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1、某某大学课 程 设 计 说 明 书 课程名称 电力工程基础课程设计 题 目XXX大型钢铁联合企业维修制造厂变电所供配电设计学 院 车辆与动力工程学院 班 级 农业电气化及其自动化 班 学生姓名 指导教师 日 期 摘 要电能与国民经济各部门和人民生活关系密切。现代工业、农业、交通运输业以及居民生活等都广泛的利用电作为动力、热量、照明等能源。供电的中断或不足，不仅将直接影响生产，造成人民生活紊乱，在某些情况下，甚至会造成极其严重的社会性灾难。随着现代社会对电网供电可靠性的要求的不断提高，就需要我们继电保护装置发挥更重要的作用，针对系统出现的故障能及时切除，确保电网的安全、稳定、经济的运行.根据变压
2、器型号及运行条件选用合适的继电保护措施，并对保护装置进行合理的整定，变压器就能安全的运行。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；电能在工业生产中的重要性，在于工业生产实现电气化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。因此，所以工厂企业供配电的电路设计要联系到各个方面，负荷计算及无功补偿，变压器的型号、容量和数量的分配；短路的计算、设备的选择、线路的分配和设计
3、等方面进行设计分析，把最好的供配电设计应用到现实生产中来，为经济的发展做出最好的服务。关键词：变电所，负荷计算，设备选型，继电保护目 录第一章 绪论1第二章 总体设计22.1 负荷计算22.1.1 电力负荷介绍22.1.2 具体的负荷计算32.1.3 计算负荷的确定92.2 主变压器的选择102.3 短路电流计算132.3.1 短路电流等效电路图132.3.2 求各元件电抗标幺值142.3.3 系统最大运行方式下三相短路电流及短路容量计算152.4 主要电气设备选择172.4.1 主变压器35KV侧设备172.4.2 主变压器10KV侧设备192.4.3 10KV馈电线路设备192.5 变电所
4、进出线选择202.5.1 35KV高压进线的选择202.5.2 变电所低压出线的选择202.6 过电流保护212.6.1 高压进线的继电保护212.6.2 各变电所进线的保护242.6.3 变压器继电保护262.7 防雷与接地保护282.7.1 防雷装置282.7.2 架空线路的防雷保护282.7.3 车间变电所的防雷和接地29参考文献32第一章 绪论本题目主要目的是设计某电机修造厂的变电所总降压配电设计。与原来的课程设计比较，本题不仅设计量大了许多，而且在多个方面的要求也有所加强。虽然变电所的设计在现在已经不是高新的技术，但是作为电气自动化专业的学生，本题目还是很全面的包含了一大部分专业课程
5、学习的内容，而且各个方面都有所深入。尤其是继电保护的问题，有了更加深入的学习。虽然本题没有对变电站综合自动化有所研究，但是对日后向这个方面的学习和发展打下了坚实的基础。通过这次设计不仅进一步加强专业知识的学习，拓宽知识面，提高理论知识水平。而且扩宽了就业面，提高就业能力，提高了独立思考和分析问题的能力。第二章 总体设计2.1 负荷计算2.1.1 电力负荷介绍1 电力负荷又称电力负载，其有两种含义：1)指耗用电能的用电设备或用电单位，如重要负荷等；2)指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如轻负载等。2 电力负荷的分级:按规定，电力负荷根据其对供电可靠性的要求以及中断供电造成的损失或影响
6、分为三级：1)一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡；或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备的损坏等。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。2)二级负荷二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如主要设备的损坏等。3)三级负荷三级负荷为一般电力负荷，指所有不属于上述一、二级的负荷。3 各级电力负荷对供电电源的要求1)一级负荷对供电电源的要求由于一级负荷属于重要负荷，如中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两个电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应不至于同时受到损坏。一级负荷中
7、特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源，为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。2)二级负荷对供电电源的要求二级负荷也属于重要负荷，要求由两回路供电，供电变压器也应有两台。其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。3)三级负荷对供电电源的要求三级负荷属于不重要的一般负荷，对供电负荷没有特殊要求。2.1.2 具体的负荷计算计算负荷是供电设计的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线电缆选择是否经济合理。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。有功计算负荷为 式中，为设备容量。无功计算负荷为 式中，为对
8、应于用电设备组的正切值。视在计算负荷为 总的计算电流为 式中，为额定电压380V。变压器功率损耗的计算：变压器的负荷率 变压器的功率损耗为 各组设备的计算负荷情况如下：（1）电机修造车间 （2）机械加工车间 （3）新品试制车间 （4）原料车间 （5）备件车间 （6）锻造车间 （7）锅炉房 （8）空压站 （9）汽车库 （10）大线圈车间 （11）半成品试验站 （12）成品试验站 （13）加压站 （14）设备处仓库 （15）成品试验站内大型集中负荷 具体列表为：序号设备容量(kW)需要系数(kW)(kvar)(kVA)125650.240.820.77615.79504.79795.7928860
9、.181.580.53159.48251.98298.2136340.351.510.55221.9345.06401.8845140.60.590.86308.4181.96358.0855620.350.790.785196.7155.39250.6761500.241.60.53368.6437.0272690.730.870.75196.37170.84260.2883220.560.880.75180.32158.68240.29530.570.90.7430.2127.18940.64103350.560.630.85187.6118.19221.731112170.30.790.
