总降压变电所及高压配电系统设计.doc

学学 号 号 课课 程程 设设 计计 题题 目目 沙河配件厂总降压变电所及 高压配电系统设计 学学 院院 班班 级级 学学 号号 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 年月日 目目 录录 前 言 一 设计任务及要求 1 二 负荷计算和无功补偿 4 一 负荷计算方法 4 二 车间用电设备组和工厂计算负荷的确定 5 三 无功功率补偿及其计算 9 三 总降压变电所的所址和型式的确定 10 一 变电所所址的选择 10 二 变电所型式的确定 12 四 确定总降压变电所主变压器型式 容量和数量 13 一 确定总降压变电所主变压器型式 13 二 总降压变电所主变压器台数和容量的确定 14 五 变配电所主接线的选择 15 一 变电所主姐线 16 二 变电所主接线方式 17 六 短路计算及设备的选择 19 一 短路电流计算 19 二 一次设备的选择与校验 23 七 工厂电源进线及高压配电线路的选择 28 一 变电所进出线的种类及选择方法 28 二 高压配电线路的选择 29 三 导线截面的选择及校验 30 八 继电器保护 36 一 继电保护装置的配置原则及情况 36 九 车间变电所的防雷保护和接地装置的设计 39 一 防雷保护 39 二 变电所接地装置的选择 40 十 设计结论 42 附录 1 43 附录 2 44 参考文献 45 前前 言言 工厂总降压变电所是工厂供配电的重要组成部分 它直接影响整个工厂供电的 可靠运行 同时它又是联系发电厂和用户的中间环节 起着变换 接受和分配电能 的作用 电气主接线是总降压变电所的主要环节 电气主结线的拟定直接关系着全 厂电气设备的选择 配电装置的布置 继电保护和自动装置的确定 是决定变电所 电气部分技术经济性能的关键因素 本设计是 35 6kV 降压变电所及高压配电系统的设计 首先 进行车间负荷统计 和无功功率补偿 确定主变压器及各车间变压器 从技术和经济等方面 通过了两 种方案的比较 选择经济 可靠 运行灵活的主接线一次方案 其次 进行短路计 算和设备的选择 校验 然后 确定工厂电源进线 母线和高压配电线路 最后 进行二次回路方案 整定继电保护 防雷保护和接地装置的设计 设计结果可以满足精益冶金机械修造厂供电的可靠性 并保证各车间电气设备 的稳定运行 关键词关键词 负荷计算 变电所主接线 继电保护 无功功率补偿 短路计算 变压 器 防雷保护 第第 1 1 页页 共共 4646 页页 沙河配件厂总降压变电所及高压配电系统设计沙河配件厂总降压变电所及高压配电系统设计 一一 设计任务及要求设计任务及要求 一一 设计题目设计题目 沙河配件厂总降压变电所及高压配电系统设计 二二 设计要求设计要求 要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况 并适当考虑到工厂生 产的发展 按照安全可靠 技术先进 经济合理的要求 确定总降压变电所位置 确 定总降压变电所主变压器的台数与容量 类型 选择总降压变电所主结线方案及高压 设备和进出线 确定防雷和接地装置 最后按要求绘出设计图样 完成设计说明书等 技术文件 三三 设计依据设计依据 1 工厂总平面布置图 如图 1 所示 2 工厂生产任务 规模及产品规格 本厂主要承担全国冶金工业系统矿山 冶炼 和轧钢设备的配件生产 即以生产铸造 锻压 铆焊 毛坯件为主体 年生产规模为 图 1 沙河配件厂总平面布置图 第第 2 2 页页 共共 4646 页页 铸钢件 10000t 铸铁件 3000t 锻件 1000t 铆焊件 2500t 3 工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量 如表 1 和表 2 所示 4 供用电协议 1 工厂电源从供电部门某 220 35kV 变电站以 35kV 双回架空线路引入本厂 其中 一路作为工作电源 另一路作为备用电源 两个电源不并列运行 变电站距厂东侧 8km 表 1 各车间和车间变电所 380V 负荷表 序号 车间 单位 名 称 设备容量 kW 需要系 数 Kd 功率因数 cos 车间变电 所代号 变压器 台数 1铸钢车间20000 40 65No 1 车变2 2铸铁车间10000 40 70 3砂 库1100 70 60 4 小计 K 0 9 No 2 车变2 5铆焊车间12000 30 45 61 水泵房280 750 8 7 小计 K 0 9 No 3 车变1 8空压站3900 850 75 9机修车间1500 250 65 10锻造车间2200 30 55 11木型车间1860 350 60 12制材场200 280 60 13综合楼200 91 14 小计 K 0 9 No 4 车变1 15锅炉房3000 750 80 162 水泵房280 750 80 17仓库 1 2 880 30 65 18污水提升站140 650 80 19 小计 K 0 9 No 5 车变1 表 2 各车间 6kV 高压负荷表 第第 3 3 页页 共共 4646 页页 序号 车间 单位 名称 高压设备 名称 设备容量 kW 需要系 数 Kd 功率因数 cos 1铸钢车间电弧炉2 12500 90 87 2铸铁车间工频炉2 2000 80 9 3空压站空压机2 2500 850 85 小 计 2 系统的短路数据 如表 3 所示 其供电系统图 如图 2 所示 3 供电部门对工厂提出的技术要求 区域变电站 35kV 馈电线路定时限过流保护 