工厂供电毕业设计1.doc

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1、毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目： 工厂供电毕业设计姓 名： 编 号： 平顶山工业职业技术学院2012 年 5 月 20 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 专业 矿山机电 任 务 下 达 日 期 2012 年 2 月 20 日设计（论文）开始日期 2012 年 2 月 26 日设计（论文）完成日期 2012 年 5 月 20 日设计（论文）题目： 工厂供电毕业设计 A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 电力工程 系 矿山机电 专业，学生 于 年 月 日进行了毕

2、业设计（论文）答辩。设计题目： 专题（论文）题目： 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 专业 年级 毕业设计（论文）题目： 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 摘 要随着工业生产的发展和科学技术的进步工厂的供电系统的控制、信号和监

3、测工作，已经由人工管理、就地监测发展为远动化,实现遥控、遥信、和遥测。工厂供电系统远动化后,不仅可以提高工厂供电系统的自动化水平,而且可在一定程度上实现工厂供电系统的优化运行,能够及时处理事故,减少事故停电时间，更好地保证工厂供电系统的安全经济运行，工厂供电是工厂企业生产生活的必要保障。经过计算比较，根据工厂实际情况选择科学且经济性高的电器设备，从供电的优质、可靠、经济等性能来综合考虑采用最优化的电气设备和供电方式。关键词 ： 短路电流 功率 变电所目 录第1章 负荷计算及功率补偿11.1 负荷计算的内容和目的11.2 负荷计算的方法21.3 全厂负荷计算21.4 功率补偿21.5 无功功率补

4、偿3第2章 变电所位置和形式的选择52.1 变电所所址选择的基本要求52.2 变电所所址选择应具备的条件6第3章 变电所主变压器及主接线方案的选择73.1 变电所主变压器的选择83.2 变电所主接线方案的选择83.3 主接线方案的技术经济比较10第4章 短路电流的计算124.1 绘制计算电路124.2 短路电流计算的目的及方法124.3 本设计采用标幺制法进行短路计算15第5章 变电所一次设备的选择及校验185.1 10kV侧一次设备的选择校验185.2 380V侧一次设备的选择校验225.3 高低压母线的选择24第6章 导线、变电所高低压线路的选择256.1 10kV高压进线和引入电缆的选择

5、256.2 380低压出线的选择256.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验29第7章 变电所二次回路的方案及断电保护的确定317.1 变电所二次回路方案选择317.2 断电保护32第8章 防雷与接地368.1 防 雷368.2 接地37设计总结38参考文献39致 谢40第1章 负荷计算及功率补偿 全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功 率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。1.1 负荷计算的内容和目的1. 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的 负荷，其热效应与同一时间内

6、实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用 30 分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。2.尖峰电流指单台或多台用电设备持续 1 秒左右的最大负荷电流。一般 取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、 电压波动和电压下降以及选择电器 和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。 3.平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。1.2 负荷计算的方法 负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等

7、几种。本设计采用需 要系数法确定。主要计算公式有：有功功率:P30 = PeKd 无功功率: Q30 = P30 tg 视在功率: S3O = P30/Cos 计算电流: I30 = S30/3UN1.3 全厂负荷计算取 Kp = 0.92; Kq = 0.95 根据上表可算出：P30i = 6520kW; Q30i = 5463kvar 则 P30 = KPP30i = 0.96520kW = 5999kW Q30 = KqQ30i = 0.955463kvar =5190kvar S30 =(P302+Q302)1/2 7932KVA I30 = S30/3UN 94.5A COS = P

8、30/Q30 = 5999/7932 0.751.4 功率补偿由于设计中上级要求COS0.9，而由上面计算可知COS=0.75=898.9 KVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。 b)装设两台变压器 型号为S9型，而每台变压器容量根据式（3-1）、（3-2）选择，即898.9 KVA=（539.34629.23）KVA（3-1）=(134.29+165+44.4) KVA=343.7 KVA（3-2）因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来

9、承担。主变压器的联结组均为Yyn0 。3.2 变电所主接线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：3.2.1装设一台主变压器的主接线方案如图3-1所示Y0Y0S9-1000GG-1A(F)-0710/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-03GG-1A(J)-03GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54GG-1A(F)-07GG-1A(F)-07主变联络（备用）220/380V高压柜列图3-1 装设一台主变压器的主接线方案3.2.2装设两台主变压器的主接线方案 如图3-2所示Y0Y0220/380VS9