10、78365.1288.43465.281222900.280.750.8641.2480.9801.5132560.640.850.76163.84139.26215.03145600.60.850.76336285.6440.981536000.80.80.78288023043688.1各车间负荷统计2.1.3 计算负荷的确定 （1）总的有功计算负荷为 （2）总的无功计算负荷为 （3）总的视在计算负荷为 （4）总的计算电流为2.2 主变压器的选择因为工厂内都为一二级负荷，所以应该选择两台主变压器。装有两台主变压器的容量应同时满足以下两个条件：（1）任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的
11、大约60%70%的需要，即 =（60%70%）（2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一二级负荷的需要，即 即可得：5464.62) 且=因此初步确定每台主变压器的容量为6300kVA总降压变电所的功率补偿按规定，变电所最高侧的，考虑到变压器的无功功率损耗远大于有功功率的损耗，一般，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于高压侧补偿后的功率因数0.90，这里取在这里，我们运用单独就地补偿的方式。单独就地补偿，又称分散就地补偿，是将并联电容的组装设在需进行无功补偿的各个用电设备旁边。这种补偿方式能够补偿安装部位以前的所有高低压线路和电力变压器的无功功率，因此其补偿范围最大
12、，补偿效果最好。但这种补偿方式总的投资较大，且电容器组在被补偿的用电设备停止工作时，它也将一并被切除。无功功率补偿的公式：要使功率因数由提高到，则无功补偿装置的容量为： 或 式中，称为无功补偿率，或比补偿容量。取查表A-5得选用BW0.4-12-1的电容器，则所需电容器的个数为；取n=220，则实际补偿容量为。补偿后的变压器容量和功率因数无功补偿后的变电所低压侧的视在计算负荷为此时选用变压器70%）=（3828.784466.91）即改选用S9-5000/35的变压器。查附录表A-2知，此电力变压器的技术参数为：。变压器负荷率为，则变压器功率损耗为变压器高压侧的计算负荷为变电所高压侧的功率因数
13、为无功补偿前后的变压器容量的变化即无功补偿后变压器容量减少了1300kVA，减少了投资，提高了功率因数。可求得引入各车间变压器型号与数据为序号变压器型号损耗/W空载电流（%）阻抗电压（%）空载负载1S9-1000/10/0.4/1台170092001.752S9-315/10/0.4/1台72034503.043S9-500/10/0.4/1台103049503.044S9-400/10/0.4/1台87042003.045S9-315/10/0.4/1台72034503.046S9-80/10/0.4/1台25012404.547S9-315/10/0.4/2台72034503.048S9-
14、250/10/0.4/1台60029003.049S9-80/10/0.4/1台25012404.5410S9-250/10/0.4/1台60029003.0411S9-500/10/0.4/1台103049503.0412S9-1000/10/0.4/1台170092001.7513S9-3150/35/10.5/1台3.8k24.30k0.70714S9-3150/35/10.5/1台3.8k24.30k0.70715S9-5000/220/35/1台5.40k33.03k0.6072.3 短路电流计算2.3.1 短路电流等效电路图为了选择高压电气设备，整定继电保护，必须进行短路电流计算。
15、短路电流按系统正常运行方式进行计算。短路电流计算电路及短路点的设置如图所示根据计算电路图可以做出等效电路图为2.3.2 求各元件电抗标幺值设则(1) 电力系统当时，当时，(2) 架空线路WL(3) 主变压器T1(4) 车间变压器T22.3.3 系统最大运行方式下三相短路电流及短路容量计算（1）k1点短路总电抗标幺值为因此，k1点短路时的三相短路电流及短路容量分别为（2）k2点短路总电抗标幺值为因此，k2点短路时的三相短路电流及短路容量分别为（3）k3点短路总电抗标幺值为k3点短路时的三相短路电流及短路容量分别为系统最小运行方式下短路电流计算过程同上，将计算结果汇总于表。短路计算点运行方式三相短
