电力系统分析课程设计-某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计5.doc

电力系统分析课程设计 某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计 目 录1.绪论 2 1.1 课程设计应达到的目的2 1.2 课程设计题目及要求22.设计任务及设计大纲 3 2.1 工厂主接线方案的比较3 2.2 确定全厂负荷53.主变压器容量和台数的选择 64.选择35kV架空输电导线截面积（根据额定电流）计算95.计算主变压器高和低压侧三相短路时的冲击电流等参数106.画出总降压站的电气主结线图14 总结24参考文献 24 1.1课程设计应达到的目的通过课程设计进一步提高学生的收集资料、专业制图、分析计算和综述撰写的能力，培养理论与实际应用结合的能力，开发独立思考的能力，寻找并解决工程实际问题的能力，为以后的毕业设计与实际工作打下坚实的基础。1.2 课程设计题目及要求 1.2.1生产任务及车间组成本厂主要承担冶金系统的配件生产，生产规模为：铸钢件1万吨，铸铁件3千吨，锻件1千吨，铆焊件2千吨。 本厂车间组成如表1所示。1.2.2设计依据1) 设计总平面布置图2) 全厂各车间负荷如表2所示，各车间均为380V的负荷，但有一部分为高压设备为6kV的负荷。3) 供用电协议工厂与供电部门所签定的供用电协议主要内容如下（1）工厂从供电部门用35千伏双回架空线引入本厂，其中一个作为工作电源，一个作为备用电源，两个电源不并列运行。（即不同时工作），供电部门短路容量为200MVA，该变电所距厂东侧8公里。（2）在本厂的总降压变电所35千伏侧进行计算，本厂的功率因数应大于0.9。1.2.3本厂负荷性质本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷。2.1 工厂主接线方案的比较2.1.1 工厂总降压变电所高压侧主接线方式比较从原始资料可知工厂的高压侧仅有2回35kV进线，其中一回架空线路作为工作电源，另一回线路作为备用电源，两个电源不并列运行，且线路长度较短，只有8km。因此将可供选择的方案有如下三种： 1、单母线分段。该接线方式的特点是结线简单清晰、运行操作方便、便于日后扩建、可靠性相对较高，但配电装置占地面积大，断路器增多投资增大。根据本厂的实际情况进线仅有2回，其中一回为工作，另一回备用，扩建可能性不大。故此没有必要选择单母线分段这种投资相对较大的接线方式； 2、内桥。该接线方式的特点是需用断路器和其它设备少，占地面积和所需投资相对较少，但可靠性不太高；适用于输电线路较长，故障机率较高，而变压器又不需经常切换时采用。根据本厂特点输电线路仅8km，出现故障的机率相对较低，因此该接线方式不太合适。 3、外桥。该接线方式的特点是需用断路器和其它设备少，占地面积和所需投资相对较少，但可靠性不太高；适用于较短的输电线路，故障机率相对较低，而变压器又需经常切换，或系统有穿越功率流经就较为适宜。而输送本厂电能的输电线路长度仅8km，出现故障的机会较少，因此，该接线方式比较合适。通过上述接线方式比较，选择C即外桥的接线方式。2.1.2 工厂总降压变电所低压侧主接线方式比较 考虑到本厂低压侧的负荷较大和出线较多，以及便于日后馈线的增扩，决定选择有汇流母线的接线方式，具体方案论证如下：A、单母线。具有接线简单清晰、设备少、投资相对小、运行操作方便，易于扩建等优点，但可靠性和灵活性较差，故不采用；B、单母线隔离开关分段。具有单母线的所有优点，且可靠性和灵活性相对有所提高，用隔离开关分段虽然节约投资，但隔离开关不能带负荷拉闸，对日后的运行操作等带来相当多的不便，所以不采用；C、单母线用断路器分段。具有单母线隔离开关分段接线的所有优点，而且可带负荷切合开关，便于日后的运行操作，可靠性和灵活性较高。经综合比较，选择方案C作为工厂总降压变电所低压侧主接线方式。2.1.3 工厂总降压变电所供配电电压的选择目前，此类降压变电所的低压侧常用电压等级一般为：10kV和6kV两个，但考虑到本厂低压侧有6kV的负荷，如采用10kV的电压等级，还需进行二次降压，这样会增加一套降压设备，投资增大，不符合经济原则。所以，在本设计中选择只用6kV的电压等级，将35kV的电压降为6kV等级的电压使用即可。选择这种变压的供配电方式既可以节省投资，又能够降低损耗。而对于380V的5个车间，分别根据容量来选择6kV的电压降为380kV的变压器。2.1.3 总降压变电所电气主接线设计总降压变电所35kV侧（高压侧）采用外桥接线方式，2台主变，一台运行另一台热备用（定期切换，互为备用，不并列运行）；6kV侧（低压侧）由运行的主变供电，采用单母（开关）分段的接线方式，经开关供9路出线负荷，其中6路通过变压器将6kV降到380V。