工厂供配电系统设计样本.doc

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工厂供配电系统设计
1高压供电线路设计
1.1配电室选址
一、 配电所的设计要求:
1、 供电可靠, 技术先进, 保障人身安全, 经济合理, 维修方便。
2、 根据工程特点, 规模和发展规划, 以近期为主, 适当考虑发展, 正确处理近期建设和原期发展的关系, 进行远近结合。
3、 结合负荷性质, 用电容量, 工程特点, 所址环境, 地区供电条件和节约电能等因素, 并征求建设单位的意见, 综合考虑, 合理确定设计方案。
4、 变配电所采用的设备和元件, 应符合国家或行业的产品技术标准, 并优先选用技术先进, 经济适用和节能的成套设备及定型产品。
5、 地震基本强度为7度及以上的地区, 变配电所的设计和电气设备的安装应采取必要的抗震措施。
二、 变配电所选址:
变配电所地址选择应根据下列要求综合考虑确定:
1、 接近负荷中心;
2、 接近电源侧;
3、 进出线方便;
4、 运输设备方便;
5、 不应设在有剧烈震动或高温的地方;
6、 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所;
7、 不应设在厕所, 浴室或其它经常积水场所的正下方, 也不宜与上述场所相贴邻;
8、 不应设在地势低洼和可能积水的场所;
9、 不应设在有爆炸危险的区域里;
10、 不宜设在有火灾危险区域的正上方或正下方。

1.2负荷等级的划分

一、 符合下列情况之一时, 应为一级负荷:
1、 中断供电将造成人身伤亡时。
2、 中断供电将在政治、 经济上造成重大损失时。例如:重大设备损坏、 重大产品报废、 用重要原料生产的产品大量报废、 国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。
3、 中断供电将影响有重大政治、 经济意义的用电单位的正常工作。例如:重要交通枢纽、 重要通信枢纽、 重要宾馆、 大型体育场馆、 经常见于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中, 当中断供电将发生中毒、 爆炸和火灾等情况的负荷, 以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷, 应视为特别重要的负荷。
二、 符合下列情况之一时, 应为二级负荷:
1、 中断供电将在政治、 经济上造成较大损失时。例如:主要设备损坏、 大量产品报废、 连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、 重点企业大量减产等。
2、 中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如:交通枢纽、 通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷, 以及中断供电将造成大型影剧院、 大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。③不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。
根据工厂的生产特性, 并考虑中断供电对其所产生的影响情况, 故将本厂的用电负荷划分为二级负荷。

1.3对接线方案的选择

一、 主接线方案设计原则与要求
变电所的主接线, 应根据变电所在供电系统中的地位、 进出线回路数、 设备特点及负荷性质等条件确定, 并应满足安全、 可靠、 灵活和经济等要求。
1、 安全 应符合有关国家标准和技术规范的要求, 能充分保证人身和设备的安全。
2、 可靠 应满足电力负荷特别是其中一、 二级负荷对供电可靠性的要求。
3、 灵活 应能必要的各种运行方式, 便于切换操作和检修, 且适应负荷的发展。
( 4、 经济 在满足上述要求的前提下, 尽量使主接线简单, 投资少, 运行费用低, 并节约电能和有色金属消耗量。
二、 常见主接线方案
1、 只装有一台主变压器的变电所主接线方案
只装有一台主变压器的变电所, 其高压侧一般采用无母线的接线, 根据高压侧采用的开关电器不同, 有三种比较典型的主接线方案:
( 1) 高压侧采用隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器的主接线方案;
( 2) 高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷型跌开式熔断器的主接线方案;
( 3) 高压侧采用隔离开关-断路器的主接线方案。
2、 装有两台主变压器的变电所主接线方案
装有两台主变压器的变电所的典型主接线方案有:
( 1) 高压无母线、 低压单母线分段的主接线方案;
( 2) 高压采用单母线、 低压单母线分段的主接线方案;
( 3) 高低压侧均为单母线分段的主接线方案。
三、 主接线方案确定
1、 10kV侧主接线方案的拟定
由工厂负荷计算表( 见附录三) 可知, 高压侧进线有一条10kV的公用电源干线, 为满足工厂二级负荷的要求, 又采用与附近单位连接高压联络线的方式取得备用电源, 因此, 变电所高压侧有两条电源进线, 一条工作, 一条备用, 同时为保证供电的可靠性和对扩建的适应性因此10kV侧可采用单母线或单母线分段的方案。
2、 380V侧主接线方案的拟定
由原始资料可知, 工厂用电部门较多, 为保证供电的可靠性和灵活性可采用单母线或单母线分段接线的方案, 对电能进行汇集, 使每一个用电部门都能够方便地获得电能。
3、 方案确定
根据前面章节的计算, 若主变采用一台S11型变压器时, 总进线为两路。为提高供电系统的可靠性, 高压侧采用单母线分段形式, 低压侧采用单母线形式, 其系统图见图1。
若主变采用两台S11型变压器时, 总进线为两路, 为提高供电系统的可靠性, 高压侧采用单母线分段形式, 两台变压器在正常情况下分裂运行, 当其中任意一台出现故障时另一台作为备用, 当总进线中的任一回路出现故障时两台变压器并列运行。低压侧采用也单母线分段形式, 其系统图见图2。

