高壓供配電系統(tǒng)設(shè)計案例

1、建筑供配電 朱 承 電話高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計案例高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計案例 設(shè)計過程： 1.設(shè)計基礎(chǔ)資料分析設(shè)計基礎(chǔ)資料分析 負荷類型、電源選擇 2.系統(tǒng)計算負荷及無功功率補償系統(tǒng)計算負荷及無功功率補償 （1）負荷計算的內(nèi)容 （2）負荷計算的結(jié)果 （3）無功功率補償?shù)挠嬎?（4）無功功率的人工補償裝 高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計案例高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計案例 3 .變配電所主變壓器及主接線方案的選擇變配電所主變壓器及主接線方案的選擇 （1）變配電所位置的選擇 （2）變電所主變壓器選型 （3）變電所主變壓器臺數(shù)、容量的選擇 （4）變配電所主接線方案的選擇 高壓供配電

2、系統(tǒng)的電氣設(shè)計案例高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計案例 4.短路電流計算短路電流計算 （1）用標幺值法進行短路計算的方法 （2）短路電流的計算過程與結(jié)果 。 目的：為了正確選擇和校驗電氣設(shè)備，以及進行繼電保護裝置的 整定計算。 5.變電所電氣設(shè)備的選擇變電所電氣設(shè)備的選擇 6.繼電保護設(shè)計繼電保護設(shè)計 7.防雷保護與接地裝置的設(shè)計防雷保護與接地裝置的設(shè)計 n以某機械廠高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計為 例，介紹有關(guān)電氣設(shè)計步驟。 某工廠高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計案例某工廠高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計案例 1 設(shè)計基礎(chǔ)資料設(shè)計基礎(chǔ)資料 n1.全廠用電設(shè)備情況全廠用電設(shè)備情況 n（1） 負荷大小全廠設(shè)備臺數(shù)、設(shè)備 容量

3、及設(shè)計負荷見表3.6。 某工廠高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計案例某工廠高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計案例 n（2） 負荷類型本廠除空壓站、煤氣站 部分設(shè)備為二級負荷外，其余的為三級負荷。 n（3） 工廠實行兩班制全年工廠工作小 時數(shù)為4500 h，最大負荷利用小時數(shù)： Tmax=4000 h。年耗電量約115105 kWh（有 效生產(chǎn)時間為10個月）。 n2.電源情況電源情況 n(1) 工作電源 n工廠東北方向6 km處有一地區(qū)降壓變電所， 用一臺110/35/10 kV、25 MVA的三繞組變壓 器作為工廠的工作電源，允許使用 35 kV或10 kV兩種電壓中的一種，以一回路架空線向工廠 供電。35 k

4、V側(cè)系統(tǒng)的最大三相短路容量為 1000 MVA ，最小三相短路容量為500 MVA。 n(2) 備用電源 n工廠正北方向由其他工廠引入 10 kV電纜 作為本廠備用電源，平時不允許投入，只有在 本廠的工作電源發(fā)生故障或檢修停電時提供照 明和部分重要負荷用電，輸送容量不得超過 1000kVA。 n 3.功率因數(shù)功率因數(shù) n供電部門對功率因數(shù)的要求為：當以35 kV 供電時，cos0.9；當以10 kV供電時， cos0.95。 n 4.供電部門施行兩部電價制供電部門施行兩部電價制 n 基本電價：按變壓器安裝容量每1 kVA 以6元/月計費； n 電度電價：供電電壓為35 kV，=0.30 元/（

