工業(yè)建筑降壓變電所及電氣設(shè)計(jì)書.doc

前 言 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，電能的應(yīng)用越來越廣泛，生產(chǎn)、科學(xué)、研究、日常生活都對(duì)電能的供應(yīng)提出更高的要求，因此確保良好的供電質(zhì)量十分必要。本設(shè)計(jì)書注重理論聯(lián)系實(shí)際，理論知識(shí)力求全面、深入淺出和通俗易懂，實(shí)踐技能注重實(shí)用性，可操作性和有針對(duì)性，同時(shí)注重介紹和反映現(xiàn)代供配電技術(shù)的新技術(shù)。 本課程設(shè)計(jì)選擇進(jìn)行了一個(gè)模擬的中小型工廠10/0.4kV、容量為1000kVA的降壓變電所，既含有高壓供電部分又含有電力變壓器低壓配電部分。 本設(shè)計(jì)書論述了供配電系統(tǒng)的整體功能和相關(guān)的技術(shù)知識(shí)，重點(diǎn)介紹了工廠供配電系統(tǒng)的組成部分。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)行與管理，并根據(jù)工廠所能取得的電源及工廠用電負(fù)荷的實(shí)際情況，并適當(dāng)考慮到工廠的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，確定了變電所的位置與形式及變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)與容量、類型及選擇變電所主結(jié)線方案及高低壓設(shè)備與進(jìn)出線。 本設(shè)計(jì)書共分部分，包括：負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償、變電所位置和形式選擇、變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)、類型容量及主接線方案選擇、短路電流的計(jì)算、變電所一次設(shè)備的選擇和校驗(yàn)、變電所電氣主結(jié)線圖。 目 錄 前言 ……………………………………………… ..1 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書………………………………….3 第二章 負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償………………….6 第三章 變電所位置和型式的選擇…………………11 第四章 變電所主變壓器臺(tái)數(shù)、容量及主結(jié)線方案的選擇……………………………………………12 第五章 短路電流的計(jì)算……………………………16 第六章 變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)………………19 第七章 變電所高、低壓線路的選擇與校驗(yàn)………22 第八章 變電所二次回路方案選擇及繼電保護(hù)的整定……………………………………………27 第九章 防雷和接地裝置的確定…………………….31 第十章 參考文獻(xiàn)…………………………………….33 第十一章 收獲和體會(huì)………………………………33 第一章 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 （一）設(shè)計(jì)題目 某工業(yè)建筑降壓變電所電氣設(shè)計(jì)。 （二）設(shè)計(jì)要求 根據(jù)本廠所能取得的電源及用電負(fù)荷的實(shí)際情況，并適當(dāng)考慮到生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，確定變電所的位置與型式，確定變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)與容量，選擇變電所主結(jié)線方案及高低壓設(shè)備與進(jìn)出線，確定二次回路方案，選擇并整定繼電保護(hù)裝置，確定防雷和接地裝置，最后按要求寫出設(shè)計(jì)說明書，繪出設(shè)計(jì)圖樣。 (三) 設(shè)計(jì)依據(jù) （1）工廠總平面圖： 附圖B-1XX機(jī)械廠總平面圖 （2）工廠負(fù)荷情況：本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時(shí)為5000h,日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為8h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬三級(jí)負(fù)荷。低壓動(dòng)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。 （3）供電電源情況： 按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽訂的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條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)線品牌號(hào)為L(zhǎng)GJ-185，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為1.5m。干線首端（即電力系統(tǒng)的饋電變電所）距離本廠約10km，該干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為500MVA，此斷路器配備有定時(shí)限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，其定時(shí)限過電流保護(hù)整定的動(dòng)作時(shí)間為1.4s。為滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長(zhǎng)度達(dá)100km，電纜線路總長(zhǎng)度達(dá)30km。 