纺织厂变电所的设计 毕业设计.doc

纺织厂变电所设计 the design of textile mill substation 2011 届 电 气 工 程 系 专 业 电气工程及其自动化 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2011 年 5 月 25 日 毕毕业业设设计计任任务务书书 题 目纺织厂变电所设计 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 承担指导 任务单位 电气工程系 导师 姓名 导师 职称 一、设计内容： 1根据本厂用电负荷，并适当考虑生产的发展，按安全可靠，技术先进，经济合理的要求， 确定工厂变电所的位置与型式 2通过负荷计算，确定额定主变压器台数及容量，进行短路电流计算，选择变电所的主接线 及高、低压电气设备，选择整定继电保护装置。 二、基本要求 1.设计计算说明书一份，要求条目清楚、计算正确、文本整洁。 2.工厂变电所电气主接线图一张，变电所供电平面图一张。 三、设计的主要技术指标及要求： 1供电电源情况： 按与供电局协议，本厂可由东南方 19km 处的城北变电所 110/38.5/11kv，50mva 变压器供电， 供电电压可任选。另外，与本厂相距 5km 处的其他工厂可以引入 10 kv 线路做备用电源，但容量 只能满足本厂负荷的 30%重要负荷，平时不准投入，只在本厂主要电源故障或检修时投入。 2气象资料： 本厂地区最高温度为 38，最热月平均最高气温 29，最热月地下 0.8m 处平均温度为 22， 年主导风向为东风，年雷暴雨日数为 20 天。 3地质水文资料： 本厂地区海拔 60m，底层以砂黏土为主，地下水位为 2m。 4电源短路容量（城北变电所）： 35 kv 母线的出线断路器断流容量 1500mva；10 kv 母线的出线断路器断流容量 350mva。 5供电局要求的功率因数： 当 35kv 供电时，要求工厂变电所高压侧 cos0.9，当 10kv 供电时，要求工厂变电所高压侧 cos0.95。 6电费制度： 按两部制电费计算。变压器安装容量每 1kva 为 15 元/月，动力电费为 0.95 元/kwh，照明电 费为 0.54 元/kwh。 7.负荷资料： 计算负荷序号车间设备名称安装容量 (kw) tan需用系数 d k 功率因数 cospq s 纺炼车间 纺丝车间2200.780.80 筒绞机560.750.75 烘干机701.020.75 脱水机180.80.60 通风机2400.750.70 淋洗机220.780.75 变频机9500.700.80 传送机300.700.80 1 小计 2原液车间照明11600.70.75 3酸站照明3100.700.65 4锅炉房照明2700.750.75 5排毒车间照明1400.600.70 6其他车间照明2400.750.70 8全厂计算负荷 总计 8.工厂总平面图： 四、应收集的资料及参考文献 1 工厂供电 刘介才主编 机械工业出版社 2004 年 2 电力电子变流技术 黄俊主编 机械工业出版社 2004 年 3 工厂供电设计指导 刘介才主编 机械工业出版社 4 电力系统课程设计及毕业设计参考资料 曹绳敏主编 中国电力出版社 五、进度计划 1第 1-2 周 调研、收集材料 2第 3-4 周 分析、确定方案 3第 5-13 周 设计、计算、绘图 4第 14-15 周 写设计说明书 5第 16 周 答辩 教研组主任签字时 间 年 月 日 毕毕业业设设计计开开题题报报告告 题 目 纺织厂变电所设计 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 一、研究背景： 电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代 工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。电能是现代工业生产的主要能源和动力.随着 现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。工厂 供电系统的核心部分是变电所。因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。比 较完善的变电站设计理论，是真正的做到了节约型，集约型，高效型。通过改善优化变电站结构， 降低变电站的功率损耗，尽可能地提高变电站的可靠性，尽可能地使变电站的灵活性提高，尽可 能地提高经济性。 二、国内外研究现状： 近年来一些发达国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是充足。为了满足国内的需求， 减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理 论，是真正的做到了节约型，集约型，高效型。