5、kWh）；供電電壓為10 kV時，=0.37元/ （kWh）。 n5附加投資附加投資 n線路的功率損失在發(fā)電廠引起的附加投資按 1000元/kW計算。 n6其他基礎(chǔ)投資其他基礎(chǔ)投資 n 全廠總平面布線圖； n 全廠管理系統(tǒng)圖； n 車間環(huán)境的說明及建筑條件的要求； n 車間工藝裝備的用電安裝容量及負荷類型； n 氣象及地質(zhì)資料。 n1.供電電壓的選擇供電電壓的選擇 n由于地區(qū)變電所僅能提供35 kV或10 kV中的一種 電壓，對裝兩種電壓的優(yōu)缺點扼要分析如下: n方案一：采用35 kV電壓供電的特點 n 供電電壓較高，線路的功率損耗及電能損耗小， 年運行費用較低； n 電壓損失小，調(diào)壓問題容易

6、解決； n 對cos的要求較低，可以減少提高功率因數(shù)補 償設(shè)備的投資； 2 高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計 n 需建設(shè)總降壓配電所，工廠供電設(shè)備便于集中控 制管理，易于實現(xiàn)自動化，但要多占一定的土地面積； n 根據(jù)運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)，35 kV架空線路的故障率比 10 kV架空線路的故障率低一半，因而供電可靠性高； n 有利于工廠進一步擴展。 n方案二：采用10 kV電壓供電的特點 n 不需投資建設(shè)總降壓變電所，所以少占土地面積； n 工廠內(nèi)不裝設(shè)主變壓器，可簡化接線，便于運行 操作； n 減輕維護工作量，減少管理人員； n 供電電壓較35 kV低，會增加線路的功率損耗和 電能損耗

7、，線路的電壓損失也會增大； n 要求的cos值高，要增加補償設(shè)備的投資； n 線路的故障率比35 kV的高，即供電可靠性不如35 kV。 n2.經(jīng)濟技術(shù)指標的比較經(jīng)濟技術(shù)指標的比較 n方案一：正常運行時以35 kV單回路架空線路供電， 由鄰廠10 kV電纜線路作為備用電源。根據(jù)全廠計算負荷 計算情況，S30=4485 kVA，且只有少數(shù)負荷為二級負荷， 大多數(shù)為三級負荷，故擬廠內(nèi)總降壓變電所裝設(shè)一臺容 量為5000 kVA的變壓器，型號為SJL15000/35型，電 壓為35/10 kV，查產(chǎn)品樣本，其有關(guān)技術(shù)參數(shù)為： P0=6.9 kW,PK=45 kW,UK%=7,I0%=1.1,變壓器的

8、功率損 耗為： n有功功率損耗 nPTP0+PK(S30/SN)2 n =6.9+45(4485/5000)2=43.1(kW) n無功功率損耗 nQTQ0+QN (S30/SN)2= 336.6(kvar) n35 kV線路功率等于全廠計算負荷與變壓 器損耗之和。 nP30=P30+PT=4087+43.1=4130.1(kW) nQ30=Q30+QT=1995.6(kvar) nS30=（P230+Q230）=4587(kvar) ncos=P30/S30=4130.1/4587=0.90 nI30=S30/ ( 3UN)=75.67(A) n考慮到本廠負荷的增長是逐漸的，為了節(jié)約有色 金

9、屬的消耗量，按允許發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面，而未 采用經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面。 n查有關(guān)手冊或新產(chǎn)品樣本，選擇鋼芯鋁絞線LGJ35， 其允許電流為170AI30=75.67A,滿足要求。該導(dǎo)線單 位長度電阻R0=0.85 /km,單位長度電抗X0=0.36 /km。 n查有關(guān)設(shè)計手冊，經(jīng)過計算，35 kV供電的投資費 用Z1見表3.7，年運行費用F1見表3.8 。 n方案二：采用10 kV電壓供電，廠內(nèi)不設(shè)總降壓 變電所，即不裝設(shè)變壓器，故無變壓器損耗問題。此 時，10 kV架空線路計算電流為 nI30=S30/(3UN)=258.36(A) n而cos=P30/S30=4087/4475=0.

