某电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计

wwww 摘要 电力行业作为国家经济的命脉之一 无论在工农业建设还是普通民用都扮 演着中流砥柱的作用 为社会主义现代建设奠定了坚实的基础 宏观意义电力 行业需要通过客观缜密的工厂供配电系统设计体现 这是本设计的价值所在 本设计内容针对郑州某电机修造厂的供配电设计 据任务书要求 通过查阅相 关资料文献 运用大学阶段学习成果 通过具体讨论工厂配电系统方案设计的 原理 进行总体设计和详细分析说明 包括 负荷计算和无功功率补偿 变电 所位置和型式的选择 变电所主变压器台数和容量 类型的选择 变电所主接 线方案 短路电流的计算 变电所一次设备的选择与校验 变电所出线的选择 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 防雷保护与接地装置 以科学 严谨的方法完成本设计的内容 达到设计任务书的要求 将电力行业中的单元 组成 工厂供配电系统设计反应出来 关键词 负荷计算 短路电流计算 主接线方案 继电保护整定 防雷和接地 wwww 目录 ABSTRACT Power industry as the lifeblood of the national economy both in industrial and agricultural construction or ordinary civilian plays a pillar of strength for the socialist modernization construction has laid a solid foundation Macro sense the power industry needs through objective careful plant design reflects the supply and distribution system which is the design value The design content for a motor built factory in Zhengzhou for the distribution design according to the mission statement requirements access to relevant information through literature the use of university level learning outcomes through specific discussion of plant distribution system design principles design and carry out a detailed analysis of the overall Description including load calculation and reactive power compensation substation location and type selection and the number of main transformer substation capacity type of selection substation main Wiring short circuit current calculations a substation equipment selection and validation substation outlet choice substation secondary circuit program selection and tuning protection lightning protection and grounding devices Rigorous scientific method to complete the content of this design to meet the design requirements of the mission statement the electric power industry in the units factories reflected supply and distribution system design Keywords Load calculations short circuit current calculation Main Wiring relay setting lightning protection and grounding 目 录 目录 摘要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 工厂供电的目的意义 1 1 2 本次设计的任务要求 2 1 3 设计资料 2 1 4 工厂平面图 3 2 负荷计算和无功功率补偿 4 2 1 负荷计算 4 2 1 1 负荷计算概述 4 2 1 2 按需要系数法确定计算负荷 4 2 1 3 多组用电设备计算负荷的确定 5 2 1 4 工厂各车间负荷计算表 6 2 1 5 全厂负荷计算 6 2 2 无功功率的补偿 7 3 变电所参数的确定 10 3 1 总降压变电所位置的选择 10 3 2 总降压变电所型式的选择 12 3 3 总降压变电所主变压器台数的选择 12 3 4 