某通用机器厂总降压变电所及高压配电系统设计.

科信学院科信学院 课程设计说明书课程设计说明书 2012 2013 学年第 一 学期 课程名称 企业供配电系统 设计 题 目 某通用机器厂总降压变电所及高压配电系统设计 专业班级 科信 09 自动化 4 班 学生姓名 学 号 指导教师 王静爽 高敬格 苗敬利 等 设计周数 一周 设计成绩 2013 年 1 月 16 日 目目 录录 一一 绪绪 论论 错误 未定义书签 1 11 1 课题目的课题目的 错误 未定义书签 错误 未定义书签 1 21 2课题要求及主要课题要求及主要任务任务 错误 未定义书签 错误 未定义书签 1 2 1 课题要求 错误 未定义书签 错误 未定义书签 1 2 2 课题主要任务 错误 未定义书签 错误 未定义书签 二 二 课题内容课题内容 错误 未定义书签 2 12 1 负荷计算及功率补偿负荷计算及功率补偿 5 2 1 1 负荷计算的内容和目的 2 2 1 2 负荷计算的方法 2 2 1 3 全厂负荷计算 3 2 1 4 功率补偿 3 2 22 2 工厂总降压变电所主变压器的型式 容量和数量的选择工厂总降压变电所主变压器的型式 容量和数量的选择 8 2 2 1 主变压器台数的选择 8 2 2 2 变压器容量及台数的选择 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 2 3 变电所 配电所位置和型号的选择 9 2 2 4 变配电所主结线的选择原则 6 2 2 5 配电所的主接线选择 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 2 3 3 短路电流的计算短路电流的计算 9 9 2 3 1 求 k 1 k 2 点的三相短路电流和短路容量 9 2 3 2 求 1 k 点的三相短路电流和短路容量 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 3 3 K 1 K 2 点短路计算表 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 42 4 10kV10kV 侧一次设备的选择校验侧一次设备的选择校验 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 52 5 校验电压损耗校验电压损耗 11 三 总结三 总结 15 四 参考文献四 参考文献 错误 未定义书签 错误 未定义书签 1 一 绪论一 绪论 1 11 1 课题目的 课题目的 本题目主要目的是设计某通用机器厂的变电所总降压配电设计 与原来的课程 设计比较 本题不仅设计量大了许多 而且在更个方面的要求也有所加强 虽然变 电所的设计在现在已经不是高新的技术 但是作为自动化专业的学生 本题目还是 很全面的包含了一大部分专业课程学习的内容 而且各个方面都有所深入 虽然本题没有对变电站综合自动化有所研究 但是对日后向这个方面的学习和 发展打下了坚实的基础 通过这次设计不仅进一步加强专业知识的学习 拓宽知识 面 提高理论知识水平 而且扩宽了就业面 提高就业能力 提高了独立思考和分 析问题的能力 1 21 2 课题要求及主要任务 课题要求及主要任务 1 2 11 2 1 课题主要任务课题主要任务 1 确定负荷等级 2 拟定高低压供配电系统 3 正确建立负荷统计计算表 4 变压器台数 容量 型号选择 5 设计变电所主接线图 6 计算短路电流以及主要高压设备器件的选择及校验 7 确定无功功率补偿装置 8 CAD 绘制供配电系统图 1 2 21 2 2 课题技术要求课题技术要求 1 当地供电部门可提供两个供电电源 供设计部门选定 从某 A 变电站提供电源 此站距该厂 5 Km 为满足一 二级负荷的需求 从某 B 变电站 提供 10kV 架空线作为 备用电源 仅在工作电源停止供电时 才允许使用备用电源供电 2 电力系统短路数据 如表 1 1 所示 2 表 1 1 区域变电站 110kV 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 1461KVA 3 max k S 系统最小运行方式 334KVA 3 min k S 3 供电部门对工厂提出的技术要求 该厂的总平均功率因数值应在 0 9 以 上 4 工厂负荷性质 本厂大部分车间为三班制 最大有功负荷利用小时数为 5600h 由于该厂有锅炉房 当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 二 二 课题内容课题内容 2 12 1 负荷计算的内容和目的负荷计算的内容和目的 1 计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量求取确定的 预期不变的最 大假想负荷 也就是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 在配电设计中 通常采用半小时的最大平均负荷作为按发热条件 选择电器或导体的依据 2 计算负荷是用户供电系统结构设计 供电线路截面选择 变压器数量和容量选择 电气 设备额定参数选择等的依据 合理地确定用户各级用电系统的计算负荷非常重要 2 22 2 负荷计算的方法负荷计算的方法 有功计算负荷为 2 1 edP KP 30 式中 为设备容量 e P 无功计算负荷为 