某重型机械制造厂35kV总降变电所及高压配电设计.doc
《某重型机械制造厂35kV总降变电所及高压配电设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《某重型机械制造厂35kV总降变电所及高压配电设计.doc（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
电力工程基础课程设计
1.某重型机械制造厂35KV总降压变电所电气设计原始资料
设计原始资料：
（1）工厂总平面布置图
（2）生产任务、规模及产品规格：
本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的大
（3）型电机、变压器、锅炉配件制造任务。
年生产规模为制造大型电机配件7500台，总容量为45万kw，制造电机总容量6万kw，制造单机最大容量为5520kV•A；生产电气配件60万件。
本厂为某大型钢铁联合企业重要组成部分。
（4）工厂各车间负荷情况及转供负荷情况如表1所示。
（5）供电协议：
1）当地供电部门提供两个供电电源，共设计者选用。
从某220/35kV区域变电所提供电源，该变的所距厂南10km。
从某220/35kV区域变电所提供电源，该变的所距厂南5km。
2）电力系统短路数据如表2所示。
3）供电部门提出的技术要求：
a）区域变电所35kV馈出线定时限过电流保护整定时间为1.8s，某变电所35kV馈出线过电流保护整定时间为1.1s。
b）工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。
c）在总降压变电所35kV侧进行计量。
d）供电贴费为700元/（kV•A），每月电费按两部分电价制：
基本电费为18元/（kV•A），动力电费为0.4元/（kV•A），照明电费为0.5元/（kV•A）。
e）工厂负荷性质。
本厂大部分车间为一班制，少数车间为两班制或三班制，年最大有功负荷利用小时数为2300h。
锅炉房供生产用高压蒸汽，停电会使锅炉发生危险，又由于该厂距离市区较远，消防用水需要厂方自备。
锅炉房供电要求有较高的可靠性，其中60%为一、二级负荷。
f）工厂自然条件：
•气象资料。
年最高气温31OC，年平均气温20OC，年最低气温-27OC，年最热月平均最高气温31OC，年最热月地下0.7~1m处平均温度20OC，常年主导风向为南风。
年雷暴日37天。
•地质水文资料。
平均海拔31m，地层以沙质粘土为主且可耕地，自然接地电阻10Ω，地下水位3~5m，地耐压力为20t/m2。
2负荷计算
2.1负荷分级
根据用电设备在工艺生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常可分为三个等级：
一级负荷：
为中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复带来极大的政治经济损失者。
一级负荷要求有两个独立电源供电。
本矿属于国有能源部门，其中断供电将有可能造成人员伤亡及重大经济损失，属于一级负荷。
二级负荷：
为中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱且需较长时间才能恢复或大量产品报废，重要产品大量减产造成较大经济损失者。
二级负荷应由两回线路供电，但当两回线路有困难时（如边远地区）允许由一回架空线路供电。
三级负荷：
不属于一级和二级负荷的一般电力负荷，三级负荷对供电无特殊要求，允许长时间停电，可用单回线路供电。
本例属于比较重要的工场，其供配电采用两条进线，下设两个35KV的电力变压器。
2.2负荷具体计算
目前，负荷计算常用需用系数法、利用系数法和二项式法。
本设计采用需用系数法进行负荷计算，步骤如下：
需用系数法：
用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。
这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。
（1）用电设备分组，并确定各组用电设备的总额定容量。
（2）用电设备组计算负荷的确定。
用电设备组是由工艺性质相同需要系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。
在一个车间中可根据具体情况将用电设备分为若干组，在分别计算各用电设备组的计算负荷。