总降压变电所主变压器容量的选择 12 3 5 总降压变电所主变压器的选择 13 4 变电所主接线方案的设计 14 4 1 变电所主接线方案的设计原则与一般要求 14 4 2 变电所主接线的接线方式 14 4 3 变电所主接线图 15 5 短路电流的计算 16 5 1 短路电流计算方法 16 5 2 短路电流计算过程 17 5 2 1 最大运行方式 17 5 2 2 系统最小运行方式 19 5 2 3 三相短路电流统计表 19 6 总降压变电所一次设备的选择与校验 20 6 1 一次设备选择与校验的条件与项目 20 6 1 1 按正常工作条件选择 20 6 1 2 按短路条件校验 20 6 2 35kV 侧一次设备选择与校验 21 6 3 10kV 侧一次设备选择与校验 22 6 4 高压开关柜的选择 23 6 5 母线的选择 23 7 变电所进出线的选择与校验 24 7 1 进出线方式的选择 24 7 2 进出线的选择与校验条件 24 7 2 1 按发热条件选择导线和电缆的截面 24 目录 7 2 2 按经济电流密度选择导线和电缆的截面 25 7 2 3 电压损耗的计算 25 7 3 变电所 35kV 侧进线的选择 25 7 4 变电所出线的选择 26 7 5 备用电源线的选择 27 7 6 车间馈线的选择 27 7 7 进出线选择结果 28 8 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 29 8 1 高压断路器的操动机构控制与信号回路 29 8 2 电能计量回路 29 8 3 测量和绝缘监察回路 29 8 4 继电保护概述 29 8 4 1 对继电保护装置的基本要求 29 8 4 2 继电保护的灵敏系数 30 8 5 电力变压器的继电保护 30 8 5 1 电力变压器保护装置的配置要求 30 8 5 2 变压器过电流保护的整定计算 30 8 5 3 变压器电流速断保护的整定计算 31 8 5 4 变电所的保护装置 31 8 6 电力线路的继电保护 32 8 6 1 概述 32 8 6 2 电力线路的保护 33 9 变电所防雷接地保护与接地装置的设计 36 9 1 变电所和线路的防雷保护 36 9 1 1 防雷设备 36 9 1 2 电力线路的防雷措施 36 9 1 3 总降压变电所的防雷措施 36 9 2 接地装置的设计 36 10 结论 38 参考文献 39 致谢 40 附录一 41 附录二 42 xxx 本科生毕业设计 1 绪论 1 1 绪论 1 1 工厂供电的目的意义 众所周知 电力工业是国民经济建设的重要部门 也是国民经济建设的基 础 它为工业 商业 农业 交通运输业及社会生活提供能源 随着工农业生 产机械化 自动化水平的快速发展 对电能的需求量越来越大 对供电的可靠 性 经济性 灵活性及电能质量的要求也越来越高 1 虽然电能消耗在工业生产中的产品成本中占的比重在 5 左右 供电设备在 工业生产的总投资中也占 5 左右 但是工厂供电却能提高劳动生产率 提高产 品质量 降低生产成本 减轻工人劳动强度等 有利于实现生产过程自动化 不过也同样存在巨大的风险 当工厂供电中断 即使是短时间的中断都将有可 能引起重大人身事故 机械设备损坏 产生大量的报废品等严重后果 给人民 工厂 国家带来经济 环境的重大损失 因此 做好工厂供电对于发展工业生 产 实现工业现代化 减少事故伤害都有着重要的意义 此外 在工厂供电的 过程中 还要处理好局部和全局 当前与长远等关系 既要照顾当前利益 又 要有全局观点 能顾全大局 适应发展 2 为了使工厂供电工作更好地为生产服务 切实保证工厂生产和群众生活用 电的需要并节约能源 当电能从电网引入到工厂时就应满足供电的基本要求 在工厂供电的基本要求中 安全性指在工厂供电的过程中 不应发生人身 事故和设备事故等重大损失 可靠性指连续供电的要求 负荷等级的不同对供 电可靠性的要求也不同 衡量供电可靠性的指标一般以全部平均供电时间占全 年时间的百分数来表示 安全性 可靠性也是对电力系统的基本要求 但是 绝对的安全性 可靠性是不存在的 当电力系统发生故障时 应能借助保护装 置把故障隔离 使事故停止扩大并尽快恢复供电 衡量电能质量的标准是电压 和频率 要保证供电的优质性 供电的电压和频率都必须满足要求 在配电时 需要知道线路 变电所的电压损耗 通过计算实现电气设备端电压为额定电压 同时电力系统应对配电的频率给予保证 经济性指的是供电系统的投资少 运 行费用低 并尽可能的节约电能和减少有色金属的消耗量 能源不但是国民经 济的物质基础 同时也是国民经济发展的重要因素 降低能源消耗 提高有效 利用程度是一项重大政策 电能是高价的二次能源 它从一次能源的利用程度 只有 30 因此节约电能是节约能源的重要方面 工业用电占电能消耗的 70 以 上 所以工厂的电能节约有特别重要的意义 节约电能需满足技术上可行 经 济上合理和对环境保护无妨碍 3 本次设计是为电机修造厂设计一个总降压变电所及高压配电系统 在设计 xxx 本科生毕业设计 1 绪论 2 时不仅要满足工厂生产工艺的具体要求 保证安全可靠的提供电能 同时要力 求合理 投资少 运行费用低 在满足这些要求后也要做到对环境无妨碍 对 有色金属的消耗量小的原则 1 2 本次设计的任务要求 郑州某电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计 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 