10kV变电所一次部分及二次回路设计

 

 

 

摘要

 

 

 

本文为10kV变电所一次部分设计及二次回路设计。包括变电所主接线方案的确定、短路电流计算、低压配电屏、高压开关柜的选择、高低压电气设备的校验、防雷与接地设计、二次回路方案及继电保护的选择。

 

 

 

1、 变电所主接线方案的选择

 

 

 

电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，主接线的正确合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。

 

 

 

1.1 设计主接线的原则

 

 

 

    采用分段单母线或双母线的110～220kV配电装置，当断路点不允许停电检修时，一般需设置旁路母线。对于屋内配电装置或采用SF6全封闭电器的配电装置，可不设旁母。35～6kV配电装置中，一般不设旁路母线，因为重要用户多系双回路供电，且断路器检修时间短，平均每年约2～3天。如线路断路器不允许停电检修时，可设置其它旁路设施。6～10kV配电装置，可不设旁路母线，对于出线回路数多或多数线路向用户单独供电，以及不允许停电的单母线，分段单母线的配电装置，可设置旁路母线，采用双母线6～10kV配电装置多不设旁路母线。

 

 

 

对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。

 

 

 

1.2 主接线方案选择

 

 

 

根据具体的负荷及变压器等相关设备的参数，确定该变电所高压采用单母线、低压采用单母线分段的主接线方式。

 

 

 

2、 短路电流的计算

 

 

 

要选择和校验电器，必须先对线路进行短路计算。系统中最常见的故障就是短路。

 

 

 

(1) 短路对电力系统的危害        

 

 

 

①短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件损坏；        

 

 

 

②短路时电压要骤降，严重影响电气设备的运行；        

 

 

 

③短路可造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成的损失很大；         

 

 

 

④严重的短路要影响电力系统的运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列；          

 

 

 

本次设计采用的是欧姆法进行短路计算。

 

 

 

                                  

 

 

 

图2.5 短路计算电路

 

 

 

 (2) 短路计算结果见表2.1所示

 

 

 

表2.1 短路计算表

 

 

 

短路       计算	短路电流()	三相短路容量()
k-1	10.06	10.06	25.65	15.19	10.06	182.96
k-2	18.82	18.82	34.63	20.51	18.82	13.04

 

 

 

3、低压配电屏的确定

 

 

 

3.1 低压电器的选择条件

 

 

 

(1) 低压断路器的选择

 

 

 

①按工作环境选择

 

 

 

根据使用地点的条件选择，如户内式、户外式，若工作条件特殊，尚需选择特殊型式(如隔爆型)。

 

 

 

②按额定电压选择

 

 

 

低压断路器的额定电压，应等开或大于所在电网的额定电压。

 

 

 

③按额定电流选择

 

 

 

低压断路器的额定电流，应等于或大于负载的长时最大工作电流。

 

 

 

(2) 电压互感器的选择

 

 

 

一次额定电压的选择，电压互感器一次额定电压应与接入电网的电压U1相适应。

 

 

 

(3) 低压隔离开关的选择

 

 

 

它的主要用途是隔离电源，保证电气设备与线路在检修时与电源有明显的断口。隔离开关无灭弧装置，和熔断器配合使用。

 

 

 

隔离开关按电网电压，长时最大工作电流及环境条件选择，按短路电流校验其动、热稳定性。

 

 

 

3. 2 低压配电屏的选择

 

 

 

本设计选择固定式低压配电屏PGL2型。

 

 

 

4、 高压开关柜的选择

 

 

 

本次设计，变压器容量为630kVA，电压比10/0.4kV。选用手车式开关柜KYN28—12(Z)。装有ZN63-10型真空断路器1个，可以通断线路正常的负荷电流，也可以进行短路保护。

 

 

 

高压开关柜上面的高压母线，通常采用LMY型硬铝母线，对于主变压器容量在1250kVA，及以下的变电所，高压母线一般采用LMY-404的规格。本变电所变压器630kVA，因此可采用LMY-3(404)的高压母线。

 

 

 

5 高、低压电器的校验

 

 

 

选择好高压开关柜和柜内的高压设备，可对选用的电器设备进行校验。

 

 

 

5.1 高压开关柜中高压电器的校验

 

 

 

ZN63-10/630型真空断路器的校验见表5.1所示。

 

 

 

表5.1 ZN63-10/630校验表

 

 

 

序       号	装置地点及电气条件	ZN63-10/630	结       果
项目	数据	项目	数据
1		10		10	√
2		25.46		630	√
3		15.19		40	√
4		10.06		16	√
5		10.06		16	√

 

 

 

5.2 低压开关柜中低压电气设备的校验

 

 

 

(1)  DW10型低压断路器的校验见表5.2所示。

 

 

 

表5.2 DW10校验表

 

 

 

序       号	装置地点及电气条件	DW10	结       果
项目	数据	项目	数据
1		0.4		0.4	√
2		645.4		1000	√
3		18.82		20	√

6、 继电保护的选择

 

 

 

对于高压侧为6～10kV的变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护；如过电流保护动作时间大于0.5～0.7s时，还应装设电流速断保护。容量在800kV·A及以上的油浸式变压器和400kV·A及以上的车间内油浸式变压器，按规定应装设瓦斯保护(又称气体继电保护)。容量在400kV·A及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在轻微故障时(通称“轻瓦斯”)，动作于信号，而其它保护包括瓦斯保护在严重故障时(通称“重瓦斯”)，一般均动作于跳闸。

 

 

 

在本设计中，根据要求装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护。对于由外部相间短路引起的过电流，保护应装于下列各侧：

 

 

 

(1) 对于双线圈变压器，装于主电源侧。

 

 

 

(2) 除主电源侧外，其他各侧保护只要求作为相邻元件的后备保护，而不要求作为变压器内部故障的后备保护。

 

 

 

(3) 保护装置对各侧母线的各类短路应具有足够的灵敏性。相邻线路由变压器作远后备时，一般要求对线路不对称短路具有足够的灵敏性。相邻线路大量瓦斯时，一般动作于断开的各侧断路器。

 

 

 

7、 防雷与接地的设计

 

 

 

7.1 防雷设计

 

 

 

避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。

 

 

 

7.3 接地设计

 

 

 

凡是与架空线路相连的进出线，在入户处的电线杆进行接地，可以达到重复接地的目的，每个电缆头均要接地。

 

 

 

按规定10kV配电装置的构架，变压器的380V侧中性线及外壳，以及380V电气设备的金属外壳等都要接地，其接地电阻要求。

 

 

 

6根直径50mm的钢管作接地体，用40mm4mm的扁钢连接在距变电所墙脚2m，打入一排50mm，长2.5m的钢管接地体。每隔5m打入一根，管间用40mm4mm的扁钢连接。接地装置所用材料见表7.1所示。

 

 

 

表7.1 接地装置材料表

 

 

 

名称	型号	用量	作用
钢管	50mm	2.56=15m	作接地体
扁钢	40mm4mm	(55)m=25m	连接钢管

 

 

 

 

 

 

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