10、9130.95不符合要求。 n為使兩個方案在同一基礎(chǔ)上進行比較，也按允許 發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面。選擇LGJ-70鋼芯鋁絞線，其 允許載流量為275 A， R0=0.46 /km, X0=0.365 /km。 n10 kV線路電壓損失為（線路長度l=6 km） nU=(P30lR0+Q30lX0)/UN n=(408760.46+165960.365)/10=1491.3(V) nU%=U/UN100=1491.3/(10103)100=14.9%5% n不符合要求。 n10 kV供電的投資費用Z2見表3.9 ，年運行費用F2 見表3.10 。 n在上述各表中，變壓器全年空載工作時間為8760

11、h；最大負荷利用小時Tmax=4000 h;最大負荷損耗小時 可由Tmax=4500h和cos=0.9，查有關(guān)手冊中Tmax關(guān)系 曲線，得出=2300 h;為電度電價35 kV時,=0.3元/ （kWh）；10 kV時，=0.37元/(kWh)。 n由上述分析計算可知，方案一較方案二的投資費 用及年運行費用均少，而且方案二以10 kV的電壓供電， 電壓損失達到了極嚴重的程度，無法滿足二級負荷長 期正常運行的要求。因此，選擇方案一，即采用35 kV 電壓供電，建設(shè)廠內(nèi)總降壓變電所，不論從經(jīng)濟上還 是從技術(shù)上來看，都是合理的。 n3.總降壓變電所的電氣設(shè)計總降壓變電所的電氣設(shè)計 n根據(jù)前面已確定的

12、供電方案，結(jié)合本廠廠區(qū)平面 示意圖，考慮到總降壓變電所盡量接近負荷中心，且 遠離人員集中區(qū)，不影響廠區(qū)面積的利用，有利于安 全等因素，擬將總降壓變電所設(shè)在廠區(qū)東北部。 n根據(jù)運行需要，對總降壓變電所提出以下要求： n（1） 總降壓變電所裝設(shè)一臺5000 kVA、35/10 kV 的降壓變壓器，與35 kV架空線路接成線路變壓器 組。為便于檢修、運行、控制和管理，在變壓器高壓 側(cè)進線處應(yīng)設(shè)置高壓斷路器。 n（2） 根據(jù)規(guī)定，備用電源只有在主電源線路解 列及變壓器有故障或檢修時才允許投入，因此，備用 10 kV電源進線斷路器在正常工作時必須斷開。 n（3） 變壓器二次（10 kV）設(shè)置少油斷路器，

13、 與10 kV備用電源進線斷路器組成備用電源自動投入裝 置（APD）。當工作電源失去電壓時，備用電源立即 自動投入。 n（4） 變壓器二次10 kV母線采用單母線分段。變 壓器二次側(cè)10 kV接在分段上，而10 kV備用電源接 在分段上。單母線分段聯(lián)絡(luò)開關(guān)在正常工作時閉合， 重要二級負荷可接在母線分段上。在主電源停止供 電時，不至于使重要負荷的供電受到影響。 n（5） 本總降壓變電所的操作電源來自備用電源 斷路器前的所用變壓器。當主電源停電時，操作電源 不至于停電。 n根據(jù)以上要求設(shè)計總降壓變電所的主接線如圖3.17 所示。 n4.短路電流計算短路電流計算 n短路電流按系統(tǒng)正常方式計算，其計算

14、電路圖如 圖3.18所示。 n按照短路電流的計算方法進行計算，結(jié)果如表3.11 所示。 n5.電氣設(shè)備選擇電氣設(shè)備選擇 n根據(jù)上述短路電流計算結(jié)果，按正常工作條件選 擇和按短路情況校驗確定的總降壓變電所高、低壓電 氣設(shè)備如下: n(1) 主變壓器35 kV側(cè)電氣設(shè)備如表3.12所示。 n（2）主變壓器10k V側(cè)設(shè)備（主變壓器低壓側(cè)及備 用電源進線）如表3.13所示。該設(shè)備分別組裝在兩套高 壓開關(guān)柜GG1A（F）中。其中10 kV母線按經(jīng)濟電流 密度選為LMY3（505）鋁母線，其允許電流740 A 大于10 kV側(cè)計算電流288.7 A，動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定均滿足 要求。 n （3）10 kV饋電