2 2 tan 3030 PQ 式中 为对应于用电设备组的正切值 tan cos 视在计算负荷为 2 3 2 30 2 3030 QPS 3 总的计算电流为 2 4 N U S I 3 30 30 式中 为额定电压 N U 工厂各车间负荷计算表 表 2 1 工厂各车间负荷计算表 计算负荷计算电流 序号车间名称负荷 类型 设备 容量 Kw 需要 系数 COS tg 有功 KW 无功 KVAR 视在 KVA I30 KA 1 空压车间 25050 50 730 9410509871438 42 2 2 模具车间 8860 380 681 08622 44 672 2 915 41 4 3 铸造车间 634 0 60 71 02 1023 1043 5 1461 4 2 2 4 磨抛车间 5140 40 80 75568 8426 67111 1 5 电镀车间 5620 30 71 02285290 7407 10 6 6 配料车间 105 0 40 750 88 300264400 0 6 7 锅炉房 2690 70 750 88392344 9522 70 8 8 其他负荷 3220 50 80 75267 5200 6334 40 5 9其他负荷 5430 450 71 02288293 76411 40 6 K 0 94317407159349 2 32 3 全厂负荷计算全厂负荷计算 取 K 0 9 根据上表可算出 P30 i 4797kW Q30 i 4523kvar 则 P30 K P P30 i 0 9 4797kW 4317kW Q30 K q Q30 i 0 9 4523kvar 4071kvar 5934KV A 2 30 2 3030 QPS I30 S30 3UN 9KA COS P30 S30 4317 5934 0 72 2 42 4 功率补偿功率补偿 当供电电压为 35kv 时 由于本设计中上级要求 COS 0 9 而由上面计算可知 COS 0 72 0 9 因此 需要进行无功补偿 4 综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿 可选用 BWF10 5 100 1W 型的电容器 其额定电容为 2 89 F Qc 4317 tanarc cos0 72 tanarc cos0 92 Kvar 2322Kvar 取 Qc 2330 Kvar 因此 其电容器的个数为 n Qc qC 2330 100 23 3 而由于电容器是单相的 所以应为 3 的倍数 取 24 个 正好 无功补偿后 变电所低压侧的计算负荷为 S30 2 43172 4071 2330 2 1 2 4655KV A 变压器的功率损耗为 估算 PT QT PT 0 015 S30 0 015 4655 69 8Kw QT 0 06 S30 0 06 4655 279 3 Kvar 变电所高压侧计算负荷为 P30 4317 69 8 4386 8 Kw Q30 4071 2330 279 3 2020 3Kvar S30 4386 82 2020 32 1 2 4829 7KV A 无功率补偿后 工厂的功率因数为 cos P30 S30 4386 8 4829 7 0 908 0 9 因此 符合本设计的要求 当供电电压为 10kv 时 由于本设计中上级要求 COS 0 95 而由上面计算可知 COS 0 72 0 95 因 此需要进行无功补偿 综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿 可选用 BWF10 5 100 1W 型的电容器 其额定电容为 2 89 F Qc 4317 tanarc cos0 72 tanarc cos0 97 Kvar 3079Kvar 因此 其电容器的个数为 n Qc qC 3079 100 30 79 而由于电容器是单相的 所以应为 3 的倍数 取 33 个 正好 无功补偿后 变电所低压侧的计算负荷为 S30 2 43172 4071 3079 2 1 2 4429 5KV A 变压器的功率损耗为 估算 PT QT PT 0 015 S30 0 015 4429 5 66 4Kw 5 QT 0 06 S30 0 06 4429 5 265 8 Kvar 变电所高压侧计算负荷为 P30 4317 66 4 4383 4 Kw Q30 4071 3079 265 8 1257 8Kvar S30 4383 42 1257 82 1 2 4560 3 KV A 无功率补偿后 工厂的功率因数为 cos P30 S30 4383 4 4560 3 0 961 0 9 因此 符合本设计的要求 2 22 2 工厂总降压变电所主变压器的型式 容量和数量的选择 2 2 12 2 1 主变压器台数的选择主变压器台数的选择 由于该厂的负荷属于一 二级负荷 对电源的供电可靠性要求较高 宜采用两 台变压器 以便当一台变压器发生故障后检修时 另一台变压器能对一 二级负荷 继续供电 故选两台变压器 2 2 22 2 2 变电所主变压器容量的选择变电所主变压器容量的选择 装设两台主变压器的变电所 每台变压器的容量 ST应同时满足以下两个条件 1 任一台单独运行时 ST 0 6 0 7 S 30 1 2 任一台单独运行时 ST S 30 由于 S 30 1 5934KVA 且该厂本厂三班制 年最大有功负荷利用小时 数为 