课程设计---供电系统设计.doc

供电系统设计姓名 杨红恩学号 09230119班级 电气优创090225目录第一章 原始资料- 3 -1.1 设计依据- 3 -1.2 本车间负荷性质- 3 -第二章 负荷计算以及变压器、补偿装置的选择- 4 -2.1 车间变电所的负荷计算- 4 -2.2 车间总体负荷的计算72.2.7 图表-各变压器的功率因数72.3 无功补偿的计算和变压器的选择72.3.1 无功补偿的计算及补偿电容器选择72.3.2 变压器的选择82.4 架空线路的选择102.4.1 根据经济电流密度选择导线截面积102.5 补偿电容计算11第三章 供电系统的选择12第四章 短路电流的计算144.1 三相短路电流的计算目的143.2短路电流的计算公式（标幺值计算方法）：14第五章 高、低压侧设备及母线和馈线的选择165.1 35kv侧电气设备165.2 10kv侧设备175.3 10kv馈电线路设备选择。175.4 10kv母线选择185.4.1 变压器低压侧引出线选择185.4.2 10kv母线选择185.4.3 电力电缆选择19第六章 高压侧继电保护选择及整定20第七章 防雷设计237.1防雷措施237.1.1 架空线路的防雷措施237.1.2变配电所的防雷措施237.2接地23第一章 原始资料 （1）某厂设有薄膜、单丝、管材、注射等四个车间，设备选型全部采用我国新定型设备其外还有辅助车间及其它设施。（2）全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（380伏侧）。（3）该厂由处于厂南侧一公里的110/35千伏变电所用35千伏架空线路向其供电，电业部门变电所配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为2秒，工厂配电所应不大于1.3秒，工厂的功率因数值要求在0.9以上。（4）生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制，全年最大负荷利用时间为5000小时，属于三级负荷。（5）本地区最热月平均最高温度为35摄氏度，土壤中0.71深处一年最热月平均温度为20摄氏度，年暴雷日为30天，土壤冻结深度为1.10米，主导风向夏季为南风。（6）本厂地表面比较平坦，土壤主要成分为积土及砂质粘土，层厚为1.67米不等，地下水位一般为0.7米，地耐压力为20吨/平方米。1.1 设计依据车间用电设备明细表。车间变电所配电压范围。 a.每个变压器单独给若干个车间供电。 b.计算出每个车间的计算负荷。1.2 本车间负荷性质 车间为三班制，部分车间为单班制或两班制，全年最大负荷利用时间为5000小时，属于三级负荷。 电源从处于厂南1公里（1000米）110/35千伏变电所用35千伏架空线路受电，线路长度为1000米。 供电系统短路数据见下图所示。 电业部门变电所配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为2秒，工厂配电所应不大于1.3秒。 工厂的功率因数值要求在0.9以上。当地最热月的平均气温为35。本地区最热月平均最高温度为35摄氏度，土壤中0.71深处一年最热月平均温度为20摄氏度，年暴雷日为30天，土壤冻结深度为1.10米，主导风向夏季为南风。 本厂地表面比较平坦，土壤主要成分为积土及砂质粘土，层厚为1.67米不等，地下水位一般为0.7米，地耐压力为20吨/平方米。第二章 负荷计算以及变压器、补偿装置的选择在进行负荷计算时选用需用系数法，具体计算公式如下： ； ;；。（i=1,2,3.）2.1 车间变电所的负荷计算变电所的负荷性质，计算其计算负荷：序号车间或用电设备组名称设备容量（千瓦）需要系数功率因数cos功率因数正切tan计算负荷有功 (千瓦)无功(千乏)视在(千伏安)1薄膜车间14000.60.61.338401117.22原料库300.250.51.737.512.9753生活间100.810804成品库（一）250.30.51.737.512.9755成品库（二）240.30.51.737.212.4566包装材料库200.30.51.73610.387小计1509876.21165.9861458.5变电所的计算负荷：序号车间或用电设备组名称设备容量（千瓦）需要系数功率因数cos功率因数正切tan计算负荷有功 (千瓦)无功(千乏)视在(千伏安)1单丝车间13850.60.61.338311105.232水泵及设备200.650.80.75139.753小981398.4变电所的计算负荷：序号车间或用电设备组名称设备容量（千瓦）需要系数功率因数cos功率因数正切tan计算负荷有功 (千瓦)无功(千乏)视在(千伏安)1注塑车间1890.40.61.3375.6100.5482管材车间8800.350.61.33308409.643小计1069383.6510.188638.31变电所的负荷计算：序号车间或用电设备组名称设备容量（千瓦）需要系数功率因数cos功率因数正切tan计算负荷有功 (千瓦)无功(千乏)视在(千伏安)1复制车间1380.60.51.7382.8143.2442生活室100.81803浴室30.812.404锻工车间300.30.651.17910.535原料生活间150.811206仓库150.30.51.174.55.2657机修模具车间1000.250.651.732543.258热处理车间1500.60.71.029091.89铆焊车间1800.30.51.735493.4210小计641287.7376.029473.46变电所的负荷计算：序号车间或用电设备组名称设备容量（千瓦）需要系数功率因数cos功率因数正切tan计算负荷有功 (千瓦)无功(千乏)视在(千伏安)1锅炉房2000.70.750.88140123.22实验室1250.250.51.7331.2554.06253辅助材料库1100.20.51.732238.064油泵房150.650.80.759.757.31255加油站100.650.80.756.54.8756办公室150.60.61.33911.977小计475218.5239.48324.180全厂计算负荷序号车间或用电设备组名称设备容量（千瓦）需要系数功率因数cos功率因数正切tan计算负荷有功 (千瓦)无功(千乏)视在(千伏安)8全厂合计509926103418.1439乘以参差系数全厂合计（=0.9=0.95）0.5871.35823493236.333998.962.2 车间总体负荷的计算=2349kw；=3236.33kvar；=3998.96kva，i=1，2，3，4.2.2.7 图表-各变压器的功率因数项目(kw)(kvar)(kva)(a)补偿电容(kvar)补偿电容型号及数量 788.581049.38741312.681994.4360.601750bgm6.3-50-1w15 759.61059.231303.4431980.4350.583750bgm6.3-50-1w15 345.24484.679595.067904.1370.58350bgm6.3-50-1w7 258.93368.134450.075683.8380.575300bgm6.3-50-1w6 196.65227.506300.716456.9040.654150bgm6.3-50-1w3总变电所23493188.9373987.5506058.6330.5892400bwf6.3-100-1w24根据公式:=(tan-tan)全厂功率因数：0.5870.9。需要进行无功补偿。2.3 无功补偿的计算和变压器的选择2.3.1 无功补偿的计算及补偿电容器选择由于本设计中上级要求cos0.9,而全厂自然功率因数：cos=pjs/qjs=2349/3998.95=0.5870.9，因此需要进行无功补偿。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此暂取cos=0.92来计算380v侧所需无功功率补偿容量。 故：补偿无功功率qc =pjs(tan1-tan2) =2349tan(arccos0.587)-tan(arccos0.92)=2239.06kvar采用24个bwf6.3-100-1并联电容器进行补偿，总共补偿容量100kvar*24=2400 kvar。 取=2400kvar，低压侧补偿后无功功率 =3188.937-2400=788.937kvar低压侧补偿后视在功率为 =2383.364kva变压器损耗： kvar高压侧有功功率：=2349+35.75=2384.75kw高压侧无功功率：788.937+143=931.937kvar高压侧视在功率：2560.379kva补偿后的功率因数：0.9310.9。2.3.2 变压器的选择主变压器由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，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、二级负荷继续供电，故选两台变压器（暗备用），每台容量按sn.t0.82493.44kva=1994.8kva因此选两台sl7-2000/35型低损耗配电变压器各车间变压器的选择 no1安装两台变压器互相暗备用，其容量按sn.t0.7=0.71458.5 kva =1020.95 kva，因此选两台sl-1250/10型低损耗配电变压器。no2安装两台变压器互相暗备用，其容量按sn.t0.7=0.71398.4 kva =978.88kva，因此选两台sl-1000/10型低损耗配电变压器。no3安装一台变压器，其容量按sn.t=638.31 kva，因此选一台sl-800/10型低损耗配电变压器。no4安装一台变压器，其容量按sn.t=473.46 kva，因此选一台sl-500/10型低损耗配电变压器。no5安装两台变压器互相暗备用，其容量按sn.t0.7=0.7324.18 kva =226.93kva，对电的持续性要求较大，因此选两台sl-250/10型低损耗配电变压器。