某水泥廠110Kv變電所畢業(yè)設計終結

1、洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）某水泥廠110kv總降壓變電所設計摘 要變電所是組成電網(wǎng)的基本單元之一，它的作用是通過變壓器和線路將各級電壓的電力網(wǎng)聯(lián)系起來。它的功能是接收電能，轉換電壓、控制電力的流向和分配電能。為了實現(xiàn)電能的遠距離輸送并將電能分配到用戶，需由變電所將發(fā)電機的電壓進行多次電壓變換。變電所由電力變壓器、配電裝置和二次裝置構成。按變電所的性質和任務可分為:升壓變電所和降壓變電所。除與發(fā)電機組相連的變電所為升壓變電所外，其余均為降壓變電所。本設計為降壓變電所，主要包括電氣一次部分設計和防雷接地保護。一次部分主要對電氣設備、主接線和電纜進行選擇設計，規(guī)劃變電所的布局并進行防雷保護。負荷計

2、算和短路電流計算是重點，是選擇電氣設備的主要依據(jù)。設計的最終目的是使水泥廠能夠安全可靠經(jīng)濟穩(wěn)定的運行。關鍵詞：降壓變電所，變壓器，電氣設備，主接線substation design of 110kv general step-down in a cement plantabstractsubstation is one of the basic units of power grid, it is the role of the voltage of power network is linked through the transformer and line. its function i

3、s to receive power, flow and distribution of electric voltage conversion, control the power of. in order to realize long distance power transmission and electric power to be allocated to the user, the substation will generator voltage multiple voltage converter. by power transformer substation, powe

4、r distribution device and the two device. substation according to the nature and tasks can be divided into: step-up substation and substation. in addition to the substation is connected with the generator for step-up substation, the rest are step-down substation.本設計為降壓變電所，主要包括電氣一次部分和電氣二次部分。一次部分主要對電氣

5、設備、主接線和電纜進行選擇設計，規(guī)劃變電所的布局并進行防雷保護。二次部分主要對線路和變壓器進行繼電保護整定。最終使水泥廠能夠安全可靠經(jīng)濟穩(wěn)定的運行。the design for the substation, including an electrical part and the two part of the electrical. a part of the main design of the electrical equipment choice, main wiring and cable, planning of substation layout and lightning p

6、rotection. the two part of the main line and transformer relay protection setting. the cement plant can be safe and reliable and stable operation.keywords: substation, transformer, electrical equipment, the main wiring5目錄前言1第1章 緒論21.1 本課題的來源及背景21.1.1 水泥工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀21.1.2 主要存在的問題21.2 總降壓變電所31.2.1現(xiàn)代110kv變電

7、所31.2.2 總降壓變電所的位置41.2.3 變電所電能來源41.3 本課題研究目的51.4 本設計主要解決的問題5第2章 負荷分析62.1 原始材料62.2 負荷計算72.2.1 負荷計算的目的72.2.2 負荷計算的方法82.2.3 設備的負荷計算公式92.2.4 各車間的負荷計算102.2.5變電所總負荷計算122.3 主變壓器的選擇122.3.1 主變壓器選擇原則122.3.2 主變壓器臺數(shù)的選擇132.3.3 主變容量的確定132.4 站用電及照明14第3章 短路電流計算153.1 短路的基本概念153.1.1 短路的原因及類型153.1.2 短路的危害163.2 短路電流計算概述

8、163.2.1 短路電流計算的目的163.2.2 短路電流計算步驟173.2.3 標幺值法短路電流計算公式173.2.4 該變電所短路電流計算資料183.3 短路電流計算書193.3.1 短路電流計算過程193.3.1 短路電流計算結果21第4章 電氣一次設備選擇224.1 總降壓變電所的主接線224.1.1 電氣主接線的基本要求224.1.2 變電所主接線分類224.1.3 方案比較和確定244.2 高壓斷路器244.2.1 高壓斷路器的基本要求254.2.2 高壓斷路器的技術參數(shù)254.2.3 高壓斷路器的選擇與校驗254.3 高壓隔離開關274.3.1 隔離開關的基本要求274.3.2

9、隔離開關的技術參數(shù)274.3.3 隔離開關的選擇與校驗274.4 互感器294.4.1 電壓互感器294.4.2 電壓互感器304.5 線纜的選擇314.5.1 線纜材料的選擇314.5.2 線纜截面積選擇314.5.3 110kv側導線的選擇與校驗32第5章 防雷接地保護335.1 變電所防雷設計335.1.1 防雷裝置335.1.2 防雷直擊保護345.1.3 防雷電波保護345.2 接地保護35結論36謝 辭37參考文獻38附錄39外文文獻翻譯41前言該課題來源于生產(chǎn)實踐，變電站的研究水平不僅與我們的生活息息相關，還對我們的生活和生產(chǎn)起著至關重要的影響。隨著工業(yè)時代的發(fā)展，電力已成為人類

10、歷史發(fā)展的主要動力資源，要科學合理的駕馭電力必須從電力工程的設計原則和方法上理解和掌握精髓，提高電力系統(tǒng)的安全可靠性和運行效率，從而達到降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟效益的目的。電能是發(fā)展國民經(jīng)濟的基礎，電能的發(fā)、變、送、配電和用電幾乎是同一時間完成的，須相互協(xié)調。變電和配電室為了電能的傳輸和合理的分配，在電力系統(tǒng)中占很重要的地位，因此變電所在供電系統(tǒng)中的作用是不言而喻的。由于水泥廠是大型生產(chǎn)工廠供電電壓在35kv左右，因此要設置總降壓變電所，總降壓變電所可設置12臺降壓變壓器。變電所是電網(wǎng)中的一個中間環(huán)節(jié)，它的作用就是通過變壓器和線路將各級的電力網(wǎng)聯(lián)系起來，用于變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向