图1 采用一台主变时的系统图

图2 采用两台主变时的系统图
　比较项目
　装设一台主变的方案
　　装设两台主变的方案
技术指标
　供电安全性
　满足要求
　满足要求
　供电可靠性
　基本满足要求
　满足要求
　供电质量
　由于一台主变, 电压损耗略大
　由于两台主变并列, 电压损耗略小
　灵活方便性
　只有一台主变, 灵活性不好
　由于有两台主变, 灵活性较好
　扩建适应性
　差一些
　更好
经济指标
　电力变压器的
综合投资额
　按单台22.598万元计, 综合投资
为2×22.598=45.196万元
按单台15.217万元计, 综合投资
为4×15.217=60.868万元
　高压开关柜( 含计量柜) 的综合投资额
　按每台4.2万元计,综合投资约为
5×1.5×4.2=31.5万元
　6台GG-1A( F) 型柜综合投资约
为6×1.5×4.2=37.8万元
　电力变压器和高压开关柜的年运行费
　主变和高压开关柜的折旧和维修
管理费约7万元
　主变和高压开关柜的折旧和维修
管理费约10万元
　交供电部门的一次性供电贴费
　按800元/kVA计, 贴费为1600
×0.08万元=128万元
　贴费为2×1000×0.08=160万元
表1

上表1是两种主接线方案的比较, 从上表能够看出, 按技术指标, 装设两台主变的主接线方案优于装设一台主变的方案。从经济指标来看, 装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案。由于集中负荷较大, 已经大1250kVA,低压侧出线回路数较多, 且有一定量的二级负荷, 考虑今后增容扩建的适应性, 从技术指标考虑, 采用于装设两台主变的方案。

