615——2008供用电专业设计(赵志英).doc

35kV降压站及配电系统设计南 昌 工 程 学 院毕业设计（论文）任务书一、毕业设计(论文)题目：35kV降压站及配电系统设计二、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：（一）毕业设计使用的原始资料1. 全厂用电设备情况（1）负载大小用电设备总安装容量：6630KW计算负荷（10KV侧）有功：4522KW 无功：1405KVAR 各车间负荷统计见表1。表1 全厂各车间负荷统计表序号车间名称负荷类型计 算 负 荷Pjs（KW）Qjs(KVAR)Sjs（KVA）123456789空气压缩车间熔制成型（模具）车间熔制成型（熔制）车间后加工（磨抛）车间后加工（封接）车间配料车间锅炉房厂区其他负荷（一）厂区其他负荷（二）780560590650560360420400440180150170220150100110168200800580614686580374434434483共计同时系数全厂计算负荷47600.95452214480.9714054735.24 （2）负荷类型 本厂绝大部分用电设备均属于长期连续负荷，要求不间断供电。停电时间超过两分钟将造成产品报废；停电时间超过半小时，主要设备池，炉将会损坏；全厂停电将造成严重经济损失，故主要车间及辅助设施均为类负荷。 （3）本厂为三班工作制，全年工作时数8760小时，最大负荷利用小时数5600小时。（4）全厂负荷分布：见厂区平面示意图（图1）53864271 电源9图1 厂区平面示意图2. 电源情况（1）工作电源本厂拟由距其5公里处A变电站接一回架空线路供电，A变电站110KV母线短路容量为1918MVA，基准容量为1000MVA ，A变电站安装两台SFSLZ131500 KVA/110KV三卷变压器，其短路电压u高中=10.5%，u高低=17%，u低中=6%，详见电力系统与本厂联接示意图（图2）。供电电压等级：由用户选用35KV或10KV的一种电压供电。最大运行方式：按A变电站两台变压器并列运行考虑。最小运行方式：按A变电站两台变压器分列运行考虑。（2）备用电源拟由B变电站接一回架空线路作为备用电源。系统要求，只有在工作电源停电时才允许备用电源供电。（3）功率因数供电部门对本厂功率因数要求值为：以35KV供电时，cos=0.9 以10KV供电时，cos=0.95（4）电价供电局实行两部电价基本电价：按变压器安装容量每1千伏安每月10元计费。电度电价：35KV =0.40元/kwh 10KV =0.41元/kwh（5）线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按每千瓦3000元计算。 三、设计任务及设计大纲1. 高压供电系统设计根据供电部门提供的资料，选择本厂最优供电电压等级。2. 总降压变电站设计（1）主接线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术可能实现的多个方案，经概略分析比较，留下23个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。（2）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算短路电流，计算结果列出汇总表。（3）主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号、绝缘子的设备的选择和校验。选用的设备型号、数量汇成设备一览表。（4）主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。3. 车间变电所设计根据负荷情况，选择车间变压器的台数、容量以及变电所位置的原则考虑。4. 厂区10KV配电系统设计根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。图2 电力系统与本厂联接示意图 四、设计成果1. 设计说明书：包括对各种设计方案比较的扼要叙述，并附必要的计算和表格。2. 设计图纸（1）总降压变电所电气主接线图（A2） 1张（2）高压开关柜订货图（A2） 1张（3）主变压器控制回路接线全图（A2） 1张（4）主变压器保护回路接线全图（A2） 1张（5）10KV线路控制、保护回路接线全图（A2） 1张五 、毕业设计(论文)工作内容及完成时间： 2008年4月30日2008年6月15日1. 高压供电系统设计 4月30日 5月6日2. 总降压变电站设计 5月7日 5月25日3. 车间变电所设计 5月26日 6月8日4. 厂区10KV配电系统设计 6月9 日 6月15日六、主 要参考资料：1. 工厂常用电气设备手册（上册、下册、补充本） 水利电力出版社 2. 工厂供电 陕西机械学院 苏文成主编 机械工业出版社3. 