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第7章供配电系统设计本章结合供配电的法律规范、标准与实际供配电工程,具体介绍了供配电系统设计的内容、深度、步骤等;通过变电所设计过程的介绍使同学更好地理解前几章的内容,巩固学到的学问,为今后进行供配电设计铺平了道路
7.1供配电系统设计内容供配电系统是电力网的一个组成部分,为电力用户供应服务一个供配电系统能否安全、牢靠地运行,能否供应合乎质量要求的电能,能否产生良好的经济效益,设计是关键供配电网络主要包括供电局变电所,输供电电线路,用户内部变、配电所,凹凸压配电线路等供配电设计电气部分的内容按设计的过程分一般包括1负荷猜测及负荷计算;2电力平衡及变配电所位置、容量的确定;括配电及照明干线、变配电站的配出回路及回路编号)4)照明系统对于特殊建筑,如大型体育场馆、大型影剧院等,有条件时应绘制照明平面图该平面图应包括灯位、灯具规格,配电箱(或掌握箱)位,不需连线5)防雷系统、接地系统一般不出图样,特殊工程只出顶视平面图,接地平面图6)其他图样各系统所属系统图;各掌握室设施平面布置图(若在相应系统图中说明清晰时,可不出此图);热工检测及自动调整原理系统图;掌握室设施平面布置图;火灾自动报警系统图;消防掌握室设施布置平面图;电话系统图;电话站房设施布置图等.主要设施表注明设施名称、型号、规格、单位及数量.设计计算书(供内部使用及存档)内容1用电设施负荷计算;2变压器选型计算;3电缆选型计算;4系统短路电流计算;5防雷类别计算及避雷针爰护范围计算各系统计算结果尚应标示在设计说明或相应图样中因条件不具备不能进行计算的内容,应在初步设计中说明,并应在施工图设计时补算.概算设计概算是初步设计文件的重要组成部分设计概算文件必需完整的反映工程项目初步设计的内容,严格执行我国有关的方针、政策和制度,实事求是地依据工程所在地的建设条件包括自然条件、施工条件等影响造价的各种因素,按有关的依据性资料进行编制设计概算文件分为3种单位工程概算书;单项工程综合概算书;建设项目总概算书
(1)单位工程概算书是计算一个独立建筑物或构筑物(即单项工程)中每个专业工程所需工程费用的文件,分为建筑工程概算书和设施及安装工程概算书单位工程概算文件应包括建筑(安装)工程直接费计算表,建筑(安装)工程人工、材料、机械台班价差表和建筑(安装)工程费用构成表
(2)单项工程综合概算书是计算一个单项工程(独立建筑物或构筑物)所需建设费用的综合性文件综合概算书由单项工程内各个专业的单位工程概算书汇总编制而成综合概算文件应包括编制说明、综合概算表以及有关专业的单位工程概算书
(3)建设项目总概算书由建设项目内各个单项工程的综合概算书和其他费用概算表汇总编制而成总概算文件应包括编制说明、总概算表、各单项工程综合概算书、工程建设其他费用概算表和主要建筑安装材料汇总表独立装订成册的总概算文件宜加封面、签署页(扉页)和名目
7.
3.3施工图设计在施工图设计阶段,电气专业设计文件应包括图纸名目、施工设计说明、设计图纸主要设施表、计算书供内部使用及存档、工程预算图纸名目要先列新绘制图纸,后列重复使用图样.施工设计说明1工程设计概况应将经审批定案后的初步或方案设计说明书中的主要指标录入;2各系统的施工要求和留意事项包括布线、设施安装等;3设施定货要求亦可附在相应图纸上;4防雷及接地爱护等其他系统的有关内容亦可附在相应图纸上;5本工程选用标准图图集编号、页号.设计图纸主要包括1施工设计说明、补充图例符号和主要设施表可组成首页,当内容较多时,可分设专页2电气总平面图仅有单体设计时,可无此项内容标注建构筑物名称或编号、层数或标高、道路、地形等高线和用户的安装容量;标注变、配电站位置、编号;变压器台数、容量、发电机台数、容量;室外配电箱的编号、型号;室外照明灯具的规格、型号容量;架空线路应标注线路规格及走向、回路编号、杆位编号、挡数、挡距、杆高拉线、重复接地、避雷器等;电缆线路应标注线路走向、回路编号、电缆型号及规格、敷设方式、人(手)孔位置、比例、指北针;图中未表达清晰的内容可附图作统一说明
(3)变、配电站
①高、低压配电系统图(一次线路图)图中应标明母线的型号、规格;变压器、发电机的型号、规格;标明开关、断路器,互感器、继电器,电工仪表(包括计量仪表)等的型号、规格和整定值图下方表格标注开关柜编号、开关柜型号、回路编号,设施容量,计算电流、导体型号及规格、敷设方法、用户名称以及二次原理图方案号,(当选用分格式开关柜时可增加小室高度或模数等相应栏目)
②平、剖面图按比例绘制变压器、发电机、开关柜、掌握柜、直流及信号柜、补偿柜、支架、地沟、接地装置等平、剖面布置和安装尺寸等,当选用标准图时,应标注标准图编号、页次;标注进出线回路编号、敷设安装方法,图纸应有比例
