机械厂变电所的电气设计课程设计(编辑修改稿)

机械厂变电所的电气设计课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

装置。 由 11 于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此本设计选用并联电容进行无功补偿。 按照原始资料的要求，本厂的功率因数应该达到 以上。 无功补偿的计算公式： )ta n( ta n 2130   PQ bc 式中： 30P 为有功计算功率， 1tan 为补偿之前的功率因数对应的正切值， 2tan 为补偿之后的功率因数对应的正切值 3 ∴ 总计： kwPkP ip 9 63030  kQkQ iQ  % s30301  SP 则 1  考虑到安装方便，决定再 10kV 侧进行无功补偿。 由该厂的负荷计算表可知 ,所有负荷归算到 10kV 侧的视在有功负荷为 ，无功计算负荷为。 则功率因数为。 按规定，变电所高压侧 的功率因数应高于 考虑到变压器本身的无功功率损耗Δ QT 远大于其有功功率损耗Δ PT，因此在进行无功补偿时，补偿后的功率因素应略高于 ，这里取 2 。 2  则 2  kVAPQ C )()tan(tan 2130   取 kVAQc 255 则补偿后的视在功率为： k V APS C 6 2)( 230230  本文采用并联电容器补偿，且补偿在 10kV 侧，即在 10kV 母线上装设 20 个型号为(额定容量为 120kVar)的并联电容补偿器。 (35) 12 10kV 变压器的选择 主变压器台数应根据负荷和经济性的要求进行选择。 当符合下列条件之一时，宜装设两台以上主变压器。 （高压电动机或电弧炉） ，昼夜负荷或季节负荷变化比较大 ，为节省投资，分期投入，以达到经济性的效果 9,5 本 机械 厂最大视在功率达到 800kVA，且 部分 属于 2级负荷，应装设 2 台变压器。 由于本厂有 1回 10kV进线，即有 一 个进线电源，如果采用 2 台变压器，则能满足供电可靠性、灵活性的要求。 若为节省投资而仅装设 1台变压器，一旦出现 1 台主变故障，将会造成全厂失压从而造成巨大的损失。 为避免这种情 况的出现，充分利用双电源的作用，选择安装 2 台主变。 根据负荷计算书可知，补偿后全厂总负荷为 ，所以应选择两台容量为1000kVA 的变压器即 S96300/35,参数如下 : 表 33 10kV 1000kVA S9 系列双绕组压变压器技术参数 ]1[ 项目 容量 (kVA) 电压组合 联结组标号 空载电流 (%) 短路阻抗 (%) 空载损耗(kW) 负载损耗 (kW) 高压 (kV) 高压分接范围 (%) 低压 (kV) 1000 10 177。 5% Yyn0 第 4 章主接线的选择 主接线设计的要求 电气主接线图即主电路图，是表示电力系统中电能输送和分配方式的电路图。 工厂配电对主接线的基本要求，概括的说包括安全性、可靠性、灵活性和经济性  11,10。 安全性：主接线的设计应按照国家标准和技术规范的要求，充分保证人身及设备的安全。 可靠性：可靠性是指在保护范围以内发生故障时，继电保护装置应能可靠的动作，以切除故障，在保护范围之外的故障不或者系统正常运行时不误动。 电气主接线必须保证用户供电的可靠性。 13 经济性：在设计过程中，主要矛盾发生在经济性与可靠性之间。 通常在保证可靠性的同时尽量减小投资。 经济性主要包括：最少的投资、最低的年运行费和最小的电能损耗。 灵活性：电气主接线能适应各种运行状态，并可以在各种运行方式之间灵活切换。 主要要求包括重要操作方便、调度方便和扩建方便 ]4[。 主接线的基本形式 主接线按照其汇流母线分可分为有汇流母线型和无汇流母线型。 其中，有汇流母线的包括单母线接线、单母线分段、单母线分段带旁路母线接线、双母线接线、双母分段接线、双母线带旁路母线接线、 3/2 断路器接线、 3/4 台断路器接线等。 无母线类型，如桥式、角形、单元接线等 12。 单母线接线：具有接线简单清晰、设备少、投资相对小、运行操作方便，易于扩建等优点，隔离开关仅在检修电气设备是作隔离作用，不做倒闸操作，从而减少了误操作事故。 