供电系统论文.docx

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供电系统论文

短路电流最大有效值I⑶ch1.M=1.51*I⑶1.M=1.51*8.8=13.29KA

三相短路容量S⑶K1.M=I⑶*1.M*SJ=1/X*∑k1*SJ=1/0.625*100=160MV*A

对K⑶2：

周期分量I⑶2.M=144.34/5.125=28.16KA

短路冲击电流i⑶ch2.M=2.55*28.16=71.82KA

短路电流最大有效值I⑶ch1.M=1.51*I⑶1.M=1.51*28.16=42.52KA

三相短路容量S⑶K2.M=100/5.125=19.51MV*A

最大运行方式下的短路电流计算电路图：

5.2.2最小运行方式下短路电流计算

⑴选取功率基准值Sj=100MV*A，

对于K⑶1点短路时，取基准电压Uj1=10.5KV，则基准电流Ij1=5.50KA。

对于K⑶2点短路时，取基准电压Uj2=10.5KV，则基准电流Ij2=144.34KA。

⑵计算各元件阻抗的标么值

电源电抗标么值：

X*1M=100/107=0.935

10千伏单回架空线路电抗标么值：

X*xl=0.4*0.5*100/10.52=0.18

最小运行方式下单母分段开关打开，两回线路分列运行，电源-配电母线-车间母线单线供电，架空线路阻抗为0.18。

变压器电抗标么值：

X*B=4.5/100*（100/1）=4.5

⑶求电源至短路点总阻抗

对K⑶1点：

X*∑k1=0.935+0.18=1.115

对K⑶2点：

X*∑k2=0.935+0.18+4.5=5.615

⑷求短路电流的周期分量、冲击电流及短路容量

对K⑶1：

周期分量有效值I⑶1.M=5.50/1.115=4.93KA

冲击短路电流i⑶ch1.M=2.55*4.93=12.58KA

短路电流最大有效值I⑶ch1.M=1.51*I⑶1.M=1.51*4.93=7.44KA

三相短路容量S⑶K1.M=100/1.115=89.69MV*A

对K⑶2：

周期分量I⑶2.M=144.34/5.615=25.71KA

短路冲击电流i⑶ch2.M=2.55*25.71=65.55KA

短路电流最大有效值I⑶ch1.M=1.51*I⑶1.M=1.51*25.71=38.82KA

三相短路容量S⑶K2.M=100/5.615=17.81MV*A

最小运行方式下的短路电流计算电路图：

5.3结果表达

最大运行方式下的短路电流计算：

三相短路电流/KA

三相短路容量/MVA

I⑶1.M

I⑶

I⑶∞

i⑶ch1.M

I⑶ch1.M

S⑶K1.M

K-1点

8.8

8.8

8.8

22.44

13.29

160

K-2点

28.16

28.16

28.16

71.82

42.52

19.51

最小运行方式下的短路电流计算：

三相短路电流/KA

三相短路容量/MVA

I⑶2.M

I⑶

I⑶∞

i⑶ch2.M

I⑶ch1.M

S⑶K2.M

K-1点

4.93

4.93

4.93

12.58

7.44

89.69

K-2点

25.71

25.71

25.71

65.55

38.82

17.81

6导线的选择

电源进线为双回架空线，厂区配电采用电缆，现选择进线和高压配电电缆的型号。

6.1选择的方法

选择导线的方法主要有按发热条件选择、按经济电流密度选择以及按电压损失选择。

按照相关规定，10KV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗、热稳定和机械强度；低压照明线路由于电压质量要求高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件、热稳定和机械强度。

架空线路可不校验动、热稳定，电缆可不校验动稳定。

6.2气候条件

当地最热月份下午1点的平均温度为40℃，土壤0.8m深处（电缆沟的底部）的平均温度为25℃。

进行电缆选择时，这两个温度都是常用的基准温度，故不必校正电流。

6.3架空进线的选择

总配电所电源进线上的计算负荷为P=K∑*∑P=0.92*1926.305=1772.2

Q=K∑*∑Q=0.92*896.871=825.12S=√（P2+Q2）=1954.87CosΦ=P/S=0.907

考虑到进线或者母线故障时，单回线路要带全部负荷，架空线的截面按此情况计算。

没有总降压变电所，不能用总降变压器的容量来确定导线的计算电流，可用总的计算负荷进行选择：

Imax=I1N.T=1954.87/（√3*10*0.907）=124.44A。

如果以车间变压器的工作电流作为参考，不妨把进线的最大工作电流取作各车间额定工作电流的总和：

I=I1+I2+I3+I4=46.19+57.74+18.19+4.62*2=126.74A，经过配电母线的时候要考虑同期，同期系数为0.92，还要考虑功率因数，因此实际的工作电流为：

