工厂变电所配电系统及设计

河北理工大学轻工学院 QINGGONG COLLEGE HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕毕业业设设计计说说明明书书 设计题目 工厂变电所配电系统及设计设计题目 工厂变电所配电系统及设计 学生姓名 王晓川学生姓名 王晓川 学学 号号 专业班级 专业班级 学学 部 信息科学与技术部部 信息科学与技术部 指导教师 指导教师 2010 年 06 月 15 日 I 摘摘 要要 该工厂车间用电设备均为二级负荷 要求不间断供配电 停电时间过长将会造成产品报废 主要 设备损坏 所以采用双电源引入该厂 从距该厂1 5 KM处引入一路 10 KV电压等级电源 C和从该1 KM 处引入一路 10KV电压等级电源 D 为确保全厂供配电的安全 可靠 优质 经济 故全厂建设两个变电所 10 KV电源C承担一号 负 荷 10 KV电源B承担二号变电所负荷 考虑工厂的二期工程发展 在变电所内预留发展位置 变电所内断路器均用户内少油型断路器 采用电磁操动机构 二次采用继电保护 无功功率补偿 采用低压集中自动补偿方式 低压系统采用TN C S系统 关关键键词词 供配电 负荷计算 无功补偿 变压器 断路器 继电保护 II AbstractAbstract The acreage of the construction is not very big the factory has many workshops and the load of each workshop is relative centralism the distance of transmission is short The main workshops and the appurtenance is two kind of loads This factory requires uninterrupted power supply once the power off time of the factory is long the productions will be scrapped and the main equipments will be broken down so this design uses double power sources to introduce this enterprise C is from it s 1 5km place an introduction group 10 KV voltage rank power source and D is from it s 1km place an introduction group 10KV voltage rank power source For firmly preserves the factory power supply is security reliable high quality and economy therefore the design uses a total relief substation and two independent workshop substations power C assume to the first workshop power D substations assume to the second workshop Considering the development of the factory this design has obligated the location for the development in the substations In transformer substation the circuit breaker all use the few oil indoors high pressure circuit breaker The high pressured circuit breaker uses the electromagnetism to hold the drive mechanism The reactive power compensates selects the low pressure centralism automatic compensation method the low pressure system uses the TN C S system Key words for the power distribution the load computation the transformer the reactive power compensates circuit breaker relay protection 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 目录 摘 要 I ABSTRACT II 0 绪论 1 1 设计要求和概述 2 1 1 工程设计概述 2 1 2 计算范围 2 1 3 设计步骤 2 1 4 设计结果 3 2 设计原始资料和设计依据 4 2 1 全厂用电设备负荷情况 4 2 2 电源情况 4 2 3 设计依据 4 3 电源及主接线方案选择 6 3 1 电源选择方案介绍 6 3 1 1 电源选择方案 6 3 1 2 方案比较及确定电源选择方案 6 3 2 变电所主接线方案介绍 6 3 2 1 方案 1 介绍 8 3 2 3 方案比较 10 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 