工厂10kV配电设计

闫欢

摘 要：工厂10kV供配电系统主要由全厂总降变电所、高压配电线路、二级10kV中压配电室、10kV用電设备组成，其中10kV配电系统在工厂供配电系统中起到承上启下的作用，本文针对某轧钢厂的10kV配电设计进行论述。

关键词：10kV配电；系统；设计

本文主要内容包括某轧钢厂10kV配电系统的主结线、短路电流计算、一次设备的选型和校验、继电保护的配置方案及整定等。

1 工厂10kV配电设计的依据

在进行10kV工厂供电工程设计时，应该遵循国家相关规范和标准有《供配电系统设计规范》、《3～110kV高压配电装置设计规范》和《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》。

2 系统主接线

某轧钢厂的10kV用电负荷主要为轧线的辅传动用电设备，主要电气负荷包括6台450kW风机、6台2800kW水泵、13台2000kVA动力变压器、2台1000kVA照明变压器、1台800kVA控制电源变压器、15台整流变压器，其中最大容量的整流变压器为4200kVA，以上电气负荷均为二類负荷，所以10kV配电系统的主结线，采用单母线分段的形式，电气负荷对称的分布在两段母线上。10kV配电系统的两路电源分别取自全厂总降变电所10kV配电室高压柜的两段不同母线上，每路电源电缆采用ZR-YJV-8.7/10-3×240，6根并联，L=1100m。

3 短路电流计算

3.1 短路电流计算的目的

为确保电气设备在短路情况下不致损坏，减轻短路危害和防止故障扩大，必须事先对短路电流进行计算。计算短路电流的目的是：

（1）选择和校验电气设备。

（2）进行继电保护装置的选型与整定计算。

（3）分析电力系统的故障及稳定性能，选择限制短路电流的措施。

3.2 短路电流计算

由于本设计的电气主结线为单母线分段，并且电气负荷均匀对称的分布在两段母线上，所以短路电流计算及下文的各项分析均只考虑一段母线。

基本参数 Sj=100MVA，Uj=10.5kV，Ij=5.5kA

上级10kV配电室母线上阻抗标幺值为：X0max=0.221，X0min=0.237，

10kV电源电缆线路阻抗标幺值为：XL=0.0726× 1.1/6=0.013

本10kV配电室母线上阻抗标幺值为：

X1max=X0max+XL=0.221+0.013=0.234

X1min=X0min+XL=0.237+0.013=0.250

本配电室母线短路时，最大运行方式：I”d1max=Ij/X1max=5.5/0.234=23.504kA

最小运行方式：I”d1min=Ij/X1min=5.5/0.250=22.000kA

3.3 冲击电流计算

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

由于每段母线上有3台2800kW的电动机，每台额定电流为192A，启动倍数为6倍，所以感应电动机短路冲击电流为

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

总的冲击电流为

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

4 高压电器的选择及校验

4.1 按工作条件选择高压电器和开关柜

选用高压电器及开关柜，其额定电压应符合所在回路的系统标称电压，其高压电器及开关柜的最高电压应不小于所在回路的系统最高电压；高压电器及导体的额定电流不应小于该回路的最大持续工作电流，由于高压开断电器没有连续过载的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续的工作电流要求。

（1）本设计的开关柜选用KYN28A-12（Z）型抽出式手车开关柜。手车采用蜗杆摇动推进和退出，其操作轻便、灵活，整个手车体积小，检查和维修方便。手车在柜体内试验位置和工作位置都有到位装置。以保证机械联锁可靠。

（2）本设计的断路器使用真空断路器，额定电压为12kV，额定短路开断电流为31.5kA，额定短路闭合电流为80kA，4S额定短路热稳定电流为31.5kA，进线断路器额定电流为2500A，母联断路器的额定电流为2000A，其他断路器的额定电流为1250A。

4.2 高压电器和导体的短路稳定校验

校验高压电器和导体的动稳定、热稳定以及高压电器的开断电流时，一般按三相短路校验，但当单相、二相短路较三相短路严重时，则应按最严重短路型式校验。采用熔断器保护的电压互感器回路，可不校验动稳定和热稳定。

