高压供电系统的电气设计机械厂.doc

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设计说明书课 题 名 称： 某机械厂变配电所的电气设计 姓 名： 专 业： 班 级： 起 止 日 期： 2011/2012第二学期 指 导 教 师： 设计说明书（学生填写）题目： 某机械厂变配电所的电气设计 目录第一章：前言5第二章：设计摘要6第三章：供电系统主接线设计方案7 1.主接线的设计原则72.电负荷的分级73.供电电源7 4.主接线的设计和论证8 5.结论10第四章：1.总平面图及电力分布图112.降压变电所的电气设计123.总降压变电所主接线图13第五章：1.主变压器容量和车间变电所位置和变压器数量的选择142.厂区高压配电线路的计算153.电力变压器的选择15第六章： 1.短路电流计算17 2.电气设备选择18 第七章： 1.防雷与接地21 2. 继电保护的选择与整定21论文谢辞25毕业总结27参考文献29第一章前言根据国家教育部的要求，高等学校毕业生在毕业前要进行毕业实习和毕业设计或撰写论文（统称毕业环节），这是高等教育不可或缺的一个重要环节。毕业环节注重理论与实践相结合，将课堂学到的知识与实际工作中的问题结合起来，培养学生解决实际问题的能力，同时也增强了学生适应实际工作的能力，是迈向实际工作岗位前的一次重要演练。电能是现代工业生产的主要能源和动力，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。因此，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。因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大意义，工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。工厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况.解决对各部门的安全可靠，经济技术的分配电能问题其基本内容有以下几方面：进线电压的选择，变配电所位置的电气设计，短路电流的计算及继电保护，电气设备的选择，车间变电所位置和变压器数量、容量的选择，防雷接地装置设的作用。第二章1.设计题目：某机械厂高压供电系统的电气设计2.设计摘要：高压供配电系统的主要组成部分是变、配电所，其一次接线（即主接线）主要是指变、配电所内各设备和线路的连接图，所以高压供配电系统主接线又称为变、配电所主接线，研究的内容也主要是变、配电所的主接线方案。建筑高压供配电系统所包含的变电所和配电所为生产和生活提供安全、稳定的电源。 区域变电所的供电电压等级一般是35220 kV，通过企业总降压变电所或者城区变电所将电压降为610 kV，然后输送到小区变电所或者厂区、车间变电所（配电所），再将电压降为380/220 V，供企业或民用建筑的用户使用。建筑高压供配电系统一般是从城市电力网取得高压10 kV作为电源供电，然后将电能分配到各用电负荷处。电源和负荷之间用各种设备(变压器、变配电装置和配电箱)、元件(导线、电缆、开关等)连接起来，组成建筑物的供配电系统。3.设计任务与要求：1通过经济和技术论证确定进线电压的选择。2确定变配电所的位置与型式，画出电气主接线图。3计算短路电流，选择主变电所一次设备的型号。4主变电所继电保护的选择与整定。5选择防雷和接地装置。6写出字数为6000以上的设计说明书。要求学生具有工厂变配电所电气设计和画电气主接线图的能力；具有初步的设计和收集资料、查阅手册、分析对比的独立工作能力。其目的是按照培养目标进行一次技术员基本能力的全面的系统的严格的训练。第三章1.供配电系统的主接线形式和遵循的原则:形式：供配电系统的主接线形式有线路变压器组接线、单母线接线、双母线接线和桥式接线。遵循原则：（1） 可靠性（2） 稳定性（3） 灵活性（4） 方便性（5） 经济性（6） 扩展性2.电力力负荷分级：一级负荷，二级负荷，三级负荷。3. 供电电源(1) 一级负荷的供电电源应符合下列规定： 一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。 一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。下列电源可作为应急电源：n 独立于正常电源的发电机组。n 供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。n 蓄电池。n 干电池。根据允许中断供电的时间可分别选择下列应急电源：v 允许中断供电时间为15 s以上的供电，可选用快速自启动的发电机组。