摘 要
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變電所在工廠供電中占有重要地位，變電所能夠連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的供電是保證工業(yè)生產(chǎn)順利進(jìn)行的必要條件。
本次設(shè)計(jì)為敏輝煉油廠35kV降壓變電所，首先需要對煉油廠的各負(fù)荷合理分配給各車間，然后對各車間負(fù)荷進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。因?yàn)闊捰蛷S大多數(shù)為感性負(fù)荷，所以需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。根據(jù)煉油廠的地理環(huán)境選擇變電所的位置。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果和各個(gè)車間不同的要求選擇合適的變壓器，確保選擇的變壓器能夠滿足煉油廠用電負(fù)荷的需求。為了選擇合適的電氣設(shè)備需要進(jìn)行短路計(jì)算，根據(jù)短路計(jì)算的結(jié)果對選擇的一次設(shè)備進(jìn)行動(dòng)熱穩(wěn)定度校驗(yàn)，滿足動(dòng)熱穩(wěn)定度校驗(yàn)后才能在煉油廠中投入使用。為了保證設(shè)備在發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)將故障切除，就要對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行二次回路和繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)。最后需要對煉油廠進(jìn)行防雷和接地設(shè)計(jì)，根據(jù)煉油廠的實(shí)際情況設(shè)計(jì)出合理的防雷措施。
本次設(shè)計(jì)為敏輝煉油廠變電所電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過對變電所的設(shè)計(jì)來達(dá)到煉油廠的正常運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)要達(dá)到供電的穩(wěn)定安全和可靠還要保證供電的經(jīng)濟(jì)性。
關(guān)鍵詞：變電所 負(fù)荷計(jì)算 短路電流 防雷設(shè)計(jì)
Abstract
With the development of science and technology, the substation plays an important role in the power supply of factories.
The design is 35kV step-down substation of minghui oil refinery. First of all, it is necessary to reasonably allocate each load of the refinery to each workshop, and then calculate the load of each workshop. Because most refineries are inductive loads, reactive power compensation is required. Select the location of the substation according to the geographical environment of the refinery. According to the result of load calculation and different requirements of each workshop, the suitable transformer is selected to ensure that the selected transformer can meet the demand of power load of the refinery. In order to choose the appropriate electrical equipment need to be short circuit calculation, according to the result of short circuit calculation to choose an equipment into thermal stability check, satisfy the dynamic thermal stability check before they can be put into use in the oil refinery. In order to ensure that the equipment can remove the fault in time when the failure occurs, the whole system should be designed with secondary circuit and relay protection. Finally, it is necessary to design the lightning protection and ground protection of the refinery and design reasonable lightning protection measures according to the actual situation of the refinery.
The design for sensitive fai refinery substation electrical system design, through to the substation design to achieve the refinery can normal operation to realize the significance of this design, so as to realize the stability, security and reliability of power supply and ensure the efficiency of power supply.
Key words：Substation Load calculation Short-circuit electric current Lightning protection design
目 錄
