 tanφ =tan(art COSφ )=1.17

P2 = Kx·Pe=0.25×850=212.5kW
Q2 = P2 ·tanφ =212.5×1.17=248.6kvar S2 = P2 /COSφ = P12 ? Q12 =212.5/0.65=326.9kV·A

I 2 = S2 / 3 U N =326.9/0.38× 3 =496.7A
(3)金属结构车间
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已知: Pe =1345kw,Kx =0.40,COSφ =0.65 则 tanφ =tan(art COSφ )=1.17

P1 = Kx· Pe =0.40×1345=538kW Q1 = P1 ·tanφ =538×1.17=629.5kvar

S1 = P1 /COSφ = P12 ? Q12 =538/0.65=827.7kV·A
I 1 = S1 / 3 U N =827.7/0.38× 3 =1257.6A
其它车间负荷计算过程不再一一列举同理可得,计算结果列表如下
表 2-1 全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表 序 车间名称 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 机械加工车间1 机械加工车间2 金属结构车间 装配车间1 装配车间2 热处理车间 喷漆车间 试验车间 起重电器分厂 办公楼 仓库 kW 1150 850 1345 680 458 620 570 260 1860 220 88 0.25 0.25 0.40 0.40 0.40 0.60 0.40 0.40 0.50 0.50 0.35 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.70 0.70 0.80 0.70 0.85 0.90 Pe/ Kd Cosφ Pc/kW 287.5 212.5 538 272 183.2 372 228 104 930 110 30.8 Qc/kvar 336.4 248.6 629.5 318.2 214.3 379.5 232.6 78 948.8 68.2 14.9 Sc/kV·A 442.3 326.9 827.7 418.5 281.8 531.4 325.7 130 1328.6 129.4 34.2 Ic/A 672 496.7 1257.6 635.8 428.2 807.4 494.9 197.5 2018.6 196.6 52.0 补偿前计算负荷

2.2.2 总配电所和车间变电所数量的确定

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(一)高压配电所的确定 该厂属于大中型用户,设一个高压配电所。 (二)车间变电所的确定 一般情况每个车间均单独设立变电所,根据负荷容量大小分六个车间变电所。
表 2-2 车间变电所分配 车间变电所 NO1 机械加工车间2 装配车间1 NO2 装配车间2 NO3 金属结构车间 热处理车间 NO4 喷漆车间 试验车间 NO5 NO6 仓库 D11 起重电器分厂 办公楼 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D2 D3 车间名称 机械加工车间1 标号 D1

2.2.3 各车间变电所负荷计算及无功功率补偿 以第一车间变电所来计算求解, 确定 D1、D2 点的计算负荷,见表 2-3.
表 2-3 计算点 D1、D2 的负荷

计 算 负 荷 计算点 Pe/kW Kd Cosφ Pc/kW D1 D2 1150 850 0.25 0.25 0.65 0.65 287.5 212.5 Qc/kvar 336.4 248.6 Sc/kVA 442.3 326.9 Ic/A 672.0 496.7
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(1)确定 C1 点的计算负荷 由于本设计中要求功率因数应不低于 0.90,所以先需要求各车间变电所自然 功率因数: 如果 cos? ? 0.90 就需要进行无功补偿。 本设计中取 cos? ' ? 0.95, cos? , 在低压母线上设置无功自动补偿装置进行补偿。取 k ? P ? 0.90 ,取 k ? q ? 0.95 。 ①补偿前计算负荷

?P ?Q

c

? 287.5 ? 212.5 ? 500kW ? 336.4 ? 248.6 ? 585kvar

c

Pc ? KΣ p ? Pc.i ? 0.90? 500 ? 450kW
Qc ? K ?q ?Qc ? 0.95? 585 ? 555.75kvar
Sc ? Pc2 ? Qc2 ? 715 .1kV ? A

I c ? Sc /( 3U N ) ? 715.1/( 3 ? 0.38) ? 1086 .5 A
cos? ? Pc / Sc ? 450/ 715.1 ? 0.63 <0.95
②补偿容量计算:

QN ?C ? Pc ? (tan? ? tan? ' ) ? 450? ?1.23 ? 0.33? ? 405kvar
因此选用方案号为 RC450F 的大容量无功补偿柜进行补偿,其补偿容量为
450 kvar 。

③补偿后计算负荷: S c ' ? Pc ? (Qc -QN ?C )2 ? 462.3 kV? A

2

cos? ? Pc /Sc ' ? 0.97 ? 0.95 ,满足要求。
同理可以算出其余车变计算负荷

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湖北理工学院 毕业设计 (论文) 表 2-4 计算点 C1-C6 的负荷 计算点 ∑Pc/kW ar k∑P=0.90 补偿前 C1 500 585 k∑Q=0.95 补偿量 补偿后 C1 k∑P=0.90 补偿前 C2 补偿量 补偿后 C2 k∑P=1.0 补偿前 C3 补偿量 补偿后 C3 k∑P=0.90 补偿前 C4 补偿量 补偿后 C4 k∑P=1.0 补偿前 C5 补偿量 补偿后 C5 k∑P=0.90 补偿前 C6 补偿量 补偿后 C6 126.7 140.8 83.1 k∑Q=0.95 -40 38.9 132.5 201.4 0.96
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∑Qc/kv 同时系数 Pc/kW

Qc/kva Sc/kVA r 450 555.75 715.1 1086.5 Ic/A

cos φ 0.63

-450 450 455.2 532.5 k∑Q=0.95 -360 409.7 145.9 434.9 660.8 0.94 409.7 105.75 505.9 462.3 651 702.3 989.1 0.97 0.63

538

629.5 k∑Q=1.0

538

629.5 -450

827.7

1257.5

0.65

538 704 690.1 k∑Q=0.95 633.6

179.5 655.6 -450

567.2 911.7

861.7 1385.2

0.95 0.69

633.6 930 948.8 k∑Q=1.0 930

205.6 948.8 -640

666.1 1328.6

1012.1 2018.6

0.95

0.70

930 126.7

308.8 78.9

979.9 149.3

1488.8 226.8

0.95 0.85

湖北理工学院 毕业设计 (论文) 表 2-5 各车间变电所无功补偿柜选择情况 车间变电所 1 2 3 4 5 6 无功功率补偿柜方案号 RC450F RC360F RC450F RC450F WZ0.4-160/8-J×4 BSMJ0.4-40 补偿容量 450kvar 360kvar 450kvar 450kvar 640kvar 40 kvar