经济的分配电能问题 其基本内容有以下几方面 1 负荷计算和无功功率补偿 2 变电所位置和型式的选择 3 变电所主变压器台数和容量 类型的选择 4 变电所主接线方案的设计 5 短路电流的计算 6 变电所一次设备的选择与校验 7 变电所出线的选择与继电保护的整定 8 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 9 防雷保护与接地装置的设计 1 3 设计资料 1 工厂生产任务 规模及产品规格 本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的电机 变压器修理和制造任务 年生产规模为修理电机 7500 台 总容量为 45 万 KW 制造电机总容量为 6 万 KW 制造单机最大容量为 5520KW 修理变压器 500 台 生产电气备件为 60 万 件 是大型钢铁联合企业重要组成部分 2 供用电协议 1 当地供电部门可提供两个供电电源 供设计部门选定 1 从某 220 35kV 区域变电所提供电源 此站距厂南侧 4 5 公里 2 为满足二级负荷 的需求 从某 35 10kV 变电所 提供 10kV 备用电源 此所距厂南侧 4 公里 2 电力系统短路数据 如表 1 1 所示 其供电系统图 如图 1 1 所示 表 1 1 区域变电站 35kV 母线短路数据 系统运行方式系统短路数据系统运行方式系统短路数据 系统最大运行方式 600MVA 3 max k S系统最小运行方式 280MVA 3 min k S 3 供电部门对工厂提出的技术要求 1 区域变电所 60kV 馈电线的过电 流保护整定时间 1 8s 要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于t 1 3s 2 在企业总降压变电所 35kV 侧进行电能计量 3 该厂的总平均功率 xxx 本科生毕业设计 1 绪论 3 因数值应在 0 9 以上 kV kV km 图 1 1 供电系统图 4 供电贴费为 700 元 kVA 每月费用按两部电费制 基本电费为 18 元 kVA 动力电费为 0 4 元 kVA 照明电费为 0 5 元 kVA 3 工厂负荷性质 本厂大部分车间为一班制 少数车间为两班或三班制 年最大有功负荷利 用小时数为 2300h 锅炉房供生产用高压蒸汽 停电会使锅炉发生危险 又由于该厂距离市区 较远 消防用水需厂方自备 因此 要求供电具有一定的可靠性 4 郑州气象资料 年最高气温 43 年平均气温 14 3 年最低气温 17 9 年最热月平 均气温 32 年最热月地下 0 8m 处平均温度 24 4 常年主导风向为东南风 和西北风 年雷暴日数 22 天 平均海拔 110 4m 底层以砂粘土为主 地下水 位 3 到 5m 1 4 工厂平面图 xxxxxxxxxx 本科生毕业设计 2 负荷计算和无功功率补偿 4 2 负荷计算和无功功率补偿 2 1 负荷计算 2 1 1 负荷计算概述 计算负荷指通过负荷的统计计算求出的 用来按发热条件选择供电系统中 各元件的负荷值 根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆 如果以计算负荷 连续运行 其发热温度不会超过允许值 计算负荷是供电设计计算的基本依据 计算负荷确定得是否正确合理 直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合 理 因此 正确确定计算负荷非常重要 但是 负荷情况复杂 影响计算负荷 的因素很多 虽然各类负荷的变化有一定的规律可循 但仍难准确确定计算负 荷的大小 实际上 负荷也不是一成不变的 它与设备的性能 生产的组织 生产者的技能及能源的状况等多种因素有关 因此负荷计算只能力求接近实际 目前普遍采用确定用电设备计算负荷的方法有需要系数法和二项式法 现 在国际上普遍采用需要系数法确定计算负荷 二项式法在确定设备台数较少且 各台设备容量差别大的分支干线计算负荷时比较合理 4 2 1 2 按需要系数法确定计算负荷 1 有功计算负荷 kW 2 1 edP KP 30 式中 Pe为用电设备组的设备容量 为设备的需要系数 d K 2 无功计算负荷 kvar 2 2 tan 3030 PQ 式中 为对应用电设备组的正切值 tan cos 3 视在计算负荷 kV A 2 3 cos 30 30 P S 式中 为用电设备的平均功率因素 cos 4 计算电流 A 2 4 N U S I 3 30 30 式中 为用电设备组的额定电压 kV N U xxxxxxxxxx 本科生毕业设计 2 负荷计算和无功功率补偿 5 2 1 3 多组用电设备计算负荷的确定 确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时 应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素 因此在确定多组用电设备 的计算负荷时 应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系 数和 P K q K 对车间干线 取 95 0 85 0 P K 97 0 90 0 q K 对低压母线 分两种情况 1 由用电设备组计算负荷直接相加来计算时 取 90 0 80 0 P K 95 0 85 0 q K 2 由车间干线计算负荷直接相加来计算时 取 95 0 90 0 