浴盆厂高压供配电系统的电气设计.docx

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1、2009级工厂供电课程设计浴盆厂高压供配电系统的电气设计姓 名学 号 院、系、部电气工程系班 号方0910-3完成时间2012年6月18日摘 要本文通过对目前供配电问题进行探讨，做好供配电是保证建筑设施正常运行的关键。首先，对浴盆厂用电设备进行负荷计算，并对工厂计算负荷进行无功补偿，使高压侧功率因数达到0.9。其次，对每个短路点进行短路计算，通过计算出的电流值对一次设备进行选择，并对所选出的设备进行校验。关键词：负荷计算 无功补偿 短路计算目 录第1章 课程设计任务1第2章 负荷计算和无功补偿32.1 车间设备计算负荷的计算公式32.2 无功补偿5第3章 变压器的选择及安装位置83.1 变压器

2、台数、容量及型号的选择83.2 变压器安装位置的选择9第4章 主接线方案确定104.1 主接线图设计104.2 主接线方案技术比较114.3 绘制主接线图12第5章 短路电流的计算135.1 绘制计算电路145.2 计算三相短路电流和短路容量145.3 短路计算表17第6章 电力线路的选择176.1 35kV侧高压架空线176.2 10kV备用电源电缆186.3 10kV侧母线196.4 10kV侧电缆20第7章 35kV侧设备的选择与校验217.1 高压设备选择217.2 高压隔离开关227.3 高压断路器237.4 高压熔断器237.5 电流互感器247.6 电压互感器247.7 避雷器2

3、5第8章 10kV侧设备的选择与校验258.1 高压隔离开关258.2 高压断路器258.3 高压熔断器268.4 电流互感器278.5 电压互感器278.6 避雷器278.7 高压配电柜28第9章 供电系统的接地及防雷289.1 接地电阻极其要求299.2 接地电阻的确定299.3 接地装置的确定299.4 防雷保护30第10章 结论30参考文献31浴盆厂高压供配电系统设计第1章 课程设计任务一、设计的内容 要求根据本厂所取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所位置，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线

4、方案及高压设备和进线，确定防雷接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘制变电所系统图，功率因数补偿到0.9。二、设计的依据1.铸造厂负荷情况：本厂为二班工作制，全年工厂工作小时数为4800h，年最大负荷利用小时数为4500h。本厂除空压站、煤气站部分设备为二级负荷外，其余均为三级负荷。该厂设有6个车间变电所，各车间负荷（380V侧）统计资料见下表：本厂各车间负荷统计资料表序号车间名称有功负荷/kW无功负荷/kvar1一车间4203152二车间5683903三车间6864854铸造车间6505085模具车间4582906空压站、煤气站5823962.供电电源情况：(1)工作电源：本厂东北侧8km处

5、有一地区变电所，用一台110/38.5kV、25MVA的双绕组变压器作为工厂的工作电源，使用35KV电压以一回架空线向工厂供电。35KV侧系统最大三相短路容量为1000MVA，最小三相短路容量为500MVA。(2)备用电源：由本厂正北方从其他工厂引入10kV电缆作为本厂备用电源，平时不允许投入，只有在工作电源发生故障或检修停电时提供照明及部分重要负荷用电，输送容量不得超过1000kVA。3.供电部门对本厂提出的技术要求：(1)地区变电站35kV馈电线路定时限过电流保护装置整定时间为2S，工厂总降压变电所保护的动作时间不得大于1.5S。(2)本厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。(3)在本厂总

6、降压变电所35kV侧进行电能计量。4.气象资料：本厂地区最高温度为40，年平均温度为24，年最热月平均最高气温为30，土壤0.8m深处一年中最热月平均气温为20，年雷暴雨日数为31天，土壤冻结深度为1m。5.地质水文资料：本厂地区平均海拔500米，地层以砂质黏土为主，地下水位为2米。三、应收集的资料及参考文献1.工厂供电设计依据的主要设计规范2.工厂供电 刘介才主编 机械工业出版社3.段建元.工厂配电线路及变电所设计计算.机械工业出版社.1982.10.第2章 负荷计算和无功补偿2.1 车间设备计算负荷的计算公式根据用电设备的安装容量，采用一定的计算方法得出的负荷，称为计算负荷。其热效应和实际