2.3 低压变压器的选择与损耗计算
2.3.1 低压变压器的选择 车间变电所①变压器的选择 根据附录表可知其计算容量为 462.3kVA, 工作电压为 380V, 故选择 S11-M-630/10 型的变压器,变压器额定容量 SN.T ? 630kV? A ,查表得
?P0 ? 0.81kW,?Pk ? 6.2 kW I 0 % ? 0.9 U k % ? 4.5 。

车间变电所②变压器的选择 根据附录表可知其计算容量为 434.9kVA, 工作电压为 380V, 故选择 S11-M-630/10 型的变压器,变压器额定容量 S N .T ? 630kV. A ,查表得 ?P0 ? 0.81kW,?Pk ? 6.2 kW I 0 % ? 0.9 U k % ? 4.5 。 车间变电所③的选择 根据附录表可知其计算容量为 567.2kVA, 工作电压为 380V, 故选择 S11-M-800/10 型的变压器,变压器额定容量 SN.T ? 800kV? A ,查表得

?P0 ? 0.98kW,?Pk ? 7.5 kW I 0 % ? 0.7 U k % ? 4.5 。
车间变电所④变压器的选择 根据附录表可知其计算容量为 666.1kVA, 工作电压为 380V, 故选择 S11-M-800/10 型的变压器,变压器额定容量 SN.T ? 800kV? A ,查表得

?P0 ? 0.98kW,?Pk ? 7.5 kW I 0 % ? 0.7 U k % ? 4.5 。
车间变电所⑤变压器的选择
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根 据 表 附 录 可 知 其 计 算 容 量 为 979.9kVA , 工 作 电 压 为 380V , 故 选 择 S11-M-1250/10 型 的 变 压 器 , 变 压 器 额 定 容 量 S N.T ? 1250kV? A , 查 表 得

?P0 ? 1.36kW,?Pk ? 12kW I 0 % ? 0.5 U k % ? 4.5 。
车间变电所⑥变压器的选择 根据附录表 2 可知其计算容量为 132.5kVA,工作电压为 380V,故选择 S11-M-200/10 型的变压器,变压器额定容量 SN.T ? 200kV? A ,查表得

?P0 ? 0.34kW,?Pk ? 2.6 kW I 0 % ? 1.3 U k % ? 4.0 。
表 2-6 各车间变压器选择情况如下 车间变 电所 型号 额定电压/kV 连接组 别 损耗/kW 空 载 电 流 (%) 高压 NO1 NO2 NO3 NO4 NO5 NO6 S11-M-630/10 S11-M-630/10 S11-M-800/10 S11-M-800/10 S11-M-1250/10 S11-M-200/10 10 10 10 10 10 10 低压 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 Dyn11 Dyn11 Dyn11 Dyn11 Dyn11 Dyn11 空载 0.81 0.81 0.98 0.98 1.36 0.34 短路 6.2 6.2 7.5 7.5 12 2.6 0.9 0.9 0.7 0.7 0.5 1.3 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.0 阻抗 电压 (%)

2.3.2 各低压变压器的损耗计算 ①变压器的损耗可按以下公式进行计算: 空载无功损耗: ?Qo ?
Io % SN 100 Uk % SN 100

额定短路无功损耗: ?QkN ? 变压器负荷率: ? ?

S ca 1 S (两台同时运行时 ? ? ? ca ) SN 2 SN

变压器的有功功率损耗: ?PT ? ?Po ? ? 2 ?Pk
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变压器的无功功率损耗: ?QT ? ?Qo ? ? 2 ?QkN ②计算举例(车间变电所 1) 1 变压器功率损耗:
2 ?PT ? ?P .3 / 6302 ? 4.15kW 0 ? ?P k (Sc / S N .T ) ? 0.81? 6.2 ? 462

?QT ? ?Q? ? ? 2 ?Qk ? 5.67 ?15.26 ? 20.9k var
2 B1 点的负荷计算:

Pc.B1 ? Pc.C1 ? ?P .15kW T 1 ? 450? 4.15 ? 454

Qc.B1 ? Qc.C1 ? ?QT1 ? 105.75? 20.9? 126.65kvar
S c.B1 ? Pc.B1 ? Qc.B1 ? 471.5 kV? A
2 2

cos? ? Pc.B1 / Sc.B1 ? 0.96
同理可计算出其它车间变电所负荷则
表 3-7 计算点 B1-B6 的负荷 cos 变压器功率损耗 计 算 Δ PO 点 /kW /kW B1 B2 B3 B4 B5 0.81 0.81 0.98 0.98 1.36 6.2 6.2 7.5 7.5 12 0.9 0.9 0.7 0.7 0.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.15 3.76 4.75 6.18 8.73 20.9 19.2 23.7 30.56 40.8 454.15 413.46 542.75 639.78 938.73 126.65 165.1 203.2 236.16 349.6 471.5 445.2 579.5 682.0 1001.7 27.2 25.7 33.5 9.4 57.8 0.96 0.93 0.94 0.94 0.94 ΔP k I0% Uk% /kW /kvar Δ PT Δ QT Pc/kW r Qc/kva Sc/kVA Ic/A 高压侧(10kV) φ

B6

0.34

2.6

1.3

4.0

1.48

6.1

128.18

45

135.8

7.8

0.94

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2.4 主变压器的选择
1.变电所主变压器台数的选择 选择主变压器台数时应考虑下列原则: (1)一般情况下应首先考虑选择一台变压器。 (2)下列情况可考虑选择两台或两台以上变压器: ①供有大量一、二级负荷的变电所。 ②季节性负荷变化较大。 ③集中负荷容量较大 虽为三级负荷,但一台变压器供电容量不够,也应装设 两台及以上变压器。 2.变电所主变压器容量的选择 (1)只装设一台主变的变电所。变压器容量应满足全部用电设备总计算负荷 的需要,即

S N .T ? S 30
(2)装设两台主变压器的变电所。每台变压器的容量应同时满足以下两个条 件: ①任一台变压器单独运行时, 宜满足总计算负荷 S30 的 60%~70%的需要, 即

S N .T ? ?0.6 ~ 0.7?S30
②任一台变压器单独运行时,应满足全部一、二级负荷的需要,即

S N .T ? S30(Ⅰ+Ⅱ)
(3)车间变电所主变压器的单台容量一般不宜大于 1000kVA(或 1250 kVA) 。 如车间负荷容量较大、负荷集中且运行合理时,也可以选用单台容量为 1250 ~ 2000kVA 的配电变压器。 必须指出,变电所主变压器台数和容量的最后确定,应结合变电所主接线方 案的选择,通过对几个较合理的方案进行技术经济比较后择优确定。 工厂总负荷计算

Pc ? KΣ p ? PB.i ? 0.90? 3117 .05 ? 2805 .3kW
Qc ? K ?q ?QB.i ? 0.95?1125 .71 ? 1069 .4kvar
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Sc ?