I 4 全厂负荷分配 11 5 全厂负荷计算 12 6 功率补偿及变压器选择 15 6 1 变电所的功率补偿 15 6 1 1 一号变压器的功率补偿 15 6 1 2 二号变压器的功率补偿 16 6 2 变电所的功率补偿及变压器选择 18 7 短路电流计算 20 7 1 短路计算电路 20 7 2 计算各短路点的短路电流 20 7 2 1 计算短路电流中各主要元件的电抗标幺值 20 7 2 2 短路计算等效电路图 21 7 2 3 计算各短路点的三相短路电流和短路容量 22 8 电气设备和导线的选择与校验 25 8 1 高压断路器选择 25 8 1 1 10KV 断路器 QF1 选择 25 8 1 2 10KV 断路器 QF2 选择 25 8 1 3 10KV 高压断路器 QF3 QF4 QF5 选择 26 8 2 电流互感器选择 28 8 3 电压互感器选择 31 8 4 熔断器选择 32 8 5 避雷器选择 32 8 6 导线选择 32 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 II 8 7 各车间电缆及设备选型 33 8 8 箱柜的选型 36 8 8 1 高压柜的选择 36 8 8 2 低压柜的选择 36 9 变电所二次回路和自动装置 37 9 1 二次回路概述 37 9 2 操作电源 37 9 3 高压断路器控制回路 37 9 3 1 高压断路器控制回路的要求 37 9 3 2 电磁操动机构的断路器控制回路 37 9 4 测量和绝缘监视回路 39 9 4 1 变配电装置中 测量仪表的配置 39 9 4 2 电气测量与电能计量的设计原则 39 9 4 3 电气测量仪表和电能计量仪表的安装条件 41 9 5 自动重合闸装置 ARD 41 9 6 对继电保护装置的基本要求 42 9 7 10KV 系统中配置的继电保护 43 10 变电所灯具布置 46 11 变电所防雷 48 结束语 49 参 考 文 献 50 致 谢 51 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 III 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 0 页 共 51 页 0 绪论 电力行业是国民经济的基础工业 它的发展直接关系到国家经济 建设的兴衰成败 它为现代工业 农业 科学技术和国防提供必不可 少的动力 电力系统规划设计及运行的任务是 在国民经济发展计划 的统筹安排下 合理开发 利用动力资源 用较少的投资和运行成本 来满足国民经济各部门及人民生活不断增长的需要 提供可靠充足 质量合格的电能 所以在本次设计中选择变电站电气部分的初步设计 是为了更多的了解现代化变电站的设计规程 步骤和要求 设计出比 较合理变电站 电能既易于由其它形式的能量转换而来 又易于转换为其它形式的能量以供应用 电 能的输送的分配既简单经济 又便于控制 调节和测量 有利于实现生产过程自动化 因此 电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛 在工厂里 电能虽然是工业生产的主要能源和动力 但是它在产品成本中所占的比 重一般很小 除电化工业外 电能在工业生产中的重要性 并不在于它在产品成本 中或投资总额中所占的比重多少 而在于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 如何正确地计算选择各级变电站的变压器容量及其它主要电气设备 这是 保证企业安全可靠供电的重要前提 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工作要很好地为工业生产 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 此外 在供电工作中 应合理地处理局部和全局 当前和长远等关系 既要照顾局部 的当前的利益 又要有全局观点 能顾全大局 适应发展 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 1 页 共 51 页 根据设计要求的任务 在本次设计中主要通过负荷统计 负荷计 算 方案比较 供电方式确定 短路电流计算 电气设备选择与继电 保护整定以及防雷接地等内容 使我对四年来所学的知识更进一步的 巩固和加强 并从中获得一些较为实际的工作经验 由于在设计中查 阅了大量的相关资料 所以开始逐步掌握了查阅 运用资料的能力 又可以总结四年来所学的电力工业的部分相关知识 为我们日后的工 作打下了坚实的基础 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 2 页 共 51 页 1 设计要求和概述 1 1 工程设计概述 该工程占地面积较小 车间较多 但各车间之间负荷相对集中 输电距离较近且 主要车间及附属设备均为二级负荷 要求不间断供配电 停电时间过长将会造成产品 报废 主要设备损坏 所以采用双电源引入该厂 距该企业 1 5KM 处一个 10Kv 电压 等级电源 C 和距该企业 1KM 处一个 10Kv 电压等级电源 D 为确保全厂供配电的安全 可靠 优质 经济 故全厂建设一个变电所 10 KV 电源 C 承担一号变压器所带负荷 10 KV 电源 D 承担二号变压器所带负荷 考虑工厂 的二期工程发展 在变电所内预留发展位置 变电所内断路器均用户内少油型断路器 采用电磁操动机构 二次采用继电保护 无功功率补偿采用低压集中补偿方式 低压系统采用 TN C S 系统 1 2 计算范围 1 