第1章 緒論 1.1 課題研究目的及意義 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.3 研究內(nèi)容 第2章 負(fù)荷計(jì)算及無功補(bǔ)償 2.1 負(fù)荷分配 2.2 負(fù)荷計(jì)算 2.2.1 按需要系數(shù)法對單組和總的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算 2.2.2 計(jì)算出煉油廠各車間的計(jì)算負(fù)荷 2.3 無功補(bǔ)償 第3章 變壓器的選擇及變電所位置的選擇 3.1 變壓器的選擇 3.1.1 車間變壓器的選擇 3.1.2 總降壓變壓器的選擇 3.2 變電所所位置的選擇 第4章 變電所主接線方案的設(shè)計(jì) 4.1 變電所的主接線方案設(shè)計(jì)原則 4.2 變電所的主接線方案選擇 4.2.1 方案一：內(nèi)橋接線 4.2.2 方案二：單母線分段接線 第5章 短路計(jì)算 5.1 確定短路計(jì)算電路圖 5.2 確定基準(zhǔn)值 5.3 計(jì)算各元件電抗標(biāo)幺值 5.4 系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下的三相短路電流及短路容量的計(jì)算 5.5 系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下的三相短路電流及短路容量的計(jì)算 第6章 高低壓設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.1 35kV側(cè)電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.2 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 第7章 高壓側(cè)進(jìn)線及低壓側(cè)母線的選擇 7.1 35kV高壓側(cè)進(jìn)線選擇 7.2 10kV備用電源出線的選擇 7.3 10kV側(cè)母線的選擇 第8章 二次回路及及繼電保護(hù)的整定 8.1 二次回路的設(shè)計(jì) 8.1.1 高壓斷路器的控制和信號(hào)回路 8.1.2 電測量儀器 8.1.3 絕緣監(jiān)視裝置 8.1.4 備用電源自動(dòng)投入裝置 8.1.5 電氣一次自動(dòng)重合閘裝置 8.2 主變壓器的保護(hù) 8.2.1 瓦斯保護(hù) 8.2.2 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 8.2.3 主變壓器上的后備保護(hù) 第9章 變電所防雷接地設(shè)計(jì) 9.1 變電所的防雷 9.2 接地保護(hù) 結(jié)論 參考文獻(xiàn) 致謝 附錄 附錄A 外文資料 附錄B 電氣主接線圖 第1章 緒 論
1.1 課題研究目的及意義
在石油化工企業(yè)的正常運(yùn)行中，供配電系統(tǒng)在石油化工企業(yè)中起著重要的保障和決定性的作用。因?yàn)闊捰蛷S的生產(chǎn)規(guī)模大、用電量大，環(huán)境復(fù)雜，所以對煉油廠的供電穩(wěn)定性、可靠性的要求比較高?，F(xiàn)擬設(shè)計(jì)建造一35kV降壓變電所。變電所的設(shè)計(jì)需要符合石油化工行業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)范，根據(jù)對煉油廠的負(fù)荷和短路計(jì)算來對變電所進(jìn)行設(shè)備的選擇和確定，并畫出主接線圖。為了滿足對煉油廠供電的要求需對變電所進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)，供電的穩(wěn)定持續(xù)和安全性決定了對煉油廠變電所設(shè)計(jì)合理性。本次設(shè)計(jì)為煉油廠變電所電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)煉油廠安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的供電。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
為了更加合理的利用能源，現(xiàn)在變電所電能的輸送主要由直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣?，變電所主要由有人管理轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人管理。
在80年代中期國外許多發(fā)達(dá)國家就開始了對變電所自動(dòng)化這方面進(jìn)行研究，通過對故障的遠(yuǎn)方監(jiān)測和分析實(shí)現(xiàn)無人化控制。日本在1981年就研制出了能夠自動(dòng)分析和監(jiān)測變電所故障的系統(tǒng)。美國的電力公司于1982年也研制出了屬于自己的故障監(jiān)測和保護(hù)的系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以在無人的情況下自動(dòng)對故障電路進(jìn)行監(jiān)測和修復(fù)，自動(dòng)切斷故障線路起到對電網(wǎng)的保護(hù)作用避免產(chǎn)生更大的損失。
伴隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅發(fā)展，國內(nèi)的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)也有了飛速的發(fā)展，新型的變電所設(shè)備代替了以前老舊的設(shè)備，國內(nèi)在變電所的發(fā)展上主要體現(xiàn)在數(shù)字化和自動(dòng)化上。在數(shù)字化和自動(dòng)化方面上變電所主要體現(xiàn)在所有設(shè)備的監(jiān)測控制和分析完全通過電腦，利用電腦分析出故障可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切斷故障點(diǎn)，避免造成更大的損失出現(xiàn)。此外變電所還可以在完成故障分析后能夠自動(dòng)對無故障的地點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)送電。以達(dá)無人化到自動(dòng)重合閘的要求。
1.3 研究內(nèi)容