工厂供电设计 李宗纲等编著 吉林科学技术出版社4. 发电厂电气部分 华中工学院 范锡普主编 水利电力出版社5. 工厂配电设计手册 航空工业部第四规划设计研究院等编 水利电力出版社 6. 常用供配电设备选择手册 第五分册 组合（箱式）变电站、变压器及附录 王子午 徐泽植 主编 煤炭工业出版社 7. 电力系统继电保护 天津大学编 水利电力出版社 电气与电子工程 系 供用电技术 专业 班学生： 日期： 自 08 年 4 月 30 日至 08 年 6 月 15 日指导教师： 赵 志 英 助理指导教师(并指出所负责的部分)：教研室： 教研室主任： 第一部分 高压供电系统设计1.1 供电电压的选择根据系统电源情况，供电电压有三个方案：方案一：工作电源与备用电源均用35千伏电压，在这个方案中，工厂总降压变电所的高压侧结线方式可用的有两种：1、 单母线分段结线；2、 内桥型结线。经技术经济比较，显然内桥型结线优于单母分段，因此采用内桥型结线作为本方案的结线方式，总降压变电所内装两台主变压器。方案二:工作电源和备用电源均采用10千伏电压，总降压变电所内的10千伏母线采用单母分段，电源进线均用断路器控制。方案三:工作电源采用35千伏，用架空线路引入，厂内总降压变电所中装设一台主变压器，变压器高压侧装设断路器，备用电源为10千伏，接在总降压变电所内的10千伏母线的一个分段上。1.2 供电方案的技术经济比较1.2.1 首先对三个方案的优缺点扼要分析如下：方案一：工作电源与备用电源均为35kV（如附图一）优点： 1、供电电压高，线路功率损耗及电能损耗少。2、电压损失小，调压问题易解决。3、要求的cos值低补偿容量小，可减少补偿设备及其投资。4、要建总降压变电所，对供电设备便于集中管理，易于实现自动化。5、根据运行经验的统计数据，35kV的架空线路的故障率比10kV的架空线路的故障率低一半，因而供电可靠性高。缺点： 1、厂内要设总降压变电所，需占一定的土地面积。2、要装设两台主变压器，投资及运行费均增加。方案二:工作电源及备用电源均为10kV（如附图一）优点： 1、工厂内不装主变压器，可简化结线，降低投资及运行费用。2、厂内不设总降压变电所，可少占土地面积，减少管理人员及维护工作量。缺点：1、供电电压低，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也大。2、要求的cos值高，要增加补偿容量及投资。3、要设总配电所。4、线路的故障率要比35kV的高，所以供电可靠性不如35kV。方案三:工作电源是35kV，备用电源为10kV，这个方案的技术经济指标介于上述二个方案之间（如附图一）1.3 主变和10kV母线的选择对于方案三，根据计算负荷情况，厂内总降压变压的容量我们可先用5000kVA的变压器，型号为S95000/35型，电压为35/10kV P0=6.9kW，Pd=45kW，ud%=7，I0%=1.1变压器功率损耗 35kV线路功率Pjs=4522+47=4569kW Qjs=1405+358.92=1763.92kVarSjs=4901.28 kVA cos=0.920.90满足要求 按照条件选用导线LGJ35，允许电流170A81.9A 满足要求。由电力系统基础 陈光会 王敏 主编 中国水利水电出版社 一书中的第282页附表1-3查得： 则有，线路电压损耗：此型号线路合格。10kV母线的选择：由工厂供电设计指导 刘介才 主编 机械工业出版社一书中的第88页，表5-25得知，一般地：10kV母线可先截面积为的，即型号为LMY-型的。第二部分 总降压变电所设计2.1 总降压变电所的电气主接线设计电气主接线是变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择，配电装置布置，继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响；通过技术经济比较，合理确定主接线。在选择电气主接线时，应以下列各点作为设计依据；变电所在电力系统中的地位和作用，负荷大小和重要性等条件确定，并且满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 2.1.1 电气主接线的基本要求，概括说包括可靠性、灵活性和经济性等方面。一、 可靠性可靠性是电力生产和分配的首要要求。主接线首先应满足这个要求，主接线可靠性的具体要求：1、 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。2、 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或部分二级负荷的供电。3、 尽量避免发电厂，变电所全部停运。二、 灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。