其计算公式为:
（2-1）
（2-2）
（2-3）
（2-4）
、、——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷；
——该用电设备组的设备总额定容量；
——功率因数角的正切值；
——额定电压；
——该用电设备组的计算负荷电流；
——需要系数，根据资料查得。
（3）多组用电设备组的计算负荷
在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数K∑。
具体计算如下：
i＝1、2、3…，m（2-5）
（2-6）
（2-7）
（2-8）
式中P、Q、S——为配电干线式变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷；
——同时系数；
——该干线变电站低压母线上的计算负荷电流;
——该干线或低压母线上的额定电压;
m——该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备组总数；
——用电设备组的需要系数、功率因数角正切值、总设备容量；
a.电机修理车间计算负荷
.1=2550kw1=0.25=0.771=0.82
.1=·1=0.25×2550=562.5kw
.1=.1·=562.5×0.82=461.3kva
.1=.1／==562.5/0.77=730.5kva
=/=730.5kva/1.732×10000=42.18A
.2=1190kw.2=0.2.2=0.53.2=1.58
.2=.2·.2=0.2×1190=238kw
.2=.2·.2=238×1.58=449kva
2=2／2=238/0.53=449kva
=.2/=449kva/1.732×10000=25.92A
.3=650kw.3=0.35.3=0.55.3=1.51
=.3·.3=0.35×650=227.5kw
.3=.3·.5=227.5×1.51=343.5kva
.3=.3／.3==227.5/0.55=413.6kva
.3=.3/=413.6kva/1.732×10000=23.88A
b.机械加工车间计算负荷
.1=520kw.1=0.6.1=0.6
.1=0.85
.1=.1·.1=520×0.6=312kw
.1=1·.1=312×0.85=265kva
.1=.1／.1=520kva
.1=.1/=828/1.732×10000=80A
同理
.2=200kw
.2=156.2kva
.2=250kva
.2=.2/=14.4A
.3=220kw
.3=354.2kva
.3=440kva
.3=.3/=25.4A
c.新产品车间计算负荷
.1=225kw
..1=198kva
.1=300kva
.1=.1/=17.3A
.2=190.4kw
.2=167.5kva
.2=253kva
.2=.2/=14.6A
.3=91.2kw
.3=82kva
.3=123kva
.3=.3/=7.1A
.4=364kw
.4=233kva
.4=433kva
.4=./=25A
d.原料计算负荷
.1=370.5kw
.1=296.4kva
.1=475kva
.1=.1/=27.4A
.2=690kw
.2=517.5kva
.2=862.5kva
.2=.1/=49.8A
e.配件计算负荷
.1=448kw
.1=380.8kva
.1=589.5kva
.1=.1/=34A
.2=184.8kw
.2=243.2kva
.2=157.1kva
.2=9A
f.锻造车间计算负荷
=2280kw
=2246.4kva
=3600kva
=/=207.8A
根据变压器损耗公式：
△P=0.02P10KV△Q=0.1Q10KV
则有:
△P=248（KW）△Q=600（Kvar）
考虑变压器损耗后全变电所计算负荷，即35KV母线处计算负荷：
=12407+248=12655（KW）
=6005+600=6605（Kva）
=14274（Kva）
则自然功率因数：
COSα=12655/14274=0.76
（已计算出所需数据）以下是用电设备负荷表2-1
各车间负荷情况及转供负荷情况
序号
车间名称
设备容量
（KW）
需用系数
计算负荷
Kd
cosφ
tanφ
P30（KW）
Q30（kvar）
S30（KVA）
1
电机
修理车间
2550
0.25
0.77
