供配电系统电气部分初步设计课程设计报告1

1、湖北理工学院 课程设计报告供配电系统电气部分初步设计目录1. 前言12. 负荷计算的意义及相关参数的计算23. 无功补偿的计算44 . 短路计算125. 电气设备选择与校验175.1 10kv一次侧设备选择175.2 380v侧一次设备的选择校验186. 供配电线路的选择196.1 10kv高压进线的选择197. 常用继电保护及整定计算207.1 qf处设置定时限过电流保护207.2 qf处电流速断保护整定计算217.3 ，处动作时间的整定218 .防雷和接地22个人小结24参考文献2510kv变配电所电气主接线图261. 前言随着现代工业迅速发展，工厂供电的可靠性日益显得尤为突出。一旦外部电

2、源中断，将给工厂的生产造成巨大的损失，严重影响了工业生产和人民的生活，同时影响我国国民生产总值。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：（1） 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2） 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3） 优质 应满足电能用户对电压和

3、频率等质量的要求（4） 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。课程设计是学习中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。本设计可分为九部分：用户负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所位置和形式的选择；确定主接线方案；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；用户电源进线及用户高压配电、低压配电线路的选择；保护装置的选择和其整定装置的计算；

4、心得和体会；附参考文献。由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师、同学批评指正。2. 负荷计算的意义及相关参数的计算2.1负荷计算的意义负荷计算是设计的基础,它决定设备容量的选用,管网系统的规模以及工程总造价等,这是技术人员熟知的事实。但是近几年来用估算的方法替代了负荷计算,给制定方案、工程审核造成一定的困难。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，称为计算负荷（calculated load）2.2 参数的计算目前，对工矿企业的电力负荷计算主要采用三种方法：单位容量法、需要系数法、用系数法。在本设计中采用的是需要系法来进行负荷计算。（

5、一）一组用电设备的计算负荷主要计算公式有：有功计算负荷：= (2-1)无功计算负荷：= (2-2)视在计算负荷：=/ (2-3)计算电流： =/ (2-4)式中为用电设备组的需要系数值；为用电设备组的平均功率因数； 为功率因数的正切值；为用电设备组的额定电压。（二）多组用电设备的计算负荷在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数k。 图2-1 多组用电设备的计算负荷 对于干线，可取kp=0.85-0.95;kq=0.90-0.97对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取kp=0.8-0.9, kq =0.85-0.95。由干线负

6、荷直接相加来计算时，可取kp=0.95, kq =0.97。 其计算公式如下：(2-5) (2-6) 由此确定工程橡胶公司各车间变电所总的电力负荷，如表2-1所示。表2-1 电力负荷计算表车间名称设备容量/kw需要系数/kd功率因数/costan计算负荷车间变电所代号pc/kwqc/kvarsc/kvaic/a铸造车间950.00 0.40 0.65 1.17 380.00 444.60 584.62 888.24 sts1金加工车间645.00 0.30 0.70 1.02 193.50 197.37 276.42 419.98 sts2轧胶车间230.00 0.30 0.75 0.88 6

7、9.00 60.72 92.00 139.78 硫化车间380.00 0.50 0.75 0.88 190.00 167.20 253.33 384.90 伸缩缝车间290.00 0.40 0.80 0.75 116.00 87.00 145.00 220.30 仓库40.00 0.30 0.50 1.73 12.00 20.76 24.00 36.46 sts3食堂80.00 0.75 0.80 0.75 60.00 45.00 75.00 113.95 锅炉房75.00 0.75 0.80 0.75 56.25 42.19 70.31 106.82 水泵房60.00 0.75 0.80 0

8、.75 45.00 33.75 56.25 85.46 综合楼175.00 0.70 0.90 0.48 122.50 58.80 136.11 206.80 3. 无功补偿的计算在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率,一种是无功功率。无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。由于它不对外做功,才被称之为“无功”。无功功率的符号用q表示,单位为乏(var)或千乏(kvar)。从发电机和高压输电线供给的无功功率,远远满足不了负荷的需要,所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以