表1 工廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料 用電單位編號(hào) 用電單位名稱 負(fù)荷性質(zhì) 設(shè)備容量/kW 需要系數(shù) 功率因數(shù) 1 鑄造車間 動(dòng)力 210 0.35 0.65 照明 6 0.8 1.0 2 鍛壓車間 動(dòng)力 220 0.3 0.6 照明 7 0.8 1.0 3 金工車間 動(dòng)力 200 0.25 0.6 照明 7 0.8 1.0 4 工具車間 動(dòng)力 290 0.25 0.65 照明 8 0.8 1.0 5 電鍍車間 動(dòng)力 200 0.5 0.7 照明 6 0.8 1.0 6 熱處理車間 動(dòng)力 255 0.6 0.75 照明 7 0.8 1.0 7 裝配車間 動(dòng)力 120 0.35 0.75 照明 5 0.8 1.0 8 機(jī)修車間 動(dòng)力 140 0.25 0.6 照明 3 0.8 1.0 9 鍋爐房 動(dòng)力 75 0.4 0.65 照明 1 0.8 1.0 10 倉(cāng)庫(kù) 動(dòng)力 20 0.25 0.6 照明 1 0.9 1.0 11 生活區(qū) 動(dòng)力 330 0.8 1.0 （4）氣象資料： 本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為40℃，年平均氣溫為20℃，年最低氣溫為－5℃，年最熱月平均最高氣溫為35℃，年最熱月平均氣溫為28℃.，年最熱月地下0.8m處平均溫度為25℃。.年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)，年雷暴日數(shù)為32天。 （5）地質(zhì)水文資料： 本廠所在地區(qū)平均海拔500m，地層以砂粘土（土質(zhì)）為主，地下水位為2m。 （6）電費(fèi)制度： 本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T達(dá)成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計(jì)量電能，設(shè)專用計(jì)量柜，按兩部電費(fèi)制繳納電費(fèi)。每月基本電費(fèi)按主變壓器容量為18元/（kVA），動(dòng)力電費(fèi)為1元/（kWh），照明（含家電）電費(fèi)為0.56元/（kWh），工廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.9。 （四）設(shè)計(jì)任務(wù) 要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成下列工作量： （一） 設(shè)計(jì)說明書 （1） 目錄。 （2） 前言及確定了賦值參數(shù)的設(shè)計(jì)任務(wù)書。 （3） 負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償。 （4） 變電所位置和型式的選擇。 （5） 變電所主變壓器臺(tái)數(shù)、容量、類型及主結(jié)線方案的選擇。 （6） 短路電流的計(jì)算。 （7） 變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)。 （8） 變電所高、低壓進(jìn)出線的選擇與校驗(yàn)。 （9） 變電所二次回路方案選擇及繼電保護(hù)的整定。 （10） 防雷和接地裝置的確定。 （11） 附錄及參考文獻(xiàn)。 （12） 收獲和體會(huì)。 （二） 設(shè)計(jì)圖樣 （1） 主要設(shè)備及材料表。 （2） 變電所主結(jié)線圖（裝置式）。 （3） 變電所的二次回路接線圖。 （五）設(shè)計(jì)時(shí)間 2010年 月 日至2010年 月 日 指導(dǎo)教師：邱曉華 第二章 （一）負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償 1．負(fù)荷計(jì)算 各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計(jì)算如下所示： 1.鑄造車間：動(dòng)力 P30d= KdPe=0.35210Kw=73.5Kw Q30d=P30tanψ=73.5Kw1.17=85.995Kvar 照明 P30z=KdPe=0.86Kw=4.8Kw Q30z=4.8Kw0=0Kvar P301=K∑（P30d+P30）=0.95（73.5+4.8)Kw=74.385Kw Q301=K∑（Q30d＋Q30z)=0.9585.995Kw=81.695Kvar S301=√P3012+Q3012=√74.3852+81.6952=110.486KVA I301=S301／√30.38Kv=167.87A 2.鍛壓車間：動(dòng)力 P30d= KdPe=0.3220Kw=66Kw Q30d=P30tanψ=66Kw1.33=87.78Kw 照明 P30z=KdPe=7Kw0.8=5.6Kw Q30z=0Kvar P302=K∑（P30d＋P30z）=0.95(66+5.6)Kw=68.02Kw Q302=K∑(Q30d+Q30z)=0.9587.78Kvar=83.391Kvar S302=√P3022+Q3022=√68.022+83.3912=107.614KVA I302=S302／√30.38Kv=163.50A 3.金工車間：動(dòng)力 P30d=KdPe=0.25200Kw=50Kw Q30d=P30tanψ=50Kw1.33=66.5Kvar 照明 P30z=KdPe=0.87Kw=5.6Kw Q30z=0Kvar P303=K∑(P30d+P30z）=0.95(50+5.6)Kw=52.82Kw Q303=K∑（Q30d＋Q30z)=0.9566.5Kvar=63.175Kvar S303=√P3032+Q3032=√52.822+63.1752=82.35KVA I303=S303／√30.38Kv=125.12A 4.工具車間：動(dòng)力 P30d= KdPe=0.25290Kw=72.5Kw Q30d=P30tanψ=72.5Kw1.17=84.825Kw 照明 P30z=KdPe=0.88Kw=6.4Kw Q30z=0Kvar P304=K∑(P30d+P30z）=0.95(72.5+6.4）Kw=74.955Kw Q304=K∑(Q30d+Q30z)=0.9584.825Kvar=80.584Kvar S304=√P3042+Q3042=√74.9552+80.5842=110.05KVA I304=S304／√30.38Kv=167.20A 5.電鍍車間：動(dòng)力 P30d= KdPe=0.5200Kw=100Kw Q30d=P30tanψ=100Kw1.02=102Kvar 照明 P30z=KdPe=0.86Kw=4.8Kw Q30z=0Kvar P305=K∑（P30d＋P30z）=0.95（100+4.8）Kw=99.56Kw Q305=K∑（Q30d＋Q30z)=0.95102Kvar=96.9Kvar S305=√P3052+Q3052=√99.562+96.92=138.931KVA I305=S305／√30.38Kv=211.08A 6.