发达国家通过改善优化变电站结构，降低变电站 的功率损耗，尽可能地提高变电站的可靠性，尽可能地使变电站的灵活性提高，尽可能地提高经 济性。 然而，在国内。变电所的设计仍然存在很多问题，比如可靠性还欠提高我国经济的发展给电 力行业带来了两个问题：一是电力能源的需求持续增长，城市和农村用电量和密度越来越来高， 需要更多的深入市区农村的变电站，以减少线路的功率损耗，提高电力系统的稳定性等，然而这 些变电站占地面积大；二是城区地价昂贵，环境要求严格，在稠密的市区选择变电站址相当困难。 三、研究方案： 通过计算工厂负荷，确定如何提高功利因数的方案。确定设备的主接线方案，变压器的数量 及容量。完成短路电流计算，然后对一次侧，二次侧设备电气设备进行选择，及继电保护的正定， 最后要考虑避雷装置及单相接地，本设计还要按要求进行电费预算。 四、预期结果： 1.完成任务书的要求，设计计算说明书一份，用 cad 画出工厂变电所电气主接线图一张和变 电所供电平面图一张。 2.工厂的电源采用 35kv 进行供电，主接线的 35kv 进线选用外桥的接线方式，10kv 侧选用单 母线分段的方式，低压侧选用单母线的方式，每个变电所采用两台变压器。 3.通过这次设计，使我巩固了所学的专业知识，了解并掌握了供配电的一般设计方法，具备了 初步的独立设计能力；提高了综合运用所学理论知识独立分析问题解决问题的能力；更好的将理 论与实际相结合。 指导教师签字时 间 年 月 日 摘 要 工厂变电所设计，要以电力系统分析、电力工程、继电保护等专业知识为理论 依据。设计步骤主要包括：负荷统计、负荷计算、变电所接线方案比较、供电方式 确定、短路电流计算、电气设备选择与继电保护以及防雷接地等内容。最后按照任 务书的要求，分析比较所得数据，画出主接线图和供电平面布置图。 本文重点介绍了继电保护及二次系统在保证一次系统的安全稳定运行中所起着 的作用，特别是当一次系统出现异常状态或发生故障时，急需要继电保护和自动装 置将故障控制在最小范围内，迅速切除，以保证其他设备的正常运行。并在此基础 上，通过系统的计算分析，确定了合适的继电电保护方案。而后，浅谈了二次系统 对变电站的一次电气设备进行控制、测量、监视、操纵、并起到辅助保护作用，保 证电力生产过程的系统稳定、安全、协调、优质供电。 关键词：变电所 主接线图 继电保护 二次系统 abstract the design of factory power supply substation should depend on the knowledge of factory substation power engineering，relay protection and other professional ones as the basic theoriesdesign steps would include load statistics，load calculation，scheme comparison，power-supply modes，short-circuit，current calculation，electrical equipment selection and relay protection setting and lightning-proof with grounding，etcfinally do complete the project requirements，design calculation specifications, and draw the main hookup and electricity layout the relay protection takes roles in guaranting the safe and stable operation in the first system，especially when the first system appear abnormal state or at fault，it needs relay protection and automatic quickly，within the least scope of excision device，which ensure the normal operation of the other equipmentssecond system is relative to the first system of transformer substation that controls the first electrical equipment，measure，mornitoring，manipulation，and protect auxiliary equipment，to ensure the system