供配电毕业设计.doc

变配电所的设计 学院：机电学院 班级：电气二班 姓名：- 学号：/ 指导老师：-目录 前言v 一：负荷计算及无功功率补偿v 二：短路计算v 三：继电器的整定计算v 四：主接线方案的选择v 五：总配电所位置及车间变压器台数和容量选择v 六：接地极防雷保护v 七：变配电所的电气照明v 总结前言 为使工厂供电工作很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，本设计在大量收集资料，并对原始资料进行分析后，做出35kv变电所及变电系统电气部分的选择和设计，使其达到以下基本要求：1、安全 在电能的供应、分配和使用中，不发生人身事故和设备事故。2、可靠 满足电能用户对供电可靠性的要求。3、优质 满足电能用户对电压和频率等质量的要求4、经济 供电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。 此外，在供电工作中，又合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，顾全大局，适应发展。按照国家标准gb50052-95 供配电系统设计规范、gb50059-92 35110kv变电所设计规范、gb50054-95 低压配电设计规范等的规定，工厂供电设计遵循以下原则：1、遵守规程、执行政策；遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。2、安全可靠、先进合理；做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进电气产品。3、近期为主、考虑发展；根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。4、全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。一、负荷计算1由车间平面布置图，可把一车间的设备分成5组，分组如下：no.1：29、30、31 配电箱的位置：d-靠墙放置no.2：1428 配电箱的位置：c-靠墙放置no.3：1、32、33、34、35 配电箱的位置：b-靠柱放置no.4：6、7、11、12、13 配电箱的位置：b-靠柱放置no.5：2、3、4、5、8、9、10 配电箱的位置：b-靠柱放置2总负荷计算表如表1所示。表1 机加工一车间和铸造、铆焊、电修等车间负荷计算表编号名称类别供电回路代号设备容量pe/kw需要系数kdcostan计算负荷p30/kwq30/kvars30/kvai30/a1机加工一车间动力no.1供电回路1040.70.950.3372.824.076.7116.5no.2供电回路82.90.20.51.7316.628.733.250.4no.3供电回路157.70.20.51.7331.554.663.095.7no.4供电回路22.50.20.51.734.57.89.013.7no.5供电回路38.60.20.51.737.713.415.423.42铸造车间动力no.6供电回路1600.40.71.026465.391.4138.9no.7供电回路1400.40.71.025657.180.0121.5no.8供电回路1800.40.71.027273.4102.8156.2照明no.9供电回路80.8106.406.49.73铆焊车间动力no.10供电回路1500.30.452.04589.199.8151.6no.11供电回路1700.30.452.051101113.1171.9照明no.12供电回路70.8105.605.68.54电修车间动力no.13供电回路1500.30.51.73457890.0136.8no.14供电回路1460.30.561.48446578.5119.3照明no.15供电回路100.81080812.2总计(380v侧)动力1501.70.671.12586.1657.4880.71338.2照明25计入kp=0.8kq=0.850.641.19468.9558.8729.51108.33. 无功功率补偿 由表1可知，该厂380v侧最大负荷时的功率因素只有0.64。而供电部门要求该厂10kv进线最大负荷时的功率因素不应地于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380v侧最大负荷时的功率因素应稍大于0.90，暂取0.92来计算380v侧所需无功功率补偿容量:qc=p30(tan1- tan2)=468.9tan(arccos0.64)- tan(arccos0.92)kvar=361.1 kvar参照图2-6，选pgj1型低压自动补偿屏，并联电容器为bw0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总容量84kvar5=420kvar。因此无功补偿后工厂380v侧和10kv侧的负荷计算如下表：表2 无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷p30/kwq30/kvars30/kvai30/a380v侧补偿前负荷0.64468.9558.3729.51108.3380v侧无功补偿容量-420380v侧补偿后负荷0.96468.9138.3488.9742.8主变压器功率损耗0.015s30=7.30.06s30=29.310kv侧负荷总计0.94476.2167.6504.829.12，短路电流计算2.1 短路电流计算的目的和步骤 短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。