工廠10kV配電設(shè)計(jì)

閆歡

摘 要：工廠10kV供配電系統(tǒng)主要由全廠總降變電所、高壓配電線路、二級(jí)10kV中壓配電室、10kV用電設(shè)備組成，其中10kV配電系統(tǒng)在工廠供配電系統(tǒng)中起到承上啟下的作用，本文針對(duì)某軋鋼廠的10kV配電設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：10kV配電；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

本文主要內(nèi)容包括某軋鋼廠10kV配電系統(tǒng)的主結(jié)線、短路電流計(jì)算、一次設(shè)備的選型和校驗(yàn)、繼電保護(hù)的配置方案及整定等。

1 工廠10kV配電設(shè)計(jì)的依據(jù)

在進(jìn)行10kV工廠供電工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該遵循國家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)有《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《3～110kV高壓配電裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》和《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》。

2 系統(tǒng)主接線

某軋鋼廠的10kV用電負(fù)荷主要為軋線的輔傳動(dòng)用電設(shè)備，主要電氣負(fù)荷包括6臺(tái)450kW風(fēng)機(jī)、6臺(tái)2800kW水泵、13臺(tái)2000kVA動(dòng)力變壓器、2臺(tái)1000kVA照明變壓器、1臺(tái)800kVA控制電源變壓器、15臺(tái)整流變壓器，其中最大容量的整流變壓器為4200kVA，以上電氣負(fù)荷均為二類負(fù)荷，所以10kV配電系統(tǒng)的主結(jié)線，采用單母線分段的形式，電氣負(fù)荷對(duì)稱的分布在兩段母線上。10kV配電系統(tǒng)的兩路電源分別取自全廠總降變電所10kV配電室高壓柜的兩段不同母線上，每路電源電纜采用ZR-YJV-8.7/10-3×240，6根并聯(lián)，L=1100m。

3 短路電流計(jì)算

3.1 短路電流計(jì)算的目的

為確保電氣設(shè)備在短路情況下不致?lián)p壞，減輕短路危害和防止故障擴(kuò)大，必須事先對(duì)短路電流進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算短路電流的目的是：

（1）選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備。

（2）進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的選型與整定計(jì)算。

（3）分析電力系統(tǒng)的故障及穩(wěn)定性能，選擇限制短路電流的措施。

3.2 短路電流計(jì)算

由于本設(shè)計(jì)的電氣主結(jié)線為單母線分段，并且電氣負(fù)荷均勻?qū)ΨQ的分布在兩段母線上，所以短路電流計(jì)算及下文的各項(xiàng)分析均只考慮一段母線。

基本參數(shù) Sj=100MVA，Uj=10.5kV，Ij=5.5kA

上級(jí)10kV配電室母線上阻抗標(biāo)幺值為：X0max=0.221，X0min=0.237，

10kV電源電纜線路阻抗標(biāo)幺值為：XL=0.0726× 1.1/6=0.013

本10kV配電室母線上阻抗標(biāo)幺值為：

X1max=X0max+XL=0.221+0.013=0.234

X1min=X0min+XL=0.237+0.013=0.250

本配電室母線短路時(shí)，最大運(yùn)行方式：I”d1max=Ij/X1max=5.5/0.234=23.504kA

最小運(yùn)行方式：I”d1min=Ij/X1min=5.5/0.250=22.000kA

3.3 沖擊電流計(jì)算

i”ch=2.55× I”d1max=2.55×23.504=59.935kA

由于每段母線上有3臺(tái)2800kW的電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)額定電流為192A，啟動(dòng)倍數(shù)為6倍，所以感應(yīng)電動(dòng)機(jī)短路沖擊電流為

I”M=3（Kstm×Ie×10-3）=3×I（6×192×10-3）=3.456

總的沖擊電流為

i”ch=2.55×23504+1.1×1.7×3.456×=59.944kA

4 高壓電器的選擇及校驗(yàn)

4.1 按工作條件選擇高壓電器和開關(guān)柜

選用高壓電器及開關(guān)柜，其額定電壓應(yīng)符合所在回路的系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，其高壓電器及開關(guān)柜的最高電壓應(yīng)不小于所在回路的系統(tǒng)最高電壓；高壓電器及導(dǎo)體的額定電流不應(yīng)小于該回路的最大持續(xù)工作電流，由于高壓開斷電器沒有連續(xù)過載的能力，在選擇其額定電流時(shí)，應(yīng)滿足各種可能運(yùn)行方式下回路持續(xù)的工作電流要求。

（1）本設(shè)計(jì)的開關(guān)柜選用KYN28A-12（Z）型抽出式手車開關(guān)柜。手車采用蝸桿搖動(dòng)推進(jìn)和退出，其操作輕便、靈活，整個(gè)手車體積小，檢查和維修方便。手車在柜體內(nèi)試驗(yàn)位置和工作位置都有到位裝置。以保證機(jī)械聯(lián)鎖可靠。

（2）本設(shè)計(jì)的斷路器使用真空斷路器，額定電壓為12kV，額定短路開斷電流為31.5kA，額定短路閉合電流為80kA，4S額定短路熱穩(wěn)定電流為31.5kA，進(jìn)線斷路器額定電流為2500A，母聯(lián)斷路器的額定電流為2000A，其他斷路器的額定電流為1250A。

4.2 高壓電器和導(dǎo)體的短路穩(wěn)定校驗(yàn)

校驗(yàn)高壓電器和導(dǎo)體的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及高壓電器的開斷電流時(shí)，一般按三相短路校驗(yàn)，但當(dāng)單相、二相短路較三相短路嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)按最嚴(yán)重短路型式校驗(yàn)。采用熔斷器保護(hù)的電壓互感器回路，可不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。