0.82
562.5
461.3
730.5
1190
0.2
0.53
1.58
238
376
449
650
0.35
0.55
1.51
227.5
343.5
413.6
2
机械
加工车间
520
0.6
0.6
0.85
312
265.2
520
570
0.35
0.8
0.78
200
156.5
250
880
0.25
0.5
1.61
220
354.2
440
3
新产品
试验车间
300
0.75
0.75
0.88
225
198
300
340
0.56
0.75
0.88
190
167.5
253
160
0.57
0.74
0.9
91.2
82
123
650
0.56
0.84
0.64
364
233
433
4
原料车间
570
0.65
0.78
0.8
370.5
296.4
475
2300
0.3
0.8
0.75
690
517.5
862.5
5
备件车间
700
0.64
0.76
0.85
448
380.8
589.5
528
0.35
0.76
0.85
184.8
243.2
157
6
锻造车间
3600
0.8
0.8
0.78
2280
2246.4
3600
表2-1各车间负荷情况
从表2-1中知本矿变电所的最大连续负荷为15508KW，无功负荷为6321KVar.计算有功负荷时的值相应取0.85，计算无功负荷时的值相应取0.95。
即10KV母线计算负荷：
P10KV=15508x0.8=12407（KW），Q10KV=6321x0.95=6005（Kvar）。
2.3功率补偿
（1）功率补偿因数计算
根据本矿变电所负荷统计的结果可知：
35KV侧的计算负荷=12655+6605j，其自然功率因数为0.76，现利用电容器补偿，
假设补偿后的功率因数为0.9，根据矿井安装电容器容量公式：
—计算负荷；
—自然功率因数的正切值；
—补偿后的正切值。
因此补偿的无功功率为：
=12655×（tanarccos0.8—tanarccos0.9=2362KVar）
则全所总无功计算负荷为：
=6605—2362=4243（KVar）
3主变器的选择
3.1变压器台数的选择
（1）对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。
（2）对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
（3）对于规划只装设两台主变压器的变电站，其变压器基础宜按大于变压器容量的1～2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。
（4）本矿采用两台主变，平时只用一台，一台备用。
3.2变压器选择计算
由于=14274（KVA）所以按条件选变压器。
=（0.6-0.7）14274=8564
>=S30（1+2）
因此每台主变压器的容量应选10000KVA。
故经过以上的验证，选用两台35/10kv，额定容量为10000KVA的SF7－10000/35变压器，地面低压变压器选用S9-500,10/0.4KV,所用变压器选用S9-50/35。
4电气主接线的设计
4.1变电所的主结线方式
变电所的主接线是由各种电气设备及其连接线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。
它与电源回路数、电压和负荷的大小、级别以及变压器的台数、容量等因素有关，所以变电所的主接线有多种形式。
确定变电所的主接线对变电所电气设备的选择、配电装置的配置及运行的可靠性等都有密切的关系，是变电所设计的重要任务之一。
（1）线路-变压器组接线
发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机—变压器组，称为单元接线。
它具有接线简单，开关设备少，操作简便，以及因不设发电机电压级母线，使得在发电机和变压器低压侧短路时，短路电流相对而言于具有母线时，有所减小等特点；这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。
（2）桥式接线
为了保证对一、二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中广泛采用有两回路电源受电和装设两台变压器的桥式主接线。
桥式接线分为内桥、外桥和全桥三种，其接线如图4-1所示。
