供电毕设(含外文文献+中文翻译).doc
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沈阳理工大学学士学位论文
某钢铁企业变电所保护系统及防护系统设计
1绪论
1．1变电站继电保护的发展
变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，失恋系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用，电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。
继电保护的发展现状，电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。
随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。
国内外继电保护技术发展的趋势为：
计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化。
继电保护的未来发展，继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量、数据通信一体化发展。
微机保护技术的发展趋势：
①高速数据处理芯片的应用
②微机保护的网络化
③保护、控制、测量、信号、数据通信一体化
④继电保护的智能化
1.2本文的主要工作
在本次毕业设计中，我主要做了关于某钢铁企业变电所保护系统及防护系统设计，充分利用自己所学的知识，严格按照任务书的要求，围绕所要设计的主接线图的可靠性，灵活性进行研究，包括：
负荷计算、主接线的选择、短路电流计算，主变压器继电保护的配置以及线路继电保护的计算与校验的研究等等。
1.3设计概述
1.3.1设计依据
1）继电保护设计任务书。
2）国标GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》
3）《工业企业供电》
1.3.2设计原始资料
本企业共有12个车间，承担各附属厂的设备、变压器修理和制造任务。
1、各车间用电设备情况
用电设备明细见表1.1所示。
表1.1用电设备明细表
序号
用电设备名称
设备容量
负荷性质
1
电修车间
505
三级负荷
2
机械加工车间
786
3
新产品试制车间
634
4
原料车间
414
5
备件车间
262
6
锻造车间
350
7
空压站
622
8
大线圈车间
335
9
成品试验站
290
10
加压站、转供负荷
256
11
大型集中负荷
1600
12
锅炉房
369
二级负荷
2、负荷性质
本厂大部分车间为一班制，少数车间为两班或者三班制，年最大有功负荷利用小时数为。
由于锅炉房供生产用高压蒸汽，停电会使锅炉发生危险。
而且该厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。
因此，锅炉房供电要求具有较高的可靠性，负荷性质属于二级负荷，其余车间均为三级负荷。
3、变电所数量及供配电系统电压确定
（1）根据本企业的厂区范围和负荷分布情况，在该厂区设置一个总降压变电所，可满足本企业的供电要求。
（2）供电电压确定。
根据当地电网的供电电压等级，同时考虑用电设备的负荷容量和供电距离等因素，与电力部门协商确定供电电压为。
（3）配电电压选择。
高压配电电压的选择，主要取决于高压用电设备的电压及其容量、数量等因素。
考虑到该厂的规模不大，采用作为该企业用电设备配电电压比较经济合理。
4、供电电源条件
当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选定：
（1）待设计总降压变电所的主电源由上一级某区域变电站（）提供电源，架空线引入，作为工作电源进线，此站距企业南侧。
（2）另一路10kV电源作为备用电源，从某变电所经电缆线引入该企业，此所距企业南侧
（3）总降压变电所引入两路电源进线，分别在两路进线电源分别设有计量电能的高压计量柜。
（4）上一级某区域变电站配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。
5、该地区气象及地质资料
（1）气象资料，年最高气温年平均气温，年最低气温，年最热月平均最高气温，年最热月平均气温，最热月地下处平均温度，常年主导风向为南风，年雷暴日数。
（2）地质水文资料，平均海拔，地层以砂粘土为主，地下水位。
2负荷计算及变压器选择
2.1负荷计算