当电源运行状态变化时，短路电流发生显著变化，选择设备时，需要知道通过该设备最大可能的三相短路电流，因此要按最大运行方式计算短路电流；校验继电保护装置的灵敏度时，按最小运行方式短路时的灵敏系数是否合格，需算出最小运行方式下的短路电流。 进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。本设计中，经过短路电流的定性比较，选择10kv母线和0.4kv母线作为短路点。 接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。国家电网供电的工厂，都按“无限大电源系统”进行短路电流计算，使计算内容简化。工厂供电系统的短路电路比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量，短路方式一般选择按三相短路方式。 短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺值法。高压系统的短路电流计算多用标么值法，用此方法可以避免不同电压等级间复杂的折算。2.2 用标幺值法进行短路计算1最大运行方式下短路电流计算 本设计中，需要选择10千伏的高压电气设备，0.4千伏的电气设备选择不做要求，只需作一个保护值的整定计算，不必详细计算低压侧的短路电流。由于3个变电所的情况比较相似，选择负荷较大的2号车间的低压母线计算短路电流。选取功率基准值sj=100mv*a， 对于k1点短路时，取基准电压uj1=10.5kv，则基准电流ij1=sj/(3uj1)=100/(3*10.5)=5.50ka。 对于k2点短路时，取基准电压uj2=0.4kv，则基准电流ij2= sj/(3uj2)=100/(3*0.4)=144.34ka。计算各元件阻抗的标么值电源电抗标么值：x*1m=sj/sk.max(3)=100/187=0.53510千伏单回架空线路电抗标么值：x*2=x0l*sj/uav2=0.4*0.5*100/10.52=0.18由于是采用最大运行方式，则两回架空线并列运行，其等效阻抗为：x*2=0.180.18=0.09高压母线阻抗较小，其阻抗值可以忽略。厂区配电使用电缆，电缆的阻抗较架空线小很多，从厂区的分布图可以看出，比例尺为1：4000，到2号车间变电所的电缆长度大约为2cm4000=0.08km，则这段电缆的阻抗为：0.080.08100/10.52=0.0053,这段阻抗完全可以忽略。为了方便计算，0.4千伏的母线也是不计阻抗的。2号车间变压器电抗标么值：x*3 =(uk%/100)*(sj/snt)=(4.5/100)*（100/1）=4.5求电源至短路点总阻抗对k1点：x*k1= x*1m + x*2=0.535+0.09=0.625对k2点：x*k2= x*1m + x*2+ x*3=0.535+0.09+4.5=5.125求短路电流的周期分量、冲击电流及短路容量对k1：周期分量有效值i1.m=ij1/ x*k1=5.50/0.625=8.8ka冲击短路电流ich1.m=2.55* i1.m=2.55*8.8=22.44ka短路电流最大有效值 ich1.m=1.51*i1.m=1.51*8.8=13.29ka三相短路容量sk1.m= i*1.m*sj=1/ x*k1*sj=1/0.625*100=160mv*a对k2：周期分量i2.m=144.34/5.125=28.16ka短路冲击电流ich2.m=2.55*28.16=71.82ka短路电流最大有效值ich1.m=1.51*i1.m=1.51*28.16=42.52ka三相短路容量sk2.m=100/5.125=19.51mv*a最大运行方式下的短路电流计算电路图： .2最小运行方式下短路电流计算选取功率基准值sj=100mv*a， 对于k1点短路时，取基准电压uj1=10.5kv，则基准电流ij1=5.50ka。 对于k2点短路时，取基准电压uj2=10.5kv，则基准电流ij2=144.34ka。计算各元件阻抗的标么值电源电抗标么值：x*1m=100/107=0.93510千伏单回架空线路电抗标么值：x*xl=0.4*0.5*100/10.52=0.18最小运行方式下单母分段开关打开，两回线路分列运行，电源-配电母线-车间母线单线供电，架空线路阻抗为0.18。变压器电抗标么值：x*b=4.5/100*（100/1）=4.5求电源至短路点总阻抗对k1点：x*k1=0.935+0.18=1.115对k2点：x*k2=0.935+0.18+4.5=5.615求短路电流的周期分量、冲击电流及短路容量对k1：周期分量有效值i1.m=5.50/1.115=4.93ka冲击短路电流ich1.m=2.55*4.93=12.58ka短路电流最大有效值ich1.m=1.51*i1.m=1.51*4.93=7.44ka三相短路容量sk1.m=100/1.115=89.69mv*a对k2：周期分量i2.m=144.34/5.615=25.71ka短路冲击电流ich2.m=2.55*25.71=65.55ka短路电流最大有效值ich1.m=1.51*i1.m=1.51*25.71=38.82ka三相短路容量sk2.m=100/5.615=17.81mv*a最小运行方式下的短路电流计算电路图：2.3 