某电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计工厂供电课程设计.docx

1、某电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计工厂供电课程设计某电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计摘 要本论文主要依照工厂供电设计一定依照的一般原则、基本内容和设计流程，对某电机修造厂变电所进行了设计说明，本文依照设计要求，在查阅大批参照资料、手册后，对负荷计算及无功功率赔偿计算，变配电所所址和型式的选择，变电所主变压器台数、容量及种类的选择，变配电所主结线方案的设计，短路电流的计算，变配电所一次设施的选择，变配电所二次回路方案的选择及继电保护装置的选择与整定，变配电所防雷保护与接地装置的设计等进行了详尽的设计说明。并附有相应的图表、公式和计算结果。此次设计的变配电所完整知足设计要求 。本设

2、计经过对计算负荷， 选出变压器；经过计算三相短路电流， 选出其余保护器件；经过三相短路电流，选择过电流保护设施；而后选择二次回路的设施，对一次侧设施进行控制、检测；最后注意安全、接地和防雷的设置。重点字： 有功功率，电力变压器，三相短路电流，过电流，接地第一章 绪 论 1 课题背景、目的及意义 . 1 课题的背景 1 课题的目的及意义 1 设计的主要内容、设计图样 . 2 设计的主要包含 2 设计图样 2第二章 设计依照 32.1 电机修造厂 3第三章 设计说明 53.1 负荷计算及功率赔偿 5 负荷计算的内容和目的 . 5 负荷计算的方法 . 5 各用电车间负荷状况及各车间变电所容量。 .

3、6 全厂负荷计算。 7 功率赔偿 73.2 变电所、配电所地点和型式的选择 8 电机修造厂总变电所地点和型式的选择 83.3 电机修造厂总降压变电所主变压器和主结线方案的选择 9 变压器容量及台数的选择。 9 变配电所主结线的选择原则 . 10 主结线方案选择 103.3.4 配电所的主接线选择 133.5 短路电流的计算 15 绘制计算电路 15 求 k -1 ，k-2 点的三相短路电流和短路容量 16 求 k 1点的三相短路电流和短路容量 . 错误！不决义书签。3.6 变电所一次设施的选择校验 183.6.1 35kV 侧一次设施的选择校验 . 183.6.2 10kV 侧一次设施的选择校

4、验 . 19 变电所高压母线的选择 203.7 变电所出入线选择。 213.7.1 35kV 高压进线的选择校验 . 213.7.2 10kV 高压出线的选择 . 21 作为备用电源的高压线的选择校验。 . 24 高压断路器的操动机构控制与信号回路 . 错误！不决义书签。 变电所的电能计量回路 . 错误！不决义书签。 变电所的丈量和绝缘督查回路 . 变电所的保护装置 . 错误！不决义书签。3.9 变电所的防雷保护与接地装置的设计 25 变电所的防雷保护 25 变电所公共接地装置的设计 25第四章 结 论 28第一章 绪 论 课题背景、目的及意义 课题的背景本课题是依据刘介才主编的工厂供电设计指

5、导上两个题目为原型，依据指导老师的要求设计。变电所是电力系统中的一个重要环节 , 它的运转状况直接影响到电力系统的靠谱、 经济运转。在 35KV10KV配电变电所设计研究方面，近来几十年发展更是迅猛。特别是对变电站综合自动化的研究，已经进行了多年 , 并获得了令人瞩目的进展。 变电站综合自动化当前在外国已获得了较广泛的应用。比如美国、德国、法国、意大利等国家 , 在他们所属的某些电力公司里 , 大多半的变电站都实现了综合自动化及无人值班方式。在我国，此刻变电所的基本也是向着变电站综合自动化这个方向发展的，可是依据我国的国情，此刻大多半变电站仍是没有完整实现保护和控制综合自动化。传统的变电站的设

6、计发展到此刻已经十分的成熟了。依据供电的设计内容和流程，能够十分的方便的依照步骤设计。 课题的目的及意义此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。与本来的课程设计比较，此题不单设计量大了很多，并且在更个方面的要求也有所增强。固然变电所的设计在此刻已经不是高新的技术，可是作为自动化专业的学生，本题目仍是很全面的包含了一大多半专业课程学习的内容，并且各个方面都有所深入。尤其是继电保护的问题，有了更为深入的学习。固然此题没有对变电站综合自动化有所研究， 可是对往后向这个方面的学习和发展打下了坚固的基础。经过此次设计不单进一步增强专业知识的学习，拓宽知识面，提升理论知识水平。 并且扩宽了