1.4配电柜选择

对于配电柜选择的选择, 应满足下列要求:
一、 高压开关柜的结构应保证工作人员的安全和便于运行、 维护、 检查、 检修和试验。
二、 高压开关柜的结构应有足够的机械强度, 以保证在操作一次设备时, 二次设备不会产生永久性变形和影响性能的弹性变形。
三、 开关柜内必须有工作位置、 试验位置、 以保证手车处于以上位置时, 不能随意移动。
四、 开关柜内手车的推进与拉出应灵活方便, 不产生冲击力, 相同规格的手车应具有互换性。
五、 沿所有开关柜整个长度延伸方向应设有专用的接地导体。
六、 ”五防”联锁要求:
●断路器手车只能在试验或工作位置时, 断路器才能进行合、 分阐操作。
●当接地开关处于分闸状态时, 手车才能从试验或断开位置移到工作位置。
●手车处于工作位置时, 接地开关操作轴被锁定, 接地开关不能合闸。
●当断路器处于合闸状态时, 丝杆被锁定, 不能移动手车。
●只有当接地开关合上, 电缆室门才能打开检修电缆。
●断路器在工作位置, 二次插头不能拨下。
七、 二次回路导线应有足够的截面, 从而不致影响互感器准确度, 应使用铜导线, 其截面电流回路采用不小于2.5mm、 电压回路不小于1.5 mm.
八、 开关柜电缆室门要求做成带绞链, 并与断路器联锁, 满足五防功能。
九、 电流互感器的安装要求便于拆装和做试验。
十、 高压开关柜的结构必须是中置式开关柜, 断路器室下部必须是一个独立小室, 中间加隔板完全分开。
对于原有系统, 采用的是固定式开关柜, 柜内继电保护主要是电磁式继电器, 操作复杂, 稳定性差, 制约生产因素多, 属于落后产品, 且防护等级已经达不到现有要求, 不能满足现有生产的需要。综合比较现有的多种配电柜, 研究其各自的特点, 最终采用了KYN系列开关柜, 此柜采用中置式结构, 节约了断路器室约50%的空间, 更有利于电缆的安装, 且技术含量高, 容量大, 结构设计合理, 牢固, 外型美观, 安全可靠, 防护等级高, 维修量小等特点, 还能够与微机接口, 实现配电站的自动化。
2无功补偿
工厂供配电系统中, 功率因数的高低是衡量一个工厂电能质量的重要指标, 功率因数偏低就意味着系统中无功电源不足, 会导致系统电压降低而造成电能损耗增加, 用电效率降低, 限制了供电线路的送电能力。供电部门一般要求工厂的月平均功率因素达到0.9以上, 当企业的自然总平均功率因数较低, 单靠提高用电设备的自然功率达不到要求时, 应采用必要的无功功率补偿设备进一步提高工厂的功率因数。
本工厂中, 采用电力电容器进行无功功率补偿。
补偿方式有两类:
一、 高压集中补偿
高压集中补偿是将并联电容器集中装设在高压配电所的高压母线上, 这种补偿方式只能补偿高压母线前边所有线路上的无功功率, 而高压母线后面的无功功率得不到补偿, 这种补偿方式只适合于大中型企业。
二、 低压集中补偿
低压集中补偿将并联电容器装设在变电所的低压母线上, 一般负荷较集中的小型企业用此补偿方式比较经济。
并联电容器量的确定如下公式所示:
( 1)
公式中: --总平均最大功率kW;
--最大使用时平均功率因数;
, --目标功率因数, 取0.97~0.98。
三、 低压分散补偿
低压分散补偿是将并联电容器分散地装设在各个用电负荷的附近。这种补偿范围大, 不但能减少高压线路上的无功功率同时也减少了低压线路中的无功功率, 减少了电气设备的容量和各导线的截面, 降低了电能的损耗。这种方式用在负荷比较分散, 补偿容量小的企业比较适宜。
补偿容量计算如下公式所示:
( 2)

公式中: --补偿前企业自然平均功率角的正切值;
--补偿后企业功率因数角的正切值;
--年平均有功负荷系数, 一般取0.7~0.75;
--无功功率补偿率, kvar/kW 。
根据实际情况, 考虑到本工厂负荷多为高压供电, 故采用高压集中补偿的方式进行补偿。由于本厂配备的用电设备大多属于电动机, 故需要补偿的容量比较小, 采用的是电容器自动投补的方式。