③继电爰护及信号原理图继电爰护及信号二次原理方案,应选用标准图或通用图,当需要对所选用标准图或通用图进行修改时,只需绘制修改部分并说明修改要求掌握柜、直流电源及信号柜、操作电源均应选用企业标准产品,图中标示相关产品型号、规格和要求
④竖向配电系统图以建(构)筑物为单位,从电源点开头至终端配电箱止,按设施所处相应楼层绘制,应包括变、配电站变压器台数、容量、发电机台数、容量、各处终端配电箱编号、自电源点引出回路编号(与系统图全都)以及接地干线规格
⑤相应图纸说明图中表达不清晰的内容,可随图作相应说明
(4)配电、照明
①配电箱(或掌握箱)系统图,应标注配电箱编号、型号,进线回路编号;标注各开关(或熔断器)型号、规格、整定值;配出回路编号、导线型号规格,(对于单相负荷应标明相别),对有掌握要求的回路应供应掌握原理图;对重要负荷供电回路宜标明用户名称上述配电箱(或掌握箱)系统内容在平面图上标注完整的,可不单独出配电箱(或掌握箱)系统图
②配电平面图应包括建筑门窗、墙体、轴线、主要尺寸、工艺设施编号及容量;布置配电箱、掌握箱,并注明编号、型号及规格;绘制线路始、终位置(包括掌握线路),标注回路规格、编号、敷设方式,图纸应有比例
③照明平面图,应包括建筑门窗、墙体、轴线、主要尺寸、标注房间名称、绘制配电箱、灯具、开关、插座、线路等平面布置,标明配电箱编号,干线、分支线回路编号、别、型号、规格、敷设方式等;凡需二次装修部位,其照明平面图随二次装修设计,但配电或照明平面图上应相应标注预留的照明配电箱,并标注预留容量;图纸应有比例
④图中表达不清晰的,可随图作相应说明
(5)防雷、接地及平安
①绘制建筑物顶层平面,应有主要轴线号、尺寸、标高,还应标注避雷针、避雷带、引下线的位置注明材料型号规格、所涉及的标准图编号、页次,图纸应标注比例
②绘制接地平面图(可与防雷顶层平面重合)绘制接地线、接地极、测试点、断接卡等的平面位置,标明材料型号、规格、相对尺寸和涉及的标准图编号、页次,(当采用自然接地装置时,可不出此图),图纸应标注比例
③当采用建筑物(或构筑物)钢筋混凝土内的钢筋作为防雷接闪器、引下线、接地装置时,应标注连接点、接地电阻测试点、预埋件位置及敷设方式,并注明所涉及的标准图编号、页次
④随图说明可包括防雷类别和实行的防雷措施(包括防侧击雷”方雷击电磁脉冲,防高电位引入);接地装置形式,接地极材料要求、敷设要求、接地电阻值要求;当采用桩基、基础内钢筋作接地极时,应实行的措施
⑤除防雷接地外的其他电气系统的工作或平安接地的要求(如电源接地形式,直流接地,局部等电位、总等电位接地等),假如采纳共用接地装置,应在接地平面图中叙述清楚,交待不清晰的应绘制相应图纸(如局部等电位平面图等)
(6)火灾自动报警系统
①火灾自动报警及消防联动掌握系统图、施工设计说明、报警及联动掌握要求;
②各层平面图,应包括设施及器件布点、连线,线路型号,规格及敷设要求
(7)其他系统
①各系统的系统框图,必要的布置图、端子排接线图、配电系统图、管路系统图等;
②说明各设施定位安装、线路型号规格及敷设要求;
③协作系统承包方了解相应系统的状况及要求,审查系统承包方供应的深化设计图纸.主要设施表注明主要设施名称、型号,规格、单位和数量.计算书供内部使用及归档施工图设计阶段的计算书,只补充初步设计阶段时应进行计算而未进行计算的部分修改因初步设计文件审查变更后,需重新进行计算的部分.预算1依据下列材料编制预算1我国有关工程建设和造价管理的法律、法规和方针政策;2施工图设计项目一览表,各专业施工图设计的图纸和文字说明、工程地质勘察资3变配电所主接线的选择;4供配电网络接线形式的确定;5供配电网络一次接线方案的技术论证及经济比较;6短路计算、设施的选择和校验;7网络潮流计算和电压计算;8供配电系统继电爱护的设计与整定;9平安自动装置的设置供配电设计电气部分按设计的项目分主要有.输电、配电线路设计包括供电电源线路设计和到用户的配电线路设计其设计内容应包括线路形式的确定架空线路还是电缆线路等线路路径及导线截面、型号和结构形式的选择;假如是架空线路,要确定杆位,选择杆塔与绝缘子、金具,进行架空线路的防雷接地设计等;假如料;3主管部门颁布的现行建筑工程和安装工程预算定额、材料与构配件预算价格、工程费用定额和有关费用规定等文件;4现行的有关设施原价及运杂费率;5现行的其他费用定额、指标和价格;6建设场地中的自然条件和施工条件2编制方法和文件内容1单位工程预算书建筑、安装工程费依据施工图设计,预算定额规定的项目划分依据工程量计算规章计算工程量,并按编制时期的人工、材料,机械台班预算价格和取费标准进行计算设施购置费按各专业设施表所列出的设施型号、规格、数量应按图核对和编制时期的设施预算价格进行计算单位工程预算文件的内容及其费用构成与单位工程概算书相同2综合预算书单项工程综合预算书由有关专业的单位工程预算书汇编而成综合预算文件的内容与综合概算书相同3总预算书建设项目总预算书由各单项工程综合预算书和其他费用概算表汇编而成其他费用概算表若在施工图设计阶段有变动,应按实际状况调整后再编入总预算书的文件内容和费用构成与总概算书相同4工程量清单工程量清单依据我国和各省直辖市、自治区主管部门颁布的工程量清单编制规章以及合同要求的内容进行编制以上规定适用于民用建筑工程设计;对于一般工业建筑工程设计,设计文件编制深度除应满意本规定适用的要求外,尚应符合有关行业标准的规定;如化工企业供电设计技术规定,化肥厂电力设计技术规定,石油化工企业生产装置电力设计技术法律规范铁路电力设计法律规范等
