毕业设计（论文）-降压变电所系统设计.doc

西华大学课程设计说明书降压变电所系统设计摘 要：为保障工业生产安全进行，保证电能合理分配、输送，灵活改变运行方式，特进行本次设计。本设计主要采用电力工业有关政策、方针、技术规程等对降压变电所系统作了详细的分析，对各个参数的计算、设备配置及选型、总体布置、保护方式以及电网的可靠性作了初步的确定，另外根据各个车间的负荷数量、性质、及生产工艺对用电负荷的要求，以及负荷布局，结合电网的供电情况，解决对变电所可靠、经济的分配电能，实现了变电所合理分配电能，安全、可靠、经济地使用电能。在设计中进行了对工厂负荷的统计计算；变电所位置与型式的选择；短路电流的计算；降压变电所防雷与接地装置的设计等等。Abstract：To protect the safety of industrial production, to ensure reasonable distribution of electric energy, transmission, flexible operation mode changes. Special for this design.This design mainly adopts the power industry to concern policy, policy, technical regulation on substation system is analyzed, the calculating parameter, device configuration and selection, general layout, protection and reliability of the power grid was preliminarily determined, in addition to various workshops, nature, and the number of load production technology on power load requirements, as well as load distribution, combined with the power supply situation, solve the reliable, economic distribution of power, realize the reasonable distribution of power substation, safe, reliable, economical to use electric energy.Carried out in the design of the statistical calculation of the load on the plant; substation location and type of choice; short-circuit current calculation; step-down substation lightning protection and grounding equipment design.关键词：工厂供电，变电所，无功功率补偿，短路电流计算，避雷器Keywords：Power plants,substations,reactive pover compensation,short circuit current calculation, surge arresters.目录1 前言42、设计任务52.1、设计要求52.2、设计依据.52.2.1、工厂总平面图.52.2.2、工厂负荷情况.62.2.3、供电电源情况.62.2.4、气象资料.62.2.5、地质水文资料62.2.6、电费制度73、负荷计算和无功功率补偿83.1、负荷计算83.2、无功功率补偿94、变电所位置与型式的选择105、变电所主变压器及主接线方案的选择115.1、变电所主变压器的选择115.1.1、变压器主接线方案的选择115.1.2、两种主接线方案的技术经济比较126、短路电流的计算146.1、绘制计算电路146.2、确定短路计算基准值146.3、计算短路电路中各个元件的电抗标幺值146.3.1、电力系统146.3.2、架空线路146.3.3、电力变压器156.4、10KV侧三相短路电流和短路容量156.4.1、总电抗标幺值156.4.2、三相短路电流周期分量有效值156.4.3、其他短路电流156.4.4、三相短路容量156.5、380KV侧三相短路电流和短路容量156.5.1、总电抗标幺值156.5.2、三相短路电流周期分量有效值166.5.3、其他短路电流166.5.4、三相短路容量167、变电所一次设备的选择校验.177.1、10kV侧一次设备的选择校验177.2、380V侧一次设备的选择校验177.3、高低压母线的选择188、降压变电所防雷与接地装置的设计198.1、变电所的防雷保护198.1.1、直接防雷保护198.1.2、雷电侵入波的防护198.2、变电所公共接地装置的设计.198.2.1、接地电阻的要求198.2.2、接地装置的设计209、设计小结.2110、参考文.221 前言工厂供电：就是指工厂所需电能的供应与分配。电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量用以应用；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制，调节和测量，有利于实现生产过程自动化。在工厂里工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义。工厂供电应达到的几个基本要求是：安全、经济、优质、可靠。在供电工作中，应合理的处理局部和全局，当前和长远等关系，既要照顾局部的当前利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。2、设计任务2.1设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷情况，并适当考虑工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案、一次设备的选择、高低压设备和进出线，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。2.2、设计依据2.2.1、工厂总平面图2-1机械厂总平面图2.2.2、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5000h，日最大负荷持续时间为8h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表2.1所示。2.2.3、供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV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LGJ-185，导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首端距离本厂约10km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为2.0s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压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为100km，电缆线路总长度为30km。2.2.4、气象资料本厂所在地区的年最高气温为40，年平均气温为30，年最低气温为-5，年最热月平均最高气温为35，年最热月平均气温为30，年最热月地下0.8米处平均气温为30。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为50。2.2.5、地质水文资料本厂所在地区平均海拔1000m，地层以砂粘土为主，地下水位为4m。表2.1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力2000.40.65照明509102锻压车间动力20003060照明509103热处理车间动力10006070照明509104电镀车间动力15006070照明509105仓库动力1004080照明10.9106工具车间动力200035060照明509107金工车间动力20003060照明509108锅炉车间动力50080.70照明109109装配车间动力10004065照明5091010机修车间动力10003060照明20910生活区照明20008092.2.6、电费制度本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA，动力电费为0.9元/Kw.h，照明电费为0.5元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.95，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：610VA为800/kVA。3、负荷计算和无功补偿3.1、负荷计算表3.1 机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量需要系数计 算 负 荷1铸造车间动力2500.350.681.0887.594.3128.7195.5照明50.74103.703.716.8小计25591.294.3131.2199.32锻压车间动力2900.240.621.2769.688.1112.3170.6照明80.8106.406.429.1小计2987688.1116.4176.93金工车间动力3100.250.641.277.593121.1184照明70.73105.105.123.2小计31782.693124.41894工具车间动力3400.290.651.1798.6115.3151.7230.5照明70.711050522.6小计347103.6115.3155235.55电镀车间动力1900.470.720.9689.386.1124188.4照明70.851060627小计19795.386.1128.4195.16热处理车间动力1300.470.780.861.14978.3119照明60.81104.904.922.1小计136664982.2124.97装配车间动力1400.340.681.0847.651.370106.4照明80.72105.805.826.2小计14853.451.374112.48机修车间动力1300.240.631.2331.238.549.575.2照明50.791040418小计135 35.238.552.279.39锅炉房动力750.720.750.885447.672109.4照明20.77101.501.57小计7755.547.673.111110仓库动力250.370.830.679.36.211.116.9照明10.82100.800.83.7小计2610.16.211.918.111生活区照明3400.790.970.23268.667.3276.9420.7总计（380V侧）动力1880937.5736.71192.61811.9照明352计入=0.9=0.950.76843.8699.510961665.23.2无功功率补偿由表3.1可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有0.76.