power production process stably and safely，coordinate，supply high quality powerthe second loop（or secondary system）plays a vital role to the first system quality keywords: substation lord wiring relay protection electrical secondary system i 目 录 前言1 第 1 章 负荷计算2 1.1 负荷计算2 1.1.1 计算负荷的定义2 1.1.2 计算负荷的确定2 1.2 各车间的负荷计算4 1.2.1 纺练车间的负荷计算4 1.2.2 其余各车间负荷计算6 1.2.3 各车间计算负荷汇总7 1.2.4 全厂总负荷7 第 2 章 变电所位置和型式的选择9 2.1 变电所位置的选择9 2.2 本工厂变电所设置10 2.3 各变电所位置的确定10 2.4 变电所型式的确定11 第 3 章 变电所变压器的选择及无功补偿12 3.1 变电所变压器台数的确定方法12 3.1.1 确定原则12 3.1.2 考虑因素12 3.2 变压器容量的确定方法12 3.3 车间变压器台数、容量的选择13 3.4 总降压变电所主变压器台数、容量选择16 3.5 无功补偿17 第 4 章 变电所主接线的设计19 4.1 主接线的设计原则19 4.2 主接线型式20 4.2.1 单母线接线20 4.2.2 单母线分段接线20 4.2.3 双母线接线21 4.2.4 双母线分段接线21 4.2.5 桥形接线22 4.3 本厂主接线的设计22 第 5 章 变电所进出线的选择与校验23 5.1 导线和电缆选择的依据23 ii 5.2 35kv 供电线路截面选择 24 5.3 厂内 10kv 线路截面选择 25 5.3.1 供电给变电所的 10kv 线路25 5.3.2 供电给变电所的 10kv 线路27 5.3.3 供电给变电所的 10kv 线路28 5.4 10kv 联络线路 29 5.5 0.4kv 侧线路 30 第 6 章 短路电流的计算31 6.1 造成短路的原因31 6.2 短路电流的计算31 第 7 章 变电所一次设备的选择与校验37 7.1 高压断路器的选择37 7.2 隔离开关的选择38 7.3 低压断路器的选择39 7.4 电流互感器的选择与校验40 7.5 电压互感器的选择41 7.6 低压刀开关的选择42 7.7 高压熔断器的选择42 7.8 配电所高压开关柜的选择42 7.9 低压配电屏的选择43 7.10 母线的选择43 7.10.1 10kv 母线的选择43 7.10.2 0.4kv 母线的选择44 第 8 章 继电保护46 8.1 继电保护的任务和要求46 8.1.1 继电保护的任务46 8.1.2 继电保护基本要求46 8.2 电力变压器继电保护46 8.3 电力线路的保护51 8.4 并联电容器组的保护55 第 9 章 车间变配电所二次回路设计56 9.1 二次回路操作电源的选择56 9.2 绝缘监察装置与测量仪表的选择56 9.2.1 绝缘监察回路56 9.2.2 电测量仪表57 9.2.3 电力测量测量回路57 9.3 断路器控制回路与信号装置的选择57 第 10 章 变电所的防雷保护与公共接地装置的设计60 10.1 变电所的防雷保护60 iii 10.1.1 直击雷防护60 10.1.2 雷电波入侵的防护60 10.2 变电所公共接地装置的设计60 10.2.1 接地与接地装置定义60 10.2.2 接地电阻的要求62 10.2.3 接地装置的设计62 第 11 章 两部制电价用户电费计算64 11.1 两部制电价的收费制度64 11.2 基本电费64 11.2.1 按用户自备受电变压器容量计算64 11.2.2 按最大负荷需求量计算64 11.3 电度电费64 第 12 章 结论与展望66 12.1 结论66 12.2 展望66 致谢67 参考文献68 附录69 附录 a 外文资料69 附录 b 设备统计表80 附录 c 系统图83 1 前 言 毕业设计，是由学生独立完成的一项综合性、创造行、设计性的大型作业；也 是培养大学生实践能力、创新能力、培养应用型工程技术人才的最重要得实践教学 环节。在提高学生综合实践的能力，奠定从事科研的基础，一级增强学生综合素质 等方面，具有不可替代的作用。 通过学习和毕业设计吧我们所学的理论知识以及实际动手综合起来，这样不但 达到了对实际理论知识“温故而知新”的目的，而且也达到了由理论到实践，由实 践到理论的有机结合。下面，我们对纺织厂降压变电所电气进行设计。 我做的主要是电气的继电保护及二次回路选择，防雷保护和接地装置的设计， 两部制电价用户电费计算，本设计说明书分为 12 章，按照供电设计程序安排章节的 顺序，并根据安全、经济、可靠、灵活的主导思想来设计。