7.4供配电设计涉及的一些法律规范标准供配电系统的设计、施工、验收依靠于我国以及各部委制定颁发的法律规范、标准现罗列出一些与供配电设计相关的法律规范,以供同学课程设计、毕业设计时查找《GB50052—95供配电系统设计法律规范》,《SDJ161—1985(试行)电力系统设计技术规程》《GB50293—1999城市电力规划法律规范》,《GB50053-199410kV及以下变电所设计法律规范》,《GB50059-199235~llOkV变电所设计法律规范》,《SDJ2-1988220〜500kV变电所设计技术规程》,《DLT5103—19995kV〜llOkV无人值班变电所设计规程》;《GB50054-1995低压配电设计法律规范》;《DL/T5056-1996变电所总布置设计技术规程》;《GB/T17468-1998电力变压器选用导则》《GB50061—199766kV及以下架空电力线路设计法律规范》,《GBJ233—1990110~500kV架空电力线路施工及验收法律规范》,《GBJ143—1990架空电力线路、变电所对电视差转台、转播台无线电干扰防护间距标准》,《CECS31:1991钢制电缆桥架工程设计法律规范》,《GB50217—1994电力工程电缆设计法律规范》;《SDJ26-1989发电厂、变电所电缆选择与敷设设计规程》;《DL/T601-1996架空绝缘配电线路设计技术规程》《GB50055—1993通用用电设施配电设计法律规范》,《GB50056-1993电热设施电力装置设计法律规范》,《GB50060—19923〜110kV高压配电装置设计法律规范》,《GB50058—1992爆炸和火灾危急环境电力装置设计法律规范》,《GB50034—2004建筑照明设计标准》,《CECS45:1992地下建筑照明设计标准》,《CJJ45—1991城市道路照明设计标准》WL400—1991GB14285—1993继电爱护和平安自动装置技术规程》,《GB50062—1992电力装置的继电爱护和自动装置设计法律规范》,《GBJ63-90电力装置的电测量仪表装置设计法律规范》;《DL/T584-953~110kV电网继电爱护装置运行整定规程》;《DL/T559-1994220〜500kV电网继电爰护装置运行整定规程》《GB50054—1995低压配电设计法律规范》,《GB50194—1993建设工程施工现场供用电平安法律规范》,《JGJ46—1988施工现场临时用电平安技术法律规范》;《GB50227—1995并联电容器装置设计法律规范》,《CECS32:1991并联电容器用串联电抗器设计选择标准》,《CECSS33:1991并联电容器装置的电压、容量系列选择标准》、《DL/T840-2003高压并联电容器使用技术条件》等
7.5变配电所设计变配电所在供配电系统中处于中心地位,设计好变配电所是供配电系统设计的关键,变电所设计要做到供电牢靠、技术先进、经济合理、维护便利和保障人身平安变电所设计应依据工程特点、规模和5年~10年进展规划,处理好近期建设和远期进展的关系,远近结合,以近期为主变电所设计应统筹兼顾,综合负荷性质、用电容量、工程特点、所址环境、地区供电条件和节省电能等因素合理确定设计方案变电所设计采纳的设施应符合我国或行业技术标准,应优先选用技术先进、经济和节能的产品变配电所设计依据法律规范,可以分三个层次,即10kV及以下变电所设计35kV~llOkV变电所设计,220kV~500kV变电所设计不同电压等级的变电所法律规范要求有所不同变配电所设计的预备资料和负荷计算.为了进行供配电设计,在此之前要搜集齐下列资料1)向电力部门取得的资料向用户供电的电源容量和备用电源容量;供电线路的电压、规格型号、回路数、距离、入户线路的走向;向用户供电的系统在最小运行方式或最大运行方式下的短路容量数据;电力部门对用户继电爰护设置、整定的要求;电力部门对用户电能计量及电费收取方法的规定;电力部门对用户功率因数补偿、高次谐波限制的要求;向用户供电的发电厂、变电所的一次接线图和地理位置图等2)向当地气象、水文地质部门收集的资料最高年平均气温、最热月平均最高气温、历年极端最高最低气温;当地年雷暴日数及年雷电小时数;当地土壤性质、土壤电阻率;当地曾经消失过或可能消失的最高地震烈度;当地常年主导风向、历年最大风速;当地年降水量、积雪深度;地下水位及最高洪水位等,3)向电力用户收集的资料建筑总平面图,各建筑(车间)的土建平、断面图;各用电设施的具体型号、规格,对供电的要求,各设施的平面图及主要断面图;用户已有供配电系统的系统图及平面布置图;用户的最大负荷、年耗电量、功率因数等.