确定全厂的计算负荷 2 确定主变电所 车间变电所的形式 变压器的台数及容量 3 确定全厂的配电系统及配电形式 4 计算短路电流及选择主要电器设备 5 确定无功功率补偿装置 6 确定变配电所的保护方式 7 确定总配电所及车间配电所的平 立 剖面图以及布置图 8 确定变配电所的接地 照明装置 1 3 设计步骤 1 负荷的计算 根据给出的车间负荷明细表 确定全厂的计算负荷 2 方案选择 根据给出的配电电源 配电的技术指标和经济指标 提出可能的配电 方式 并加以比较与选择 其中技术指标以配电可靠性 灵活性 安全性为主要内容 3 短路电流的计算 在方案论证的条件下 确立最佳方案 做出初步设计 根据 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 3 页 共 51 页 初步设计的主接线图 确定短路点 并计算三相短路电流 4 根据初步设计 确定变压器的台数 容量 测量 计量 继保等电器设备 仪 表 同时对这些设备进行校核 5 选择无功补偿的方式 确定无功补偿的设备 个数及其控制 给出相应的放电 设备 6 照明灯具的选择 布置 7 变配电所防雷等级计算 1 4 设计结果 1 计算说明书 2 总变电所 车间变电所系统图 结构图 3 总变电所二次原理图 4 总变电所平面图 立剖面图 5 总变电所平面图接地 防雷图 6 总变电所照明布置图 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 4 页 共 51 页 2 设计原始资料和设计依据 2 1 全厂用电设备负荷情况 根据提供的资料 本厂用电设备属于长期连续负荷 要求不间断供配电 停电时 间过长将会造成产品报废 主要设备损坏 全厂停电将造成严重的经济损失 故在设 计中 将主要车间及附属设备考虑为二级负荷 2 2 电源情况 1 距该企业 3KM 处一个 35Kv 电压等级线路提供电源 A 系统电源容量在最大运 行方式下为 在最小运行方式下 Gmax S1000MVA Gmin S350MVA 2 距该企业 4KM 处一个 35Kv 电压等级线路提供电源 B 系统电源容量在最大运 行方式下为 在最小运行方式下 Gmax S1000MVA Gmin S350MVA 3 距该企业 1 5KM 处一个 10Kv 电压等级线路提供电源 C 系统电源容量在最大 运行方式下为 在最小运行方式下 Gmax S260MVA Gmin S100MVA 4 距该企业 1KM 处一个 10Kv 电压等级线路提供电源 D 系统电源容量在最大运 行方式下为 在最小运行方式下 Gmax S260MVA Gmin S100MVA 5 功率因数 35Kv 电源要求功率因数大于 0 96 10Kv 电源要求功率因数大于 0 92 4 供电电价为两部电价 基本电价 按变压器容量计算 4 元 KVA 电度电价 35KV 供电时电价为 0 80 Kwh元 10KV 供电时电价为 0 85 Kwh元 5 气象及其他资料 最热月份平均气温 28 度 冰冻层厚度 0 7m 最热月份平均地温 15 度 地下水位 1 5m 土地性质 粘土 海拔高度 50m 主导风向 西北 冬 东南 夏 年雷暴日 25 日 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 5 页 共 51 页 2 3 设计依据 1 10KV 及以下变电所设计规范 GB50053 94 2 民用建筑电气设计规范 JGJ T 16 92 3 低压配电设计规范 GB 50054 95 4 供配电系统设计规范 GB 50052 95 5 民用建筑照明设计标准 GBJ 133 90 6 工业企业照明设计标准 GB 50034 92 7 建筑物防雷设计规范 GB 50057 94 8 98 系列建筑标准设计图集 98D 9 35KV 110kV 变电所设计规范 GB 50059 92 3 电源及主接线方案选择电源及主接线方案选择 3 1 电源选择方案介绍 距离企业附近往往有多条可用电源 可以根据电源的电压等级和距离企业的距离 电 价等多种因素考虑选用合适的电源来达到经济 可靠的目的 3 1 13 1 1 电源选择方案电源选择方案 第一方案 选择距该企业 3KM 处一个 35Kv 电压等级线路提供电源 A 和距该企业 4KM 处一个 35Kv 电压等级线路提供电源 B 为供电电源 第二方案 选择距该企业 1 5KM 处一个 10Kv 电压等级线路提供电源 C 和距该企 业 1KM 处一个 10Kv 电压等级线路提供电源 D 为供电电源 3 1 2 方案比较及确定电源选择方案 究竟采用哪一级供电电压 主要取决于以下 3 个方面的因素 1 电力部门所能提供的电源电压 2 企业负荷大小及距离电源线路的远近 3 企业的大型设备的额定电压决定了企业的供电电压 方案一 采用两个 35Kv 的电源供电 电源 A B 各负荷一台 35Kv 变压器 其下 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 10 页 共 51 页 一级设有 10Kv 变压器 方案二 采用两个 10Kv 的电源供电 电源 C D 直接各负荷一台 10Kv 变压器 根据 供配电技术 表 4 1 中 4 电源均符合输送功率和输送距离的要求 方案一 优点是电价较低 但距离企业较远 线路损耗较大 又要用到多个不同级的变压器 造成初投资和运行费较高 方案 2 只用到 10Kv 变压器 电源距企业较近 维修和运行 简单 所以选择方案 2 这种方案适合全厂需求 初投资和以后的运行费用都比较低廉 且可靠性相对较高 本企业无大型高压设备 所以综合 3 个指标 