装置的整定时间 top 2s 工厂总降压变电所保护的动作时间不得大于 1 5s 工厂在 总降压变电所 35kV 电源侧进行电能计量 工厂最大负荷时功率因数不得低于 0 9 4 供电贴费为 800 元 kVA 每月电费按两部电费制 基本电费为 25 元 kVA 动力 电费为 0 5 元 kW h 照明电费为 0 7 元 kW h 5 工厂负荷性质 本厂为三班工作制 年最大有功利用小时为 6000h 属二级负 荷 车间变电所供电电源为 10kV 各车间 6kV 高压负荷由相应的车间变电所供电 表 3 区域变电站 35kV 母线短路数据 系统运行方式系统短路容量系统运行方式系统短路容量 系统最大运行方式时Soc max 200MVA系统最小运行方式时Soc min 175MVA 6 工厂自然条件 1 气象资料 年最高气温 38 年平均气温 26 年最低气温 4 年最热月 平均最高气温 36 年最热月平均气温 31 年最热月地下 0 8m 处平均温度 24 常年主导风向为东南风 覆冰厚度 4mm 年雷暴日数 26 2 地质水文资料 平均海拔 500m 地层以粘土为主 地下水位 3 5m 四四 设计任务设计任务 要求在规定时间内完成下列工作量 图 2 沙河配件厂供电系统图 第第 4 4 页页 共共 4646 页页 1 设计说明书 需包括以下主要内容 1 负荷计算 2 变电所位置的选择 3 变电所主变压器台数和容量 类型的选择 4 变电所主结线方案的设计 要求从两个 以上较为合理的方案中优选 5 短路电流的计算 6 变电所一次设备的选择与校验 7 变电所进出线的选择 8 防雷保护概述和接地装置的设计 9 参考文献 参见 目 录 参考格式 2 设计图样 变电所主结线图 CAD 1 张 3 明细表 主要设备 器件明细表 1 张 需注明主要设备 器件的代号 名称 型号 规格 数量等 详见 明细表 参考格式 二二 负荷计算和无功补偿负荷计算和无功补偿 一 一 负荷计算方法负荷计算方法 负荷计算的方法有需要系数法 利用系数法及二项式等几种 我国目前普遍采用 的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法 需要系数法的优点是简便 适用 于全厂和车间变电所负荷的计算 二项式法适用于机加工车间 有较大容量设备影 响的干线和分支干线的负荷计算 但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分 支干线的计算负荷时 采用二项式法较之采用需要系数法合理 且计算也较简便 本设计采用需要系数法确定 1 单组用电设备的计算负荷的确定 主要计算公式有 有功功率 2 1 30ed PPK 无功功率 2 2 tan 3030 PQ 视在功率 2 3 30303030 cosSPPQ 计算电流 2 4 3030 3 N ISU 式中 用电设备组的有功 无功 视在功率的计算负荷 30 P 30 Q 30 S 用电设备组的设备总额定容量 e p 功率因数角的正切值 tan 用电设备组的计算负荷电流 30 I 额定电压 N U 2 多组用电设备的计算负荷的确定 主要计算公式 有功功率 2 5 ipPKP 3030 无功功率 2 6 iqPKQ 3030 视在功率 2 7 2 30 2 3030QPS 第第 5 5 页页 共共 4646 页页 计算电流 2 8 NU S I 3 30 30 式中 所有设备组有功计算负荷之和 iP 3030P 有功负荷同时系数 本设计取 0 9 pK 所有设备组无功计算负荷之和 iQ 3030Q 无功负荷同时系数 本设计取 0 9 qK 二 二 车间用电设备组和工厂计算负荷的确定车间用电设备组和工厂计算负荷的确定 由于本设计需要选择设备 应该采用比较详细的的计算方法 这里选择逐级计算 法 逐级计算方法是指根据用户的供配电系统图 从用电设备开始 朝电源方向逐级 计算 最后求出用户总的计算负荷的方法 本次设计的供配电系统图如图 2 1 所示 1 车间变电所低压侧计算负荷的确定 根据以上公式 以铸钢车间为例进行负荷统计 由已知数据 2000 e pkW 0 4 d K 65 0cos 17 1 tan 可得 30 1 0 42000800 de PK PkW 30 130 1tan 800 1 17936 varQPk 30 1 30 1 800 1231 cos0 65 P SkVA 30 1 30 1 1231 1870 3 330 38 N S IA U 用同样的方法可求得其他车间的计算负荷如表一所示 图 2 1 供配电系统图 2 车间变电所高压侧计算负荷的确定 主要计算公式有 2 9 tiC PPP 2 10 tiC QQQ 第第 6 6 页页 共共 4646 页页 2 11 22 CCC QPS 其中 0 015 ti PS 0 016 ti QS NO 1 11 8000 015 1231818 47 Ct PPPkW 11 9360 06 12311009 88 var Ct QQQk 111 1300 CCC SPQkVA NO 2 2 2 429 30 015628 74438 7 Ct PPPkW 22 459 370 06628 74497 7 var Ct QQQk 222 663 CCC SPQkVA 表 2 1 各车间 380V 侧负荷统计表 计 算 负 荷 编 号 车间 单 位 名称 设备 容量 kW Kd cos tan 30 PkW 30 varQk 30 SkVAAI 30 1铸钢车间20000 40 651 