化工厂总降压变电所电气部分设计

1、信息与电气工程学院 课程设计说明书 2015/2016 学年第一学期） 课程名称 ： 企业供电系统工程设计 题 目 ： 某化工厂总降压变电所 电气部分设计 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计周数 ： 1 周 设计成绩 ： 2016年1月 14日 目录 一、原始数据及设计任务 2 二、技术要求 3 三、负荷统计计算表 3 四、无功功率补偿 9 五、高低压供配电系统 6 5.1 高压线路导线的选择 10 5.2 低压线路导线的选择 10 六、变压器台数、容量、型号选择 7 6.1 主变压器台数的选择 7 6.2 变电所主变压器容量的选择 7 6.3 型号的选择 12 七、变

2、电所主接线图 13 八、短路电流的计算 14 九、主要高压设备器件的选择与校验 16 9.1 变电所高压侧一次设备的选择 16 9.2 变电所高压侧一次设备的校验 16 十、学习心得与体会 18 十一、参考文献 19 一、原始数据及设计任务 1 、工厂负荷情况 2 、全厂负荷情况：该厂主要车间及辅助设施均为类负荷， 3 班工作制， 最大负荷利用小时数 Tmax=5800h。全厂各车间负荷情况见表 1 和表 2(注： 同期 系数为 0.9 ) 表 1?各车间 380V 负荷 车变代号 车间名称 设备容量 KW 需要系数 Kd 功率因数 cos 锻压车间 1000 0.3 B1 工具车间 200

3、0.3 加工车间 1800 0.7 B2 供应车间 200 0.2 焊接车间 1200 0.3 B3 修理车间 100 0.25 机加车间 400 0.85 B4 装配车间 300 0.35 仓库 100 0.3 锅炉房 320 0.7 B5 水泵房 80 0.75 序号 车间名称 设备容量 KW 需要系数 Kd 0.6 0.65 0.75 0.6 0.45 0.65 0.75 0.6 0.65 0.85 0.8 功率因数 cos 3 、供电电源情况 （1）工作电源：工厂电源从距该厂 10km的某220/35KV区域变电所取得， 以 一回架空线向工厂供电； ? （2）备用电源：由正北方向其他工

4、厂引入 10kV 电缆作为备用电源，平时不 准投入，仅在该厂的主电源发生故障或检修时才允许备用电源供电； ? （3）功率因素值应在 0.9 以上； ? （4）区变 35KV母线短路容量： Smax（ 3） =400MV，A Smin（3）=345MVA；? （ 5） ?电能计量在变电所 35kV侧进行； ? （6）?区域变电所出线定时限过电流保护动作时限 t=2s 。? 4 、设计任务 （1）确定主接线：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能 实现的 2-3 个方案， 经过技术经济比较，确定最优方案； （2）选择主变压器：选择变压器的容量、台数、型号等； （ 3）短路电流计算： 根

5、据电气设备选择和继电保护整定的需要， 选择短路计 算点，绘制等值网 络图，计算短路电流，并列表汇总； （4）电气设备选择与校验； 5）主变压器继电保护方案配置。 、技术要求 （1）保证供电安全，可靠，经济； （ 2）功率因数达到 0.9 及以上。 三、负荷统计计算表 表 1 各车间 380V 负荷 计算负荷 车变代 车间名 号称 锻压车 间 工具车 B1 间 设备容 需要系 量 KW 数 Kd 1000 0.3 200 0.3 补偿容 量 功率因 数 tg cos 0.6 1.33 0.65 1.77 Qjs/KV Pjs/KW AR 300 399 60 70.2 Sjs/KV A 500

6、92.3 360k var 小计 1200 360 469.2 592.3 0.88 1260 1108.8 1680 1.33 40 53.2 66.67 var 加工车 1800 0.7 0.75 间 供应车 200 0.2 0.6 间 B2 补偿容 752.6k 量 小计 2000 焊接车 间 1200 0.3 0.45 修理车 B3 100 0.25 0.65 间 补偿容 616k 1300 1162 1746.4 7 1.98 360 712.8 800 1.17 25 29.25 800 var 小计 1300 机加车 400 0.85 0.75 间 装配车 300 0.35 0.