全厂供电系统电源 选择方案采用方案二 3 2 变电所主接线方案介绍 变电所的主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线 在变电所的主接线图中 将电线或电缆 电力变压器 母线 各种开关避雷器电容器等电气设备有序的连接起 来 只表示相对电气连接关系而不表示实际位置 通常用单线来表示三相系统 对变电所的主接线主要有以下几个基本要求 1 安全 主接线的设计应符合国家标准有关技术规范的要求 能充分保证人身和 设备的安全 2 可靠 应满足用电单位对供电可靠性的要求 3 灵活 能适应各种不同的运行方式 操作检修方便 4 经济 在满足以上的前提要求下 主接线设计应简单 投资少 运行管理费用 低 一般情况下 应考虑节约电能和有色金属的消耗量 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 1 线路 变压器组接线 当只有一路电源供电和一台变压器的时可采用 由于接线 简单 所用电气设备少 配电装置简单 节约投资等优点 但当该单元中任一设备发 生故障或检修时 变电所全部停电 可靠性不高 所以线路 变压器组接线方式只适用 于小容量三级负荷 小型企业和非生产性用户 2 单母线接线 母线又称汇流排 用于汇集和分配电能 单母线接线又可分为单 母线不分段和单母线分段两种 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 10 页 共 51 页 单母线不分段接线 当只有一路电源进线时 常用这种接线 每路进线和出线装 设一只隔离开关和断路器 当电源线路 母线或母线隔离开关发生故障或检修时 全 部用户供电中断 所以这种接线方式适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 单母线分段接线 当有双电源供电时 常采用单母线分段接线 可采用隔离开关 或短路器分段 隔离开关因操作不便 目前以已经不采用 单母线分段接线可以单独 运行 也可以并列同时运行 3 桥式接线 所谓桥式接线是指在两路电源进线之间跨接一个断路器 犹如一座 桥 断路器跨接在进线断路器的内侧 靠近变压器 称为内桥式接线 若断路器跨接 在进线断路器的外侧 靠近电源侧 称为外桥式接线 其适用范围为有两路电源供电 及两台变压器的情况 综合考虑以上因素 经过认真分析讨论 提出以下两种主接线图的设计方案 具 体如下 3 2 1 方案 1 介绍 本变电站有两路电源同时供电 所以应该采用双回路电源进线 方案 1 采用低压 单母线分段接线 主接线图如图所示 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 10 页 共 51 页 图 1 1 号方案主接线图 1 号方案是通过从两个电源进线 设两台 10kV 变压器 两台 10kV 变压器 为两 段低压母线提供 0 4kV 供电 在 0 4kV 低压母线上做母线联络 1 号方案的优点是经济 整个系统使用安全 各变电所相对独立 系统简单 有一 定可靠性 能满足可靠性要求 缺点是 10kV 母线无联络 自闭母线和贯通母线可靠性 低 3 2 2 方案 2 介绍 由于本变电所有两路电源同时供电 所以应该采用双回路电源进线 方案 2 一 二次侧均采用母线分段主接线 由于进线开关和母线分段开关均采用了断路器控制 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 10 页 共 51 页 操作十分灵活 供电可靠性较高 适用于一 二级负荷供电 方案 2 如图所示 图 2 2 号方案主接线图 2 号方案也是通过从两个电源进线 设两台 10kV 变压器 两台 10kV 变压器 为两段低压母线提供 0 4kV 供电 并且 2 号变电所的左右 0 4kV 低压母线上 做母线联络 为低压设备提供可靠供电 除此之外 2 号方案在 10kV 的主母线上做母 线联络 不仅提高了 2 号变电所的供电可靠性 而且提高了自闭母线和贯通母线的供 电可靠性 2 号方案的优点是整个系统安全性较高 并且可靠性能进一步提高 尤其提高自闭 母线的供电可靠性意义重大 此方案可大大提高其安全稳定运行 缺点是系统相对复 杂和接线复杂使经济上的投入有了一定的增加 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 10 页 共 51 页 3 2 3 方案比较 对以上提出的两种方案进行比较讨论 在安全性方面 两套方案不相上下 都能保证系统运行的安全 在可靠性方面 2 号方案要略优于 1 号方案 因为 2 号方案在 1 号方案的基础上增 加了一次侧母线联络 可靠性得到提高 在使用灵活性方面 2 号方案要优于 1 号方案 因为 2 号方案的电源转换和故障切 换均可以在高压部分的一号变电站处的母线连接中实现 也可以在低压部分实现 这 样的使用灵活 方便 在经济性方面 1 号方案有优势 1 号方案在保证了可靠性的同时在 10kV 处比 2 号方案少了一个母线连接的高压柜 节省了部分资金 其它方面双电源进线独立变电所的主接线采用一 二次侧单母线分段接线 这种 接线适用于有一 二级负荷的企业 变电所有两台或两台以上变压器 双回路电源进 线高压侧采用单母线分段后 供电可靠较高 操作灵活方便 综合以上五个方面的考虑 结合实际设计中的各方面的需求 最终选择使用 2 号 方案的设计 作为该企业供电系统的主接线图 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 11 页 共 51 页 4 全厂负荷分配全厂负荷分配 根据全厂负荷大小 