熱處理： 動(dòng)力 P30d= KdPe=0.6255Kw=153Kw Q30d=P30tanψ=153Kw0.88=134.64Kvar 照明 P30z=KdPe=0.87=5.6Kw Q30z=0Kvar P306=K∑（P30d＋P30z）=0.95（153+5.6）Kw=150.67Kw Q306=K∑Q30d＋Q30z)=0.95134.64Kvar=127.908Kvar S306=√P3062+Q3062=√150.672127.9082=197.64KVA I306=S306／√30.38Kv=300.28A 7裝配車間： 動(dòng)力 P30d= KdPe=0.35120Kw=42Kw Q30d=P30tanψ=42Kw0.88=36.96Kvar 照明 P30z=KdPe=0.85Kw=4Kw Q30z=0Kvar P307=K∑(P30d＋P30z）=0.95（42+4）Kw=43.7Kw Q307=K∑（Q30d＋Q30z)=0.9536.96Kvar=35.112Kvar S307=√P3072+Q3072=√43.72+35.1122=56.06KVA I307=S307／√30.38Kv=85.17A 8.機(jī)修車間：動(dòng)力 P30d= KdPe=0.25140Kw=35Kw Q30d=P30tanψ=35Kw1.33=46.55Kvar 照明 P30z=KdPe=0.83Kw=2.4Kw Q30z=0Kvar P308=K∑（P30d＋P30z）=0.95（35+2.4）Kw=35.53Kw Q308=K∑（Q30d＋Q30z)=0.9546.55Kvar=44.223Kvar S308=√P3082+Q3082=√35.532+44.2232=56.73KVA I308=S308／√30.38Kv=86.19A 9.鍋爐房： 動(dòng)力 P30d= KdPe=0.475Kw=30KW Q30d=P30tanψ=30Kw1.17=35.1Kvar 照明 P30z=KdPe=0.81Kw=0.8Kw Q30z=0Kvar P309=K∑(P30d＋P30z）=0.95(30+0.8)Kw=29.26Kw Q309=K∑（Q30d＋Q30z)=0.9535.1Kvar=33.345Kvar S309=√P3092+Q3092=√29.262+33.3452=44.363KVA I309=S309／√30.38Kv=67.40A 10. 倉(cāng)庫(kù)： 動(dòng)力 P30d= KdPe=0.2520Kw=5Kw Q30d=P30tanψ=5Kw1.33=6.65Kvar 照明 P30z=KdPe=0.91Kw=0.9Kw Q30z=0Kvar P3010=K∑（P30d＋P30z）=0.95(5+0.9)Kw=5.605Kw Q3010=K∑（Q30d＋Q30z)=0.956.65Kvar=6.3175Kvar S3010=√P30102+Q30102=√5.6052+6.31752=8.45KVA I3010=S3010／√30.38Kv=12.84A 11.生活區(qū): P30d= KdPe=0.8330Kw=264Kw Q30z=0Kvar S3011=√P30d2=√2642=264KVA I3011=S3011／√30.38Kv=401.11A 表2該工廠負(fù)荷計(jì)算表 編號(hào) 名稱 類別 設(shè)備容量/kW 需要系數(shù) cosψ tanψ 負(fù)荷計(jì)算 P30/kW Q30/kVar S30/kVA I30/A 1 鑄造車間 動(dòng)力 210 0.35 0.65 1.17 73.5 85.995 110.486 167.87 照明 6 0.8 1.0 0 4.8 0 小計(jì) 216 / / / 74.385 81.695 2 鍛壓車間 動(dòng)力 220 0.3 0.6 1.33 66 87.78 107.614 163.50 照明 7 0.8 1.0 0 5.6 0 小計(jì) 227 / / / 68.02 83.391 3 金工車間 動(dòng)力 200 0.25 0.6 1.33 50 66.5 82.35 125.12 照明 7 0.8 1.0 0 5.6 0 小計(jì) 207 / / / 52.82 63.175 4 工具車間 動(dòng)力 290 0.25 0.65 1.17 72.5 84.825 110.05 167.20 照明 8 0.8 1.0 0 6.4 0 小計(jì) 298 / / / 74.955 80.584 5 電鍍車間 動(dòng)力 200 0.5 0.7 1.02 100 102 138.931 211.08 照明 6 0.8 1.0 0 4.8 0 小計(jì) 206 / / / 99.56 96.9 6 熱處理車間 動(dòng)力 255 0.6 0.75 0.88 153 134.66 197.64 300.28 照明 7 0.8 1.0 0 5.6 0 小計(jì) 262 / / / 150.67 127.908 7 裝配車間 動(dòng)力 120 0.35 0.75 0.88 42 36.96 56.06 85.17 照明 5 0.8 1.0 0 4 0 小計(jì) 120 / / / 43.7 35.112 8 機(jī)修車間 動(dòng)力 140 0.25 0.6 1.33 35 46.55 56.73 86.19 照明 3 0.8 1.0 0 2.4 0 小計(jì) 143 / / / 35.53 44.223 9 鍋爐房 動(dòng)力 75 0.4 0.65 1.17 30 35.1 44.363 67.40 照明 1 0.8 1.0 0 0.8 0 小計(jì) 76 / / / 29.26 33.345 10 倉(cāng)庫(kù) 動(dòng)力 20 0.25 0.6 1.33 5 6.65 8.45 12.84 照明 1 0.9 1.0 0 0.9 0 小計(jì) 21 / / / 5.605 6.3175 11 生活區(qū) 動(dòng)力 330 0.8 1.0 0 264 0 264 401.11 總計(jì)（380V側(cè)） 動(dòng)力 2060 / 0.82 / 814.05 587.39 1003.84 1525.18 照明 51 / / 計(jì)入K∑1=0.95 K∑2=0.9 814．05 335.39 880.43 1337.68 （表2中P30=KdPe Q30=P30tanψ S30=√P30^2+Q30^2 I30=S30／（√3Un） P30（各車間）=K12（P30<動(dòng)力>+P30<照明>） Q30（各車間）=K∑1（Q30<動(dòng)力>+Q30<照明>） P30（總）=K∑2（∑P<各車間>） Q30（總）=K∑2（∑Q<各車間>） 其中Kd為需要系數(shù)，Un為額定電壓380V。