P K 97 0 93 0 q K 总的有功计算负荷为 2 5 i P PKP 3030 总的无功计算负荷为 2 6 i q QKQ 3030 以上两式中的和分别为各组用电设备的有功和无功计算负荷 i P 30 i Q 30 之和 总的视在计算负荷为 2 7 2 30 2 3030 QPS 总的计算电流为 2 8 N U S I 3 30 30 xxxxxxxxxx 本科生毕业设计 2 负荷计算和无功功率补偿 6 2 1 4 工厂各车间负荷计算表 表 2 1 工厂各车间负荷计算表 计算负荷 序 号 车间名称 设备容 量 kW P30 kW Q30 kvar S30 kV A 变压器 台数及 容量 车间变 电所代 号 1 电机修造车间 25056095007881 1000 No 1 车 变 2 机械加工车间 8861632583051 400 No 2 车 变 3 新品试制车间 6342223364031 500 No 3 车 变 4 原料车间 5143101833601 400 No 4 车 变 5 备件车间 5621991582541 315 No 5 车 变 6 锻造车间 1053658681 100 No 6 车 变 7 锅炉房 2691971722621 315 No 7 车 变 8 空压站 3221811592411 315 No 8 车 变 9 汽车库 533027401 80 No 9 车 变 10 大线圈车间 3351871182211 250 No 10 车 变 11 半成品试验站 3652874641 500 No 11 车 变 12 成品试验站 22906404808001 1000 No 12 车 变 13 加压站 10kV 转供负荷 2561631392141 250 14 设备处仓库 10kV 转供负荷 3382884441 500 15 成品试验站内大型集 中负荷 3600288023003686 主要为高压整流装 置 要求专线供电 2 1 5 全厂负荷计算 由于此处按逐级计算法计算全厂负荷 则应该是高压母线上所有高压配电 线路计算负荷之和 再乘上一个同时系数 高压配电线路的计算负荷 应该是 xxxxxxxxxx 本科生毕业设计 2 负荷计算和无功功率补偿 7 该线路所供车间变电所低压侧的计算负荷 加上变压器功率损耗 PT和高压配 电线路的功率损耗 PWL 如此逐级计算即可求得供电系统所有元件的计算 负荷 但对于一般工厂来说 由于高低压配电线路一般不是很长 其损耗较小 因此在确定其计算负荷时往往不计线路损耗 2 变压器的功率损耗可简化公式近似计算 有功损耗 2 9 30 01 0 SPT 无功损耗 2 10 30 05 0 SQT 以上二式中为变压器二次侧的视在计算负荷 30 S 由于加压站 设备处仓库 成品试验站内大型集中负荷都是高压设备 因 此没有车间变电所 所以并无变电所损耗 在表 2 1 中可计算得知 380V 侧总的视在计算负荷为AkVS 4206 30 则车间变电所有功损耗 kWSPT06 42420601 0 01 0 30 车间变电所无功损耗 var 3 210420605 0 05 0 30 kSQT 取 由表 2 1 可计算得知 90 0 P K95 0 q K kWP i 06 426520 30 var 3 2105463 30 kQ i 因此总的计算负荷为 kWkWPKP i P 86 5905 06 426520 90 0 3030 var64 5389var 3 2105463 95 0 3030 kkQKQ i q AkVAkVQPS 46 799564 538986 5905 22 2 30 2 3030 A kV AkV U S I N 12148 38 0 3 46 7995 3 30 30 2 2 无功功率的补偿 工厂中由于有大量的异步电动机 电焊机 电弧炉及气体放电灯等感性负 荷 还有感性的电力变压器 从而使功率因数降低 如在充分发挥设备潜力 改善设备运行性能 提高其自然功率因数的情况下 尚达不到规定的工厂功率 因数要求时 则需考虑增设无功功率补偿装置 电力系统中无功补偿常用同步调相机 并联电容器和并联电抗器 3 种方式 同步调相机是电力系统中最早使用补偿装置的典型代表 并联电容器是应用最 广泛的无功补偿装置 目前国内外大多数工厂就采用并联电容器的方式进行无 功补偿 依照电力电容器在工厂供电系统中安装地点的不同又可以分为高压集 中补偿 低压集中补偿和低压分散补偿 3 种方式 5 xxxxxxxxxx 本科生毕业设计 2 负荷计算和无功功率补偿 8 由于本次设计中的车间变电所较多 所以本次设计在总降压变电所的 10kV 侧进行无功功率补偿 在 10kV 侧进行无功功率补偿后 可使得 10kV 侧的总的 视在计算负荷减小 使得总降压变电所主变压器的容量减小 不仅可以减小变 电所的初投资 同时也可以减小工厂的电费开支 补偿容量可按下式确定 2 11 302130 tan tanPqPQ cC 2 12 cC qQn 式中 为补偿前自然平均功率因数对应的正切值 为补偿后 1 tan 1 cos 2 tan 自然平均功率因数对应的正切值 为补偿率 为设计时 2 cos c q kWk var 30 p 求得的平均负荷 单位为 为单个电容器的容量 单位为 为并kW c qvarkn 联电容器的个数 在本次设计中 总降压变电所 10kV 侧的功率因数为 9 0739 0 46 7995 86 5905 cos 按规定 该厂的总平均功率因数值应在 