课程设计报告机械厂35KV总降压变电所及高压配电系统设计.doc

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1、 机械厂35KV总降压变电所及高压配电系统设计 院（系、部）：信息工程学院姓 名：啊年 级：2007专 业：电气工程及其自动化指导教师：教师职称： 北京目 录第一章 前言1第二章 负荷计算及功率因数补偿计算3第三章 总配电所主接线方案的设计8第四章 短路计算10第五章 设备的选择校验13第六章 防雷与接地17参考文献20第一章 前 言1.1 选题背景电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。工厂

2、厂区供电设计是整个工厂建设设计中的重要组成部分。供电设计质量, 会直接影响到日后工厂的生产与发展。尤其对那些工业生产自动化程度很高的大型现代化工厂, 如果能有一个高质量的供电系统, 那么, 就有利于企业的快速发展。稳定可靠的供电系统, 有助于工厂增加产品产量, 提高产品质量, 降低生产成本, 增加企业经济效益。如果供电系统设计质量不高, 将会给企业, 给国家造成不可估量的损失 1 。1.2 供电系统设计的原则工厂供电系统设计必须遵循以下原则：1) 工厂供电设计必须遵循国家的有关法令、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。2) 工厂供电设计应做到保障人身

3、和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。3) 工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。4) 工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展计划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。1.3 供电系统设计的意义在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化

4、以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。本文中的设计是对全厂总配电所及配电系统的设计，通过对各部分的计算，最终选定厂中所需各种设备 2 。1.4 工厂简介及设计要求1、供电电源及供用用电协议：a.可选用供电电源两个，一个是从距离厂南侧10公里处的220/35KV区域变电所供电，令一个是从厂西侧5公里处220/35KV某变电所引入。35KV母线短路数据：系

5、统最大运行方式时区域变电所短路容量为600兆伏安，某变电所250兆伏安；最小运行方式时，区域变电所短路容量为280兆伏安，某变电所150兆伏安,年最大负荷利用小时数为5000 h.b.域变电所35KV配出线路定时限过流保护装置整定时间为1.5秒，工厂总降不大于1.0秒；c.在总降压变电所35KV侧计量；d.本厂功率因数值应该在0.9以上。2、设计对象概况设计对象是一个机械厂，其主要负荷为机加工车间、装配车间、配料车间、热处理车间、锻工车间、高压站、高压水泵房、冷工车间和模具车间。厂区车间分布情况：1-机加工车间、2-装配车间、3-配料车间、4-热处理车间、5-锻工车间6-高压站、7-高压水泵房

6、、8-冷工车间、9-模具车间该地区气象条件：（1）夏季主导风向为东南风；（2）年雷暴日为20天；（3）年最热月平均最高温度为30C；（4）土壤0.8-1.2米深处一年最热月平均温度为10C；（5）土壤冻结深度为0.7米。车地质及水文条件：根据勘测部门提供的本厂工程地质资料得知本厂区地质构造：（1）地表平坦，土壤主要成分为沙质粘土，层厚2.6-5米不等；（2）地耐压力为25吨/平方米；（3）地下水位普遍为1.9米。第二章 负荷计算及功率因数补偿计算2.1 负荷计算2.1.1 负荷计算的意义工厂进行电力设计的基本原始资料是工艺部门提供的用电设备安装容量，但是这种原始资料要变成电力设计所需要的假想负

7、荷称为计算负荷，从而根据计算负荷按照允许发热条件选择供电系统的导线截面，确定变压器容量，制订提高功率因数的措施，选择及整定保护设备以及校验供电电压的质量等，是一件较为复杂的事。电力装备设计部门对机械设备进行电气配套设计时总有一定的裕度，即使电动机功率完全门分机械计算的配套要求。在工厂中使用的情况不同，也会影响到电力负荷的大小，但是这种电气计算负荷还必须认真地确定因为它的浓度程度，直接影响整个工厂供电设计的质量 3 。如计算过高，将增加供电设备的容量，浪费有色金属，增加初投资。计算过低则可能使供电元件过热，加速其绝缘损坏增大电能影响供电系统的正常运行。还会给工程扩建将来很大的困难。更有甚者，由于

8、工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂计算负荷为基础的国家电力系统的建设，将给国民经济带来很大的浪费和危害，而且使电力系统的建设和运行受到影响，给国民经济带来很大损失。所以对于本设计来说，负荷计算尤其重要。2.1.2 负荷计算的方法常用负荷计算的方法：(1)需要系数法(2)二项式系数法(3)形状系数法。在此次设计中，设备台数较多，各台设备容量相差不太悬殊，所以考虑采用需要系数法。需要系数法的主要步骤：(1)将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。(2)查出各组用电设备相应需要系数及对应的功率因数。(3)用需要系数法求车间或全厂的计算负荷时，需要在各级配电点乘以同期系数K。负荷计算的