4.2.1 本設(shè)計(jì)中斷路器校驗(yàn)：

（1）熱穩(wěn)定：It=31.5=126kA>23.504kA校驗(yàn)通過

公式中 tj為假想時(shí)間，單位為s

（2）動(dòng)穩(wěn)定：ich=59.944<80kA 校驗(yàn)通過

4.2.2 本設(shè)計(jì)中電流互感器的校驗(yàn)

根據(jù)廠家樣本：最小變比為75/5的互感器

1S熱穩(wěn)定電流為31.5kA>23.504kA

動(dòng)穩(wěn)定電流為79kA>59.944kA

4.2.3 本設(shè)計(jì)母線的校驗(yàn)

本設(shè)計(jì)的母線選用TMY-120×10

（1）熱穩(wěn)定校驗(yàn)：

=67.409mm2<1200m m2 校驗(yàn)通過

（2）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：

設(shè)母線支點(diǎn)間距為100cm，相間距為25cm，母線平放

=364.01cm>100cm 校驗(yàn)通過

式中Lmax為絕緣子的最大允許跨距，為短路時(shí)母線相間產(chǎn)生的最大機(jī)械應(yīng)力，單位為N/cm2

4.2.4 本設(shè)計(jì)中電纜的校驗(yàn)

按熱穩(wěn)定要求的最小截面：

=87.05mm2

最小選ZR-YJV-8.7/10 3×95 mm2

5 繼電保護(hù)配置及整定

繼電保護(hù)采用微機(jī)型保護(hù)測(cè)控裝置。

5.1 整流變壓器

整流變壓器繼電保護(hù)配置及整定：

（1）變壓器內(nèi)部及其一次線路多相短路的電流速斷保護(hù)

（2）硅整流器組短路的定時(shí)限過電流保護(hù)

（3）硅整流器組過負(fù)荷的反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)

（4）變壓器內(nèi)部故障的瓦斯保護(hù)

（5）變壓器溫升過高的溫度信號(hào)裝置

其中硅整流器組的定時(shí)限過電流保護(hù)和反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)的整定，應(yīng)按照整流器廠家供給的安全過載曲線來進(jìn)行。

以本設(shè)計(jì)中的容量最大的4200kVA整流變壓器繼電保護(hù)整定為例，詳細(xì)計(jì)算過程如下：

（1）電流速斷保

（2）定時(shí)限過電流延時(shí)保護(hù)：

動(dòng)作時(shí)限取0.5s

（3）反時(shí)限過電流保護(hù)：

按2.75Ieb整定：Idzj==12.349A 取12.4A

動(dòng)作時(shí)限取15s

按2.5Ieb整定：Idzj==11.226A 取11.3A

動(dòng)作時(shí)限取60s

按1.15Ieb整定：Idzj==5.146A 取5.2A

動(dòng)作時(shí)限為長期

5.2 動(dòng)力變壓器

動(dòng)力變壓器繼電保護(hù)配置及整定：

本次設(shè)計(jì)采取如下保護(hù)：

（1）變壓器內(nèi)部及其一次線路多相短路的電流速斷保護(hù)

（2）由于外部相間短路引起的定時(shí)限過電流保護(hù)

（3）變壓器二次側(cè)單相接地保護(hù)

（4）變壓器溫升及冷卻系統(tǒng)故障

其中（1）的保護(hù)作用于跳閘，（2）、（3）的保護(hù)應(yīng)帶時(shí)限作用于跳閘，（4）的保護(hù)作用于信號(hào)。

電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)參見整流變壓器的整定。

控制變壓器和照明變壓器的保護(hù)和動(dòng)力變壓器的保護(hù)配置及整定相同。

5.3 電源進(jìn)線

電源進(jìn)線繼電保護(hù)配置及整定：

本設(shè)計(jì)采用如下保護(hù)：

（1）過電流保護(hù)；

（2）帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)；

其中帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)的保護(hù)裝置的動(dòng)作電流的整定要求為：

（1）應(yīng)躲過相鄰元件末端短路時(shí)的最大三相短路電流（本次設(shè)計(jì)應(yīng)按避開4200kVA變壓器最大三相短路電流）

（2）與相鄰元件的電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流相配合（本次設(shè)計(jì)應(yīng)按4200kVA變壓器電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流相配合）

（3）按兩個(gè)條件中的較大者整定

5.4 母聯(lián)分段

母聯(lián)分段繼電保護(hù)配置及整定：

為簡化保護(hù)，在6～35kV母線分段斷路器上可只裝設(shè)只在斷路器合閘瞬間起保護(hù)作用的電流速斷保護(hù)，合閘完畢后自動(dòng)或手動(dòng)退出保護(hù)。本次設(shè)計(jì)只裝設(shè)電流速斷保護(hù)。

5.5 電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)配置及整定：

本次設(shè)計(jì)對(duì)于450kW的電動(dòng)機(jī)采用電流速斷保護(hù)和反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)及低電壓保護(hù)；對(duì)于2800kW的電動(dòng)機(jī)采用差動(dòng)保護(hù)和反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)及低電壓保護(hù)。

其中電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流按電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流整定。靈敏度校驗(yàn)按最小運(yùn)行方式下電動(dòng)機(jī)接線端兩相短路時(shí)流過保護(hù)裝置的短路電流校驗(yàn)。過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作電流按躲過電動(dòng)機(jī)的額定電流整定，靈敏度校驗(yàn)按最小運(yùn)行方式下電動(dòng)機(jī)接線端兩相短路時(shí)流過保護(hù)裝置的短路電流校驗(yàn)。

6 結(jié)語

工廠10kV配電設(shè)計(jì)不僅影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且關(guān)系到人員和設(shè)備的安全，做好設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：遼寧省本鋼設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司）