而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.91。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于0.91，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：故选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，总共容量。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表3.2所示。表3.2 无功补偿后工厂的计算的负荷项 目计算负荷380V侧补偿前负荷0.76843.8699.510961665.2380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.936843.8279.5888.91350.5主变压器功率损耗13.353.310kV侧负荷总计0.92857.1332.8919.453.34 变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心.工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+=Pi. (4.1) (4.2)表4.1 各车间和宿舍区负荷点的坐标位置坐标轴12345678910生活区X()1.31.33.53.54.26.66.66.66.69.40.7Y()5.33.75.33.71.86.44.83.21.54.80.4由计算结果可知，x=3.3 y=3.7工厂的负荷中心在6号厂房的西南角。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在4号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。5、变电所主变压器的选择和主结线方案的选择5.1 变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：（1）装设一台主变压器型式采用S9型，而容量根据式，选，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。（2）装设两台主变压器 型号亦采用S9，而每台变压器容量按式和式选择，即。因此选两台S9630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用Yyn0。5.1.1变压器主接线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：（1）装设一台主变压器的主接线方案，如图5.1所示 （2）装设两台主变压器的主接线方案，如图5.2所示 图5.1 装设一台主变压器的主结线方案 图5.2 装设两台主变压器的主结线方案5.1.2两种主结线方案的技术经济比较。表5.1 两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗小灵活方便性只一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资由手册查得S91000单价为10.76万元，而由手册查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为210.76万元=21.52万元由手册查得S9630单价为7.47万元，因此两台综合投资为47.47万元=29.88万元，比一台变压器多投资8.36万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查手册得 GGA（F）型柜按每台3.5万元计，查手册得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为41.53.5=21万元本方案采用6台GGA（F）柜，其综合投资额约为61.53.5=31.5万元，比一台主变的方案多投资10.5万元电力变压器和高压开关柜的年运行费参照手册计算，主变和高压开关柜的折算和维修管理费每年为4.893万元（其余略）主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为7.067万元，比一台主变的方案多耗2.174万元供电贴费按800元/KVA计，贴费为10000.08=80万元贴费为26300.08万元=100.8万元，比一台主变的方案多交20.8万元 从表5.1可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，因此决定采用装设两台主变的方案。6、短路电流的计算6.1 绘制计算电路 如图6.1所示图6.1 短路计算电路6.2 确定短路计算基准值设，即高压侧，低压侧，则 6.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值6.3.1、电力系统 已知，故6.3.2、架空线路 查表8-37，得LJ-150的，而线路长12km，故6.3.3、电力变压器 查表2-8，得，故因此绘短路计算等效电路如图6.2所示。 图6.2 等效电路6.4、10KV侧三相短路电流和短路容量6.4.1、总电抗标幺值6.4.2、三相短路电流周期分量有效值6.4.3、其他短路电流6.4.4、三相短路容量6.5、380KV侧三相短路电流和短路容量6.5.1、总电抗标幺值6.5.2、三相短路电流周期分量有效值6.5.3、其他短路电流6.5.4、三相短路容量以上计算结果综合如表6.1表6.1 短路的计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-11.831.831.834.672.7633.3k-221.921.921.940.2923.8715.277、变电所一次设备的选择校验7.1、10kV侧一次设备的选择校验 如表7.1所示。表7.1 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 度其 他装置地点条件参数数据1046.571.834.673.866.36一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA512高压隔离开关GN-10/20010kV200A25.5Ka500高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-10电流互感器LQJ-1010Kv100/5A31.8Ka81二次负荷0.6避雷器FS4-1010kV户 外 式 高 压隔离开关GW4-15G/20012kV400A25Kv500表6.1所选一次设备均满足要求。7.2、380V侧一次设备的选择校验 如表7.2所示。表7.2 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 度其 他装置地点条件参数数据380118321.940.29335.7一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kV低压断路器DZ20-630380V630A30kA低压断路器DZ20-200380V200A25kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5160/5避雷器户外隔离开关表7.2所选一次设备均满足要求。7.3、高低压母线的选择 参照表528，10kV母线选LMY-3（），即母线尺寸为；380V母线选LMY-3,即母线尺寸为，而中性线母线尺寸为。8、降压变电所防雷与接地装置的设计8.1、变电所的防雷保护8.1.1、直接防雷保护在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外或有露天配电装置时，则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围整个变电所。如果变电所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排或多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25mm 4 mm的镀锌扁刚，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。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长11.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。8.1.2、雷电侵入波的防护 a)在10KV电源进线的终端杆上装设FS410型阀式避雷器。引下线采用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。 b）在10KV高压配电室内装设有GG1A（F）54型开关柜，其中配有FS410型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。 c）在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。8.2、变电所公共接地装置的设计8.2.1、