126.74×0.92/0.907=128.56，以此作为选择截面的标准。

按照发热条件选择导线截面：

由任务书可知当地最高平均气温为40℃。

查表可知，低压单根架空聚乙烯绝缘电线在30℃且导线的截面为35mm2时，载流量为136A。

查校正系数表可知40℃时的校正系数为0.87，故该架空线的实际载流量为0.87×136=118.32﹤128.56不满足条件。

换选50mm2架空线，30℃时载流量为168A，实际载流量为0.87×168=146.16﹥128.56，满足发热条件。

电压损失校验：

要求电压损失在5%以内，由所选导线的型号查表可知：

r0=0.65Ω/km,x0=0.35Ω/km，带入公式：

△U%=[P*（r0×l）+Q*（x0×l）]/10UN2中可得：

△U%=[1772.2*0.65*0.5+825.12*0.35*0.5]/[10*10*10]

=0.72﹤5

所选导线也满足电压损失的要求，因此选择的导线能够满足系统的要求。

6.4配电母线到1号车间变电所的电缆选择

1号变电所装设有800KVA变压器一台，正常工作时，电缆通过的最大电流按变压器的额定电流计算，即：

Imax=I1N.T=800/（√3*10）=46.19A

按照发热条件选择电缆截面：

环境温度即土壤温度为25℃时，查表可知BLV铝芯聚氯乙烯绝缘电缆（明敷）截面为10mm2时，载流量为59A﹥46.19A，满足电缆的正常工作条件。

热稳定校验：

短路电流作用的假想时间tj等于短路电流周期分量作用的假想时间与非周期分量作用的假想时间之和。

电力系统35/10kv变电所的馈出线路的定时限过流保护装置的整定时间为1.5秒（主保护时间），设计时拟采用中速断路器，则短路电流周期分量作用的假想时间为:

t保护+t分闸=1.5S+0.1S=1.6S；

由于电源是无限大功率电源，短路电流非周期分量作用的假想时间为：

tjfi=0.05*（Iz/I∞）2=0.05S

则短路电流假想时间（产生相同热量的等效时间）为：

tj=1.6S＋0.05S=1.65S

查表可知，BLV铝芯聚氯乙烯绝缘电缆的热稳定系数C=65，则：

Amin=I∞*√tj/C=8800*√1.65/65=173.9mm2，Amin是满足热稳定的最小截面，为了满足热稳定要求，故选择185mm2BLV铝芯聚氯乙烯绝缘电缆。

电压损失校验：

要求电压损失控制在5%以内，由所选导线的型号查表可知：

r0=0.25Ω/km,x0=0.08Ω/km，带入公式：

△U%=[P*（r0×l）+Q*（x0×l）]/10UN2中可得：

△U%=[687.73*0.25*0.08+313.12*0.08*0.08]/[10*10*10]