负荷类型和各车间所处地理位置 以及考虑到变压器的容量 将全厂负荷分配于二个变压器 具体全厂负荷分配如下 表1 全厂负荷分配表 序号序号车间及设备名称车间及设备名称设备容量设备容量 kw 需用系数需用系数 kx 功率因数功率因数 1注塑车间6200 350 65 2磨具车间3600 16 0 20 75 3机加工车间480 0 18 1 250 5 4机修车间3850 18 0 250 5 5空压站1800 650 8 1 变压器 6锅炉房2100 730 75 7成品房1800 60 5 8原料库3400 60 86 9办公负荷2800 70 8 2 变压器 10生活负荷2600 90 9 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 12 页 共 51 页 5 全厂负荷计算 5 1 全厂各车间负荷计算 1 注塑车间 e P 620 kw kx 0 35 cos 0 65 tan 1 17 C1e P P kx 620 kw0 35 217 kw C1C1 Q P tan 217 kw 1 17 253 89 kvar 2222 C111 S 217253 89 333 99kva CC PQ 1 C1 333 99 I 507 58A 330 38 C N S U 2 磨具车间 e P 360kw kx 0 16 0 2 cos 0 5 tan 1 73 C1e P P kx 360 kw0 16 57 6kw C1C1 Q P tan 57 6kw 1 73 99 65 kvar 2222 C111 S 57 699 65 115 1kva CC PQ 1 C1 115 1 I 174 92A 330 38 C N S U 3 机加工车间 eP 480 kw kx 0 18 1 25 cos 0 5 tan 1 73 C1e P P kx 480kw0 18 86 4kw C1C1 Q P tan 86 4 kw 1 73 149 47 kvar 2222 C111 S 149 4786 4 172 64kva CC PQ 1 C1 172 64 I 262 38A 330 38 C N S U 4 机修车间 e P 385 kw kx 0 18 0 25 cos 0 tan 1 73 C1e P P kx 385 kw0 18 69 3kw C1C1 Q P tan 69 3 kw 1 73 119 89 kvar 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 13 页 共 51 页 2222 C111 S 69 3119 89 138 48kva CC PQ 1 C1 138 48 I 210 45A 330 38 C N S U 5 空压站 e P 180 kw kx 0 65 cos 0 8 tan 0 75 C1e P P kx 180 kw0 65 117kw C1C1 Q P tan 117 kw0 75 87 75 kvar 2222 C111 S 11787 75 146 25kva CC PQ 1 C1 146 25 I 222 26A 330 38 C N S U 6 锅炉房 e P 210 kw kx 0 73 cos 0 75 tan 0 88 C1e P P kx 210 kw0 73 153 3kw C1C1 Q P tan 153 3 kw0 88 134 9 kvar 2222 C111 S 153 3134 9 204 2kva CC PQ 1 C1 204 2 I 310 34A 330 38 C N S U 7 成品房 e P 180 kw kx 0 6 cos 0 5 tan 1 73 C1e P P kx 180 kw0 6 108kw C1C1 Q P tan 108 kw 1 73 186 84kvar 2222 C111 S 108186 84 215 81kva CC PQ 1 C1 215 81 I 327 98A 330 38 C N S U 8 原料库 e P 340 kw kx 0 6 cos 0 86 tan 0 6 C1e P P kx 340 kw0 6 204kw C1C1 Q P tan 204 kw0 6 122 4 kvar 2222 C111 S 204122 4 237 9kva CC PQ 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 14 页 共 51 页 1 C1 237 9 I 361 55A 330 38 C N S U 9 办公负荷 e P 280 kw kx 0 7 cos 0 8 tan 0 5 C1e P P kx 280 kw0 7 196kw C1C1 Q P tan 196 kw0 5 98kvar 2222 C111 S 19698 219 13kva CC PQ 1 C1 219 13 I 333A 330 38 C N S U 10 生活负荷 e P 260 kw kx 0 9 cos 0 9 tan 0 5 C1e P P kx 260 kw0 9 234kw C1C1 Q P tan 234 kw0 5 117 kvar 2222 C111 S 234117 261 62kva CC PQ 1 C1 261 62 I 397 6A 330 38 C N S U 全厂总计算负荷 取 K P 0 95 K q 0 97 P30 K P P30 i 0 95 21757 686 469 3 117 153 3 108204 196234 1370 47k