7、负荷产生的热效应相等。如以计算负荷连续运行，根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆其发热温度不会超过允许值。首先根据公式可以求得各个车间的视在计算负荷，然后根据公式和可以求得计算电流和功率因数。2.1.1 380V侧各车间负荷计算对于一车间的视在计算负荷为，计算电流为，功率因数为.同理可得其他车间的负荷计算见表2-1表2-1380V侧各车间负荷计算表序号车间名称/kW/kvar/kVA/A1一车间0.80420315525.00797.682二车间0.82568390689.001046.863三车间0.82686485840.131276.484铸造车间0.79650508824.961253

8、.435模具车间0.84458290542.09823.646空压站、煤气站0.83582396703.951069.57总计336423840.8063027.622173752.55701.3注：2.1.2 10kV侧各车间负荷计算通过逐级计算法可以确定10kV侧各车间负荷计算。首先得到电力变压器的有功损耗和无功损耗，然后计算出10kV侧的有功计算负荷和无功计算负荷，最后根据得到视在计算负荷。对于一车间电力变压器S9系列的功率损耗有功损耗 ，无功损耗 ，有功计算负荷 ，无功计算负荷 ，视在计算负荷 ，计算电流为 ，功率因数为 .同理可得其他车间的负荷计算见表2-2表2-210kV侧各车间负

9、荷计算表序号车间名称/kW/kvar/kVA/A1一车间0.78425.25341.25545.2431.482二车间0.80574.89424.45714.6041.263三车间0.80694.40527.01871.7450.334铸造车间0.77658.25549.25857.3049.505模具车间0.83463.42317.10561.5332.426空压站、煤气站0.81589.04431.20730.0042.15总计3405.252590.264278.45247.020.793064.732408.943898.14225.07注：2.1.3 35kV侧总车间负荷计算35kV

10、侧负荷计算与10kV侧车间负荷计算方法相同，都是利用逐级计算法。得到。由于功率因数为0.77不满足0.9的要求，所以要对其进行无功补偿，使功率因数达到要求。2.2 无功补偿2.2.1 无功补偿原因及容量供电营业规则中规定：凡功率因数未达到规定的，应增添无功补偿装置，通常采用并联电容器进行补偿。这里所指的功率因数即为最大负荷时功率因数。通常采用在感性负载两端并联合适的电容器进行补偿。进行补偿后系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数不仅对整个电力系统大有好处，而且对工厂本身也有一定的经济实惠。该厂380V侧最大负荷时

11、的功率因数只有0.806。而供电部门要求该厂最大负荷时的功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量，查表得：参照工厂供电附录表，得并联电容器为BCMJO.4-50-3型，采用21台。总共容量为，补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变。无功计算负荷减少为，补偿后变电所低压侧视在计算负荷变为.2.2.2 通过逐级计算法确定无功补偿后的计算负荷和功率因数2.2.2.1 10kV侧车间变电所变压器损耗功率有功损耗 ，无功损耗 ，有功计算负荷 ，无功计算负荷 ，视在计算负荷 ，计算电

12、流为 .2.2.2.2 35kV侧车间变电所变压器损耗功率有功损耗 ，无功损耗 ，有功计算负荷 ，无功计算负荷 ，视在计算负荷 ，计算电流为 .2.2.2.3 补偿后工厂功率因数.这一功率因数满足要求。无功补偿后工厂的计算负荷见表2-3表2-3无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷/kW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.8063027.622173752.55201.3380V侧无功补偿容量950380V侧补偿后负荷0.933027.611673244.74929.8车间变压器功率损耗32.416210kV侧负荷计算0.92306013293336192.6主变压器功率损耗33

13、.8168.935kV侧负荷计算0.93093.31495.53435.856.7根据无功补偿后的视在计算负荷，可以选取满足需要的电力变压器容量。第3章 变压器的选择及安装位置3.1 变压器台数、容量及型号的选择3.1.1 主变压器台数、型号及容量的选择变压器容量应根据视在计算负荷选择。在本设计中，考虑经济性，应采用一台主变压器，如果考虑运行可靠性，则应采用两台电力变压器。因为该厂无一级负荷，只有二三级负荷，而且有备用电源，所以综合可靠性与经济性，选用了一台电力变压器。对于电源进线电压为35kV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为10kV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般