7、就业面， 提升就业能力，提升了独立思虑和剖析问题的能力。1 设计的主要内容、设计图样 设计的主要包含（1）设计的基本依照和资料。（2）地区变电所和车间变电所负荷计算。（3）无功功率赔偿计算及赔偿电容器选择。（4）短路电流的计算和动稳固度，热稳固度的计算。（5）变压器容量及台数的选择。（6）变电所出入线的选择。（7）变电所的电缆，电线，高压开关柜，低压配电电屏，动力配电箱，电流互感器，避雷器，母线等主要设施的选择。（8）防雷装置与保护接地装置的设计。（9）、域变电所的主接线图、工厂变电所主接线图、各样保护装置接线原理图。（10）画出工厂变电所的平面图。 设计图样（1）变电所主结线电路图电机修造厂

8、总降压变电所主结线电路图（3）各样保护装置接线原理图变电所进线侧线路的继电保护原理电路图， （采纳准时限过电流保护） 。主变压器的差动保护原理电路图，瓦斯继电器保护原理电路图，工厂变电所进线侧单相接地保护原理电路图（4）变电所平、剖面图电机修造厂总降压变电所平、剖面图2第二章 设计依照2.1 电机修造厂（1） 电机修造厂总平面图（图 2-1 ）图 2-1 某电机修造厂总平面部署图（2） 工厂生产任务、规模及产品规格本厂肩负某大型钢铁结合公司各隶属厂的电机、变压器维修和制造任务。年生产规模为维修电机 7500 台，总容量为 45 万 KW；制造电机总容量为 6 万 KW，制造单机最大容量为 55

9、20KW；维修变压器 500 台；生产电气备件为 60 万件。是大型钢铁结合公司重要构成部分。（3）工厂各车间负荷计算表表 2-1工厂各车间负荷计算表序设施容量计算负荷变压器台车间变电车间名称303030号（千瓦）PQS数及容量所代号（千乏）（千伏安）（千瓦）1电机修造车间25056095007881 1000No 1 车变2加工车间8861632583051 400No 2 车变3新制车间6342223364031 500No 3 车变4原料车间5143101833601 400No 4 车变5备件车间5621991582541 315No 5 车变36铸造车间1053658681 100N

10、o 6 车变7锅炉房2691971722621 315No 7 车变8空压站3221811592411 315No 8 车变9汽车库5433027401 80No 9 车变10大线圈车间3351871182211 250No 10车变11半成品试验站3652874641 500No 11车变12成品试验站22906404808001 1000No 12车变13加压站2561631392141 25014设施处库房（转3382884441 500供负荷）15成品试验站内大3600288023003686主要为高压整流装置，型集中负荷要求专线供电。（ 4） 供用电协议 当地供电部门可供给两个供电电

11、源，供设计部门选定：从某 220/60kV 地区变电所供给电源，此站距厂南侧4.5 公里。 为知足二级负荷的需求，从某变电所，供给 10kV 备用电源，此所距厂南侧4 公里。 电力系统短路数据，如表 2-2 所示。其供电系统图，如图 2-2 所示。表 2-2 地区变电站 60kV 母线短路数据系统运转方式 系统短路数据 系统运转方式 系统短路数据系统最大运转方式 Sk(3.m) ax 1338MVA 系统最小运转方式 Sk(3.min) 310MVAkV kVkm图 2-2 供电系统图 供电部门对工厂提出的技术要求： 地区变电所 60kV 馈电线的过电流保护整定时间 t 1.8s ，要求工厂总

12、降压变电所的过电流保护整准时间不大于 1.3s 。 在公司总降压变电所 60kV 侧进行电能计量。 该厂的总均匀功率因数值应在 0.9 以上。（5） 工厂负荷性质本厂大多半车间为一班制，少量车间为两班或三班制，年最大有功负荷利用小时数为 2200h。锅炉房供生产用高压蒸汽，停电会使锅炉发生危险。又因为该厂距离市里较远，消4防用水需厂方自备。所以，要求供电拥有必定的靠谱性。（6） 本厂自然条件 气象资料 最热月均匀最高温度 35 摄氏度，土壤中 0.7-1 米深处一年中最热月均匀温度为 20 摄氏度，土壤冻结深度为 1.10 米，夏天主导风向为南风， 最高气温 +40 度，最低 -40 度，导线

13、复冰时气温 -5 度，最狂风速时气温 -5 度，最狂风速 25 米 / 秒，导线复冰时风速 10 米 / 秒，最高最低气温时风速 0 米/ 秒，复冰厚度 10 毫米，年雷暴日数 31.5 日。 地质水文资料 该厂区地层以砂黏土为主，地质条件较好，地下水位 2.8-5.3m ，地耐压力为 15 吨/ 平方米。第三章 设计说明3.1 负荷计算及功率赔偿 负荷计算的内容和目的（ 1）计算负荷是依据已知的工厂的用电设施安装容量求取确立的、预期不变的最大假想负荷。也就是经过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。在配电设计中，往常采纳半小时的最大均匀负荷作为按发热条件选择电器或