K∑1為車間的同時(shí)系數(shù)，K∑2為工廠的同時(shí)系數(shù)。） 2．無功功率補(bǔ)償 由表2可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)只有0.75。而供電部門要求該廠10kV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得低于0.9?？紤]到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)應(yīng)稍大于0.9，暫取0.92,來計(jì)算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量： Qc=P30△qc＝814.05kW0.32=219.794kVar 其中查表得△qc=0..32 參照?qǐng)D，選PGJ1型低壓自動(dòng)補(bǔ)償屏，并聯(lián)電容器為BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1臺(tái)與方案3（輔屏）3臺(tái)相組合，總共容量為84kVar3=252kVar。因此，無功功率補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和10kV側(cè)的負(fù)荷計(jì)算如表所示： 項(xiàng)目 cosψ 計(jì)算負(fù)荷 P30/kW Q30/kVar S30/kVA I30/A 380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷 0.82 814.05 587.39 1003.84 1525.18 380V側(cè)無功補(bǔ)償容量 / / -252 / / 380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷 0.92 814.05 335.39 880.43 1337.68 主變壓器功率損耗 / 0.015S30=13.21 0.06S30=52.83 / / 10kV側(cè)負(fù)荷總計(jì) 0.92 827.26 388.22 913.82 52.76 第三章 （二）變電所位置和型式的選擇 變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心，工廠的負(fù)荷中心按功率矩法來確定，在工廠平面圖的下邊和左側(cè)，分別作一直角坐標(biāo)的x軸和y軸，然后測(cè)出各車間和生活區(qū)負(fù)荷點(diǎn)的坐標(biāo)位置，P1、P2、P3…P10分別代表車間1、2、3…10號(hào)。計(jì)算公式為： x=（P1x1+P2x2+P3x3+…P11x11）／（P1+P2+P3…+P11）=∑（PiXi）／∑Pi y=（P1y1+P2y2+P3y3+…+P11y11）／（P1+P2+P3+…+P11）=∑（PiYi）／∑Pi 計(jì)算得：x=2.86 y=2.74 下圖為各車間負(fù)荷坐標(biāo)點(diǎn)。 由計(jì)算結(jié)果可知,工廠的負(fù)荷中心在2號(hào)車間附近，考慮到方便進(jìn)出線，周邊環(huán)境及交通情況，決定在2號(hào)車間的東側(cè)緊靠車間修建工廠變電所，其形式為外附式。 第四章 （三）變電所主變壓器和主結(jié)線方案的選擇 1．變電所主變壓器的選擇,根據(jù)工廠的負(fù)荷性質(zhì)和電源情況,工廠變電所的主變壓器可有下列兩種方案: 方案a.裝設(shè)1臺(tái)變壓器：型式采用S9，而容量根據(jù)式SN≥S30＇ ， SN =1000KV≥880.43KVA，即選一臺(tái)S9-1000/10型低損耗配電變 壓器。 方案b.裝設(shè)2臺(tái)變壓器：型號(hào)亦采用S9，容量按式SN≥（0.6～0.7） S30＇ 即SN≥（528.258，616.301）KVA SN≥∑S30（二級(jí)負(fù)荷） =（S1+S5+S9）0.9=264.402KVA,因此兩臺(tái)選 S9-630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級(jí)負(fù)荷的備用電源亦由臨 近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。 主變壓器的聯(lián)結(jié)組別均采用Yyn0 2．變電所主結(jié)線方案的選擇,按上面考慮的兩種主變壓器的方案可設(shè)計(jì)兩種主結(jié)線方案: (1) 裝設(shè)一臺(tái)變壓器的主結(jié)線方案 （2）裝設(shè)兩臺(tái)變壓器的主結(jié)線方案 （3）兩種主結(jié)線方案的計(jì)算經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)比較表： 比較項(xiàng)目 裝設(shè)一臺(tái) 裝設(shè)兩臺(tái) 技術(shù)指標(biāo) 供電安全性 滿足要求 滿足要求 供電可靠性 基本滿足 滿足 供電質(zhì)量 由于一臺(tái)主變壓器，電壓損耗略大 由于有兩臺(tái)主變壓器，電壓損耗略小 供電靈活性 由于一臺(tái)主變壓器，靈活性稍差 由于有兩臺(tái)主變壓器，靈活性較好 擴(kuò)建適應(yīng)性 稍差一些 更好一些 經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 電力變壓器的綜合投資 查表得單價(jià)為15萬則綜合投資為30萬 查表得單價(jià)為10.5714萬元?jiǎng)t綜合投資為42.2856萬元 高壓開關(guān)柜的綜合投資 查表得單價(jià)為3.8萬則綜合投資為3.8萬1.55=28.5萬 查表得單價(jià)為3.8萬元?jiǎng)t綜合投資為3.8萬1.56＝34.2萬元 高壓柜運(yùn)行費(fèi)用 折舊費(fèi):30萬元5%=1.5萬元 維修費(fèi):30萬元6%=1.8萬元 折舊費(fèi):42.2856萬元5%=2.11428萬元 維修費(fèi):42.28566%=2.537136萬元 開關(guān)柜運(yùn)行費(fèi)用 折舊費(fèi):28.5萬元5%=1.425萬元 維修費(fèi):28.5萬元6%=1.71萬元 折舊費(fèi):34.2萬元5%=1.71萬元 維修費(fèi):34.2萬元6%=2.052萬元 供電補(bǔ)貼 21萬元 21萬元 從上表可知,按技術(shù)指標(biāo),裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的主結(jié)線方案略優(yōu)于一臺(tái)主變壓器的主結(jié)線方案,但按經(jīng)濟(jì)指標(biāo),則裝設(shè)一臺(tái)主變壓器的方案遠(yuǎn)優(yōu)于裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的主結(jié)線方案,因此決定采用裝設(shè)一臺(tái)主變的方案。 