工厂供电课程设计-南阳防爆厂降压变电所的电气设计

本科课程设计题目院（系）信息科学与工程学院专业电气工程及其自动化届别学号姓名指导老师华侨大学教务处印制2013年4月21号目录第1章概述1第2章负荷计算与负荷等级确定4第3章变压器选择及主接线设计7第4章短路电流计算10第5章电气设备选择17第6章课设体会及总结20参考文献21附录22第1章概述通过这个供配电系统的设计，能对工厂供电的知识有一个系统的认识和更深入的了解，对书中的很多理论知识能更深入了解，能将书中的知识都系统化。本次课程设计是对南阳防爆厂降压变电所的电气设计，设计的主要内容包括（1）负荷计算与负荷等级确定；（2）变压器选择与主接线设计；（3）短路电流计算；（4）电气设备选择；后有此次课程设计的体会及总结和参考文献由于设计者知识掌握的深度和广度有限，很多知识都只能参考网上知识，所以本设计尚有不完善的地方，敬请老师批评指正设计任务如下（一）设计题目南阳防爆厂降压变电所的电气设计（二）设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定一次回路方案，最后定出设计说明书。（三）设计依据1工厂总平面图，如图（1）所示。2工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4000H，日最大负荷持续时间为10H。该厂除铸造车间、锻压车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表（1）所示。3供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用协议规定，本厂可由附近一条35KV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ120导线为等边三角形排列，线距为1M；干线首端（即电力系统的馈电变电电站）距离本厂约20KM，该干线首端所装高压断路器300MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为15S。为满足工厂二级负荷的要求，可采用联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度达100KM，电缆线路总长度达80KM。4气象资料本厂所在地区的年最高气温为37，年平均气温为24，年最低气温为8，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下08处平均温度为25。当地主导风向为东北风，年雷暴是数为20。5工厂最大负荷时的功率因数不得低于092。主要参考资料1刘介才主编供配电技术北京机械工业出版社2张华主编电类专业毕业设计指导北京机械工业出版社3王荣藩编著工厂供电设计与指导天津天津大学出版社工厂负荷统计资料表（1）厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量KW需要系数功率因数动力30004071铸造车间照明60710动力500030652锻压车间照明80710动力500030653金工车间照明90710动力30003064工具车间照明70710动力30006085电镀车间照明70710动力20006086热处理车间照明80710动力10004077装配车间照明70710动力200030658焊接车间照明40710动力80060659锅炉房照明20710生活区照明2000710第2章负荷计算与负荷等级确定21各车间负荷计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明计算，主要涉及的计算公式如下有功功率计算DEKP30无功功率计算TANQ视在功率计算COS30S计算电流NUI30下面以铸造车间为例计算动力部分的计算KWP120430KVARQKVAS417213060847I照明部分的计算KWP230QKVAS430I3816230小计KWP4130VAR2QKVAS41714230KAI02653841730计算各车间的动力和照明计算负荷如表21所示。表21各车间参数和计算负荷计算负荷厂房编号编号名称负荷性质设备容量KW需要系数功率因数TANP30KWQ30KVARS30KVAI30（A动力30004071021201224171426041铸造车间照明607100420426381动力500030651171501754230835072车间锻压照明807100560568508动力500030651171501754230835073金工车间照明907100630639572动力30003061339012015022794工具车间照明707100490497445动力300060807518013522534195电镀车间照明707100490497445动力20006080751209015022796热处理车间照明807100640649724动力1000407102404081571486827装配车间照明707100490497445动力20003065117607015923114038焊接车间照明407100280284254动力8006065117485612738511229锅炉房照明207100140142127生活区照明200071001400140212722全厂负荷计算用需要系数法计算全厂负荷。取同时系数090。