=0.016﹤5

所选导线也满足电压损失的要求，因此选择的导线能够满足系统的要求。

6.5配电母线到2号车间变电所的电缆选择

2号变电所装设有1000KVA变压器一台，正常工作时，电缆通过的最大电流为：

Imax=I1N.T=1000/（√3*10）=57.74A

按照发热条件选择电缆截面：

环境温度即土壤温度为25℃时，查表可知BLV铝芯聚氯乙烯绝缘电缆（明敷）截面为10mm2时，载流量为59A﹥57.74A，能够满足条件。

热稳定校验：

由于三个变电所和所用变的短路情况均相同，因此利用短路条件选择的电缆型号也应相同，即选择185mm2BLV铝芯聚氯乙烯绝缘电缆。

经检验，这段电缆也满足电压损失要求。

6.6配电母线到3号车间变电所的电缆选择

3号变电所装设有315KVA变压器一台，正常工作时，电缆通过的最大电流为：

Imax=I1N.T=315/（√3*10）=18.19A

按照发热条件选择电缆截面

环境温度即土壤温度为25℃时，查表可知BLV铝芯聚氯乙烯绝缘电缆（明敷）截面为2.5mm2时，载流量为25A﹥18.19A，满足电缆的正常工作条件。

热稳定校验：

由于三个变电所和所用变的短路情况均相同，因此利用短路条件选择的电缆型号也应相同，即选择185mm2BLV铝芯聚氯乙烯绝缘电缆。

经检验，这段电缆也满足电压损失要求。

6.7配电母线到所用变的电缆选择

所用变为2台80kVA的变压器，正常工作时，电缆通过的最大电流为：

Imax=I1N.T=（80/2）/（√3*10）=4.62A

按照发热条件选择电缆截面：

环境温度即土壤温度为25℃时，查表可知BLV铝芯聚氯乙烯绝缘电缆（明敷）截面为2.5mm2时，载流量为25A﹥4.62A，满足电缆的正常工作条件。

热稳定校验：

由于三个变电所和所用变的短路情况均相同，因此利用短路条件选择的电缆型号也应相同，即选择185mm2BLV铝芯聚氯乙烯绝缘电缆。

经检验，这段电缆也满足电压损失要求。

6.8线路上的电压和功率损失

由于离电源较近，电源和配电母线之间又没有变压器，故10KV母线短路阻抗小，短路电流较大，从热稳定方面考虑选择了粗导线。

该工厂的架空线和电缆都比较短，粗导线的阻抗又小，加之负荷和负荷电流的值较小，所以电压和功率的损失非常小，容易保证电压质量和电能节约。

7电气设备的选择和校验

本设计只对配电所内高压设备进行选择。

总配电所的各种高压电气设备，主要是指10KV的断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、互感器、电抗器、母线、电缆、支持绝缘子及穿墙套管等。

这些电器各自的功能和特点不同，要求的运行条件和装设环境各不相同，但有共同遵守的原则。

它们要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路情况进行校验。

7.1选择与校验电器的原则

7.1.1按正常工作条件选择电器

正常工作条件是指：

1.电器的额定电压Ue不应小于所在回路的工作电压U0。

2.电器的额定电流Ie不应小于所在回路的最大长期工作电流Imax。

3.选择电器时应考虑设备的装设环境。

4.我国目前生产的电器，设计时取周围介质温度为40℃，如果电器工作的环境温度大于或小于40℃，由于冷却条件不同，其允许电流应加以校正。

当地最高平均气温为40℃，因此不必校正工作电流。

7.1.2按短路情况校验电器的稳定性

1.热稳定校验：

短路热稳定校验是要求所选的电器，当短路电流通过它时，其最高温度不超过制造厂规定的短路时发热最高允许温度，即I2∞Rtj≤I2tRt。

2.动稳定校验：

电动力稳定校验是电器承受短路电流引起机械效应能力，在校验时，用短路电流的最大幅值与制造厂规定的最大允许电流进行比较，即ich≤Imax。

特殊情况：

1.短路情况下熔断器会熔断以保护其它设备，因此用熔断器保护的电器和导体可不验算热稳定，用有限流作用的熔断器保护的电器不用校验动、热稳定；

2.电压互感器二次侧呈开路，阻抗大，且两端均有熔断器保护，故不必考虑短路情况，只校验额定电压即可；

3.架空线路可不验算动、热稳定。

电缆动稳定由厂家保证，只校验热稳定；

4．如果采用出线电抗器，应进行残压校验。

7.210KV高压电气设备的选择与校验

本设计拟采用户内成套配电装置，设备的选择以此为准。

7.2.1断路器的选择与校验

高压断路器是供电系统中最重要的开关电器之一，由于高压断路器具有良好的灭弧能力，因此它不仅能安全地切合负荷电流，而且能在系统发生短路故障时，在保护装置的作用下可靠并迅速地切除短路电流。

断路器的选择项目和计算公式：

1断路器的种类和型式选择：

本设计中采用户内型少油断路器。

②额定电压选择：

UN.et≥UN.S

③额定电流选择：

IN.et≥Ir.max

④额定遮断容量选择：

SN.K.QF≥S⑶K

⑤热稳定校验：

i2tt≥QK

⑥动稳定校验：

ies≥ish

UN.et--设备额定电压，UN.S—电网额定电压；

IN.et—设备铭牌标出的额定电流；

Ir.max—设备或载流导体长期通过的最大工作电流；

SN.K.QF—断路器的额定遮断容量；

S⑶K—断路器安装处的三相短路容量；

进线侧和母联的断路器选择：

考虑单回进线带全部负荷，忽略母线阻抗。

在一回电源进线故障后，合上母联开关，用单回线路带全部负荷，此时母联和正常线路的进线开关属于串联，均达到最大负荷电流，以此时的负荷电流作为选择的依据。

（实际上短路电流最大值和负荷电流最大值不可能同时出现，因为最大运行方式时负荷电流分到两条进线上，而最小方式时短路电流较小）进线侧断路器和母联断路器可以选择同一型号：