第五章 （四）短路電流的計(jì)算 1．繪制計(jì)算電路 2．確定短路計(jì)算基準(zhǔn)值 設(shè) Sd=100MVA 高壓側(cè)Ud1=10.5Kv 低壓側(cè)Ud2=0.4kV，則 Id1=Sd／√3Ud1=100MVA／（√310.5kV）=5.5A Id2=Sd／√3Ud2=100MVA／√30.4kV=144kA 3．計(jì)算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值 (1) 電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值 已知Soc=500MVA X*1=100MVA/500MVA=0.2 (2)架空線路 查表4-1LGJ-185的x0=0.33.km-1而線路長(zhǎng)10km 因此， X*2=（0.33.km-110km）100MVA／（10.5Kv）2=2.99 （3）電力變壓器 查表A-8，得Uk%=4.5（Yyno聯(lián)結(jié)），故 X*3=（4.5100103KVA）／（1001000KVA）=4.5 因此繪等效電路圖，如下圖所示 4.計(jì)算k-1點(diǎn)（10.5Kv側(cè)）的短路總電抗及三相短路電流和短路容量 （1）總電抗標(biāo)幺值： X*Σ（k-1)=X*1+X*2=0.2+2.99=3.19 （2）三相短路電流周期分量有效值： I(3)k1=Id1/X*Σ（k-1)=5.5KA/3.375=1.72 （3）其他三相短路容量為： I"(3)=I∞(3)=I(3)k-1=1.72KA ish(3)=2.55I"(3)=2.551.72KA=4.39KA Ish(3)=1.51I"(3)=1.511.72KA=2.60KA （4）三相短路容量為： Sk-1(3)=√3Uc1Ik-1(3)=√310.5Kv1.72KA=31.28MVA 5.計(jì)算k-2點(diǎn)（0.4kv側(cè)的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量 （1）總電抗標(biāo)幺值： X*Σ（k-2)=X*1＋X*2＋X*3=0.2＋2.99＋4.5=7.69 （2）三相短路電流周期分量有效值為： Ik-2(3)=Id2／X*Σ（k-2)=144KA／7.69KA=18.73KA （3）其他三相短路電流： I"(3)=I∞(3)=I(3)k-2=18.73KA ish(3)=1.84I"(3)=1.8418.73KA=34.46KA Ish(3)=1.09I"(3)=1.0918.73KA=20.42KA （4） 三相短路容量為：Sk-2（3）=√3Uc2Ik-2(3)=√30.4Kv18.73=12.98MVA 以上計(jì)算結(jié)果如下表所示： 短路計(jì)算點(diǎn) 三相短路電流/KA 三相短路容量/MVA Ik(3) I"(3) I∞(3) ish(3) Ish(3) Sk(3) K-1 1.72 1.72 1.72 4.39 2.60 31.28 K-2 18.73 18.73 18.73 34.46 20.42 12.98 第六章 （五）變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 1．10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn) a．按工作電壓選擇 設(shè)備的額定電壓UN。e一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓UN，即UN。e≥UN。 b．按工作電流選擇 設(shè)備的額定電流IN。e一般不應(yīng)小于所在電路的計(jì)算電流I30，即IN。e≥I30。 c．按斷流能力選擇 設(shè)備的額定開斷電流Ioc，對(duì)分?jǐn)喽搪冯娏鞯脑O(shè)備來說，不應(yīng)小于它可能分?jǐn)嗟淖畲蠖搪酚行е礗k（3），即Ioc≥Ik（3）。 d. 按短路的動(dòng)熱穩(wěn)定度校驗(yàn) 1）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)條件 imax≥ish（3）或Imax≥Ish（3） imax、Imax分別為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值，ish（3）、Ish（3）分別為開關(guān)所處的三相短路沖擊電流瞬時(shí)值和有效值。 2）熱穩(wěn)定校驗(yàn)條件 It2.t≥I∞（3）2.tima 對(duì)應(yīng)上面的分析，如下表所示，由它可知所選一次設(shè)備均滿足要求。 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 選擇校驗(yàn)項(xiàng)目 電壓 電流 斷流能力 動(dòng)穩(wěn)定度 熱穩(wěn)定度 裝置地點(diǎn)條件 參數(shù) UN IN Ik（3） Ish（3） I∞（3）2.tima 數(shù)據(jù) 10kV 52.76A 1.72kA 4.39 kA 1.7221.6=4.73 一 次 設(shè) 備 型 號(hào) 規(guī) 格 額定參數(shù) UN。e IN。e Ioc imax It2.t 電流互感器 LQJ-10 -100/5 10kV 100A \ 2250.1=31.82 kA （900.1）21=81 高壓少油斷路器 SN10-10I/630 10kV 630 A 16 kA 40 kA 1624=1024 高壓隔離開關(guān) GN8-10/200 10kV 200 A \ 25.5 kA 1025=500 高壓熔斷器 RN2-10/75 10kV 75A 25 kA \ \ 高壓避雷器 FS4-10 10kV \ \ \ \ 電壓互感器 JDZJ-10-1000/100 10kV \ \ \ \ 2．380V側(cè)一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 同樣，做出380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)。