图2.1供电系统电力负荷计算图
由表1.1计算各点计算负荷
1．电修车间：
查表得需用系数kx1=0.34，cosφ=0.60，tanφ=1.33
P30=PN1×kx1=505×0.34=171.70（KW） （2.1）
Q30=P30×tanφ=171.7×1.33=228.93（Kvar） （2.2）
S30==286.17（KV•A） （2.3）
I30=S/UN=16.50（A） （2.4）
2．机械加工车间：
查表得需用系数kx2=0.24，cosφ=0.63，tanφ=1.23
P30=PN2×kx2=786×0.24=188.64（KW） （2.5）
Q30=P30×tanφ=188.64×1.23=232.03（Kvar） （2.6）
S30==293.43（KV•A） （2.7）
I30=S/UN=16.94（A） （2.8）
3．新产品试制车间：
查表得需用系数kx3=0.50，cosφ=0.8，tanφ=0.75
P30=PN3×kx3=634×0.5=317.00（KW） （2.9）
Q30=P30×tanφ=317.00×0.75=237.75（Kvar） （2.10）
S30==396.25（KV•A） （2.11）
I30=S/UN=22.88（A） （2.12）
4．原料车间：
查表得需用系数kx4=0.3，cosφ=0.85，tanφ=0.62
P30=PN4×kx4=414×0.3=124.20（KW） （2.13）
Q30=P30×tanφ=124.20×0.62=76.97（Kvar） （2.14）
S30==146.12（KV•A）` （2.15）
I30=S/UN=8.44（A） （2.16）
5．.备件车间:
：
查表得需用系数kx5=0.30，cosφ=0.65，tanφ=1.17
P30=PN5×kx5=262×0.30=78.60（KW） （2.17）
Q30=P30×tanφ=78.60×1.17=91.89（Kvar） （2.18）
S30==120.92（KV•A） （2.19）
I30=S/UN=6.98（A） （2.20）
6．锻造车间：
查表得需用系数kx6=0.35，cosφ=0.68，tanφ=1.08
P30=PN6×kx6=350×0.35=122.50（KW） （2.21）
Q30=P30×tanφ=122.50×1.08=132.30（Kvar） （2.22）
S30==180.15（KV•A） （2.23）
I30=S/UN=10.40（A） （2.24）
7．.空压站：
查表得需用系数kx7=0.35，cosφ=0.68，tanφ=1.08
P30=PN×7kx7=622×0.75=466.5（KW） （2.25）
Q30=P30×tanφ=466.5×1.08=620.13（Kvar） （2.26）
S30==622.00（KV•A） （2.27）
I30=S/UN=35.91（A） （2.28）
8．.大线圈车间：
查表得需用系数kx8=0.55，cosφ=0.87，tanφ=0.57
P30=PN8×kx8=335×0.55=184.25（KW） （2.29）
Q30=P30×tanφ=184.25×0.57=104.42（Kvar） （2.30）
S30==211.78（KV•A） （2.31）
I30=S/UN=12.23（A） （2.32）
9．成品试验站：
查表得需用系数kx9=0.40，cosφ=0.80，tanφ=0.75
P30=PN9×kx9=290×0.40=130.5（KW） （2.33）
Q30=P30×tanφ=130.5×0.75=97.88（Kvar） （2.34）
S30==163.13（KV•A） （2.35）
I30=S/UN=9.42（A） （2.36）
10．加压站、转供负荷：
查表得需用系数kx10=0.45，cosφ=0.78，tanφ=0.80
P30=PN10×kx10=256×0.45=115.20（KW） （2.37）
Q30=P30×tanφ=115.20×0.80=92.40（Kvar） （2.38）
S30==147.69（KV•A） （2.39）
I30=S/UN=8.53（A） （2.40）
11．大型集中负荷：
查表得需用系数kx11=0.80，cosφ=0.75，tanφ=1.33
P30=PN11×kx11=1600×0.80=1280（KW） （2.41）
Q30=P30×tanφ=1280×1.33=1712.4（Kvar） （2.42）