根据上述对于变电所高压侧、低压侧主结线方式的比较讨论；变压器的选择，确定了总降压变电所的主接线图3.1主接线图。2.2 确定全厂负荷 确定车间的计算负荷，一般用需要系数法，车间设备的利用系数乘上设备容量即为车间低压用电设备的总设备容量，即车间低压侧的计算负荷（有功功率）。并可求出相应的计算负荷（无功功率及视在功率）。计算后填入表1.（确定相应的变压器容量）铸造车间：=2000kW =0.4 cos=0.65 tan=1.17=0.4*2000=800kW=tan=800*1.17=936kVAR=/cos=800/0.65=1231.3kVA表2.2 全厂各车间负荷表序号车间或用电单位名称设备容量（KW）利用系数KxcostanPQS（KVA）变压器台数及容量备注No1变电所1铸钢车间20000.40.651.178009361231.32*630No2变电所1铸铁车间10000.40.71.02400408571.42砂库1100.70.61.237794.7128.33小计1110477502.7699.72*400No3变电所1铆焊车间12000.30.451.98360712.880021#水泵房280.750.80.75 2115.7526.253小计1228381728.55826.251*1000No4变电所1空压站3900.850.750.88331.5291.724422机修车间1500.250.651.1737.543.87557.693锻造车间2200.30.551.5266100.321204木型车间185.850.350.61.3365.0486.51108.45制材场200.280.61.335.67.4489.336综合楼200.9111818187小计985.85524547.873755.421*800No5变电所1锅炉房12000.750.80.75900675112522#水泵房280.750.80.752115.7526.253仓库1、288.120.650.651.1757.27867.01588.124污水提升站140.80.80.7511.28.4145小计1330.1989.478766.1651253.371*1500各车间6KV变压负载1电弧炉25000.90.870.5722501282.52586.22工频炉6000.80.90.48480230.4533.333空压机5000.850.850.524252215004小计360031551733.93619.53全厂合计10253.976326.1185215.1888385.571*40003.主变压器容量和台数的选择可以有两种方案，选择一台主变或选择两台主变，分析比较，确定最后的选择。并求计入主变压器功率损耗后功率因数是否满足要求，若不满足，则要并联电容以提高功率因数。根据本厂实际情况，采用并联电容器在总压降变电所的低压(10KV)侧进行无功补偿，将功率因数提高到0.9。补偿前的功率因数：COS=P30/S30=6326.1188385.7=0.7544。将COS由0.7544提高到0.9所需的补偿容量（由无功功率补偿率表查得无功功率补偿qc=0.38）为：Qc=qcP30=0.386326.118=2403.9KVar。采用BGF10.5-200-IW型苯甲基硅油纸、薄膜复合并联电容器。其主要技术数据如下：额定电压：10.5KV；标称容量：200Kvar；标称电容：5.79uf；频率：50Hz；相数：1。电容器的个数为：n= Qc/q0=2403.9200=12，由于是单相的，n应为3的倍数，所以12是3的倍数，电容器取12个。10KV侧补偿后：S30=6922.656KVA；P30=6326.12+0.0158385.6=6451.9KW；Q30=5215.2-2403.9+0.068385.6=3314.436KVar；35KV侧补偿后：S30=7253.76KVA；COS= P30/ S30=0.9010.9,满足要求。一般此类系统采用并联电容器进行补偿。即在6kV母线上每相设计3个型号为BWF6.3-100-1(额定容量为100kVar)的并联电容补偿器。3.1.1 35kV/6kV变压器的选择主变压器台数应根据负荷特点和经济运行的要求进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台以上主变压器。l 有大量一级或二级负荷l 季节性符合变化较大，适于采用经济运行方式。l 集中符合较大本冶金厂最大视在功率达到7253.76kVA，且属于2级负荷，应装设2台变压器。由于本厂有2回35kV进线，即有两个进线电源，根据前面所选择的主结线方案，如果采用2台变压器，则能满足供电可靠性、灵活性的要求。如果装设1台变压器，投资会节省一些，但一旦出现1台主变故障，将会造成全厂失压从而造成巨大的损失。