14、低压设备所需的电压。型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的视在计算负荷。选=4000kVA=3435.8kVA，即选一台S9-4000/35型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷对于电源要求所需的双回路电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。3.1.2 一车间变电所变压器型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选，即选一台S9-630/10型低损耗配电变压器。3.1.3 二车间变电所变压器型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选，即选一台S9-800/10型低损耗配电变压器。3.1.4 三车间变电所变压器型号为S9型，而容量根据式，为主变

15、压器容量，为总的计算负荷。选，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。3.1.5铸造车间变电所变压器型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。3.1.6模具车间变电所变压器型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选，即选一台S9-630/10型低损耗配电变压器。3.1.7空压站、煤气站变电所变压器型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选，即选一台S9-800/10型低损耗配电变压器。3.2 变压器安装位置的选择按负荷指示图法确定负荷中心大概位置，变电所应安装在负荷集中的地方。

16、负荷圆的半径r,由车间（建筑）的计算负荷（为负荷圆的比例）。 第4章 主接线方案确定4.1 主接线图设计对工厂变电所主接线有安全、可靠、灵活和经济四个基本要求。对于一般的变电所，考虑经济性，多考虑单母线接线，这种接线方式在停电或检修时会造成负荷全部停电，不满足供电可靠性的要求。所以在该系统中考虑单母线分段接线方式，即在线路停电或检修时，有一路备用电源通过倒闸操作投入到运行中，继续给负荷供电，从而满足供电可靠性。综合考虑，决定采用单母线分段接线方式。4.2绘制主接线图第5章 短路电流的计算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，是工厂供电系统运行分析和设计

17、计算的基础，也是电气主接线方案确定的基础。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，然后确定短路计算点。短路计算点要选择，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，计算电路中各主要元件的阻抗。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。5.1 绘制计算电路图5-1短路计算电路5.2 计算三相短路电流和短路容量5.2.1 k-1点的三相短路电流和短路容量（=37kV）5.2.1.1 计算短

18、路电路中各元件的电抗及总电抗(1)电力系统的电抗：(2)架空线路的电抗：=8 km , =0.4/km(3)绘出k-1点短路的等效电路如下图5-2所示，并计算其总阻抗为 k-1图5-2 短路计算等效电路5.2.1.2 计算三相短路电流和短路容量(1)三相短路电流周期分量有效值(2)三相短路电流次暂态电流和稳态电流= = 4.7kA(3)三相短路冲击电流即第一周期短路全电流有效值=2.55 =2.554.7kA=11.9 kA=1.51=1.514.7kA=7.1kA(4)三相短路容量 = =37kV4.7kA=301MVA5.2.2 k-2点的三相短路电流和短路容量（=10.5kV）5.2.2

19、.1 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗(1)电力系统的电抗(2)架空线路的电抗：=8 km , =0.4/km(3)电力变压器的电抗：查表可得因此(4)绘出k-2点短路的等效电路如图4-3所示，并计算其总阻抗为k-1k-2图5-3 短路计算等效电路5.2.2.2 计算三相短路电流和短路容量(1)三相短路电流周期分量有效值(2)三相短路电流次暂态电流和稳态电流= = 3.2kA(3)三相短路冲击电流即第一周期短路全电流有效值 =2.55=2.553.2kA=8.2kA=1.51=1.513.2kA=4.8kA(4)三相短路容量= =10.5kV3.2kA=58MVA5.3 短路计算表表5-3短

20、路计算表短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-14.74.74.711.97.1301k-23.23.23.28.24.858根据短路计算后所得到各个计算点的三相短路电流和三相短路容量，可以选出高压架空线路，电缆线路以及母线，并且还可以正确的选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。第6章 电力线路的选择为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面时，必须满足发热条件、电压损耗条件、经济电流密度和机械强度四个条件的要求。其中35kV及以上的高压线路其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年运行费用支出