與一次設(shè)備的校驗(yàn)不同的是，二次設(shè)備只需校驗(yàn)其電流、電壓和斷流能力，不需校驗(yàn)懂穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定讀，如下表所示，所選數(shù)據(jù)均滿足要求。 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 選擇校驗(yàn)項(xiàng)目 電壓 電流 斷流能力 裝置地點(diǎn)條件 參數(shù) UN IN Ik（3） 數(shù)據(jù) 380V 1337.68A 18.73kA 一 次 設(shè) 備 型 號(hào) 規(guī) 格 額定參數(shù) UN。e IN。e Ioc 電流互感器 LMZJ1-0.5-1500/5 500V 1500A \ 低壓斷路器 DW15-1500/3 380V 1500 A 40 kA 低壓刀開關(guān) HD13-1500/30 380V 1500 A \ 電流互感器 LMZ1-0.5-1500/5 500V 1500A \ 單投開關(guān) HD13-1500/31 380V 1500A \ 低壓斷路器 DW-1500 380V 1500A \ 第七章 （六）變電所高、低壓線路的選擇 變電所進(jìn)出線纜的選擇應(yīng)從人員活動(dòng)是否秘密集，場(chǎng)區(qū)是否緊湊等各方面考慮。因此，本設(shè)計(jì)書中生活區(qū)和倉(cāng)庫(kù)進(jìn)出線纜選擇架空線，并根據(jù)其發(fā)熱條件、電壓損耗和機(jī)械強(qiáng)度選擇合適的鋁絞線。其余各車間均用電纜線直埋，并根據(jù)其發(fā)熱條件、電壓損耗和熱穩(wěn)定度選擇合適的電纜線。 變電所的低壓結(jié)線方式根據(jù)可靠性程度選擇放射式結(jié)線。 根據(jù)放射式結(jié)線方法在工廠總平面圖上量得負(fù)荷中心到各個(gè)車間的距離，并算總和。因?yàn)樨?fù)荷中心與2號(hào)鍛壓車間很近，變壓器外附在2號(hào)車間的墻上，所以將負(fù)荷中心移至（2.6,2.74）。計(jì)算得總走線長(zhǎng)度為27.49cm即549.8m，其中架空線為8.33cm即166.6m，直埋電纜線為383.3m。 一、10kV高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇 1．10kV高壓進(jìn)線的選擇校驗(yàn) 采用LGJ型鋼芯鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kV公用干線。 1）按發(fā)熱條件選擇 由I30= IIN。T=52.76A及室外環(huán)境溫度為35℃，查表A-23得，初選LGJ-35，其35℃時(shí)的Ial=149A＞I30，滿足發(fā)熱條件。 2）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度 查附表A-11得，10kV架空裸導(dǎo)線的最小截面為Amin=25mm2，而LGJ-35額定截面大于最小截面，即符合機(jī)械強(qiáng)度，滿足要求，故選它。 由于此線路很短，故不需要校驗(yàn)電壓損耗。 2．高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗(yàn) 采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜埋地敷設(shè)。 1） 按發(fā)熱條件選擇 由I30= IIN。T=52.76A及土壤環(huán)境25℃，查表A-23得，初選纜線芯截面為25mm2的交聯(lián)電纜，其Ial=110A＞I30，滿足發(fā)熱條件。 2） 校驗(yàn)熱穩(wěn)定度 按公式A≥Amin=I∞(3)（/C），A為母線截面積，單位為mm2；Amin為滿足短路熱穩(wěn)定條件的最大截面積，單位為mm2；C為材料熱穩(wěn)定系數(shù)；I∞(3) 為母線通過的三項(xiàng)短路穩(wěn)態(tài)電流，單位為A；tima為短路發(fā)熱假想時(shí)間，單位為s；本電纜線中I∞(3) =1720A，tima=0.5+0.2+0.05=0.75s，終端變電所保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.5s，斷路器斷路時(shí)間為0.2s，C=84，把這些數(shù)據(jù)代入公式得Amin= I∞(3)（/C）=1720A（/84）=17.73 mm2＜A=25mm2；滿足要求。 因此選擇YJL22-10000-325電纜。 二、380V低壓側(cè)出線的選擇 1．鑄造車間 饋電給1號(hào)廠房（鑄造車間）的線路采用VV22-1000型聚氯乙烯絕緣銅芯電纜直接埋地敷設(shè)。 1） 按發(fā)熱條件選擇 由I30=167.87A及地下0.8m土壤溫度為25℃，查表得，初選纜芯截面為70 mm2，其Ial=185A＞I30，滿足發(fā)熱條件。 2） 電壓損耗的校驗(yàn) 由如上圖的工廠平面圖量得變電所至1號(hào)廠房距離約為31m，而查表得到70mm2的銅芯電纜的R0=0.342Ω/km（按纜芯工作溫度75℃計(jì)），X0=0.0966Ω/km，又1號(hào)車間的P30=74.385kW，Q30=81.695kvar，故線路電壓損耗為 ΔU=∑（PR+QX）/ UN =（74.385kW0.3420.031+81.695kvar0.09660.031）/0.38V =2.72V ΔU%=(2.72V/380V)100%=0.72%＜ΔUal%=5%。 3） 熱穩(wěn)定度校驗(yàn) Amin= I∞(3)（/C）=18730A（/100）=162.21 mm2＞A =70mm2 不滿足短路熱穩(wěn)定要求，故改選纜芯為截面為185 mm2的電纜，即選VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜，中性線芯按不小于相線芯一半選擇，下同。 2．鍛壓車間 饋電給2號(hào)廠房（鍛壓車間）的線路，亦采用VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上，從略）。 3．金工車間 饋電給3號(hào)廠房（金工車間）的線路，亦采用VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上，從略）。 4．