11、和調整電壓，并起到聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。本設計的主要內容是完成水泥廠110kv總降壓變電所的電氣設備選擇與校驗、短路電流的計算以及繪制電氣系統(tǒng)接線圖。將發(fā)電站輸送的高壓變低壓，為水泥廠提供穩(wěn)定的電能，使水泥廠安全可靠經(jīng)濟的運行。 該設計解決的主要問題：1. 變壓器的選擇，包括主變壓器臺數(shù)、型號、容量的選擇； 2. 結合電力系統(tǒng)和發(fā)電廠和變電站的具體情況設計本廠電氣主接線和廠用電接線，選取幾個電氣主接線方案，進行技術經(jīng)濟比較，確定一個比較合理的電氣主接線；3. 短路電流計算；4. 電氣設備的選擇包括：高壓斷路器，隔離開關，電流互感器ta，電壓互感器tv等；5. 防雷接地設計。第1章 緒論1

12、.1 本課題的來源及背景隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，建筑行業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)，社會對水泥的需求量也大大增加。有需求就有市場，由此建筑行業(yè)帶動水泥業(yè)迅速發(fā)展。眾所周知電能是社會發(fā)展的主要動力資源，是發(fā)展國民經(jīng)濟的基礎，要科學合理的駕馭電力必須從電力工程的設計原則和方法上理解和掌握精髓，提高電力系統(tǒng)的安全可靠性和運行效率，從而達到降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟效益的目的。當然水泥廠的生產(chǎn)離也不開電能，電能是水泥生產(chǎn)的動力，因此水泥廠對電的要求極高，設計合適完美的變電所不僅能夠節(jié)省資源，而且能夠保障水泥的生產(chǎn)安全可靠地運行。1.1.1 水泥工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀由于我國國民經(jīng)濟連續(xù)不斷的穩(wěn)定增長，對水泥的要求無論是數(shù)量還

13、是質量方面都在提高。小型水泥企業(yè)在競爭中不斷地被淘汰，取而代之的則是大型化新型干法水泥，其顯著優(yōu)點是“高產(chǎn)優(yōu)質低消耗”，它的優(yōu)越性得到普遍認可，新型干法水泥是綠色水泥可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路1。新型干法水泥使水泥業(yè)在產(chǎn)業(yè)結構調整、行業(yè)集中度和技術水平得到了顯著提高2。隨著科技的發(fā)展，人們環(huán)保意識的提高，水泥工業(yè)生產(chǎn)開始生態(tài)化，國外一些項目開始用一些廢棄垃圾做燃料?，F(xiàn)代水泥的生產(chǎn)管理信息化主要體現(xiàn)在，水泥生產(chǎn)過程的自動化、智能化。例如計算機集散控制系統(tǒng)dcs、計算機集成制造系統(tǒng)cims、計算機輔助制造系統(tǒng)cam等3。1.1.2 主要存在的問題現(xiàn)代新型干法水泥有很多優(yōu)點，但是水泥行業(yè)巨大，水泥生產(chǎn)結構

14、的調整仍有很長的路要走，新型干法水泥現(xiàn)在只占水泥總生產(chǎn)能力的10%左右，因此水泥工業(yè)依然存在很多問題。由于市場需求量大，生產(chǎn)效率和技術水平還比較低，水泥每年的生產(chǎn)都要消耗大量的資源，其中很大部分都是不可再生資源，這嚴重影響水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展之路。水泥廠廢氣廢水的排出造成了嚴重的污染，給環(huán)境帶來了不可忽視的損害。我國大部分水泥還是小水泥工業(yè)，水泥的生產(chǎn)與國外先進水平相比不僅浪費了大量的能源，而且質量不夠穩(wěn)定，在我國污染環(huán)境的立窯水泥仍占據(jù)很大部分4。1.2 總降壓變電所由于水泥廠是大型生產(chǎn)工廠供電電壓在35kv左右，因此要設置總降壓變電所，總降壓變電所可設置12臺降壓變壓器5。變電所是電網(wǎng)中的

15、一個中間環(huán)節(jié)，它的作用就是通過變壓器和線路將各級的電力網(wǎng)聯(lián)系起來，用于變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調整電壓，并起到聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。變電所在供配電系統(tǒng)的位置如圖1-1（a）所示6。圖1-1電力系統(tǒng)構成圖1.2.1 現(xiàn)代110kv變電所110kv變電所從六十年代開始進入普通城市的電網(wǎng)系統(tǒng)，隨著經(jīng)濟技術的快速發(fā)展，國民建設對電力事業(yè)的要求也越來越高，同時這也促進了電力事業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)代的110kv變電所從以前的占地面積多、設備繁雜、可靠性低，發(fā)展到占地面積相對低、設備自動化、可靠性高?，F(xiàn)代變電站系統(tǒng)綜合自動化，主接線簡潔7。變電所的主要設置現(xiàn)狀：1. 主變容量大多為40mva