电路的计算数据：

UNS=10KV，Imax=128.56A，I″=8.8KA，ish=22.44KA，Sk=160MV*A，

Qk=I（3）2∞×tima=8.8*8.8*（1.5+0.1）=123.904，Ish=13.29KA

在计算Qk=I（3）2∞×tima时，保护动作时间定为1.5秒。

拟采用少油断路器，其固有分闸时间t≦0.1秒，以0.1秒计算。

由于短路假想时间超过了1秒，故忽略非周期分量产生的热量。

短路电流热效应Qk=I（3）2∞×tima是热量计算公式的一部分，为了方便比较，已将常数约去。

通过查表，可选择SN10-10I户内型少油断路器，其参数如下：

UN.et=10KV，IN.et=630A，SN.K.QF=300MV*A，it=2=16KA，ies=40KA，tQF=0.06s

进线侧和母联的断路器校验：

校验表：

计算数据

SN10-10I

备注

UN.S=10KV

UN.et=10KV

INC1—断路器额定关合电流

Imax=128.56A

IN.net=630A

ish=22.44KA

INC1=40KA

I∞2tima=123.9（KA）2*s

It2t=512（KA）2*s

ish=22.44KA

ies=40KA

SK=160MV*A

SN.K.QF=300MV*A

I″=8.8KA

I⑶∞=16KA

经过比较可知各校验条目均满足要求，故所选断路器型号SN10-10I型满足要求。

馈出线断路器的选择：

馈线断路器的选择和校验的方法与进线断路器相同。

以2号车间为例，选择出线断路器：

电路的计算数据：

UNS=10KV，Imax=57.74A，I″=8.8KA，ish=22.44KA，Sk=160MV*A，

Qk=I（3）2∞×tima=8.8*8.8*（1.5+0.1）=123.904，Ish=13.29KA

分析本厂的车间变电所的情况，每台车间变压器都由其他变压器的低压联络作为备用。

按30%过负荷情况考虑，则负荷电流应该校正为：

Imax=57.74*1.3=75.06A

通过查表，可选择SN10-10I户内型少油断路器，其参数如下：

UN.et=10KV，IN.et=630A，SN.K.QF=300MV*A，it=2=16KA，ies=40KA，tQF=0.06s

馈出线的断路器校验：

校验表：

计算数据

SN10-10I

备注

UN.S=10KV

UN.et=10KV

INC1—断路器额定关合电流

Imax=75.06A

IN.net=630A

ish=22.44KA

INC1=40KA

I∞2tima=123.9（KA）2*s

It2t=512（KA）2*s

ish=22.44KA

ies=40KA

SK=160MV*A

SN.K.QF=300MV*A

I″=8.8KA

I⑶∞=16KA

经过比较可知各校验条目均满足要求，故所选断路器型号SN10-10I型满足要求。

根据相关规定，10kv出线断路器应该选择轻型断路器，如果不符合这个条件的应该采取限流措施，由于SN10-10I型断路器属于轻型断路器，故满足相关要求。

从2号车间的断路器选择上我们可以看到，其短路数据和进线的短路数据一致。

由于负荷电流都在630A以下，而少油断路器最小负荷电流只到630A，没有更小的型号，故所有馈线的断路器都只能选择同一型号。

经过上面的分析，在3个车间馈线均采用SN10-10I户内型少油断路器，断路器的最大工作电流Imax﹤128.56A﹤IN.net=630A，满足条件，其他项目校验与上表相同。

7.2.2隔离开关的选择与校验

隔离开关是发电厂和变电所中常用的电器，它需要和断路器配合使用。

隔离开关没有灭弧装置，不能用来接通或切断负荷电流和短路电流。

隔离开关主要用于：

隔离电压、倒闸操作以及分、合小电流。

隔离开关的选择项目与计算公式：

①隔离开关的种类和型式选择

选择户内型隔离开关。

②额定电压选择UN≥UN.S

③额定电流选择IN≥Imax

④热稳定校验It2t≥QK

⑤动稳定校验ies≥ish

10KV隔离开关的选择：

电路的计算数据：

UNS=10KV，Imax=128.56A，I″=8.8KA，ish=22.44KA，Sk=160MV*A，Qk=I（3）2∞×tima=8.8*8.8*（1.0+0.1）=85.18，Ish=13.29KA

和断路器的情况相同，额定电流为200A已经是最小型号，故所有进出线的隔离开关均选用同一型号，型号选择以进线的负荷数据以及短路数据为准。

可选用GN6-10T/200型户内型隔离开关，其参数如下：

UN=10KV，IN=200A，ies=25.5KA，It=5s=10KA，操动机构型号CS6-1T

隔离开关的校验：

隔离开关校验表：

校验项目

GN6-10T/200

UN.S=10KV

UN=10KV

Imax=128.56A

IN=200A

QK=123.9（KA）2*s

It2t=102*5=500（KA）2*s

ish=22.44KA

ies=25.5KA

由表格知选用GN6-10T/200型户内型隔离开关满足要求。

7.2.3电流互感器的选择与校验

电流互感器可按以下技术条件选择：

1.电流互感器一次回路额定电压和电流应满足UN1≥UNS，IN1≥INS，且为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近；