0 9 以上 考虑到总降压变电所变 压器本身的无功功率损耗远大于其有功功率损耗 一般 T Q T P 因此在变压器 10kV 侧进行无功功率补偿时 10kV 侧补偿后 TT PQ 5 4 的功率因数应略高于 0 9 这里取 92 0 cos 要使 10kV 侧功率因数由 0 739 提高到 0 92 10kV 侧需装设的并联电容器容 量为 var 92 0 arccostan739 0 arccos tan86 5905kQC var 5 2868 k 取 var3000kQC 补偿后的变电所 10kV 侧的视在计算负荷为 AkVAkVS 6371 300064 5389 86 5905 22 2 30 主变压器的功率损耗为 kWSPT 7 6301 0 2 30 var 6 31805 0 2 30 kSQT 变电所高压侧的计算负荷为 kWkWkWP 6 5969 7 6386 5905 1 30 var 2 2708var 6 318var 260064 5389 1 30 kkkQ xxxxxxxxxx 本科生毕业设计 2 负荷计算和无功功率补偿 9 AkVAkVS 2 6555 2 2708 6 5969 22 1 30 补偿后工厂的功率因数为 91 0 2 6555 6 5969 cos 1 30 1 30 SP 这一功率因数满足要求 通过查表可选择补偿电容器的型号为 BWF10 5 100 1 额定容量为 100kvar 则通过 2 12 公式可知所需并联电容器的个数为 30100 3000 cC qQn 无功补偿前后的计算负荷如表 2 2 所示 表 2 2 无功补偿前后的计算负荷 项目 cos计算负荷 kWP30var 30 kQAkVS 30 AI30 10kV 侧补偿 前负荷 0 7395905 865389 647995 46461 63 10kV 侧无功 补偿容量 3000 10kV 侧补偿 后容量 0 9275905 862389 646371367 84 主变压器 功率损耗 63 7318 6 总降压变电所 35kV 侧负荷总计 0 9175969 62708 26555 2108 14 xxxxxxxxxx 本科生毕业设计 3 变电所参数的确定 10 3 变电所参数的确定 3 1 总降压变电所位置的选择 变电所位置的选择 应根据下列要求同时进行经技术经济分析比较后确定 1 尽量接近负荷中心 2 进出线方便 3 接近电源侧 4 设备运输方 便 5 不应设在有剧烈振动或高温的场所 无法避开时 应有防震和隔热的措 施 6 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所 无法远离时 不应设在污染源的下风 侧 7 不应设在浴室 厕所等经常积水场所的下方 且不宜与上述场所相邻 8 不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方 同时不宜设在有火灾危险环境 的正上方或正下方 9 不应设在地势低洼和可能积水的地方 在满足了技术经济比较后 同时需要满足总体布置要求 1 便于运行维修 和检修 2 保证安全运行 3 便于进出线 4 节约土地和建筑费用 5 适应发展 要求 在选择负荷中心的确定方法时 本设计选择利用功率矩法确定负荷中心 在工厂平面图的下边和左侧 任作一直角坐标 x 轴和 y 轴 测出各车间负荷区 的坐标位置 例如 等 而工厂的负荷中心设 11 x P 1 y 22 x P 2 y 33 x P 3 y 在 P 为 因此仿照 力学 中计算重心的力矩方xP y i PPPP 321 程 可得负荷中心的坐标 3 1 i ii P xP PPP xPxPxP x 321 332211 3 2 i ii P yP PPP yPyPyP y 321 332211 通过该电机修造厂总平面图可以测得每个车间负荷区的坐标位置 No 1 车变 16 4 8 2 11 x P 1 y No 2 车变 14 1 5 1 22 x P 2 y No 3 车变 9 3 5 0 33 x P 3 y No 4 车变 12 2 4 8 44 x P 4 y No 5 车变 11 1 9 3 55 x P 5 y No 6 车变 13 6 12 5 66 x P 6 y No 7 车变 9 8 7 0 77 x P 7 y No 8 车变 9 8 9 2 88 x P 8 y xxxxxxxxxx 本科生毕业设计 3 变电所参数的确定 11 No 9 车变 7 2 4 9 99 x P 9 y No 10 车变 14 6 7 8 1010 x P 10 y No 11 车变 16 4 4 8 1111 x P 11 y No 12 车变 16 4 10 5 1212 x P 12 y 加压站 16 4 10 5 1313 x P 13 y 设备处仓库 16 4 10 5 1414 x P 14 y 成品试验站内大型集中负荷 16 4 10 5 1515 x P 15 y 坐标图如图 2 1 所示 图 2 1 工厂车间坐标图 将以上数据带入公式 3 1 和 3 2 可得 i ii P xP PPP xPxPxP x 321 332211 2880222163609 4 1628803 9222 1 14163 4 16609 25 15 6520 99412 i ii P yP PPP yPyPyP y 321 332211 xxxxxxxxxx 本科生毕业设计 3 变电所参数的确定 12 