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1、电力工程课程设计机械厂总降压变电所及高压配电系统设计专业班级：电气工程及其自动化二班前言2一、负荷计算和无功功率计算及补偿3二、变电所位置和形式的选择6三、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择7四、短路电流的计算9五、变电所一次设备的选择与校验11六、变电所高、低压线路的选择16七、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定17八、防雷和接地装置的确定20九、心得和体会21十、附录参考文献2122十一、附图前本学期，在赵老师的指导下，我们系统的学习了工厂供电这门课程，通过学习，我们从更深层次了解到了电气工程专业学生应该具备的专业知识，为了让我们把所学的知识更好的应用于实践，为了给以后硕士期间
2、的研究奠定基础，更为了以后走上工作岗位打下坚实基础，赵老师在课程结束时安排我们进行了课程设计，下面就自己所选的课程设计题目，以电机修造厂为例，从变配电、输电、车间布置等方面对设计作一下简要介绍介绍，由于学艺不精，再加上经验尚浅，在此报告中如有不足之处请赵老师批评指正。一、负荷计算和无功功率计算及补偿全厂各车间负荷计算表如下：附表1全厂各车间380V负荷统计资料及负荷计算表序号车间或用电单位名称设备容量kWKdcosIg(P计算负荷车间变电所代号变压器台数及容了备注P30QmiSaoBo1电机修造车间25050.350.65No.1二级2机械加工车间12860.30.70No.23新品试制车间7
3、800.40.65NoJ二级4原料车间8450.650.75No.45备件车间5800.350.60No5材料库880.700.80小计6锻造车间1500.30.65No6二级木工间850.70.75材料间250.250.65小计7锅炉房2690.80.75No7二级食堂650.750.80浴室100.80.85小计8空压站3200.850.75No8一级泵房280.750.80小计9汽车库530.60.70No9办公楼500.70.80小计10大线圈车间7560.60.75NolO二级11半成品试验站8650.50.75Noll二级12成品试验站2290().350.70Nol2二级（一）负
4、荷计算和无功功率计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算。具体步骤如下。1.电机修造车间：%=25050.35=876.75kW；=1025.8(UvarS30=同底= 1349.43M 4；= 2050.3 IAE照明部分，2)=50ZW; 30o=O2 .机械加工车间:EO= 385.8/W030 = Ao tan f = 385.8 1.02 = 393.60kvar=7+ =5514kVA3 .新品试制车间：4 =780 X 0.4 = 312) W ；S30 = +G = 480.2RVA4 .原料车间：60 = 845 X 0.65 = 549.252 W ；V)=-=
5、= 837.40A师Qyo = Pyo tan f = 365MkVarI30 = 729.62 AQ30 = 483.34 女 V arS30 =730.89 左 V A5 .备用车间：P30 = 580 X 0.35 = 203Z W ；S30 =338.33 ArV-A30 =IllO .50A030 = P30 tan f = 270.67 k var30 =514.06A材料库:P=6.6kW6 .铸造车间:Q30 = 46.2AVarS30 = 46.S6 IcVA7%=150X0.3=45左W30=52.65AVar*=#=105.23A师木工间：P30=59.5kW30=52.
6、36A:varS30 =69.26Ar VAS30 = 79.26A30 = 120.42 A材料间：AO=6.25%W30=7.3125ZrvarS30=9.62kvAZ30=14.62A7 .锅炉房：舄0=215.2ZWQ3。=189.3762VarS30=286.7/:EA30=435.5A食堂：%=48.75ZWQ30=36.56kvarS30=60.94%以30=92.59A8 .空压站：Eo=ZllkW。3。=239.36%varS30=362.32kvA30=550.5A泵房：鸟o=2MW30=15.75ZrvarS30=26.25ZrvA30=39.88A9 .汽车库：A。=3
7、1.8ZWQ30=32.4攵VarS30=45.43A:vAZ30=69.02A10 .大线圈车间：乙。=453.6ZWQ30=399.168Arvar30=918.05A11 .半成品实验站：6O=4325kW。30=380.62varS30=576.12A:vAZ30=875.35A12 .成品实验站：%=801.5女W30=817.7ZvarS30=1145ArvA30=1739.1A13 .IOKV加压站勺二45OAWQo=255.03kVarS30=517.24vAZ30=29.86A14 .10KV试验站7%=2880ZW30=1394.85ZrvarS30=3200AAZ30=1
8、84.75A取全厂的同时系数为：KZQ=O.95KZQ=O.97则全厂的计算负荷为：耳=0.95KZP=7738.225&WQw=0.97KZQ=6264.33AvarS30=依+Q富=9956vAZ30=574.8（二）无功功率补偿：本设计采用低压集中补偿方式，补偿范围较分散补偿小。但其管理方便，电容器能充分利用，电力电容器采用三角型连接，这种连接方式提供的补偿容量大。根据供电企业规则规定：10KV及高压供电用户功率因数为0.9以上，考虑到变压器无功功率损耗Qt远大于有功功率损耗APt,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由以上计算可得变压器