178009361230 81870 3 铸铁车间10000 40 701 02400408571 4867 6 砂 库1100 70 601 3377102 6128 8195 6 2 小 计 0 9K 3110429 3459 9628 3955 8 铆焊车间12000 30 451 98360712 8798 61213 5 1 水泵房280 750 80 752115 7526 339 9 3小 计 0 9K 1228342 9656 0739 91124 2 空 压 站3900 850 750 88331 5291 72442 0671 5 机修车间1500 250 651 1737 543 957 787 7 锻造车间2200 30 551 5266100 3120 0182 3 木型车间1860 350 601 3365 186 6108 6164 5 制 材 场200 280 601 335 67 49 314 1 综 合 楼200 91018018 027 3 4 小 计 0 9K 986471 3476 9670 61019 7 锅 炉 房3000 750 800 75225168 75281 3427 4 5 2 水泵房280 750 800 752115 7526 339 9 第第 7 7 页页 共共 4646 页页 仓 库 1 2 880 30 651 1726 430 8940 261 4 污 水 提 升 站 140 650 800 759 16 8311 417 3 小 计 0 9K 430253 4201322 8490 6 总 计 0 9K 0 6420672457 5 3211 24879 NO 3 C33342 90 015739 94354 0 t PPPkW 3 3 656 00 06739 94700 4 var Ct QQQk 22 444 784 78 CCC SPQkVA NO 4 C44471 330 015670 55481 39 t PPPkW C44476 950 06670 55517 76 var t QQQk 22 C4C4C4706 98SPQkVA NO 5 55 2530 015 322 78257 85 Ct PPPkW 55 2010 0622 78220 38 var Ct QQQk 22 555 339 2 CCC SPQkVA 6kV 高压设备的计算负荷 1 2 12500 92250PkW 2 22000 8320PkW 3 22500 85425PkW 1 22500 571282 5 varQk 2 3200 48154 varQk 3 4250 62264 varQk 123 0 929952696 P PKPPP 123 0 9 1699 61524 var q QKQQQk 22 3097SPQkVA 3 总降压变电所二次侧计算负荷的确定 主要计算公式有 2 12 i n i P PKP 1 第第 8 8 页页 共共 4646 页页 2 13 i n i q QKQ 1 0 9 818 47438 7354 1481 4257 851995 4811 C PkW 0 9 1009 88497 09700 4517 18219 371699 6 4176 var C Qk 2 2 6370 6 CCC SPQkVA 4 总降压变电所一次侧计算负荷的确定 主要计算公式 2 14 tCC PPP 2 15 tCC PQQ 2 16 2 2 CCC QPS 48110 0156370 64906 6 C PkW 41760 066370 64558 2 var C Qk 2 2 6697 CCC SPQkVA 表 2 2 工厂负荷统计表 计 算 内 容cos cP C QP Q C S C I 1T 低压侧负荷80093612311870 变压器 1T 损 耗 18 573 9 车间 1T 计算负 荷 1T 高压侧负荷818 510101300125 2T 低压侧负荷429 3460629956 变压器 2T 损耗9 437 7 车间 2T 计算负 荷2T 高压侧负荷438 7497 766363 8 3T 低压侧负荷3436567401124 变压器 3T 损耗11 144 4 车间 3T 计算负 荷3T 高压侧负荷354 1700 4784 875 52 4T 低压侧负荷471 3477 56711020 变压器 4T 损耗10 140 3 车间 4T 计算负 荷4T 高压侧负荷481 4517 870768 1 5T 低压侧负荷253201323491 变压器 5T 损耗4 8519 4 车间 5T 计算负 荷5T 高压侧负荷257 8220 4 339 2 32 6 铸 钢 车 间225012582587249 铸 铁 车 间32015435534 空 压 站42526450048 第第 9 9 页页 共共 4646 页页 6KV 侧总计算负荷0 755481141766371613 总降变损耗95 6382 全厂计算负荷0 73490745586697110 5 三 三 无功功率补偿及其计算无功功率补偿及其计算 本设计要求工厂最大负荷时功率因数不得低于 0 9 综合考虑经济效果 选用高压 集中补偿 高压集中补偿是指将高压电容器组集中装设在总降压变电所 6 10kV 母线 上 如图 2 2 所示 该补偿方式只能补偿总降压变电所的 6 10kV 母线之前的供配电 系统中由无功功率产生的影响 而对无功功率在企业内部的供配电系统中引起的损耗 