9、保证用户对无功功率的需要,这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。根据电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿，低压成组补偿和低压补偿三种方式。由于本设计中上级要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.92,而由上面计算可知=0.650.9，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低压集中补偿。以no1(sts1)车间变电所为例,计算它的功率补偿qn.c = 380（tanarc cos0.65tanarccos0.94）kvar=306.35kvar根据补偿柜的规格要求,初选bcmj0.4-16-3,每组容量qn.c =16kvar,则需要

10、安装的电容组数为n= qn.c /qn.c =306.35kvar/16 kvar=19.1420 无功补偿后，变电所低压侧的视在计算负荷为： pc=380 qc=(444.6-320)kvar=124.60kvarsc=399.90kv.a cosa=0.95又考虑到变压器的功率损耗为： (3-1) (3-2)变压器初次选择scb10-630/10，变压器参数如表3-1所示：表3-1：变压器cb10-630/10型参数变压器额定容量：sn.t=630kva p0/kwpk/kwi0%uk%1.18 5.12 0.80 4.00 通过式3-1，式3-2得 pt=0.01sc=3.24kwqt=

11、0.05sc=15.19kvar变电所高压侧计算负荷为：= + =383.24kw= -qn.c + =139.79kvar=407.94补偿后的功率因数为：cos=0.94各个车间的补偿结果如下表所示：计算点有功计算负荷pc/kw无功计算负荷qc/kvar视在计算负荷sc/kva计算电流ic/a功率因数cos补偿前sts1变压器低压侧计算负荷380.00 444.60 584.62 888.24 0.65 补偿容量qnc1=380tan(arccos0.65)- tan(arccos0.94)=306.35kvar实际取组2016kvar=320kvar-320.00 补偿后sts1变压器低

12、压侧计算负荷380.00 124.60 399.90 607.59 0.95 计算点变压器功率损耗(sc=399.9kva,sn.t=630kva) 有功计算负荷pc/kw无功计算负荷qc/kvar视在计算负荷sc/kva高压侧计算电流ic/a功率因数cossts1变压器高压侧p0/kwpk/kw i0% uk%pt/kwqt/kvar383.24 139.79 407.94 23.55 0.94 1.18 5.12 0.80 4.00 3.24 15.19 计算点有功计算负荷pc/kw无功计算负荷qc/kvar视在计算负荷sc/kva计算电流ic/a功率 因数cos补偿前sts2变压器低压侧

13、计算负荷568.00 512.29 764.90 1162.14 0.74 补偿容量qnc2=568tan(arccos0.74)- tan(arccos0.94)=310.11kvar实际取组2016kvar=320kvar-320.00 补偿后sts2变压器高压侧计算负荷568.00 192.29 599.67 911.10 0.95 计算点变压器功率损耗(sc=599.67kva,sn.t=800kva) 有功计算负荷pc/kw无功计算负荷qc/kvar视在计算负荷sc/kva高压侧计算电流ic/a功率因数cossts2变压器高压侧p0/kwpk/kw i0% uk%pt/kwqt/kv

14、ar573.17 223.26 615.12 35.51 0.93 1.52 6.50 0.50 6.00 5.17 30.97 计算点有功计算负荷pc/kw无功计算负荷qc/kvar视在计算负荷sc/kva计算电流ic/a功率 因数cos补偿前sts2变压器低压侧计算负荷295.75 200.50 357.31 542.88 0.83 补偿容量qnc4=295.75tan(arccos0.83)- tan(arccos0.94)=91.4kvar实际取组1016kvar=160kvar-160.00 补偿后sts2变压器低压侧计算负荷295.75 40.50 298.51 453.54 0.