Q30 K q Q30 i 0 97 253 8999 65 149 47 119 8987 75 134 9 186 84 122 498 117 1328 7 vark S30 2 30 2 30 QP 22 1370 471328 71908 83kva 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 15 页 共 51 页 6 功率补偿及变压器选择 6 1 变电所的功率补偿 6 1 1 一号变压器的功率补偿 一号变压器总的计算负荷 取 K P 0 95 K q 0 97 补偿前的计算负荷和功率因数 P30 K P P30 i 0 95 21757 686 469 3 117 153 3 665 57kw Q30 K q Q30 i 0 97 253 8999 65 149 47 119 8987 75 134 9 820 18 vark S30 2 30 2 30 QP 22 665 57820 181056 26kva I30 N U S 3 30 1056 26 1604 82 30 38 A COS 665 57 0 63 1056 26 变压器的功率损耗为 30 0 0150 015 1056 26158 44 T PSkw 30 0 060 06 1056 2663 38 var T QSk 变电所高压侧总的计算负荷 3030 665 57 158 44824 01 T PPPkw 3030 820 1863 38883 56 var T QQQk 2 222 303030 824 01883 561208 17SPQkva 变电所高压侧的功率因数为 30 1 30 824 01 cos0 68 1208 17 P S 按设计说明书要求 供电进线的功率因数 COS 0 92 考虑到变压器本身的无 功功率损耗 QT远大于其有功功率 PT 一般 QT 4 5 PT 因此在变压器低 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 16 页 共 51 页 压侧进行集中无功补偿时 低压侧补偿后的功率因数应略高于 0 92 现采用低压集中 补偿的方式 暂取 10KV 侧功率因数 COS 0 92 来计算 400V 侧的无功补偿容量 考虑到 10 0 4KV 变压器本身的功率损耗 故应将低压侧补偿后的功率因数提高一 些 设计中低压侧取 COS 0 95 要使低压侧 400V 功率因数由 0 68 提高到 0 95 低压侧需装设的并联电容器容 量为 Qc P30 tanarccos0 68 tanarccos0 95 665 57x tan arccos0 68 tan arccos0 95 765 92kvar 采用电容柜补偿 BW0 4 14 3W 采用三角形接法 每台电容器额定容量为 14 kvar 所需的电容器数量为 N 55 组 取 N 57 14 C Q 实际补偿量 Qc 14 57 798 kvar 低压电容器柜内利用 220V 25W 的白炽灯的灯丝电阻作为放电回路 放电白炽灯 接成星形 补偿后变电所低压侧的无功计算负荷为 Qc 820 18 798 kvar 22 18kvar 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 2222 13030 665 57 820 18798 665 88 CCN SPQnQkva 1 0 015 0 015 665 889 99 TC PSkw 1 0 06 0 06 665 8839 95 var TC QSk 230 665 579 99675 56 CT PPPkw 230 820 18798 39 9562 13 var CT QQQk 补偿后变电所高压侧的视在计算负荷为 2222 222 2 2 675 5662 13678 23 cos 0 99 CCC C C SPQkva P S 所以通过低压补偿后 满足 10KV 侧功率因数 COS 0 92 的要求 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 17 页 共 51 页 6 1 2 二号变压器的功率补偿 补偿前的计算负荷和功率因数 P30 K P P30 i 0 95 108204 196234 704 9kw Q30 K q Q30 i 0 97 186 84 122 498 117 508 51 vark S30 2 30 2 30 QP 22 704 9508 51869 18kva I30 N U S 3 30 869 18 1320 94 30 38 A COS 704 9 0 81 869 18 变压器的功率损耗为 30 0 0150 015 869 1813 04 T PSkw 30 0 060 06 869 1852 15 var T QSk 变电所高压侧总的计算负荷 3030 704 9 13 04717 94 T PPPkw 3030 508 51 52 15560 66 var T QQQk 2 222 303030 717 94560 66910 92SPQkva 变电所高压侧的功率因数为 30 1 30 717 94 cos0 79 910 92 P S 按设计说明书要求 供电进线的功率因数 COS 0 92 考虑到变压器本身的无 功功率损耗 QT远大于其有功功率 PT 一般 QT 4 5 PT 因此在变压器低 压侧进行集中无功补偿时 低压侧补偿后的功率因数应略高于 0 92 现采用低压集中 补偿的方式 暂取 10KV 侧功率因数 COS 0 92 来计算 400V 