无法补偿 因此补偿范围最小 经济效果较其它补偿方式差 但由于装设集中 运行 条件好 维护管理方便 投资较少 且总降压变电所 6 10kV 母线停电机会少 因此 电容器利用率高 图 2 2 高压电容器集中补偿的结线 其功率补偿计算如下 6kV 高压母线进行自动补偿 4811 cos0 755 6370 6 P S 12 tantan CC QP 4811 0 870 43 2117 vark 查表可选 BWF6 3 120 1 型电容器 其个数为 取个 2117 17 6 120 n 18 则实际补偿容量为 18 1202160 vark 补偿后 6KV 二次侧视在计算负荷为 2222 4118 4176 2160 5216 CCC SPQQkVA 6kV 一次侧计算负荷为 第第 1010 页页 共共 4646 页页 48110 015 52164889 Ct PPPkW 4176 2160 0 065216 2329kvar Ct QQQ 22 5415 C SPQkVA 4889 cos0 903 5415 满足要求 表 1 3 6kV 高压母线自动补偿前后计算负荷及功率因数统计 计 算 负 荷 项 目cos k PVP Q k WQ kSVA I A 6kv 侧补偿前负荷0 755481141766370 6613 6kv 侧无功 补偿容量 2160 6kv 侧补偿后负荷0 92481120165216502 主变压器功率损耗78313 35kV 侧负荷总计0 90348892329541589 3 三三 总降压变电所的所址和型式的确定总降压变电所的所址和型式的确定 一 一 变电所所址的选择 变电所所址的选择 1 变电所所址选择的一般原则 选择工厂变配电所的所址 应根据下列要求经技术 经济比较后确定 1 尽量接近负荷中心 以降低配电系统的电能损耗 电压损耗和有色金属消耗量 2 进出线方便 特别是要便于架空进出线 3 接近电源侧 特别是工厂的总降压变电所和高压配电所 4 设备运输方便 特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输 5 不因设在有剧烈震动或高温的场所 无法避开时 应有防震和隔热的措施 6 不应设在多尘或有腐蚀性气体的场所 当无法远离时 不应设在污染源盛行风向 的下风侧 7 不应设在厕所 浴室或其他经常积水场所的正下方 且不宜与上述场所相贴邻 8 不应设在有爆炸危险的正上方或正下方 且不宜设在有火灾危险环境的正上方 或正下方 当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗邻时 应符合国家标准 GB50058 92 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 的规定 9 不应设在地势低洼和可能积水的场所 10 高压配电所应尽量与临近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一 第第 1111 页页 共共 4646 页页 起 2 负荷中心的确定 变电所位置应尽量接近负荷中心 工厂的负荷中心用功率矩法确定 在工厂平面图的下侧和左侧 任作一直角坐标的 x 轴和 y 轴 按 1 5000 的比例测 出各车间和生活区的负荷中心点的坐标位置标于图中 例如 而工厂的负荷中心设在 111 yxP 222 yxP yxP 按负荷功率矩法确定负荷中心 123i PPPPP 3 1 i ii P xP x 3 2 i ii P yP y 各车间标注如下 铸钢车间 1 铸铁车间 2 砂库 3 铆焊车间 4 1 水泵房 5 空压站 6 机修车间 7 锻造车间 8 木型车间 9 制材厂 10 综合楼 11 锅炉房 12 2 水泵房 13 仓库 14 污水提升站 15 2 6 7 3 6 4 7 4 5 4 5 1 2 8 9 5 0 9 10 7 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 5 9 9 6 6 0 10 1 8 3 9 9 9 0 8 5 10 0 6 9 6 P 7 P8P9P10P 10 7 10 0 0 9 3 4 0 7 4 0 3 2 1 6 7 6 3 9 11P12P13P14P15P 由前计算可知 1 80022503050P 2440320720P 3 77P 4 360P 5 21P 6 331 5425756 5P 7 37 5P 866P 965P 105 6P 1118P 12225P 1321P 1426P 159P 123456789101112131415 5457 6 i PPPPPPPPPPPPPPPP 第第 1212 页页 共共 4646 页页 图 3 1 工厂总平面布置图 30502 67206 4775 43602 821 0 9756 5 5 9 5457 6 ii i Px x P 37 5 666 8 365 95 6 10 18 10 7225 0 921 0 726 3 29 7 6 3 7 5457 6 3050 7 3720 7 477 5 1 360 9 521 10 7756 5 9 637 5 10 1 5457 6 ii i Py y P 66 9 965 8 55 6 6 9 18 10225 3 421 426 1 69 3 9 7 6 5457 6 计算所得的负荷中心为 3 7 7 6 按图纸比例及综合考虑变电所位置选择的原则后 确定 3 7 7 