PK950Q动力部分12015015090180120406048958KW30I照明部分4256634949564928141401806KW照明全厂有功功率3030照明I099581806102474KW全厂无功功率095X122417541754120135904081701556123030IQKQ93602KVARKVAS81370296741023无功补偿计算由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为KS30这时低压侧的功率因数为7384012COS为使高压侧的功率因数，则低压侧补偿后的功率因数应高于092，90取,要使低压侧的功率因数由0769提高到095，则低压侧需装设的并联电容器容量为9502COSVAR3492ARCOSTN7384ARCOSTN741KQ取600则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为CVKKVAS6135029602302AI8412变压器的功率损耗为KWSPT1461301023VAR8552补偿后高压侧的计算负荷为KP10347103VAR796852961QKVAS52301AI91854补偿后高压侧的功率因数为，满足要求。90346514COS23年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到年有功电能消耗量30PWPT年无功电能耗电量QQ结合本厂的情况，年负荷利用小时数为4000H，取年平均有功负荷系数，年平均无功负荷系数。750820由此可得本厂年有功耗电量KWHWAP3107644810357年无功耗电量Q2498224负荷等级确定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。该厂的铸造车间、锻压车间和锅炉房属于二级负荷，其余的均为三级负荷。二级负荷的计算KWP329641865102490）（二级VAR75KQ）（二级KVAS54732962二级可见二级负荷所占的比例较大。第3章变压器选择及主接线设计31变电所主变压器台数的选择变压器台数的选择应考虑一下原则1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器法伤故障或者检修时，另一台变压器能对一二级负荷继续供电。对职业二级而无一级负荷的变电所，也可以采用一台别有情趣，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。2）对季节货昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两台变压器。3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相对较大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。结合本厂的情况，经过上面的计算可知，二级负荷所占的比例较大，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。32变电所主变压器容量选择每台变压器的容量应同时满足以下两个条件NTS（1）任一台变压器单独运行时，宜满足3067NTSS（2）任一台变压器单独运行时，应满足，即满足全部一、二级负荷需求。301所以，KVASTN680251470该厂的铸造车间、锻压车间和锅炉房属于二级负荷，其余的均为三级负荷，经计算，该厂的二级负荷为4475KVA故，满足全部一、二级负荷。）ITNS30所以变压器的时机容量取最大，为满足使用要求，同时又考虑到未来510年的负KVASTN6802荷发展，初步取考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC9系列树脂浇注干式KVAN1变压器。型号S91000/35，其主要技术指标如下表所示变压器型号额定容量/K额定电压/KV联结组型号损耗/KW空载电流I短路阻抗U高压低压空载负载S91000/3510003504YYN01451215146533变电所主接线设计方案一单母线不分段接线如图31所示。图31电气主接线方案一方案二单母线分段接线如图32所示图32电气主接线方案二方案一种采用单母线不分段接线，虽然简单，但其可靠性不高。当母线需要检修或者发生故障时，会导致所有用电设备停电。且变电所的负荷大部分均为类、类负荷，因此方案一中的单母线不分段接线不能满足类、类负荷供电可靠性的要求。方案二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。380V侧则选用单母线分段接线。34变电所位置的选择变电所的位置选择应根据选择原则，经技术、经济比较后确定。1、变电所位置的选择原则1尽可能接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；2考虑电源的进线方向，偏向电源侧；3进出线方便；4不应妨碍企业的发展，考虑扩建的可能性；5设备运输方便；6尽量避开有腐蚀气体和污秽的地段；7变电所屋外配电装置与其他建筑物之间的防火间距符合规定；8变电所建筑物、变压器及屋外配电装置应与附近的冷却塔或喷水池之间的距离负荷规定。2、负荷中心的确定用负荷功率矩法确定负荷中心。如图31所示为铜冶炼厂平面图选直角坐标系如图所示，假设各车间负荷分布均匀，则各车间的负荷中心即为车间平面几何中心，在所选直角坐标系中确定各车间负荷中心坐标，计算总厂负荷中心。各车间的总的有功功率及负荷中心坐标12345功率PI/W1242155615639491849坐标X,Y23,3527,5848,8272,2477,45678910生活区功率PI/W1256449628494140坐标X,Y81,6586,84114,27119,4509,9则负荷中心坐标为651389IPX7024IY第4章短路电流计算供电系统应该正常地不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。