Pc2 ? Qc2 ? 3002 .2kV ? A

I c ? Sc /( 3U N ) ? 173.3 A
cos? ? P c / Sc ? 0.93
则 cos?c ? 0.93 >0.90 满足要求。 考虑到矿区的发展情况,负荷可能增加,变压器容量可选为 4000 kV·A. 根据主变压器的选择条件,主变压器应选用一主一备,在一台主变压器故障或者 检修时,另一台变压器必须保证矿山起重机公司的安全生产用电,两台变压器并联 运行。 由以上计算,再考虑到以后的发展,故 35/10kV 选择两台 SZ9-4000/35/10 35kV ±3×2.5%/10kV 型三相油浸式有载调压铜线电力变压器,其技术参数如下表。

表 3-8 SZ9-4000/35 型电力变压器技术数据 容量 kVA 4000 高压额 定值 kV 35 低压额 定值 kV 10.5 阻抗电 压% 7.0 空载电 流% 1.2 空载损耗 kW 4.8 负载损耗 kW 30.0

2.4.2 主变压器损耗计算 变压器负荷率: ? ?
1 S C 1 3002 .2 ? ? ? 0.38 2 S N 2 4000

2 2 变压器有功功率损耗: ?P T ? 2(?P o ? ? ?P k ) ? 2 ? 4.8 ? 0.38 ? 30 ? 18.26kW

?

?

变压器无功功率损耗: ?QT ? 2(?Qo ? ? 2 ?QkN ) ? 2 ? ?48 ? 0.382? 280? ? 176.9kW 全厂总负荷

P = Pc +Δ PT =2805.3+18.26=2823.56kW
Q = Qc +Δ QT =1069.4+176.9=1246.3kvar
S ? P2 ? Q
2

? 2823 .562 ? 1246 .32 ? 3086 .38kV ? A
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3

系统主接线设计

3.1 主接线设计的基本要求 (1)安全性 为保障设备安全及人身安全,主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. (2)可靠性 主接线应符合电力负荷特别是一、二级负荷对供电可靠性的要求。一级负荷要求 由两个电源供电,二级负荷,要求由两回路供电或一回路 6kV 及以上的专用架空线 路或电缆供电。 (3)灵活性 主接线应能适应供配电系统各种不同的运行方式(如变压器经济运行方式、电源 线路备用方式等) ,倒闸切换操作简便;检修操作,也应保证供电可靠性的条件。 ①变配电所的高低压母线,一般宜采用单母线或单母线分段接线。 ②35kV 及以上电源进线为双回路时,宜采用桥形接线或双线路变压器组接线。 ③需带负荷切换主变压器的变电所,高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关。 ④主接线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。 ⑤主接线方案应考虑到今后可能的扩展。 (4)经济性 结线方式在满足生产要求和保证供电质量的前提下,应力求简单,以减少设备投 资和运行费用,一次接线应尽量做到投资省、占地少、电损小。 3.1.1 供电电源的确定 由设计原始资料可知,工厂电源拟从电业部门某 200/35 千伏变压所,用 35 千伏 双回架空线引入本厂,其中一个作为工作电源,一台作为备用电源,该变电站距厂 8 公里。

3.2 电气主接线方案的确定
3.2.1 确定 35kV、10kV 电气主接线 内桥接线方式可提高供电可靠性,适于电源线路较长、变压器不需经常切换操作
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的情况。 外桥接线方式电源线路投入和切除时操作较复杂,变压器故障时操作简便,适用 于电源线路较短、变压器需经常切换操作的情况。 。 随着对供电可靠性、运行灵活性要求的提高,现代工厂 35kV 侧多采用内桥,所 以 35kV 侧采用内桥接线。两路电源进线,单母线分段可提高供电可靠性和灵活性, 所以 10kV 主接线确定为单母线分段(分两段)接线。 3.2.2 供电系统简图 根据以上分析,可绘制出变电所供电系统简图,如图所示。

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4
4.1 短路电流
4.1.1 短路的原因

短路电流的计算

短路是指两个或多个导电部分之间形成的导电通路, 此通路迫使导电部分之间的 电位差等于或接近于零。引起短路发生的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损 坏,其次是人员误操作、鸟兽的危害等。电气设备载流部分的绝缘损坏可能是有雨 设备长期运行绝缘自然老化或设备本身绝缘缺陷而被工频电压击穿, 或设备绝缘正 常呗过电压击穿,或者是设备绝缘受到外力损伤而造成短路。 4.1.2 短路的危害 (1)短路电流通过电气设备时,温度急剧上升,会使绝缘老化或损坏;同时产 生很大的电动力,会使设备载流部分发生机械变形甚至损坏。 (2)短路会使系统电压骤降,影响系统其它设备的正常运行。 (3)短路可造成停电事故,而且越靠近电源,停电范围越大,给国民经济造成 的损失也越大。 (4)严重的短路会影响电力系统运行的稳定性,可使并列运行的发电机组失去 同步,造成电力系统解列。 (5)电力系统发生不对称短路时,其电流会产生较强的不平衡交变磁场,对附 近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰。 4.1.3 短路电流计算的目的 (1)在选择电气主接线时,为了比较各种接线方案,或确定某一接线是否需要 采取限制短路电流的措施等,均需要进行必要的短路电流计算。 (2)在选择电气设备时,为了保证设备在正常运行和故障下都能安全、可靠地 工作,同时又力求节约资金,这就需要进行全面的短路电流计算。 (3)在选择继电保护方式和进行整定计算时,需以各种短路时的短路电流为依 据。 4.1.4 短路电流计算的标幺值法 对较复杂的高压供电系统,计算短路电流时采用标么制进行计算比较简便。标么
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制属于相对电位制的一种, 在用标么制计算时, 各电气元件的参数都用标么值表示。 在短路计算中所遇到的电气量有功率、电压、电流和电抗等四个量。某一电气量 的标么值就是它的实际值(有名值)与一个预先选定的同单位的基准值的比值。以 下就是用标么值法进行短路电流的计算。

4.2 计算各元件的电抗标幺值
4.2.1 选取基准值 由设计对象中已知,本变电所主要有 35kV、10kV 两种电压等级的线路段,主变压 器连接了 35kV、10kV 电压等级的线路段,为简化分析,采用近似计算法计算标幺 值,在近似计算中不管变压器电压比如何,选择各级的基准功率是统一的,通常选 择各级网络的平均额定电压为基准电压,即 Ud =1.05UN 。 选取基准容量: S d =100MVA 选取短路点所在母线的平均电压为基准电压,取 Uc 1 =36.75kV, Uc 2 =10.5kV,

I d = Sd /( 3 Ud )
则 I d1 ?
100 3 ? 36.75 ? 1.57kA kA, I d 2 ? 100 3 ? 10.5 ? 5.50 kA,

4.2.2 供配电系统中各主要元件电抗标么值

短路计算电路图

16

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(1)电力系统的电抗标么值。电力系统电抗 X S ,可由系统的短路容量 S k 求 取
* 最大运行方式下: X S . min ? X S / Z d ?