6 为总降压变电所 坐标中心 如图 3 1 中所示 二 二 变电所型式的确定变电所型式的确定 变电所是接受电能 变换电压 分配电能的环节 是供配电系统的重要组成部分 变电所按其在供配电系统地位合作用 分为总降压变电所 独立变电所 车间变电所 杆上变电所 建筑物及高层建筑物变电所 1 总降压变电所 大中型企业 由于负荷较大 往往采用 35 110kV 电源进线 降压至 10kV 或 6kV 再向各车间变电所和高压用电设备配电这种降压变电所称为总降压变电所 一般来讲 第第 1313 页页 共共 4646 页页 企业规模不太大 车间或生产厂房布局比较集中 应尽量设一个总降压变电所 这样 既节省投资 又便于运行维护 但如果企业规模较大 且有两个或两个以上的集中大 负荷用电车间群 而彼此之间相距又较远时 可以考虑设立两个或两个以上的总降压 变电所 2 车间变电所 车间变电所主要有以下两种类型 1 车间附设变电所 附设变电所利用车间的一面或两面墙壁 而其变压器室的大门朝外开 车间附设 变电所又分为内附式 如图 3 2 中 a 和外附式 如图 3 2 中 b 内附式变电所要占 用一定的车间面积 但其在车间内部 故对车间外观没有影响 外附式变电所在车间 的外部 不占用车间面积 便于车间设备的布置 而且安全性也比内附式变电所要高 一些 2 车间内变电所 变压器室位于车间内的单独房间内 如图 3 2 中 c 虽然这种变电所占用了车间内的 面积 但它处于负荷的中心 因而可以减少线路上的电能损耗和有色金属消耗量 由于设在车间内其安全性要差一些 故适用于负荷较大的多跨厂房内 在大型冶金 企业中比较多见 a b c 图 3 2 变电所类型图 3 变配电所有屋内式和屋外式两大型式 屋内式运行维护方便 占地面积少 在选择工厂总变配电型式时 应根据具体地理环境 因地制宜 技术经济合理时 应 优选用屋内式 3 最终方案的确定 本设计变电所是将 35kV 的电源进线降至 6kV 再向各车间变电所和高压用电设备 配电 所以应设立总降压变电所 且设为屋内式 各个车间设立车间变电所 车间变 电所也设为屋内式 它虽然占据了车间的位置 但是它处于负荷中心 因而可以减少 线路上的电能损耗和有色金属消耗量 四四 确定总降压变电所主变压器型式 容量和数量确定总降压变电所主变压器型式 容量和数量 一 一 确定总降压变电所主变压器型式确定总降压变电所主变压器型式 变压器是变电所中关键的一次设备 其主要功能是升高或降低电压 以利于电能 的合理输送 分配和适用 在选择变压器时 应选用低损耗节能型变压器 如 S9 系列 第第 1414 页页 共共 4646 页页 或 S10 系列 供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电 力变压器 S9 S10 M S11 S11 M 等 本设计选择 S9 系列三相油浸自冷电力变压器 二 二 总降压变电所主变压器台数和容量的确定总降压变电所主变压器台数和容量的确定 1 主变压器台数的选择 一 主变压器台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择 1 应满足用电负荷对可靠性的要求 在有一 二级负荷的变电所中 选择两台主 变压器 当在技术 经济上比较合理时 主变压器选择也可多于两台 2 对季节性负荷或昼夜负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所 技术经济 合理时可选择两台主变压器 3 三级负荷一般选择一台主变压器 负荷较大时 也可选择两台主变压器 二 选择主变压器台数按其负荷性质要求为 车间为三班工作制 年最大有功负荷利用小时数为 6000h 属于二级负荷 由供电部门对工厂提出的技术要求 1 本车间变电所从本厂 220 35kV 变电站以 35kV 双回路架空线路引入本厂 一路 作为工作电源 另一路作为备用电源 两个电源不并列运行 变电站距厂东 8km 2 工厂总降压变电所 35kV 电源侧进行电能计量 3 区域变电站 35 kV 馈电线路定时限过电流保护装置的整定时间 Top 2s 工厂总 降压变电所保护的时间不的大于 1 5s 4 工厂最大负荷时功率因数不得低于 0 9 三 根据以上工厂的负荷性质和电源情况 工厂总降压变电所的主变压器考虑装 设一台或两台主电力变压器两种方案 2 主变压器容量的选择 1 装设一台时 应满足 主变压器容量应不小于总计算负荷 即 TN S 30 S 4 3 30 1 15 1 4 N T SS 2 装设两台时 应满足 每台变压器的容量不应小于总的计算负荷的 TN S 30 S 60 最好为总计算负荷的 70 左右 即 4 4 30 7 0 6 0 SS TN 同时每台主变压器容量不应小于全部一 二级负荷之和 即 TN S 30 S 4 5 30 SS TN 一 各车间变电所所选变压器的台数及容量 NO 1 30 0 6 0 7 0 6 0 7 1231 737 6 861 7 N SSkVA 30 1231 N SSkVA 选择两台 S9 1250 6 变压器 第第 1515 页页 共共 4646 页页 NO 2 30 0 6 0 7 0 6 0 7 629 377 4 440 3 N SSkVA 30 629 N SSkVA 选择两台 S9 630 6 变压器 NO 3 30 1 15 1 4 1 15 1 4 740 851 1036 N SSkVA 选择一台 S9 1000 6 变压器 NO 4 30 1 15 1 4 1 