工具車間 饋電給4號(hào)廠房（工具車間）的線路，亦采用VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上，從略）。 5．電鍍車間 饋電給5號(hào)廠房（電鍍車間）的線路，亦采用VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上，從略）。 6．裝配車間 饋電給7號(hào)廠房（裝配車間）的線路，亦采用VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上，從略）。 7．機(jī)修車間 饋電給8號(hào)廠房（機(jī)修車間）的線路，亦采用VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上，從略）。 8．鍋爐房 饋電給9號(hào)廠房（鍋爐房）的線路，亦采用VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上，從略）。 9．熱處理車間 1）按發(fā)熱條件選擇 由I30=300.28A及地下0.8m土壤溫度為25℃，查表得，纜芯截面最大的為185 mm2，其Ial=321A＞I30，所以滿足發(fā)熱條件。 2）電壓損耗的校驗(yàn) 由工廠平面圖量得變電所至1號(hào)廠房距離約為36m，而查表得到185 mm2的銅芯電纜的R0=0.128Ω/km（按纜芯工作溫度75℃計(jì)），X0=0.0743Ω/km，又熱處理車間的P30=150.67kW，Q30=127.908kvar，故線路電壓損耗為 ΔU=∑（PR+QX）/ UN =（150.67kW0.1280.036+127.908kvar0.07430.036）/0.38V =2.6V ΔU%=(2.6V/380V)100%=0.684%＜ΔUal%=5%。 3）熱穩(wěn)定度校驗(yàn) Amin= I∞(3)（/C）=18730A（/100）=162.21 mm2＜A =185mm2 滿足短路熱穩(wěn)定要求，故選一條纜芯截面為185 mm2的電纜并行埋地敷設(shè)，即選VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜，中性線芯按不小于相線芯一半選擇。 10．倉(cāng)庫(kù) 饋電給10號(hào)廠房（倉(cāng)庫(kù)）的線路，采用鋁絞線架空敷設(shè)。 1） 按發(fā)熱條件選擇 由I30=12.84A及環(huán)境溫度（年最熱月平均氣溫）為28℃，查表得，初選LJ-16，其28℃時(shí)，Ial=98.7A＞I30，滿足發(fā)熱條件。 2）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度 查表A-11得，最小允許截面Amin=16mm2，而LGJ-16滿足要求，故選它。 3）校驗(yàn)電壓損耗 由圖1-1所示的工廠平面圖量得變電所至10號(hào)廠房距離約為75.8m，而查表A-23得LJ-16型鋁絞線的R0=2.7Ω/km，X0=0.42Ω/km（按線間幾何間距1.5m計(jì)），又10號(hào)廠房（倉(cāng)庫(kù)）的P30=5.605kW，Q30=6.3175kvar，故線路電壓損耗為 ΔU=∑（PR+QX）/ UN =（5.605kW2.70.0758+6.3175kvar0.420.0758）/0.38V =3.55V ΔU%=(3.55V/380)100%=0.934%＜ΔUal%=5%。 滿足允許電壓損耗要求。因此決定采用LJ-16鋁絞線架空線路對(duì)倉(cāng)庫(kù)供電。 11．生活區(qū) 饋電給10號(hào)廠房（倉(cāng)庫(kù)）的線路，采用鋁絞線架空敷設(shè)。 2） 按發(fā)熱條件選擇 由I30=401.11A及環(huán)境溫度（年最熱月平均氣溫）為28℃，查表得，初選LJ-150，其28℃時(shí)，Ial=440A＞I30，滿足發(fā)熱條件。 2）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度 查表A-11得，最小允許截面Amin=16mm2，而LGJ-150滿足要求，故選它。 3）校驗(yàn)電壓損耗 由圖1-1所示的工廠平面圖量得變電所至生活區(qū)距離約為90.8m，而查表A-23得LJ-95型鋁絞線的R0=0.23Ω/km，X0=0.35Ω/km（按線間幾何間距1.5m計(jì)），又生活區(qū)的P30=264kW，Q30=0kvar，故線路電壓損耗為 ΔU=∑（PR+QX）/ UN =（264kW0.230.0908+0kvar0.350.0908）/0.38V =14.51V ΔU%=(14.51V/380 V)100%=3.82%＜ΔUal%=5%。 滿足允許電壓損耗要求。因此選LJ-150型鋁絞線架空線路對(duì)生活區(qū)供電。 以上所選變電所進(jìn)出線的導(dǎo)線和電纜型號(hào)規(guī)格如表7-1所示。 表7-1 進(jìn)出線的導(dǎo)線和電纜型號(hào)規(guī)格 線路名稱 導(dǎo)線或線纜的型號(hào)規(guī)格 10kV電源進(jìn)線 LGJ-35鋁絞線 主變引入電纜 YJL22-10000-325交聯(lián)電纜（直埋） 380V低壓出 線 至1號(hào)廠房 VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜（直埋） 至2號(hào)廠房 VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜（直埋） 至3號(hào)廠房 VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜（直埋） 至4號(hào)廠房 VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜（直埋） 至5號(hào)廠房 VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜（直埋） 至6號(hào)廠房 VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜（直埋） 至7號(hào)廠房 VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜（直埋） 至8號(hào)廠房 VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜（直埋） 至9號(hào)廠房 VV22-1000-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜（直埋） 至10號(hào)廠房 LJ-16鋁絞線（架空敷設(shè)） 至生活區(qū) LJ-150鋁絞線（架空敷設(shè)） 第八章 (七)變電所二次回路方案選擇及繼電保護(hù)的整定 1．