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必须遵循的一般原则、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，本文按照设计要求，在查阅大量参考资料、手册后，对负荷计算及无功功率补偿计算，变配电所所址和型式的选择，变电所主变压器台数、容量及类型的选择，变配电所主结线方案的设计，短路电流的计算，变配电所一次设备的选择，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细的设计说明。并附有相应的图表、公式和计算结果。这次设计的变配电所完全满足设计要求。本设计通过对计算负荷，选出变压器；通过计算三相短路电流，选出其他保护器件；通过三相短路电流，选择过电流保护设备；然后选择二次回路的设备，对一次侧设备进行控制、检测；最后注意安全、接地和防雷的设置。关键字有功功率，电力变压器，三相短路电流，过电流，接地目录第一章绪论111课题背景、目的及意义1111课题的背景1112课题的目的及意义112设计的主要内容、设计图样1121设计的主要包括1122设计图样2第二章设计依据321电机修造厂3第三章设计说明531负荷计算及功率补偿5311负荷计算的内容和目的5312负荷计算的方法6313各用电车间负荷情况及各车间变电所容量。6314全厂负荷计算。7315功率补偿732变电所、配电所位置和型式的选择8321电机修造厂总变电所位置和型式的选择833电机修造厂总降压变电所主变压器和主结线方案的选择9331变压器容量及台数的选择。9332变配电所主结线的选择原则10333主结线方案选择10334配电所的主接线选择1435短路电流的计算15351绘制计算电路15352求K1，K2点的三相短路电流和短路容量16353求1点的三相短路电流和短路容量1836变电所一次设备的选择校验1836135KV侧一次设备的选择校验1836210KV侧一次设备的选择校验19363变电所高压母线的选择2037变电所进出线选择。2137135KV高压进线的选择校验2137210KV高压出线的选择21373作为备用电源的高压线的选择校验。24381高压断路器的操动机构控制与信号回路25382变电所的电能计量回路26383变电所的测量和绝缘监察回路384变电所的保护装置2639变电所的防雷保护与接地装置的设计34391变电所的防雷保护34392变电所公共接地装置的设计35第四章结论37第一章绪论11课题背景、目的及意义111课题的背景本课题是根据刘介才主编的工厂供电设计指导上两个题目为原型，根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,它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行。在35KV10KV配电变电所设计研究方面，最近几十年发展更是迅猛。尤其是对变电站综合自动化的研究，已经进行了多年,并取得了令人瞩目的进展。变电站综合自动化目前在国外已得到了较普遍的应用。例如美国、德国、法国、意大利等国家,在他们所属的某些电力公司里,大多数的变电站都实现了综合自动化及无人值班方式。在我国，现在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，但是根据我国的国情，现在大多数变电站还是没有完全实现保护和控制综合自动化。传统的变电站的设计发展到现在已经十分的成熟了。根据供电的设计内容和流程，可以十分的方便的按照步骤设计。112课题的目的及意义本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。与原来的课程设计比较，本题不仅设计量大了许多，而且在更个方面的要求也有所加强。虽然变电所的设计在现在已经不是高新的技术，但是作为自动化专业的学生，本题目还是很全面的包含了一大部分专业课程学习的内容，而且各个方面都有所深入。尤其是继电保护的问题，有了更加深入的学习。虽然本题没有对变电站综合自动化有所研究，但是对日后向这个方面的学习和发展打下了坚实的基础。通过这次设计不仅进一步加强专业知识的学习，拓宽知识面，提高理论知识水平。而且扩宽了就业面，提高就业能力，提高了独立思考和分析问题的能力。12设计的主要内容、设计图样121设计的主要包括（1）设计的基本依据和资料。（2）区域变电所和车间变电所负荷计算。（3）无功功率补偿计算及补偿电容器选择。（4）短路电流的计算和动稳定度，热稳定度的计算。（5）变压器容量及台数的选择。（6）变电所进出线的选择。（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，母线等主要设备的选择。（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、各种保护装置接线原理图。（10）画出工厂变电所的平面图。122设计图样（1）变电所主结线电路图电机修造厂总降压变电所主结线电路图（3）各种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，（采用定时限过电流保护）。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、剖面图第二章设计依据21电机修造厂（1）电机修造厂总平面图（图21）图21某电机修造厂总平面布置图（2）工厂生产任务、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电机、变压器修理和制造任务。年生产规模为修理电机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5520KW；修理变压器500台；生产电气备件为60万件。是大型钢铁联合企业重要组成部分。（3）工厂各车间负荷计算表表21工厂各车间负荷计算表计算负荷序号车间名称设备容量（千瓦）P30（千瓦）Q30（千乏）S30（千伏安）变压器台数及容量车间变电所代号1电机修造车间250560950078811000NO1车变2加工车间8861632583051400NO2车变3新制车间6342223364031500NO3车变4原料车间5143101833601400NO4车变5备件车间5621991582541315NO5车变6锻造车间1053658681100NO6车变7锅炉房2691971722621315NO7车变8空压站3221811592411315NO8车变9汽车库543302740180NO9车变10大线圈车间3351871182211250NO10车变11半成品试验站3652874641500NO11车变12成品试验站229064048080011000NO12车变13加压站256163139214125014设备处仓库（转供负荷）338288444150015成品试验站内大型集中负荷3600288023003686主要为高压整流装置，要求专线供电。（4）供用电协议当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选定从某220/60KV区域变电所提供电源，此站距厂南侧45公里。为满足二级负荷的需求，从某60/105KV变电所，提供10KV备用电源，此所距厂南侧4公里。电力系统短路数据，如表22所示。其供电系统图，如图22所示。