结果表达最大运行方式下的短路电流计算：三相短路电流/ka三相短路容量/mvai1.miiich1.mich1.msk1.mk-1点8.88.88.822.4413.29160k-2点28.1628.1628.1671.8242.5219.51最小运行方式下的短路电流计算：三相短路电流/ka三相短路容量/mvai2.miiich2.mich1.msk2.mk-1点4.934.934.9312.587.4489.69k-2点25.7125.7125.7165.5538.8217.81变电所一次设备的选择校验110kv侧一次设备的选择校验（表5）表5 10kv侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度台数装置地点条件参数uni302tima数据10kv36.4a (i1nt)9.2ka235ka9.221.9=160.8一次设备型号规格额定参数uniniocimaxt高压少油断路器sn10-10i/63010kv630a16kv40ka1622=5122高压隔离开关gn-10/20010kv200a25.5ka1025=5005高压熔断器rn2-1010kv0.5a50ka2电压互感器jdj-1010/0.1kv1电压互感器jdjz-10/kv1电流互感器lqj-1010kv100/5a31.8ka813避雷器fs4-1010kv2户外式高压隔离开关gw4-15g/20015kv200a1表5所选设备均满足要求。2380侧一次设备的选择校验（表6）表6 380v侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度台数装置地点条件参数uni302tima数据380v总742.8a18.7ka34.4ka18.720.7=244.8一次设备型号规格额定参数uniniocimaxt低压断路器dw151500/3380v1500a40kv1低压断路器dz20630380v630a(大于i30)一般30ka12低压断路器dz20200380v200a(大于i30)一般25ka3低压刀开关hd131500/30380v1500a1电流互感器lmzj10.5500v1500/5a1电流互感器lmz10.5500v160/5a100/5a1表6所选设备均满足要求。3高低压母线的选择 参照表5-25，10kv母线选lmy3（404），即母线尺寸为40mm4mm；380v母线选lmy3（808）+505，即相母线尺寸为80mm6mm，中性母线尺寸为50mm5mm。五、变电所进出线和与邻近单位联络线的选择110kv高压进线和引入电缆的选择（1）10kv高压进线的选择和校验 采用lj型铝绞线敷设，接往10kv公用干线。1）按发热条件选择。由i30=36.4a及室外环境温度年最热月平均最高气温为33。c，查表8-35, 初选lj16，其在35。c时的ial=93.5i30,满足发热条件。2）校验机械强度。查表8-33，最小截面amin=35mm2，因此lj16不满足机械强度要求，故改选lj35。由于此线路很短，不需要校验电压损耗。（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用yjl2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择。由i30=36.4a及土壤温度25。c查表8-43，初选缆芯为25mm2的交联电缆，其ial=90ai30，满足发热条件。2)校验短路稳定。计算满足短路热稳定的最小截面amin=103mm225 mm2，因此25mm2不满足短路稳定要求，故选择yjl22100003120电缆。2.380v低压出线的选择（1）馈电给机加工一车间的线路采用vlv221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择。由i30=287a及地下0.8m土壤温度25。c查表，初选缆芯截面为240mm2，其ial=319ai30，满足发热条件。2）校验电压损耗。因未知变电所到机加工一车间的距离，因此未能校验电压损耗。3）短路热稳定度的校验。满足短路热稳定度的最小截面amin=213mm2所选240mm2的缆芯截面大于amin，满足短路热稳定度的要求，因此选择vlv2210003240+1120的四芯电缆（中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同）。（2）馈电给铸造车间的线路采用vlv221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。（方法同上）缆芯截面240mm2聚氯乙烯电缆，即vlv2210003240+1120的四芯电缆。（3）馈电给铆焊车间的线路采用vlv221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。（方法同上）缆芯截面300mm2聚氯乙烯电缆，即vlv2210003300+1150的四芯电缆。（4）馈电给电修车间的线路采用vlv221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。（方法同上）缆芯截面300mm2聚氯乙烯电缆，即vlv2210003300+1150的四芯电缆。3、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定1高压断路器的操动机构与信号回路 断路器采用手力操动机构，其控制与信号回路如图3所示。