v 自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间的，可选用带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路。v 允许中断供电时间为毫秒级的供电，可选用蓄电池静止型不间断供电装置、蓄电池机械贮能电机型不间断供电装置或柴油机不间断供电装置。v 应急电源的工作时间应按生产技术上要求的停车时间考虑。当与自动启动的发电机组配合使用时，不宜少于10 min。 （2） 二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6 kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。（3） 三级负荷的供电系统对电源没有特别的要求。4. 35KV进线和10KV进线的技术论证： 由于地区变电所仅能提供35 kV或10 kV中的一种电压，对装两种电压的优缺点扼要分析如下:（1）供电电压的选择的比较 方案一：采用35 kV电压供电的特点 供电电压较高，线路的功率损耗及电能损耗小，年运行费用较低； 电压损失小，调压问题容易解决； 对cos的要求较低，可以减少提高功率因数补偿设备的投资； 需建设总降压配电所，工厂供电设备便于集中控制管理，易于实现自动化，但要多占一定的土地面积； 根据运行统计数据，35 kV架空线路的故障率比10 kV架空线路的故障率低一半，因而供电可靠性高； 有利于工厂进一步扩展。方案二：采用10 kV电压供电的特点 不需投资建设总降压变电所，所以少占土地面积； 工厂内不装设主变压器，可简化接线，便于运行操作； 减轻维护工作量，减少管理人员； 供电电压较35 kV低，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也会增大； 要求的cos值高，要增加补偿设备的投资； 线路的故障率比35 kV的高，即供电可靠性不如35 kV。（2）经济技术指标的比较方案一：正常运行时以35 kV单回路架空线路供电，由邻厂10 kV电缆线路作为备用电源。根据全厂计算负荷计算情况，S30=4485 kVA，且只有少数负荷为二级负荷，大多数为三级负荷，故拟厂内总降压变电所装设一台容量为5000 kVA的变压器，型号为SJL15000/35型，电压为35/10 kV，查产品样本，其有关技术参数为：P0=6.9 kW,PK=45 kW,UK%=7,I0%=1.1,变压器的功率损耗为：有功功率损耗PTP0+PK(S30/SN)2=6.9+45(4485/5000)2=43.1(kW)无功功率损耗QTQ0+QN (S30/SN)2= 336.6(kvar)35 kV线路功率等于全厂计算负荷与变压器损耗之和。P30=P30+PT=4087+43.1=4130.1(kW)Q30=Q30+QT=1995.6(kvar)S30=（P230+Q230）=4587(kvar)cos=P30/S30=4130.1/4587=0.90I30=S30/ ( 3UN)=75.67(A)考虑到本厂负荷的增长是逐渐的，为了节约有色金属的消耗量，按允许发热条件选择导线截面，而未采用经济电流密度选择导线截面。 查有关手册或新产品样本，选择钢芯铝绞线LGJ35，其允许电流为170AI30=75.67A,满足要求。该导线单位长度电阻R0=0.85 /km,单位长度电抗X0=0.36 /km。方案二：采用10 kV电压供电，厂内不设总降压变电所，即不装设变压器，故无变压器损耗问题。此时，10 kV架空线路计算电流为I30=S30/(3UN)=258.36(A)而cos=P30/S30=4087/4475=0.9130.95不符合要求。为使两个方案在同一基础上进行比较，也按允许发热条件选择导线截面。选择LGJ-70钢芯铝绞线，其允许载流量为275 A， R0=0.46 /km, X0=0.365 /km。10 kV线路电压损失为（线路长度l=6 km）U=(P30lR0+Q30lX0)/UN=(408760.46+165960.365)/10=1491.3(V)U%=U/UN100=1491.3/(10103)100=14.9%5%不符合要求。在上述各表中，变压器全年空载工作时间为8760 h；最大负荷利用小时Tmax=4000 h;最大负荷损耗小时可由Tmax=4500h和cos=0.9，查有关手册中Tmax关系曲线，得出=2300 h;为电度电价35 kV时,=0.3元/（kWh）；10 kV时，=0.37元/(kWh)。5.结论：在上述各表中，变压器全年空载工作时间为8760 h；最大负荷利用小时Tmax=4000 h;最大负荷损耗小时可由Tmax=4500h和cos=0.9，查有关手册中Tmax关系曲线，得出=2300 h;为电度电价35 kV时,=0.3元/（kWh）；10 kV时，=0.37元/(kWh)。