S30==1706.7（KV•A） （2.43）
I30=S/UN=98.54（A） （2.44）
12．锅炉房：
查表得需用系数kx12=0.72，cosφ=0.8，tanφ=0.75
P30=PN12×kx12=369×0.72=265.88（KW） （2.45）
Q30=P30×tanφ=265.88×0.75=199.26（Kvar） （2.46）
S30==332.1（KV•A） （2.47）
I30=S/UN=29.05（A） （2.48）
13．计算企业总降压变电所10kv母线上的计算负荷（即B点）
P30（B）=KP×∑P=0.9×3444.97=3100.5（KW） （2.49）
Q30（B）=KQ×∑Q=0.9×3826.36=3443.7（Kvar） （2.50）
S30（B）==4633.8（KV·A） （2.51）
I30（B）=S30（B）/（UN）=267.8（A） （2.52）
14．计算企业总降压变电所高压进线计算负荷（即A点）
P30（A）=P30（B）+ΔPB=P30（B）+0.012S30（B）=3156.1（KW） （2.53）
Q30（A）=Q30（B）+ΔQB=Q30（B）+0.06S30（B）=3721.7（Kvar） （2.54）
S30（A）==4879.7（KV·A） （2.55）
I30（A）=S30（A）/（UN）=80.5（A） （2.56）
2.2变压器选择
2.2.1选择主变压器台数
选择变压器台数时应满足用电负荷对供电可靠性的要求。
对供有大量一二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便一台变压器发生故障和检修时，另一台变压器能对一二级负荷继续供电；对只有二级负荷而无一级负荷的变电所，可采用一台变压器，但须自备备用电源，本设计即采用后一种方案。
所以选择一台变压器供电。
2.2.2变压器容量的确定
主变压器容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即SN.TS30，同时应满足变压器运行在最佳负荷率βm下，一般变压器最佳负荷率βm约为0.5~0.6。
由计算所得负荷确定S30=4606.44KV·A，所以所选变压器的容量为5000KV·A
2.2.3变压器型号选择
根据变压器容量以及变压器所在线路，确定变压器型号为S9﹣5000/35
3主接线设计
3.1主接线设计基本要求
变电所电气主接线是指变电所的变压器、供电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。
变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分。
主接线的确定对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响，因为本论文主要讲述变电所保护系统及防护系统设计，所以主接线部分将简要介绍。
变电所电气主接线设计应满足如下基本要求：
1可靠性：
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求,停电会对国民经济各部门带来巨大的损失,往往比少发电能的损失大几十倍,导致产品报废、设备损坏、人身伤亡等。
因此,主接线的接线形式必须保证供电可靠。
：
2灵活性电气主接线应能适应各种运行状态,并能灵活地进行运行方式的转换。
不仅正常运行时能安全可靠地供电,而且在系统故障或电气设备检修及故障时,也能适应调度的要求,并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式,使停电时间最短,影响范围最小。
同时设计主接线时应留有发展扩建的余地。
3经济性在设计主接线时,主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。
欲使主接线可靠、灵活,必然要选高质量的设备和现代化的自动装置,从而导致投资的增加。
因此,主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。
3.2本钢铁企业变电所的电气主接线设计
3.2.1母线
母线是指在变电所中各级电压配电装置的连接，以及变压器等电气设备和相应配电装置的连接，大都采用矩形或圆形截面的裸导线或绞线，这统称为母线。
母线的作用是汇集、分配和传送电能。
原理上母线是电路中的一个电气节点，在母线上汇集电能和分配电能，所以母线又称汇流排。