16、和50mva；2. 高壓配置方面，高壓開關設備小型化、無油化，可靠性提高，維修次數(shù)減少，國外一些高壓開關工廠開始生產(chǎn)戶外緊湊型組合電器；3. 變電站一次接線主要單母線接線、雙母線接線、橋式接線，在設計時還應考慮經(jīng)濟、簡潔；4. 現(xiàn)代變電站運用到綜合自動化系統(tǒng)，它的作用是對總降壓變電所各回路的運行狀態(tài)及參數(shù)進行管理控制8。1.2.2 總降壓變電所的位置總降壓變電所的位置應該靠近負荷中心，并適當?shù)目拷娫吹倪M線方向，以便使有色金屬耗量最少和線路功率及電能損耗最小。同時，還應考慮變電所周圍的環(huán)境、進出線的方便和設備運輸?shù)姆奖?。在設計變電所的位置時還應考慮以下幾點：1. 交通運輸；2. 節(jié)約用地，不

17、占或少占耕地及經(jīng)濟效益高的土地；3. 與城鄉(xiāng)或工礦企業(yè)規(guī)劃相協(xié)調，便于架空盒電纜線路的引入和引出；4. 周圍環(huán)境宜無明顯污穢，如空氣污穢時，所址應設在受污染源影響最小處9；5. 應考慮變電所與周圍環(huán)境、鄰近設施的相互影響。1.2.3 變電所電能來源水泥廠變電所電能的來源有三種，發(fā)電廠供電，余熱發(fā)電和柴油機發(fā)電。發(fā)電廠供電，是將自然界的各種一次能源轉化為電能，通過輸電線傳輸?shù)剿鄰S變電所，是水泥廠的主要電能來源。發(fā)電廠的電能可能來源于：熱能、太陽能、風力和潮汐或核能。余熱發(fā)電，主要利用預分解窯系統(tǒng)中窯尾預熱器的廢氣余熱和窯頭熟料冷卻機排出的廢氣余熱來發(fā)電。余熱發(fā)電降低了用電成本，為企業(yè)帶來了良好

18、的經(jīng)濟效益10。但是余熱發(fā)電的電能遠遠不夠水泥生產(chǎn)使用。柴油機發(fā)電，為保證系統(tǒng)供電的可靠性，對重要用電負荷實行不間斷供電的應急措施，常用柴油發(fā)電機。柴油發(fā)電機組應與電網(wǎng)之間有互聯(lián)關系，不得并聯(lián)運行。當電網(wǎng)恢復供電后，柴油發(fā)電機組應能自動退出工作并延時停機11。1.3 本課題研究目的1. 確?？煽啃院凸S操作的安全性2. 確保供電的穩(wěn)定性，便于將來可擴展性。3. 確保最小的電能成本4. 確保電氣和自動化裝置的和可靠性和成本最低5. 確保高的電源質量6. 確保維護便利7. 投資和運行成本最低1.4 本設計主要解決的問題1. 變壓器的選擇，包括主變壓器臺數(shù)、型號、容量的選擇；2. 結合電力系統(tǒng)和發(fā)電

19、廠和變電站的具體情況設計本廠電氣主接線和廠用電接線，選取幾個電氣主接線方案，進行技術經(jīng)濟比較，確定一個比較合理的電氣主接線；3. 短路電流計算；4. 電氣設備的選擇包括：母線，高壓斷路器，隔離開關，電流互感器ta，電壓互感器tv等；5. 防雷保護和接地保護的設計；6. 變電所綜合自動化系統(tǒng)。第2章 負荷分析2.1 原始材料 該水泥廠位于距重慶市90km，距永川市20km的某個位置，海拔540米，平均氣溫17，平均濕度79%，平均氣壓為976.9mbar。為滿足水泥有限公司的用電需求，擬在廠區(qū)建設110kv總降壓站一座，以單回線路接入220kv某變電站。本期建設規(guī)模為145mva，終期為145m

20、va，110kv進線2回，采用單母線接線。 110kv設備按開斷能力40ka選擇，10kv設備按開斷能力31.5ka選擇。110kv配電裝置選用戶外設備；110kv主變壓器為戶外布置；10kv配電裝置選用中置式成套開關柜，戶內單列布置；接地變壓器和站用變壓器戶內布置。當10kv供電時，要求變電所供電高壓側，在本設計中取功率因數(shù)。該水泥廠為5000tpd的項目，各個車間電力室的有功功率分布如下表所示12：表2-1 各車間負荷分布車間電力室名稱有功功率（kw）破碎電力室1341原料磨電力室7180水泥磨電力室14327煤磨電力室1765窯頭電力室2047窯尾電力室7090包裝電力室892公用電力室

21、7052.2 負荷計算電力負荷是指單臺用電設備或一組用電設備從電源取用的電功率，包括用功功率、無功功率和視在功率。在生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)過程的變化或用電設備使用上的隨機性，實際負荷都是隨著時間變化的。電力負荷又稱電力負載，其具體含義視用電場合而定，一般有兩種定義：1. 電力用戶，即耗用電能的用電設備或用電單位，如重要負荷、不重要負荷、動力負荷、照明負荷等。2. 電能消耗，即用電設備或用電單位所耗用的電功率或電流大小，如輕負荷（輕載）、重負荷（重載）、空負荷（空載）、滿負荷（滿載）等11。負荷按對供電可靠性的要求可分為下列三級：1. 一級負荷突然停電將關系人身生命安全，或經(jīng)濟上造成重大損失，或在