16、路电流/KA短路容量/MVAIkishIshSkK1最大5.213.267.85333.33最小3.188.114.8204.1K2最大2.185.5593.29239.68最小2.0075.123.0336.9K3最大19.1935.320.9213.3最小8.724.4420.412.97短路电流计算结果2.4 主要电气设备选择2.4.1 主变压器35KV侧设备主变压器35KV侧计算电流，35KV配电装置采用户外布置，所选用各设备有关参数见表2-3安装电气条件设备型号规格项目项目数据数据项目断路器SW2-35/1000隔离开关GW4-35G/600电流互感器LCW-35电压互感器JDJJ-
17、35避雷器FZ-35353535353535521000600100/55.216.5333.33100013.3455046主变压器35KV侧所选用各设备2.4.2 主变压器10KV侧设备主变压器10KV侧计算电流,选用GG-1A(F)-04型高压柜，各设备有关参数见表安装点电气条件设备型号规格项目数据项目高压断路器SN10-10I/630隔离开关GN8-10T/600电流互感器LAJ-1010101010173.263060000/52.291641.673005.844052主变压器10KV侧所用各设备2.4.3 10KV馈电线路设备以去变压站的馈电线路为例，由表2-1知空压站线路的计算
18、负荷389KVA，其计算电流为,10KV馈电线路设备选择方法与主变压器10KV侧相同，选用GG-1A(F)-03型高压开关柜，计算从略。2.5 变电所进出线选择2.5.1 35KV高压进线的选择采用LGJ型钢芯铝绞线架空铺设（1）按经济电流密度选择导线截面线路的计算电流为由资料可查的经济电流密度，因此导线的经济截面为，选用与接近的标准截面，即选LGJ-95型钢芯铝绞线。（2）校验发热条件查电力工程基础附录表A-8知，LGJ-25型钢芯铝绞线的允许载流量（室外25度）,因此发热条件满足要求。（3）校验机械强度查电力工程基础表2-2知35KV钢芯铝绞线的最小允许截面为，因此所选用的LGJ-25型钢
19、芯铝绞线满足机械强度要求。2.5.2 变电所低压出线的选择选择原则:根据计算变电所计算电流大小，来选择线型。NO.1 变电所低压侧回路电流：所选母线载流量应大于回路电流，查表可知：矩形硬铝母线LMY8010,其放平时的载流量是1427A，能够满足载流要求。其他变电所选择如下表所示：变电所回路电流（A）低压侧回路母线型号尺寸/mm根数允许载流量NO.11320LMY8010801011427NO.2242.3LG-70701265NO.3629.9LMY5055051661NO.4539.9LMY4054051542NO.5380.85LMY4044041480NO.656.2LG-101017
20、5NO.7410.2LMY-4044041480NO.8364.9LMY-4044041480NO.961.7LG-1010175NO.10336.9LG-1201201375NO.11706.9LMY-636.3636.31910NO.121270.9LMY-80880811274NO.1312.4LG-1010175NO.1424.1LG-1010175NO.1560.84LG-1010175各变电所低压进线列表2.6 过电流保护2.6.1 高压进线的继电保护装设定时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，三相三继电器式结线。（见图2-6）。其工作原理为：当一次电路发生相间短路时，
21、电流继电器KA瞬时动作，闭合其触点，使时间继电器KT动作。KT经过整定的时限后，其延时触点闭合，使串联的信号继电器（电流型）KS和中间继电器KM动作。KS动作后，其指示牌掉下，同时接通信号回路，给出灯光信号和音响信号。KM动作后，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF跳闸，切除短路故障。QF跳闸后，其辅助触点QF1-2随之切断跳闸回路。在短路故障被切除后，继电保护装置除KS外的其他所有继电器均自动返回起始状态，而KS可手动复位。变电所进线侧线路定时限过电流保护的原理电路图1、装设定时限过电流保护，采用DL-15型电磁式过电流继电器。（1）过电流保护动作电流的整定 式中=2，为线路的计算电流，数值2