通過對本次課題的分析，首先需要對各車間進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算并完成對各車間變壓器的選擇。確定出總降壓變壓器的臺(tái)數(shù)和型號(hào)，并確定出變壓器的高低壓的主接線方式。選擇，確定出總降壓變壓器的臺(tái)數(shù)和型號(hào)。選出變壓器高低壓側(cè)的主接線方式，通過短路計(jì)算對一二次設(shè)備進(jìn)行選擇和校驗(yàn)，設(shè)備的選擇必須滿足變電所供電設(shè)計(jì)規(guī)范。根據(jù)短路計(jì)算對變電所進(jìn)行繼電保護(hù)和二次回路的整定并進(jìn)行校驗(yàn)。為了保證變電所的安全需對變電所進(jìn)行防雷接地設(shè)計(jì)，同時(shí)必須確保本次設(shè)計(jì)的合理和準(zhǔn)確性。
第2章 負(fù)荷計(jì)算及無功補(bǔ)償
進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算是為了更好的對煉油廠變電所導(dǎo)線和變壓器進(jìn)行選擇，通過合理配置變壓器達(dá)到讓變壓器合理運(yùn)行的效果。
進(jìn)行無功補(bǔ)償是維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所必須的，對降低變壓器的輸電線路的損耗、提高供電電網(wǎng)的供電效率和功率因數(shù)以及改善供電的質(zhì)量有重要意義。所以對電力供電系統(tǒng)來說無功功率補(bǔ)償是一個(gè)非常重要不可或缺的位置。
2.1 負(fù)荷分配
因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)為煉油廠變電所電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，煉油廠內(nèi)大多數(shù)為一、二及負(fù)荷，根據(jù)廠區(qū)分布及相關(guān)規(guī)范將全廠負(fù)荷分為三個(gè)部分，分別有三個(gè)車間變電所進(jìn)行供電。
1#車間變電所所帶負(fù)荷有：常減壓車間、硫磺車間、含硫污水車間。
2#車間變電所所帶負(fù)荷有：催化裂化車間、焦化車間、機(jī)修電修車間、所用電車間。
3#車間變電所所帶負(fù)荷有：加氫裂化車間、制氫車間、氣體分餾疊合車間。
2.2 負(fù)荷計(jì)算
負(fù)荷計(jì)算的方法可分為兩種，一種是需要系數(shù)法，這種方法計(jì)算起來方便簡單適合用來對降壓變電所進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。另一種方法是利用系數(shù)法，這種方法需要求出這組數(shù)據(jù)的平均負(fù)荷，考慮完各方面的影響后和有效臺(tái)數(shù)中的最大系數(shù)相乘，計(jì)算起來比較繁瑣但非常接近現(xiàn)實(shí)中的負(fù)荷。
通過對本次設(shè)計(jì)的分析和對以上兩種方法的比較，按需要系數(shù)法來計(jì)算更加符合煉油廠在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的需要。
2.2.1 按需要系數(shù)法對單組和總的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算
(1)對各個(gè)組進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算:(為查表得出需要系數(shù))
對單組有功進(jìn)行計(jì)算負(fù)荷:
對單組無功進(jìn)行計(jì)算負(fù)荷:
對單組視在進(jìn)行計(jì)算負(fù)荷：
計(jì)算單組上的計(jì)算電流：
2.2.2 計(jì)算出煉油廠各車間的計(jì)算負(fù)荷
煉油廠變電所供電系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算是從負(fù)載側(cè)開始依次推進(jìn)到電源的進(jìn)線開始停止。首先需要確定各用電設(shè)備的容量，然后按需要系數(shù)法分組，對用電裝置進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算[7]，對供電干線上的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算和求和并和最大用電負(fù)荷的系數(shù)進(jìn)行相乘。依照相同的方法對車間變電所的低壓母線側(cè)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。因?yàn)檐囬g進(jìn)線比較短，所以可以忽略車間線路上的損耗，通過對車間負(fù)荷的計(jì)算可以對相應(yīng)變電所所需的器件進(jìn)行確定。以下通過分析比較決定選用需要系數(shù)法的方法對煉油廠各車間變壓器低壓側(cè)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。
常減壓車間
催化裂化車間
焦化車間
加氫裂化車間
制氫車間
硫磺車間
含硫污水車間
氣體分餾疊合車間
機(jī)修電修車間
所用電車間
計(jì)算煉油廠總負(fù)荷時(shí)需在和上加入同時(shí)系數(shù)和。
2.3 無功補(bǔ)償
在煉油廠中有大量的感性負(fù)荷，消耗大量的無功功率使功率因數(shù)。為了保證電能質(zhì)量，使設(shè)備運(yùn)行時(shí)充分發(fā)揮潛力，提高功率因數(shù)，就要裝設(shè)無功功率補(bǔ)償裝置。無功功率補(bǔ)償?shù)拇胧┮话闶遣⒙?lián)電容器。
對總降壓變壓器低壓母線上進(jìn)行計(jì)算負(fù)荷
降壓變壓器低壓側(cè)功率因數(shù)為
因?yàn)樽儔浩鞯臒o功功率損耗要遠(yuǎn)大于有功功率損耗，為了使高壓側(cè)的功率因數(shù)提高到0.9以上，考慮到變壓器自身的損耗，在變壓器低壓側(cè)進(jìn)行無功補(bǔ)償，補(bǔ)償后的功率因數(shù)高于0.9，取0.92。
補(bǔ)償后的功率因數(shù)為0.92，需要的補(bǔ)償電容容量為
選擇型電容器，需電容個(gè)數(shù)
取
實(shí)際補(bǔ)償功率為
補(bǔ)償后低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為
變壓器的功率損耗為
補(bǔ)償后高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為
補(bǔ)償后的高壓側(cè)功率因數(shù)為
符合要求。
第3章 變壓器的選擇及變電所位置的選擇