22、政治上造成重大不良影響者。一級負荷應由兩個獨立電源供電。獨立電源是指當一個電源發(fā)生故障時，另一個電源應不會同時受到損壞。2. 二級負荷突然停電將在經(jīng)濟上造成較大損失，或在政治上造成不良影響者。二級負荷應由兩回線路供電，當一回線路故障時，應不影響另一回線路供電。3. 三級負荷不屬于一級和二級負荷。對供電方式無特殊要求，但在不增加投資或經(jīng)濟允許的情況下，也應盡量提高供電可靠性5。本設計中的水泥廠變電站屬于二級負荷。2.2.1 負荷計算的目的負荷的計算需要知道電力用戶各種用電設備的功率、工作性質、地理位置以及設備組的組成情況。只有了解設備組的組成情況才能夠確定所用的參數(shù)的值，準確的計算水泥廠各個電力

23、室的負荷。在進行供電設計時，原始資料為各種用電設備的產(chǎn)品銘牌數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是設計的依據(jù)，但是不能簡單按設備額定容量來選擇導體和各種供電設備，因為所有的設備并不是同時運行的，而且運行的設備實際需要的負荷不一定時刻都等于設備的額定容量，因而供電設計的第一步就是計算用電設備的實際負荷13。計算負荷是用戶供電系統(tǒng)結構設計、供電線路截面積選擇、變壓器數(shù)量和容量選擇、電氣設備額定參數(shù)選擇等的依據(jù)，合理的確定用戶各級供電系統(tǒng)的計算負荷非常重要。計算負荷過高，將增加供電設備的容量，浪費有色金屬，增加建設投資。但若計算負荷過低，供電系統(tǒng)的線路及電氣設備由于承擔不了實際負荷電流而過熱，影響供電系統(tǒng)的可靠正常運行，

24、同時對工業(yè)生產(chǎn)和居民生活造成不良影響。2.2.2 負荷計算的方法1. 負荷計算的方法近年來我國有關設計部門在進行企業(yè)供電設計時，常用需要系數(shù)法、利用系數(shù)法和二項系數(shù)法。常用的負荷計算方法和適用場合見表2-214。表2-2 常用的負荷計算方法及適用場合計 算 方 法 名 稱特 點適 用 場 合需要系數(shù)法計算簡便，計算精度一般，用電設備臺數(shù)少時誤差較大適用于各類項目，尤其是變電所負荷計算利用系數(shù)法計算精度高，用電設備臺數(shù)少且容量相差懸殊時仍能實現(xiàn)較高的精度，計算較繁瑣適用于設備功率已知的各類項目尤其是工業(yè)企業(yè)負荷計算二項系數(shù)法考慮了設備組中容量最大的幾臺設備對整個設備組計算負荷的影響，從而彌補了需

25、要系數(shù)法的不足 適用于設備臺數(shù)較少，各臺設備容量相差懸殊，一般用于支干線和配電屏的負荷計算水泥廠110kv總降壓變電站雖然設備較多，但設備組中容量相差懸殊不大，并綜合各因素考慮，本設計適合用需要系數(shù)法計算各個車間的負荷和總負荷。2. 如何利用需要系數(shù)法計算負荷 單組用電設備組的計算負荷。首先將用電設備組按照其工作性質劃分為若干組工作性質相同的分為一組按下一節(jié)的公式計算負荷。不同的分組不同，其根據(jù)生產(chǎn)工藝、設備臺數(shù)和容量等情況確定具體的值。多組用電設備總的計算負荷。各用電設備組的計算負荷相加再乘以同期系數(shù)可得多組用電設備總的計算負荷。同期系數(shù)的取值一般為0.850.95。2.2.3 設備的負荷計

26、算公式利用一個需要系數(shù)乘以設備容量求得設備有功功率計算負荷的方法，稱為需要系數(shù)法。該方法計算簡便，應用最為普遍。比較適用設備臺數(shù)較多的車間及全廠范圍的計算負荷的確定。需要系數(shù)法所用的公式如下：有功功率： (2-1)無功功率： (2-2)視在功率： (2-3)電流： (2-4)其中式中 -額定功率，()； -額定電壓，()； -需要系數(shù)； -功率因數(shù)角的正切值。2.2.4 各車間的負荷計算由于水泥廠各車間設備種類繁多，在進行負荷計算時相當復雜，該設計引用了日產(chǎn)5000噸的某水泥廠各車間的負荷分配情況，如表2-1所示。因此在進行各車間的負荷計算時，無需運用公式（3-1）計算有功功率。各車間電力室的

27、負荷計算如下：1. 破碎電力室： 已知： 2. 原料磨電力室：已知： 3. 水泥磨電力室： 已知： ， 功率因數(shù)同上 4. 煤磨電力室：已知： ， 功率因數(shù)同上 5. 窯頭電力室： 已知： ， 功率因數(shù)同上 6. 窯尾電力室： 已知： ， 功率因數(shù)同上 7. 包裝電力室： 已知： ， 功率因數(shù)同上 8. 公用電力室： 已知： ， 功率因數(shù)同上 表2-3車間負荷計算結果序 號車間名稱 1破碎電力室1341441.191411.172原料磨電力室71802362.227558.63水泥磨電力室143274713.5815082.474煤磨電力室1765580.691858.075窯頭電力室2047