15 1 4 671 771 65 939 4 N SSkVA 选择一台 S9 800 6 变压器 NO 5 30 1 15 1 4 1 15 1 4 323 371 45 452 2 N SSkVA 选择一台 S9 400 6 变压器 二 总降压变电所变压器容量和台数的选择 装设两台时 30 0 6 0 7 0 6 0 7 5415 3249 3601 5 N SSkVA 30 5415 N SSkVA 选择 S9 6300 35 型变压器 装设一台时 30 1 15 1 4 1 15 1 4 5415 6227 25 7581 N T SSkVA 选择 S9 8000 35 型低损耗配电变压器 3 绕组数和接线组别的确定 该变电所有二个电压等级 所以选用双绕组变压器 35KV 采用 Y 形连接 6KV 采 用 连接 连接组型号为 Yd11 4 冷却方式的选择 主变压器一般采用的冷却方式有 自然风冷 强迫油循环风冷 强迫油循环水冷 强迫导向油循环冷却 油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散 热管 然后依靠空气的对流传导将热量散发 它没有特制的冷却设备 而油浸风冷 式是在油浸自冷式的基础上 在油箱壁或散热管上加装风扇 利用吹风机帮助冷却 加装风冷后可使变压器的容量增加 30 35 强迫油循环冷却方式 又分强油风 冷和强油水冷两种 它是把变压器中的油 利用油泵打入油冷却器后再复回油箱 油冷却器做成容易散热的特殊形状 利用风扇吹风或循环水作冷却介质 把热量带 走 考虑到冷却系统的供电可靠性 要求及维护工作量 首选自然冷却方式 第第 1616 页页 共共 4646 页页 五 变配电所主接线的选择 一 一 变电所主姐线变电所主姐线 1 对变电所主接线的要求 变电所的主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线 应根据变配电所在供电 系统中的地位 进出线回路数 设备特点及负荷性质等条件确定 并应满足安全 可 靠 灵活和经济等要求 2 变电所主接线方案的比较 表 5 1 两种主接线方案的比较 比较项目装设一台主变压器的方案装设两台主变压器的方案 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 略大 由于两台主变并列 电压 损耗略小 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 技 术 指 标 扩建适 应性 稍差一些更好一些 电力变 压器的综 合投资额 查表得 S9 10000 35 单 价为 86 3 万元 查表得变压 器综合投资约为其单价的 2 倍 因此其综合投资为 2 86 3 万 元 172 6 万 查表得 S9 8000 35 单价 为 73 9 万元 因次两台综合 投资为 4 73 9 295 6 万元 比一台主变方案多投资 123 万 高压开 关柜的综 合比较 查表得 JYN1 35 型柜按每 台 6 5 万元计 查表得其综合 投资按设备价 1 5 倍计 因此 其综合投资约为 4 1 5 6 5 万元 39 万元 查表得 11 台 JYN1 35 柜 其综合投资约为 11 1 5 6 5 107 25 万元 比一台主变的方案多投资 68 25 万元 经 济 指 标 电力变 压器和高 压开关柜 的年运行 查表计算 主变和高压开关 柜的折旧和维修管理费每年为 10 97 万元 主变压器和高压开关柜 的折旧费和维修管理费每年 为 21 215 万元 比装设 1 台 主变压器的方案多消耗约 第第 1717 页页 共共 4646 页页 费10 245 万元 技 术 指 标 交供电 部门的一 次性供电 贴费 按 700 元 kVA 计 贴费为 10000 0 07 万元 700 万元 贴费为 2 8000 0 07 万元 1120 万元 比一台主变 压器多投资 420 万 根据前面考虑的两种变压器选择方案可设计下面两种主接线方案 1 装设一台主变压器的主接线方案 2 装设两台主变压器的主接线方案 分别对两种主结线方案的比较 一 技术经济指标比较 见表 5 1 从上表可以看出 按技术指标 装设两台主变的主结线方案略优于装设一台主变 的主接线方案 从按经济指标 则装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案 二 通过负荷情况进行比较 主变压器台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择 当符合下列条件之一时 应装设两台及以上主变压器 三 综合上述方案比较 考虑到本厂属于二级负荷 如出现中断供电 在经济 上的损失远多于所装设的费用 且有较大的集中负荷 如铸钢车间 决定采用装设两 台主变的方案 二 二 变电所主接线方式变电所主接线方式 主结线对变电所设备选择和布置 运行的可靠性和经济性 继电保护和控制方式 都有密切关系 是供电设计中的重要环节 对于电源进线电压为 35kV 及以上的大中型 工厂 通常是先经工厂总降压变电所降为 6kV 的高压配电电压 然后经车间变电所 降为一般低压设备所需的电压 1 变电所常用主接线 供配电系统变电所常用的主接线基本形式有线路 变压器组接线 单母线接线和 桥式接线 3 种类型 2 总降压变电所主接线方式的选择 总降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径 由各种电力设备 