侧的无功补偿容量 考虑到 10 0 4KV 变压器本身的功率损耗 故应将低压侧补偿后的功率因数提高一些 设计中低压侧取 COS 0 95 要使低压侧 400V 功率因数由 0 79 提高到 0 95 低压侧需装设的并联电容器容 量为 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 18 页 共 51 页 Qc P30 tanarccos0 79 tanarccos0 95 704 9 tan arccos0 79 tan arccos0 95 315 37 vark 采用电容柜补偿 BW0 4 14 3W 采用三角形接法 每台电容器额定容量为 14kvar 所需的电容器数量为 N 23 组 取 N 24 14 C Q 实际补偿量 Qc 24 14 336 kvar 低压电容器柜内利用 220V 25W 的白炽灯的灯丝电阻作为放电回路 放电白炽 灯接成星形 补偿后变电所低压侧的无功计算负荷为 Qc 508 51 336 kvar 172 51kvar 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 2222 13030 704 9 508 51 336 729 67 CCN SPQnQkva 1 0 015 0 015 729 6710 95 TC PSkw 1 0 06 0 06 729 6743 78 var TC QSk 230 704 9 10 95715 85 CT PPPkw 230 508 51 336 43 78216 29 var CT QQQk 补偿后变电所高压侧的视在计算负荷为 2222 222 2 2 715 85216 29752 59 cos 0 95 CCC C C SPQkva P S 所以通过低压补偿后 满足 10KV 侧功率因数 COS 0 92 的要求 6 2 变电所的功率补偿及变压器选择 总降压变电所总的计算负荷 取 K P 0 95 K q 0 97 P K P P30 i 0 95 675 56 715 85 kw 1321 84 kw 30 Q K q Q30 i 0 97 62 13 216 29 kvar 270 08 kvar 30 S 1351 93kV A 30 2 30 2 30 QP 22 1321 84270 08 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 19 页 共 51 页 I 76 3A 30 N U S 3 30 1351 93 3 10 kV A kV COS 0 98 1321 84 1351 93 变压器型号选择 环境在温度最高月份平均气温为 且安置于室内 所以变压28 C 器实际容量为 30 2820 0 92 20001720 100 TN T SK SkvaS 正常工作时 是 2 台变压器同时承担负荷 考虑某台变压器故障 则单台变压器负载变电所全部负荷 变压器实际负荷应略小于变电 T S 所总负荷 S 在正常过负荷范围之内即可 但又考虑到工厂以后的 30 发展 所以选择略大一些的变压器 由于一号和二号的变压器负荷的 负载极为相近 所以选择两个一样的变压器 变压器型号 SC10 2000 10 额定容量 2000KV A 联结组别 Dyn11 阻抗电压 6 规格 1900mm 1050mm 2042mm 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 20 页 共 51 页 7 短路电流计算 7 1 短路计算电路 当电力系统发生短路故障时 将破环系统的正常工作或损坏电路元件 为消除或 减轻短路所造成的后果 应根据短路电流正确选择和校验电器设备 10KV 进线正常运行下 1 2 号变压器及相应的线路均正常且不与其他车间联络 短路计算电路图如下 图 3 10KV 线路短路计算电路图 电源容量在最大运行方式下为 在最小运行方式下 Gmax S260MVA Gmin S100MVA 7 2 计算各短路点的短路电流 取基准容量 100 MVA 基准电压 10 5KV 0 4KV d S d U av U 1d U 2d U 5 5 KA 1d I 1 3 d d S U 5 103 100 142 9 KA 2d I 2 3 d d S U4 03 100 7 2 1 计算短路电流中各主要元件的电抗标幺值 1 电源容量在最小运行方式下电力系统的电抗标幺值 MVA 1100 OC S 1min X d OC S S 100 100 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 21 页 共 51 页 电源容量在最大运行方式下电力系统的电抗标幺值 MVA260 OC S 0 38 1max X d OC S S260 100 2 电源容量在最小运行方式下架空线路电抗标幺值 架空线路单位长度电抗平均值 KM 2 0 4X 0 4 1 5 0 54 2min X 2 2 1 d d S X L U 2 5 10 100 电源容量在最大运行方式下架空线路电抗标幺值 架空线路单位长度电抗平均值 KM 2 0 4X 0 4 1 0 0 36 2max X 2 2 1 d d S X L U 2 5 10 100 3 主变压器电抗标幺值 变压器型号 SC10 2000 10 阻抗电压 6 3 3 X 100 Kd N US S2100 1006 7 2 2 短路计算等效电路图 电源容量在最小运行方式下的等效电路图 只计算有最小短路电流通过的 K1 K2 点即可 图 4 电源容量在最小运行方式下 10KV 