3高压侧短路电流, 短路容量的确定
进行短路电流计算, 首先要绘制计算电路图。在计算电路图上, 将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来, 并将各元件依次编号, 然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流经过。
接着, 按所选择的短路计算点绘出等效电路图, 并计算出电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上, 只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来, 并标明其序号和阻抗值, 然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说, 由于将电力系统当作无限大容量电源, 而且短路电路也比较简单, 因此一般只需采用阻抗串、 并联的方法即可将电路化简, 求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。
短路电流计算的方法, 常见的有欧姆法( 又称有名单位制法, 因其短路计算中的阻抗都采用有名单位”欧姆”而得名) 和标幺制法( 又称相对单位制法, 因其短路计算中的有关物理量采用标幺值即相对单位而得名) 。
本设计采用标幺制法计算
一、 标幺制法计算步骤和方法
1、 绘计算电路图, 选择短路计算点。计算电路图上应将短路计算中需计入的因此电路元件的额定参数都表示出来, 并将各个元件依次编号。
2、 设定基准容量和基准电压, 计算短路点基准电流。一般设S=100MVA, 设U=U( 短路计算电压) 。短路基准电流按下式计算:
(3)
3、 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。
电力系统的电抗标幺值
(4)
式中: S——电力系统出口断路器的断流容量( 单位为MVA) 。
电力线路的电抗标幺值
(5)
式中 U——线路所在电网的短路计算电压( 单位为kV) 。
电力变压器的电抗标幺值
(6)
式中: U%——变压器的短路电压( 阻抗电压) 百分值;
S——变压器的额定容量( 单位为kVA,计算时化为与S同单位) 。
4、 绘短路回路等效电路, 并计算总阻抗。用标幺制法进行短路计算时, 无论有几个短路计算点, 其短路等效电路只有一个。
5、 计算短路电流。分别对短路计算点计算其各种短路电流: 三相短路电流周期分量、 短路次暂态短路电流、 短路稳态电流、 短路冲击电流及短路后第一个周期的短路全电流有效值( 又称短路冲击电流有效值) 。
(7)
在无限大容量系统中, 存在下列关系:
== (8)
高压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算:
=2.55 (9)
=1.51 (10)
低压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算:
=1.84 (11)
=1.09 (12)
6、 计算短路容量
(3-13)

图3 并列运行时短路计算电路

二、 两台变压器并列运行计算( 由以上公式进行计算, 计算过程此处略)
三、 两台变压器分裂运行计算( 由以上公式进行计算, 计算过程此处略)
四、 短路电流计算结果
短路电流计算结果见表1、 表2:

表1 并列运行时短路电流计算结果
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MVA

K1
1.96
1.96
1.96
5.0
2.96
35.7
K2
19.7
19.7
19.7
36.25
21.47
17
K3
19.7
19.7
19.7
36.25
21.47
17

表2 并列运行时短路电流计算结果
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MVA

K1
1.96
1.96
1.96
5.0
2.96
35.7
K2
25.8
25.8
25.8
52.5
31.1
19.8

比较变压器并列和分裂运行两种情况下的短路计算, 可得出分裂运行时的低压侧短路电流较并列运行时有明显减小, 因此, 为降低短路电流水平, 所设计变电站一般情况下应分裂运行。

4设备的选择与校验
供配电系统中的导线及电气设备包括电力变压器, 高低压开关电器, 互感器等, 均需要依据正常工作条件, 环境条件及安装条件进行选择, 部分设备还需要依据故障情况进行短路电流的动稳定度, 热稳定度校验, 在保障供配电系统安全可靠工作的前提下, 力争做到运行维护方便, 技术先进, 投资经济合理。
供配电系统中的电气设备按正常工作条件进行选择, 就是要考虑电气设备装设的环境条件和电气要求: 环境条件是指电气设备所处的位置(户内或户外), 环境温度, 海拔高度以及有无防尘, 防腐, 防火, 防爆等要求;电气要求是指电气设备对电压, 电流, 频率等方面的要求; 对开关电器及保护用设备, 如开关, 熔断器等, 还应考虑其断流能力。
电气设备短路情况进行校验, 就是要按最大可能的短路故障(一般为三相短路故障)时的动, 热稳定度进行校验。但熔断器和有熔断保护的电器和导体(如电压互感器等), 以及架空线路, 一般不必考虑动稳定度, 热稳定度的校验, 对电缆, 也不必进行动稳定度的校验。
在供配电系统中尽管各种电气设备的作用不一样, 但选择的要求和条件有诸多是相同的。为保证设备安全, 可靠的运行, 各种设备均应按正常工作条件下的额定电压和额定电流选择, 并按短路故障条件校验其动稳定度和热稳定度。

4.1 一次设备选择与校验的条件

为了保证一次设备安全可靠地运行, 必须按下列条件选择和校验:
一、 按正常工作条件, 包括电压、 电流、 频率、 开断电流等选择。
二、 按短路条件, 包括动稳定和热稳定来校验。
三、 考虑电气设备运行的环境条件和温度、 湿度、 海拔以及有无防尘、 防腐、 防火、 防爆等要求。

