某通用机器厂总降压变电所及高压配电系统设计.

精品资料 可编辑 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 精品资料 可编辑 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 精品资料 可编辑 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。 精品资料 可编辑 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 精品资料 可编辑 （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。 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。 精品资料 可编辑 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。tancos 视在计算负荷为 (2-3) 2 30 2 3030 QPS 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 6722 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= 0.9431740715934 9 2.32.3 全厂负荷计算全厂负荷计算 取 K= 0.9; 精品资料 可编辑 根据上表可算出：P30(i) = 4797kW; Q30(i) = 4523kvar 则 P30 = KPP30(i)= 0.94797kW = 4317kW Q30 = KqQ30(i) = 0.94523kvar = 4071kvar 5934KVA 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 COS0.9,而由上面计算可知 COS=0.720.9，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 2.89F Qc = 4317（tanarc cos0.72tanarc 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 =4655KVA 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= 0.9080.9 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 COS0.95,而由上面计算可知 COS=0.720.95，因此 需要进行无功补偿。 精品资料 可编辑 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 2.89F Qc = 4317（tanarc cos0.72tanarc 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 =4429.5KVA 变压器的功率损耗为：（估算 PT、QT） PT = 0.015 S30 = 0.015 *4429.5=66.4Kw 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= 0.9610.9 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（0.60.7）S30（1）； 精品资料 可编辑 （2）任一台单独运行时，STS30（+） ； 由于 S30（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（0.60.7）5934=（35604153）KVA STS30（+） 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。 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。 6.610KV 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。 精品资料 可编辑 7.采用 610 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 610KV 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。 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 精品资料 可编辑 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。 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 精品资料 可编辑 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 图 2-2 两条电源进线的主接线方案 精品资料 可编辑 （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 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( 1k I3 总阻抗 =/=115.5/9.6=12 )1( k X 1c U )3( 1k 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 精品资料 可编辑 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 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 精品资料 可编辑 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 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 一 次 设 备 额定参数 N U N I oc I max itIt2 精品资料 可编辑 高压少油断路 器 SW2-35 35kV1500A24.8kA63.4kA24.8 高压隔离开关 G-10/1000 6 8 N 10kV1000A75kA 4500 5302 高压熔断器 RN2-10 10kV0.5A50kA 电压互感器 JDJ-10 10/0.1 kV 电流互感器 LZZQB6-10 10kV 800/5A 315/5A(大于) 30 I 100/5A(大于) 30 I 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kmR54 . 1 0 kmX120 . 0 0 ，因此按式kWP4317 30 var4071 30 kQ （3-9） N U qXpR U 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。 精品资料 可编辑 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