變壓器的選擇應(yīng)根據(jù)石油化工企業(yè)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行選則。因?yàn)闊捰蛷S的環(huán)境是易燃易爆且高溫高壓，并且大多為一二級用電負(fù)荷，所以變壓器的選則應(yīng)考慮滿足近期企業(yè)用電負(fù)荷的需求。
考慮到對企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展可采用更換主變壓器或增加變壓器臺(tái)數(shù)等措施。當(dāng)變壓器按多臺(tái)分組設(shè)置時(shí)，應(yīng)保證一臺(tái)(每組中的一臺(tái))失電或退出運(yùn)行情況下其余變壓器應(yīng)能滿足全部負(fù)荷長周期、連續(xù)運(yùn)行的要求。
變電所的位置應(yīng)在滿足防火、防爆安全的條件下，要靠近負(fù)荷的中心位置。還要考慮到降雨，蒸汽、粉塵、和腐蝕性氣體對變電所的影響，保持道路的暢通，應(yīng)避免處于滑坡地帶。
3.1 變壓器的選擇
3.1.1 車間變壓器的選擇
因?yàn)檐囬g變電所宜采用一臺(tái)變壓器，但煉油廠大多為一二級負(fù)荷所以車間變壓器選用兩臺(tái)變壓器。通過分析及查閱資料可知當(dāng)兩臺(tái)變壓器中有任意一個(gè)單獨(dú)工作時(shí)都應(yīng)該滿足以下條件。
(1)其中任意一臺(tái)的變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，都應(yīng)滿足總計(jì)算負(fù)荷的大約的需要[4]。
(2)其中任意一臺(tái)的變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，都應(yīng)滿足它的一二級負(fù)荷的要求[1]。
1#的車間變電所變壓器選擇如下：
根據(jù)1#車間變電所的容量及環(huán)境和負(fù)荷等級所以選兩臺(tái)變壓器
2#的車間變電所變壓器選擇如下：
根據(jù)2#車間變電所的容量及環(huán)境和負(fù)荷等級所以選兩臺(tái)變壓器
3#車間變電所變壓器選擇如下：
根據(jù)2#車間變電所的容量及環(huán)境和負(fù)荷等級所以選兩臺(tái)變壓器
3.1.2 總降壓變壓器的選擇
根據(jù)本設(shè)計(jì)知煉油廠由兩個(gè)電源供電，其中一個(gè)電源來自距離該廠正東方6km的區(qū)域變電站(220/35kV)，另一個(gè)電源取自距離該廠東南方5km的城南變電所(35/10kV)，作為備用電源。所以選用一臺(tái)主變壓器，而選擇這個(gè)主變壓器的容量為：
根據(jù)以上條件所以選一臺(tái)變壓器，
又因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)為35kV電壓等級主接線設(shè)計(jì)，所以變壓器連接組別采用，中性點(diǎn)接的方式為中性點(diǎn)直接接地。
3.2 變電所位置的選擇
總變電所整體布置的基本原則:應(yīng)符合變電所布置規(guī)范，方便工作人員檢修和進(jìn)行故障排除，滿足對工廠的供電和防火防爆的要求；應(yīng)與企業(yè)的發(fā)展規(guī)模，規(guī)劃相配合，安善處理分期建設(shè)的問題;變電所的建立應(yīng)按照其地形和地質(zhì)的條件，因地制宜進(jìn)行布置。
所以變電所設(shè)立的位置一定要靠近負(fù)荷中心。在分布圖左下方建立一個(gè)平面直角坐標(biāo)系，確定X和Y軸，確定每個(gè)車間的坐標(biāo)，分別用P1、P2……P10代表常減壓、硫磺、含硫污水車間，催化裂化、焦化、機(jī)修電修、所用電車間，加氫裂化、制氫、氣體分餾疊合車間的功率，設(shè)定P1(2，10)、P2(2，9)、P3(2，8)、P4(3，2)、P5(4，2)、P6(5，2)、P7(6，2)、P8(6，10)、P9(7，10)、P10(8，10)可得負(fù)荷中心的坐標(biāo)：
由計(jì)算結(jié)果知，工廠的負(fù)荷中心在催化裂化、焦化車間，機(jī)修電修車間、所用電車間附近，因此在催化裂化、焦化、機(jī)修電修、所用電車間附近建造配變電所，型式為附設(shè)式。車間分布圖如圖3-1
圖3-1 車間分布圖
第4章 變電所主接線方案的設(shè)計(jì)
電氣主接線的選擇決定了變電所里各種裝置的選擇和布置，同時(shí)決定了繼電保護(hù)和二次回路，所以變電所的設(shè)計(jì)必須要按照相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行選擇和實(shí)際。
4.1 變電所的主接線方案設(shè)計(jì)原則
電氣主接線需要在滿足供電的可靠性的同時(shí)需要保證供電的靈活性，能夠適應(yīng)各種形勢下的供電要求，保證電能可靠的傳輸給各個(gè)用戶。在保證以上兩種供電原則下還要保證供電的安全和經(jīng)濟(jì)性，需要考慮到未來的發(fā)展和對工作人員及設(shè)備的安全。
4.2 變電所的主接線方案選擇
待建的是一個(gè)距離區(qū)域變電站的35kV降壓變電所，需要對各車間完成10kV電纜線送電。因?yàn)榕潆姷拇蠖鄶?shù)為一二級負(fù)荷所以用35kV架空線向變電所供電。為了減小占地面積和斷路器臺(tái)數(shù)的使用，所以決定選用內(nèi)橋接線。
4.2.1 方案一：內(nèi)橋接線
內(nèi)橋接線的缺點(diǎn)是在變壓器正常運(yùn)行情況下操作復(fù)雜但線路的操作方便
在兩路電源中應(yīng)用比較多，線路較長，電源側(cè)事故修復(fù)等問題多，變壓器不用進(jìn)行
頻繁更換等場所。其接線圖如圖4-1。
圖4-1 內(nèi)橋接線
4.2.2 方案二：單母線分段接線
單母線分段的優(yōu)點(diǎn)可以在母線發(fā)生故障時(shí)可通過斷路器自行斷開，使正常部分線路正常供電，并在不影響用電設(shè)備的同時(shí)對故障線路進(jìn)行檢修。其接線圖如圖4-2。
圖4-2 單母線分段接線
通過分析知單母線分段接線比較靈活，可靠性比較高活但需要資金比較多接線復(fù)雜，而單母線接線不易檢修。根據(jù)10～35kV變電站設(shè)計(jì)原則，線路回路在5回路時(shí)采用單母線接線而超過5時(shí)采用單母線分段接線。所以考慮到本煉油廠變電所對供電可靠性的要求和出線超過5回路數(shù)決定采用單母線分段接線。
單母線分段就是將兩段母線分別用斷路器和隔離開關(guān)等連接在一起，把引出線平均分配到每段母線上叫做單母線分段接線。通過分析和比較決定單母線分段接線為本次煉油廠變電所最合適的接線方案。其主電路圖如圖4-3