所以选择35KV的进线较为合适。第四章 1.总平面图及电力布线图：2.降压变电所的电气设计根据前面已确定的供电方案，结合本厂厂区平面示意图，考虑到总降压变电所尽量接近负荷中心，且远离人员集中区，不影响厂区面积的利用，有利于安全等因素，拟将总降压变电所设在厂区东北部，如图3.16所示。根据运行需要，对总降压变电所提出以下要求： （1） 总降压变电所装设一台5000 kVA、35/10 kV的降压变压器，与35 kV架空线路接成线路变压器组。为便于检修、运行、控制和管理，在变压器高压侧进线处应设置高压断路器。（2） 根据规定，备用电源只有在主电源线路解列及变压器有故障或检修时才允许投入，因此，备用10 kV电源进线断路器在正常工作时必须断开。（3） 变压器二次（10 kV）设置少油断路器，与10 kV备用电源进线断路器组成备用电源自动投入装置（APD）。当工作电源失去电压时，备用电源立即自动投入。（4） 变压器二次10 kV母线采用单母线分段。变压器二次侧10 kV接在分段上，而10 kV备用电源接在分段上。单母线分段联络开关在正常工作时闭合，重要二级负荷可接在母线分段上。在主电源停止供电时，不至于使重要负荷的供电受到影响。（5） 本总降压变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。当主电源停电时，操作电源不至于停电。3.以上要求设计总降压变电所的主接线如图3.17所示、第五章1.主变压器容量和车间变电所位置和变压器数量的选择选择变电所主变压器容量时应遵守下列原则：（1） 仅装一台主变压器的变电所主变压器的额定容量SNT应满足全部用电设备总视在计算负荷S30的需要，即SNTS30。（2） 装有两台主变压器且为暗备用的变电所所谓暗备用，是指两台主变压器同时运行，互为备用的运行方式。此时，每台主变压器容量SNT应同时满足以下两个条件： 任一台变压器单独运行时，可承担60%70%的总视在计算负荷S30，即SNT=（0.60.7）S30 任一台变压器单独运行时，可承担全部一、二级负荷S30(+),即SNT=S30(+)。（3） 对接有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，可保证一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。（4） 对只有二级负荷的变电所，如果低压侧有与其他变电所相联的联络线作为备用电源，也可采用一台变压器。（5） 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的变电所，可采用两台变压器，实行经济运行方式。（6） 对负荷集中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或两台以上变压器，以降低单台变压器容量。（7）车间变电所的位置、变压器数量和容量可根据厂区平面布置图提供的车间分布情况和车间负荷的中心位置、负荷性质、负荷大小等，结合各项选择原则，与工艺、土建有关方面协商确定。本厂拟定车间变压器的数量为一台。另外，在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑未来510年负荷的增长。2.厂区高压配电线路的计算为便于管理，实现集中控制，尽量提高用户用电的可靠性，在本总降压变电所馈电线路不多的前提条件下，首先考虑采用放射式配电方式，如图3.16所示。由于厂区面积不大，各车间变电所与总降压变电所距离较近，厂区高压配电网采用直埋电缆线路。由于线路很短，电缆截面按发热条件进行选择，然后进行热稳定度校验。以一车间变电所T1为例，选择电缆截面。根据提供的一车间视在计算功率S30(1) =504 kVA，其10 kV的计算电流为I30(1)=S30(1)/(3UN)=504/(310)29.1(A)查有关产品样本或设计手册，考虑到为今后发展留有余地，选用ZLQ20325型铝芯纸绝缘铝包钢带铠装电力电缆，在UN=10 kV时，其允许电流值为80 A，大于计算电流值，合格。因厂区不大，线路很短，线路末端短路电流与始端短路电流相差无几，因此接10 kV母线上短路时（k-2点）的短路电流进行校验,得Smin=I/ctima=3.32103/870.7=18.7 mm225 mm2合格其他线路的电缆截面选择类似，其计算结果（省）3. 电力变压器的选择目前，变电所广泛使用的双绕组三相电力变压器都采用R10容量系列的降压变压器（配电变压器）。这种变压器按调压方式可分为无载调压和有载调压两大类；按绕组绝缘及冷却方式可分为油浸式、干式和充气式（SF6）等，其中油浸式变压器又可分为油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。