但可靠性和灵活性较差，电源只能并列运行，母线或隔离开关检修时所有回路都停电，且发生短路时，回路中短路电流较大，适用于出线负荷少、没有重要负荷的场合 14。 单母线分段接线：具有单母线的所有优点，根据电源数目和功率，母线可分为 2～ 3段，段分的越多停电范围随之降低，但使用的断路器及隔离开关的数 目也随之增多，加大了投资，其配电装置和运行方式也相对复杂，所以段不宜分的过高。 相对比与单母线接线，此接线方式可靠性和灵活性相对有所提高。 适用于小容量发电厂的发电机配电装置，且每段母线的出线不多于 5 回； 15。 单母线带旁路母线接线：在单母线分段的基础上又增加了旁路母线、专用断路器和两个旁路回路隔离开关。 各出线回路与旁路母线相连接。 从而在检修任意断路器时可以不中断该回路的供电，可靠性大大的提高，同时投资也相对加大，经济性降低 13。 双母线接线：双母线接线是指工作线、电源线和负荷出线通过断路器隔离开关连接到两条母线上，两组母线都是工作线，互为备用。 与单母线相比，双母线接线供电可靠、检修方便。 当一组母线故障时，只要将故障母线上的回路倒换到另一组母线，即可迅速恢复供电，减小停电范围。 调度灵活，便于扩建。 但使用设备多，配电装置复杂，经济性差。 操作复杂，容易发生误操作，增大故障概率，不便实现自动化； 双母线带旁路接线：双母线带旁路接线就是在双母线接线的基础上，增设旁路母线，当母线或断 路器检修时，仍能继续供电；但旁路的倒闸操作比较复杂，增加了误操作机 14 会，也使保护及自动化系统复杂，投资费用较大。 双母线分段带旁路母线接线：双母线分段带旁路接线就是在双母线带旁路接线的基础上，在母线上增设分段断路器。 它具有双母线带旁路的优点，但投资较大，设备占地间隔较多。 接线原则为：当设备连接的进出线总数为 12～ 16 回时，在一组母线上设置分段断路器；当设备进出线总数为 17 回时及以上时，在两组母线上设置分段断路器 13。 内桥接线：内桥接线的桥断路器装设在两回路进线断路器内侧，像桥一样将两条回路链接在一起。 该接线方式的特点是需用断路器和其它设备少，占地面积和所需投资相对较少，运行灵活性相对较好，供电可靠性高。 可用于一二级负荷的工厂，同时适用于输电线路较长，故障机率较高，而变压器又不需经常切换时采用。 外桥接线：内桥接线的桥断路器装设在两回路进线断路器外侧。 该接线方式的特点是需用断路器和其它设备少，占地面积和所需投资相对较少，经济性比较好。 运行的灵活性和供电的可靠性也较好。 但内桥式的使用范围不同。 适用于较短的输电线路，故障机率 相对较低，而变压器又需经常切换的情况 ]5[。 主接线的选择 从原始资料可知工厂的高压侧进线为 35kV 等级 2 回，其中一回架空线路作为工作电源，另一回线路作为备用电源，两个电源不并列运行，且线路只有 8km。 因此将可供选择的方案有外桥接线和单母线接线，下面以表格的方式进行比较，综合选择。 表 41 主总降压变电所高压侧主接线的比较 ]5[ 接线方式 单母线接线 外桥接线 可靠性 可靠性相对较低 可靠性高 灵活性 调度灵活，方便扩建 操作简单、不方便扩建 经济性 占地面积大、增加了一条母线的投资 占地面积少、增加一台断路器和两台隔离开关的投资的投资 说明 根据本厂的实际情况进线仅有 1 回，扩建可能性很小，本厂特点输电线路仅 10km，出现故障的机率相对较低，综合考虑三方面的因素，选择可靠性高而经济性稍差的外桥的接线方式。 由于本厂低压侧的负荷共 回，负荷 部分 为二类负荷。 以及便于日后馈线的扩建， 15 决定选择有汇流母线的接线方式。 因此将可供选择的方案有单母线分段接线和单母线分段带旁路母线的接线，下面以表格的方式进行比较，综合选择。 具体方案论证如下： 表 42 总降压变电所低压侧主接线的比较 ]5[ 接线方式 单母线分段接线 单母线带旁路母线的接线 可靠性 母线故障和检修时缩小了停电范围 检修任意断路器时可以不中断该回路的供电，可靠性大大的提高 灵活性 调度灵活，方便扩建，重要负荷可从两端分别受电，有利于电源间的相互备用和负荷的合理分配 与单母线分段相比，倒闸复杂，容易误操作，增加故障概率 经济性 与带旁母的单母分段相比，所用设备较少占地面积小 单母线分段的基础上增加了旁路母线、专用断路器和两个旁路回路隔离开关，且增加了占地面积 说明 根据本厂的实际情况，本厂低压侧的负荷共 回，负荷 部分 为二类负荷，综合考虑三方面的因素，选择可靠性稍低但是经济性和灵活性都较好的单母线分段接线。 