U c2 S k . max U c2 S k . min

U c2 Sd ? Sd S k . max U c2 S ? d Sd S k . min

* 最小运行方式下: X S . min ? X S / Z d ?

(2) 电力变压器的电抗标么值。 电力变压器的电抗值 X T 可由其短路电压 U k % 近 似的计算,即

U k % U c2 X ? XT / Zd ? 100 S N
* T

U c2 U k %S d 式中, S N 为变压器的额定容量。 ? Sd 100S N
* X3 ? X / Z d ? x0 l

(3)电力线路的电抗标么值

U c2 S ? x0 l d2 Sd Uc

4.2.3 短路电流具体计算短路电路中各主要元件的电抗标么值 1 电力系统电抗标么值 最大运行方式 最小运行方式 2 架空线路标么值
* X2 ? 0.4(? / km) ? 8km ?

X 1*. min ? 100MVA / 500MVA ? 0.2
X 1*. max ? 100MVA / 200MVA ? 0.5
100MVA ? 0.24 (36.75kV ) 2

3 电力变压器(由附录表查得 SZ9-4000 型油浸式变压器 Uk%=7.0)

U k % U c2 X ? XT / Zd ? 100 S N
* 3

U c2 U k %S d 7 ? 100MV . A ? ? 1.75 Sd 100S N 100? 4000? 10-3 MV . A

短路等效电路图如图所示(系统最大运行方式下)

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4.2.4 在最大运行方式下 k-1 点的短路电路总电抗标么值及短路电流和短路容量 ⑴总电抗标么值
* * * X? k ?1 . min ? X 1. min ? X 2 ? 0.2 ? 0.24 ? 0.44

⑵三相对称短路电流初始值
(3) * Ik ?1. max ? I d1 / X ?( k ?1). min ? 1.57kA/ 0.44 ? 3.57kA
( 2) (3) Ik Ik ?1. max ? 0.866 ?1. max ? 0.866? 3.57 ? 3.09kA

⑶其他三相短路电流
3 I? ? I k3?1 ? 3.57kA 3 ish ? 2.55? 3.57kA ? 9.10kA 3 I sh ? 1.51? 3.57kA ? 5.39kA

⑷三相短路容量
(3) * Sk MVA / 0.44 ? 227.3MVA ?1 ? S d X ?( k ?1) ? 100

k-2 点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量 ⑴总电抗标么值
* * * * X? k ?2 . min ? X 1 ? X 2 ? X 3 ? 0.2 ? 0.24 ? 1.75/ 2 ? 1.315

⑵三相短路电流周期分量有效值
(3) * Ik ?2. max ? I d 2 / X ?( k ?2). min ? 5.50kA/ 1.315 ? 4.18kA
( 2) (3) Ik Ik ?2. max ? 0.866 ?2. max ? 0.866? 4.18 ? 3.62kA

⑶其他三相短路电流
3 I? ? I k3?1 ? 4.18kA 3 ish ? 2.26? 4.18kA ? 9.45kA 3 I sh ? 1.31? 4.18kA ? 5.48kA

⑷三相短路容量

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(3) * Sk MVA /1.315? 76.05MVA ?2 ? S d X ?( k ?2) ? 100

4.2.5 在最小运行方式下 k-1 点的短路电路总电抗标么值及短路电流和短路容量 ⑴总电抗标么值
* * * X? k ?1 . max ? X 1. max ? X 2 ? 0.5 ? 0.24 ? 0.74

⑵三相对称短路电流初始值
(3) * Ik ?1. min ? I d1 / X ?( k ?1). max ? 1.57kA/ 0.74 ? 2.12kA
( 2) (3) Ik Ik ?1. min ? 0.866 ?1. min ? 0.866? 2.12 ? 1.84kA

⑶其他三相短路电流
3 I? ? I k3?1 ? 2.12kA 3 ish ? 2.55? 2.12kA ? 5.41kA 3 I sh ? 1.51? 2.12kA ? 3.20kA

⑷三相短路容量
(3) * Sk MVA / 0.74 ? 135.14MVA ?1 ? S d X ?( k ?1) ? 100

k-2 点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量 ⑴总电抗标么值
* * * * X? k ?2 . max ? X 1 ? X 2 ? X 3 ? 0.5 ? 0.24 ? 1.75 ? 2.49

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⑵三相短路电流周期分量有效值
(3) * Ik kA ?2. min ? I d 2 / X ?( k ?2). max ? 5.50kA/ 2.49 ? 2.21
( 2) (3) Ik Ik kA ?2. min ? 0.866 ?2. min ? 0.866? 2.21 ? 1.91

⑶其他三相短路电流
3 I? ? I k3?1 ? 2.21kA 3 ish ? 2.26? 2.21kA ? 4.99kA 3 I sh ? 1.31? 2.21kA ? 2.90kA

⑷三相短路容量
(3) * Sk MVA / 2.49 ? 40.16MVA ?2 ? Sd X ?( k ?2) ? 100

表 4-1 短路计算结果 总电抗标 三相短路电流/kA 短路计算点 么值
* X?
( 3) Ik

两相短路 电流/kA
3 ) I( ?

三相短路 容量/MVA

3 ) i( sh

3 ) I( sh

( 2) Ik

S k( 3)
227.3 76.05 135.14

在最大运 行方式下

k-1 点 k-2 点 k-1 点

0.44 1.315 0.74

3.57 4.18 2.12

3.83 4.18 2.12

9.10 9.45 5.41

5.39 5.48 3.20

3.09 3.62 1.84

在最小运 行方式下

k-2 点

2.49

2.21

2.21

4.99

2.90

1.91

40.16

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5

变电所高压电气设备的选择与校验

5.1. 35KV 高压开关柜的选择
选用 XGN-40.5 型固定式金属封闭开关柜。该柜内配有 ZN12-40.5 型真空断路器, 作为 40.5kV 交流系统接受和分配电能之用。 开关柜具有安全联锁装置、 防误性能, 运行安全可靠。真空灭弧室免维护。该产品满足 GB3906-91《3-35kV 交流金属封 闭开关设备》等标准。 5.1.1 短路校验的原则 对于相应高压开关柜内的设备进行短路校验, 主要有断路器的额定电压、 额定电流、 额定开断电流以及相应的额定动、热稳定电度校验。