5600h 选变压器 ST 0 6 0 7 5934 3560 4153 KVA STS 30 选择 S9 6300 35 型变压器 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 主变压器的联结组别均采 用 Dyn11 6 2 2 32 2 3 变电所 配电所位置和型号的选择变电所 配电所位置和型号的选择 1 变电所和配电所的位置选择应根据下列要求综合考虑确定 靠近工厂的负荷中心 接近电源侧 进出线方便 运输设备方便 不应设在有剧烈振动或 高温的场所 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所 如无法远离 不应设在污染源的主导风向 的下风侧 不应设在地势低洼和可能积水的场所 不应设在有爆炸危险的区域内 不宜设在有 火灾危险区域的正上方或正下方 2 2 42 2 4 变配电所主结线的选择原则变配电所主结线的选择原则 1 当满足运行要求时 应尽量少用或不用断路器 以节省投资 2 当变电所有两台变压器同时运行时 二次侧应采用断路器分段的单母线接线 3 当供电电源只有一回线路 变电所装设单台变压器时 宜采用线路变压器组结线 4 为了限制配出线短路电流 具有多台主变压器同时运行的变电所 应采用变压器 分列运行 5 接在线路上的避雷器 不宜装设隔离开关 但接在母线上的避雷器 可与电压互 感器合用一组隔离开关 6 6 10KV 固定式配电装置的出线侧 在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中 应装设线路隔离开关 7 采用 6 10 KV 熔断器负荷开关固定式配电装置时 应在电源侧装设隔离开关 8 由地区电网供电的变配电所电源出线处 宜装设供计费用的专用电压 电流互感 器 一般都安装计量柜 9 变压器低压侧为 0 4KV 的总开关宜采用低压断路器或隔离开关 当有继电保护或 自动切换电源要求时 低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器 10 当低压母线为双电源 变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时 在总开关的 出线侧及母线分段开关的两侧 宜装设刀开关或隔离触头 2 2 52 2 5 主接线方案选择主接线方案选择 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 6 10KV 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 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 7 主接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 一次侧采用内桥式结线 二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线 其一 次侧的 QF10 跨接在两路电源线之间 犹如一座桥梁 而处在线路断路器 QF11 和 QF12 的内侧 靠近变压器 因此称为内桥式结线 这种主结线的运行灵活性较好 供电可靠性较高 适用于一 二级负荷工厂 如果某路电源例如 WL1 线路停电检修 或发生故障时 则断开 QF11 投入 QF10 其两侧 QS 先合 即可由 WL2 恢复对 变压器 T1 的供电 这种内桥式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 并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所 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 这 种主结线 其一次侧的高压断路器 QF10 也跨接在两路电源进线之间 但处在线路 断路器 QF11 和 QF12 的外侧 靠近电源方向 因此称为外桥式结线 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 但与内桥 式结线适用的场合有所不同 如果某台变压器例如 T1 停电检修或发生故障时 则 断开 QF11 投入 QF10 其两侧 QS 先合 使两路电源进线又恢复并列运行 这 种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大 适用经济运行需经常切换的 总降压变电所 当一次电源电网采用环行结线时 也宜于采用这种结线 使环行电 网的穿越功率不通过进线断路器 QF11 QF12 这对改善线路断路器的工作及其继 电保护的整定都极为有利 8 由于需要装设两台主变压器 所以可设计下列两种主接线方案 1 一条电源进线的主接线方案 如图所示 图 2 1 一条电源进线的主接线方案 2 两条电源进线的主接线方案 如图所示 9 图 2 2 两条电源进线的主接线方案 3 两种主接线方案的技术经济比较 两种主接线方案的比较 比较项目一条电源进线的主接线方案两条电源进线的主接线方案 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 供电质量两台主变并列 电压损耗小两台主变并列 电压损耗小 灵活方便 