工厂供电课程设计某冶金机械修造厂35KV降压变电所设计继电保护 .doc

2010年度课程设计某冶金机械修造厂35KV降压变电所设计（继电保护）院 系： 工学院 专 业：电气工程及其自动化 年 级： 08级 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 2010年12月一、 设计任务书（一）设计题目某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计。（二）设计要求 要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，给出设计图样。（三）设计依据1、工厂总平面布置图 另附（参看图一）2、工厂生产任务、规模及产品规格 本厂主要承担全国冶金工业系统矿山、冶炼和轧钢设备的配件生产，即以生产铸造、锻压、铆焊、毛坯件为主体。年生产规模为铸钢件10000t，铸铁件300t，锻件100t，铆焊件2500t。3、工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量（如表1-1和表1-2）4、供用电协议1）、工厂电源从供电部门某220/35KV变电站以35KV双回架空线引入本厂，其中一路作为工作电源，另一路作为备用电源。两个电源不并列运行。变电站距厂东侧8KM。2）系统的短路数据（如表1-3所示）其供电系统图，如图1-1所示。3）供电部门对工厂提出的技术要求：区域变电站35KV馈电线路定时限过流保护装置的整定时间Top=2S，工厂总降压变电所保护的动作时间不得大于1.5S。工厂在总降压变电所35KV电源侧进行能量计量。工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。4）工厂自然条件 本厂所在地区的年最高气温为38，年平均气温为21，年最低气温为2，年最热月平均最高气温为30，年最热月平均气温为25，年最热月地下0.8m处平均气温为25，当地主导风向为东南风，年雷暴日数为20。5）地质水文资料 本厂所在地区平均海拔200m，地层以砂粘土为主，地下水位为3m。（四）设计任务1、设计说明书（目录、负荷计算表、互感器类型的选择、降压所继电保护的整定、防雷保护和接地装置的设计、继电保护及防雷保护图、附录参考文献）2、设计图样（五）设计时间2010年12月16日至2010年12月30日（两周） 指导教师 年 月 日图一 某冶金机械制造厂总平面图二、设计说明书目录一、工厂总平面图3二、负荷计算表5三、互感器的要求及选择6四、变电所继电保护的整定7五、防雷保护与接地装置的设计10六、工厂总平面布置图12七、附录主要参考文献131、负荷计算1.1负荷计算 各厂房的负荷计算如表1-1所示表1-1 各车间380V负荷计算表 序号车间（单位）名称设备容量KW需要系数功率因数计算负荷车间变电所代号变压器台数及容量KVAP30/kwQ30/kvarS30kVAI30/A1铸钢车间20000.40.651.178009361231318708NO.1车变2X8002铸铁车间10000.40.701.02400408571.3787.16NO.2车变2X400砂库1100.70.61.3377102.41128.13194.67小计31100.661.13477510.41699.52152.63铆焊车间12000.30.451.983607138001213.3NO.3车变1#水泵房280.750.80.75211626.2539.84小计12280.442.9381729826.251253.144空压站3900.850.750.88331.5291.72442671.57NO.4车变1X500机修车间1500.250.651.1737.543.957.787.7锻造车间2200.30.551.5266100.3120.1182.4木型车间1860.350.601.3365.185.58108.5168.9制材厂200.280.61.335.66.339.3314.2综合楼200.9101801827小计9861.06523.7529.9755.021146.75锅炉房3000.750.80.75225168.75281.25427.32NO.5车变1X3152#水泵房280.750.80,752115.7526.2539.88仓库（1、2）280.30.651.1726.430.940.6362.73污水提升站140.650.80.759.16.8311.3817.28小计4300.770。.83281.5222.3359.5546.21表1-2 各车间6kv高压负荷计算表序号车间（单位）名称高压设备名称设备容量KW需要系数功率因数计算负荷P30/kWQ30/kvarS30kVAI30/A1铸钢车间电弧炉2X12500.90.870.5722501282.52589.8248.92铸铁车间工频炉2X2000.80.90.48320153.6354.9634.23空压站空压机2X2500.850.850.62425263.5500.148小计0.91269624773660323.4表1-3 区域变电站系统运行方式系统短路容量系统运行方式系统短路容量最大运行方式S.max=200MVA最小运行方式S.max=175MVA2、互感器的要求及选择2.1 电流互感器 在高压电网中，计量仪表的电流线圈和继电保护装置中继电器的电流线圈都是通过电流互感器供电的。