2880222163609 5 1028800 52221 51632 8609 71 11 6520 1 76338 所以全厂的负荷中心为 15 25 11 71 xP y 由计算可知 工厂的负荷中心在成品试验房的东侧 该负荷中心位于水塔 水池等积水中心的正南侧 由于郑州常年主导风向是东南风和西北风 因此负 荷中心满足不在这些积水场所的正下方 该负荷中心同时是处于该厂的南侧 而该工厂是在距厂南侧 4 5 公里的区域变电所提供电源 满足了进线方便的原 则 同时 该负荷中心基本满足变电所所址选择的一般原则 因此 将总降压 变电所位置设于成品试验站的东南侧 3 2 总降压变电所型式的选择 35 10kV 变电所分屋内式和屋外式 屋内式运行维护方便 占地面积少 在选择 35kV 总降压变电所型式时 应考虑设在地区的地理情况和环境条件 因 地制宜 技术经济合理时 应优先选用占地面积少的型式 35kV 变电所宜用屋 内式 在负荷较大时 应该采用附设式或半露天式变电所 而在半露天式的变 电所不宜设在有可燃粉尘 可燃纤维的场所 容易沉积灰尘或导电尘埃 且严 重影响变压器安全运行的场所 独立式变电所中 不受车间生产影响 不占车 间生产面积 但是建筑费用高 该型式主要应用于总降压变电所 高压配电所 及各车间负荷小而分散 或需远离有易燃易爆危险及有腐蚀性车间 该负荷中 心的周围是材料房 属于易燃易爆类 因此采用屋内式 同时 在本次设计中 采用独立式变电所 6 3 3 总降压变电所主变压器台数的选择 总降压变电所主变压器的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 宜装设两台及以上变压器 1 有大量一级和二级负荷 2 季节性负荷变化较大 适于采用经济运行方式 3 集中负荷较大 例如大于 1250kV A 其他情况宜装设一台变压器 2 在本工厂中 锅炉房供生产用高压蒸汽 停电会使锅炉发生危险 又由于 该厂距离市区较远 消防用水需厂房自备 因此 要求供电具有一定的可靠性 故锅炉房属于一级负荷 在另外的车间中 大多数都属于三级负荷 同时负荷 昼夜变化较大 因此在选择主变压器台数时选择为两台 xxxxxxxxxx 本科生毕业设计 3 变电所参数的确定 13 3 4 总降压变电所主变压器容量的选择 在 3 3 中已经知道 主变压器的台数选择为两台 而选择变电所装有两台 主变压器的容量时 每台变压器的容量 SN T 应满足以下两个条件 1 任一台变压器单独运行时 宜满足总计算负荷 S30的大约60 70 的需要 即 3 3 30 7 0 6 0 SS TN 2 任一台变压器单独运行时 应满足全部一 二级负荷的需要 即 3 4 21 30 SS TN 同时 对于总降压变电所的选择需要适当考虑以后电力负荷的增长 留有 一定的余地 由式 3 3 3 4 可知 AkVSS TN 6 4588 1 3933 2 6555 7 0 6 0 7 0 6 0 30 AkVSS TN 269 21 30 当选择单台变压器的容量为 5000kV A 时 满足式 3 4 这里的容量是在一定温度 20 下的持续最大输出容量 如果安装地点 的年平均气温不是 20 时 则年平均气温每升高 1 变压器容量相应的减小 1 而在室内运行时 在该基础上还要减小 8 因此室内电力变压器的实际 容量为 3 5 TN av T SS 0 100 20 1 92 0 郑州的年平均气温为 14 3 因此锁选择变压器的实际容量为 TN TN av T SAkV AkVSS 0 3 4862 5000 100 20 3 14 1 92 0 100 20 1 92 0 该实际容量满足要求 3 5 总降压变电所主变压器的选择 主变压器的型式可分为一下几类 1 油浸式 一般正常的变电所 2 干式 用于防火要求较高或环境潮湿 多尘的场所 3 密闭式 用于具有化学腐蚀性气体 蒸汽或具有导电 可燃粉尘 纤维 会严重影响变压器安全运行的场所 4 防雷式 用于多雷区及土壤电阻率较高的山区 5 有载调压室 用于电力系统供电电压偏低或电压波动严重且用电设备对 电压质量又要求较高的场所 xxxxxxxxxx 本科生毕业设计 3 变电所参数的确定 14 综合比较可选择该变压器型式为油浸式 主变压器的联结组别通常有 Yyn0 Dyn11 Yd11 三种类型 Yyn0 Dyn11 的联结组别的主要适用于 10KV 系统 Yd11 的联结组别主 要适用于 35kV 配电系统 因此 在本次设计中选用 Yd11 的联结组别 总降压变电所的变压器的选择可选 S9 5000 35 型变压器 联结组别是 Yd11 4 变电所主接线方案的设计 4 1 变电所主接线方案的设计原则与一般要求 在 35kV 变电所主接线设计应根据负荷性质 负荷容量大小 电源条件 变压器容量及台数 设备特点以及进出线回路数等综合分析来确定 主接线应 力求简单 操作方便 设备少并便于维修 节约投资和便于扩建等要求 同时 主接线方案还应满足安全 可靠 灵活 经济的基本要求 4 2 变电所主接线的接线方式 在本次设计中 采用的是两台变压器 装有两台主变压器的总降压变电所 主接线有以下几种情况 1 一次侧采用内桥式接线 二次侧采用单母线分段 这种接线方式多用于 电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多 并且变压器不需要经常切 换的总降压变电所 2 一次侧采用外桥式接线 二次侧采用单母线分段 这种接线方式适用于 电源线路较短而变电所昼夜负荷变动较大 