9、主要公式有：（1） 有功计算负荷（单位为KW）（2） 无功计算负荷（单位为KVar）（3） 视在计算负荷（单位为KVA）（4） 计算电流（单位为A）Un为车间或工厂的用电设备配电电压（单位为KV）表2-1 车间负荷计算序号车间名称负荷容量（KW）需要系数（Kx）功率因数tan计算负荷P30Q30S30I301电机修理车间25000.80.850.6220001240235335752装配车间22000.850.80.7518701402.5233835523配料车间17050.250.61.33426.25567710.410794热处理车间14500.150.51.73217.5376.34

10、356615锻工车间18000.250.61.33450598.575011406高压站17000.50.71.02850867121418457高压水泵房16000.450.750.88720633.696018418冷加工车间12000.20.51.73240415.24807299模具车间4500.80.850.62360223.242464410所用电9000.60.520.62540334.8635965Kp=0.9 Kq=0.950.76745.286809.779584.982.2 功率因数补偿计算2.2.1 功率因数对供电系统的影响在工厂供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下

11、，无功功率增大，即供电系统的功率因数降低将会引起： (1)系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了投资费用；(2)由于无功功率的增大而引起的总电流的增加，使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大；(3)由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流，因此总电流增大，就使的供电系统中的电压损失增加，使得调压困难；(4)对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，使发电机转子的去磁效应增加，电压降低，过度增大激磁电流，从而使转子绕组的温升超过允许范围，为了保证转子绕组的正常工作，发电机就不

12、能达到预定的效果 4 。无功功率对电力系统及工厂内部的供电系统都有不良的影响。因此，供电单位和工厂内部都有降低无功功率需要量的要求，无功功率的减少就相应地提高了功率因数。2.2.2 功率因数的补偿供电单位在工厂进行初步设计时对功率因数都要提出一定的要求，它是根据工厂电源进线、电力系统发电厂的相对位置以及工厂负荷的容量决定的。根据全国供用电规则的规定，本设计要求用户的功率因数cos 0.9。供电单位对工厂功率因数这样高的要求，仅仅依靠提高自然功率因数的办法，一般不能满足要求。因此，工厂便需要装设无功补偿装置，对功率因数进行人工补偿。由上表可知，可知该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.74而

13、要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.90。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0.90，赞取0.92来计算380V侧所需的无功功率补偿容量：=3315kavr采用PGJ1型补偿屏，并联电容器为BWF10.5-120-1W型采用其方案一（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总共容量 120*6kvar*5=3600kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和35KV侧的负荷计算如下表所示：项目 COS计算负荷 /KW/Kvar/kvA/A380V侧补偿前负荷0.746906.386325.19365.114229.2 380V侧无功补偿容量

14、-3600380V侧补偿后负荷0.9296906.382725743411280主变压器功率损耗=111=44310kv侧负荷计算0.927017316874354292.3 变压器的选择2.3.1主变压器台数的选择由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，且集中负荷较大，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器 5 。2.3.2变电所主变压器容量的选择无功补偿器的容量及型号 功率因数的计算 COS=P/S=6906.38/9365.1=0.737; tg=0.997。计算无功补偿容量 根据功率因数考核基准值0.9的

15、要求，应将本站功率因数补偿至0.9。所以补偿后的功率因数换算为正切值 tgc=0.484。 所以补偿电容值为 QC=(tg- tgC)P=0.7（0.997-0.484）6906.38=3542.97kvar 选用的补偿电容型号及台数： TBB10.5-2250/25 两套 装有两台主变压器的变电所每台容量不应小于总的计算负荷的60%，最好为总计算负荷的70%左右，即=(0.6-0.7)同时每台主变压器容量不应小于全部一、二级负荷之和,即(0.6-0.7) ； （不应小于全部一、二级负荷之和）=7435（0.6-0.7）=（4461-5205）KVA因此选两台SL7-6300/35型低损耗配电

16、变压器。工厂二级的备用电源亦由与邻近单位相连的高压联络线来承担。主变压器的链接组别均采用Y/d-11.2.3.3车间变电所变压器选择车间变电所位置一般按下述原则确定：分散设置并接近负荷中心；便于低压网络的备用联络，节省变压器及开关等设备的投资。根据厂区平面布置图提供的车间分布情况及各车间负荷的性质及大小，本厂拟设置六个车间变电所，由于主要车间的负荷均属于类负荷，故每个车间变电所均设置两台变压器。每台变压器的容量按能担负全部车间负荷来选择 6 。车间变电所的名称、位置、型式以及变压器的容量和台数如下表所示：第三章 总配电所主结线方案的设计第四章 短路计算4.1 概述工厂供电系统要求正常地不间断地