圖4-3 主電路圖
第5章 短路計(jì)算
在煉油廠變電所為了更好地對設(shè)備的選擇和校驗(yàn)同時(shí)為了保證設(shè)備在發(fā)生故障時(shí)可以準(zhǔn)確分析原因和分?jǐn)喙收希孕枰M(jìn)行短路計(jì)算。
5.1 確定短路計(jì)算電路圖
其短路計(jì)算電路圖如圖5-1。
圖5-1 短路計(jì)算電路
5.2 確定基準(zhǔn)值
令，，其低壓側(cè)，則
5.3 計(jì)算各元件電抗標(biāo)幺值
(1)電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值為
當(dāng)
當(dāng)
(2)架空線WL的等效電抗標(biāo)幺值為
(3)主變壓器T1的電抗標(biāo)幺值為
5.4 系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下的三相短路電流及短路容量的計(jì)算
其最大的運(yùn)行方式是在系統(tǒng)發(fā)生短路后所產(chǎn)生的運(yùn)行方式，它的短路阻抗值具有最小的特點(diǎn)。通常各電器的穩(wěn)定性校驗(yàn)根據(jù)系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下來進(jìn)行。其等效圖如圖
5-2。
圖5-2 短路計(jì)算等效電路圖
(1)在點(diǎn)時(shí)對短路的電流和容量進(jìn)行計(jì)算
(2)在點(diǎn)時(shí)對短路的電流和容量進(jìn)行計(jì)算
5.5 系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下的三相短路電流及短路容量的計(jì)算
其最小的運(yùn)行方式是在系統(tǒng)發(fā)生短路后所產(chǎn)生的運(yùn)行方式，他的短路阻抗值具有最大的特點(diǎn)。
(1)在點(diǎn)時(shí)對短路電流和容量進(jìn)行計(jì)算
(2)在點(diǎn)時(shí)對短路電流和容量進(jìn)行計(jì)算
第6章 高低壓設(shè)備的選擇與校驗(yàn)
在煉油廠變電所中對電器設(shè)備的選擇要符合石油化工企業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)范。電氣設(shè)備的選型應(yīng)滿足工藝長周期生產(chǎn)、連續(xù)運(yùn)行的要求，方便施工和減少維護(hù)工作量;對斷路器、主變壓器等主要設(shè)備應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。斷路器的選擇應(yīng)符合質(zhì)量可靠，價(jià)格合理并力求技術(shù)先進(jìn)，6kV~35kV系統(tǒng)宜采用真空斷路器，也可采用SF氣體絕緣的斷路器。
6.1 35kV側(cè)電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)
(1)通過分析決定選用戶外型的隔離開關(guān)，所以查閱資料選用系列
確定出額定電壓為：
計(jì)算出額定電流為：
通過對額定電流的計(jì)算和分析決定選用隔離開關(guān)的額定電流值為。
對所選的隔離開關(guān)進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定的校驗(yàn)，并對短路的沖擊電流進(jìn)行計(jì)算和比較。
通過分析和校驗(yàn)滿足選隔離開關(guān)的要求。
對所選的隔離開關(guān)進(jìn)行熱穩(wěn)定的校驗(yàn)并在忽略忽略非周期分量的時(shí)候的熱效應(yīng)。
通過分析和校驗(yàn)滿足選隔離開關(guān)的要求。
可知高壓隔離開關(guān)的選型為。其額定電壓值為35kV、額定電流值為630、動(dòng)穩(wěn)定電流值有效值、2s熱穩(wěn)定電流
又因?yàn)镼S1、QS3、QS5的電流和電壓的等級都相同，所以高壓隔離開關(guān)型號(hào)都為。
(2)通過分析決定選用戶外型的高壓斷路器，所以查閱資料選用系列
確定出額定電壓為：
計(jì)算出額定電流值為：
對所選設(shè)備進(jìn)行切斷能力的校驗(yàn)，并計(jì)算出相應(yīng)的時(shí)間為
在不考慮非周期的分量下的影響進(jìn)行計(jì)算
銅鼓計(jì)算符合所選設(shè)備的要求。
對所選的高壓斷路器進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定的校驗(yàn)，并對短路的沖擊電流進(jìn)行計(jì)算和比較。
通過分析和校驗(yàn)滿足選斷路器的要求。
對所選設(shè)備在不考慮非周期分量的時(shí)候下對他的進(jìn)行熱效應(yīng)的校驗(yàn)和比較
通過分析和校驗(yàn)滿足選設(shè)備的要求。
通過分析和比較決定選型的斷路器。其參數(shù)表如表6-1
表6-1 高壓斷路器型號(hào)參數(shù)
型號(hào)說明
額定電壓值
額定電流值
額定開斷電流值
動(dòng)穩(wěn)定電流值
熱穩(wěn)定電流
(3)通過分析決定選用戶外型高壓電流互感器，所以查閱資料選用系列
對所選的電流互感器進(jìn)行熱穩(wěn)定的的校驗(yàn)，并進(jìn)行比較。
通過分析和校驗(yàn)滿足電流互感器的要求。
對所選設(shè)備進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定的校驗(yàn)：
可知電流互感器型號(hào)為,1s的熱穩(wěn)定倍數(shù)，動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)，額定電流比，準(zhǔn)確級次10（3級）。
又因?yàn)?、都是在高壓?cè)下，所以都選型的電流互感器。
(4)高壓互感器的選型為。
通過分析確定高壓互感器的額定電壓:
由主接線圖可知，所以可以忽略對高壓互感器的短路穩(wěn)定性進(jìn)行校驗(yàn)。
通過分析可選出電壓互感器的型號(hào)為：。
(5)高壓開關(guān)柜的選擇
二次側(cè)的基準(zhǔn)電流：
最大短路電流
根據(jù)計(jì)算的最大負(fù)荷電流，
查資料可知開關(guān)柜型為，其負(fù)荷流型號(hào)為。
(6)查資料可知高壓初熔斷器的戶外型號(hào)都為系列。
通過對開斷電流的校驗(yàn)，對額定電壓進(jìn)行選擇：
所以斷路器的選型為，又因?yàn)榈碾娏骱碗妷旱牡燃壎枷嗤匀蹟嗥鞯男吞?hào)都為。