宜于经济运行需经常切换变压器的 总降压变电所 3 一 二次侧均采用单母线分段 这种方式兼有内桥和外桥接线运行灵活 性的优点 但采用的高压开关设备较多 可供一 二级负荷 适用于一 二次 侧进出线较多的总降压变电所 4 一 二次侧均采用双母线的总降压变电所主接线 供电可靠性和运行灵 活性大大提高 但开关设备也相应大大增加 从而大大增加了初投资 该主接 线方式很少应用于工厂变电所中 2 在本次设计中 大部分车间为一班制 少数车间为两班或三班制 因此变 电所昼夜负荷变动较大 为了满足经济运行 两台变压器应该经常切换 故最 佳的选择方案是采用一次侧为外桥式接线 二次侧为单母线分段的接线方式 但是 在本次设计中只有一条电源进线 因此 本次设计采用 35KV 侧单母线 10KV 侧采用单母线分段的接线方式 xxxxx 本科生毕业设计 4 变电所主接线方案的设计 15 4 3 变电所主接线图 xxx 本科生毕业设计 5 短路电流的计算 16 5 短路电流的计算 5 1 短路电流计算方法 短路电流计算的方法 常用的有欧姆法和标幺制法 短路电路中各主要元件的电抗标幺值求出以后 即可利用其等效电路图进 行电路化简 求出其总的电抗标幺值 由于各元件均采用相对值 与短路计算 点的电压无关 因此电抗标幺值无需进行电压换算 而在欧姆法中需要进行换 算 这也是标幺制法较之欧姆法的优越之处 因此在本次设计中采用标幺制法 计算短路电流 标幺制法进行短路电流计算时 一般先选定基准容量和基准电压 d S d U 基准容量 工程设计中通常取AMVSd 100 基准电压 通常取元件所在处的短路计算电压 即取 cd UU 选定了基准容量和基准电压以后 基准电流则按下式计算 5 1 c d d d d U S U S I 33 基准电抗则按下式计算 d X 5 2 d c d d d S U I U X 2 3 电力系统的电抗标幺值 5 3 oc d dc occ d S S S S SU SU X X X 2 2 电力变压器的电抗标幺值 5 4 N dk d c N ck d T T S SU S U S UU X X X 100 100 22 电力线路的电抗标幺值 5 5 2 0 2 0 c d dcd WL WL U S lX SU lX X X X 无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值按下式计算 5 6 2 3 3 1 3 3 XXS U US XUc I I I d c cd d k k xxx 本科生毕业设计 5 短路电流的计算 17 三相短路容量的计算公式为 5 7 3 3 3 3 X S X UI UIS dcd ckk 5 2 短路电流计算过程 供电系统的短路计算电路如图 5 1 所示 图 5 1 短路电流计算电路 由于该工厂昼夜负荷变化较大 因此在负荷小时需要单台变压器运行 而 在负荷大时需要两台变压器同时运行 所以在计算短路电流时需要考虑两台变 压器的并列与不并列运行 5 2 1 最大运行方式 系统的最大运行方式指电路的阻抗最小 在两台变压器并列运行时阻 抗最小 MVASk600 3 max 1 确定基准值 取kVUkVUAMVS ccd 5 10 37 100 21 而 kA kV AMV U S I c d d 56 1 373 100 3 1 1 kA kV AMV U S I c d d 50 5 3 63 100 3 2 2 2 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1 电力系统电抗标幺值 17 0 600 100 1 AMV AMV X 2 架空线路电抗标幺值 xxx 本科生毕业设计 5 短路电流的计算 18 通过查表可得 因此kmX 4 0 0 13 0 37 100 5 4 4 0 2 2 kV AMV kmkmX 3 电力变压器的电抗标幺值 通过查表可知 因此7 k U 4 1 5000100 1007 4 3 AkV AMV XX 短路等效电路如图 5 2 所示 图 5 2 短路等效电路图 3 计算 k 1 点的短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1 总电抗标幺值 3 013 017 0 2 1 1 XXX k 2 三相短路电流周期分量有效值 kA kA X I I k d k 2 5 3 0 56 1 1 1 3 1 3 其他三相短路电流 kAIII k 2 5 3 1 3 3 kAkAish26 132 555 2 3 kAkAIsh85 7 2 551 1 3 4 三相短路容量 AMV AMV X S S k d k 3 333 3 0 100 1 3 1 4 1 4 4 1 3 17 0 1 13 0 2 xxx 本科生毕业设计 5 短路电流的计算 19 4 计算 k 2 点的短路电路电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1 总电抗标幺值 1 2 4 1 13 0 17 0 4 3 2 1 2 XXXXX k 2 三相短路电流周期分量有效值 kA kA X I I k d k 50 5 1 50 5 2 2 3 2 3 其他三相短路电流 kAIII k 50 5 3 2 3 3 kAkAish12 1016 9 84 1 3 kAkAIsh0 616 9 09 1 3 4 三相短路容量 AMV AMV X S