10KV变电所中变压器与馈电线之间采用母线制，采用不同的母线接线方案，可使在变压器数量少的情况下能向多个用户供电，或者保证用户的馈电线能从不同的变压器获得供电。
母线制有单母线制和双母线制，其中的母线又有母线分段及母线不分段两种接线方式。
其中双电源单母线分段的电气主接线又分为用隔离开关分段的单母线接线方式和用断路器分段的单母线接线方式
本设计采用用断路器分段的单母线接线方式，该断路器装有继电保护，除能切断负荷电流或故障电流外，还可自动分合闸，母线检修时不会引起正常母线段的停电，可直接操作分段断路器，拉开隔离开关进行检修，其余各段母线继续运行。
在母线故障时，分断断路器的继电保护动作，自动切除故障段母线，所以用断路器分段的单母线接线，可靠性提高。
3.2.2变电所主接线方案
具有一台主变压器的小型变电所，高压侧常采用隔离开关-断路器的接线方式，由于采用了此种方式，因此变电所的停，送电操作十分灵活方便，同时高压断路器都配有继电保护装置，在变电所发生短路或过负荷时均能自动跳闸，而且在故障和异常情况消除后，又可直接迅速合闸，从而使恢复供电的时间大大缩短，
本厂大部分车间为一班制，少数车间为两班或者三班制，年最大有功负荷利用小时数为。
由于锅炉房供生产用高压蒸汽，停电会使锅炉发生危险。
而且该厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。
因此，锅炉房供电要求具有较高的可靠性，负荷性质属于二级负荷，其余车间均为三级负荷，基于此种情况该变电所从某变电所经电缆线引入该企业一路备用电源，当35KV进线出现故障时，由此备用电源对各个车间继续供电。
（具体主接线见附录B）
4短路电流计算及保护用主要设备选择
4.1短路电流计算的目的及方法
短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。
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通过。
接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算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，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法），本论文采用的是标幺值法计算短路电流。
4.2短路电流的计算
4.2.1线路选择
1）35KV送电线
35KV及以上电压等级的送电线路，首先应按经济电流密度选择导线截面，再按允许载流量和机械强度条件校验
①选择经济截面
导线材料选择：
铝；年最大负荷利用小时数Tmax：
2300h〈3000h
所以选择导线的经济电流密度Jec=1.65Tmax/h
导线的经济截面:
Aec=I30（A）/Jec=80.5/1.65=48.80mm2 （4.1）
（按经济电流密度Jec选择导线截面时，一般应尽量取接近且小于Aec的标准截面，这是从节约投资和有色金属方面考虑的）
选标准截面为35mm2，即选LGJ―35型钢芯铝绞线
②校验发热条件
LGJ―35型允许载流量（室外20°c）Ial=189A＞I30（A）=80.5A
所以满足发热条件
③检验机械强度
因为35KV架空钢芯铝绞线最小截面为35mm2
所以LGJ―35也满足机械强度要求。
得：
LGJ―35型钢芯铝绞线r0=0.95Ω/km,x0=0.4Ω/km
2）10KV配电线（假定12根配电线长度均为0.2km电缆）
此类配电线由于线路较短，电压损耗也小，所以导线截面主要按允许载流量条件选取
因为YJV22―103×10载流量为60A，YJV22―103×35载流量为130A
所以除大集中负荷之外的线路均采用YJV22―103×10铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铠装电力电缆；大集中负荷线路采用YJV22―103×35铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铠装电力电缆
查得第一组电缆电抗值为0.113Ω/km，第二组电缆电阻值为0.52Ω/km，电抗值为00.083Ω/km
3）备用电源电缆
10KV及以下电压等级送电线路往往是按允许电压损耗选择导线截面，再按允许载流量，机械强度条件进行校验
①按允许电压损失选择导线截面（允许电压损失设为5﹪）
因为是10KV电缆线路，所以初设x0=0.08Ω/km