15、線路設(shè)備選擇。以到一車間的饋電 線路為例，10 kV饋電線路設(shè)備如表3.14所示。 n n6.車間變電所位置和變壓器數(shù)量、容量的選擇車間變電所位置和變壓器數(shù)量、容量的選擇 n車間變電所的位置、變壓器數(shù)量和容量可根據(jù)廠 區(qū)平面布置圖提供的車間分布情況和車間負荷的中心 位置、負荷性質(zhì)、負荷大小等，結(jié)合各項選擇原則， 與工藝、土建有關(guān)方面協(xié)商確定。本廠擬設(shè)定六個車 間變電所，每個車間變電所裝設(shè)一臺變壓器，變壓器 容量見表3.15。 n7.廠區(qū)高壓配電線路的計算廠區(qū)高壓配電線路的計算 n為便于管理，實現(xiàn)集中控制，盡量提高用戶用電 的可靠性，在本總降壓變電所饋電線路不多的前提條 件下，首先考慮采用放射式

16、配電方式。 n由于廠區(qū)面積不大，各車間變電所與總降壓變電 所距離較近，廠區(qū)高壓配電網(wǎng)采用直埋電纜線路。 n由于線路很短，電纜截面按發(fā)熱條件進行選擇， 然后進行熱穩(wěn)定度校驗。 n以一車間變電所T1為例，選擇電纜截面。 n根據(jù)表3.6提供的一車間視在計算功率S30(1) =504 kVA，其10 kV的計算電流為 nI30(1)=S30(1)/(3UN)=504/(310)29.1(A) n查有關(guān)產(chǎn)品樣本或設(shè)計手冊，考慮到為今后發(fā)展 留有余地，選用ZLQ20325型鋁芯紙絕緣鋁包鋼帶 鎧裝電力電纜，在UN=10 kV時，其允許電流值為80 A， 大于計算電流值，合格。 n因廠區(qū)不大，線路很短，線路

17、末端短路電流與始 端短路電流相差無幾，因此接10 kV母線上短路時（k- 2點）的短路電流進行校驗,得 nSmin=I/ctima=3.32103/870.7 n=18.7 mm225 mm2合格 n其他線路的電纜截面選擇類似，其計算結(jié)果如表 3.16。 n8.配電裝置設(shè)計配電裝置設(shè)計 n（1） 戶內(nèi)配電裝置 n由于10 kV電氣設(shè)備采用成套的高壓開關(guān)柜，因 此戶內(nèi)配電裝置比較簡單，由供電系統(tǒng)主接線圖（圖 3.17）可知，10 kV配電室內(nèi)共有高壓開關(guān)柜11個（其 中2個為備用），其布置示意圖如圖3.19所示。此外,配 電室附近還設(shè)有控制室、值班室等。 n（2） 戶外配電裝置 n35 kV變壓器及其他電氣設(shè)備均置于戶外，布置 情況如圖3.19所示。 圖3.19總降壓變電所的配電裝置 (a) 平面圖;(b) 剖面圖 n9 .防雷與接地防雷與接地 n為防御直接雷擊，在總降壓變電所內(nèi)設(shè)避雷針， 根據(jù)戶內(nèi)配電裝置建筑面積及高度設(shè)三支避雷針：一 支為25 m高的獨立避雷針，另兩支為置于戶內(nèi)配電裝 置建筑物邊緣的15 m高的附設(shè)式避雷針。根據(jù)作圖計 算，三支避雷針可安全保護整個總降壓變電所不受直 接雷擊。 n為防止雷電波侵入，在35 kV進線桿塔前 設(shè)500 m架空避雷線，且在進線斷路器前設(shè)一 組FZ-35型避雷器，在10 kV母線分段上各設(shè) 一組FS-10閥型避雷器。 n總降