短路就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。短路电流通过电气设备时，设备温度急剧上升，过热会使绝缘加速老化或损坏，同时产生很大的点动力，使设备的载流部分变形或损坏，因此选择设备时要考虑它们对短路电流的稳定性，所以我们以最严重的短路三相短路为例，计算短路电流。本厂的供电系统简图如图41所示。本厂采用两路电源进线供电，一路由附近一条35KV的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线牌号为LGJ120导线为等边三角形排列，线距为1M；干线首端（即电力系统的馈电变电电站）距离本厂约20KM，该干线首端所装高压断路器1000MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为15S；另一路为与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度达100KM，电缆线路总长度达80KM。下面计算本厂变电所高压10KV母线上K1点短路和低压380V母线上K2点短路的三相短路电流和短路容量。G系统QF架空线L20KM邻厂高压联络线38VS91/52YYN图41供电系统简图下面采用标幺值法进行短路电流计算。41确定基准值取，MVASD10KUC371204CKV所以有ASICD561011KVUICD34032242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）1电力系统的电抗标么值101MVAX2架空线路的电抗标么值查手册得，因此KM/40583720/4022KMKX3）电力变压器的电抗标么值由所选的变压器的技术参数得5，因此6KU56K10564AVMX可绘得短路等效电路图如图42所示。/283/4K2图42短路等效电路图1计算K1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684051021XK2三相短路电流周期分量有效值KAIKDK2791313其他三相短路电流AIIK279313ISH852KIS4334三相短路容量MVAXSKDK1680112计算K2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934256840/43212K2三相短路电流周期分量有效值KAI3912KD3K）（3其他三相短路电流AI6833）（749184ISHKS320934三相短路容量MVAXSKD4259310232K短路计算结果三相短路电流/KA三相短路容量/MVA短路计算点331/2KII3SHI3SHI31/2KSK12279581134411461K23668674939982542第5章电气设备选择51一次设备选择的原则供配电系统中的一次设备是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的，一次设备的选择，除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外，还应满足在短路故障时不至损坏的条件，开关电器还必须具有足够的断流能力，并能适应所处的位置、环境温度、海拔高度。以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。一次设备的选择应遵循以下3个原则。1按工作环境及正常工作条件选择电气设备；2按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定；3开关电器断流能力校验。52变电所高压一次设备的选择高压母线1）选择母线型号TMY3（504）2）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C171，取。MIN3IATIC2SAM075IATS母线的截面A50420022M允许的最小截面22MIN541709SAKA从而，该母线满足热稳定性要求。MINA（2）高压电缆1）选择电缆型号YJV3502高压电缆的热稳定性校验校验条件AMIN3IATIC允许的最小截面22IN5417029MSAKA所选电缆YJV350的截面A50从而，该电缆满足热稳定性要求。2MMINA（3）高压断路器高压侧计算电流1891A，户内变电所，故选择户内少油型断路器ZN1235/1250型，其有30I关技术参数及装设地点的电气条件和计算结果列于表51中，从中可以看出断路器的参数均大于装设地点的电气条件，故所选断路器合格。表71高压断路器选择校验表SN1010I/630装设地点电气条件序号项目数据选择要求项目数据结论1NU35KVWNU35KV合格2I1250AI301891A合格3OC315KA31KI2279KA合格4MAXI63KASHI5811KA合格52TI36945122IMAIT318051792）（合格（4）高压熔断器熔断器没有触头，而且分断短路电流后熔体熔断，故不必校验动稳定和热稳定。仅需校验其断流能力。高压侧需要保护电力变压器和保护电压互感器的熔断器。保护电力变压器的熔断器选择考虑到变压器的正常过负荷能力（20左右）、变压器低压侧尖峰电流及变压器空载合闸时的励磁涌流，熔断器熔体额定电流应满足1520NFENTII1650A11/3NTNISU0所以可取100A，又熔断器额定电流应不小于熔体的额定电流，所以选RW535/100400型FE高压熔断器。