7、6 间 B4 仓库 100 0.3 0.65 补偿容 372.8k 量 小计 800 锅炉房 320 0.7 0.85 水泵房 80 0.75 0.8 B5 补偿容 89.7k 385 742.05 834.47 0.88 340 299.2 453.3 1.33 105 139.65 175 1.17 30 35.1 46.15 var 475 473.95 674.45 0.62 224 138.88 263.53 0.75 60 45 75 var 小计 400 284 183.88 338.53 表 2 各车间 10KV 高压负荷 计算负荷 功率因 序号 车间名 称 设备容 量 KW

8、需要系 数 Kd 数 cos tg Pjs/KW Qjs/KV AR Sjs/KV A 1 空压车 间 500 0.7 0.8 0.75 350 262.5 437.5 2 模具车 间 560 0.85 0.8 0.75 476 357 595 3 溶质车 间 600 0.8 0.9 0.48 480 357 533.3 4 磨抛车 间 400 0.87 0.82 0.7 384 243.6 424.4 5 锅炉房 2000 0.75 0.8 0.75 1500 1125 1875 补偿容 1160.7k var 小计 4060 3154 2218.5 3865.2 全厂的同期系数为： K=0

9、.9，则全厂的计算负荷为 P30=0.9 P30=0.9 5958kw=5362.2kw； Q30=0.9 Q30=0.9 5249.58kw=4724.622k var ； S30 = P320 Q320 =7146.69kv A； I30 = 30 =10.86KA。 3U N 四、无功功率补偿 由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为： S30=7146.69kvA，这 时低压侧的功率因数为： cos =P =0.75 ，为使高压侧的功率因数 0.90 ，则 低压侧补偿后的功率因数应高于 0.90 ，则取 cos 0.95 ，要使低压侧的功率因 数由 0.75 提高到 0.95 ，则低

10、压侧需装设的并联电容器容量为： QC =Q30(tan 1- var ； tan 2 )=4724.622 tan(arccos0.75) - tan(arccos0.95) =2613.8k 取: QC =3000k var则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为： S30P320 Q302 =5632.7kvA，计算电流 I 30S30 =8558.003A。 3UN 变压器的功率损耗为： Pt0.02 S30 =112.65kw； Qt 0.06 S30 =337.96 k var ； 则变电所高压侧的计算负荷为： P30 =5362.2kw+112.65kw=5474.85kw， Q30=

11、(4724.622-3000)kvar+337.96 k var =2062.58 k var S30 P320 Q302 =5850.49kvA，I30S3U30N =5132.3A，则补偿后的功率因数为： cos =0.936 满足（大于 0.90 ）的要求。 五、高低压供配电系统 为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条 件：发热条件、电压损耗条件、经济电流密度、机械强度。 根据设计经验：一般 10KV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发 热条件选择导线和电缆截面， 再校验其电压损耗和机械强度。 对于低压照明线路， 因对电压水平要求较高， 通常先按允许电压

12、损耗进行选择， 再校验其发热条件和 机械强度。 5.1 高压线路导线的选择 架空进线后接铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢铠护套电力电缆BLV-95。 5.2 低压线路导线的选择 由于没有设单独的车间变电所， 进入各个车间的导线接线采用 TN-C-S 系统； 从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电， 电缆采用 LGJ-185 型钢芯铝线电 缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。 其中导线和电缆的截面选择满足条件： （1）相线截面的选择以满足发热条件即， Ial I30 ； （2）中性线（ N线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足 A0 0.5A ； （3）保护线（ PE线）的截面选择 一、 A 3

13、5mm2 时， APE 0.5A ； 二、 A 16mm2 时， APE A ； 三、 16mm2 A 35mm2 时， APE 16mm2 ； （4）保护中性线（ PEN）的选择，取（ N线）与（ PE）的最大截面。 另外，送至各车间的照明线路采用：铜芯聚氯乙烯绝缘导线 BV型号。 六、变压器台数、容量、型号选择 6.1 主变压器台数的选择 变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时， 宜装设两台及以上变压器： 有大量一级或二级负荷； 季节性负荷变化较大； 集中 负荷较大。 结合本厂的情况， 考虑到二级重要负荷的供电安全可靠， 故选择两台 主变压器。 6.2 变电所主变

14、压器容量的选择 每台变压器的容量 SN T 应同时满足以下两个条件： (1)暗备用条件：任一台变压器单独运行时，宜满足：SNT (0.6 0.7) S30； (2)明备用条件：任一台变压器单独运行时，应满足：SN T S30(I II ) ，即满足 全部一、二级负荷需求。代入数据可得： SN T =(0.60.7 ) 5850.49 kV A =(3510.2944095.343 ) kV A。 考虑到未来 510年的负荷发展，初步取 SN T =5000kV A；考虑到安全性和 可靠性的问题，确定变压器为 S9 系列 10kv 配电变压器。 6.3 型号的选择 S9-5/10 ，其主要技术指