主要内容有：负荷计算、 变电所位置和型式的选择、变电所变压器的选择及无功补偿、变电所主结线方案的 设计、短路电流的计算、变电所一次设备的选择与校验、变电所进出线的选择与校 验、变电所继电保护的整定、防雷保护和接地装置的设计、两部制电价用户电费计 算。 由于我的水平有限设计中难免有疏忽或错误之处，请各位老师批评指正。 2 第 1 章 负荷计算 1.1 负荷计算 1.1.1 计算负荷的定义 供电系统要能够在正常条件下可靠运行，开关设备及导线、电缆等都必须选择 得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。 因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。通过负荷的统计计算 求出的，来选择供电系统中设备。 计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影 响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线 选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导 线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。 1.1.2 计算负荷的确定 目前负荷计算常用需要系数法、二项式法、和利用系数法,前二种方法在国内设 计单位的使用最为普遍。此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面 积功率法、变值系数法和 abc 法等。 常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时， 应将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需用 系数，然后按照表一给出的公式求出该组用电设备的计算负荷。 x k 此设计采用的是需用系数法来对电力负荷计算的。因为，需用系数是用设备功 率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法简便，应用广泛，尤其 适用于配、变电所的负荷计算。采用利用系数法求出最大负荷的平均负荷，再考虑 设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷，计算 过程十分繁琐。而单位面积功率法和单位指标法主要多用于民用建筑；单位产品耗 电量法主要适用于某些工业。 需要系数法，是把用电设备的总设备容量乘以需要系数和同时系数，直接求出 计算负荷的一种简便方法。需要系数法主要用于工程初步设计及施工图设计阶段， 对变电所母线、干线进行负荷计算。当用电设备台数较多，各种设备容量相差不悬 殊时，其供电线路的负荷计算也采用需要技术法。 3 需要技术时一个综合性系数，它是指用电设备组投入运行时，从供电网络实际 取用的功率与用电设备组的设备功率之比。需要系数与用电设备组的运行规律、负 荷率、运行效率、线路的供电效率等因数有关，工程上很难准确确定，只能靠测量 确定。 一般工业与民用建筑中的用电负荷主要有单位负荷（如照明负荷）以及三相负 荷（如动力负荷） ，其供电系统一般分为照明支路及动力支路进行供电。 照明支路主要供照明灯具、一般单相插座以及其他额定电压为 220v 的电气设 备。器特点为用电负荷的额定电压均为单相 220v 求分布在 a、b、c 三相。这类负 荷也叫做相负荷。 动力支路主要供电梯、水泵、服务行业的厨房饮食设备、电热开水器、工业生 产中的各种加工设备以及其他额定电压为 380v 的三相用电器等用电。器特点为用 电负荷的额定电压均为 380v 且都是三相对称负荷 在工业生产中还有一些额定电压为 380v 的单项负荷，接在两条相线之间，我 们称之为间负荷，线间负荷可用照明支路供电，也可用动力支路供电。 各种负荷的供电线路组成如图所示，如果从供电形式的角度来讲：负荷计算可 以分为单相和三相用电设备的负荷计算两种形式。从供电系统中所在的位置角度来 讲：负荷计算可分为一组用电设备、多组用电设备的负荷计算。但无论是那种形式， 用需要系数法确定计算负荷都有如表 1-1 的通用公式： 表 1-1 公式表 名称公式备注 用电设备组的容量 n pp 用电设备组有功计算负荷 wl l 30 p kk p 需要系数 30 d p p k del )/( wld l kkk pkp d30 无功计算负荷tan 3030 pq 设备的额定容量 n p 设备组的同时系数 k 设备组的负荷系数 l k 设备组的平均效率 配电线路的平均效率 wl 对应用电设备组tan 的正切值cos 4 续表 1-1 视在计算负荷 cos 30 30 p s 计算电流 n u s i 3 3