17、对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是由于各种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路.发生短路时，因短路回路的总阻抗非常小，故短路电流可能达到很大值。强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电气设备遭受破坏，短路点的电弧可能烧毁电气设备，短路点附近的电压显著降低，使供电受到严重的影响或中断。若在发电厂附近发上短路，还可能会使电力系统运行解列，引起严重后果。此外，接地短路故障所造成的零序电流会在邻近的通信线路内产生感应电动势，干扰通信，亦可能危及人身和设备安全 8 。因此为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围，在供电系统的设计和运行中，必须进行

18、短路电流计算，已解决下列技术问题。1）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度；2）设置和整定继电保护装置，使之正确的切除短路故障；3）确定限流措施，当短路电流过大造成设备选择困难或不够经济时，可采取限制短路电流的措施；4）确定合理的主接线方案和主要运行方式等。4.2 短路计算 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。短路计算常用的方法有两种：有名值法和标幺值法。对于低压回路中的短路，由于电压等级较低，一般用有名值法计算短路电流。对于高压回路中的短路，由于电压等级较多采用有名值法计算时，需要多次折算，非常复杂。为了计算方便，在高压回

19、路短路中，通常采用标幺值法计算短路电流。故本次设计选择标幺值法进行短路电流计算。1、 绘制计算电路（如图4-1）图4-12、确定基准值 设=100MVA,=， =36.75kv， =10.5kv， =0.4kv1.57KA5.5KA=144 KA(三) 计算短路中各元件的电抗标幺值1电力系统100MVA/600MVA=0.172架空线路 查表得LGJ-150的而线路长10km，故（0.3610）100MVA/=0.273电力变压器 查表得7%(短路阻抗值，下同) 故 (7/100)100MVA/6.3MA=0.874）车间变电所的电抗标幺值第一车间变电所 查表得=4.5%= 因此绘制等效电路如

20、图 （四） 计算k-1点的短路电路总抗及三项短路电流和短路容量1总电抗标幺值0.442三相短路电流周期分量有效值3.6KA3其他短路电流 3.6KA9.18KA 5.4 KA4三相短路容量227MVA（五） 计算k-2点的短路电路总电抗及三项短路电流和短路容量1总电抗标幺值0.872三相短路电流周期分量有效值6.3 KA3其他短路电流6.3KA16.1KA 9.5KA4三相短路容量114.9MVA（六） 计算k-3点的短路电路总电抗及三项短路电流和短路容量1总电抗标幺值0.92三相短路电流周期分量有效值160KA3其他短路电流160KA241KA408KA4三相短路容量111MVA以上数据综合

21、如下表 短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVAk-13.6KA3.6KA3.6KA9.18KA5.4KA227MVAk-26.3KA6.3KA6.3KA16KA9.5KA115MVAk-3160 KA160 KA160 KA408KA241 KA111 MVA 第五章 设备的选择与校验5.1 设备的选择校验要求为了保证一次设备安全可靠的运行，必须按下列条件选择和校验 9 ：1.应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展。2.应满足安装地点和当地环境条件校核。3.应力求技术先进和经济合理。4.同类设备应尽量减少品种。5与整个工程的建设标准协调一致。6.选用的新产品均应具有

22、可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。技术条件：选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。1.电压 选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压。2.电流选用的电器额定电流不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流。5.2 设备校验的一般原则1.电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。2.用熔断器保护的电器可不校验热稳定。3.短路的热稳定条件5.2.1 短路热稳定校验短路热稳定校验就是要求所选的电器，当短路电流通过它时，其最高温度不应超过制造

23、厂规定的短路时发热允许温度，即：I2RtjIt2Rt或 I2tjIt2t式中 I2Rtj短路电流所产生的热量； I2Rt 电器在短路时的允许发热量,制造厂通常以t秒（通常为1，4，5 秒）内通过的电流It所产生的热量表示；tj短路延续时间,秒tj=td+0.05秒 =tb+tfd+0.05秒式中 td短路延时时间tb主保护动时间tfd断路器分闸时间如果缺乏断路器分闸时间数据，当主保护为速动时，短路电流可取下列数据；对于快速及中速短路器，td =0.15秒。对于低速断路器 td =0.2 秒。此外当td1秒时，可认为td= tj5.2.2 动力稳定校验电动力稳定是指电器承受短路电流引起机械效应的