图4-1桥式接线
图中WL1和WL2为两回电源线路，经过断路器QF1和QF2分别接至变压器T1和T2的高压侧，向变电所送电。
断路器QF3犹如桥一样将两回线路联在一起，由于断路器QF3可能位于线路断路器QF1、QF2的内侧或外侧，故又分为内桥和外桥接线。
（3）单母线分段式结线
有穿越负荷的两回电源进线的中间变电所，其受、配电母线以及桥式接线变电所主变二交侧的配电母线，多采用单母分段，多用于具有一二级负荷，且进出线较多的变电所，不足之处是当其中任一段母线需要检修或发生故障时，接于该母线的全部进出线均应停止运行。
（4）双母线接线
这种接线方式有两组母线，两组母线之间用断路器QF联络，每一回线路都通过一台断路器和两台隔离开关分别接到两组母线上。
因此，不论哪一回线路电源与哪一组母线同时发生故障，都不影响对用户的供电，故可靠性高、运行灵活。
双母线接线的缺点是设备投资多、接线复杂、操作安全性较差。
这种接线主要用于负荷容量大，可靠性要求高，进、出线回路多的重要变电所。
图4-2电气主接线方案
该方案中采用单母线分段接线的两段母线可看成是两个独立的电源，提高了供电的可靠性。
可以保证当任一母线发生故障或检修时，都不会中断对Ⅰ类负荷的供电。
综合比较本矿的35kv侧采取全桥形式的主接线，全桥型接线灵活可靠。
10千伏侧则选用单母线分段接线。
5短路电流计算
5.2短路回路参数的计算
在进行短路电流计算时，首先需要计算回路中各元件的阻抗。
各元件阻抗的计算通常采用有名值和标么值两种计算方法。
前一种计算方法主要适用于1KV以下低压供电系统的网路中，后一种计算方法多用在企业高压供电系统以及电力系统中。
对较复杂的高压供电系统，计算短路电流时采用标么制进行计算比较简便。
标么制属于相对电位制的一种，在用标么制计算时，各电气元件的参数都用标么值表示。
5.2.1标么值
标么值一般又称为相对值，是一个无单位的值，通常采用带有*号的下标以示区别，标么值乘以100，即可得到用同一基准值表示的百分值。
在标么值计算中。
首先要选定基准值。
虽然基准值可以任意选取，但实际计算中往往要考虑计算的方便和所得到的标么值清晰可见，如选取基值功率为100MVA和短路点所在网路的平均额定电压为基准电压。
尚须指出，在电路的计算中，各量基准值之间必须服从电路的欧姆定律和功率方程式，也就是说在三相电路中，电流、电压、阻抗、和功率这四个物理量的基准值之间应满足下列关系：
==（5-1）
式中、、、——功率、电压、电流、阻抗的基准
5.2.2短路回路中各元件阻抗的计算
序号
元件名称
标幺值
有名值（Ω）
短路功率（MVA）
1
发电机（或电动机）
=
2
变压器
RT=
XT=
3
电抗器
4
线路
（1）
－
图5-1等效短路电流计算
选取选基准容量取=100MVA
计算点，=35kV
则==1.65KA
计算点及其其它短路点时，选取=10kV
则==5.8KA
主变压器电抗===0.075×100/10=0.75
35KV架空线路电抗=100.4100=0.33
5.3短路电流的计算过程
一般选取各线路始、末端为短路计算点，线路时段的最大三相短路电流常用来校验电气设备的动、热稳定性，并作为上一级继电保护的整定参数之一，线路末端的最小两相短路电流常用来校验相关继电保护的灵敏度。
在接下来的计算中可选35KV母线、6KV母线和各6KV母线末端为短路计算点。
（1）K1短路电流的计算
最大运行方式下的三相短路电流
=+=0.17+0.33=0.5
=1=2
=×=21.65=3.3（KA）
=2.55×=7.43（KA）
=1.52×=5.0
=×=2100=200（MVA）
（2）K12点短路电流计算K12=K2
最大运行方式下的三相短路电流
0.5+0.375=0875
=1=1.14
=×=1.145.8=6.6（KA）
=2.55×=14.85（kA）
=1.52×=10（kA）
=×=114（MVA）
6.电气设备的选择和校验
6.1母线的选择
6.1.135KV母线的选择
35kV母线，在室外一般选用钢芯铝绞线，母线截面按经济电流密度选，按常时负荷电流校验。
此设计的供电系统是采用的分列运行，当一台变压器故障时候另一台变压器应承担全部负荷。
本矿的总负荷电流为：
=1.05/=1.05×14974/×35=259A。
查表得知经济电流密度J=1.15因此截面S=/J=225（mm2）所以选取LGJ-185型钢芯铝绞线，载流量515A，40°C时候的载流量是446A>259A校验合格。