变压 器 避雷器 断路器 互感器 隔离开关等 及其连接线组成 通常用单线表示 主 结线对变电所设备选择和布置 运行的可靠性和经济性 继电保护和控制方式都有密 切关系 是供电设计中的重要环节 以下有两种接线方式 一 一次侧采用内桥式接线 二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图如图 5 1 a 这种主结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多 并 第第 1818 页页 共共 4646 页页 且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所 a 内桥式主接线 b 外桥式主接线 图 5 1 桥式接线 二 一次侧采用外桥式结线 二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图如 图 5 1 b 这种主结线的运行灵活性也较好 供电可靠性同样较高 适用于一 二级 负荷的工厂 3 高压配电系统主接线方式的选择 配电系统起接收和分配电能的作用 其位置应当尽量靠近负荷中心 配电系统一 般为单母线制 根据负荷的类型及进出线数目可考虑将母线分段 以下是两种接线方案 一 单母线不分段接线 如图 5 2a 当只有一路电源进线时 常采用这种接线 优点 接线简单 清晰 使用设备少 经 济性比较好 由于接线简单 操作人员发生误操作的可能性就小 缺点 是可靠性 和灵活性差 当电源进线 母线或母线隔离开关发生故障或进行检修时 全部用户 供电中断 这种接线可用于对供电连续性要求不高的三级负荷用户 或者有备用电 源的二级负荷用户 a 单母线不分段主接线 b 单母线分段主接线 图 5 2 高压配电系统的接线方案 二 单母线分段接线 如图 5 2b 当有双电源供电时 常采用单母线分段接线 单母线分段可以分段单独运行 也 第第 1919 页页 共共 4646 页页 可以并列同时运行 优点 供电可靠性较高 操作灵活 除母线故障或检修外 可对 用户连续供电 缺点 母线故障或检修时 仍有 50 左右的用户停电 具有两路电源进线时 采用单母线分段接线 可对一 二级负荷供电 特别是装 设了备用电源自动投入装置后 更加提高了用断路器分段单母线接线的供电可靠性 本次设计的冶金机械修造厂是连续运行 负荷变动较小 电源进线较长 8km 主变压器不需要经常切换 另外再考虑到今后的长远发展 采用一次侧内桥式接线 二次侧单母线分段的总降压变电所主结线 如图 5 3 三 总降压变电所主接线图如附图 图 5 3 总降压变电所内桥式主接线图 六六 短路计算及设备的选择短路计算及设备的选择 一 一 短路电流计算短路电流计算 1 短路计算的方法 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 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 对于工厂供电系统来说 由于将电力系统当作无限大 容量电源 而且短路电路也比较简单 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 2 短路计算过程 短路电流计算的方法 常用的有欧姆法和标幺制法 本设计采用标幺制法进行短路电流的计算 计算公式有 电力系统的电抗标幺值 第第 2020 页页 共共 4646 页页 6 1 ocd SSX 1 架空线路的电抗标幺值 6 2 2 2 d d U S lXX 电力变压器的电抗标幺值 6 3 N dc S SU X 100 1 3 供电系统短路示意图如图 6 1 所示 取基准容量为 基准电压 相应的基准电流分MVASd100 1 37 d UkV 2 6 3 d UkV 别为 1d I 2d I 一 最小运行方式下短路电流的计算 1 求 K 1 点的短路电流和短路容量 37kV 1c U 图 6 1 短路计算电路图 1 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值 57 0 175 100 1 ocd SSX 架空线路的电抗标幺值 23 0 37 100 84 0 22 1 0 2 d d U S lXX 其中为导线的单位长度电抗平均值 查表得为 0 X0 4 km 绘 K 1 点的短路等效电路图 如图 6 2 a 所示 并计算其总电抗标幺值 0 8 2 1 1 XXXK 2 计算 K 1 点的三相短路电流和短路容量 K 1 点所在电压级的基准电流为 1 1 100 1 56 33 37 d d d S IkA U K 1 点短路电流各值 25 1 8 0 11 1 1 K K X I 111 1 56 1 251 95 KdK II IkA 1 2 552 55 1 954 97 shK iIkA 第第 2121 页页 共共 4646 页页 MVA X S S K d K 12525 1 100 1 1 2 求 K 2 点的短路电流和短路容量 2 6 3 c UkV 1 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 变压器 T1 T2 的电抗标幺值 34 7 5100 1 19 1001006 3 dK N SU XX S a K 1 点的短路等效电路图 b K 2 点的短路等效电路图 图 6 2 最小运行方式下的短路等效图 所以 K 2 点的短路等效电路图如图 5 2 b 所示 