22、应为电动机的自启动系数 ，=130.23A，,=1，=0.8，=200/5=40，因此动作电流为：，因此过电流保护动作电流整定为10A。（2）过电流保护动作时间的整定过电流保护动作时间整定为2s。（3）过电流保护灵敏系数的检验 式中 在电力系统最小运行方式下，高压线路末端两相短路：4503.2 A继电保护的动作电流换算到一次电路的值，称为一次动作电流：390.8A因此其保护灵敏系数为: 11.51.5,灵敏系数满足要求。2、装设电流速断保护，利用DL-15的速断装置。（1）电流速断保护动作电流的整定式中为被保护线路末端的三相短路电流，这里=5.2KA，=1，=200/5=40，因此动作电流为：
23、156 A因此动作电流整定为156A。整定的速断电流倍数:(2)电流速断保护灵敏系数的校验式中为在电力系统最小运行方式下，被保护线路首端的两相短路电流，4503.2 A为速断电流折算到一次电路的值:因此灵敏度系数为：2，满足灵敏度系数的要求。2.6.2 各变电所进线的保护NO.1车间变电所高压进线的保护：1、装设定时限过电流保护，采用DL-15型电磁式过电流继电器。（1）过电流保护动作电流的整定式中=2，为线路的计算电流，数值2应为电动机的自启动系数, =1320A,=1，=0.8，=150/5=30，因此动作电流为：132 A因此过电流保护动作电流整定为132A。（2）过电流保护动作时间的整
24、定 式中为后一级保护的线路首端发生三相短路时，前一级保护的动作时间；为后一级保护中最长的一个动作时间,为前后两级保护装置的时间级差，对定时限过电流保护取0.5s，前一级保护动作时间为2s,所以过电流保护动作时间整定为1.5s。（3）过电流保护灵敏系数的检验式中为在电力系统最小运行方式下，被保护线路末端的两相短路电流,为动作电流折算到一次电路的值,因此其灵敏度系数为： 1.5，满足灵敏度系数的要求。2、装设电流速断保护（1）电流速断保护动作电流的整定式中为被保护线路末端的三相短路电流，这里=19.19KA，=1，=150/5=30，因此动作电流为：767.6 A因此动作电流整定为768A。整定的
25、速断电流倍数为：（2）电流速断保护灵敏系数的校验式中为在电力系统最小运行方式下，被保护线路首端的两相短路电流16.2kA 为速断电流折算到一次电路的值，因此其灵敏度系数为：4.12,满足灵敏度系数的要求。其他变电所高压侧进线的保护方案与NO.1变电所的保护方案相同。2.6.3 变压器继电保护变压器的继电保护装置（NO.1变电所选用的S91000/10型变压器）1、装设定时限过电流保护，采用DL-15型电磁式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。（1）过电流保护动作电流的整定其中：115.5 A可靠系数，接线系数，继电器返回系数，电流互感器的电流比=150/5=30 ，动作电流
26、为：,因此过电流保护动作电流整定为7A。（2）过电流保护动作时间的整定:,式中 为变压母线发生三相短路时高压侧继电保护的动作时间，在变压器低压侧保护装置发生低压母线发生三相短短时的一个最长的动作时间，为前后两极保护装置的时间级差，对定时限过电流保护，可取0.5s，对反时限过电流保护可取0.7s。必须注意：对反时限过电流保护装置，由于其过电流继电器的整定时间只能是“10的倍动作电流的动作时间”，因此整定时必须借助继电器的动作特性曲线，以确定相应的实际动作时间，或由实际动作时间确定整定时间。但是，对于变压器的过电流保护时，其动作时间一般整定为住0.6s即可满足要求。（3）过电流保护灵敏系数的检验
27、其中：=0.8662.18kA(35kV10kV)=539.4A；因此其灵敏度系数为： 2.571.5，满足灵敏度系数的要求。2、装设电流速断保护，利用DL15的速断装置。（1）电流速断保护动作电流的整定其中：，因此速断保护电流为:29.1 A（2）电流速断保护灵敏系数的检验其中：1.89 KA0.873KA因此其保护灵敏度系数为：2，满足灵敏度系数的要求。3、装设过负荷保护（1）过负荷保护动作电流的整定(1.21.25)式中为变压器的额定一次电流，即=1000A，为电流互感器的变流比，即=150/5=30，因此其动作电流为：1.25。（2）过负荷保护动作时间的整定：1015s其他车间变电所的