为避免前述情况的出现，充分利用双电源的作用，所以选择安装2台主变。对于380kV的系统中，我们可以从资料的图中得出车间1里面有2个配电所，其他4个车间都只有1个配电所，因此我们可以根据每个车间的符合来选择变压器来进行降压 4。本厂的最大视在功率：Smax=7253.76KVA；考虑到经济运行、将来扩建、可靠性等因素，所以本方案选择安装2台型号为S9-6300/35的主变压器，即使其中一台变压器检修另外一台主变也可供全厂负荷。参数见下表3.1相应部分4：表3.1 35kV 200012500kVA S9系列双绕组压变压器技术参数 项目容量(kVA)电压组合联结组标号空载电流(%)短路阻抗(%)空载损耗(kW)负载损耗(kW)高压(kV)高压分接范围(%)低压(kV)20003522.56.310.5Yd110.86.53.2016.8025000.83.8019.5031503538.50.87.04.5022.5040000.85.4027.0050000.76.5031.0063006.36.610.5110.77.57.9034.508000YNd110.811.5045.00100000.813.6053.00125000.78.016.0063.00 表3.2 S9系列铜线配电变压器的主要技术数据项目容量(kVA)电压组合联结组标号空载电流(%)短路阻抗(%)空载损耗(W)负载损耗(W)高压(kV)低压(kV)40010.5106.360.4Dyn1134870420050031030495063035130049508002.51400750010001.7170092003.1.2 6kV/380V变压器的选择 通过上面负荷计算，我们可以得到380V那5个车间的最大视在功率：S30NO。1=1108.2kVA，可以选择2个S9-630/10(6)变压器，分别装进车间1的2个配电房；S30NO。2=628.8kVA，可以选择1个S9-800/10(6)变压器装进车间2的配电房；S30NO。3=739.9kVA，可以选择1个S9-800/10(6)变压器装进车间3的配电房；S30NO。4=670.9kVA，可以选择1个S9-800/10(6)变压器装进车间4的配电房；S30NO。5=322.8kVA，可以选择1个S9-400/10(6)变压器装进车间5的配电房。参数见上面图表3.2。4. 选择35kV架空（8km长）输电导线截面积（根据额定电流）计算并说明选择的理由。1 电源 架空线L=8KM K-1 K-2SL7-4000确定基准值取=100MVA =37KV =10.5KV=1.56KA=5.5KA系统电抗： 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值架空线路 电力变压器 =4000MVA 从原始资料可知工厂的高压侧仅有2回35kV进线，其中一回架空线路作为工作电源，另一回线路作为备用电源，两个电源不并列运行，且线路长度较短，只有8km。因此将可供选择的方案有如下三种： 1、单母线分段。该接线方式的特点是结线简单清晰、运行操作方便、便于日后扩建、可靠性相对较高，但配电装置占地面积大，断路器增多投资增大。根据本厂的实际情况进线仅有2回，其中一回为工作，另一回备用，扩建可能性不大。故此没有必要选择单母线分段这种投资相对较大的接线方式； 2、内桥。该接线方式的特点是需用断路器和其它设备少，占地面积和所需投资相对较少，但可靠性不太高；适用于输电线路较长，故障机率较高，而变压器又不需经常切换时采用。根据本厂特点输电线路仅8km，出现故障的机率相对较低，因此该接线方式不太合适。 3、外桥。该接线方式的特点是需用断路器和其它设备少，占地面积和所需投资相对较少，但可靠性不太高；适用于较短的输电线路，故障机率相对较低，而变压器又需经常切换，或系统有穿越功率流经就较为适宜。而输送本厂电能的输电线路长度仅8km，出现故障的机会较少，因此，该接线方式比较合适。通过上述接线方式比较，选择C即外桥的接线方式5.画出等值电路简图，计算主变压器高（35kV）侧和低压（10kV）侧三相短路时的冲击电流（只计架空输电线路和主变压器的电抗），最大短路电流有效值和短路容量。列表给出计算结果。短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则5：l 正常工作时，三相系统对称运行。l 所有电源的电动势相位角相同。l 短路发生在短路电流为最大值的瞬间。l 不考录短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。l 元件的计算数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。l 输电线路的电容略去不计。绘制计算电路 如图5.1所示：图5.1 系统等值电路根据原始资料，我们应该分别计算系统最大运行方式即和最小运行方式时的短路电流。