并计算其总电抗电抗标幺值 21234 1 19 0 570 231 4 2 K XXXXX 2 计算 K 2 点的三相短路电流和短路容量 K 2 点所在电压级的基准电流为 1 1 100 9 16 336 3 d d d S IkA U K 2 点短路电流各值 2 2 11 0 71 1 4 K K I X 212 9 16 0 716 5 KdK II IkA 2 2 552 55 6 516 58 shK iIkA 2 2 1000 7171 d K K S SMVA X 二 最大运行方式下短路电流的计算 1 求 K 1 点的短路电流和短路容量 37kV 1c U 1 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值 5 0 200 100 1 ocd SSX 绘 K 1 点的短路等效电路图 如图 6 3 a 所示 并计算其总电抗标幺值 73 0 2 1 1 XXX K 2 计算 K 1 点的三相短路电流和短路容量 K 1 点所在电压级的基准电流为 第第 2222 页页 共共 4646 页页 1 1 100 1 56 33 37 d d d S IkA U K 1 点短路电流各值 37 1 73 0 11 1 1 K K X I 111 1 56 1 372 14 KdK II IkA 1 2 552 55 2 145 46 shK iIkA MVA X S S K d K 13737 1 100 1 1 2 求 K 2 点的短路电流和短路容量 2 6 3 c UkV 1 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值 5 0 200 100 1 ocd SSX 绘 K 2 点的短路等效电路图 如图 6 3 b 所示 并计算其总电抗 21234 1 19 0 50 231 325 2 K XXXXX 2 计算 K 2 点的三相短路电流和短路容量 K 2 点所在电压级的基准电流为 1 1 100 9 16 336 3 d d d S IkA U K 2 点短路电流各值 2 2 11 0 755 1 325 K K I X 212 9 16 0 7556 92 KdK II IkA 2 2 552 55 6 9217 65 shK iIkA 2 2 1000 75575 5 d K K S SMVA X a K 1 点的短路等效电路图 b K 2 点的短路等效电路图 图 6 3 最大运行方式下的短路等效图 同理可其它各车间二次侧的短路电流 计算结果见表 6 1 3 短路电流计算结果 表 6 1 三相短路电流计算结果表 短路计算点 运行 方式 三相短路电流 kA 三相短路容量 MVA 第第 2323 页页 共共 4646 页页 kI II sh i sh IkS 最大2 142 142 145 463 23137 K 1 最小1 951 951 954 972 94125 最大6 926 926 9217 6510 4575 5 K 2 最小6 56 56 516 589 871 最大27 4227 4227 4269 9241 419 K 3 最小27 1327 1327 1369 1840 9718 8 最大15 5915 5915 5939 9723 510 8 K 4 最小15 4415 4415 4439 3723 310 7 最大17 3217 3217 3244 1726 212 K 5 最小17 0317 0317 0343 4325 711 8 最大10 2510 2510 2526 1415 57 1 K 6 最小10 310 310 326 2715 67 14 最大4 584 584 5811 686 9250 K 7 最小4 394 394 3911 196 6348 二 二 一次设备的选择与校验一次设备的选择与校验 1 一次设备选择及校验的条件 共配电系统中的电气设备是在一定的电压 电流 频率和工作环境条件下工作的 电气设备的选择 除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外 还应满足在短路故 障时不至损坏的条件 开关电气还必须具有足够的断流能力 并适应所处的位置 环 境温度 海拔高度 以及防尘 防火 防腐 防爆等环境条件 一 电气设备的选择应遵循以下 3 个原则 1 按工作环境及正常工作条件选择电气设备 2 按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定 3 开关电器断流能力校验 二 一次设备选择校验见表 6 2 为了保证一次设备安全可靠的运行 必须按下列条件选择和校验 1 按正常工作条件 包括电压 电流 频率 开断电流等选择 2 按短路条件 包括动稳定和热稳定来校验 3 考虑电气设备运行的环境条件如温度 湿度 海拔以及有无防尘 防腐 防火 防爆等要求 4 按各类设备的不同特点和要求进行选择 表 6 2 一次设备的选择和校验项目 第第 2424 页页 共共 4646 页页 短路电流校验 一次设 备名称 额定电 压 V 额定电 流 A 开断电 流 kA 动稳 定 热稳 定 环境 条件 其他 高压熔 断器 高压隔 离开关 操作性能 高压断 路器 操作性能 电流互 感器 二次负载 准确级 电压互 感器 二次负荷 准确级 支柱绝 缘子 母线 备注 表中 表示必须校验项目 表示不必校验项目 无任何标记 的一般不用校验 三 按正常工作条件选择 1 环境条件 户内 户