10、-630GG-1A(F)GG-1A(F)-0710/0.4kVS9-63010/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GG-1A(F)-113、11GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-01GG-1A(F)-113GG-1A(F)-11GG-1A(J)-01GG-1A(F)-96GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54主变主变联络（备用）高压柜列-96图3-2 装设两台主变压器的主接线方案3.3 主接线方案的技术经济比较 表3-3 主接线方案的技术经济比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电

11、质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗较小灵活方便性只有一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额查得S9-1000/10的单价为15.1万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为2*15.1=30.2万元查得S9-630/10的单价为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元，比一台主变方案多投资11.8万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查得GG-1A(F)型柜可按每台4万元计，其综合投资可按设备的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4*1.5*4=24万元本方案采用6台

12、GG-1A(F)柜，其综合投资约为6*1.5*4=36万元，比一台主变方案多投资12万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变的折旧费=30.2万元*0.05=1.51万元；高压开关柜的折旧费=24万元*0.06=1.44万元；变配电的维修管理费=（30.2+24）万元*0.06=3.25万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）=6.2万元主变的折旧费=42万元*0.05=2.1万元；高压开关柜的折旧费=36万元*0.06=2.16万元；变配电的维修管理费=（42+36）万元*0.06=4.68万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（2.1+2.16

13、+4.68）=8.94万元，比一台主变方案多投资2.74万元供电贴费主变容量每KVA为800元，供电贴费=1000KVA*0.08万元/KVA=80万元供电贴费=2*630KVA*0.08万元=100.8万元，比一台主变多交20.8万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。方案：单母线分段带旁路。优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。方案：高压采用单母线、低压单母线分段。优点

14、：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。以上三种方案均能满足主接线要求，采用三方案时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案。根据所选的接线方式，画出主接线图，参见附图三变电所高压电气主接线图。第4章 短路电流的计算4.1 绘制计算电路 500MVAK-1K-2LGJ-150,8km10.5kVS9-10000.4kV(2)(3)(1)系统图4-1 短路计算电路4.2 短

15、路电流计算的目的及方法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。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，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得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，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。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

16、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。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法） 。本厂的供电系统简图如图（4-2）所示。采用两路电源供线，一路为距本厂6km的馈电变电站经LGJ-185架空线（系统按电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。图（4-2）下面采用标么制法进行短路电流计算。4.2.1 确定基准值：取，所以： 4.2.2 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空

17、线至变电所的电缆电抗）1) 电力系统的电抗标么值： 2) 架空线路的电抗标么值：查手册得，因此： 3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得，因此： 可绘得短路等效电路图如图（4-3）所示。图（4-3）4.2.3 计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1) 总电抗标么值：2) 三相短路电流周期分量有效值： 3) 其他三相短路电流： 4) 三相短路容量：4.2.4 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1) 总电抗标么值：2) 三相短路电流周期分量有效值：3) 其他三相短路电流： 4) 三相短路容量：4.3 本设计采用标幺制法进行短路计算4.3.

18、1 在最小运行方式下： （1）确定基准值 取 Sd = 100MVA,UC1 = 60KV,UC2 = 10.5KV而Id1 = Sd /3UC1 = 100MVA/(360KV) = 0.96KA Id2 = Sd /3UC2 = 100MVA/(310.5KV) = 505KA （2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1.电力系统（SOC = 310MVA）X1* = 100KVA/310= 0.32 2.架空线路（XO = 0.4/km）X2* = 0.44100/ 10.52= 1.52 3.电力变压器（UK% = 7.5） X3* =UK%Sd/100SN 7.5100103/(

19、1005700) = 1.32 绘制等效电路如图，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。（3）求 k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量a 总电抗标幺值 X*(K-1)= X1*X2*= 0.32+1.52= 1.84 b.三相短路电流周期分量有效值 IK-1(3) = Id1/X*(K-1)= 0.96/1.84 =0.52 c.其他三相短路电流 I(3) = I(3) = Ik-1 (3) = 0.52KA ish(3) = 2.550.52KA = 1.33KA Ish(3) = 1.510.52 KA= 0.79KA （4）三相短路容量 Sk-1(3) =

20、 Sd/X*(k-1) =100MVA/1.84=54.3 4.3.2 在最大运行方式下（1）确定基准值取Sd = 1000MVA,UC1 =60KV,UC2 = 10.5KV而Id1 = Sd /3UC1 = 1000MVA/(360KV) =9.6 Id2 = Sd /3UC2 = 1000MVA/(310.5KV) = 55KA （2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1）电力系统（SOC = 1338MVA）X1*= 1000/1338= 0.75 2）架空线路（XO = 0.4/km） X2* = 0.441000/602 =0.45 3）电力变压器（UK% = 4.5）X3*