21、最小。一般10kV及以下的高压线路和低压动力线路，根据设计经验，通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。6.1 35kV侧高压架空线6.1.1 选择经济截面计算电流.由表查得,故.选标准截面为，即选LGJ-50型钢芯铝线。6.1.2 校验发热条件查表得LGJ-50型铝绞线的允许载流量（假设环境温度为40），因此满足发热条件。6.1.3 校验机械强度查表得35kV架空铝绞线的最小截面,因此所选LGJ-50型钢芯铝线也满足机械强度要求。6.1.4 校验电压损耗利用和查表得电阻，电抗（线距按1500 mm计），因此线路的电压损耗为.线路电压损耗百分值为因此所选LGJ-50型

22、钢芯铝线满足允许电压损耗要求。6.2 10kV备用电源电缆初选用YJLV-22型交联聚乙烯绝缘铝芯电力电缆，直接埋地敷设，与工厂变配电所的10kV侧母线相连。6.2.1 按发热条件选择导线截面查表可得环境温度为20时，YJLV-22型截面为25mm2的铝芯橡皮导线的=92.7A=57.7A，因此可选YJLV-22-325电缆作相线。6.2.2 按热稳定条件校验查表可得交联聚乙烯绝缘铝芯电力电缆的热稳定系数，因此最小允许截面为不满足热稳定要求，改用截面为50mm2的电缆线。需要重新校验其发热条件。6.2.1 重新按发热条件选择导线截面 查表可得环境温度为20时YJLV-22型截面为50mm2的=

23、128.75A=57.7A 满足发热条件以及热稳定条件，所以选用YJLV-22-350电缆作相线。 因为电缆的机械强度很好，所以无需校验其动稳定度。6.3 10kV侧母线初选为LMY-4046.3.1 校验动稳定度母线在三相短路时所受的最大电力，水平平放，同一相支柱绝缘子距离设为900 mm，相邻两母线的轴线距离为160mm。=/10-7N/A2=(8.2103A)20.9m/0.16m10-7N/A2=65.5N.校验母线短路时动稳定度母线在作用时弯曲力矩为=/10=65.5N0.9m/10=5.9Nm母线截面系数为=/6= (0.04m)20.004m/6=10.710-7m故母线在三相短

24、路时所受到的计算应力为=/=5.9Nm/10.710-7m3=5.5106Pa=5.5MPa而硬铝母线的允许应力为=70 MPa=5.5MPa由此可见,所选母线满足短路动稳定度的要求。6.3.2 校验热稳定度母线满足短路热稳定度的最小允许截面，查表得=87AJs/mm2，=1.7s故=/=2.6103As/87 A /mm2=48mm2由于母线实际截面为=404 mm2=160 mm2=48mm2因此所选母线满足短路热稳定度要求。母线为LMY-3（404）+1（404）6.4 10kV侧电缆对于一车间电缆的选取，首先按发热条件选取，然后校验其热稳定条件。初选用YJLV-22型交联聚乙烯绝缘铝芯

25、电力电缆，直接埋地敷设，与工厂的一车间相连。6.4.1按发热条件选择导线截面查表可得环境温度为20时，YJLV-22型截面为120mm2的铝芯橡皮导线的=211.1A=192.6A，因此可选YJLV-22-325导线作相线。6.4.2按热稳定条件校验查表可得交联聚乙烯绝缘铝芯电力电缆的热稳定系数，因此最小允许截面为满足热稳定要求，选YJLV-22-3120型交联聚乙烯绝缘铝芯电力电缆。同理可得其他车间选用的电缆均为YJLV-22-3120型。第7章 35kV侧设备的选择与校验7.1 高压设备选择高压一次设备必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，工作安全可靠，运行维护方便，投资经

26、济合理。电气设备按在正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。电气设备要满足在短路故障条件下工作的要求，还必须按最大可能的短路故障时的动稳定度和热稳定度进行校验。对熔断器及装有熔断器保护的电压互感器，不必进行短路动稳定度和热稳定度的校验。 (1)按工作电压选择设备的额定电压一般不应小于装置地点的额定电压或最高电压（若设备额定电压按最高工作电压表示），即或(2)按工作电流选择设备的额定电流不应小于通过设备的计算电流，即(3)按断流能力选择设备的最大断开电流（或功率）应不小于它可能断开的最大电流（或功率）。或 (4)隔离开关、断路器的短路稳定度校验动稳定校验条件：按三相短路冲