9、低压侧的视在计算负荷为：S30=9956&以这时低压侧的功率因数为：COSOl=0.77为使高压侧的功率因数0.90,则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90,取：COSd=O.93o要使低压侧的功率因数由0.77提高到0.93,则低压侧需装设的并联电容器容量为：Qi=/0(tanarccos0.77-tanarccos0.93)Avar=3210.924var取:0c=3210.92Avar,则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为:S30=7738.2252+(6264.33-3210.92)2=8320.67vA计算电流8320.676UN= 480A由后面计算得变压器容量为8000KVA变压
10、器的功率损耗为：6=0.0ISAT=80ZWAQt=0.05SJVr=400女var变电所高压侧的计算负荷为：R）=+2M=7898.225&w)=fto+2=3853.4Zvar53(x/)=8788.097QA/配=144.996A补偿后的功率因数为：CoSd=O.91满足（大于0.90）的要求。二、变压器的选择变电所位置和形式的选择变配电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较确定：1）接近负荷中心；2）进出线方便3）接近电源侧;4）设备运输方便；5）不应设在有剧烈振动或高温的场所；6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；7）不应设在厕所、
11、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；8）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定；9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。依据上述原则和要求，变配电所的位置见图纸所示。变电所的总体布置，应满足以下要求：1）便于运行维护和检修2）保证运行安全3）便于进出线4）节约土地和建筑费用5）适应发展要求根据以上布置要求，变电所的布置方案见图纸由于本厂有一、二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况
12、确定，根据变电所位置和形式的选择规定及GB5OO531994的规定，结合本厂的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。三、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择电力变压器是变电所中最重要的一次设备，变压器主要功能是将电力系统的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。（一）变电所主变压器台数的选择变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。（二）变电所主变压器容量选择。每台变压器的容量Sr?应同时满足以下两个条
13、件：1）任一台变压器单独运行时，宜满足：Sy=（0.60.7）S302）任一台变压器单独运行时，应满足：SmS3wI）=6958.2Zvar,即满足全部一、二级负荷需求。代入数据可得：Sn,t=（0.6-0.7）X8409.183=（5045.5096-5086.428）kVAo又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为25C）,所选变压器的实际容量也满足使用要求，同时又考虑到未来510年的负荷发展，初步取Sn7=8（XXUVAo考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为S9系列铜线配电变压器。型号：SZ9-8OOO/35,其主要技术指标如下表所示：变压器型号额定容量kVA额定电压ZkV联结组型号损耗
14、ZkW空载电流/0%短路阻抗“高压低压空载负载SZ9-8000/3580003510Dynll8.94.40.757.5（三）变电所主接线方案的选择方案I：高、低压侧均采用单母线分段。优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。方案II：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
15、变电中枢，投资高。方案H1：高压采用单母线、低压单母线分段。优点：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。根据修造厂的实际情况，选择高低压侧均为单母线分段的变电所主接线方案。对该方案的评价可从以下几方面入手：（1）从技术指标方面考虑，该方案的供电可靠性和运行灵活性都比较高，在高低压母线侧发生短路时，仅故障母线段停止工作，非故障段仍可继续运行，可缩小母线故隙时停电范围，同时对重要用户可从不同母线分段引出双回路供电，供电可靠性及运行灵活性相当高。（2）从经济指标方面考虑，虽然该方案的初投资比较高
16、，但从年运行费用包括设备折旧费，设备维护费和年电能损耗费考虑，该方案又有许多优越之处。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。四、短路电流的计算本厂的供电系统简图如图（一）所示。采用两路电源供线，下面计算本厂变电所高压35kV母线上k-1点短路和低压IOKV母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。下面采用标么制法进行短路电流计算。最大模式下：（一）确定基准值：取Sd=IOOMVA，UCI=37ZV,Uc2=10.5所以:S( IOOMVA 一百Ud 337kV= 1.560M IdlSd _ IOoMV A 5c2 /3 w.5kv= 5.5(X)M（二）计算短