6.2 10KV側(cè)一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)
根據(jù)石油化工企業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)范對10kv側(cè)的設(shè)備進(jìn)行選擇：
(1)查資料知隔離開關(guān)的戶外高壓選型是系列
對額定電壓的計(jì)算：
對額定電流的計(jì)算：
通過對電流的計(jì)算決定選擇的隔離開關(guān)電流型號(hào)為。
對動(dòng)穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)，短路的沖擊電流
符合動(dòng)穩(wěn)定的要求。
忽略非周期的分量所產(chǎn)生的熱效應(yīng)：
符合熱穩(wěn)定的要求。
通過分析和查資料決定選型的隔離開關(guān)，又因?yàn)?、、都在?cè)，所以都選型的高壓隔離開關(guān)。其參數(shù)表如表6-2。
表6-2 隔離開關(guān)型號(hào)參數(shù)
型號(hào)說明
額定電壓值
額定電流值
動(dòng)穩(wěn)定電流值
2s熱穩(wěn)定電流）
(2)通過分析決定選用戶外內(nèi)型的斷路器，所以查資料選用系列
確定出額定電壓為：
計(jì)算出額定電流為：
通過查資料知高壓短路器所選的電流型號(hào)為1000A
對短路切斷時(shí)間和切斷能力進(jìn)行校核：
忽略非周期分量所產(chǎn)生的影響
符合條件要求。
對短路沖擊電流和動(dòng)穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)：
符合動(dòng)穩(wěn)定的要求。
對短路熱穩(wěn)定的時(shí)間和熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)：
忽略非周期的分量所產(chǎn)生的熱效應(yīng)：
符合熱穩(wěn)定要求。
通過分析決定選用型的斷路器，又因?yàn)榈亩荚趥?cè)，所以都選型的高壓斷路器。
(3)通過分析決定選用戶外型的電流互感器，所以查資料選用系列。
對所選的電流互感器進(jìn)行熱穩(wěn)定的校驗(yàn)，并進(jìn)行比較
通過分析和比較滿足電流互感器的要求。
對所選的電流互感器進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定的校驗(yàn)，并進(jìn)行比較：
通過分析決定選用型的電流互感器，又因?yàn)?、都?0kV側(cè)，所以都選型的電流互感器。其參數(shù)如表6-3。
表6-3 電流互感器型號(hào)參數(shù)
型號(hào)
額定電流比
額定電壓
準(zhǔn)確級次
1S熱穩(wěn)定倍數(shù)
動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)
級
(4)高壓互感器的選型為。
通過分析確定高壓互感器的額定電壓:
由主接線圖可知，可以忽略對高壓互感器的短路穩(wěn)定性的校驗(yàn)。
通過分析決定選用型的高壓互感器，又因?yàn)槎荚陔妷旱燃壪滤远歼x用型的高壓互感器。
(5)通過分析決定選用型的熔斷器。
確定出所選設(shè)備的額定電壓進(jìn):
通過分析負(fù)荷所選設(shè)備的要求。
對所選的熔斷器進(jìn)行開斷電流的校驗(yàn)
通過分析決定選用型的熔斷器，又因?yàn)槎荚陔妷旱燃壪滤远歼x用型的熔斷器。
第7章 高壓側(cè)進(jìn)線及低壓側(cè)母線的選擇
7.1 35kV高壓側(cè)進(jìn)線選擇
通過對本次設(shè)計(jì)的研究決定在附近的區(qū)域變電站架空引出一條鋼芯鋁絞線作為變電所的進(jìn)線。
(1)按經(jīng)濟(jì)電流密度對導(dǎo)線的截面進(jìn)行選擇。
因?yàn)檫x的是鋼芯鋁絞線的架空線，年最大有功負(fù)荷利用小時(shí)為。
選擇截面積為的鋼芯鋁絞線。
校驗(yàn)發(fā)熱條件:的鋼芯鋁絞線其允許載流量為，大于所以滿件。
(2)對所選鋼芯鋁絞線的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn)
通過查表選出下鋼芯鋁絞線的最小截面積
所以選擇的鋼芯鋁絞線，滿足要求。
7.2 10kV備用電源出線的選擇
通過對本次設(shè)計(jì)的研究決定對由附近的變電所從母線引出鋼芯鋁絞線，進(jìn)行架空敷設(shè)作為煉油廠的變電所10kV的備用電源。
導(dǎo)線敷設(shè)在煉油廠的環(huán)境溫度和導(dǎo)線的允許載流量的溫度不同時(shí)，需要計(jì)算。
(1)通過發(fā)熱條件進(jìn)行選擇
通過計(jì)算可知煉油廠的一級負(fù)荷為。
選擇的鋼芯鋁絞線，
校驗(yàn)電壓損耗：利用以下公式計(jì)算得
符合條件。
(2)對架空線的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn)
查資料可知鋼芯鋁絞線在線路中最小的允許截面為：
所以滿足要求。
7.3 10kV側(cè)母線的選擇
通過查閱資料可知變電所級的高壓側(cè)母線的選擇要按發(fā)熱條件進(jìn)行選擇，并且需要進(jìn)行動(dòng)熱穩(wěn)定度校驗(yàn)。
通過查資料可知采用單條平放矩形導(dǎo)體，母線的規(guī)格為。
對母線進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度的校驗(yàn)：
母線設(shè)計(jì)采用水平平放的位置，檔數(shù)設(shè)計(jì)大于。母線的檔距設(shè)計(jì)為且兩個(gè)相鄰母線的軸距為，該母線的型號(hào)和規(guī)格為硬鋁母線。
在三相短路時(shí)母線所受到的最大電動(dòng)力：
在母線所受到的彎曲力矩：
母線上的截面系數(shù)：
在三相短路的時(shí)候母線所受到的應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算：
對硬鋁母線進(jìn)行允許應(yīng)力的計(jì)算：
通過分析計(jì)算可知母線滿足動(dòng)穩(wěn)定的要求。
對母線的熱穩(wěn)定度進(jìn)行校驗(yàn)：
對滿足母線的最小截面的短路熱穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算：
對上式中的的變電所側(cè)的縱連差動(dòng)的時(shí)間按進(jìn)行整定，加上斷路器的時(shí)間,然后再加。
計(jì)算出母線上的實(shí)際截面
通過計(jì)算可知母線滿足熱穩(wěn)定的要求。