21、= X4* = UK%Sd/100SN = 7.51000103/(1005700) = 13.2（3）求 k-1 点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值 X*(K-1) = X1*X2* = 0.75+0.45= 1.2 三相短路电流周期分量有效值 IK-1(3) = Id1/ X*(K-1)= 9.6KA/1.2 = 8KA 其他三相短路电流 I(3) = I(3) = Ik-1(3) = 8KA ish(3) = 2.558KA = 20.4KA Ish(3) = 1.51X*(K-1)8KA = 12.1KA 三相短路容量 Sk-1(3) = Sd/X*(k-1

22、)= 1000/1.2 = 833MVA（4）求 k-2 点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1)总电抗标幺值 X*(K-2) = X1*X2*X3*X4* = 0.750.4513.2/2 = 7.8 2)三相短路电流周期分量有效值 IK-2(3) = Id2/X*(K-2) = 55KA/7.8 = 7.05KA 3)其他三相短路电流 I(3) = I(3) = Ik-2（3）= 7.05KA ish(3) = 2.557.05KA =17.98KA Ish(3) = 1.517.05KA = 10.65KA 4)三相短路容量 Sk-2(3) = Sd/X*(k-2) = 1

23、000/7.05= 141.8MVA第5章 变电所一次设备的选择及校验5.1 10kV侧一次设备的选择校验5.1.1按工作电压选则 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。5.1.2按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即5.1.3按断流能力选择 设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或 对于分断负荷设备电流的设备

24、来说，则为，为最大负荷电流。5.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件或、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b)热稳定校验条件 对于上面的分析，如表5-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。表5-1 10 kV一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kV57.7A()1.96kA5.0kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630kA16kA40 kA高压隔离开关-10/20010kV200A-25.5 kA二次负荷0.6高压

25、熔断器RN2-1010kV0.5A50 kA-电压互感器JDJ-1010/0.1kV-电压互感器JDZJ-10-电流互感器LQJ-1010kV100/5A-=31.8 kA=81避雷针FS4-1010kV-户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA根据高压一次设备的选择校验项目和条件，在据电压、电流、流能力选择设备的基础上，对所选的高压侧设备进行必需的动稳定校验和热稳定度校验。a.设备的动稳定校验高压电器动稳定度校验校验条件： 由以上短路电流计算得= ；= 。并查找所选设备的数据资料比较得：高压断路器ZN24-10/1250/20 =50kA ，满足条件；电流互感器LZZQB6

26、-10-0.5-200/5 =79kA，满足条件；JN-3-10/25接地开关=63 kA ，满足条件。绝缘子动稳定度校验校验条件： 母线采用平放在绝缘子上的方式，则：（其中=200mm；=900mm）。所以：= 满足要求。 母线的动稳定校验校验条件： TMY母线材料的最大允许应力=140MPa。10kV母线的短路电流=；= 三相短路时所受的最大电动力： =母线的弯曲力矩： 母线的截面系数： 母线在三相短路时的计算应力： 可得，=140MPa=，满足动稳定性要求。b.高压设备的热稳定性校验高压电器热稳定性校验校验条件： 查阅产品资料：高压断路器：=31.5kA,t=4s；电流互感器：=44.5

27、kA ,t=1s；接地开关：=25kA,t=4s。取，=，将数据代入上式，经计算以上电器均满足热稳定性要求。高压母线热稳定性校验校验条件： A=查产品资料，得铜母线的C=171，取。母线的截面： A=504=200允许的最小截面： 从而，该母线满足热稳定性要求 。 c. 高压电缆的热稳定性校验校验条件： A=允许的最小截面： 所选电缆YJV-350的截面 A=50从而，该电缆满足热稳定性要求 。 5.2 380V侧一次设备的选择校验同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表5-2所示，所选数据均满足要求。 表5-2 380V一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度其它装置地点条件参数-数据380V总1317.6A19.7kA36.2kA-一次设备型号规格额定参数-低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA-低压断路器DW20-630380V630A（大于）30Ka(一般)-低压断路器DW20-200380V200A（大于）25 kA-低压断路HD13-1500/30380V1500A-电流互感器LMZJ1-0