17、路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的电缆电抗）1）电力系统的电抗标么值：X*JMVA=0.1331600MVA2）架空线路的电抗标么值：查手册得Xo=O4OQ/切7,因此：*100VAX*=0.40(/km)Skm,=0.11092(37ZV)23）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得=7.5,因此:=X*7.5 IOOMV A IoOX 8000 A= 0.9375 X： /X*=0.46875（三）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：ZX.=X+X2=02842）三相短路电流周期分量有效值：%=/_=5.4909公XE
18、（I）3）其他三相短路电流：/=）=/B=5.4909AA蟒=2.555.4909M=13.99M/：)=1.5Ix5.4409AA=8.2157M4)三相短路容量：=-=10=357.14MVAXLm0.284（四）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：X*(jt_2)=X；+X；+(X；IlX；)=0.752752)三相短路电流周期分量有效值：S=-=7.293M3)其他三相短路电流：=曾=/售=7.293公琛)=2.55X7.293M=18.597M=1.517.293M=ILOlM4)三相短路容量：Sf,2=-=-0mv-=132.846MVAXza
19、._2)0.75275最小模式下：(五)确定基准值：取Sd=IOOMVA，UCl=37kV,Uc2=10.5所以:S(l IOOMVA 百UCl - 637kV= 1.560M IdlSd _ IOoMV A3t7c2 一痒 10.5匹= 5.5(X)M（六）计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的电缆电抗）3）电力系统的电抗标么值：X*=IooMVA=03671275MVA4）架空线路的电抗标么值：查手册得X=040C/切7，因此：*100VAX*=0.40(/km)Skm,=0.11092(37ZV)23）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得=7.5,因此
20、:=X*= 0.93757.5100MVAIoOX8000A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5）总电抗标么值：X；（I）=X；+X；=0.4846）三相短路电流周期分量有效值：S=-=3.22MXE（A-I）7）其他三相短路电流：/“=/）=/；=3.22公=2.55X3.22加=8.21IM/=1.515.3.22姑=4.8622M8）三相短路容量：SW=JoOMV.4=206.61MVAXEaf0.484（七）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5）总电抗标么值：X；（a_2）=X；+X；+（X；IIX；）=L42156）三相短路电流周期分量有
21、效值：H=W=3.882公（-2）7）其他三相短路电流：=曾=/四=3.882公以）=2.553.882姑=9.889M/=1.513.882M=5.861M8）三相短路容量：SfL=T-=剪丝4=70.34MVAX1.4215五、变电所一次设备的选择与校验（一）变电所高压一次设备的选择1、高压母线的选择及校验：档距1：900mm轴距a：160mm首先按载流量选择LMY-40X4,其载流量Ial=480A140.8A,符合要求。动稳定度校验条件为外4LMY母线材料的最大允许应力C=70MPa037kV高压母线的短路电流为：ishl=13.99kAIshl=8.289kA三相短路时所受的最大电动
22、力：尸（3）=同）2IxlO-7=190.6N母线的弯曲力矩（母线档数为3）：F(M=17.054Nm10b1h0.04m20.004m.61W=1.0710m母线的截面系数：66母线在三相短路时的计算应力:=16.03MPa所以，=70MPat=16.03MPa,满足动稳定度要求。热稳定度校验:假设：=0.25+1.2=1.45sAmin=x1000=5.491000史=75.99mm2480A,符合要求。动稳定度校验条件为为加,LMY母线材料的最大允许应力R=70MPa0IOkV高压母线的短路电流为：ishl=18.597kAIshl=ILOlkA三相短路时所受的最大电动力：产=同？2,*
23、O=299.504Na尸（3）/母线的弯曲力矩（母线档数为3）：M=26.95Nmiizb2h0.04m20.004mSW3母线的截而系数:W=一=1.071m3母线在三相短路时的计算应力:=25.18MPa所以，w=70MPa4=25.18MPa,满足动稳定度要求。热稳定度校验：假设：=25+1.2=1.45sAmin=ocx1000x逃工=11.01x10OOX也至=141.49mm2730=144.96A（三）IOKV电缆的选择直埋方式:按额定电压额定电流进行选择，并校验热稳定度。选择YJLV22-10-3600*=488；30=480七、变电所继电保护的整定（一）二次回路在二次回路中安
24、装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合式）、备用电源自动投入装置（APD）o（二）继电保护的整定继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；带时限过电流保护采用定时限过电流保护装置。型号都采用DL-20O一、变电所35kV进线保护供电距离比较短，所以线路保护设置比较简单，常用的保护设置有：1、过电流保护（这里采用定时限过电流保护装置）