1、 调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。2、 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。3、 扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下投入新设备并且对一次和二次部分的改建工作量最少。三、 经济性1、 投资省1) 主接线应力求简单，以节省断路器、隔离器开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备2) 要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备控制。3) 要能限制短路电流、以便与选择价廉的电气设备或轻型电缆。4) 如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端或分支变电所可采用简单电器。2、 占地面积小，主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。3、 电能损失少，经济合理地选择主变压器的种类（比如绕组、三绕组、子偶变压器），容量、数量，要避免两次变压而增大电能损失。4、 年运行费少，应合理选择主变的形式，容量，台数及避免两次变压而增加的电能损失。5、 在可能情况下，应采取一次设计，分期投资，投产，尽快发挥经济效益。2.1.2主接线接线方式电气主接线是根据电力系统和变电站具体条件确定的，主接线以电源和出线为主体，在进出线较多（一般超出4回），为方便电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。 母线链接有以下几种，其区别与使用范围如下：I、单母线接线优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线或母线隔离开关等）故障时检修，均需使整个电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障母线的供电。适用范围：610KV配电装置的出线回路数不超过5回；3563KV配电装置出线回路数不超过3回；110220KV配电装置的出线回路数不超过2回。II、单母线分段接线优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两用范围个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。当出线为双路回路时，常使架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围：610KV配电装置出线回路数为6回及以上时；35KV配电装置出现回路数为48回时；100220KV配电装置出想回路数为34回时。III、单母线分段旁路母线这种接线方式在进出线不多，容量不大的中小型电压等级为35110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。IV、双母线接线优点： 供电可靠。通过两组纯度线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断。一组母线故障时，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关只停该回路。 调度灵活。各个电源和各回路负荷可任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。 扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。 便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。 缺点： 添加一组母线和使每回线路需要增加一组母线隔离开关。 当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需要隔离开关和断路器之间装设连锁装置。使用范围：610kV配电装置，当短路电流较大时，出线需要带电抗器；35kV配电装置，当出线回路超过8回时，或连接的电源较多、复合较大时；110220kV配电装置，出线回路数为5回及以上时，或110220kV配电装置在系统中占重要地位，出线回路数为4回及以上时。根据上面确定的供电方案，可决定总降压变电所采用方案三的电气主接线。该结线的主要特点如下：1、 总降压变电所设一台500kVA 35/10kV的降压变压器，变压器于35kV架空线路接成线路变压器组。在变压器高压侧设六氟化硫断路器。这便于变电所的控制、运行和维修。2、 总降压变电所的10kV侧采用单母分段接线，用10kV开关柜将母线分成两段。