资料预备齐了以后,设计的第一步是进行负荷猜测或负荷计算负荷猜测通常是针对一个地区(如一个县、一个城市、一个省等)的电力规划来进行的,具体的方法有单耗法、综合用电水平法、回归分析法、平均增长率法、弹性系数法等负荷计算的方法有需数法、二项式系数法、附加系数法、采用系数法、负荷密度法等变配电所方案选择及电气主接线.变配电所方案选择变配电所设计应先拿出总体设计方案即依据猜测或计算出的计算负荷容量大小、负荷性质、负荷分布、负荷数量、供电半径等定出变配电所的进线电压、电源及备用电源数量,确定出线电压、出线回路数;依据靠近负荷中心,考虑污染、易燃易爆、防洪,考虑进出线、施工运输、职工生活便利等等因素,选择变配电所的位置;结合法律规范确定变配电所主接线,选出变压器等主要设施;最终进行工程估算变配电所的总体设计方案通常有多个可供选择方案比较要从技术和经济性的角度进行首先设计方案要满意技术性需求,即从供电的牢靠性、电能质量、运行维护、设施技术等方面进行比较;其次设计方案要考虑变配电所建设和运行的经济性,即让变配电所建设的总投资和年运行费用达到最小总体设计方案通过技术性、经济性比较选出最优方案,进行下一步设计假如总体设计不足以确定最优方案,那么可以进一步在初步设计阶氏兀第7章供配电系统设计301—成后再进行变配电所方案比较与选择在方案比较时要留意对经济性影响较大的如燃料价格、电价、投资利润率等因素,可在肯定的变动范围内做敏感性分析.变配电所电气主接线lOkv及以下变配电所中的主接线设置原则高压及低压母线宜采纳单母线或分段单母线接线当供电连续性要求很高时,高压母线可采纳分段单母线带旁路母线或双母线的接线35kV~110kV变电所中的主接线设置原则高压侧宜采纳断路器较少或不用断路器的接线当35kV~110kV线路为2回及以下时宜采纳桥形、线路变压器组或线路分支接线超过2回时,宜采纳扩大桥形、单母线或分段单母线的接线35kV~63kV线路为8回及以上时亦可采纳双母线接线HOkV线路为6回及以上时,宜采纳双母线接线在采纳单母线、分段单母线或双母线的35kV〜llOkV主接线中,当不允许停电检修断路器时,可设置旁路母线
①当有旁路母线时,首先宜采纳分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线是电缆线路,还要进行敷设方式,电缆附件,电缆终端和接头,电缆支架,电缆过电压保护等的设计.变配电所设计变配电所的设计内容包括变(配)电所所址的选择,变(配)电所主接线方案的选择,变电所变压器台数和容量、形式的确定,配电装置的选择校验及布置,所用电源和操作电源设计,变(配)电所所内区的电缆选择与敷设,并联电容器装置设计,远动和通信设计次接线方案的确定,继电爰护和自动装置的选择与整定,过电压爰护与接地装置设计以及变(配)电所电气照明的设计等.电照明设计包括室外照明系统设计和室内照明系统设计其设计内容应包括照明光源选择,照明灯具及其附属装置选择,灯具布置和照度计算,照明质量掌握,照明配电系统设计、
②当llOkV线路为6回及以上,35kV~63kV线路为8回及以上时,可装设专用的路断路器
③主变压器35kV〜llOkV回路中的断路器,有条件时亦可接入旁路母线
④当变电所装有2台主变压器时,6kV〜10kV侧宜采纳分段单母线线路为12回及以上时,亦可采纳双母线当不允许停电检修断路器时,可设置旁路设施当6kV〜35kV配电装置采纳手车式高压开关柜时,不宜设置旁路设施
⑤采纳SF6断路器的主接线不宜设旁路设施3220kV〜5OOkV变电所中的主接线设置原则33OkV-5OOkV配电装置的最终接线方式,当线路、变压器等连接元件总数为6回及以上,且变电所在系统中居有重要地位时,宜通过技术经济比较确定采纳3/2断路器或双母线分段带旁路母线的接线33OkV~5OOkV配电装置最终出线回路数为3回〜4回时宜采纳线路有两台断路器、变压器直接与母线连接的变压器母线组接线220kV变电所中的llOkV配电装置,当出线回路数在6回以下时宜采纳单母线或分段单母线接线,6回及以上时,宜采纳双母线接线220kV终端变电所的配电装置,当能满意运行要求时,宜采纳断路器较少的或不用断路器的接线,如线路变压器组或桥形接线等当能满意电力系统继电爰护要求时,也可采用线路分支接线220kV配电装置出线在4回及以上时,宜采纳双母线或其他接线5OOkV变电所中的220kV配电装置,可采纳双母线,技术经济合理时,也可采纳3/2断路器接线35kV〜63kV配电装置,当出线回路数为4回〜7回时,宜采纳单母线或分段单母线8回及以上时采纳双母线,除断路器允许停电检修外,可设置旁路隔离开关或旁路母线当出线为8回及以上时,也可装设专用的旁路断路器
7.