28、变压器的继电保护装置方案与本车间变电所的变压器保护的选择方法和整定计算方法相同，只是整定值不同。2.7 防雷与接地保护2.7.1 防雷装置避雷针避雷针的作用是它能对雷电场产生一个附加电场，使雷电场畸变，因而将雷云的放电通路吸引到避雷针本身，由它及与它相连的引下线和接地体将雷电流安全导入地中，从而保护了附近的建筑物和设备免受雷击。避雷器雷电击中送电线路后，雷电波沿导线传播，若无适当保护措施，必然进入变电所或其他用电设施，造成变压器、电压互感器或大型电动机的绝缘损坏，避雷器就是防止行波侵入而设置的保护装置。避雷器有管式避雷器和阀式避雷器。2.7.2 架空线路的防雷保护工厂供电系统架空线路的防雷：送
29、电线路防雷的目的是尽量保持导线不受雷击，即使受到雷击，也不致发展成为稳定电弧而中断供电。工厂供电系统的输电线路的特点如下：1.一般厂区架空线路都在35KV以下，中性点不接地系统，当雷击杆顶对一相导线放电时，工频接地电流很小，不会引起线路的跳闸。2.工厂配电线路一般不长，厂区内一般采用电缆供电，即使用架空线，也会受到建筑物和树木的屏蔽，遭受雷击的机会比较小。3.对重要负荷的工厂较易实现双电源供电和自动合闸装置，可以减轻雷害事故的影响。4.对于10.5KV架空线高度较低，不需装设避雷线，防雷方式可以采用钢筋混泥土杆的自然接地，必要时采用双电源供电和自动合闸。2.7.3 车间变电所的防雷和接地工厂变
30、电所是工厂电力供应的枢纽，一旦遭受雷击，会造成全厂停产，影响很大，工厂还有许多其他建筑物和构筑物，有的较高，有的易燃，有的易爆，也需要可靠的防雷措施，对他们的防雷要求，水电部颁发的过电压保护规程中均有明确的规定。1.直击雷的过电压保护在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻 。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的
31、杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长11.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。2.雷电侵入波的防护(1)在10kV电源进线的终端杆上装设FS310型阀式避雷器。引下线采用25mm4mm的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷针接地端螺栓连接。(2)在10kV高压配电室内装设有GG1A(F)55型开关柜，其中配有FS310型
32、避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。(3)在380V低压架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入波的雷电波。3.接地网设计接地网接地电阻按RE4设计，现采用最常用的垂直接地体，直径d=50mm，长约2.5m，环形敷设。单根钢管接地电阻为：选取 计算垂直接地体根数，n0.9RE1/( RE)=0.9 因此选取=50mm的镀锌钢管15根，垂直接地体之间距离为5米。接地线和水平连接导体用40mm4mm的镀锌扁钢。第三章 结论在老师的正确指导下，以及同学的配合和不懈努力下，经过数天的学习和研究，终于完成了这一份的课程设计。本来以为
33、自己对电力工程基础的知识掌握的还是比较好，但是到做课程设计的时候才发现自己还存在着诸多不足。其中就有很多基础知识不是很完善，很多知识都掌握的不是很踏实。但是毕竟我还是将这个课程设计做出来了。设计过程中通过针对性地查找资料，了解有关电力工程基础的知识。既增长了自己的知识面，补充最新的专业知识，又提高了自己的应用能力和实践能力，对学过的课本知识起到了很好的温习作用。通过对冶炼厂变电所供配电设计的设计，让我很好的运用了电力工程基础的知识，对课本知识进一步的消化和巩固。这次课程设计终于顺利完成了。这个课程设计让我受益良多只要用心去学习，不怕困难就一定能成功！通过本次设计，我在很多方面有了提高，如CAD
34、制图、Office的熟练运用等等。在设计中涉及到了很多有关工厂配电的专业知识，虽然我们前面没开设这门学科，但经过这次设计，我学到了很多这方面的专业知识，进一步提高了自己的内涵。参考文献1 孙丽华电力工程基础M机械工业出版社，2009.2 许建安. 王风华电力系统继电保护整定计算M中国水利水电出版社，2007.3 许建安. 电力系统继电保护M中国水利水电出版社，2005.4 刘学军. 继电保护原理M中国电力出版社，2005.5 吴必信 电力系统继电保护同步训练M中国电力出版社，20036 韦刚. 电力系统分析基础M国电力出版社,2003.7 陈曾田. 电力变压器保护M中国水利水电出版社,2009.