3、 主变压器低压侧经开关柜接在10kV母线的一个分段上，而10kV备用线路也经开关柜接在另一分段上。4、 各车间的一级负荷都由两段母线供电，以保证供电可靠性。5、 根据规定，备用电源只有在主电源停止运行及主变压器故障或检修时才能投入，因此备用电源进线开关在正常时是断开的，而10kV母线的分段断路器在正常时则是闭合的。22 短路电流计算为了选择高压电气设备，整定继电保护，需计算总降压变电所的35kV侧，10kV母线以及厂区高压配电线路末端（即车间变电所高压侧）的短路电流，但因工厂厂区不大，总降压变电所到最远车间的距离不过数百米，因此10kV母线与10kV馈电线末端处的短路电流差别极小，故先计算主变压器高、低侧两点的短路电流。2.2.1 求各元件电抗，用标幺值计算设基准容量SB=1000MVA基准电压UB1=37kV UB2=10.5kV 已知地区变电所110kV母线的短路容量Sb=1918MVA，因此系统电抗标幺值由公式算得110kV系统：系统电抗地区变电所（110/35）三绕组变压器的高压中压绕组之间的电抗 35kV供电线路的电抗总降压变电所（35/10）的主变压器的电抗2.2.2 系统最大运行方式计算（等值电路见图）、d1点(35.kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值 其它短路电流 三相短路容量、d2点(10.kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值 其它短路电流 三相短路容量2.2.3系统最小运行方式计算（等值电路见图）、d1点(35.kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值 其它短路电流 三相短路容量、d2点(10.kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值 其它短路电流 三相短路容量三相短路电流计算结果见下表短 路 计算点三 相 短 路 电 流 (kA)三相短路容量(MVA)最大运行4.54.54.511.486.8288.18最小运行3.053.053.057.784.61195.31最大运行3.153.153.158.034.7657.24最小运行2.882.882.887.344.3552.302.3 电气设备选择根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： 2.3.1 35KV侧设备35KV侧设备短路电流计算结果:名称UIId（3）Sdich（）I2tj数据35kV82.484.5kA288.18MVA11.48kA4.520.34查工矿企业电气工程师手册 主编：王士政 中国水利水电出版社第207页表得高压断路器LW7-35参数:名称UIId（3）ich（I2tj数据35kV1600A25kA63kA2524查发电厂及变电站电气设备主编：吴靓 中国水利水电出边社 第223页附表2得高压隔离开关GW4-35/600参数:名称UISdich（I2tj数据35kV600A1500MVA50kA15.824查发电厂及变电站电气设备主编：吴靓 中国水利水电出边社 第226页附表4得电流互感器LCW-35参数:名称UIich（I2tj数据35kV15-1000/5A10082.48=11.664kA（650.15）21查发电厂电气部分主编：熊信银 中国电力出版社第348页附表9得电压互感器JDJJ-35参数:名称一次侧U二次侧USd二次绕组额定容量Sd数据35kV100V1200MVA0.5级1501200MVA1级2503级600查工厂供电（苏文成主编陕西机械学院出版）表第328得避雷器FZ-35参数:名称额定电压最大工作电压KV冲击放电电压KV内间歇距离mm外间隙距离mm数据35kV40.5134633171（15）2.3.2 10KV侧设备（中置式开关柜）开关柜用途进出线母联左连接母联右连接电压互感器柜开关柜型号KYN18A-10-02KYN18A-10-32KYN18A-10-6KYN18A-10-22最大工作电流2000A2000A2000A断路器ZN12-10ZN12-10电流互感器LZZBJ9-10ALZZBJ9-10A电压互感器JDZ熔断器RN2避雷器HY5 WZ2(注：以上设备参数查自中国水利水电出版社现代工业与民用供配电设计手册 主编：芮静康158页)2.3.3 10kV侧断路器校验10kV侧的开关柜KYN18A-10-02中的断路器为真空断路器ZN12-10型的，故有对ZN12-10进行校验：查现代工业与民用供配电设计手册主编：芮静康中国水利水电出版社第158页得名称额定电压额定电流额定开断电流峰值电流热稳定数据10kV2000A31.5kA80kA设备汇总表 内容项目设备型号数量备注35kV设备断路器LW7-351隔离开关GW4-35/6001避雷器FZ351电压互感器JDJJ351电流互感器LCW35110kV设备高压开关柜KYN18A-10-0211联络PT开关柜KYN18A10222备用电源设 备高压开关柜KYN18A-10-021母线分段电气部分左联 开关柜KYN18A-10-1121右联 开关柜KYN18A-10-061母线1工作母线LMY404mm21母线2备用母线LMY404mm212.4 .