4.2 按正常工作条件选择

一、 按工作电压选择
设备的额定电压不应小于所在线路的额定电压, 即
(14)
二、 按工作电流选择
设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流, 即
(15)
三、 按断流能力选择
设备的额定开断电流I或断流容量S不应小于设备分断瞬间的短路电流有效值I或短路容量S, 即
(16)
或
(17)

4.3 按短路条件校验

短路条件校验, 就是校验电器和导体在短路时的动稳定和热稳定。
一、 隔离开关、 负荷开关和断路器的短路稳定度校验
1、 动稳定校验条件
(18)
或
(19)
式中: 、 ——开关的极限经过电流( 动稳定电流) 峰值和有效值( 单位为kA) ;
、 ——开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值( 单位为kA) 。
2、 热稳定校验条件
(20)
式中: —— 开关的热稳定电流有效值( 单位为kA) ;
—— 开关的热稳定试验时间( 单位为s) ;
—— 开关所在处的三相短路稳态电流( 单位为kA) ;
—— 短路发热假想时间( 单位为s) 。
二、 电流互感器的短路稳定度校验
1、 动稳定校验条件
(21)
或
(22)
式中: ——电流互感器的动稳定电流( 单位为kA) ;
——电流互感器的动稳定倍数( 对) ;
——电流互感器的额定一次电流( 单位为A) 。
2、 热稳定校验条件
(23)
或
(24)
式中: —— 电流互感器的热稳定电流( 单位为kA) ;
—— 电流互感器的热稳定试验时间, 一般取1s;
—— 电流互感器的热稳定倍数( 对) 。

4.4高低压母线的选择

按照最大负荷计算高压母线上的最大电流为=115.5A, 低压母线上的最大电流=3039A。根据计算电流和《GB50053－94 10kV 及以下变电所设计规范》中的规定, 高压母线选择TMY-3×(60×6)型母线, 相母线尺寸均为60mm×6mm, 其载流量为2240A; 低压母线选择TMY-3×(80×10)+ 60×6型母线, 即相母线尺寸为80mm×10mm,中性母线尺寸为60mm×6mm, 其载流量为3232A。

4.5高压侧断路器的选择与校验

对于高压侧断路器, 以前使用的是II型少油断路器。经过多年的使用发现, 10kV少油断路器运行中存在检修次数频繁、 检修工作量大, 渗漏问题较难处理问题, 在一定的条件下会产生高压可燃的气体, 乃至发生爆炸, 因此在电力发展过种中, 这种断路器越来越不能满足社会发展的需要。
由于放置在室内, 且其开断能力较大, 故使用真空断路器。研究发现, 真空断路器与少油断路器相比较有着明显的优势:
一、 真空断路器维护简单, 无爆炸危险, 无污染, 噪音低, 检修费用低, 故障率低。
二、 灭弧室开断后介质恢复快, 不需要冷却和更换, 熄弧能力底, 无损耗, 触头压力小。
三、 开断电流大, 主回路接触电阻小, 并适合于频繁操作等比较苛刻的工作条件。
四、 真空断路器使用寿命长, 一般可达20年左右, 可靠性高。
相比各种真空断路器, VS1的机械传动设计的比较好, 可靠性高, 选择型号为VS1-12的真空断路器, 且与配电柜为成套产品。
对于高压侧断路器的校验, 只需其开断能力大于短路电流即可。由于其为成套产品, 查产品样本, 断路器的选择均满足要求。而断路器的速断保护、 过电流保护、 零序保护、 高温报警等, 均与二次回路有关。