4.2.1 本设计中断路器校验：

（1）热稳定：It=31.5=126kA>23.504kA校验通过

公式中 tj为假想时间，单位为s

（2）动稳定：ich=59.944<80kA 校验通过

4.2.2 本设计中电流互感器的校验

根据厂家样本：最小变比为75/5的互感器

1S热稳定电流为31.5kA>23.504kA

动稳定电流为79kA>59.944kA

4.2.3 本设计母线的校验

本设计的母线选用TMY-120×10

（1）热稳定校验：

=67.409mm2<1200m m2 校验通过

（2）动稳定校验：

设母线支点间距为100cm，相间距为25cm，母线平放

=364.01cm>100cm 校验通过

式中Lmax为绝缘子的最大允许跨距，为短路时母线相间产生的最大机械应力，單位为N/cm2

4.2.4 本设计中电缆的校验

按热稳定要求的最小截面：

=87.05mm2

最小选ZR-YJV-8.7/10 3×95 mm2

5 继电保护配置及整定

继电保护采用微机型保护测控装置。

5.1 整流变压器

整流变压器继电保护配置及整定：

（1）变压器内部及其一次线路多相短路的电流速断保护

（2）硅整流器组短路的定时限过电流保护

（3）硅整流器组过负荷的反时限过负荷保护

（4）变压器内部故障的瓦斯保护

（5）变压器温升过高的温度信号裝置

其中硅整流器组的定时限过电流保护和反时限过负荷保护的整定，应按照整流器厂家供给的安全过载曲线来进行。

以本设计中的容量最大的4200kVA整流变压器继电保护整定为例，详细计算过程如下：

（1）电流速断保

（2）定时限过电流延时保护：

动作时限取0.5s

（3）反时限过电流保护：

按2.75Ieb整定：Idzj==12.349A 取12.4A

动作时限取15s

按2.5Ieb整定：Idzj==11.226A 取11.3A

动作时限取60s

按1.15Ieb整定：Idzj==5.146A 取5.2A

动作时限为长期

5.2 动力变压器

动力变压器继电保护配置及整定：

本次设计采取如下保护：

（1）变压器内部及其一次线路多相短路的电流速断保护

（2）由于外部相间短路引起的定时限过电流保护

（3）变压器二次侧单相接地保护

（4）变压器温升及冷却系统故障

其中（1）的保护作用于跳闸，（2）、（3）的保护应带时限作用于跳闸，（4）的保护作用于信号。

电流速断保护和定时限过电流保护参见整流变压器的整定。

控制变压器和照明变压器的保护和动力变压器的保护配置及整定相同。

5.3 电源进线

电源进线继电保护配置及整定：

本设计采用如下保护：

（1）过电流保护；

（2）带时限的电流速断保护；

其中带时限的电流速断保护的保护装置的动作电流的整定要求为：

（1）应躲过相邻元件末端短路时的最大三相短路电流（本次设计应按避开4200kVA变压器最大三相短路电流）

（2）与相邻元件的电流速断保护的动作电流相配合（本次设计应按4200kVA变压器电流速断保护动作电流相配合）

（3）按两个条件中的较大者整定

5.4 母联分段

母联分段继电保护配置及整定：

为简化保护，在6～35kV母线分段断路器上可只装设只在断路器合闸瞬间起保护作用的电流速断保护，合闸完毕后自动或手动退出保护。本次设计只装设电流速断保护。

5.5 电动机

电动机继电保护配置及整定：

本次设计对于450kW的电动机采用电流速断保护和反时限过负荷保护及低电压保护；对于2800kW的电动机采用差动保护和反时限过负荷保护及低电压保护。

其中电流速断保护的动作电流按电动机的起动电流整定。灵敏度校验按最小运行方式下电动机接线端两相短路时流过保护装置的短路电流校验。过负荷保护动作电流按躲过电动机的额定电流整定，灵敏度校验按最小运行方式下电动机接线端两相短路时流过保护装置的短路电流校验。

6 结语

工厂10kV配电设计不仅影响到企业的经济效益，而且关系到人员和设备的安全，做好设计非常关键。

参考文献

[1]李友文.工厂供电[M].电力出版社，2014.

[2]钢铁企业电力设计手册[M].冶金工业出版社，1996.

[3]任元会.工业与民用配电设计手册[M].电力出版社，2005.

（作者单位：辽宁省本钢设计研究院有限责任公司）