各车间变压器型号及其参数型号额定电压/kv连接组别损耗/w空载电流（%）阻抗电压（%）高压低压空载负载主变压器两台暗备用sl7-2000/35356.3y/-113400198002.56.5no1两台暗备用sl-1250/106.30.4y/y0-1243501750054.5no2两台暗备用sl-1000/106.30.4y/y0-1237001450054.5no3选一台sl-800/106.30.4y/y0-123100120005.54.5no4选一台sl-500/106.30.4y/y0-122050820064no5两台暗备用sl-250/106.30.4y/y0-12120046006.542.4 架空线路的选择2.4.1 根据经济电流密度选择导线截面积 （1）该厂由处于厂南侧一公里的100/35千伏变电所用35千伏双回架空线引入本厂， 架空线最大工作电流： 42.237a。本地区最热月平均最高温度为35摄氏度该生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制，全年最大负荷利用时数为5000小时，属于三级负荷。其钢芯铝线的电流密度j=0.9所以导线的经济截面面积：sj=ig/j=42.6/0.9=47.33mm2考虑到线路投入使用的长期发展远景，选用截面积为50 mm2的导线，所以35kv架空线为lgj-50的导线。2).按长时允许电流校验导线截面积。查表得lgj-50型裸导线的长时允许电流iy=220a(=25)当环境温度为35度时，导线最高工作温度为70度。其长时允许电流为：=iy=194.02a当一台变压器满载，一条输电线检修时导线负荷最大，这时的负荷电流为：ie=se/（*un）=33a由于ie,所以符合要求。3).按电压损失校验查表得lgj-50导线的单位长度电阻和电流为：r0=0.65 x0=0.42 线路总的电压损失为：u=( p*r+ q*x)/un=56.15v电压损失百分比为：u%=u/un=0.00160.05所以导线符合要求。4).按机械强度校验 钢芯铝线非居民区35kv最小允许截面为10 mm2所以符合要求。2.5 补偿电容计算 为了提高功率因数，安装并联电容器，用于无功补偿。补偿无功后可以提高电压、降低线损、减少电费支出、节约能源、增加电网有功容量传输、提高设备的使用效率。本设计中本厂的功率因数值应在0.9以上，必须6kv母线上并联电力电容器，使变电所35kv处的功率因数得到提高到0.9，需要补偿的总电力电容器容量为2400kvar, 所以选25台bwf-6.3-100-1w的电容器。 电容器参数型号额定电压额定容量标算电容cbwf-6.3-100-1w6.3kv100kvar2.89uf注：b并联电容器，w浸渍剂为烷基苯，f聚丙烯薄膜和电容器纸复合介质第三章 供电系统的选择 从原始资料我们知道车间为三级负荷，供电的可靠性要求并不是很高，且通过负荷计算我们知道车间的总消耗功率并不是很高，初步估计了后决定使用一台变压器来为车间供电，同时为了节省变电所建造的成本和简化总体的布线，所以在设计中我们首先考虑了线路变压器组结线方式。 线路变压器组结线方式的优点是结线简单，使用设备少，基建投资省。缺点是供电可靠性低，当主结线中任一设备（包括供电线路）发生故障或检修时，全部负荷都将停电。但对于本设计来说线路变压器组结线方式已经可以达到设计的要求。线路变压器组结线方式选择进线为断路器 根据普通变电所的设计要求，结合工程实际车间变电所的电路总体如下：第四章 短路电流的计算4.1 三相短路电流的计算目的 为了保证电力系统安全运行，择电气设备时，要用流过该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和点动力的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动地使有关断路器跳闸。继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要短路电流数据。3.2短路电流的计算公式（标幺值计算方法）： 基准容量sd，基准电压ova（1） 电力系统的电抗标幺值：=sd/soc（2） 电力线路的电抗标幺值：=lsd/（3） 电力变压器的电抗标幺值：=uk%sd/100sn（4） 三相短路电流周期分量有效值：=id/（5） 短路点处的次暂态短路电流：=（6） 短路冲击电流： =2.55（高压系统） =1.84(低压系统)（7） 冲击电流有效值：=1.51（高压系统）=1.09(低压系统)（8） 三项短路容量：=sd/（9） =0.866，=0.866，=0.866 3.3各母线短路电流列表根据下图和以上公式计算母线短路电流：图3.1 短路计算电路图3.2 短路计算等效电路 母线短路电流列表短路计算点三相短路电流/ka三相短路容量/mvak-12.942.942.947.54.44188.68k-24.254.254.257.824.6346.4第五章 高、低压侧设备及母线和馈线的选择高压电气的热稳定性校验： 断路器、负载开关、隔离开关及电抗器的力稳定计算： 电流互感器的力稳定计算： 母线及电缆的热稳定性校验：母线的力稳定计算： 由于跨距在两个以上，所以选择： 5.1 35kv侧电气设备35kv侧设备选择，设备名称及型号见下表设备名称计算数据高压断路器sw2-35/1000隔离开关gw2-35g/600电压互感器jdjj-35电流互感器lcw-35避雷器fz-35u = 35kv35kv35kv35kv35kv35kvi = 82.48a1000a600a150/5ik（3）=2.94 ka16.5ka14kask = 188.68mva1000mva=7.5ka45ka42ka=21.2ka265.2 10kv侧设备 10kv侧电气设备（变压器低压侧及备用电源进线）设备名称数据高压断路器隔离开关电流互感器备注sn10-10/600gn6-10t/400la-10/300采用gg-10高压开关柜u = 10kv10kv10kv10kvi =230.95a600a400a300/5aik（3）=4.25ka17.3 ka14ka44.1ka52ka57ka5.3 10kv馈电线路设备选择。 以no1变压器车间的馈电线为例，10kv馈电线路设备如下 设备名称及型号计算数据高压断路器sn10-10/600隔离开关gn6-10t/400电流互感器ldc-10/0.5电力电缆zlq20-10-325u=10kv10kv10kv10kv10kv600ka400ka300/5a80a=4.25ka17.3ka14kamin =21a=25=46.4mva=7.82ka44.1ka40ka=57ka=4.63ka5.4 10kv母线选择5.4.1 变压器低压侧引出线选择 主变压器低压侧引出线按经济电流密度选择工作电流：ica=274.9a母线计算截面：a=305.44 mm2选用标准截面650的铝母线允许电流740a大于工作电流274.9a，满足要求热稳定校验： amin=28.5650 mm2 ,满足要求动稳定校验：母线平放: w =0.167bh2=0.1670.652=2.5 cm2f = =9.30-2 kg/cm母线最大允许跨度（已知=700kg/cm2）：进线的绝缘子间距离取2米即可。绝缘子采用zna-10mm破坏负荷375公斤，满足要求。5.4.2 10kv母线选择 按发热条件选用440铝母线允许电流395a大于计算电流。按上述计算的热稳定最小截面为65.98小于440满足要求。动稳定校验母线平放： =0.167bh2=0.1670.442=1.07cm2根据前面计算：f=9.2810-2 kg/cm求得： gg-10高压开关柜一般宽距1m,进线柜最宽为1.5m，以此上述检验满足动稳定要求。由于采用标准高压开关柜，故不必选择母线支持绝缘子。5.4.3 电力电缆选择 以no1变电所为例，选择电缆截面。查有关样本或设计手册，考虑今后发展留有余地，选用zlq20-325型铝芯纸绝缘铝包钢带铠装电力电缆，在un=10kv，其允许电流值为80a，大于计算电流，合格。因为厂区不大，线路很短，线路末端短路电流与始端电流相差无几，因此以10kv母线上短路时（k-2点）的短路电流校验。min= 1.5满足规定的灵敏系数1.5的要求。 3.装设电流速断保护 采用gl15型继电器的电流速断装置来实现。（1）速断电流的整定ik.max=4.25ka iqb= krelkwik.max/(kikt)=1.414.25ka/(205.56)=53.5a速断电流倍数整定为 kqb=53.5/7=7.6满足规定的倍数。（2）电流速断保护灵敏度系数的整定ik.min= =0.8662.94=2.55ka, iqb.1= iqbki/kw= 6320/1=1260a 所以 sp=2550/1260=2.022满足规定的灵敏系数2的要求。 变压器的继电保护按gb5006292电力装置的继电保护和自动装置设计规范规定：对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：（1）绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；（2）绕组的匝间短路；（3）外部相间短路引过的过电流；（4）中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；（5）过负荷；（6）油面降低；（7）变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。对于高压侧为610kv的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护；如过电流保护动作时间大于0.50.7s时，还应装设电流速断保护。容量在800kva及以上的油浸式变压器和400kva及以上的车间内油浸式变压器，按规定应装设瓦斯保护（又称气体继电保护）。容量在400kva及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在轻微故障时（通称“轻瓦斯”），动作于信号，而其它保护包括瓦斯保护在严重故障时（通称“重瓦斯”），一般均动作于跳闸。对于高压侧为35kv及以上的工厂总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。但是如果单台运行的变压器容量在10000kva及以上和并列运行的变压器每台容量在6300kva及以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护、和瓦斯保护。