24、能力，在校验时，用短路电流的最大幅值与制造厂规定的最大允许电流进行比较即： ich imax或： Ich Imax式中 Ich，ich 短路冲击电流及其有效值； Imax，imax电器极限通过电流的最大值及有效值。 5.3电气设备的校验与定型 5.3.1 母线选择校验1、10KV母线选择校验 （1） 母线形式确定 由于正常工作时流经母线的电流因此应选择矩形铝导体。 （2） 母线截面积选择 按经济电流密度选择，Tmax=5000h，铝导体经济电流密度1.15A/mm2， 截面则应选择Sj=Ig/1.15=573.17 /1.15=498.4mm2; 本方案按按经济电流密度选择母线型号： LMY-

25、638 （3） 热稳定校验 t取1，70时C=87 Smin=3180/87=36.55 mm2所选导体截面504 mm236.7 mm2,故满足热稳定条件。 2、35KV母线选择校验35KV母线采用户外布置，选择软导体较为经济，便于施工。 （1） 型式选择 选择钢芯铝绞线。 （2） 截面选择按经济电流密度选择，Tmax=5000h，铝导体经济电流密度1.15A/mm2， 截面则应选择Sj=Ig/1.15=162.66/1.15=141.44 mm2; 经查表即选取LGJ-150/8。 （3） 截面热稳定校验 Sj Smin即满足热稳定要求。 5.5.2 隔离开关的选择 隔离开关也是发电厂和变

26、电所中常用的开关电器，它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。(1)35KV隔离开关的选择根据隔开发展和应用情况，选取隔离开关型式为GW4-35T/630A户外双柱隔离开关。 其铭牌参数如下： 额定工作电压35KV=Ug; 额定工作电流630AIg=162.66A;(2) 10KV 隔离开关选择GN19-10C/1000型 其额定工作电压为10KV，满足要求额定工作电流1000A I g =573.17A5.5.3变电所各车间负荷及计算电流如下表所示：表 5.1 变电所各车间负荷及计算电流及其选择导线截面和其载流量车间名称车间负荷（KW）计算电流(A)

27、导线型号（铝绞线）导线截面（mm2）导线数量 （根）允许载流量 (A)结论机加工车间20003575LJ30030066806合格装配车间18703552LJ30030066806合格高压水泵房7201459LJ30030036803合格5.5.4 380V 侧低压母线的选择1) 各车间变电所计算电流计算如下： 表 5.2 各车间变电所计算电流序号车间负荷(KW)计算电流（A）NO.141311459NO.25791621NO.34501140NO.48501845NO.554012342) 根据计算电流选择母线截面及其载流量（见下表）： 表 5.3 选择导线截面及其载流量序号导线类型导线截面

28、导线数量允许载流量结论NO.1矩形铝母线100811542合格NO.2矩形铝母线1001011728合格NO.3矩形铝母线631011168合格NO.4矩形铝母线1251012089合格NO.5矩形铝母线801011427合格第六章、防雷与接地6.1 防雷雷电所引起的大气过电压将会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所中，必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全 12 。运行经验证明，当前变电所中采用的防雷保护措施是可靠的，但是雷电参数和电器设备的冲击放电特性具有统计性，故防雷措施也是相对的，而不是绝对的。但是，随着人们对雷电的进一步认识和掌握，以及雷电保护设备特性的不断

29、改善，变电所的防雷保护必将更为经济合理。下面对防雷装置进行选择 13 。6.1.1 防雷设备防雷的设备主要有接闪器和避雷器。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等 14 。6.2 防雷措施为防御直接雷击，在总降压变电所内设置避雷针。根据户内外配电装置及建筑的面积及高度，设置四支避雷针 15 。高压侧选择两个避雷器，型号为FZ-35，在低压侧选择两个避雷器，型号为FZ-10避雷器可安全保护整个变电所不受直接雷击。6.3 接地总降压变电所接地采用环形接地网，用直径50mm长250cm钢管作接地体，埋深1m，用扁钢连接。参 考 文 献1.刘学军.工厂供电设计指导.中国电力出版社.北京:20082.马桂荣 王全亮.工厂供配电技术.北京理工大学出版社.北京:20103.苏文成.工厂供电.机械工业出版社.北京:20044.孟祥萍.工业企业供电实用技术.机械工业出版社2009.65.鞠平.电力工程.机械工业出版社.2009.16.刘介才.工厂供电设计指导.机械工业出版社.北京:2005