现场使用的610 kV配电变压器多为油浸式无载调压变压器。近年来，D,yn11联接的配电变压器已开始得到了推广应用。与Y,yn0联接的变压器相比，D，yn11联接的变压器有以下特点：（1） D,yn11联接变压器的3n次（n为正整数）谐波励磁电流仅在其三角形接线的一次绕组内（高压侧）形成环流，不至注入公共的高压电网中去，这较之Y，yn0联接的变压器更有利于抑制高次谐波电流。（2） D，yn11联接变压器的零序阻抗较Y，yn0联接变压器的小得多，故低压侧单相接地短路电流比Y，yn0联接变压器大得多，因而有利于低压侧单相接地短路故障的保护和切除。（3） D，yn11联接变压器承受不平衡负荷的能力远大于Y，yn0联接变压器。Y，yn0联接变压器要求中性线电流不超过二次绕组额定电流的25%，严重制约接用单相负荷的容量，而D，yn11联接变压器低压侧的中性线电流允许达到相电流的75%以上，因此，对负荷不平衡的供电系统来说，优先选用D, yn11联接的变压器。（4） D, yn11联接变压器一次绕组的绝缘强度是按线电压来设计的，这是因为其一次侧发生单相接地短路时，其他两相电压将升高为线电压，而Y，yn0联接变压器一次绕组的绝缘强度是按相电压来设计的，因此，D，yn11联接变压器的制造成本高于Y，yn0联接变压器。第六章1.短路电流计算 短路电流按系统正常方式计算，其计算电路图如图3.18所示。3-2按照短路电流的标幺制法进行计根据计算电路作出计算短路电流的等效电路图如附图3-2所示1、 求各元件电抗（用标幺制法计算） 设基准容量 Sd=100MVA 基准电压 Ud1=37kv,Ud2=10.5kA 而基准电流 Id1=Sd/ Ud1=100/ *371.56kA Id2=Sd/ Ud2=100/ *10.5=5.50kA a、 电力系统电抗 当S（3）km =1000MVA时，X * max=Sd/S3 km =100/1000=0.1 当S3 km =500MVA时，X* 1m =Sd/S3 km =100/500=0.2 b、 架空线路电抗 X* 2=X0lSd/U2 d1=0.36*6*100/372 =0.1578 c、 主变压器电抗 X* 3=Uk%Sd/100SN=7*100*102/100*5000=1.4 2、 k-1点三相短路电流计算 系统最大运行方式时，总电抗标幺值 X* k- =X* 1ma+X* 2=0.1+0.1578=0.2578 系统最小运行方式时，总电抗标幺值 X*（ =X* 1mi +X* 2=0.2+0.1578=0.3578 因此，系统最大运行方式时，三相短路电流及短路容量各为 I（3）k-1 =Id1/X*k- =1.56/0.2578=6.05kA I3 （k =I3 k-1=I3 k-1=6.05kA i3 sh =2.55I3 k- =2.55*6.05=15.43kA S3 k-1=Sd/X*k- =100/0.2578=387.9MVA 而最小运行方式时，三相短路电流及短路容量各为 I（3）k-1=1.56/0.3578=4.36kA I3sh =I3k =I 3k- =4.36kA i3sh=2.55I3k- =2.55*4.36=11.12kA S3k- =Sd/Z*k- =100/0.3578=279.49MVA 3、 k-2点三相短路电流的计算 系统最大运行方式时 X* （k =X* 1ma +X* 2=X* 3=0.1+0.1578+1.4=1.6578 系统最小运行方式时 X* （k =X* 1mi+X* 2+X* 3=0.2+0.1578+1.4=1.7578 因此，三相短路电流及短路容量各为 I（3） k- =Id2/X*k- =5.50/1.6578=3.32kA I3k-=Id2/X*k- =5.50/1.7578=3.13kA I3 k =I3 k- =I3 k-2=I3 k-2=3.32kA I3 =I3 k =I3k- =3.13kA i3 sh =2.55I3 k- =2.55*3.32=8.47kA S3 k-2=Sd/X*k- =100/1.6578=60.32MVA 上述短路电流计算结果.2.电气设备选择据上述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况校验确定的总降压变电所高、低压电气设备如下:(1) 主变压器35 kV侧电气设备。 设备名称及型号计算数据高压断路器SW2-35/100隔离开关JDJJ-35电压互感器LCW-35电流互感器LCW-35避雷器/（MVA）U=35kv35kv35kv35kv35kv35kvI30=SN/ UN1=82.48A1000