28、673.462154.946窯尾電力室70902332.617463.867包裝電力室892293.47939.048公用電力室705231.95742.182.2.5變電所總負荷計算要選擇主變壓器的容量要知道變電所的總負荷，所用公式為： 式中：同期系數(shù)，取0.9 電網(wǎng)的電損率，一般取5%因此變電所總負荷為： 變電所的總的用功功率為： 因此無需進行無功功率補償。2.3 主變壓器的選擇在各級不同電壓等級的變電所中，變壓器是變電所中最重要的電氣設備之一。它承擔著向用戶輸送功率，或不同等級的電壓之間交換功率的任務。主變壓器的數(shù)量、容量直接影響電氣主接線的形式和配電裝置的結構。2.3.1 主變壓器選擇

29、原則1. 基本結構變壓器的基本結構包括相數(shù)和繞組數(shù)。變壓器按每相的繞組數(shù)分為雙繞組與三繞組。變壓器常用的聯(lián)接組有yyn0聯(lián)接和dyn11聯(lián)接，由于后者聯(lián)接變壓器的零序阻抗較小，有利于單相接地故障的保護和切除。因此所選主變壓器的基本結構為三相雙繞組dyn11接線組別。2. 調壓方式變壓器調壓方式一般分為兩種：一種是無激磁調壓，即不帶電切換。另一種是帶負荷的切換，稱為有載調壓。對于110kv的總降壓變電所的變壓器應選擇有載調壓。3. 冷卻方式變壓器的冷卻方式隨著變壓器的型式和容量的不同而不同，它分為自然冷卻和強迫冷卻。綜上，該變電所的主變壓器應該選擇三相雙繞組自冷油浸變壓器17。2.3.2 主變壓

30、器臺數(shù)的選擇在總降壓變電所主變壓器的選擇中，首先確定變壓器的臺數(shù)，在系統(tǒng)中一、二級負荷比例較大時，滿足用電負荷對可靠性的要求，裝設兩臺主變壓器。如果一、二級的負荷較小，且有足夠容量的備用電源可裝設一臺變壓器。該水泥廠總降壓變電所考慮到只有水泥磨電力室屬于二級負荷，其他的都為三級負荷，并且是110kv側進線兩回，即雙電源供電，因此本變電所選擇一臺主變壓器。2.3.3 主變容量的確定裝有一臺主變壓器時，變壓器的額定容量需滿足下列要求，即 （2-5）考慮到節(jié)能和留有余量，變壓器負荷率一般取70%85%，由于負荷率： 取負荷率為80%，所以變壓器的額定容量為：所以主變壓器的型號為sz10-45000/

31、110。表2-4 主變型號參數(shù)型號額定容量電壓比短路阻抗聯(lián)接組別調壓方式y(tǒng)nd11有載調壓由于主變壓器10kv側為三角接線無中性點引出，需配置接地變壓器，并裝設消弧線圈。將其中性點引出后用來接消弧線圈2.4 站用電及照明所用電系統(tǒng)低壓接線采用380v三相四線制零線接地系統(tǒng)。所用容量為160kva，所用變通過10kv高壓開關柜接于10kv 母線上。380v為單母線接線，380/220v三相四線制，正常時由站用變壓器供電，當電源失電時，備用電源自動切換，使供電繼續(xù)。備用電源由包裝車間電源轉接供電。全站須設置不停電電源（ups）系統(tǒng)一套，為變電站內計算機監(jiān)控系統(tǒng)、保護裝置及通信設備等重要二次設備提供

32、不停電電源。ups系統(tǒng)不自帶蓄電池組，直流電源由站內110v直流系統(tǒng)提供?？偨祲赫竟ぷ髡彰饔伤秒娊涣髌凉╇?，事故照明由直流屏供電。電源容量滿足維持事故照明1h。主控室、配電室、變壓器、110kv配電裝置附近分別安裝檢修電源箱，供給檢修、試驗和照明電源。 屋內工作照明采用熒光燈，事故照明采用白熾燈。14洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）第3章 短路電流計算 3.1 短路的基本概念可靠供電是指供電系統(tǒng)正常不間斷的運行，以保證生活和生產(chǎn)正常進行，但供電系統(tǒng)常遭到短路的危害。短路就是供電系統(tǒng)一相或多相載流導體接地或相互接觸并產(chǎn)生規(guī)定值的大電流。各種形式的短路是破壞電力系統(tǒng)正常運行最為常見的危害。3.1.1

33、 短路的原因及類型1. 短路的原因供電系統(tǒng)產(chǎn)生短路的主要原因是電氣設備載流部分的相間絕緣或相對地絕緣被破壞13。具體原因如下：誤操作。運行、使用人員操作不規(guī)范、不正確造成短路。因此各設備要求規(guī)范操作、正確操作。電氣設備絕緣的老化或損壞。設備、材料長期使用后的自然老化，使絕緣強度下降，在正常使用時發(fā)生短路故障。損壞是指絕緣受到機械性損傷。絕緣的損壞或老化會造成帶電部分的相與相或相與地形成回路。供電系統(tǒng)受到雷電的侵襲或切換電路時產(chǎn)生過電壓，將電氣裝置絕緣薄弱部分擊穿，而行成短路。鳥獸或惡劣天氣造成短路故障11。2. 短路的類型三相短路：用符號表示。三相短路時，三相回路中的阻抗相等，三相電壓和電流任