而对于短路点d-3，由于系统中的变压器不相同，而变压器的阻抗分别为4.5和5，所以下面的计算中6kV变压器短路点会分两种情况d-3和d-3。所有短路点的计算。短路计算: 取为100MVA，且35kV线路只有一路运行，另一路备用。(5.7)(5.4)38kV网络的基准电流：6.3kV网络的基准电流：400V网络的基准电流：根据文献查出线路阻抗运算公式：(5.5)线路L：(5.6)变压器T：两台变压器并列后：对与6kV的出线线路电阻，由于距离太短阻抗可以忽略不计。变压器t分2种情况：当短路d3发生在变压器S9-400/10(6)时，阻抗电压为4%，当短路d3发生在变压器S9-800/10(6)或S9-630/10(6)时，阻抗电压为5%。变压器T1： 变压器T2： 当时：(38kV侧)d1短路时的短路电流：(38kV侧)d1短路时的冲击短路电流：(6.3kV侧)d2点短路时的短路电流：(6.3kV侧)d2点短路时的冲击短路电流：(0.4kV侧)d3点短路时的短路电流：对于t1：(0.4kV侧) d3点短路时的冲击短路电流： (0.4kV侧)d3点短路时的短路电流：对于t2：(0.4kV侧) )d3点短路时的冲击短路电流：时：(38kV侧)d1短路时的短路电流：(38kV侧)d1短路时的冲击短路电流：(6.3kV侧)d2点短路时的短路电流：(6.3kV侧)d2点短路时的冲击短路电流：(0.4kV侧)d3点短路时的短路电流：对于T1：(0.4kV侧) )d3点短路时的冲击短路电流： (0.4kV侧)d3点短路时的短路电流：对于T2：而我们可得得到的短路电流归纳在下面2个表中。表5.1 200MVA短路计算表短路计算点三相短路电流/kAIk(3)I”(3)I(3)Ish(3)d12.12.12.13.78d26.946.946.9412.49d310.4410.4410.4418.8d312.7412.7412.7422.9表5.2 175MVA 短路计算表短路计算点三相短路电流/kAIk(3)I”(3)I(3)Ish(3)d11.921.921.923.46d26.586.586.5811.84d310.3810.3810.3818.7d311.411.411.4206.画出总降压站的电气主结线图 并列表给出所选的电气设备，加以说明。6.1.1 断路器的选择断路器形式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据当前我国生产制造情况，电压6200kV的电网一般选用少油断路器；电压110330kV的电网，当少油短路器技术条件不能满足要求时，可选用六氟化硫或空气断路器；大容量机组采用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器6。断路器选择的具体技术要求如下：（1）电压： (6.1)（2）电流： (6.2)（3）开断电流： (6.3)断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量。断路器t秒的开断容量。断路器的额定开断电流。断路器额定开断容量。（4）动稳定： (6.4)断路器极限通过电流峰值。三相短路电流冲击值。（5）热稳定： (6.5)稳态三相短路电流。短路电流发热等值时间。断路器t秒而稳定电流。各电压等级断路器的选择：35kV等级变压器高压侧选择少油断路器SW3-356。电压：电流：断流能力：动稳定度：热稳定度： 满足要求6kV等级变压器低压侧与出线选择少油短路器SN1010。电压： 电流： 断流能力： 动稳定度： 热稳定度： 满足要求380V等级选择低压断路器DW151500/3D4。电压： 电流： 断流能力： 380V低压短路器不需要考虑动稳定和热稳定，所以满足。6.1.2 隔离开关的选择 负荷开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，但由于其主要是用来接通和断开正常工作电流，而不能断开短路电流，所以不校验短路开断能力。 隔离开关型式的选择，应该根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经济比较然后确定6。（1）电压： (6.6)（2）电流： (6.7)（3）动稳定： (6.8)断路器极限通过电流峰值。三相短路电流冲击值。（4）热稳定： (6.9)稳态三相短路电流。短路电流发热等值时间。断路器t秒而稳定电流。各电压等级隔离开关的选择：35kV等级：变压器高压侧选择隔离开关GW435T6。电压： 电流： 动稳定度： 热稳定度： 满足要求。6kV等级：变压器低压侧选择隔离开关GN1910/10001。电压： 电流： 动稳定度： 热稳定度： 满足要求。380V等级隔离开关选择为HD131500/306。