4.6互感器的选择与校验

互感器是电流互感器和电压互感器的统称。她们实质上是一种特殊的变压器, 可称为仪用变压器或测量互感器。互感器是根据变压器的变压, 变流原理将一次电量(电压, 电流)转变成同类型的二次电量的电器, 该二次电量可作为二次回路中测量仪表, 保护继电器等设备的电源或信号源。因此, 她们在供配电系统中具有重要的作用, 其主要功能为:
变换功能: 将一次回路的大电压和大电流变换成适合仪表, 继电器工作的小电压和小电流。
隔离和保护功能: 互感器作为一, 二次电路之间的中间元件, 不但使仪表, 继电器等二次设备与一次主电路隔离, 提高了电路工作的安全性和可靠性, 而且有利于人身安全。
扩大仪表、 继电器等二次设备的应用范围: 由于互感器的二次侧的电流或电压额定值统一规定为5A( 1A) 及100V, 经过改变互感器的变比, 能够反映任意大小的主电路电压和电流值, 而且便于二次设备制造规格统一和批量生产。
一、 电流互感器的选择与校验
1、 电流互感器的选择
电流互感器应能做到系统正常时长期运行, 并取得准确等度级要求的电流传变值。同时尚应能承受短时短路电流的作用。
( 1) 满足工作电压要求, 即:

式中 : 为电流互感器最高工作电压;
为电流互感器最装设处的最高工作电压;
为电流互感器额定电压;
为系统的标称电压。
( 2) 满足工作电流要求应对一, 二次侧分别考虑。
1)一次侧额定电流:

式中, 为线路计算短路电流。
2)二次额定电流:

3)准确度等级 已知电流互感器的准确度与一次侧电流大小和二次侧负荷大小有关。
2、 电流互感器的校验
因线路短路时, 短路电流会流过电流互感器的一次绕组, 因此应做动, 热稳定校验。以高压侧任一电流互感器为例:
查出其动稳定倍数为215, 热稳定倍数为120
( 1) 动稳定性校验
由公式:
( 25)
计算:

满足动稳定要求。
式中为电流互感器的动稳定倍数(对);
( 2) 热稳定性校验
由公式:
( 26)
计算:

满足热稳定要求。
式中: 为电流互感器的热稳定倍数(对);
为电流互感器的热稳定试验时间, 一般取1s。
为短度发热假想时间, 高速断路器取0.1s。
可知, 电流互感器的选择满足要求。其它电流互感器的选择类似。
二、 电压互感器的选择
1、 对一次侧电压要求:

式中: 为电压互感器最高工作电压;
为电压互感器装设处的最高工作电压
为电压互感器额定电压
为系统的标称电压
2、 二次侧电压:
电压互感器二次侧额定电压应满足仪表额定电压为100V的要求。
本题采用完全星型接法。
本题中用在高压侧的电压互感器, 考虑以上条件, 选择型号均为JDZ-1010/0.1 KV的电压互感器。