設(shè)備選擇清單表，見表7-1。
表7-1 設(shè)備清單表
35kV
SW2-35/1000
2
LCZ-35/600
4
JDJJ-35
1
GW4-35G/630
3
RN2-35/1000
1
35kV
LGJ-150
1
10kV
LGJ-70
1
10kV
SW2-10G/1000
8
LAJ-10/600
16
JDJJ-10
3
GW4-10G/630
12
RN2-10/1000
3
LMY-3(40×4)
3
第8章 二次回路及及繼電保護(hù)的整定
在煉油廠的工業(yè)生產(chǎn)中，因?yàn)闊捰蛷S是一級防火單位，用電負(fù)荷具有生產(chǎn)規(guī)模大,總用電量大，所以對供電的連續(xù)性和可靠性以及對環(huán)境的要求高，所以煉油廠的供電系統(tǒng)必須要達(dá)到安全、連續(xù)、可靠。為了使確保在發(fā)生故障的時(shí)候能夠直接將故障切斷和發(fā)出警報(bào)，所以要對電力系統(tǒng)進(jìn)行繼電保護(hù)和二次回路的設(shè)計(jì)。
8.1 二次回路的設(shè)計(jì)
為了保證對煉油廠供電的穩(wěn)定和可靠性，需要對變電所的二次回路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
8.1.1 高壓斷路器的控制和信號(hào)回路
本設(shè)計(jì)的二次回路是通過燈光來對二次回路來檢測，對斷路器采用電磁操動(dòng)的機(jī)構(gòu)的來進(jìn)行。其原理圖如下圖8-1。
圖8-1 燈光監(jiān)視的斷路器控制回路
在變電站中通常使用型號(hào)的控制開關(guān)，通過控制開關(guān)對斷路器的閉合閘控制，這種型號(hào)的開關(guān)具有檔位可以提醒操作人員是否正確的對設(shè)備進(jìn)行檢查和操作。上圖中的分別代表、、、、型的控制開關(guān)。能夠使手車在在工作的時(shí)候接通的是圖中的SQ2，通過彈簧控制的彈簧儲(chǔ)能后接通，在不儲(chǔ)能的時(shí)候斷開的元件是上圖中的，其中、都叫做行程開關(guān)。上圖中的、分別是電路中的自動(dòng)回路和對電路起到保護(hù)作用叫做保護(hù)回路，的中間繼電器常開接點(diǎn)由自動(dòng)回路來；中間繼電器常開接點(diǎn)由保護(hù)回路來；通過控制QF的開斷來控制HG和HR上小燈的亮滅，當(dāng)HG亮的時(shí)候斷路器是在閉合狀態(tài)為綠燈，導(dǎo)通的路線為,HR亮的時(shí)候在斷開狀態(tài)為紅等,紅燈導(dǎo)通的路線為。通過看小燈的亮滅情況還可以了解回路是否完整。
8.1.2 電測量儀器
為了保證一次電路能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，需要在35kv降壓變壓器側(cè)裝設(shè)電測量儀表，從而實(shí)現(xiàn)對一次設(shè)備參數(shù)的測量并進(jìn)行分析和對用電量的計(jì)量。保證對煉油廠供電的穩(wěn)定連續(xù)可靠性。
下圖為變電所高壓側(cè)裝設(shè)的測量儀表的回路，其中 PJ1和PJ2分別為有功和無功的電能表，TA為降低電流的電流互感器，TV為降低電壓的電壓互感器，PA為用來計(jì)量電流大小的電流表。其電路圖如圖8-2。
圖8-2 高壓側(cè)電測量儀表電路
8.1.3 絕緣監(jiān)視裝置
為了保證煉油廠變電所供電的穩(wěn)定性，防止一些不必要的小故障出現(xiàn)，避免單相接地短路故障發(fā)展為更大的兩項(xiàng)接地，造成更大的停電故障。需要對變電所高壓側(cè)進(jìn)行安裝電壓測量和絕緣監(jiān)測回路。
此監(jiān)視裝置在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)繼電器不發(fā)生動(dòng)作，但當(dāng)發(fā)生單相接地故障的時(shí)候會(huì)使繼電器發(fā)生動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。其母線電壓測量和絕緣監(jiān)視裝置如圖8-3。
圖8-3 母線絕緣監(jiān)視裝置
8.1.4 備用電源自動(dòng)投入裝置
因?yàn)闊捰蛷S對供電的可靠性要求比較高，所以需要在變電所備用電源進(jìn)線線路上裝設(shè)電源自動(dòng)投入裝置，以保證在工作電源突然停電的情況下，可以使用備用電源的線路上的斷路器迅速合閘。使備用電源恢復(fù)供電，以保證供電的可靠性。本裝置采用失壓保護(hù)裝置使斷路器跳閘，利用APD來達(dá)到讓備用電源迅速供電的原理。其原理圖如下圖8-4。
圖8-4 備用電源自動(dòng)投入裝置原理圖
8.1.5 電氣一次自動(dòng)重合閘裝置
在變電所一次系統(tǒng)中有些故障是短暫性的，這些故障大多數(shù)可以在跳閘后自動(dòng)消除，為了避免因長時(shí)間停電對煉油廠造成一些經(jīng)濟(jì)和安全方面的問題，所以需要安裝自動(dòng)重合閘裝置，在一次電路發(fā)生短路故障的時(shí)候發(fā)生跳閘，當(dāng)故障消除可自動(dòng)合閘從而使供電系統(tǒng)達(dá)到正常供電。其工作電路圖如圖8-5。
圖8-5 電氣一次自動(dòng)重合閘裝置
8.2 主變壓器的保護(hù)
本次設(shè)計(jì)主要是對煉油廠變電所主降壓變壓器的瓦斯保護(hù)以及對主變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，和對進(jìn)線側(cè)的電流進(jìn)行定時(shí)和保護(hù)。
8.2.1 瓦斯保護(hù)
當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧，對變壓器油進(jìn)行分解產(chǎn)生氣體，瓦斯保護(hù)就會(huì)發(fā)出警報(bào)，瓦斯保護(hù)用于油浸式變壓器進(jìn)行保護(hù)。原理如下8-6。
圖8-6 瓦斯保護(hù)
當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)瓦斯保護(hù)會(huì)根據(jù)變壓器內(nèi)所發(fā)生故障的輕重分別進(jìn)行輕重瓦斯保護(hù)[10]，當(dāng)發(fā)生輕瓦斯故障的時(shí)候會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知工作人員同時(shí)上端閉合，當(dāng)發(fā)生重瓦斯保護(hù)的時(shí)候會(huì)發(fā)出信號(hào)同時(shí)下端閉合，、斷開起到自動(dòng)掉閘的作用。