15、99 计算点变压器功率损耗(sc=298.51kva,sn.t=500kva) 有功计算负荷pc/kw无功计算负荷qc/kvar视在计算负荷sc/kva高压侧计算电流ic/a功率因数cossts3变压器高压侧p0/kwpk/kw i0% uk%pt/kwqt/kvar298.65 51.63 303.08 17.50 0.99 1.16 4.87 0.80 4.00 2.90 11.13 总的视在计算负荷：= =1321.79kv.acos=/= 0.95=/ = 76.31a由表和计算可得各变电所折算到高压侧的功率因数均大于0.92,整个工厂的功率因数为0.95即功率补偿的电容选择合理, 符

16、合本设计的要求。按两部电价制交纳电费,基本电价20元/千伏安/月，电度电价0.5元/度,该工厂采取补偿可节约能量为s1+s2+s3=1698.65-1321.79=376.86 kv.a采取无功补偿后该工厂每月可节约20376.86=7537.2元我国供电营业规则规定：容量在100kva及以上高压供电用户,最大负荷使得功率因数不得低于0.9，如果达不到要求，则必须进行无功补偿。因此，在设计时，可用此功率因数来确定需要采用无功补偿得最大容量。由两部电费制度可知采用无功补偿为工厂节约了资金。4变压器的台数、容量和类型的选择4.1 车间变压器的选择原则（1）变电所主变压器台数的选择选择主变压器台数时

17、应考虑下列原则：应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所。除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。在确定变电所主变压器台数时，应当考虑负荷的发展，留有一定的余量。（2）变电所主变压器容量的选择1）只装一台主变压器的变电所主变压器的容量sn.t应满足全部用电设备总计算负荷s30的需要，即sn.ts30 2）装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量sn.t应同时满足以下两个条件：任一台单独运行时，sn.t（0.60.7）s30 任一台单独运行时，sn.ts30（+） 4.2 选择车间变压器的台数、容量和类型1、根据表4-1选择变压器的

18、台数、容量和类型。对于三个车间变电站sts1、 sts2 、sts3的容量分别为：407.94kva、615.12kva、303.08 kva 。本工厂属于二级负荷但是考虑到相应得精进基础和技术参数，在节能和留有余量方面负荷率为70%-80%，选定sts1变压器容量为630kv，sts2变压器容量为800kv，sts3变压器容量为500kv，从而保证工厂得负荷正常得运行。2、该工厂得自然条件为;年最高气温39，年平均气温23，年最低气温-5, 年最热月平均最高气温33，年最热月平均气温26，年最热月地下0.8m处平均温度25主导风向为南风，年雷暴日数52。平均海拔22m，地层以砂粘土为主。考虑

19、到土壤电阻率较高，和防雷要求得提高选用此型别为sc(b)10型变压器 初步选定变压器得容量型号如下表：表4-1 车间变电所变压器的台数、容量和型号编号厂房名称sc/kva变压器台数及容量变压器型号车间变电所代号1铸造车间584.62 1630sc（b）10sts12金加工车间276.42 1800sc（b）10sts23轧胶车间92.00 4硫化车间253.33 5伸缩缝车间145.00 6仓库24.00 1500sc（b）10sts37食堂75.00 8锅炉房70.31 9水泵房56.25 10综合楼136.11 5电气主接线方案选择5.1 电气主接线的意义及重要性电气主接线主要是指在发电厂

20、、变电所、电力系统中,为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时,为了清晰和方便,通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制主接线全图时,将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。 对一个电厂而言,电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等,从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的

21、可能性等方面,经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。 电气主接线应满足以下几点要求： 1）运行的可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性,特别是保证对重要负荷的供电。 2）运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况,特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时,能够通过倒换开关的运行方式,做到调度灵活,不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。 3）主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下,做到经济合理,尽量减少占地面积,节省投资。5.2 电气主接线的设计变配电所的电气主接线是一电源进线

22、和引出线为基本环节，以母线为中间环节的电能输配电路。1、主接线方式其基本形式按有母线接线和无母线接线。母线又称汇流排，起着汇集电能的作用。在拥护的变配电所中，有母线的主接线按母线的设置不同，又有单母线接线，单母线分段接线，双母线接线。2、主接线方案的选择该机械厂本厂可由附近35/10kv地区变电站取得工作电源，所以直接经车间变电所，降为一般低压用电设备所需的电压如380v。该工厂属于二级负荷，直接引入10kv的高压电，选择二路电源进线的接线。采用冷备用的工作方式。方案一：如下图所示，采用两路电源从中间进，从两边分配电的供电方式利于扩展配电柜，但投资大。方案二：如下图所示，采用两路电源从两边进，