14、导体的依照。（2）计算负荷是用户供电系统构造设计、供电线路截面选择、变压器数目和容量选择、电气设施额定参数选择等的依照，合理地确立用户各级用电系统的计算负荷特别重要。 负荷计算的方法有功计算负荷为P30 K d Pe(3-1)式中， Pe 为设施容量。无功计算负荷为5Q30 P30 tan(3-2)式中， tan 为对应于用电设施组 cos 的正切值。视在计算负荷为S30 P302 Q302 (3-3)总的计算电流为I 30S30(3-4)3U N式中， U N 为额定电压 380V。 各用电车间负荷状况及各车间变电所容量。表 3-1序设施容量计算负荷变压器台车间变电车间名称303030号（千

15、瓦）PQS数及容量所代号（千瓦）（千乏）（千伏安）1电机修造车间25056095007881 1000No 1 车变2加工车间8861632583051 400No 2 车变3新制车间6342223364031 500No 3 车变4原料车间5143101833601 400No 4 车变5备件车间5621991582541 315No 5 车变6铸造车间1053658681 100No 6 车变7锅炉房2691971722621 315No 7 车变8空压站3221811592411 315No 8 车变9汽车库5433027401 80No 9 车变10大线圈车间3351871182211

16、 250No 10 车变11半成品试验站3652874641 500No 11 车变12成品试验站22906404808001 1000No 12 车变13加压站2561631392141 25014设施处库房（转3382884441 500供负荷）15成品试验站内大3600288023003686主要为高压整流装置，型集中负荷要求专线供电。6 全厂负荷计算。取 Kp = 0.92; K 依据上表可算出： P30i = 6520kW; Q30i = 5463kvar 则 P30 = K PP30i = 0.9 26520kW = 5999kW Q30 = KqQ30i = 0.95 5463k

17、var = 5190kvarS30 P302 Q302 7932KVAI30 = S30/ 3UN COS = P30/S 30 = 5999/7932 功率赔偿因为本设计中上司要求 COS0.9, 而由上边计算可知 COS =0.750.9 ，所以需要进行无功赔偿。综合考虑在这里采纳并联电容器进行高压集中赔偿。 可采纳型的电容器，其额定电容为 2.89 FQc = 5999 （ ）Kvar=2735Kvar 取 Qc=2800 Kvar所以，其电容器的个数为： n = Qc/qC = 2800/100 =28而因为电容器是单相的，所以应为 3 的倍数，取 28 个 正好无功赔偿后，变电所低压

18、侧的计算负荷为：S30（2） = 59992+(5463-2800) 2 1/2 =6564KV A 变压器的功率消耗为：（ P18 估量 PT（0.01-0.02 ） QT （）PT = 0.015 S30 = 0.015 * 6564= 98.5 KwQT = 0.06 S30 = 0.06 * 6564 = 393.8 Kvar变电所高压侧计算负荷为：P30 = 5999+ 98.5 = 6098 KwQ30 = (5463-2800 )+ 393.8= 3057 KvarS30 = (P302 + Q302) 1/2= 6821 KV .A无功率赔偿后，工厂的功率因数为：cos = P

19、30 / S30 cos = P30 /S30 = 0.9 7所以，切合本设计的要求 变电所、配电所地点和型式的选择（1） 变电所和配电所的地点选择应依据以下要求综合考虑确立：凑近工厂的负荷中心；凑近电源侧；出入线方便；运输设施方便；不该设在有强烈振动或高温的场所；不宜设在多尘或有腐化性气体的场所，如没法远离，不该设在污染源的主导风向的下风侧；不该设在地势低洼和可能积水的场所；不该设在有爆炸危险的地区内；不宜设在有火灾危险地区的正上方或正下方；（2）变电所和配电所型式选择 变电所分屋内式和屋外式，屋内式运转保护方便，占地面积少。 60kV变电所宜用屋内式。 配电所一般为独立式建筑物， 也可与所

20、带 10kV 变电所一同附设于负荷较大的厂房或建筑物。 电机修造厂总变电所地点和型式的选择由前方的负荷计算能够看出，因为成品试验站内有大型集中负荷，所以电机修造厂的负荷中心在成品试验站和电机修造车间之间，又考虑到变电所的地点要南北向，北边开高窗，南边开低门。所以我选择的电机修造厂的变电所的地点如图 3-1 所示，其型式为屋内式。8图 3-1 电机修造厂总降压变电所地点3.3 电机修造厂总降压变电所主变压器和主结线方案的选择 变压器容量及台数的选择。因为该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电靠谱性要求较高，宜采纳两台变压器，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、二级负荷持续供电，应