34、然保持對稱，屬于對稱短路。短路電流增大，短路點電壓為零，電壓完全降落于短路回路中。短路后電壓與電流的相位差較正常時增大，接近90。三相短路電流是選擇校驗電氣設備的依據(jù)。兩相短路：用符號表示。兩相短路時，整個系統(tǒng)的電壓、電流的對稱性被破壞，屬于不對稱短路。短路后短路點相間電壓為零，故障兩相短路電流的大小相等方向相反。兩相短路電流比三相短路電流要小，一般用作校驗繼電保護的靈敏度。單相短路：用符號表示。單相短路大多發(fā)生在中性點直接接地系統(tǒng)中，是單相接地短路，也屬于不對稱短路。電力系統(tǒng)中發(fā)生單相接地短路的可能性最大，約占70%80%。兩相接地短路：用符號表示。兩相接地短路是指兩相在同一地點或不同地點同

35、時發(fā)生單相接地13。3.1.2 短路的危害短路電流對電力系統(tǒng)的正常運行和電氣設備有很大的危害。在發(fā)生短路時，由于電源供電回路的阻抗減小以及突然短路時的暫態(tài)過程，使短路回路中的短路電流值大大增加，可能超過該回路的額定電流許多倍15。短路的危害主要表現(xiàn)在以下幾方面。1. 短路時產(chǎn)生很大的短路電流，而由短路電流產(chǎn)生很大的電動力和很高的溫度，能夠使故障設備及短路回路中的其它設備損壞。2. 短路將造成電壓驟降，越靠近短路點電壓越低，將嚴重影響電氣設備的正常運行3. 嚴重短路會影響整個供電系統(tǒng)分穩(wěn)定性，是各個電廠并列運行的發(fā)電機組失去同步，使系統(tǒng)瓦解而造成大面積停電，這是短路電流造成的最嚴重、最危險的后果

36、。4. 單相接地短路這種非對稱短路的不平衡電流在周圍空間將產(chǎn)生很大的交變磁場，對附近的信號系統(tǒng)、通信線路及電子設備產(chǎn)生電磁干擾，使之無法正常運行或引起誤動作。3.2 短路電流計算概述由于短路會產(chǎn)生嚴重的后果，因而引起了高度的重視。在變電所、發(fā)電廠以及整個電力系統(tǒng)的設計工作中，都必須先進行短路電流計算。3.2.1 短路電流計算的目的短路電流的計算有以下幾個方面的作用：1. 選擇電氣設備。在選擇各種電氣設備時，需要計算可能通過電氣設備的最大短路電流以及其產(chǎn)生的電動力效應及熱效應，以便檢驗電氣設備的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。2. 配置和整定繼電保護裝置。系統(tǒng)中應該配置哪些繼電保護以及保護裝置的參數(shù)整定，都

37、必須對供電系統(tǒng)進行各種短路故障進行計算和分析。3. 選擇限電流電抗器。當短路電流過大時，會造成設備選擇困難或不經(jīng)濟，此時可在供電線路中串接電抗器來限制短路電流。通過短路電流的計算，來決定是否使用限流電抗器。4. 確定供電系統(tǒng)的接線和運行方式。5. 在設計110kv及以上電壓等級的架空線路時，需要計算短路電流來確定電力線鄰近架設的通信線是否存在危險及干擾。3.2.2 短路電流計算步驟1. 繪制計算電路圖。在短路計算時，先繪制短路計算電路圖。在短路計算電路圖中，只需畫出與短路計算有關的部分。2. 繪制等值電路。為使計算明了，避免出現(xiàn)錯誤，在短路電流計算中應將計算電路圖化為等值電路圖。并將各元件標出

38、，依次編序號標為分子，將對應的額定參數(shù)即阻抗標出為分母。3. 計算短路回路的總阻抗。4. 計算短路電流。計算各短路點的三相短路電流的周期分量及其它短路電流。5. 計算短路點的三相短路容量。3.2.3 標幺值法短路電流計算公式在標幺值法中，參與運算的物理量均用其相對值表示。因此標幺值的概念是： 所謂基準值是衡量某個物理量的標準或尺度?；鶞嗜萘吭诠こ淘O計通常取100mw?；鶞孰妷阂话闳∷陔娐奉~定電壓的1.05倍?；鶞孰娏鳎?（3-1）基準電抗： （3-2） 三相短路穩(wěn)態(tài)電流： （3-3）三相短路容量： （3-4）電力系統(tǒng)電抗標幺值： （3-5）式中-是電力系統(tǒng)出口處斷路器的短路容量變壓器電抗的標

39、幺值： (3-6)-變壓器短路電壓百分比，-為變壓器的額定容量線路電抗標幺值： (3-7)線路單位長度電抗，線段長度16。 3.2.4 該變電所短路電流計算資料短路電流的計算方法有三種，標幺值法、歐姆法（有名單位制法）和短路容量法。在電力系統(tǒng)計算短路電流時，如計算低壓系統(tǒng)的短路電流，常采用歐姆法；但計算高壓系統(tǒng)短路電流，由于有多個電壓等級，存在著電抗換算問題，為了使計算簡化常采用標幺制。因此，本設計采用的標幺值法來計算短路電流。取基準容量，各級基準電壓為平均額定電壓。該水泥廠由高壓110kv，經(jīng)變壓器降為10kv，兩母線的額定電壓分別為：115kv，10.5kv。選擇短路計算點的個數(shù)，根據(jù)變電