5.3变电所主变压器的选择原则变电所主变压器数量、容量基本选择原则前面章节已介绍过,这里需要留意的是:110kV及以下变电所中的单台配电变压器低压为O.4kV的容量不宜大于1250kVAo当用电设施容量较大、负荷集中且运行合理时,可选用较大容量的变压器2在一般状况下,动力和照明宜共用配电变压器但当照明负荷较大或动力和照明采纳共用变压器严峻影响照明质量及灯具使用寿命,单台单相负荷较大,冲击性负荷较大,严峻影响电能质量时,可设专用变压器;在电源系统不接地或经阻抗接地,电气装置外露导电体就地接地系统IT系统的低压电网中,照明负荷应设专用配电变压器3多层或高层主体建筑内变电所,宜选用不燃或难燃型变压器4在多尘或有腐蚀性气体严峻影响变压器平安运行的场所,应选用防尘型或防腐型变压器5当变电所具有3种电压时,如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15%以上,则主变压器宜采纳三线圈变压器6对深化市区的城市电力网变电所,结合城市供电规划,为简化变压层次和接线也可采纳双绕组变压器7电力潮流变化大和电压偏移大的变电所,如经计算一般变压器不能满意电力系统和用户对电压质量的要求时,应采纳有载调压变压器主变压器调压方式的选择,应符合《SDJ161—1985试行电力系统设计技术规程》的有关规定当500kV变压器采纳有载调压时,应经过技术经济论证8与电力系统连接的220kV〜330kV变压器,若不受运输条件的限制,应选用三相变压器500kV主变压器选用三相或单相,应依据该变电所在系统中的地位、作用、牢靠性要求和制造条件、运输条件等,经技术经济比较确定当选择单相变压器组时,可依据系统和设施状况确定是否装设施用相;此时,也可依据变压器参数、运输条件和系统状况在一个地区设置一台备用相变电所短路电流计算计算短路电流主要是选择和校验电气设施,以及为了继电爰护的整定与灵敏度校验变电所短路电流的计算因考虑到有多个电压等级,故一般用标幺制法采纳标么制法进行变电所短路电流计算应留意以下几点1变电所短路电流计算从简化的角度考虑可按无限大容量电源系统的方法计算,认为在短路的全过程中系统电源的端电压保持不变;不过,要计入系统电源的内阻对短路电流的影响2基准值的选取基准电压要选取电网额定电压的
1.05倍;基准容量一般选取100MVA并且在设计计算时只能有一个基准容量3最大运行方式与最小运行方式电力系统在运行时有所谓的最大运行方式和最小运行方式,最大运行方式下系统各电厂投入的发电机组最多,供电部门及用户的输、变电设施按最大负荷的状况相互连接投入运行此时发生短路故障,系统电源至短路点的总阻抗最小,短路电流最大在最小运行方式下,系统各电厂投入的发电机组少,输变电设施解列处于单列运行状态短路时,短路回路总阻抗最大,因此有最小的短路电流计算最大运行方式下的短路电流可作为选择和校验电气设施、继电爱护的整定依据,计算最小运行方式下短路电流可作为校验继电爱护装置灵敏度的依据在短路电流计算时既要考虑系统电源在最大运行方式和最小运行方式下的容量,又要考虑变电所主接线的不同运行方式,如图
7.1所示b最大运行方式下短路计算等效阻抗图c最小运行方式下短路计算等效阻抗图图
7.1不同运行方式下短路电流计算示意图4短路电流计算的短路点选取在变电所设计时需要校验的电气设施许多,而短路计算通常只考虑电源、线路、变压器、电抗器等相对的大阻抗,所以短路点只有有限的几个实际电气设施短路校验选择的短路电流是与其相近的近似于金属性短接短路点的电流,如图
7.2所示图
7.2电气设施短路校验选用短路点示意图变电所继电爰护变电所继电爰护设计按《继电爰护和平安自动装置技术规程DL400—1991GB14285—1993》、《电力装置的继电爱护和自动装置设计法律规范》GB50062—1992等的要求进行电力系统中的电力设施和线路,均应装设短路故障和不正常运行爰护装置电力设施和线路短路故障的爱护应有主爱护和后备爱护,必要时可再增设帮助爱护变电所要设置继电爱护的设施有主变压器、母线、电容器、电抗器、电动机、线路等下面仅对主变压器和母线爱护的具体设置要求进行绽开
1.主变压器爱护1电力变压器需要设置爱护的故障及不正常运行状态有绕组的匝间短路、绕组及其引出线的相间短路以及在中性点直接接地侧的单相接地短路;外部相间短路引起的过电流;中性点直接接地电力网中,外部接地短路引起的过电流及中性点过电压;过负荷;过励磁;油面降低;变压器温度及油箱压力提升和冷却系统故障800kVA及以上油浸式变压器和400kVA及以上车间内油浸式变压器,均应装设瓦斯爰护有载调压的油浸式变压器调压装置,亦应装设瓦斯爱护3对变压器引出线、套管及内部的短路故障,应按规定,装设相应的爱护作为主保护爱护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器