變電所二次回路方案的選擇 （1）高壓斷路器的控制與信號(hào)回路 斷路器采用手力操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其控制與信號(hào)回路如圖8-1所示。 WC 控制小母線 RD 紅色信號(hào)燈 WS 信號(hào)小母線 R1,R2 限流電阻 FU1~FU3 熔斷器 KA 繼電保護(hù)裝置出口繼電器觸點(diǎn) YR 跳閘線圈 QF1~2~QF5~6 斷路器輔助觸點(diǎn) GN 綠色信號(hào)燈 QM 手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)輔助觸點(diǎn) 圖8-1 手力操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器控制回路及其信號(hào)系統(tǒng) 合閘時(shí)，推上手力操動(dòng)機(jī)構(gòu)操作手柄使斷路器合閘。這時(shí)斷路器的輔助觸點(diǎn)QF3~4閉合，紅燈RD亮，指示斷路器在合閘位置（注意YR雖通電，但由于RD和R2的限流，不會(huì)動(dòng)作。）在合閘同時(shí)QF1~2斷開，綠燈GN滅。 分閘時(shí)，扳下操作手柄使斷路器跳閘。斷路器的輔助觸點(diǎn)QF3~4斷開，紅燈RD滅，并切除跳閘電源，同時(shí)輔助觸點(diǎn)QF1~2閉合，綠燈GN亮。指示斷路器在合閘位置。 （2）變電所的測(cè)量與絕緣監(jiān)察回路 變電所高壓側(cè)裝有電壓互感器—避雷器柜。其中電壓互感器為3個(gè)JDZJ-10型，組成Y0/Y0/Δ(開口) Y0/Y0/的接線，用以實(shí)現(xiàn)電壓測(cè)量和絕緣監(jiān)察，見圖4.1。作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線上，裝有三相有工電度表和三相無功電度表、電流表，見圖4.1。高壓進(jìn)線上，也裝上電流表。低壓側(cè)的動(dòng)力出線上，均裝有有工電度表和無功電度表，低壓照明線路上裝上三相四線有功電度。低壓并聯(lián)電容器組線路上，裝上無功電度表。每一回路均裝設(shè)電流表。電壓器的二次側(cè)有兩組繞組，一組接成星形，在它的引出線上接三相電壓表：系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)各個(gè)相電壓：在系統(tǒng)發(fā)生一相接地時(shí)，相對(duì)應(yīng)相的電壓表指零，另兩只電壓表讀數(shù)升高到線電壓。另一組接成開口三角形（也稱輔助二次繞組），構(gòu)成零序電壓過濾器，在開口處接一個(gè)過電壓繼電器：系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三相電壓對(duì)稱，開口三角形兩端電壓接近于零，繼電器不動(dòng)作；在系統(tǒng)發(fā)生一相接地時(shí)，接地相電壓為零，另兩個(gè)互差120的相電壓疊加，則使開口處出現(xiàn)近100V的零序電壓，使電壓繼電器動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警的燈光和音響信號(hào)。根據(jù)信號(hào)和電壓表指示可以知道發(fā)生了接地故障且知道故障識(shí)別，但不能辨別是哪一條線路發(fā)生了接地故障。如果高壓線路較多時(shí)，采用這種絕緣監(jiān)察裝置還是不夠的，由此可見，這種裝置只適用于線路數(shù)目不多，并且允許短時(shí)停電的供電系統(tǒng)中。 2.變電所繼電保護(hù)裝置 （1）主變壓器的繼電保護(hù)裝置 1）裝設(shè)瓦斯保護(hù) 當(dāng)變壓器油箱內(nèi)產(chǎn)生輕微瓦斯故障時(shí)，瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)回路進(jìn)行報(bào)警； 當(dāng)變壓器油箱產(chǎn)生嚴(yán)重瓦斯故障時(shí)或油面嚴(yán)重下降時(shí)，應(yīng)產(chǎn)生變壓斷路器動(dòng)作信號(hào)。 2）裝設(shè)反時(shí)限過電流保護(hù) 采用GL15型感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電器式結(jié)線，去分流跳閘的操作方式。裝置如圖8-2所示 3．主變壓器繼電保護(hù)動(dòng)作電流的整定 Iop= 其中可靠系數(shù)Krel=1.3，繼電器返回系數(shù)Kre=0.8，接線系數(shù)Kw=1，電流互感器的電流比Ki=100/5=20，ILmax=2I1NT=257.735A=115.47A，則 Iop=115.47A=9.382A 因此過電流保護(hù)動(dòng)作電流整定為8A。 4．主變壓器過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定 變壓器過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，也按階梯原則整定。但對(duì)車間變電所來說，由于它屬于電力系統(tǒng)的終端變電所，因此其動(dòng)作時(shí)間可整定為最小值0.5s 。 5．主變壓器過電流保護(hù)靈敏度的校驗(yàn) Sp= 其中，Ikmin(2)=（Ik2(3)0.866）/KT =（18.73kA0.866）/（10kV/0.4 kV）=0.65kA Iop1= IopKi /Kw=1020/1=200A 因此Sp=650A/200A=3.25>1.2 滿足靈敏度系數(shù)的1.2的要求。 6．主變壓器速斷電流保護(hù) 采用GL型速斷裝置 1）速斷電流的整定 Iqb= 其中，Krel=1.5，Kw=1，Ki=100/5， Ikmax= Ik2(3)/KT=18.73kA/（10kV/0.4 kV）=0.75 kA， 因此速斷保護(hù)電流為Iqb=（1.51750A）/20=56.25A 2）速斷電流倍數(shù) nqb= Iqb/Iop=56.25A/10A=5.625 因?yàn)镵qb不需要取整，所以電流倍數(shù)為5.625。 3）電流速斷保護(hù)靈敏度的校驗(yàn) Sp= 其中Ikmin(2)=Ik1(2)=0.866 Ik1(3) =0.8661.72kA=1.49 kA Iqb1= IqbKi /Kw=56.25A20/1=1125A 因此Sp=1490A/1125A=1.32A＜1.