25、过保护电流采用两相两继电器式接线，继电器采用DL-IO型Kre=O.8,KM=L3,Lmax=230=2x144.6A=289.2A,KW=,kKK/=150/5=30,故：&=*m=15.665Ap)YJ.raKreKi根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为15.665A,进线所装断路器的定时限过电流保护整定的动作时间为2.0s,过电流保护灵敏度S=/jt厮%=1.71.52、电流速断保护根据电力装置的继电保护和自动装置设计规范规定，在过电流保护动作时间超过0.50.7S时，应装设瞬动电流速断保护装置。过电流保护保护动作电流的整定，由已知条件得：KN=L4,K“=,K”二0.8,
26、%.O,线路末端三相短路电流为人3=5.49kA,故KK4M=256.2AKt11iAKi灵敏度校验满足条件。3、过负荷保护线路的过负荷保护是针对电缆线路的过负荷要求装设的，一般延时动作于信号,其整定电流应躲过线路的计算电流，故125125rrnn=-Zf=73.9=3.08A动作时间取12s0叩3)Kije304、单相接地保护在小接地电流的电力系统中，单相接地故障时，接地电容电流很小，但由于非故障相的对地电压要升高，可能会引起线路的绝缘装置击穿，因此要引起重视，不可长期故障运行。一般在系统发生单相接地故障时，通过无选择性的绝缘监视装置或有选择性的单相接地保护装置，发出报警信号，以便运行值班人
27、员及时发现和处理。二、变压器保护此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。根据GB500621992电力装置的继电保护和自动装置设计规范规程规定，容量小于6300KVA的变压器设以下保护：1、瓦斯保护防御变压器铁壳内部短路和油面降低。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。2、过电流保护防御变压器铁壳内部短路和油面降低。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。本设计采用干式变压器无此项。(1)过电流保护动作电流的整定取KM=L3,而Kl,K=0.8,Kj=IOo/5=20,OmaX=21NT=28000kVA/(3X35V)=263.93A,故Iop=人&Ilm
28、ax=XiX269.93=21.5,动作电流整定为21.5A。卬KreKi八皿0.8x20(2)过电流保护动作时限整定加两级定时限动作时间：t1=0.5+0.5+0.5=1.5(3)校验灵敏度：= 2.6 1.53、电流速断保护防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。对于中小容量的变压器，可以在其电源侧装设电流速断保护而不设置变压器纵差动保护。速断保护接线采用两相两继电器式接线方式，继电器采用DL10型。电流速断保护的速断电流整定：取KM=L5,而LnaX=7.293kAxl0kV35kV=2083A,故&二竿4皿=156.225A校验灵敏度Mqb4、过负荷保护防御变压器本身的对称性过负
29、荷及外部短路引起的过载，按具体条件装设。5、低压侧单相短路保护对于变压器低压侧的单相短路，可采用在变压器低压侧装设三相带过电流脱扣器的低压断路器。这一断路器，既作低压主开关，操作方便，且便于实现自动化，又可用来保护低压侧的相间短路和单相短路。三、IOKV出现的保护针对通往厂区车间变电所的出线或者是厂区IOKV高压负荷的出线设置电流速断保护和过电流保护。八、防雷接地系统设计本工程设计的防雷与与接地系统涉及到变电所的和车间的两种不同设计方案，在此分别对变电所予以详细说明，对车间的作简要介绍。变电所防雷接地系统设计变电所是第一类防雷级别的建筑物，因此要按第一类防雷建筑物的保护措施设计。1、变电所防雷
30、措施1）由于变配电所设置在小区内，其已处在附近更高的建筑物上的防雷措施的保护范围之内，故变电所不必考虑装设避雷针来防护直击雷。2）装设避雷器用来防止雷电侵入波对变配电所电气装置特别是主变压器的危害。（1）在小区的进线电缆和联络电缆进变电所时，电缆头处的金属外皮应可靠接地。（2）每组高压母线上均应装设阀式避雷器。所有避雷器应以最短的接地线与主接地网连接。阀式避雷器与主变压器及其他被保护设备的电器距离应尽量缩短。（3）对于本次设计的配电变压器低压侧中性点接地系统，变压器两侧的避雷器与变压器的中性点及金属外壳一起接地。2、变电所接地措施根据GB50169-1992电气装置安装工程接地装置施工及验收规
31、范规定，电气装置的接地电阻（包括工频接地电阻和冲击接地电阻）要符合相应要求。对于我们常采用的TN系统，其中所有设备的外露可导电部分均接在公共的PE线或PEN线上，因此不存在保护接地电阻问题。变电所在装设接地装置时，除了要充分利用自然接地体，以节约投资，节约钢材外，还应装设人工接地体。本变电所周围公共接地装置采用置垂直钢管接地体，用镀锌扁钢连接，接地装置的具体计算如下：1）确定接地电阻本变电所公共接地装置接地电阻应满足以下两个条件：R120f,10356A,A4) JPVzlCIE=IC=A=6AfE；R4Q,其中350,故可得n120VRF=2U26A,比较上述两个条件知，变电所的公共接地装置的接地电阻应为七4C02）计算单根钢管的接地电阻查工厂供电附录表27,得砂质粘土的夕=l0dm,= 40p100m=按公式知,I2.5m3）确定接地的钢管数和最后接地方案根据（/4=40/4=10,但考虑到管间电流屏蔽效应的影响，初选15根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体。以=15和。/=2去查工厂供电附录表20-8得n=1366,故R0.664考虑到接地体的均匀对称布置，选用16根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体,用404mn的扁钢连接，环形布置。变压器下面的导轨以及