线路短路等效电路图 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 22 页 共 51 页 电源容量在最大运行方式下的等效电路图 只计算有最大短路电流通过的 K3 K4 点即可 图 5 电源容量在最大运行方式下 10KV 线路短路等效电路图 7 2 3 计算各短路点的三相短路电流和短路容量 1 计算 K1 点的短路总电抗标幺值及两相 三相短路电流和短路容量 1 总阻抗标么值 1 0 54 1 54 1K X 1min X 2min X 2 三相短路电流周期分量有效值 0 65 1K I 1 1 K X 1 1 54 5 5 0 65 3 58 KA 1 3 KI 1d I 1K I 3 三相短路次暂态电流和稳态电流 3 58 KA 1 3 3 3 KIII 4 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 i 2 55 2 55 3 58 9 13 KA sh 3 3 I I 1 52 1 52 3 58 5 44 KA sh 3 3 I 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 23 页 共 51 页 5 三相短路容量 65 MVA 1 3 KS 1 K d X S 6 两相短路短路电流 KA 1 2 KI1 3 2 3 1 3 KI i KA sh 2 91 7 2 3 1 3 Ki I KA sh 2 71 4 2 3 1 3 KI 2 计算 K2 点的短路总电抗标幺值及两相 三相短路电流和短路容量 1 总阻抗标么值 1 0 54 3 4 54 2K X 1 X 2 X 3 X 4 X 2 三相短路电流周期分量有效值 0 22 2K I 3 1 K X54 4 1 142 9 0 22 31 44 KA 2 3 KI 2d I 2K I 3 三相短路次暂态电流和稳态电流 31 44 KA 2 3 3 3 KIII 4 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 i 1 84 1 84 31 44 57 85 KA sh 3 3 I I 1 09 1 09 31 44 34 27 KA sh 3 3 I 5 三相短路容量 100 0 22 22 MVA 2 3 KS 3 K d X S 6 两相短路短路电流 KA 2 2 KI23 27 2 3 2 3 KI 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 24 页 共 51 页 i KA sh 2 1 50 2 3 2 3 Ki I KA sh 2 68 29 2 3 2 3 KI 3 计算 K3 点的短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1 总阻抗标么值 0 38 0 36 0 74 3K X 1 X 2 X 2 三相短路电流周期分量有效值 1 35 3K I 3 1 K X74 0 1 5 5 1 35 7 4 KA 3 3 KI 1d I 3K I 3 三相短路次暂态电流和稳态电流 7 4 KA 3 3 3 3 KIII 4 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 i 2 55 2 55 7 4 18 9 KA sh 3 3 I I 1 52 1 52 7 4 11 2 KA sh 3 3 I 5 三相短路容量 100 1 35 135 MVA 3 3 KS 3 K d X S 4 计算 K4 点的短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1 总阻抗标么值 0 38 0 36 1 5 2 24 4K X 1 X 2 X 3 X 4 X 2 三相短路电流周期分量有效值 0 28 4K I 3 1 K X74 3 1 142 9 0 28 40 KA 4 3 KI 2d I 4K I 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 25 页 共 51 页 3 三相短路次暂态电流和稳态电流 40 KA 4 3 3 3 KIII 4 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 i 1 84 1 84 40 73 6 KA sh 3 3 I I 1 09 1 09 40 43 6 KA sh 3 3 I 5 三相短路容量 100 0 28 28 MVA 4 3 KS 4 K d X S 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 26 页 共 51 页 8 电气设备和导线的选择与校验 高压电器设备按正常工作的条件选择 同时 为保证电气设备在通过最大短路电 流时不致受到严重损坏 在选择断路器时进行校验 在选择时 电器元件的额定电压 应大于或等于回路的工作电压 额定电流应大于或等于回路最大长期工作电流 8 1 高压断路器选择 8 1 1 10KV 断路器 QF1 选择 1 10 QF1 选择 从短路电流计算中可知 K 3 点短路时 通过断路器 10 QF1 10 QF3 的短路电流 最大 按 K 3 点短路计算 线路计算电流 I 76 3 A 30 N U P 3 30 总 103 84 1321 继电保护动作时间为 t 1 6 S 断路器断路时间取为 t 0 15 S opoc 短路电流通过时间 t t t 1 6 0