对于由外部相间短路引起的过电流，保护应装于下列各侧：1）、对于双线圈变压器，装于主电源侧2）、对三线圈变压器，一般装于主电源的保护应带两段时限，以较小的时限断开未装保护的断路器。当以上方式满足灵敏性要求时，则允许在各侧装设保护。各侧保护应根据选择性的要求装设方向元件。3）、对于供电给分开运行的母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个供电支路上装设保护。4）、除主电源侧外，其他各侧保护只要求作为相邻元件的后备保护，而不要求作为变压器内部故障的后备保护。5）、保护装置对各侧母线的各类短路应具有足够的灵敏性。相邻线路由变压器作远后备时，一般要求对线路不对称短路具有足够的灵敏性。相邻线路大量瓦斯时，一般动作于断开的各侧断路器。如变压器高采用远后备时，不作具体规定。6）、对某些稀有的故障类型（例如110kv及其以上电力网的三相短路）允许保护装置无选择性动作。差动保护变压器差动保护动作电流应满足以下三个条件1）应躲过变压器差动保护区外出现的最大短路不平衡电流2）应躲过变压器的励磁涌流3）在电流互感器二次回路端线且变压器处于最大符合时，差动保护不应动作由于车间变电所是三级负荷，变压器容量为500mva在选用保护时选电流限时电流速断保护，而不采用差动保护。1速断整定：idz=kkimax=1.316.4844=21.429 ks=16.4844/21.429=0.671.5不能满足灵敏度要求，可使用低压闭锁保护。2.过电流保护的整定： idz=2.18 ka 近后备保护的灵敏系数km=6.548 2 动作时限：t=0.5s变压器的瓦斯保护瓦斯保护，又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。按gb5006292规定，800kva及以上的一般油浸式变压器和400kva及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。为了使油箱内产生的气体能够顺畅地通过气体继电器排往油枕，变压器安装应取1%1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有 2%4%的倾斜度。当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。这时上触点接通而接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。这大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。这时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器），同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器），这称之为“重瓦斯动作”。如果变压器油箱漏油，使得气体继电器内的油也慢慢流尽。先是继电器的上油杯下降，发出报警信号，接着继电器内的下油杯下降，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。平面设计图第七章 防雷设计7.1防雷措施7.1.1 架空线路的防雷措施（1）架设避雷线 这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66kv及以上的架空线路上才沿全线装设。35kv的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设。而10kv及以下的线路上一般不装设避雷线。（2）提高线路本身的绝缘水平 在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10kv及以下架空线路防雷的基本措施。（3）利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 由于310kv的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。（4）装设自动重合闸装置 线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ard，使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。（5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器 对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。7.1.2变配电所的防雷措施（1）装设避雷针 室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。（2）高压侧装设避雷器 这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。（3）低压侧装设避雷器 这主要用在多雷