27、击电流校验开关的极限通过电流峰值，为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值。热稳定校验条件：按三相短路稳态电流和短路发热假想时间校验7.2 高压隔离开关初选GW2-35G/630型经选择、校验电压、电流、动稳定度和热稳定度，符合以下条件：由此得出选择GW2-35G/600型号的高压隔离开关是合理的。7.3 高压断路器初选SW2-35/1000型经选择、校验电压、电流、断流能力、动稳定度和热稳定度，符合以下条件：由此得出选择SW2-35/1000型号的高压断路器是合理的。7.4 高压熔断器初选RN1-35/60型经选择、校验电压、电流、断流能力，符合以下条件：由此得出选择RN1-35/60型号的高压熔

28、断器是合理的。7.5 电流互感器初选 LCWB-35型经选择、校验电压、电流、动稳定度和热稳定度，符合以下条件：由此得出选择LCWB-35型号的电流互感器是合理的。7.6 电压互感器 初选JDJJ2-35型按电压选择由此得出选择JDJJ2-35型号的电压互感器是合理的。7.7 避雷器一般大型变电站选用避雷器FZ-35型。第8章 10kV侧设备的选择与校验8.1 高压隔离开关初选GN6-10T/200型经选择、校验电压、电流、动稳定度和热稳定度，符合以下条件：由此得出选择GN6-10T/200型号的高压隔离开关是合理的。8.2 高压断路器初选SN10-10I /630型经选择、校验电压、电流、断

29、流能力、动稳定度和热稳定度，符合以下条件：由此得出选择SN10-10I /630型号的高压断路器是合理的。8.3 高压熔断器初选RN1-10/200型经选择、校验电压、电流和断流能力符合以下条件：由此得出选择RN1-10/200型号的高压熔断器是合理的。8.4 电流互感器初选LZZBJ-10/200型经选择、校验电压、电流、动稳定度和热稳定度，符合以下条件：由此得出选择LZZBJ-10/200型号的电流互感器是合理的。8.5 电压互感器初选JDZJ-10型经选择校验电压符合由此得出选择JDZJ-10型号的电压互感器是合理的。8.6 避雷器选为FS-12.7（额定电压为其灭弧电压）第9章 供电系

30、统的接地及防雷考虑到在雷电天气下，不会遭受来自大气中的雷击和雷电感应而引起的过电压，所以要增加防雷设备。同时为了保证电力系统和设备达到正常工作要求要进行供电系统的接地。9.1 接地电阻极其要求该系统为变压器中性点不接地系统（小电流接地系统），系统中电气设备外露可导电部分的保护接地电阻，按规定应满足这样的条件，即在接地电流通过保护时（其接地电阻为）产生的对地电压不应高于安全特低电压50V。9.2 接地电阻的确定按附录表可确定此变电所公共接地装置的接地电阻应满足以下两个条件：，式中的由下公式计算即故比较可知，此变电所总的接地电阻值应为。9.3 接地装置布置的初步方案现初步考虑围绕变电所建筑物四周，

31、距变电所墙角23m，打入一圈直径50mm、长2.5m的钢管接地体，每隔5m打入一根，管子之间用404 mm2的扁钢焊接相联。查附录表，得砂质黏土的电阻率。可求得单根钢管接地电阻以和去查附录表可得。因此可得满足欧的接地电阻要求。第10章 结论在进行课程设计中，我既加深了对所学理论知识的理解,又掌握了在实际应用中工程设计的方法，进一步掌握了变压器容量、台数、位置的选择，负荷计算，短路电流计算，电气设备的选择和校验，电力线路的选择，绘制CAD主接线图，将理论与运用到实际当中。通过这次课程设计,我深深懂得，我们既要不断地把所学知识学以致用，又要通过自身不断努力,不断提高自己分析问题的能力遇到不懂得问题要及时与老师沟通或者查阅资料。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我通过查阅大量有关资料，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。参考文献1 刘介才.工厂供电M .北京:机械工业出版社,2009.2 刘介才.工厂供电实用手册M .北京:中国电力出版社,2001.3 刘介才.工厂供电设计指导M.北京:中国电力出版社,1998.4 白玉敏.电缆的安装敷设及运行维护M .北京:机械工业出版社,1998.25