5.2 高压设备选择及校验
高压设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工 作要求,同时设备应该工作安全可靠、运行方便,投资经济合理。一般要遵循以下 原则:1、按正常工作条件选择额定电压和额定电流;2、按短路情况来校验电气设 备的动稳定和热稳定;3、安装地点的三相短路容量来校验高压断路器的速断容量。 5.2.1 35KV 断路器的选择 (1)额定电压选择 断路器的额定电压 U r 应大于或等于所在电网的工作电压 U n ,即 U r ? U n 。 (2)额定电流选择 断路器的额定电流 I r 应大于或等于它的最大长期工作电流 I c ,即 I r ? I c 。 (3)开断电流选择 在给定的电网电压下,断路器的开断电流 I b 不应小于实际瞬间的短路电流周期分 量 I b 3 ,即 I b ? I b3 。 (4)动稳定校验 若断路器的极限通过电流峰值 i max ,大于三相短路时通过断路器的冲击电流 ish ,则 其动稳定便满足要求,即 imax?ish ? i p3 。 (5)热稳定校验 断路器热稳定电流 Q , 即在短时允许发热量应大于短路期间短路电流所发出的热量 Qt ,则此断路器满足热稳定要求。可表示为 Q ? Qt 。
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初步选用高压开关柜配有的 ZN12-40.5 型真空断路器 校验:① 符合条件。 ②ZN12-40.5 型真空断路器额定电流为 630A,最大长期工作电流为 ZN12-40.5 型真空断路器额定电压为 40.5kV, U NW =35kV, U N ? U NW ,

I

c

?

S 3U

?
N

3086 .38 ? 50.9 A 3 * 35

又因为 I r =630A 即 Ir

? I c ,因此符合技术条件。

③断路器开断电流 I b =50kA, Ib 3 =3.9kA, I b > Ib 3 符合技术条件。 ④ imax =63kA, ish =9.77kA 则 Q ? Qt 满足动稳定校验。
表 5-1 35kV 高压断路器的校验 序号 选择项目 装置地点的技术参数 断路器的技术 参数 1 额定电压 Un=35KV, Um=36.75KV Ur=40.5KV Ur>Un, √ 结论

2

额定电流

Ic= ?

3086 .38 ? 50.9 A 3 * 35

Ir=1000A

Ir>Ic, √

3

额定短路开断电流

Ib3=3.57KA(最大运行方式)

Ib=50KA

Ib>Ib3, √

4

额定峰值耐受电流 (动稳定)

ip3=9.10KA(最大运行方式)

imax=63KA

Imax> ip3, √

5

额定短时(4s)耐 受电流(热稳定)

Qt=3.57 ×(0.1+0.8+0.05) KA .s=12.11 KA .s ip3=9.10KA(最大运行方式)
2 2

2

25KA .s

2

Q> Qt, √

6

额定短路关合电流

im=50KA

im >ip3, √

7

环境条件
2

某矿山起重机公司变电所高压开关

正常使用环境

满足条件

Qt ? Ib3 2 ? 4 ? 3.83 ? ?0.1 ? 0.8 ? 0.05? ? 13.94kA2S﹤25 kA2S,满足热稳定校验。
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5.2.2 35KV 隔离开关的选择 选用 GN27-35/630 隔离开关,其技术参数为:额定电压 35kV,额定电流 630A, 极限通过电流峰值 50kA,4s 热稳定电流 20kA。 短 路 电 流 取 Ioo=IK3=3.57kA , 电 抗 器 通 过 短 路 电 流 的 持 续 时 间 为 tla= t 2.2 0.2+2.0=2.2s。故 I ? la ? 3.57 ? ? 2.65kA ? 20kA ,所以热稳定度符合要求。 4 4 电抗器所在线路的短路电流冲击值 I sh =1.51×3.57=5.39kA<50kA,所以动稳定 度符合要求。由此可知 GN27-35/630 隔离开关符合要求。 5.2.3 35KV 电流互感器的选择 电流互感器是一种专门用于变换测量电流的特殊电气器, 选用 LCZ-35Q 电流互感 器, ,适用于额定频率 50Hz 或 60Hz、额定电压为 35kV 及以下的电力系统中,作为 电能计量、电流测量和继电保护用。 选用额定电流变比为 200/5,准确级次 0.5。
校验数据如下表 5-2 选择项目 额定电压 额定电流 动稳定 热稳定 装置地点的技术参数 35KV 50.9A 9.10KA 12.11KA .s
2

电流互感器参数 35KV 300A 42.4KA 13KA .s
2

结论 √ √ √ √

5.2.4 35KV 电压互感器的选择 互感器是交流供电系统中一次回路将交流电流或电压按比例降低供二次回路仪 表使用。根据一次额定电压选择。并按二次负荷大小及负荷准确等级校验。可选高 压开关柜配套的 JDJJ2-35 型电压互感器, 根据资料手册选用 JDJJ2-35 型电压互感 器。 5.2.5 35KV 熔断器的选择 选择装设 RN2-35 型高压熔断器 分别对额定电压、额定电流、开断电流(最大分断电流的有效值)进行校验,符合 要求。

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5.2.6 35KV 避雷器的选择 避雷器用来防止雷电冲击波沿线路侵入变配电所,对电气设备的绝缘造成损坏。 本设计中选用两组 35kV 合成套无间隙氧化锌避雷器 HY5WZ2-52.7/134 两组分放在 35kV 母线上,与电压互感器共用一个间隔。

5.3 10KV 电气设备的选择
5.3.1 10KV 开关柜的选择 选用KYNl8A-12 型户内交流铠装移开式金属封闭开关柜,产品符合GB3906-91 《3-35kV 交流金属封闭开关设备》DL404-91《户内交流开关柜订货技术条件》及 IEC298《交流金属封闭开关设备和控制设备》等标准。适用于3-10kV 单母线电力 系统中作为接受和分配电能之用。 可广泛用于各类型发电厂, 变电站及工矿企业中。 5.3.2 10KV 断路器的选择
表 5-3 ZN12-10B 型真空断路器校验 序 号 1 额定电压 Un=10KV, Um=10.5KV 选择项目 装置地点的技术参数 断路器的技术 参数 Ur=12KV Ur>Un,√ 结论

2 3

额定电流 额定短路开断 电流

.38 Ic= ? 3086 ? 178 .2 A 3 *10
Ib3=4.18KA(最大运行方式)