性 由于只有一条电源进线 灵 活性稍差 由于只有两条电源进线 灵 活性较好 技 术 指 标 扩建适应 性 稍差一些更好一些 从表中可以看出 虽然按经济指标 一条电源进线的主接线方案远优于两条电源进线的主 接线方案 但是按技术指标 两条电源进线的主结线方案优于一条电源进线的主接线方案 为 10 了给工厂的正常生产提供更加稳定 可靠的电源 所以决定采用两条电源进线的主接线方案 正常工作时 110kV 侧母线中间分段 两电源分别同时给两变压器供电 当一条电源进线出现故 障时 利用 110kV 母线的联络线 把 110kV 侧母线连通 用另外一条电源进线给两个变压器供 电 这样不仅提高了供电的可靠性 而且灵活性也增强了 给电力系统的维护和维修带来了安 全和方便 虽然这样投资高了不少 但是是十分值得的 2 32 3 短路电流的计算短路电流的计算 2 3 12 3 1 求求 k k 1 1 点的三相短路电流和短路容量点的三相短路电流和短路容量 Uc1 115 5KV 三相短路容量 1918MVA 3 11 3 1 3 kck IUS 三相短路电流周期分量有效值 1918 115 5 9 6KA 3 1 k I3 总阻抗 115 5 9 6 12 1 k X 1c U 3 1 k I 架空线路的电抗 由资料得 因此kmX 35 0 0 75 1 5 35 0 02 kmkmlXX 电力系统的电抗 1 X 25 1075 1 12 2 1 XX k 由 MVAXUS coc 130125 10 5 115 5 115 1 2 1 因此 选取 SW2 35 型断路器 其他三相短路电流 kAIII k 6 9 3 1 3 3 kA48 24kA6 955 2 55 2 3 3 Iish kA 5 14kA6 951 1 51 1 3 3 IIsh 2 3 22 3 2 求求 k 2k 2 点的三相短路电流和短路容量点的三相短路电流和短路容量 kVUc 5 10 2 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 电力系统的电抗 085 0 1301 5 10 22 2 1 MVA kV S U X oc c 11 架空线路的电抗 014 0 kV 5 115 kV 5 10 5 35 0 2 2 1 2 02 kmkm U U lXX c c 电力变压器的电抗 X3 X4 UK 100 SN 17 100 10 5 10 5 7000 0 003 2 2c U 绘 k 2 点短路的等效电路如图 3 8 示 并计算其总电抗为 43 43 214321 2 XX XX XXXXXXX k 1005 0 2 003 0 014 0 085 0 计算三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量有效值 A 3 60 1005 0 3 5 10 3 2 2 3 2 k kV X U I k c k 其他三相短路电流 kAIII k 3 60 3 2 3 3 kA 2 33kA 3 6055 2 55 2 3 3 Iish kA91kA 3 6051 1 51 1 3 3 IIsh 三相短路容量 MVA 6 1096kA 3 60kV 5 1033 3 22 3 2 kck IUS 2 3 32 3 3 k 1 k 2k 1 k 2 点短路计算表点短路计算表 三相短路电流 kA三相短路容量 MVA 短 路 计 算 点 3 k I 3 I 3 I 3 sh i 3 sh I 3 k S k 19 69 69 624 4814 51918 k 260 360 360 333 2911096 6 2 42 4 10kV10kV 侧一次设备的选择校验侧一次设备的选择校验 12 表 2 410kV 侧一次设备的选择校验 选择校验项目电压电流断流 能力 动稳定 度 热稳 定度 额定参数 N U N I oc I max itIt2 高压少油断路 器 SW2 35 35kV1500A 24 8k A 63 4kA24 8 高压隔离开关 G 10 1000 6 8 N 10kV1000A 75kA 4500 5302 高压熔断器 RN2 10 10kV0 5A50kA 电压互感器 JDJ 10 10 0 1kV 电流互感器 LZZQB6 10 10kV 800 5A 315 5A 大于 30 I 100 5A 大于 30 I 一 次 设 备 型 号 规 格 电流互感器 LA 10 10kV 315 5A 大于 30 I 160 5A 大于 30 I 表 3 7 所选设备均满足要求 2 52 5 校验电压损耗校验电压损耗 由课题要求 A 变电站至该厂距离约 5Km 而表查得的铝芯电缆的 2 25mm 按缆芯工作温度 80 计 又该厂的kmR 54 1 0 kmX 120 0 0 因此按式kWP4317 30 var4071 30 kQ 3 9 N U qXpR U 13 V3568 kV10 512 0 var4071554 1 4317 kkW U 满足允许电压损耗 5 的 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 55 3100100003568 al UVVU 要求 三 课设心得总结三 课设心得总结 通过这次课程设计 使我得到了很多的经验 并且巩固和加深以及扩大了专业知 识面 锻炼综合及灵活