4.7避雷器的选择

避雷器是一种能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量, 保护电工设备免受瞬时过电压危害, 又能截断续流, 不致引起系统接地短路的电器装置。避雷器一般接于带电导线与地之间, 与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时, 避雷器立即动作, 流过电荷, 限制过电压幅值, 保护设备绝缘;电压值正常后, 避雷器又迅速恢复原状, 以保证系统正常供电。
避雷器有管式和阀式两大类。阀式避雷器分为碳化硅避雷器和金属氧化物避雷器(又称氧化锌避雷器)。管式避雷器主要用于变电所、 发电厂的进线保护和线路绝缘弱点的保护。碳化硅避雷器广泛应用于交、 直流系统, 保护发电、 变电设备的绝缘。氧化锌避雷器由于保护性能优于碳化硅避雷器, 正在逐步取代后者, 广泛应用于交、 直流系统, 保护发电、 变电设备的绝缘, 特别适用于中性点有效接地的110千伏及以上电网。
这里, 我们选用ZnO避雷器, 是因为:氧化锌阀片具有很理想的非线性伏安特性。普通的阀型避雷器的阀片是金刚砂SiC,试验中发现 ZnO、 SiC电阻阀片在10KA电流下的残压相同, 但在额定电压下ZnO对应的电流一般在10-5A以下, 可近似的认为其续流为零, 而SiC的续流却是100A左右。也就是说在工作电压下, 氧化锌阀片实际上相当一绝缘体。
ZnO避雷器除了有效理想的非线性伏安特性外, 其主要优点是:
一、 无间隙。在工作电压作用下, ZnO实际上相当于一绝缘体, 因而工作电压不会使ZnO阀片烧坏, 因此不用串联间隙来隔离工作电压(SiC阀片在正常工作电压下有几十安电流, 会烧坏阀片, 因此, 不得不串联间隙)。由于无间隙, 当然也就没有传统的SiC避雷器那样因串联间隙而带来的一系列问题, 如污秽, 内部气压变化使串联间隙放电电压不稳定等。同时, 因无间隙, 故大大改进了陡波下的响应特性。
二、 无续流。当作用在ZnO阀片上的电压超过某一值(此值称为起始动作电压)时, 将发生”导通”其后, ZnO阀片上的残压受其良好的非线性特性所控制, 当系统电压降至起始动作电压以下时, ZnO避雷器的”导通”状态终止, 有相当于一绝缘体, 因此不存在工频续流, 而SiC避雷器却不同, 它不但要吸收过电压的能量, 而且还要吸收过电压能量即可, 这样对ZnO避雷器的热容量的要求就比SiC低的多。
三、 电气设备所受过电压能够降低。虽然10KA雷电流下的残压值ZnO避雷器与SiC相同, 当后者只在串联间隙放电后才一可将电流泄放, 而前者在整个过电压过程中都有电流流过, 因此降低了作用在变电站电气设备上的过电压。
四、 通流容量大。ZnO避雷器的通容流量较大能够用来限制内部过电压。另外, 由于无间隙和通流容量大, 故ZnO避雷器体积小、 重量小、 结构简单、 运行维护方便、 使用寿命也长。由于无续流, 故也可使用于直流输电系统。
ZnO避雷器的主要特性有起始动作电压及压比等。起始动作电压又称转折电压, 从这一点开始, 电流将随电压的升高而迅速增加, 也即其非线性系数a将迅速进入0.02——0.05的区域。一般是以1 mA下的电压作为起始动作电压, 其值的最大允许工作电压峰值的105%——115%。
压比是指氧化锌避雷器经过大电流是的残压与经过一毫安直流电流时的电压之比, 例如10kA压比是指经过冲击电流10kA时的残压与1 mA(直流)时电压之比, 压比越小, 意味着经过大电流时之残压越低, 则ZnO的保护性能越好, 当前, 此值约为1.6——2.0。
当前, 各国生产的氧化锌避雷器, 在电压等级较低时(如110KV以下)大部分是采用无间隙的。对于超高压避雷器, 在电压等级较低压比时, 则采用并联或串联间隙的方法: 为了降低大电流时的残压而又不加大阀片在正常运行中的电压负担以减轻氧化锌阀片的老化, 往往也才用并联或串联间隙的方法。
由于氧化锌避雷器具有上述一系列的优点, 且造价较低, 故取代SiC避雷器已是大势所趋。当前已有额定电压750KV以下的系列产品, 中国也己生产10KV及以下电压等级的氧化锌避雷器。
选择的氧化锌避雷器型号为HY5WS-17/45。其中, H表示复合有机外套, Y表示金属氧化物避雷器, 5表示标称放电电流为5kA, W表示无间隙, S表示配电, 17表示避雷器的额定电压为17kV , 45表示标称放电电流下最大残压为45kV 。