Ir=1250A Ib=31.5KA

Ir>Ic,√ Ib>Ib3,√

4

额定峰值耐受 电流 (动稳定)

ip3=9.45KA(最大运行方式) imax=80KA
2

Imax> ip3, √ Q> Qt, √ 31.5KA .s
2

5

额定短时 (4s) Qt=4.18 ×(0.1+0.8+0.05) 耐受电流(热 稳定) KA .s=16.60 KA .s
2 2

6

额定短路关合 电流

ip3=9.45KA(最大运行方式)

im=80KA

im>ip3,√

7

环境条件

某矿山起重机公司变电所高压开关柜

正常使用环境

满足条件

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5.3.3 隔离开关的选择 查阅设备资料,其所选型号有 GN6-10T/200、 GN6-10T/400、GN6-10T/600 GN19 —10(C)/400、GN19-10(C)/630 等,选用 GN19—10c/630 隔离开关,其操动机 构配套选用手动 CS6—1T 型。
表 6-5 10kv 隔离开关的选择 选择项目 额定电压 额定电流 动稳定 热稳定 装置地点的技术参数 10kV 178.2A i kr =9.45kA 16.60kA GN19—10c/630 隔离开关参数 U N =10kv I N =630A i lim =50kA I t ? 4 s =20kA

对上述数据校验符合要求,故都符合要求。 5.3.4 电流互感器的选择 电流互感器选用 LAJ-10 型,变比为 100/5、150/5、200/5、600/5 等 选用额定电流变比为 200/5,准确级次 0.5,经过动、热稳定性校验,都大于实际 值,电流互感器能满足要求。 5.3.5 电压互感器的选择 电压互感器选用 JDZJ 系列,为单相三卷浇注绝缘户内。供中性点不接地系统, 做电流、电能测量及单相接地保护用。用三台 JDJZ 型产品能在 1.1 倍额定电压下 长期运行,并能在八小时内无损伤地承受 2 倍额定电压。选择型号为 JDZJ—10, 可选两台双圈 JDZJ—10 型互感器接在 10kV 母线上, 配用二个 XRNT1-12/200A 型熔 断器,用作线路的器短路保护,其最额定电压原线圈 6/ 3 ,副线圈 0.1/ 3 ,辅助 线圈 0.1/ 3 ,选用 0.5 级额定容量为 30MVA。 选择 XRNT1-12/200A 型熔断器 额定电压 10KV<12KV,符合要求。额定电流 Ic=178.2A<200A,符合要求。 额定短路开断电流 4.31KA<31.5KA,符合要求。

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6

高压配电线路的设计

6.1 高压配电线路接线方式的选择
电力线路的接线方式是指由电源端 (变配电所) 向负荷端 (电能用户或用电设备) 输送电能时采用的网络形式。常用的接线方式有放射式、树干、环式三种。 (一)放射式 放射式接线的特点是每路馈线仅给一个复合垫单独供电,放射式线路故障影响 范围小,易于控制盒实现自动化,供电可靠性高,适于对重要负荷的供电。单回路 放射式接线一般供二、三级负荷,供二级负荷宜用备用电源;双回路放射式接线供 电可靠性较单回路放射式接线大大提高,可供二级负荷。 (二)树干式 树干式接线是有分支的辐射网络, 特点是每路馈线可给同一方向的多个负荷点供 电,其开关电器数量少,投资省,但可靠性不高。 (三)环形 环形接线的特点是配电线路从一个供电点开始,接入许多负荷点后,返回至同一 或不同的供电点,形成环网。环形接线运行灵活,供电可靠性较高,在现代化配电 网中这种接线方式应用较广。 为了便于管理,实现集中控制,尽量提高厂区用电的可靠性,而放射式接线可 靠性较高,保护配合简单、便于运行管理。因此总降压变电所采用 10KV 单回路放 射式配电。

6.2 高压配电线路截面的选择与校验
6.2.1 35KV 高压进线的选择 变电所中各种电压配电装置的母线,以及电器间的连接大都采用铜、铝或钢的矩 形、圆形、管形裸导线或多芯绞线。母线的截面形状,35KV 及以下的屋内配电装 置中,都采用矩形截面。因为它的冷却条件好,对交流肌肤效应的影响小。一般采 用 LGJ 型钢芯铝绞线。 根据设备资料中附录表 29 知 35kV 线路钢芯铝绞线的最小允 许截面为 35mm2。所以初选 LGJ-35 型钢芯铝绞线。 6.2.2 截面积的校验 (1)按发热条件进行校验 线路计算电流为
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Ic= ?

3086 .38 ? 50.9 A 3 * 35

从《供电工程》中附录表 42,得 35mm2 截面积的 LGJ 型钢芯铝绞线在环境温度 25℃的载流量为 220A,大于线路的计算电流 50.9A,满足发热条件。 (2)按线电压损失条件进行校验 查《供电工程》附表 12,以及设备资料中的

附表 32,得 LGJ-50 型钢芯铝绞线的 r=0.823Ω /km,x=0.39Ω /km。将参数代入公 n 1 ? n ? 式 (4-18) ?U % ? r P l ? x Qi li ? ? ? ii ? 2 10U n ? i ?1 i ?1 ? 可得
?U % ? 10 ? ?35KV ? 1
2

(2823 .56kw ? 0.823? km ? 8km ? 1246 .3k var? 0.39? km ? 8km)

=1.835﹪<5﹪,因此,所选截面积也满足电压损失要求。 (3)校验机械强度 查设备资料中附表 29 得 35KV 线路钢芯铝绞线的最小允许 截面为 35mm2, ,因此,所选的 LGJ-35 型钢芯铝绞线也满足机械强度要求的。 (4)按经济电流条件进行校验 线路工作时的最大时常电流 Ic ?
3086 .38 ? 50.9 A 3 * 35

由于该厂的年最大有功负荷利用小时数为 4800h ,根据网上资料得出经济电流 密度 Jec=1.15A/ ㎜,所以经济截面积 Sec=Iar?m/ Jec=50.9/1.15=44.26 ㎜ ﹥ 35 ㎜ 2,符合要求。 6.2.3 10KV 高压出线线路的选择与校验 变配电所 10KV 高压出线一般选用电缆, 而交联聚乙烯绝缘电力电缆具有卓越的 热-机械性能,其结构简单,重量轻,敷设不受落差限制等优点,目前广泛应用于 城市电网和工厂。故 10kV 出现采用 YJV 型电缆。 根据校验及选择经验,一般 10kv 及以下高压线路及低压动力线路,通常先按发 热条件求选择截面,再校验电压损失、机械强度、短路热稳定等条件。而本设计 中因厂区小,不考虑电压损失,故不用校验,而对于电缆,不必校验其机械强度。 截面积选择校验计算如下 (1)按发热条件选择电缆截面积 线路计算电流为
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2

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Ic= ?