①lOOOOkVA及以上的单独运行变压器和6300kVA及以上的并列运行变压器,应装设纵联差动爰护6300kVA及以下单独运行的重要变压器,亦可装设纵联差动爰护2000kVA及以上的变压器,当电流速断灵敏系数不符合要求时,宜装设纵联差动爰护
②lOOOOkVA以下的变压器可装设电流速断爱护和过电流爱护400kVA及以上,一次电压为10kV及以下,线圈为三角-星形连接的变压器,可采纳两相三继电器式的过流爱护
③对高压侧电压为33OkV及以上变压器,可装设双重差动爱护4对由外部相间短路引起的变压器过电流,应按规定装设相应的爱护作为后备爰护第7章供配电系统设计-305・•305-爱护动作后,应带时限动作于跳闸
①过电流爰护宜用于降压变压器,爰护的整定值应考虑事故时可能消失的最大过负荷
②复合电压包括负序电压及线电压起动的过电流爱护,宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流爰护不符合灵敏性要求的降压变压器
③负序电流和单相式低电压起动的过电流爱护,可用于63MVA及以提升压变压器
④当按第
②和第
③条装设爰护不能满意灵敏性和选择性要求时,可采纳阻抗爰护llOkV及以上大电流接地的电力网中,如变压器的中性点直接接地运行,对外部单相接地引起的过电流,应装设零序电流爱护llOkV.220kV中性点直接接地的电力网中,如低压侧有电源的变压器中性点可能接地运行或不接地运行时,则对外部单相接地引起的过电流,以及对因失去接地中性点引起的电压提升,还应增设零序过电压爱护、零序电流电压爰护等一次电压为10kV及以下,绕组为星形-星形连接,低压侧中性点接地的变压器,对低压侧单相接地短路故障,应采用高压侧的过电流爱护,或接在低压侧中性线上的线选择,照明掌握和设施选择等.动力(电力)设计动力设计又称电力设计,包括确定电源引入方向,电压等级和种类,保证供电的措施;确定动力配电系统形式,掌握设施的选择;导线选择及线路敷设方式;配电设施的安装布置;确定接地系统、防止触电的平安措施等.自动掌握自动调整设计掌握,连锁系统及信号装置的设计,掌握原则,仪表和掌握设施的选型等.防雷接地设计由防雷等级确定防直接雷击、防电磁感应、防侧击雷、防雷电渡侵入和等电位的措施确定引下线的类型、防雷接地阻值,确定接地装置的形式等.2供配电系统设计程序和要求供配电系统的设计一般可按设计的前期预备工作方案设计(评估);以及设计阶段的初步设计和施工图设计3个阶段实施对于简洁的系统(比如小型民用工程),经许可零序电流爱护切除400kVA及以上变压器,当数台并列运行或单独运行,并作为其他负荷的备用电源时,应依据可能过负荷的状况,装设过负荷爰护过负荷爰护采纳单相式,带时限动作于信号在无人值班的变电所,过负荷爱护必要时可动作于跳闸或断开部分负荷9高压侧为500kV的变压器,对于频率降低和电压提升引起的变压器工作磁密度过高,应装设过励磁爰护对变压器温度及油箱内压力提升和冷却系统故障,应按要求装设可作用于信号或动作于跳闸的装置
2.母线爰护3kV~10kV分段母线及并列运行的双母线,一般可由发电机和变压器的后备爱护实现对母线的爱护但当须快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障时,当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时,应装设专用母线爱护35kV~110kV电压的母线,假如是llOkV双母线,llOkV单母线,重要发电厂或HOkV以上重要变电所的35kV~66kV母线需要快速切除母线上的故障时,主要变电所的35kV~66kV双母线或分段单母线需快速而有选择地切除一段或一组母线上故障,以保证系统平安稳定运行和牢靠供电时,应装设专用母线爱护220kV~500kV母线,应装设能快速有选择地切除故障的母线爱护对3/2断路器接线,每组母线宜装设两套母线爰护4对3kV〜10kV分段母线宜采纳不完全电流差动爱护,爰护装置应按入有电源支路的电流爰护装置应由两段组成,第一段可采纳无时限或带时限的电流速断,当灵敏系数不符合要求时,可采纳电流闭锁电压速断;其次段可采纳过电流爱护当灵敏系数不符合要求时,可将一部分负荷较大的配电线路接入差动回路5在220kV~500kV电力网中,以及llOkV电力网的个别重要部分,可按规定装设断路器失灵爱护・306•工厂供配电•306•6旁路断路器和兼作旁路的母联断路器或分段断路器上,应装设可代替线路爰护的爱护在旁路断路器代替线路断路器期间,如必需保持线路纵联爰护运行,可将该线路的一套纵联爰护切换到旁路断路器上,或者采纳其他措施,使纵联爰护连续运行母线或母线分段断路器上,可装设相电流或零序电流爱护,作为母线充电合闸的爱护7对220kV~500kV的母线及变压器断路器,当非全相运行可能引起电力网中其他护越级跳闸,因而造成严峻事故时,应在该断路器上装设非全相运行爱护
7.