表22区域变电站60KV母线短路数据系统运行方式系统短路数据系统运行方式系统短路数据系统最大运行方式1338MVA3MAXKS系统最小运行方式310MVA3MINKSVK图22供电系统图供电部门对工厂提出的技术要求区域变电所60KV馈电线的过电流保护整定时间18S，要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于13S。在企业T总降压变电所60KV侧进行电能计量。该厂的总平均功率因数值应在09以上。（5）工厂负荷性质本厂大部分车间为一班制，少数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。又由于该厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。因此，要求供电具有一定的可靠性。（6）本厂自然条件气象资料最热月平均最高温度35摄氏度，土壤中071米深处一年中最热月平均温度为20摄氏度，土壤冻结深度为110米，夏季主导风向为南风，最高气温40度，最低40度，导线复冰时气温5度，最大风速时气温5度，最大风速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315日。地质水文资料该厂区地层以砂粘土为主，地质条件较好，地下水位2853M，地耐压力为15吨/平方米。第三章设计说明31负荷计算及功率补偿311负荷计算的内容和目的（1）计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量求取确定的、预期不变的最大假想负荷。也就是通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，通常采用半小时的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。（2）计算负荷是用户供电系统结构设计、供电线路截面选择、变压器数量和容量选择、电气设备额定参数选择等的依据，合理地确定用户各级用电系统的计算负荷非常重要。312负荷计算的方法有功计算负荷为31EDPK30式中，为设备容量。EP无功计算负荷为32TAN30PQ式中，为对应于用电设备组的正切值。TANCOS视在计算负荷为3323030S总的计算电流为34NUI30式中，为额定电压380V。NU313各用电车间负荷情况及各车间变电所容量。表31计算负荷序号车间名称设备容量（千瓦）P30（千瓦）Q30（千乏）S30（千伏安）变压器台数及容量车间变电所代号1电机修造车间250560950078811000NO1车变2加工车间8861632583051400NO2车变3新制车间6342223364031500NO3车变4原料车间5143101833601400NO4车变5备件车间5621991582541315NO5车变6锻造车间1053658681100NO6车变7锅炉房2691971722621315NO7车变8空压站3221811592411315NO8车变9汽车库543302740180NO9车变10大线圈车间3351871182211250NO10车变11半成品试验站3652874641500NO11车变12成品试验站229064048080011000NO12车变13加压站256163139214125014设备处仓库（转供负荷）338288444150015成品试验站内大型集中负荷3600288023003686主要为高压整流装置，要求专线供电。314全厂负荷计算。取KP092KQ095根据上表可算出P30I6520KWQ30I5463KVAR则P30KPP30I0926520KW5999KWQ30KQQ30I0955463KVAR5190KVAR7932KVA23030QPSI30S30/3UN945ACOSP30/S305999/7932075315功率补偿由于本设计中上级要求COS09,而由上面计算可知COS075，满足发热条件。IAL230I动稳定度校验母线在三相短路时所受的最大电动力为2723310ANALIFSHNM953686946927母线在作用时的弯曲力矩为321053810LFM母线的截面系数为37221026356MMHBW故母线在三相短路时所受到的计算应力为AACMPNM53102367而硬铝母线（LMY）的允许应力为，由此可见该母线满CALP足短路动稳定度的要求。热稳定度校验计算满足短路热稳定的最小截面2233MIN58/8790167MSACTIAIA式中变电所60KV侧纵联差动保护动作时间按07S整定，再加上断路器TIA断路时间02S，再加005S。由于母线的实际截面为，因此该母线满足短路热稳MIN22753A定度要求。（2）105KV母线的选择校验采用硬铝母线LMY3606505。（其选择和计算方法同前，从略）所以电机修造厂高压母线选择如表38所示表38电机修造厂高压母线选择母线名称母线型号规格35KV母线LMY3253，即母线尺寸为25MM3MM10KV母线LMY3606505，即母线尺寸为60MM6MM，中性母线尺寸为50MM5MM37变电所进出线选择。37160KV高压进线的选择校验采用LJ型铝绞线架空敷设，接往60KV公用干线。（1）按发热条件选择由及室外环境温度35，查资料，初选LJ35，其35时AINT10430，满足发热条件。IAL5（2）校验机械强度查表，最小允许截面，因此LJ35满足机械强度要求。2MIN35A由于此线路很短，不需校验电压损耗。372105KV高压出线的选择（1）馈电给1号厂房（电机修造车间）的线路采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。按发热条件选择由及土壤温度20，查表，初选缆芯为的交联电缆，其AI83025M，满足发热条件。9AL校验电压损耗由电机修造厂平面图量得变电所至一号厂房距离约100M，而表查得的铝芯25M电缆的（按缆芯工作温度80计），又1号厂房的KMR5410KX1200，因此按式WP7683VAR92830Q（39）NUQPRV89KV10102VAR9258547618KU满足允许电压损耗5的要0009ALV求。短路热稳定校验计算满足短路热稳定的最小截面223MIN93/7950248MSACTIAIA由于前面所选的缆芯截面小于，不满足短路热稳定度要求，因此改选25MIN缆芯的交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，即YJL221000033001150的四芯230电缆（中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同）。（2）馈电给2号厂房（机械加工车间）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22230M1000033001150的四芯电缆。（3）馈电给3号厂房（新品试制车间）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL222301000033001150的四芯电缆。（4）馈电给4号厂房（原料车间）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22230M1000033001150的四芯电缆。（5）馈电给5号厂房（备件车间）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL222301000033001150的四芯电缆。（6）馈电给6号厂房（锻造车间）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22230M1000033001150的四芯电缆。