S k d k 100 1 100 2 3 2 5 2 2 系统最小运行方式 计算方法同最大运行方式 5 2 3 三相短路电流统计表 三相短路电流 kA 运行方式短路点 3 k I 3 I 3 I 3 sh i 3 sh I 三相短路 容量 MVA k 15 25 25 213 267 85333 3 最大运行 方式 k 25 505 505 5010 126 0100 k 13 183 183 188 114 8204 8 最小运行 方式 k 22 912 912 915 353 1752 91 xxxx 本科生毕业设计 6 总降压变电所一次设备的选择与校验 20 6 总降压变电所一次设备的选择与校验 6 1 一次设备选择与校验的条件与项目 为了保证一次设备安全可靠地运行 则须按下列条件选择与校验 1 按正常工作条件 包括电压 电流 频率 开关电流等 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 和要求如断路器的操作性能 互感器的二次负荷和准确级等进行选择 7 6 1 1 按正常工作条件选择 1 按工作电压选择 设备的额定电压不能小于所在线路的额定电压 eN U N U 即 6 NeN UU 1 2 按工作电流选择 设备的额定电流不能小于所在线路的计算电流 eN I 30 I 即 6 30 II eN 2 3 按断流能力选择 设备的额定开断电流或断流容量不能小于设备分 oc I oc S 断瞬间的短路电流有效值或短路容量 即 k I k S 6 koc II 3 或 6 koc SS 4 6 1 2 按短路条件校验 短路条件校验 就是校验电器和导体在短路时的动稳定和热稳定 1 隔离开关 负荷开关和断路器的短路稳定度校验 1 动稳定校验条件 6 5 3 maxsh ii 或 6 6 3 maxsh II 式中 为开关的极限通过电流 动稳定电流 峰值和有效值 单位为 max i max I kA 为开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值 单位为 kA 3 sh i 3 sh I 2 热稳定校验条件 6 imat tItI 2 3 2 7 式中 是开关热稳定电流有效值 单位为 kA t 是开关热稳定试验时间t I xxxx 本科生毕业设计 6 总降压变电所一次设备的选择与校验 21 单位为 s 是开关所在处的三相短路稳态电流 单位为 kA 是短路 3 I ima t 发热假想时间 单位为 s 短路发热假想时间一般按下式计算 ima t 6 05 0 kima tt 8 式中为短路持续时间 采用该电路主动保护动作时间加对应的断路器全分闸 k t 时间 当时 取 stk1 kima tt 6 ocopk ttt 9 2 电流互感器的短路稳定度校验 1 动稳定校验条件 6 3 maxsh ii 10 式中 为电流互感器的动稳定电流 单位为 kA max i 2 热稳定校验条件 6 t t II ima t 3 11 式中为电流互感器的热稳定电流 单位为 kA t I 3 母线的短路稳定度校验 热稳定校验条件 6 12 C t IAA ima 3 min 式中 为母线截面积 单位 为满足短路热稳定条件的最小截面积A 2 mm min A 单位 为母线材料的热稳定系数 为母线通过的 2 mmC 2 mmsA 3 I 三相短路稳态电流 单位为 7 A 6 2 35kV 侧一次设备选择与校验 1 断路器的选择与校验 高压断路器有高压少油断路器 高压真空断路器和高压六氟化硫断路器 本次设计采用真空断路器 因为该断路器具有体积小 动作快 寿命长 安全 可靠和便于维修等优点 通过查表 初选高压断路器为 ZN12 35 通过下表进行校验 选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其他 xxxx 本科生毕业设计 6 总降压变电所一次设备的选择与校验 22 参数 N U 30 I 3 k I 3 sh i ima tI 2 3 装置地 点条件数据35kV108 14A5 2kA13 26kA67 488 12 5 2 额定参数 N U N I oc I max itIt2 ZN12 35351250A31 5kA63kA 39694 5 31 2 根据校验条件比较得 该断路器满足要求 其他一次设备选择校验同理可 得 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UNIN I k 3 i sh 3 t I ima 3 2 数据 35kV108 14A5 2kA13 26 kA67 488 12 5 2 额定参数 N U N I oc IimaxtIt2 真空断路器 ZN12 35 35kV1250A31 5kA63kA39694 5 31 2 高压隔离开关 GN19 35 35XT 35kV630A 50kA8002202 高压熔断器 RN3 35 35kV7 5A 电压互感器 JDJ 35 35 0 1kV 电压互感器 JDZJ 35 3 35 3 10 kV 3 10 电流互感器 LZZB9 35C 35kV200A 75kA 3 8306 0 2 37 2 一 次 设 备 型 号 规 格 避雷器 FS4 35 35kV 6 3 10kV 侧一次设备选择与校验 10kV 侧一次设备的选择方法与 35kV 侧一次设备的选择相同 选择校验项目电压电流 断流能 力 动稳定度热稳定度