5.6区域变电所设计实例区域变电所处于城乡电力主干网上,属于地区重要(枢纽)变电所在供配电系统中的地位非常重要,它和发电厂一样是地区供电的电源区域变电所的设置要符合一个地区电力规划的要求下面以位于马鞍山市的一个新建成的220kV地区重要(枢纽)变电所一一^恒兴变电所的初步设计实例来讲解区域变电所的设计过程L恒兴变电所工程的负荷猜测1)马鞍山电力网现状马鞍山电力网位于安徽省电力网东南边缘,供电范围包括马鞍山市及当涂县截止2004年底,马鞍山电网拥有3座火力发电厂,即马鞍山电厂(302MW)、马鞍山其次发电厂(万能达发电公司)(600MW厢马钢热电厂Q80MW),总装机容量1082MW马鞍山电力网现有220kV变电所4座,即采石变、刘村变、马钢高炉变及长龙山变变电总容量900MVA江东变I50MVA也于2005年建成投产马鞍山地区电网现有220kV输电线路16条,其中马鞍山供电局属线路12条,总长
212.15km用户220kV线路2条,总长
11.66km;局属110kV线路12条,总长
106.53km用户线路24条2004年,马鞍山市用电量和最大负荷分别为59亿kWh和897MW(全社会)马鞍山电网现状及近期接线示意如图
7.3所示2)负荷猜测“十一五期间马鞍山钢铁公司500万吨钢项目、山鹰公司30万吨造纸项目及其他项目将要相继投产,马鞍山地区负荷在“十五负荷基础上将有较大幅度的提高依据马鞍山供电局供应的资料,2005年一2022年马鞍山电力网分区负荷猜测见表7-1表马鞍山电力网分区负荷猜测表分区2005年2006年2007年2022年2022年2022年.北部地区
330420596710750800.马钢老厂区
420440465495530555.市区中、东、南部
250290348378410444.当涂地区110132152175189204合计111012821561175818792003考虑同时系数
0.85-
0.994010851325153316561788第7章供配电系统设计・307・-307•图
7.3马鞍山电网现状及近期接线示意图马鞍山地区十一五期间负荷增长主要集中在北部,如马钢公司新区、海螺320万吨水泥粉磨站、慈湖工业园等;其中依据马钢股份公司供应的资料,2007年马钢新区一期项目投产后的最大负荷将达620MW左右,2022年一2022年二期项目建成后最大负荷则将达到约760MW扣除自备电厂(含新增)所发电力约250MW则届时需从系统受进的电力超过500MW依据安徽省电源规划支配,马二厂二期2x300MW机组将于2006年建成投产届时・308•工厂供配电•308-要保证其电力大部分就地消化,避开潮流消失不必要的迂回马鞍山电网城区220kV电源南强北弱,现有采石变、刘村变均在市区南郊;马钢二厂区及市区北郊、东郊供电力量较为薄弱北部区域现有及规划的110kV及35kV变电所供电力量薄弱,因此需要新增220kV变电容量来保证北部地区的供电力量依据有关规划支配,220kV恒兴变电所将于2006年6月左右建成投产它既能缓解马鞍山北部新区的供电压力,又能保证马二厂二期电力主要在北部消化恒兴变在2007年新区一期项目投产时所带最大负荷将达200MW左右,所带马钢负荷变有风机变(最大计算负荷80MW)、高炉变(90MW双烧结变(70MW)2022年—2022年二期项目投产后所带负荷则将超过300MW3)无功补偿恒兴变本期考虑配置2xl8000kVar电容器,终期依据负荷及电压水平确定是否再装补偿电容
2.主变压器选型本变电所主变压器依据负荷猜测的结果规戈!J终期3X180MVA容量第一期先上2台,选用三相三卷有载调压变压器;依据马钢负荷增长状况适时建设第3台主变主变型式三相三卷有载调压变压器容量180MVA容量比100/100/50额定电压230±8xl.25%/117/37kV阻抗电压伙
1.2=12%~14%伙13=22%~24%〃
2.3=7%~9%接线组别YNynOdll主变调压计算如下计算年份选择2022年2022年本变电所llOkV侧高峰计算负荷190MWz35kV侧10MW最小负荷率取
0.9高峰负荷功率因数取
0.96,低谷功率因数取
0.93调度运行年报显示,马鞍山电网已基本实现逆调压,马二厂220kV母线高峰低谷运行电压变动范围为
224.6kV~
235.6kV采石变220kV母线电压变动范围为
223.4kV~
235.4kVo因此恒兴变220kV母线电压变动范围取为224kV~235kV主变额定电压分别考虑230/115/37和230/117/37kV两种状况计算运行方式及其结果见表7-2表7-3综合两种计算结果表明本所主变额定电压选取230/115/37及230/117/37时,在上述计算条件下,正常高峰方式分头均须放在0挡及以上,其UOkV和35kV母线电压水平才满意部颁电压掌握标准;低谷方式分头则须放在0挡及以下,其llOkV和35kV电压水平才满意部颁电压掌握标准由此可见,主变llOkV侧额定电压选取115kV或117kV均可保证额定分头下中、低压侧电压适应高峰、低谷方式的电压要求,为保证系统电压水平,本文推举230/117/37kV的额定变比后可在方案设计审批后直接进行施工图设计各阶段设计文件编制的深度应满意下列条件1方案设计文件,应满意编制初步设计文件的需要;2初步设计文件,应满意编制施工图设计文件的需要;3施工图设计文件,应满意设施材料选购、非标准设施制作和施工的需要
7.3电气设计内容的深度.