23、从中间分配电的供电方式，较上一种方案使用的配电柜少比较经济。具体主接线图请查看附录14 . 短路计算4.1 短路电流计算的目的及方法短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电

24、路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺值法（又称相对单位制法）。4.2 短路电流计算本设计采用标幺值法进行短路计算.绘制短路计算电路如图4-1所示：图4-1 短路计算电路4.2.1 供配电系统中各主要元件电抗标么值（1）电力系统的电抗标么值。电力系统电抗，可由系统的短路容量求取最大运行方式下：最小运行方式下：（2）电力变压器的电抗标么值。电力变压器的电抗值可由其短路电压近似的计算，即 式中，

25、为变压器的额定容量。（3）电力线路的电抗标么值 4.2.2短路电流点的计算本设计采用标幺制法进行短路计算1.在最大运行方式下:以sts1变电所为例sk.max=300(1)确定基准值 取sd=100 =10.5kv =0.4kv而（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统：=100 /300=0.33架空线路：= l / =0.32电力变压器（由附录表4）=41001000/100630=6.35绘制等效电路如图6-2，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。图4-2 等效电路(3)求k-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流1）总电抗标幺值=0.33+0.3=0.652

26、）三相短路电流周期分量有效值=5.5ka/0.65=8.46ka3)其他三相短路电流=8.46ka=2.55*5.73ka=21.57ka=1.51*5.73ka=12.77ka4)三相短路容量=/=100 /0.65=153.8（4）求k-2点的短路总电抗标幺值及短路电流1）总电抗标幺值=+=0.33+0.32+6.35=72）三相短路电流周期分量有效值=144.34ka/7=20.62ka3)其他三相短路电流=20.62ka=2.2620.62ka=46.60ka=1.3120.62ka=27.01ka4)三相短路容量=100/7=14.29短路计算结果表见表4-3其它车间k-1点即变压器

27、高压侧短路时的短路电流和短路容量是相同的,只需计算k-2点变压器低压侧短路时的短路电流和短路容量;根据相同的方法可计算其它车间短路电流和短路容量。表4-1 各点短路计算最大运行方式下的短路电流计算短路计算点总电抗标么值 三相短路电流/ka三相短路容量/mva k-1点0.658.468.4621.5712.77153.8k-2点720.6220.6246.627.0114.29k-3点8.1517.7117.7140.0223.212.27k-4点8.6516.6916.6937.7121.8611.562最小方式运行情况下:以sts1为例计算sk.min=200mva(1)确定基准值 取=1

28、00 =10.5kv =0.4kv而=100/（*10.5kv）=5.50ka=100/( *0.4kv)=144.34ka(2)计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1）电力系统 = / =100 /200 =0.52）架空线路= l / =0.3323)电力变压器= % /100 =4100 /100200 =8(3)求k-1点的短路电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= + =0.822）三相短路电流周期分量有效值 =6.7ka3)其他三相短路电流=6.7ka=2.556.7ka=17.09ka=1.516.7ka=10.12ka4)三相短路容量=100 /0.82=1

29、21.95(4)求k-2点的短路电路总电抗标幺值三相短路电流的短路容量1）总电抗标幺值= =7.172）三相短路电流周期分量有效值= /=144.34ka/7.17=20.13ka3)其他三相短路电流=20.13ka=2.2616.34ka=45.49ka=1.3116.34ka=26.37ka4)三相短路容量=100/8.832=13.95其短路计算表如下：表4-2 各点短路计算最小运行方式下的短路电流计算短路计算点总电抗标么值三相短路电流/ka三相短路容量/mva k-1点0.826.76.717.0910.12121.95k-2点7.7120.1320.1345.4926.3713.95

30、k-3点8.3217.3517.3539.2122.7312.02k-4点8.8216.3716.373721.4411.345. 电气设备选择与校验5.1 10kv一次侧设备选择 10kv侧计算电流为初步选择10kv高压断路器型号为：vs1-12/630-16。 10kv侧短路冲击电流为短路电流热效应假想时间为同理可得隔离开关gn30-10/400-12.5验证也合格。 表5-1 10kv电源进线侧一次设备选择与校验 选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度i2tima结论安装地点的电气条件参数unicik(3)i(3)sh数据10kv23.55a8.4621.57ka78.73设备型号