4.8 接地装置的选择

一、 电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接, 称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体, 称为接地体, 或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体, 称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、 金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等, 称为自然接地体。连接接地体与设备、 装置接地部分的金属导体, 称为接地线。接地线在设备、 装置正常运行情况下是不载流的, 但在故障情况下要经过接地故障电流。
接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体, 称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。
二、 确定此配电所公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢
1、 确定接地电阻
按相关资料可确定此配电所公共接地装置的接地电阻应满足以下两个条件:
RE ≤ 250V/IE
RE ≤ 10Ω
式中IE的计算为
IE = IC = 60×(60＋35×4)A/350 = 34.3A
故 RE ≤ 350V/34.3A = 10.2Ω
综上可知, 此配电所总的接地电阻应为RE≤10Ω
2、 接地装置初步方案
现初步考虑围绕变电所建筑四周, 距变电所2～3m, 打入一圈直径50mm、 长2.5m的钢管接地体, 每隔5m打入一根, 管间用40×4mm的扁钢焊接。
3、 计算单根钢管接地电阻
查相关资料得土质的ρ = 100Ω·m
则单根钢管接地电阻RE(1) ≈ 100Ω·m/2.5m = 40Ω
4、 确定接地钢管数和最后的接地方案
根据RE(1)/RE = 40/4 = 10。但考虑到管间的屏蔽效应, 初选15根直径50mm、 长2.5m的钢管作接地体。以n = 15和a/l = 2再查有关资料可得ηE ≈ 0.66。 因此可得
n = RE(1)/(ηERE) = 40Ω/(0.66×4)Ω ≈ 15
考虑到接地体的均匀对称布置, 选16mm根直径50mm、 长2.5m的钢管作地体, 用40×4mm的扁钢连接, 环形布置。
5工厂供配电二次回路的设计
变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。一次设备(也称主设备)是构成电力系统的主体, 它是直接生产、 输送和分配电能的设备, 包括发电机、 电力变压器、 断路器、 隔离开关、 电力母线、 电力电缆和输电线路等。二次设备是对一次设备进行控制、 调节、 保护和监测的设备, 它包括控制器具、 继电保护和自动装置、 测量仪表、 信号器具等。二次设备经过电压互感器和电流互感器与一次设备取得电的联系。一次设备及其连接的回路称为一次回路。二次设备按照一定的规则连接起来以实现某种技术要求的电气回路称为二次回路。
二次回路包括监视、 测量与计量仪表、 继电保护及自动装置、 开关控制与信号设备、 操作电源与控制线路所组成的回路, 用以保证一次设备的工作与安全运行系统。
二次回路的设计, 包括二次回路接线原理图、 二次回路原理展开图和二次回路平面布置图。二次回路可划分为下列几部分;
电压回路: 由电压互感器与仪表、 继电器等的电压线圈组成。
电流回路: 由电流互感器与仪表、 继电器等的电压线圈组成。
操作回路: 由操作电源与断路器的掉闸、 合闸线圈等组成。
信号回路: 由信号电源与光字牌、 警铃、 电笛等组成。
二次回路包括交流回路和直流回路两大部分。交流回路包括电压互感器的电压回路和电流互感器的电流回路。直流回路包括控制、 合闸、 信号等回路共有25条直流小母线。每条小母线都用专用文字符号和数字符号标示。参照二次回路基本图例, 并结合系统实际情况, 在最大程度的优化设备控制及运行的情况下, 研究设计出了能满足本厂供配电系统安全可靠供电的二次回路。
各种测量二次回路如下图所示(以3号HM压缩机为例):

A电流测量

图4 电流测量装置图

B过流保护测量

图5 过流保护测量装置图

C接地保护测量

图6 接地保护装置图

D电压测量

图7 电压测量装置图

图8 差动保护测量回路图

测量回路, 主要是利用各种电流, 电压互感器进行测量。测量的各种数据, 将传递给各自的保护回路。保护回路控制一次回路上断路器的分合, 就能够实现各种突发事件的控制。如差动保护测量回路将电信号传递给差动保护二次回路, 以实现保护功能。如下图所示。

图9 差动保护二次回路示意图

从图中能够看出各种回路虽然保护对象不同, 但只要保护的对象发生异常情况, 都能够根据观察信号灯, 操作控制开关来进行各一次回路上断路器的合闸与跳闸。而且从灯的颜色也能够辩明事故信号, 预告信号等重要信息。这样, 保护装置和监测装置动作后都要发出相应的信号提醒或提示运行人员, 从而保障供电的安全性。
6节能措施
为了提高电能的利用率和使用效率, 节约能源节约资金, 工厂的节电工作涉及面很广, 既包括配电系统的节能改造, 也包括电动机、 风机、 水泵等用电设备的节能改造。其中, 配电系统的电能损耗率(简称线损率)是工厂一项重要的电气综合技术经济指标, 电气管理人员必须切实做好线损管理工作。工厂的配电系统电能损耗与厂内的负荷分布、 网络结构、 无功配量、 运行方式、 用电构成、 电压等级以及一、 二次设备的技术性能等因素有关。配电网损耗理论上由三部分组成, 即发生在线路导线电阻上的电能损失, 发生在配电变压器高低压绕组电阻