（7）馈电给7号厂房（锅炉房）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL221000023033001150的四芯电缆。（8）馈电给8号厂房（空压站）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL2210000230M33001150的四芯电缆。（9）馈电给9号厂房（汽车库）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL221000023033001150的四芯电缆。（10）馈电给10号厂房（大线圈车间）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22230M1000033001150的四芯电缆。（11）馈电给11号厂房（半成品试验站）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即230YJL221000033001150的四芯电缆。（12）馈电给12号厂房（成品试验站）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22230M1000033001150的四芯电缆。（13）馈电给13号厂房（加压站）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL222301000033001150的四芯电缆。（14）馈电给14号厂房（设备处仓库）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22230M1000033001150的四芯电缆。（15）馈电给15号厂房（成品试验站内大型集中负荷）的线路亦采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL221000033001150的四芯电缆。230M373作为备用电源的高压线的选择校验。采用LJ型铝绞线架空敷设，与相距约4KM的某60/105KV变电所的105KV母线相联。（1）按发热条件选择工厂二级负荷容量共503KVA，及室外环境温度A72KV5103/503KAI为35，查表，初选LJ16，其35时的，满足发热条件。9IAL（2）校验电压损耗由表查得缆芯为的铝绞线的，（按线间几何216MKMR072KMX380均距08M计）。又，线路长度KWP1384203VAR415AR630Q按4KM计，因此按式39，得V930V8VAR4572KU满足允许电压损耗5的要0000310934ALUV求。（3）短路热稳定度校验因为邻近某60/105KV变电所电源105KV侧的短路数据不知，因此该联络线的短路热稳定度校验计算无法进行，只有暂缺。综合以上所选电机修造厂变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表39所示表39电机修造厂变电所进出线和联络线的型号规格线路名称导线或电缆的型号规格35KV电源进线LJ35铝绞线三相三线架空至1号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋至2号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋至3号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋至4号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋至5号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋至6号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋至7号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋至8号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋10KV高压出线至9号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋至10号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋至11号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋至12号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋至13号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋至14号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋至15号厂房YJL221000033001150四芯电缆直埋10KV高压出线至塑料制品厂3LJ501LJ35三相四线架空与邻近35/10KV变电所10KV联络线LJ16铝绞线三相三线架空38变电所的防雷保护与接地装置的设计381变电所的防雷保护（1）直击雷防护在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。由于变电所有露天配电装置，应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包括整个变电所。按规定，独立避雷针的接地装置接地电阻。通常采用36根长25M、50MM的钢管，在装避雷针的杆塔附近作一10ER排或多边形排列，管间距离5M，打入地下，管顶距地面06M。接地管间用40MM4MM的镀锌扁钢焊接相连。引下线用25MM4MM的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用20MM的镀锌圆钢，长115M。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3M以上距离。在35KV架空进行上，架设12KM的避雷线，以消除近区进线上的雷击闪络，避免其引起的雷电侵入波对变电所电气装置的危害。（2）雷电侵入波的防护在35KV电源进线的终端杆上装设FZ35型阀式避雷器。引下线采用25MM4MM的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端螺栓连接。在35KV高压配电室内装设有JYN135102型开关柜，其中配有FZ35型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。在10KV高压配电室内装设有GG1AF55型开关柜，其中配有FS410型避雷器。主要保护10KV侧出线上的各种一次设备。382变电所公共接地装置的设计（1）接地电阻的要求按资料上的表，此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件10ER5120250AVIREE式中AKMKLUICABOHN03463（由于题目没有给出35KV电网中架空线路和电缆线路总长度，所以我假设35KV电网中架空线路总长度为60KM，35KV电网中电缆线路总长度为4KM。）OHLCABL因此公共接地装置接地电阻10ER（2）接地装置的设计单根垂直管形接地体的接地电阻40521MLE采用长25M、50MM的钢管14根，沿