图3 电磁操动的断路器控制与信号回路wc控制小母线 wl灯光指示小母线 wf闪光信号小母线 ws信号小母线 was事故音响小母线 wo合闸小母线 sa控制开关（操作开关） ko合闸接触器 yo合闸线圈 yr跳闸线圈（脱扣器） ka保护装置 qf16断路器辅助触点 gn绿色指示灯 rd红色指示灯 on合闸 off跳闸（箭头指向为sa的返回位置）2主变压器的继电保护装置1）装设反时限过电流保护。 采用gl15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。过电流保护动作电流的整定。il.max=2iin.t=2630/(1.73210)=72.7akrel=1.3 kw=1 kre=0.8 ki=100/5=20 iop=1.3172.7/(0.820)=5.9a因此整流为6a。过电流保护动作时间的整定。整定高最小动作时间为0.5s。过电流保护灵敏系数的检验。ik.min=ik-2(2)/kt=0.86618.7/(10/0.4)=648aiop.1= iopki/kw=620/1=120a, 因此保护灵敏系数为sp=648/120=5.41.5, 满足灵敏系数1.5的要求。3）装设电流速断保护。利用gl15的速断装置。速断电流的整定。ik.max= ik-2(3)=18.7ka , krel=1.5 , kw=1 , ki=100/5=20 kt =10/0.4=25 ,因此速断电流为：iqb=1.5118700/(2025)=56.1a速断电流倍数整定为kqb=iqb/iop =56.1/6=9.35 电流速断保护灵敏系数的检验。 ik.min=ik-1(2) =0.8669.2ka=8.0ka,iqb.1=iqbki/kww=56.120/1=1122a,因此其保护灵敏系数为：sp=8000/1122=7.12 , 满足电流速断灵敏系数为2的要求。五：总配电所位置及车间变压器台数和容量选择1. 位置选择 总配电所的位置应该接近负荷中心，同时还要考虑电源的进线方向，以节省导线的费用和减小线路的电能损耗。另外，总配电所的位置还应该根据生产厂房布置、进出线路环境、工厂工艺装备的布局、防火要求、厂区运输、安全保卫以及其他因素综合考虑选择。2变压器台数及容量选择变压器的台数选择：变压器台数应根据供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合考虑而定。变电所的变压器台数一般不超过两台。供电可靠性要求不高时，可用一台变压器供电；当一、二级负荷较大时，为满足供电可靠性，应采用两台变压器供电，在有足够容量的低压备用电源时也可采用一台变压器。变压器的容量选择：1.变压器的容量变压器的容量首先要满足在计算负荷下，变压器能够长期可靠运行。对于单台变压器sntsc，对于两台并列运行的变压器snt1+snt2sc，snt1sc+sc， snt2sc+sc，式中sc、sc-分别为负荷sc中一级和二级负荷的容量；snt1、snt2分别为并列运行的两台变压器的额定容量。2.其次，为适用工厂发展和调整的需要，变压器容量还应留有一定的裕量。3.而且所选方案要满足变压器经济运行的条件。暗备用方式运行时，变压器的容量为70%s50%s，满足条件1、2；其负荷率为50%s/70%s70%,负荷率大于68%，满足条件3。暗备用方式投资省，能耗小，故应用广泛。 变压器调压方式选择：视负荷大小、可靠性要求、电压质量要求而定，一般车间变电所不使用有载调压变压器。 变压器相数选择：一般选择三相变压器。六：接地极防雷保护a, 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，且难以避免反击，故35千伏以下的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设或者不装设避雷线。而本设计中的架空线为10千伏，输电线路不长，架设的高度较低，且受到高层建筑和树木的屏蔽，遭受雷击的几率非常低，按照相关规定，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 自动重合闸装置（ard）可以快速恢复供电，减小雷电引起的瞬时故障带来的停电损失。（5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器 在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，装设阀式避雷器或保护间隙。b.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。避雷针的保护范围应能覆盖被保护的建筑物，应能有效地避免反击现象。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。由于本设计采用的是户内配电，因此总配电所不必单独装设避雷针。（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。阀式避雷器至310kv主变压器的最大电气距离如下表。雷雨季节经常运行的进线路数1234避雷器至主变压器的最大电气距离15232730由于本设计中没有总降压变电所，只有高压配电所，不用考虑其主变的防雷，因此在电源进线处不用安装避雷器。而为了防止车间变电所的变压器被损坏，可在高压配电所的配电母线上安装避雷器，用以保护各个车间的供电