电压：电流：低压隔离开关不需要考虑动稳定和热稳定，所以满足要求。6.1.3 高压熔断器选择 熔断器的形式可根据安装地点、使用要求选用。高压熔断器熔体在满足可靠性和下一段保护选择性的前提下，当在本段保护范围内发生短路时，应能在最短时间内切断故障，以防止熔断时间过长而加剧被保护电器的损坏4。（1）电压：(6.10) 限流式高压熔断器不宜使用在工作低于其额定电网中，以免因过电压使电网中的电器损坏，故应该。（2）电流： (6.11)熔体的额定电流。熔断器的额定电流。（3）断流容量： (5.12)三相短路冲击电流的有效值。熔断器的开断电流。各电压等级高压熔断器的选择：35kV等级：变压器高压侧选择高压熔断器RW10-35/0.54。电压：电流：由于高压熔断器是接在电压互感器上，最大工作电流非常小，因此满足要求。断流容量： 满足要求。6kV等级：变压器低压侧选择高压熔断器RN164。电压：电流：由于高压熔断器是接在电压互感器上，最大工作电流非常小，因此满足要求。断流容量： 满足要求。6.1.4 电压互感器的选择（1）电压互感器的选择和配置应按以下条件6：l 620kV屋内配电装置，一般采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘接共的电压互感器。l 35110kV配电装置，一般采用油浸绝缘结构的电压互感器。l 220kV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用容式电压互感器。l 在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器组。（2）一次电压： (1.13)为电压互感器额定一次线电压，1.1和0.9是允许的一次电压的波动范围，即为。（3）准确等级：电压互感器应在那一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表和继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。各电压等级电压互感器的选择：35kV等级：变压器高压侧选择油浸式电压互感器JDJ2352。根据环境要求和上述条件应选择油浸式电压互感器电压：35kV满足要求准确等级：准确等级为0.5级。6kV等级：变压器低压侧选择JDZX86环氧树脂全封闭浇注电压互感器根据环境要求和上述条件应选择油浸式电压互感器：电压：6kV满足要求。准确等级：准确等级为0.5级。6.1.5 电流互感器的选择（1）型式：电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。对于620kV屋内配电装置，可采用次绝缘技工或树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35kV及以上配电装置，一般采用油浸瓷箱式绝缘接共的独立式电流互感器。一般尽量采用套管式电流互感器6。（2）一次回路电压： (6.14) 为电流互感器安装处一次回路工作电压，为电流互感器额定电压。（3）一次回路电流： (6.15)为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流，为电流互感器原边额定电流。（4）准确等级：电流互感器准确等级的确定与电压互感器相同。（5）动稳定：内部动稳定(6.16)式中电流互感器动稳定倍数，它等于电流互感器极限通过电流峰值与一次绕组额定电流峰值之比。（6）热稳定： (6.17)为电流互感器的1秒钟热稳定倍数。各电压等级电流互感器的选择：35kV等级：变压器高压侧选择LZZB835（D）电流互感器2。电压：电流：动稳定度：热稳定度： 满足要求。6kV等级：变压器低压侧与出线选择LZZQB66/10002。电压： 电流： 动稳定度： 热稳定度： 满足要求。380等级：变压器选择LMZ10.5电流互感器2。电压： 电流： 380V低压电流互感器不需要动稳定和热稳定校验。经过以上的一次设备的选择与校验，我们可以归纳出以下表：表6.1、表6.2、表6.3。所选设备均满足要求。表6.1 35kV设备选型表选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件(kV)I30（A）Ik(30)(kA)ish(30) (kA)I(30)2tima(kA)35882.13.788.82额定参数(kV)IN（A）Ioc(kA)imax(kA)It2t(kA)少油断路器SW3-35356306.617174.24隔离开关GW4-35T356005015.8电压互感器JDJ2-3535电流互感器LZZB8-35(D)35200/522.3k40高压熔断器RW10-35/0.5350.566k避雷器Y5CZ442/11735表6.2 380V设备