3086 .38 ? 178 .2 A 3 * 10

查《供电工程》附录表 40,得 120 mm2 温度 25℃的载流量为 245A,同一路径有 6 根电缆按固定间距 0.8m 并列埋地敷设,根据附录表 48 校正,电缆的实际载流量 为 I al ? 245? 0.8 ? 196A ,大于 178.2A,因此,选择 YJV-6/35-6×120 型电缆。 (2)按短路热稳定条件进行校验 查 《 供 电 工 程 》 附 录 表 31 , YJV-10/35-3 × 120 型 电 缆 的 热 稳 定 系 数

K ? 137A. s / mm2 ,热稳定最小面积为
S min I t 10kA ? 0.1s ? k3 ? ? 23.08mm2 ? 120mm2 2 . K 137A s / mm
""

所选电缆截面积也满足热为稳定要求。

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7.1 防雷保护
7.1.1 电力线路的防雷措施 (1)装设避雷线

防雷与接地设计

防止防止架空线路遭受直接雷击的有效措施。全线假设避雷线一般只用于 35kv 以上的架空线路,35kv 架空线路只在进出变配电所的 1—2km 范围假设避雷线。 (2)提高线路本身的耐雷水平 可采用木横担、瓷横担,或采用高一电压级的绝缘子(在采用角刚横担时) (3)个别绝缘薄弱点假装避雷器 对架空线路中的跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆及个别金属杆上,装设排气 或避雷器或保护间隙。 7.1.2 变配电所的防雷措施 户外变配电所中,一般采用避雷针作为直击雷的防护装置,并要求所有被保护的 电气设备和建筑物均应处于避雷针的保护范围之内,为防止反击事故的发生,避雷 针与被保护的建筑物和电气设备应保持一定的安全距离, 工程上的安全距离应大于 5m。 在变电所屋顶装设避雷针或避雷带, 并引出两根接地线与变电所公共接地装置相 连。如变电所的变压器装在屋外或露天配电装置时,则应在变电所外面的使应的适 当位置装设独立避雷针,其装设高度应使其防雷保护范围包括整个变电所。
表 8-1 变配电所与线路的防雷装置的接地电阻最大值 序 装置名称 号 1 变配电所与线路的 防雷装置 3 器相连的接地装置 变配电所装设 避雷器 独立避雷针和避雷线 与总容量 100kVA 以上的变压器相连的 接地装置 与总容量 100kVA 以下的发电机或变压 装置特点 Ω 接地电阻/

RE ? 10? RE ? 4?

2

RE ? 10?

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此外,在 35kv 及以上的变配电所架空进线上,架设 1-2km 避雷线,以消除近区进 线上的雷击闪络,避免其引起的雷电侵入波对变配电所电气装置的危害。 7.1.3 雷电侵入波的防护 (1)在 35kv 高压配电室内装设有 XGN-40.5 型开关柜,其中配有 35kV 合成套无 间隙氧化锌避雷器。主变压器依靠此避雷防护,防止雷电侵入波的危害。 (2)在 10kv 高压配电室内 10KV 开关柜内装设 HY5WZ-10/27 型型避雷器。

7.2 接地设计
接地是指电气设备的带电部分或不带电部分与大地连接。接地可分为故障接地、工 作接地、保护接地和重复接地。 (1)接地的一般要求 在供电系统的某些部位,由于工作的需要或安全的需要而和大地进行直接连接,这 就是接地。为了保证达到接地的目的,接地装置必须正确设置(包括正确的布置、 正确的连接、采用适当的散流电阻等) ,并且连接可靠,否则,不仅达不到接地的 目的,还可能反而带来不利的影响。 变电所的接地装置除采用自然接地体外,还应设置人工接地网,通常用钢管或角钢 作垂直接地体埋入地中, 用扁钢作水平接地体来连接各条垂直接地体形成一个接地 网,两垂直接地体之间应大于 2.5m,以免影响散流电阻。扁钢应侧放而不应平放, 以提高散流效果。接地装置的形式有外引式和回路式两种。 (2)接地的种类 按实施接地的目的不同可分为工作接地、保护接地和防雷接地。工作接地是指 为了电力系统的正常运行,人为的将供电系统的某些点(例如发电机和变压器的中 性点)和大地进行金属性的连接。保护接地是指由于电气设备绝缘损坏时可能危及 人身安全而将电气设备不带电的金属外壳与大地相连。 防雷接地则是为了引泄雷电 流而将防雷设备(如避雷针、避雷器等)与大地相连。

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继电保护的整定计算

8.1 继电保护的基本任务及要求
8.1.1 继电保护的基本任务 (1)当电力系统中某电气元件发生故障时,能自动、迅速、有选择地将故障元件 从电力系统中切除, 避免故障元件继续遭到破坏, 使非故障元件迅速恢复正常运行。 (2)当系统中电气元件出现不正常运行状态时,能及时反应并根据运行维护的条 件发出信号或跳闸。 8.1.2 继电保护的基本要求 对动作于跳闸的继电保护, 在技术上一般应满足四个基本要求: 选择性、 速动性、 灵敏性、可靠性。即保护四性。 (1)选择性 选择性是指保护检出电力系统的故障区和/或故障相的能力。 (2)速动性 速动性是指在发生短路故障时保护装置能够尽快地将故障切除, 从而提高系统稳 定性并减轻故障设备和线路的损坏程度, 提高自动重合闸和备用电源或备用设备自 动投入的效果。 (3)灵敏性 设备或线路在指在保护范围内发生故障时,保护装置对故障情况的反应能力。具 有正确动作能力的裕度,一般以灵敏度来描述。 (4)可靠性 指在给定条件下的给定时间间隔内, 保护能完成所需功能的概率。 它能可靠动作, 不发生拒绝动作。即需要动作时便动作,不需要动作时便不动作。

8.2 变压器的继电保护设置
对于高压侧为 35kv 及以上的工厂总降压变电所主变压器来说,应装设过电流保 护、电流速断保护及瓦斯保护。过电流保护作为速断电流保护的后备保护,在有可 能过负荷时,需装设过负荷保护。 本设计要求总降压变电所的过电流保护整定时间不大于 2.0s ,所以变压器保 护的过电流保护动作时限可整定为 1.5s。
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8.3 变电所主变压器继电保护的计算
8.3.1 装设瓦斯保护 当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时,瞬时动作于信号;当产生大量 瓦斯时,应动作于高压侧断路器。 8.3.2 装设定时限过电流保护 过电流保护动作电流的整定计算公式为: I op ? 式中 定电流;

K rel KW I L?max K re K i I L?max ——变压器的最大负荷电流,可取为 1.4 I1r.T , I1r.T 为变压器一次额

K rel ——保护装置的可靠系数,取 1.2;

K W ——保护装置的结线系数,对三相三继电器盒两相继电器式接线
为 1;

K re ——电流继电器的返回系数,一般取 0.85; K i ——电流互感器的变流比。
(1) 整定动作电流 变压器的最大负荷电流为 I L. max ? 1.4I1r .T ? 1.4 ?