8.2.2 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)
根據(jù)石油化工行業(yè)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，主變壓器的容量在的需要對主變壓器進(jìn)行縱連差動(dòng)保護(hù)。
通過流過繼電器的故障電流和差動(dòng)電流的比較來判斷變壓器內(nèi)部是否發(fā)生故障，故障電流的監(jiān)測通過變壓器附近的電流互感器。當(dāng)流過繼電器的差動(dòng)電流為零時(shí)不會(huì)發(fā)生差動(dòng)保護(hù)，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障或差動(dòng)電流小于故障電流的時(shí)候使和斷開同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
8.2.3 主變壓器上的后備保護(hù)
通過查閱資料可知，變壓器在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)單臺(tái)的容量或者單臺(tái)運(yùn)行時(shí)的容量分別在和 及以上的可以不用裝設(shè)電流速斷保護(hù)，所以只需要對煉油廠變電所安裝過電流保護(hù)。
本變壓器的過電流保護(hù)決定選用GL15型號(hào)的，采用去分流跳閘的兩相電流繼電器。
對動(dòng)作保護(hù)電流的整定。
通過查閱資料可知電流繼電器的返回系數(shù)為,繼電器的接線系數(shù)和可靠系數(shù)分別為和，所以其電流的比為：
因此整流為。
電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定。整定時(shí)間為。
電流保護(hù)靈敏系數(shù)的檢驗(yàn)。
通過查資料可得保護(hù)的靈敏系數(shù)要大于，根據(jù)計(jì)算可得，所以符合要求。
第9章 變電所防雷接地設(shè)計(jì)
因?yàn)闊捰蛷S在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)重要地位，所以對煉油廠變電所的防雷接地的設(shè)計(jì)可以有效預(yù)防雷電對變電所產(chǎn)生的危害，保護(hù)設(shè)備的安全。
本設(shè)計(jì)主要針對煉油廠35kV變電站進(jìn)行防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)，通過學(xué)習(xí)及查閱相關(guān)的資料和一些防雷接地的標(biāo)準(zhǔn)，對可能出現(xiàn)的一些接地和雷電波以及直擊雷的保護(hù)。
9.1 變電所的防雷
煉油廠變電所的防雷有防直擊雷和感應(yīng)雷，煉油廠變電所的防直擊雷的措施煉油廠廠房煙囪，因?yàn)闊焽枳銐蚋咚圆挥妙~外加設(shè)避雷針，這樣既可以起到避雷的作用又可以減少成本。又因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)為煉油廠降壓變電所設(shè)計(jì)，對防雷的要求比較高，所以對防雷裝置的性能要求比較高，這就需要對變電所進(jìn)行防防感應(yīng)雷，需要防雷裝置在正常工作時(shí)流過的電流要足夠小，在過電壓時(shí)又要起到很好的保護(hù)作用。所以通過比較分析決定選用氧化鋅的避雷器，煉油廠變電所降壓壓器防雷裝置型號(hào)的選擇及各參數(shù)見下表9-2。
表9-2 避雷器的選擇
型 號(hào)
安裝地點(diǎn)
數(shù)量
參 數(shù)
避雷器額定電壓（有效值）
最大殘壓(峰值)
陡波沖擊下 電流
雷電沖擊下電流
操作沖擊下電流
35kV進(jìn)線
1
51
154
134
114
10kV進(jìn)線
1
10
31
27
23
10kV母線
2
10
31
27
23
9.2 接地保護(hù)
通過接地體和大地之間的連接所產(chǎn)生的電阻同時(shí)加上大地和接地體本身的電阻叫做接地電阻。
(1)對接地電阻的確定及要求應(yīng)符合《工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，中對接地的要求。
(2)對接地裝置的分布
通過分析和查資料決定在變電所的四周放入一圈規(guī)格為的鋼管，管間用的扁鋼互相焊接在一起，每個(gè)鋼管和每個(gè)鋼管的距離為,接地裝置放在距離煉油廠變電所外米到米的位置處。
(3)差表確定單根的鋼管電阻
通過查閱資料可知接地鋼管在砂質(zhì)的粘土上的接地電阻為，其中。
(4)計(jì)算出需要的鋼數(shù)書和方案：
通過分析決定選用根規(guī)格為的鋼管，其中、、得。
因?yàn)樾枰紤]到設(shè)計(jì)的美觀和對稱所以決定環(huán)形布置接地體，選根規(guī)格為的鋼管。
結(jié) 論
本次設(shè)計(jì)從實(shí)際工程出發(fā)，主要對敏輝煉油廠的供電進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次的設(shè)計(jì)目的主要是將的電壓降為供煉油廠廠用電使用。其中需要對煉油廠內(nèi)的各種用電設(shè)備進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算和分析，同時(shí)要考慮到可能出現(xiàn)的各種情況。首先需要對煉油廠內(nèi)用到的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算并確定出負(fù)荷等級，然后根據(jù)負(fù)荷的計(jì)算選出變電所變壓器的型號(hào)，同時(shí)根據(jù)分析和計(jì)算選出變電所的位置，及完成主電路圖。這時(shí)需要對主接線的方案進(jìn)行選擇和分析。
在完成以上工作后需要對變電所進(jìn)行短路計(jì)算，同時(shí)選出變電所高低壓側(cè)的設(shè)備，選出設(shè)備后需要對其行校驗(yàn)，設(shè)備的選擇需要符合35kV降壓變電所設(shè)計(jì)規(guī)范。進(jìn)行完設(shè)備的選擇后就需要對主接線的確定以及對繼電保護(hù)和二次回路的整定，查閱資料對變電所進(jìn)行防雷接地的設(shè)計(jì)。
通過本次設(shè)計(jì)了解到了變電所對工廠供電的重要性，變電所的設(shè)計(jì)要根據(jù)各工廠的實(shí)際情況來進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。