继电保护的选择与整定总降压变电所需设置以下继电保护装置：1、 主变压器保护。2、备用电源进线保护。3、变电所10kV母线保护。4、10kV馈电线保护。此外还需要设置以下装置：1、 备用电源自动投入装置2、绝缘监察装置2.5 主变压器保护根据规程规定5000kVA变压器设下列保护：、瓦斯保护：防御变压器铁壳内部短路和油面降低。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。、电流速断保护：防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。、过电流保护：防御外部相间短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护。保护动作于跳闸。、过负荷保护，防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。按具体条件装设。因此本设计采用上述的4个保护2.6 各个保护的具体整定计算如下、电流速断保护速断保护采用两相不完全星型接法，动作电流应躲过系统最大运行方式时，变压器的二次侧三相短路值，即按公式计算归算到35KV侧灵敏度按系统最小运行方式时保护装置安装处的两相短路电流来校验满足要求。、过电流保护采用三个电流互感器接成全星形接线方式，以提高保护动作的灵敏度，继电器采用DL11型保护动作按躲过变压器一次侧可能出现的最大负荷电流来整定，即按公式计算 进入继电器的电流 Idzj=11.64 A动作时间与10KV母线保护配合，10KV馈电线保护动作时间为0.5s。母线保护动作时间为1s，则变压器过流保护动作时间为t=1+0.5=1.5s灵敏度按二次侧母线发生两相短路的条件来校验，即按公式计算满足要求。第三部分 车间变电所设计车间变电所位置一般按下述原则确定：分散设置并接近负荷中心，便于低压网络的备用联络，节省变压器及开关等设备的投资。根据厂区平面布置图提供的车间分布情况及各车间负荷的性质及大小，本厂拟设置五个车间变电所，由于主要车间的负荷属于类负荷，故每个车间变电所均设两台变压器。每台变压器的容量按能担负全部车间负荷来选择。根据全厂负荷分布,可用5台变压器给厂区供电.车间变电所的名称、位置、型号以及变压器的容量和台数如下表所示变电所的名称变电所的位置及型式变压器台数及容量（kVA）变压器的型号计算电流归算值Ijs(A)B1空气压缩车间内附2800S9800/1046.5B2模具与熔制车间外附21250S91250/1068.95B3磨抛与封接车间外附21250S91250/1074.2B4配料车间及其他车间外附2800S9800/1047.2B5锅炉房及其他负荷外附21000S91000/1053.2车间厂区平面布置图第四部分 厂区高压配电系统设计为了便于管理，实现集中控制，尽量提高用户用电的可靠性，在本降压变电所馈电线路不多的条件下，考虑采用放射式配电方式。由于厂区面积不大，各个车间变电所与总降压变电所的距离较近，厂区高压配电网络决定采用直埋电缆线路。由于线路短，电缆截面按长期最大工作电流选择，然后进行热稳定校验。现以B1车间变电所为例选择导线截面：变压器容量为800kVA计算电流 采用单根ZLQ2-316型电缆(聚氯乙烯)，敷设于+15C土壤中长期允许电流（土壤热阻系数为120时）为65A，假定土壤最高温度为25C，温度修正系数Kt=1.0，三根电缆并排埋设时的修正系数K4=0.84，土壤热阻系数为120时的修正系数K3=0.9，则电缆线路的允许电流为651.00.840.9=49.14A46.2A 合格热稳定校验。因厂区不大，线路短，线路末端短路电流与始端短路电流相差无几，因此以10KV母线上短路时（d2点）之短路电流进行校验：Ssin=15.06mm216mm2鉴于线路不长，线路电压损失不会太大，故电压损失校验省略。其他线路的电缆截面选择类同，此处从略。变电所进出线和联络线的型号规格(查自中国水利水电出版社现代工业与民用供配电设计手册 主编：芮静康214页表6-54得):线路名称导线或电缆的型号规格10kV母线LMY404mm210kV高压进线B1聚氯乙烯-316型电缆(直埋)B2聚氯乙烯-335型电缆(直埋)B3聚氯乙烯-335型电缆(直埋)B4聚氯乙烯-316型电缆(直埋)B5聚氯乙烯-325型电缆(直埋)第五部分 配电装置及防雷接地设计5.1户内配电装置由于10kV电气设备采