Sr 3U 1n
? 92.38A

? 1.4 ?

4000kV . A 3 ? 35kV

K i=200/5=40,故过电流保护的动作电流为
I op ? K rel KW 1.2 ?1 I L?max ? ? 92.38A ? 3.26A K re K i 0.85? 40

查 《供电工程》 附录表 60, 选用 JL-82 静态电流继电器, 动作电流整定为 3.26A。 (2)整定的保护动作时间 主降压变电所的整定时限由原始资料可知总降压变电所的过电流保护整定时 间不大于 2.0s,所以其过电流保护动作时间整定为 1.5s。 (3) 校验灵敏性 变压器低压母线在系统最小运行方式下的两相短路电流流 过高压侧的电流值为

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I 2 k 2. min ?

2 ? 1.91KA ? 630A ? 35 ? 3 ?? ? ? 10 ?

过电流保护的灵敏度为

Ks ?

KW I 2 k 2. min 1? 630 A ? ? 4.83 ? 1.5 K i I op 40? 3.26A
(如作为后备保护,则灵敏系数 S P ? 1.2 即可)

满足保护灵敏性要求。

按规定, 如果变压器过电流保护的动作时间大于 0.5~0.7s, 应装设电流速断保护。 8.3.3 装设电流速断保护 (1)电流速断保护的整定计算公式为: I qb ?

K rel K ? '' I k 3. max K i KT

式中 I k ?max ——变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值。

K rel ——可靠系数,取 1.3~1.5。
K T ——变压器的变压比。
变压器低压母线在系统最大运行方式下的三相短路电流流过高压侧的电流 值为
I '' 2 k 3. max ? 1 '' 10 I k 3. max ? ? 4.18KA ? 1194 .3 A KT 35

流速断保护的动作电流(速断电流)为
I qb ? K re lK? '' 1.3 ?1 I 2 k 3. max ? ?1194 .3 A ? 38.81A Ki 40

查《供电工程》附录表 60,选用 JL-83 静态电流继电器,动作电流整定为 39A。 (2)电流速断保护灵敏系数的检验 按变压器高压侧在系统最小运行方式下的两相短路电流计算, 电流速断保护灵敏 度为

K I 1 1840 K s ? W 1k 2. min ? ? ? 4.13 ? 1..5 K i ? I qb 40? 39A ? 10 ? ? ? ? 35 ?
灵敏系数符合要求。

''

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8.3.4 装设过负荷保护 (1)动作电流的整定公式为: I OP (OL ) ? (1.2 ~ 1.3) 式中
I1r .T Ki ——变压器的额定一次电流。

I1r .T

K i ——电流互感器的变流比。 4000 本设计中 I1r .T ? ? 65.98A 3 ? 35 K i =200/5=40
因此动作电流为

I OP (OL ) ? 1.979A ~ 2.144A
(2)过负荷保护动作时限

tOP (OL ) ? 10 ~ 15s
8.3.5 10kV 母线断路器的保护 在 10kV 母线上应设置限时速断电流保护和过电流保护,保护 10KV 母线的线路。 当母线出现故障时,电流速断保护动作,过电流保护作为后备保护。由于上级保护 动作时限已整定为 1.5s,故此处的动作时限可整定为 1s。断路器采用电磁操动机 构。 8.3.6 10kV 出线各支路的保护 在 10kV 出线的各支路上应装设速断电流保护和过电流保护, 来保护各 10kV 的出 线线路。由于上级保护动作时限已整定为 1s,则此处的速断电流保护动作时限为 1s。由于该 10kV 配电线路较短,上级线路保护的灵敏度往往不够,此时应采用定 时速断保护来代替瞬时速断电流保护。由于有了 1s 延时,动作电流不需要躲过它 所保护的线路末端的三相短路电流, 而只需要大于下级线路的瞬时速断电流保护动 作电流即可。

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结论
在本次毕业设计中,我通过对变电所的分析、详细计算、选择和对电力系统的基 本知识、设计原则、设计要求都作了说明。基本完成了本次设计任务,达到了设计 的目的。 通过本次设计制作过程和设计内容、其他资料知识的了解,让我对当代电力系统 及变电所基本知识和基本设计有了更深入的认识, 并可以结合自身应用到以后的工 作当中。

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致谢
毕业设计,也是我大学生涯交上的最后一项作业。从分析课题、方案构思到展开 设计,论证方案,具体计算,设备选型,再到书写论文,每一步对我来说都是一种 新的尝试与挑战。首先要感谢老师,毕业论文的设计过程中徐老师一直耐心的指导 和无私的帮助,对我的毕业设计给以很大的帮助,在此向徐老师表示感谢,也要感 谢在大学期间所有传授我知识的老师, 是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知 识,这也是毕业设计和论文得以完成的基础。在设计的这段时间里,自己得到了老 师和同学的大力帮助,加上自己在大学中学到的供配电知识,慢慢的改进,在改进 的同时进一步深化了对专业知识的理解。加上老师对我及时的指导,让我少走了很 多弯路,再加上老师讲的很详细、认真,让我节省了不少时间,再次感谢徐老师! 本次设计使我对 Word 有了进一步的了解,从中学到了很多实用性的编辑工具。相 信在以后的学习和工作中我会学好 CAD,并应用到实践中去。

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参考文献
1、刘介才.工厂供电.北京:机械工业出版社,2003 2、余健明等.供电技术:第 3 版.北京:机械工业出版社,1998 3、刘介才.实用供配电技术手册.北京:中国水利水电出版社,2002 4、黄德仁等. 供用电实用技术手册. 北京:中国水利水电出版社,1996 5、中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册:第 2 版.北京:水 利电力出版社,1994 6、刘介才.工厂供电设计指导.北京:机械工业出版社,1998 7、翁双安.供电工程. 北京:机械工业出版社,2004.5 8、翟世隆等.供用电实用技术手册.北京:中国水利电力出版社,1997 9、徐滤非等. 供配电系统.北京:机械工业出版社,2007.9 10、全国电气文件编制和图形符号标准化委员会编.电气简图用图形符号标准汇 编.北京:中国标准出版社,2001

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