40、所的電壓等級數(shù)，因此該變電所選擇兩個短路點，分別以k1，k2表示110kv和10kv工作母線上的短路點。然后根據(jù)這兩個短路點依次計算對應點的短路電流值，并根據(jù)這個兩個短路點的短路電流來校驗電氣設備和繼電保護。供電系統(tǒng)圖如下所示：圖3-1供電系統(tǒng)電路圖3.3 短路電流計算書3.3.1 短路電流計算過程1. 本題選，計算三相短路電流對于處，取則對于處，取 則2. 計算各元件阻抗的標幺值，繪制等效電路圖。最大最小運行方式下，系統(tǒng)電抗及分別為： 架空線：電纜： 變壓器：作等效電路圖如圖3-2所示。 圖3-2等效電路圖3. 求電源點至短路點的總阻抗。處： 處： 4. 求短路電流的周期分量，沖擊電流和短路

41、容量處的短路參數(shù)：最大運行方式時： 最小運行方式時： 同理點的短路參數(shù)為： 3.3.1 短路電流計算結果短路電流計算結果如下表：表3-1短路電流計算結果短路點周期分(ka)沖擊電流（ka）沖擊電流有效值（ka）短路容量 (mva)最大運行方式最小運行方式54.5512.757.5610008.208.0920.108.9314921第4章 電氣一次設備選擇4.1 總降壓變電所的主接線電氣主接線表示電能從電源分配給用電設備的主要電路，主接線圖應表示出所有的電氣設備及其連線關系。主接線又稱一次接線，是指由各種開關電器、電力變壓器、互感器、母線、電力電纜、并聯(lián)電容器等電氣設備按一定次序連接和分配電能

42、的電路。它是電氣設備選擇及確定配電裝置安裝方式的依據(jù)。用圖形符號表示主要電氣設備在電路中連接的相互關系，稱為電氣主結線圖。電氣主結線圖通常以單線圖形式表示。對于有兩臺主變壓器的總降壓變電所主接線的基本形式通常有三種：單母線分段接線、內橋接線、外橋接線。4.1.1 電氣主接線的基本要求安全、可靠、靈活、經(jīng)濟是對變電所主接線的基本要求。安全包括設備安全和人身安全。因此，電氣設計必須遵照國家標準和電氣設計規(guī)范，正確設計電氣回路，合理選擇電氣設備，嚴格配置監(jiān)視系統(tǒng)和故障保護系統(tǒng)，全面考慮各種保護人身安全的措施?？煽啃跃褪亲冸娝闹鹘泳€應能滿足各級負荷對供電可靠性的要求。為了使電力系統(tǒng)工作可靠，接線方式

43、應簡單清晰，減少電氣設備的數(shù)目。靈活性指在保證安全可靠的前提下，主接線能夠適應不同的運行方式。經(jīng)濟是在滿足以上要求的情況下，盡量降低建設投資和年運行費用。4.1.2 變電所主接線分類電氣主接線的類型很多，但是對于有兩臺主變壓器的變電站，大致可分為單母線分段接線和橋式接線，橋式接線又分為內橋接線和外橋接線。橋式接線：用于有n回進線和n回出線的情況，一般是二進二出，或三進三出。橋式接線實際上是單母線分斷接線中進出線回路數(shù)相同，調整進線和出線斷路器時的特殊情況，并將此時的母線聯(lián)絡斷路器稱為橋斷路器。橋式接線分為內橋接線如圖4-1a)和外橋式接線如圖4-1b)。橋斷路器連在進線斷路器之內稱為內橋，連在

44、斷路器之外稱為外橋。兩種形式的接線都能實現(xiàn)線路和變壓器的充分利用。圖4-1 橋式接線方式a) 內橋接線 b) 外橋接線單母線分段接線常用于兩回電源進線的情況，母線的分段開關可以用隔離開關如圖4-2a)也可以用斷路器如圖4-2b)，一般情況下采用隔離開關，但是分段開關需要帶負荷操作或繼電保護有要求時采用斷路器。采用隔離開關時，當母線或母線隔離開關需要檢修時，需將分段隔離開關斷開后分段進行。若采用斷路器分段，當母線或母線隔離開關需要檢修時，除可分段檢修外，還可以同時將母線分段斷路器和進線斷路器斷開，來保證非故障部分連續(xù)供電。圖4-2 母線分段接線方a) 用隔離開關分段 b) 用斷路器分段4.1.3

45、 方案比較和確定1. 單母線分段制：優(yōu)點：可靠性和靈活性較高，并且接線簡單、清晰、操作方便。當雙回路同時供電時，正常情況下母線分段開關是打開的，一條回路發(fā)生故障，僅故障段母線停止工作，非故障段母線則可以繼續(xù)工作。檢修也可以分段進行，不致使全部負荷的供電中斷。缺點：斷路器比較多，使用量大，投資大。當一段母線故障或者檢修時，該段母線上的負荷就會中斷供電，這樣減少了系統(tǒng)的供電功率。2. 橋式接線：優(yōu)點：使用的斷路器相對較少，具有一定的可靠性和靈活性。能實現(xiàn)線路和變壓器的充分利用。缺點：線路復雜，操作不便，不適用于主變壓器經(jīng)常投切的情況。為了適應水泥廠的長期發(fā)展和檢修率綜合考慮，本次設計采用單母線分段