校验最大断开电流12KA2279KAOCI31KI保护电压互感器的熔断器选择因为电压互感器二次侧电流很小，故选择RN210/05型专用熔断器做电压互感器短路保护。其熔体额定电流为05A，可作为电流互感器的短路和过负荷保护设备使用。校验最大断开电流85KA2279KAOCI31KI高压隔离开关由于隔离开关主要是用于电气隔离而不能分断正常负荷电流和短路电流，因此，只需要选择额定电压和额定电流，校验动稳定和热稳定。查附表选择GN235T/400型高压隔离开关。其有关2文献技术参数及装设地点的电气条件和计算结果列于表52中，从中可以看出高压隔离开关的参数均大于装设地点的电气条件，故所选高压隔离开关合格。表52高压隔离开关选择校验表GN235T/400装设地点电气条件序号项目数据选择要求项目数据结论1NU35KVWNU35KV合格2I400AI301891A合格3OC14KA31KI2279KA合格4MAXI52KASHI5811KA合格52TI98051422IMAIT318051792）（合格（5）电流互感器根据安装地点和工作要求选择LCW3550/5型电流互感器。160。有关技术参数及装设地点ESK的电气条件和计算结果列于表53中，从中可以看出电流互感器的参数均大于装设地点的电气条件，故所选电流互感器合格。表53电流互感器选择校验表LCW3550/5装设地点电气条件序号项目数据选择要求项目数据结论1NU35KVWNU35KV合格2I50/5AI301891A合格3MAXI113KAESK12NI3SHI5811KA合格42TI5092IMAIT318051792）（合格（6）电压互感器电压互感器的一、二次侧均有熔断器保护，所以不需要校验短路动稳定和热稳定。按装设地点环境及工作要求选择JSJW35型电压互感器。（7）高压开关柜高压开关柜是成套设备柜内有断路器、隔离开关、互感器设备等。高压开关柜主要选择开关柜的型号和回路方案号。因厂区有二级负荷，选择KYN35型移开式开关柜。其额定电压、额定电流等均满足要求。（8）变压器型号在第3章已选，型号为SC91000/35。（9）避雷器型号由高压开关柜决定，避雷器型号为FCD335。53变电所低压一次设备的选择低压熔断器低压熔断器通常接在被保护的设备前或接在电源引出线上。当被保护区出线短路故障或过电流时，熔断器熔体熔断，使设备与电源隔离，免受过电流损坏。以铸造车间为例选择动力和照明干线的低压熔断器。动力线路选择RT0400/300型低压熔断器。校验额定工作电压380V线路电压380V；额定工作电流300A线路计算电流2604A；最大分段电流50KA。照明线路选择RM1015/10型低压熔断器。校验额定工作电压380V线路电压220V；额定工作电流10A线路计算电流6381A；最大分段电流12KA。各车间选择原则同上，低压熔断器型号见表54。表54各车间低压熔断器型号额定电流（A）编号名称类别I30A熔断器熔体低压熔断器型号动力2604400300RT0400/3001铸造车间照明63811510RM1015/102锻压动力3507600400RT0600/400车间照明85081515RM1015/15动力3507600400RT0600/4003金工车间照明95721515RM1015/15动力2279400300RT0400/3004工具车间照明74451515RM1015/15动力3419400400RT0400/4005电镀车间照明74451515RM1015/15动力2279300250RT0300/2506热处理车间照明97241515RM1015/15动力8682200100RT0200/1007装配车间照明74451515RM1015/15动力1403200150RT0200/1508机修车间照明42541510RM1015/10动力1122200150RT0200/1509锅炉车间照明2127156RM1015/6生活区照明2127400250RM10400/250低压断路器低压断路器选择的一般原则低压断路器的型号及操作机构形式应符合工作环境、保护性能等方面的要求；低压断路器的额定电压应不低于装设地点线路的额定电压；低压断路器的额定电流应不小于它所能安装的最大脱扣器的额定电流。下面以铸造车间为例选择动力和照明干线的低压断路器。动力线路选择DW15400/300型低压断路器。校验额定工作电压380V线路电压380V；脱扣器额定电流电流300A线路计算电流2604A；低压断路器额定电流400A脱扣器额定电流300A额定运行断路分断能力25KA。照明线路选择DZ20100/20Y型低压断路器。校验额定工作电压380V线路电压220V；脱扣器额定电流电流20A线路计算电流6381A；低压断路器额定电流100A脱扣器额定电流20A额定运行断路分断能力14KA。各车间选择原则同上，低压断路器型号见表55。表55各车间低压断路器的型号额定电流（A）编号名称类别CIA断路器脱扣器低压熔断器型号动力2604400300DW15400/3001铸造车间照明638110020DZ20100/20Y动力3507600400DW15600/4002锻压车间照明850810020DZ20100/20Y动力3507600400DW15600/4003金工车间照明957210020DZ20100/20Y动力2279400300DW15400/3004工具车间照明744510020DZ20100/20Y动力3419600400DW15600/4005电镀车间照明744510020DZ20100/20Y动力2279400300DW15400/3006热处理车间照明972410020DZ20100/20Y动力8682200100DW15200/1007装配车间照明744510020DZ20100/20Y动力1403200