这样可以隔离高压电，有利于运行人员的安全，同时可以使仪表等继电器的标准化。它的准确度与它的二次侧所接的负荷大小有关，即与它接入的阻抗大小有关。2.2电压互感器 电压互感器是测量高压用的，其一次绕组与高压电路并联，额定电压与电路电压同一等级，二次绕组额定电压均为100V，它的二次侧不能短路运行，所以它的两侧要装熔断器来切除内部故障。2.3 35KV一次侧高压设备选择其校验如下：（查表5-11选择一次设备的校验项目）2.3.1 电流互感器LQZ-35,600/5的校验 动稳定校验条件imaxish；查表可知LQZ-35,600/5的动稳定倍数为100,1S热稳定倍数为65（5S）额定电压UN等于35KV满足要求；额定电流IN=500A>ish=78.52A满足要求；动稳定度：查资料表得动稳定倍数=100，Ki=600/5=65，根据校验公式热稳定度和动稳定度满足要求。2.3.2 电压互感器JD6-35、35/0.1校验 额定电压等于UN=35KV 35KV满足要求。3、变电所继电保护的整定3.1 35KV主变压器保护装置设计对变压器的下列故障及异常运行的方式，应装设相应的保护装置1） 变压器内部故障有绕组相间短路、绕组匝间短路及其出现的相间短路何在中性点直接接地单相接地故障采用装设瓦斯保护、纵联差动保护。2） 外部相间短路引起的过流采用过流保护，如果过电流时限保护超过0.5S可采用电流速断保护。3） 过负荷保护。4） 变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障，要设置温度保护。3.1.1 主变压器的继电保护装置1）装设瓦斯保护 当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应作用于断开变压器各侧断路器。当变压器安装处电源侧无断路器或短路开关时，可作用于信号。2）变压器的纵联差动保护 10000KVA及以上的单独运行变压器和6300KVA及以上并列运行的变压器，应装设纵联差动保护。6300KVA及以下单独运行的重要变压器，亦可装设纵联差动保护。3）装设过电流保护（已知高压配电所进线上的计算电流I30=78.5）表3-1 短路计算结果表 （已知）短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/KVAIk(3)I(3)I(3)ish(3)Ish(3)Sk(3)K-12.042.042.045.203.0845.5K-24.044.044.047.434.4044.1定时限过流保护 采用两相继电器式接线电流互感变化电流500/5A利用式（6-2）其中IOP=KrelKwIl.max/(KreKi;Il.max)=2I30; Krel=1.2; Kw=1; Kre=0.8; Ki=500/5; 动作电流为：Iop=1.2X1X157/(0.8X100)=2.355A,整定为3A。所以采用DL-10型继电器。过电流保护灵敏系数的检验 利用式（6-4）Sp= Ik.min/Iop.1;其中Ik.min= Ik-2(2)/ Kt;因此保护灵敏系数为：Sp=1X0.866X2040/(100X3)=5.89>1.5满足灵敏系数的要求。反时限多电流保护 采用两相继电器式接线电流互感变化电流500/5A动作电流 Iop=KrelKwIl.max/(KreKi )；其中Il.max=2I30; Krel=1.3; Kw=1; Kre=0.8; Ki=500/5;Iop=1.3X1X2X5000A/(0.8X100X1.735X35)=2.68A，整定为3A。所以采用GL-22/5型电流继电器。动作时限Top整定为;0.5S.过电流保护灵敏系数的检验 利用式（6-4）Sp= Ik.min/Iop.1;其中Ik.min= Ik-2(2)/ Kt=0.866X2040/(100X3)=5.89(查表3-1可知);因此保护灵敏系数为：Sp=1X/1=5.89>1.5满足灵敏系数的要求。4)装设电流速断保护 利用GL-22/5继电器的电流速断装置。 速断电流的整定。Iqb=KrelXKwXImax/(KiXKt)Krel=1.4，Kw=1，Imax=2.04KA，Ki=500/5=100,Kt=35/10=3.5; Ik.max=Ik-2(3)=204KA因此速断电流为： Iqb=1.4X1X2040/(100X3.5)=8.16A,整定为9A。速断电流倍数整定为： Kqb=Iqb/Iop=9/3=3,即整定为3倍（可不为整数，但必须在28之间） 电流速断保护灵敏系数的检验：Ik.min=Ik-1(2)=0.866X2.04KA=1.77KA,Ipb.1=IqbKi/Kw=6AX100/1=0.6KASp=1.77/0.6=2.95，按GB5006292规定，电流保护（含电流速断保护）的最小灵敏系数为 1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏系数满足要求的。