46、接線的電氣主接線形式。主變壓器低壓側出線至10kv進線柜采用母線橋連接，其它10kv進出線柜采用電纜連接。4.2 高壓斷路器高壓斷路器是供電系統(tǒng)中最重要的電氣設備之一，當線路正常時，用來斷開和接通負荷電路；當線路故障時，可切斷巨大的短路電流，防止事故擴大，保證供電系統(tǒng)安全運行。高壓斷路器可分為四種：真空斷路器、六氟化硫（sf6）、油斷路器和壓縮空氣斷路器。較為常用的為前兩種。4.2.1 高壓斷路器的基本要求斷路器在供電系統(tǒng)中擔任著十分重要的角色，不僅能通斷負荷電流，還能斷開短路電流，因此需要滿足以下基本要求：1. 工作可靠性高，有足夠強的開斷能力；2. 切斷時間盡可能短；3. 有良好的穩(wěn)定性和

47、足夠的機械強度；4. 價格低，結構簡單。4.2.2 高壓斷路器的技術參數(shù)斷路器的主要參數(shù)如下：1. 額定電壓。斷路器長時間運行時的最高線電壓； 2. 額定電流。銘牌上標明的斷路器持續(xù)工作的電流；3. 額定開斷電流。指斷路器在額定電壓下能夠正常開斷的最大短路電流的有效值。4. 額定斷流容量。表示斷路器的開斷能力。它和開端電流的關系為：4.2.3 高壓斷路器的選擇與校驗斷路器選擇：根據(jù)上章短路電流計算的結果可選擇型號為：lw35-126的斷路器。該型號斷路器的技術參數(shù)如下表：表4-1 lw35-126參數(shù)參數(shù)名稱單位數(shù)值額定電壓kv126額定電流a3150額定短路開斷電流ka40額定峰值耐受電流k

48、a100額定短時耐受電流ka40額定短時持續(xù)時間s4斷路器校驗：1. 工作電壓設備的額定電壓不低于設備安裝點的電網(wǎng)額定電壓，即 因為 所以符合要求。 2. 工作電流斷路器的額定電流應不低于線路的持續(xù)工作電流，即 因為 所以符合要求。 3. 分段能力 斷路器的額定斷流容量應大于安裝處的最大三相短路容量，才能使斷路器在分段故障電流時不損壞。即 因為符合要求。4. 動、熱穩(wěn)定性動穩(wěn)定性校驗 要使斷路器在通過最大短路電流時不損壞，就要求斷路器的最大動穩(wěn)定電流峰值不小于斷路器安裝處的短路電流沖擊值，即 因為所以符合要求。熱穩(wěn)定性校驗 當最大短路電流通過斷路器時，斷路器的最高溫升不能超過允許的最高溫度，即

49、 ，t 分別為斷路器熱穩(wěn)定電流及該電流所對應的熱穩(wěn)定時間，tj為短路電流持續(xù)的時間。 符合要求。4.3 高壓隔離開關隔離開關是一種高壓開關電器，俗稱隔離刀閘，應與斷路器配合使用。在供電系統(tǒng)中隔離開關的主要作用：隔離電源、通斷小電流電器和倒閘操作。隔離開關只能在斷路器斷開時操作。隔離開關分為室內和室外兩種，本設計采用室外的4.3.1 隔離開關的基本要求1. 隔離開關應該具有適當?shù)臒岱€(wěn)定性和動穩(wěn)定性。2. 與斷路器之間要裝設聯(lián)鎖機構，以杜絕隔離開關帶負荷操作。3. 隔離開關應有明顯的斷開點，以便確定檢修的設備是否與電網(wǎng)斷開。4. 結構要盡量簡單，斷開點之間應有可靠的絕緣，以保證在惡劣的氣候下也能可

50、靠工作。4.3.2 隔離開關的技術參數(shù)隔離開關的主要技術參數(shù)1. 額定電壓。指隔離開關的工作電壓。2. 額定電流。指隔離開關長期運行時的工作電壓。3. 熱穩(wěn)定電流。隔離開關在規(guī)定的時間內允許通過的最大電流。4. 動穩(wěn)定電流。最大瞬時沖擊短路電流。4.3.3 隔離開關的選擇與校驗 隔離開關的選擇綜合各因素考慮，本設計選擇型號為gw5-126的高壓隔離開關。其主要參數(shù)如下表：表4-2 gw5-126參數(shù)額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流額定短時持續(xù)時間126kv2000a80ka31.5ka4s隔離開關校驗1. 工作電壓與斷路器的校驗原則相同，很明顯隔離開關的額定電壓126kv大于安裝點的電網(wǎng)額

51、定電壓110ka。因此符合要求。2. 工作電流與斷路器的校驗原則相同，隔離開關的額定電流2000a不低于電路的持續(xù)工作電流184.55a。符合要求。3. 動穩(wěn)定性校驗要使隔離開關在通過最大短路電流時不損壞，就要求隔離開關的最動穩(wěn)定電流峰值不小于斷路器安裝處的短路電流沖擊值，即 因為 所以符合要求。 4. 熱穩(wěn)定性校驗當最大短路電流通過隔離開關時，隔離開關的最高溫升不能超過允許的最高溫度，即 ，t 分別為隔離開關熱穩(wěn)定電流及該電流所對應的熱穩(wěn)定時間，tj為短路電流持續(xù)的時間。因為 所以符合要求。4.4 互感器互感器是一種特殊的變壓器，它廣泛用于電力系統(tǒng)中，向測量儀表和繼電器的電壓線圈或者電流線圈供電?；ジ衅鞲鶕?jù)用途不同，可分為兩種：電流互感器和電壓互感器。電流互感器將回路中的大電流變換為小電流信號，供計量和繼電保護用。電壓互感器也是供計