同时从其他车间变电所的低压母线上拉取备用电源，提高供电的可靠性。 通过以上各步骤的设计，可以得出完整的变配电所主接线图，主接线图见附录。 第 5 章 短路电流的计算 短路电流计算的目的 供电系统要求对负荷可靠的地不间断地进行供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。 因此，在设计中不仅要考虑正常运行状态，还要考虑可能发生的故障以及非正常运行状态。 短路是系统中最长出现的故障，同时也是危害最大的故障。 短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接 15。 短路后，系统中的短路电流比正常运行时的负荷电流大得多。 在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。 如此大的电流引起的非正常的热效应和力效应会使线路中的器件受到损害。 由于短路时系统的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行 ]4[。 由此可见，短路的危害是很大的，因此必须设法消除可能引起短路的一切因素。 同时还需要进行短路电流计算，以便正确地选择电气设备，满足短路电流的动稳定性和热稳定性，采取限制短路电流的措施，从而完全消除或减轻短路电流的危害。 进行短路电流计算事必须考虑系统的最大运行方式和最小运行方式。 最大运行方式下，系统的阻抗值最小，短路电流最大，作为选择电气设备型号的依据和继电保护装置 16 整定计算的依据。 最小运行方式下，系统的阻抗最大，短路电流最小，作为继电保护中灵敏度校验的依据 ]2[。 综上所述，短路电流的目的是为电气设备选择和继电保护的配置提供依据。 在三相运行的系统中，短路的形式有：三相短路、两相短路、单相短路以及两相接地短路。 三相短路时，回路短路阻抗相等，因此三条回路的 电流也相等，三相短路是对称短路。 而其他的故障类型中，电压的幅值和相角都不相同，因此短路是非对称的。 在所有的短路形式中，三相短路电流最大，因此对系统和设备的危害最大。 在计算中，将以三相短路主要进行计算 ]5[。 短路电流计算的方法和步骤 进行短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺值法（又称相对单位制法）。 计算 1kV 以上高压宜采用标幺值法，低压 400V 宜采用欧姆法。 标幺值法计算短路电流十分方便，无论计算哪个短路点电抗都 不需要折算。 故本设计采用标幺值法计算 ]5[。 绘制计算电路图、选择短路计算点。 计算电路图上应将短路计算中需计入的所有电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号。 短路计算点应选择得使需要进行短路效验的电器元件有最大可能的短路电流通过。 设定基准容量 Sd=100MVA 和基准电压 Ud=Uc（短路计算电压，即 ），并计算基准电流。 ddUS3Id  （ 51） 计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值（一般只计算电抗标幺值） （ 1）电力系统的电抗标幺值的计算： kkdS SM V A100SSX  （ 52） 式中， kS 为系统出口处断 路器的短路容量，单位为 MVA。 （ 2）电力线路的电抗标幺值 2Cd0*L USlXX  （ 53） 17 式中， UC— 线路所在电网的短路计算电压，单位为 kV， UC=. （ 3）变压器的电抗标幺值的计算： Ndk*T S100 S%UX  （ 54） 式中， Uk%为变压器的阻抗电压； SN 为变压器的容量。 绘制短路回路等效电路，并计算总阻抗。 分别对各短路计算点计算各短路电流 3Ik 、 3I 、 3I 、 3shI 、短路容量 3kS 等。 在无穷大容量系统中，存在下列关系： 3I = 3I。