5)装设过负荷保护 过负荷动作电流的整定计算Iop=(1.2-1.25)Ii。n/Ki=78.52/100=0.79A，整定为1A。所以采用DL-10型电流继电器。动作时限Top整定为10S。以躲过电动机的自起动，当过负荷保护起动后，在达到时限后仍未返回，则动作ZDJH装置。3.2 10 KV主变压器保护装置设计(1)800KVA变压器保护装置1）装设瓦斯保护 2）定时限过流保护 采用两相继电器式接线电流互感变化电流500/5A动作电流为：IOP=KrelKwIi.max/(KreKi)Iop=1.2X1X157.04/(0.8X100)=3.1A,整定为4A。所以采用DL-10型继电器。动作时限Top整定为1S过电流保护灵敏系数的检验 利用式（6-4）因此保护灵敏系数为：Sp=1X0.866X4040/(100X4)=8.7>1.5满足灵敏系数的要求。反时限多电流保护 采用两相继电器式接线电流互感变化电流500/5A动作电流 Iop=KrelKwIi.max/（KreKi） Iop=1.3X1X2X800A/（0.8X100X1.735X10）=1.49A，整定为2A。所以采用GL-22/5型电流继电器。动作时限Top整定为;0.5S.过电流保护灵敏系数的检验 利用式（6-4）因此保护灵敏系数为：Sp=1X0.866X4040/(100X4)=8.7>1.5满足灵敏系数的要求。4)装设电流速断保护 利用GL-22/5继电器的电流速断装置。 速断电流的整定 速断电流：Iqb=KrelXKwXImax/(KiXKt)Kre=1，Kw=1，Imax=2.04KA，Ki=500/5=100,Kt=10/0.4=25;Ik.max=Ik-2(3)= 4.04KA;因此速断电流为： Iqb=1.4X1X4040/(100X25)=2.26A,整定为4A。速断电流倍数整定为： Kqb=Iqb/Iop=4/2=2,即整定为2倍（可不为整数，但必须在28之间） 电流速断保护灵敏系数的检验：Ik.min=Ik-1(2)=0.866X4.04KA=3.49KA,Ipb.1=IqbKi/Kw=5AX100/1=0.5KASp=3.49/0.5=6.5，按GB5006292规定，电流保护（含电流速断保护）的最小灵敏系数为 1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏系数满足要求的。5)装设过负荷保护 过负荷动作电流的整定计算Iop(01)=(1.2-1.25)Ii。n/Ki=78.52/100=0.79A，整定为1A。所以采用DL-10型电流继电器。动作时限Top整定为10S。以躲过电动机的自起动，当过负荷保护起动后，在达到时限后仍未返回，则动作ZDJH装置。3.3 防雷保护与接地装置的设计3.3.1变电所的防雷保护1、装设避雷针或避雷带（网）变配电所及其屋外配电装置，应装设避雷针以防护直击雷。2、装设避雷器 用以防止雷电入侵波对变配电所电气装置特别是主变压器的危害。（1）直击雷的防护 在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。 如变电所的住变压器装在室外或有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包括整个变电所。如果变电所处在其他建筑物的直击雷防护范围以内时，则可不必另设避雷针。按规定，独立避雷针的接地装置接地电阻.通常采用36根长2.5m、的钢管，在装避雷针的杆塔附近作一排或多边形排列管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6m。接地管间用40mm×4mm的镀锌扁钢焊接相连。引下线用25mm×4mm的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用的镀锌圆钢，长11.5m。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。 (2) 雷电侵入波的防护 1）在10kv电。源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器。引下线采用25mm*4mm的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端螺栓连接。2）在10kv高压配电室内装设有GG-1A(F)-54型开关柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。3）在380v低压架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以保护沿低压架空线侵入的雷电波。3.3.2 变电所公共接地装置的设计接地电阻的要求 按表9-6，此变电所公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：图一 变配电所对雷电入侵波的防护接线图图二 电力变压器的防雷保护机器接地系统4、工厂总平面布置图附录参考文献1、工厂供电 200年12月第5版 机械工业出版社 刘介才 编2、工厂供电课程设计指导 刘介才主编3、 图2- 1某冶金机械厂总平面布置图