3.1方案设计评估供配电系统设计首先要依据原始资料粗略地勾画出大的框架,以作为可行性讨论,经济、技术论证,方案比较,项目审批的依据其涉及的内容包括本次设计的设计范围;总负荷的初步估算和猜测;L
2、3级负荷的确定;供电电源的回路数、容量、电压等级;变、配电所的位置、数量、容量等表7-2主变额定电压为230/U5/37kV下的调压结果llOkV母线35kV母线运行方式主变分头位置挡/kV220kV母线电压值kV电压值kV电压合格评价x不合格,V合格电压值kV电压合格评价X不合格,V合格-
5.0%
218.
5235120.6x
38.7x-
2.5%
224.
3235117.8x
37.8x
0230.
0235114.6V
36.7V+
2.5%
235.82351115V
35.7V正常高峰+
5.0%
241.
5235108.6V
34.8V一
5.0%
218.
5224114.
4036.6V-
2.5%
224.
3224111.7V
35.8V
0230.
0224108.6V
34.8V+
2.5%
235.
8224105.6x
33.8x正常低谷+
5.0%
241.
5224102.8x
32.9x表7-3主变额定电压为230/117/37kV下的调压结果HOlcV母线35kV母线运行方式主变分头位置挡/kV220kV母线电压值kV电压值kV电压合格评价(X不合格,V合格电压值kV电压合格评价x不合格,V合格—
5.0%
218.
5235122.7x
38.7x-
2.5%
224.
3235119.8x
37.8x
0230.
0235116.6V
36.7V+
2.5%
235.
8235113.4V
35.7V正常高峰+
5.0%
241.
5235110.4V
34.8V一
5.0%
218.
5224116.4V
36.6V-
2.5%
224.
3224113.6V
35.8V
0230.
0224110.4V
34.8V+2・5%235・
8224107.4V
33.8x正常低谷+
5.0%
241.
5224104.6x
32.9x又由于系统电压波动范围受到肯定限制,主变固定挡位也受到限制,调压裕度不大因此,为适应不同运行方式的变化及远景进展,并提高供电质量,本所主变宜选用有载调压变压器方案设计阶段的设计文件应包括设计说明、投资估算和必要的设计图样.
3.2初步设计初步设计阶段,设计文件应包括设计说明书、设计图样、主要电气设施清册、(工程概算)、计算书(供内部使用及存档).设计说明书的内容1)设计依据设计采纳的主要标准及法规;有关职能部门(供电部门、消防部门、通信部门、公安部门等)认定的工程设计资料,相关专业供应的本专业工程设计资料等2)设计范围本工程拟设置的电气系统;依据设计任务书和有关设计资料说明本设计的内容3)变、配电系统负荷等级、负荷容量;供电电压等级,电源数量及回路数,电源引入方式、引入方向,近远期进展规划;备用电源和应急电源方案,容量确定;高、低压供电系统接线形式及运行方式;变、配电所的位置、数量、容量及形式(户内、户外或混合)继电爱护装置的设置;电能计量装置及方式;(高供高计或高供低计,专用柜或非专用柜等);功率因数补偿方式;操作电源和信号说明高压设施操作电源和运行信号装置配置状况;高、低压进出线路的型号及敷设方式4)动力配电系统电源由何处引来、电压等级、配电方式;对重要负荷和特殊重要负荷及其他负荷的供电措施;选用导线、电缆母干线的材质和型号,敷设方式;开关,插座,配电箱、掌握箱等配电设施选型及安装方式;电动机起动及掌握方式的选择5)照明系统照明种类及照度标准;光源及灯具的选择、照明灯具的安装及掌握方式;室外照明的种类、电压等级、光源选择及其掌握方法等;照明线路的选择及敷设方式6)建筑物防雷确定防雷类别;防直接雷击、防侧击雷、防雷击电磁脉冲、防高电位侵入的措施;当采用建(构)筑物混凝土内钢筋做接闪器、引下线、接地装置时,应说明实行的措施和要求7)接地及平安本工程各系统要求接地的种类及接地电阻要求;总等电位、局部等电位的设置要求;接地装置要求,当接地装置需作特殊处理时应说明实行的措施、方法等;平安接地及特殊接地的措施8)其他说明内容热工检测及自动调整系统;火灾自动报警系统;通信系统;有线、闭路电视系统;有线广播、扩音和同声传译系统;公共显示系统;时钟系统;平安技术防范系统;综合布线系统;信息网络交换系统等.设计图样的内容1)电气总平面图(仅有单体设计时,可无此项内容)标示建(构)筑物名称、容量,高、低压线路及其他系统线路走向,回路编号,导线及电缆型号规格,架空线杆位,路灯、庭园灯的杆位,重复接地点等;变、配电站位置、编号和变压器容量;比例、指北针2)变、配电系统包括高、低压供电系统图,应注明开关柜编号,型号及回路编号、一次回路设施型号、设施容量、计算电流、补偿容量、导体型号规格、用户名称、二次回路方案编号平面布置图,应包括高、低压开关柜、变压器、母干线、发电机、掌握屏、直流电源及信号屏等设施平面布置和主要尺寸;图样应有比例,标示房间层高、地沟位置,标高(相对标高)3)配电系统一般只绘制内部作业草图,不对外出图,包括主要干线平面布置图,竖向干线系统图(包。