ΔUx％=（x0/10UN2）Σqili=0.08×3721.7×4/10×102=1.19 （4.2）
ΔUR％=ΔUal％－ΔUx％=5－1.19=3.81 （4.3）
A=Σpili/（10γUN2ΔUR％）=62.52mm2 （4.4）
以上三式中：
ΔUx％—无功负荷在电抗上引起的电压损失
ΔUR％—有功功率在电阻上引起的电压损失
ΔUal％—线路的允许电压损失
qi、pi—各段支线的有功功率和无功功率
li—各段干线的长度
γ—导线的电阻率，对于铜导线γ=0.053km/（Ω•mm2）；对于铝导线γ=0.032km/（Ω•mm2）
查得选择导线YJV22-103×70
得单位长度阻抗分别为R0=0.26Ω/km、X0=0.079Ω/km
实际电压损失为
ΔU％=（R0pL－X0qL）/10UN2=（3282.34+1176.06）/1000=4.46＜5 （4.5）
故所选导线YJV22-103×70满足允许电压损失条件
②校验发热条件
YJV22-10型允许载流量（室外20°c）Ial=280A＞I30（B）=267.8A
所以满足发热条件
4.2.2短路电流计算（标幺值计算）
图4.1短路计算电路图
（1）选Sjz=100MV·A，Ujz1=37KV，Ujz2=10.5KV
（4.6）
式中：
Sjz—基准容量，Ujz—基准电压
（2）计算系统各元件阻抗标幺值，绘制等效电路图
最大运行方式及最小运行方式下系统电抗标幺值分别为
X*1max=Sjz/Sd﹒max=100/400=0.25，X*1min=Sjz/Sd﹒min=100/200=0.5 （4.7）
式中：
Sd﹒max、Sd﹒min—系统最大，最小运行方式下的短路容量
架空线L1电抗标幺值为
X*L1=X0L1（Sjz/U2pj·n1）=0.4×4.5×（100/372）=0.13 （4.8）
式中：
Upj·n1—短路计算点的平均额压，它的取值比同级电网额定电压高5%
变压器T1电抗标幺值
（4.9）
式中：
ΔUd1%—变压器短路电压百分数
SNT1—变压器额定容量
配电线L1~L11、L13电抗标幺值
X*L2=X0L2（Sjz/U2pj·n2）=0.113×0.2×（100/10.52）=0.02 （4.10）
电缆L12电抗标幺值
X*L12=X0L12（Sjz/U2pj·n2）=0.083×0.2×（100/10.52）=0.015 （4,11）
电缆线路L14电抗标幺值
X*L14=X0L14（Sjz/U2pj·n2）=0.079×4×（100/10.52）=0.29 （4.12）
R*L14=R0L14（Sjz/U2pj·n2）=0.26×4×（100/10.52）=0.94 （4.13）
绘制等值电路
图4.2短路等值电路图
（3）计算各点短路电流
求
（1）点的短路电流
①最大运行方式
电源点至
（1）点的总阻抗标幺值为
=X*1max+X*l1=0.25+0.13=0.38 （4.14）
短路电流周期分量为
I（3）zq1max=Ijz1/=1.56/0.38=4.1KA （4.15）
冲击电流为
i（3）ch1max=2.55I（3）zq1max=2.55×4.1=10.455KA （4.16）
冲击电流有效值为
I（3）ch1max=1.52I（3）zq1max=1.52×4.1=6.232KA （4.17）
②最小运行方式
电源点至
（1）点的总阻抗标幺值为
=X*1min+X*l1=0.5+0.13=0.63 （4.18）
短路电流周期分量为
I（3）zq1min=Ijz1/=1.56/0.63=2.48KA （4.19）
求
（2）点的短路电流
①最大运行方式
电源点至
（2）点的总阻抗标幺值为
=+X*T1=0.38+1.4=1.78 （4.20）
短路电流周期分量为
I（3）zq2max=Ijz2/=5.51/1.78=3.1KA （4.21）
冲击电流为
i（3）ch2max=2.55I（3）zq2max=2.55×3.1=7.91KA （4.22）
冲击电流有效值为
I（3）ch2max=1.52I（3）zq2max=4.71KA （4.23）
②最小运行方式
电源点至
（2）点的总阻抗标幺值为
==0.63+1.4=2.03 （4.24）
短路电流周期分量为
I（3）zq2min=Ijz2/=5.51/2.03=2.71KA （4.25）
求（3）~（14）点的短路电流
①最大运行方式
电源点至（3）点的总阻抗标幺值为
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