2.本设计中电流互感器的二次额定电流选择5A；

3.选择时应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选择其型式，本设计中采用屋内式；

4.为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级；

5.为保证互感器的准确级，互感器二次侧所接负荷应不大于该准确级所规定的额定容量。

由于本设计条件有限，电流互感器选择主要依据前四点，电流互感器选用有两个二次绕组的，分别用于测量和保护。

1.电源进线和母联开关的电流互感器的选择、校验

选择型号：

LFZ1-10型高压电流互感器，变比为200/5

级次组合为0.5/3，1/3，用于保护和测量。

校验：

1）额定电压UN=10KV电网UNS=10KV满足：

UN≧UNS

2）额定电流IN=200A考虑过负荷和自启动电流后的实际值（以后简称实际值）为：

INB=128.56*1.5=192.84A

满足：

IN≥INB

3）热稳定校验：

QK=I″DL42

tk=123.9[（kA）2s]

而查LFZ1-10的参数有:

It2t=[（90*200）/1000]2*1=324[（kA）2s]＞QK

4）动稳定校验：

ish=22.44kA

而查LFZ1-10的参数有:

Ies=1.414*160*200/1000=45.25kA＞22.44kA

校验可得，选用LFZ1-10型电流互感器符合要求。

2.1号车间馈线电流互感器的选择、校验

选择型号：

LFZ1-10型高压电流互感器，变比为150/5（额定电流为150的CT是在本设计情况下能够同时满足热稳定和动稳定的最小型号，故舍弃100/5的型号而选取高一级的CT）

级次组合为0.5/3，1/3，用于保护和测量。

校验：

1）额定电压UN=10KV电网UNS=10KV

满足：

UN≧UNS

2）额定电流IN=150A实际值电流INB=46.19*1.3*1.5=90.07A

满足：

IN≥INB

3）热稳定校验：

QK=I″DL42

tk=123.9[（kA）2s]

而查LFZ1-10的参数有:

It2t=[（90*150）/1000]2*1=182.25[（kA）2s]＞QK

4）动稳定校验：

ish=22.44kA

而查LFZ1-10的参数有:

Ies=1.414*160*150/1000=33.94kA＞22.44kA

校验可得，选用LFZ1-10型电流互感器符合要求。

3.2号车间馈线电流互感器的选择、校验

选择型号：

LFZ1-10型高压电流互感器，变比为150/5

级次组合为0.5/3，1/3，用于保护和测量。

校验：

1）额定电压UN=10KV电网UNS=10KV

满足：

UN≧UNS

2）额定电流IN=150A实际值电流INB=112.59A

满足：

IN≥INB

3）热稳定校验：

QK=I″DL42

tk=123.9[（kA）2s]

而查LFZ1-10的参数有:

It2t=[（90*150）/1000]2*1=182.25[（kA）2s]＞QK

4）动稳定校验：

ish=22.44kA

而查LFZ1-10的参数有:

Ies=1.414*160*150/1000=33.94kA＞22.44kA

校验可得，选用LFZ1-10型电流互感器符合要求。

4.3号车间馈线电流互感器选择校验

选择型号：

LFZ1-10型高压电流互感器，变比为50/5

级次组合为0.5/3，1/3，用于测量。

校验：

1）额定电压UN=10KV电网UNS=10KV

满足：

UN≧UNS

2）额定电流IN=50A实际值电流INB=18.19*1.3*1.5=35.47A

满足：

IN≥INB

采用有限流作用的RN1型熔断器进行保护，因此电流互感器不必校验动、热稳定。

校验可得，选用LFZ1-10型电流互感器符合要求。

5.所用变馈线电流互感器选择与校验

选择型号：

LFZ1-10型高压电流互感器，变比为10/5

级次组合为0.5/3，1/3，用于测量。

校验：

1）额定电压UN=10KV电网UNS=10KV

满足：

UN≧UNS

2）额定电流IN=10A所用变可以不考虑过负荷情况，则

实际值电流INB=4.62*1.5=6.93A

满足：

IN≥INB

所用变采用带限流作用的RN1型熔断器进行保护，因此电流互感器不必进行动稳定和热稳定校验。

校验可得，选用LFZ1-1