21、选两台变压器。装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量 ST应同时知足以下两个条件： 任一台独自运转时， SNT（ 0.6-0.7 ）S30 任一台独自运转时， SNTS30（ +） / 一二级负荷容量因为 S30（ 1）= 7932 KVA，因为该厂都是一二级负荷所以按条件 2 选变压器。SNT（ 0.6-0.7 ） 7932=（ 4759.2 5552.4 ）KVASNTS30（ +）所以选 5700 KVA的变压器二台主变压器的联系组别均采纳 Yd11。9 变配电所主结线的选择原则1.当知足运转要求时，应尽量少用或不用断路器，以节俭投资。2.当变电全部两台变压器同时运转时，二次侧应采纳

22、断路器分段的单母线接线。3.当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采纳线路变压器组结线。4.为了限制配出线短路电流，拥有多台主变压器同时运转的变电所，应采纳变压器摆列运转。5.接在线路上的避雷器，不宜装设隔走开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔走开关。6.6 10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反应可能的电缆出线回路中，应装设线路隔走开关。7.采纳 610 KV 熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔走开关。8.由地域电网供电的变配电所电源出线处， 宜装设供计花费的专用电压、 电流互感器（一般都安装计量柜）。9.变压器低压侧为 0.4KV 的总开

23、关宜采纳低压断路器或隔走开关。 当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采纳低压断路器。10.当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采纳低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的双侧，宜装设刀开关或隔绝触头。 主结线方案选择关于电源进线电压为 35KV及以上的大中型工厂，往常是先经工厂总降压变电所降为 6 10KV的高压配电电压，而后经车间变电所，降为一般低压设施所需的电压。总降压变电所主结线图表示工厂接受和分派电能的路径，由各样电力设施（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔走开关等）及其连结线构成，往常用单线表示。主结线对变电所设施选择和部署，运转的靠

24、谱性和经济性，继电保护和控制方式都有亲密关系，是供电设计中的重要环节。一次侧采纳内桥式结线，二次侧采纳单母线分段的总降压变电所主电路图以下这类主结线， 其一次侧的 QF10跨接在两路电源线之间，如同一座桥梁，而处在线路断路器 QF11和 QF12的内侧，凑近变压器，所以称为内桥式结线。这类主结线的运转灵巧性较好，供电靠谱性较高，合用于一、二级负荷工厂。如果某路电源比如 WL1线路停电检修或发生故障时，则断开 QF11 ，投入 QF10 （其双侧10QS先合），即可由 WL2恢复对变压器 T1 的供电，这类内桥式结线多用于电源线路较长因此发生故障和停电检修的时机许多、 并且变电所的变压器不需要常

25、常切换的总降压变电所。一次侧采纳外桥式结线、 二次侧采纳单母线分段的总降压变电所主电路图 ( 以下图 ) ，这类主结线，其一次侧的高压断路器 QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器 QF11 和 QF12的外侧，凑近电源方向， 所以称为外桥式结线。 这类主结线的运转灵活性也较好，供电靠谱性相同较高，合用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式结线合用的场合有所不一样。 假如某台变压器比如 T1 停电检修或发生故障时， 则断开 QF11 ，投入QF10 （其双侧 QS先合），使两路电源进线又恢复并列运转。这类外桥式合用于电源线路较短而变电所负荷改动较大、合用经济运转需常常切换的总降压变电所。

26、当一次电源电网采纳环行结线时，也宜于采纳这类结线，使环行电网的穿越功率不经过进线断路器QF11 、 QF12 ，这对改良线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有益。因为需要装设两台主变压器，所以可设计以下两种主结线方案：（1） 一条电源进线的主结线方案 如图 3-2 示（ 10kV 侧主结线从略）（2） 两条电源进线的主结线方案 如图 3-3 示（ 10kV 侧主结线）图 3-2 机修造厂总降压变电所一条电源进线的主结线方案11图 3-3 电机修造厂总降压变电所两条电源进线的主结线方案（3） 两种主结线方案的技术经济比较（表 3-2 ）表 3-2 两种主结线方案的比较比较项目一条电源进线的主

27、结线方案（图两条电源进线的主结线方案（图3-2 ）3-3 ）供电安全性知足要求知足要求技供电靠谱性基本知足要求知足要求术供电质量两台主变并列，电压消耗小两台主变并列，电压消耗小指灵巧方便性因为只有一条电源进线，灵巧性因为只有两条电源进线，灵巧性标稍差较好扩建适应性稍差一些更好一些经电力变压器由资料查得 SL7-6300/60 单价为由资料查得 SL7-6300/60 单价为济30.35 万元，而又查得变压器综30.35 万元，而又查得变压器综的综合投资指合投资约为其单价的 2 倍，所以合投资约为其单价的 2 倍，所以额标其综合投资为 230.35 万元其综合投资为 2 30.35 万元1260.7 万元60.7 万元高压开关柜查资料得 JYN1-60型柜按每台 10本方案采纳 14 台 JYN1-60 型柜，（含计量柜）万元计，其综合投资按设施价其综合投资额约为 14