15、标如下表所示： 额 定 容 量 型 ( 电 压 号 k合 V A 空 负 联 载 载 结 损 损 组 耗 耗 组 标 ( ( k k 号 W W ) ) 空阻 载抗 电电 流压 ( % ) ) kg) 重量 轨距(mm) 外形尺寸(mm) 压 高低 分 压压 接 ( 范 ( k 围 k VV ( ) ) % 油器 总 重 身 长 宽 高 重 重 9 0 Y y 0 0 2 - 6 5 5 3 5 n 0 1 8 / 4 o 4 8 5 1 1 S6 0 0 74 5 12 4 43 8 5 850 0 5 0 0 400400 七、变电所主接线图 装设两台主变压器的主接线方案，如下图所示： 八

16、、短路电流的计算 本厂的供电系统简图如图 （一）所示。采用两路电源供线， 一路为距本厂 8km 的馈电变电站经 LGJ-150 架空线（系统按电源计） ，该干线首段所装高压断路 器的断流容量为 500MV A ；一路为邻厂高压联络线。 面计算本厂变电所高压 10kV 母线上 k-1 点短路和低压 380V 母线上 k-2 面采用标么制法进行短路电流计算 一）确定基准值： 则： Id1 100 MV A 3 10.5 kV 取Sd 100MV A，Uc1 10.5kV ，Uc2 0.4kV 5.500kA ； 二）计算短路电路中各主要元件的电抗标么值： 1） 电力系统的电抗标么值： X1* 10

17、0MV A 0.200 500 MV A 2) 架空线路的电抗标么值： X2* 0.35( / km) 8km 100MV A2 2.5387 2(10.5kV )2 3)电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得 Uk % 6，因此： 短路等效电路图如图(二)所示 : 图(二) 计算 k-1 点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量： 1) 总电抗标么值： X* (k 1) X1 X2 0.200 2.5387 2.7387 2) 三相短路电流周期分量有效值： I k(3)1 I d1 5.50kA 2.008kA k 1 X (k 1) 2.7387 3) 其他 三 相 短

18、 路 电流 ： I(3) Ik(3)1 2.008kA is(h3) 2.55 2.008kA 5.120kA I s(3h) 1.51 2.008kA 3.032kA 4) 三相短路容量： Sk(3)1Sd100MV A 36.514 MV A k 1 X (k 1) 2.7387 计算 k-2 点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量： 1) 总电抗标么值： X*(k 2) X1 X2 (X3 |X4) 0.200 2.7387 3/ 2 4.4387 2) 三相短路电流周期分量有效值： I k(3)2Id2 144kA 32.442kA k 2 X (k 2) 4.4387 3)

19、其他三相短路电流： I(3) I k(3)2 32.442 kA 4） 三相短路容量： 4.4387 Sd100MV A 22.529MV A 九、主要高压设备器件的选择与校验 9.1 变电所高压侧一次设备的选择 根据机械厂所在地区的外界环境，高压侧采用JYN2-10（Z）型户内移开式交 流金属封闭开关设备，此高压开关柜的型号： JYN2-10/4ZTTA（说明： 4：一次方 案号； Z：真空断路器； T：弹簧操动； TA ：干热带）。其内部高压一次设备根据 本厂需求选取： 高压断路器： ZN2-10/600 高压熔断器： RN1-10/150 电流互感器： LQJ-10/5 电压互感器： J

20、DZJ-10 高压隔离开关： GN6-10/200 9.2 变电所高压侧一次设备的校验 校验项目 电压 kV 电流 A 动稳定电流 热稳定电流 断流能 力 kA 4s kA 装设点条 参数 件 数据 0.38 115.2 9 一次设备型号规格 额定参数 高压断路器 ZN2-10/600 10 600 30 11.6 高压熔断器 RN1-10/150 10 150 12 电流互感器 LQJ-10-200/ 5 10 200/5 电压互感器 JDZJ-10 高压隔离开 关 10 200 25.5 GN6-10/200 由上表知高压侧所选一次设备的额定电压、 额定电流、 动稳定、热稳定均满 足要求。 十、学习心得与体会 通过本次课程设计，我把所学理论知识和生产实际很好的联系起来 , 真正做 到了学以致用， 方才觉着自己几年毕竟没白学， 能切切实实地解决一些实际问题 了。从设计之初的模糊、 困惑到设计完成之后的豁然开朗， 真正地可谓是脱胎换 骨。之前对供电设计系统的认识是如何设计使系统能正常工作， 通过设计才认识 到之前的观