6.1.210KV母线的选择
已知6KV侧最大长时负荷电流（k为分配系数取0.8）
=1.05/=10000/×10=907.7A
=k×=0.8×907.7=726A
查得铝母线LMY——100×8平放在40℃，其最大允许载流量为1210A,>所选型号满足要求。
热稳定校验
A/c
已知=1.8s=6.6KA
查得C=95
=93.2mm<800mm满足要求。
6.2电气设备的选择
6.2.1断路器的选择
35KV侧：
初步拟定选用断路器的型号为户外式真空断路器，型号为ZW7-40.5型，额定电压为35KV，额定电流为1250KA。
其技术参数如下表。
表6-1断路器ZW7-40.5技术参数
型号
额定电压
额定电流
额定开
断电流
动稳定
电流
额定关
合电流
4S热稳定电流
ZW7-40.5
35KV
1250A
25KA
63KA
63KA
25KA
校验:
1）ZW7-40.5断路器额定电压为35kV,符合条件。
（2）ZW7-40.5断路器额定电流为1250A,35KV侧变压器回路中最大长时负荷电流为
=1.05/=1.05×14974/×35=259A
即>，因此符合技术条件。
（3）＝63kA，＝7.43kA
满足动稳定校验。
（5）由于变压器容量为10000KVA，变压器设有差动保护，在差动保护范围内短路，其为瞬时动作，继电器保护动作时限为0，短路持续时间小于1s，需要考虑非周期分量的假想时间。
此时假想时间由断路器的全开断时间0.1s和非周期分量假想时间0.05s构成，当断路发生在6KV母线上时，差动保护不动作，此时过电流保护动作时限为2s，短路持续时间大于1s，此时假想时间由继电保护时间和断路器全开断时间构成，即
=2.1s。
热稳定电流==3.3×=0.64（KA）<25（KA）
满足热稳定校验。
6KV侧：
初步拟定选用断路器的型号为ZN63A-6/1250。
参数如下表6-2。
表6-2断路器ZN63A-6/1250技术参数
型号
额定
电压
额定
电流
额定开
断电流
动稳定
电流
额定关
合电流
4S热稳定电流
ZN5-10/1250
10KV
1250A
25KA
63KA
50KA
20KA
（1）ZN5-10/1250断路器额定电压为10kV,符合条件。
（2）ZN63A-6/1250断路器额定电流为1250A,6KV侧变压器回路中最大长时负荷电流为
=1.05/=10000/×6=907.7A
即>Imax2，因此符合技术条件。
（3）＝63kA，＝14.85kA＞
＞满足动稳定校验。
（4）热稳定电流==6.6×=1.3（KA）<25（KA）
满足热稳定校验。
6.2.2高压隔离开关的选择
（1）高压隔离开关的作用：
高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线路的输电设备，以及对被检修的高压母线、断路器等电器设备与带电的高压线路进行电气隔离的设备。
（2）形式结构：
高压隔离开关一般有底座、支柱绝缘子、导电刀闸、动触头、静触头、传动机构等组成。
一般配有独立的电动或手动操动机构，单相或三相操动。
高压隔离开关主刀闸与接地刀闸间一般都设有机械连锁装置，确保两者之间操作顺序正确。
各类高压隔离开关、接地开关根据不同的安装场所有各种不同的安装方式
（3）选择条件：
海拔高度不大于1000米为普通型，海拔高度大于1000米为高原型；地震烈度不超过8度；环境温度不高于+400C，户内产品环境温度不低于-100C，户外产品环境温度不低于-300C；户内产品空气相对湿度在+250C时其日平均值不大于95%，月平均值不大于90%（有些产品要求空气相对湿度不大于85%）；户外产品的覆冰厚度分为5毫米和10毫米；户内产品周围空气不受腐蚀性或可燃气体、水蒸气的显著污秽的污染，无经常性的剧烈震动。
户外产品的使用环境为普通型，用于Ⅰ级污秽区，防污型用于Ⅱ级（中污型）、Ⅲ级（重污型）污秽区。
最大长时负荷电流=/=9282/（×35）=153A
根据设计条件，选择户外式隔离开关，GW5-35G/600型隔离开关。
其技术参数如下表6-3。
表6-3GW5-35G/600型隔离开关技术参数
型号
额定电压（KA）
额定电流（KA）
动稳定
电流（KA）
5s热稳定电流（KA）
GW5-35G/600
35
600
50
14
动稳定校验：
按K1点的最大短路电流校验，即
=50K
升级会员 