31、规格参数uniniocimaxi2t真空断路器vs1-12/630-1612kv630a16ka40ka1024合格电流互感器lzzbj9-12/150b/212kv150a42.94ka441合格从表知，结果全部合格，因此所选高压断路器符合要求。5.2 380v侧一次设备的选择校验 低压侧开关柜选择gcl型，对于三个车间变电所，补偿后低压侧c1、c2、c3最大的计算电流为911.10a,所以选择gcs接线即可。技术参数如下：1）主电路额定电压（v）:交流380（400）、）（600）2）辅助电路额定电压（v）：交流220、380（400）直流110、2203）额定绝缘电压（v）：660（10

32、00）4）水瓶母线额定电流：76.31a,满足发热条件。 （3）机械强度校验 根据附表26知，10kv架空铝绞线的机械强度最小截面为,因此所选的截面积也满足机械强度要求。6.2 低压侧母线选择采用矩形铜母线，选择bv型塑料线（）。表6-1 低压侧母线选择车间变电所ic/a芯线截面/每相铜排数每相载流量/aa1/o/o/kia1/asts1607.5950518607025330.91782.6sts2911.10806.3114807025330.911346.8sts3453.5440416257025330.91568.75从上表可以看出，所以每个车间变电所的低压母线就按照上表数据选择。7

33、. 常用继电保护及整定计算以第一车间变电所为例计算： 7.1 qf处设置定时限过电流保护 变压器的最大负荷电流取krel=1.2，kre= 0.85，ki=1505=30，故动作电流，动作电流整定为4a。查附录表44，选用dl-31/6型继电器，动作电流整定为4a。 检验灵敏度：变压器低压母线的最小两相短路电流用于校验保护灵敏度线路，变压器低压母线最小两相短路电流反映到高压侧的电流值为（变压器连接组别为dyn11）灵敏度：，满足要求。7.2 qf处电流速断保护整定计算电流速断保护的动作电流（速断电流）iqb应躲过它所保护的变压器低压母线的三相短路电流，即 变压器低压母线最大三相短路电流反映到高

34、压侧的电流值为 检验灵敏度：采用变压器高压侧的最小两相短路电流校验电流速断保护的灵敏度，即 ，满足要求。7.3 ，处动作时间的整定 过电流保护的动作时间的整定应该按“阶梯原则”整定，以保护前后两级保护装置动作的选择性，也就是处的动作时间比处最长的动作时间大一个时间级差。由于是定时限过电流保护，所以利用时间继电器直接整定。取处整定时间为，取取处整定时间为。8 .防雷和接地8.1 车间变电所的防雷保护一般35kv及以下变、配电所的直击雷需用独立避雷针保护。独立避雷针的设置要求：（1）独立避雷针与被保护物之间应保持一定的距离，以免避雷针上落雷时造成对保护物的反击。避雷针对被保护物不发生反击的最小距离

35、sa应满足下式的要求： 式中，rsh为独立避雷针的冲击接地电阻；h为独立避雷针校验高度；（2）独立避雷针宜装设独立的接地电阻，工频接地电阻不宜大于10。独立避雷针的接地装置与被保护物的接地间最小允许的距离式中，se为地中距离，一般不应小于3m。 （3）独立避雷针不宜设在人经常通行的地方。故各车间变电所采用单支避雷针保护。 避雷针在地面上的保护半径r=1.5h，如被保护物的高度为时，在水平面上的保护半径按下列公式计算：当时，；当时，式中p为考虑到针太高时保护半径不成比例而应减小的系数。当h30m时，p=1；当30h120m时，。h：避雷针的高度；：被保护物的高度；：避雷针在高度水平面上的保护半径；设该车间变电所的高度=10m ；避雷针高度h=30m；则避雷针保护的半径=（30-10）1=20m 。8.2 接地保护 在电力系统中有两类接地保护方式：一类为中性点接地，即大电流接地系统；另一类为中性点不接地系统，即小电流接地系统。为保证电气设备的正常工作和工作人员的安全，车间变压器采用中性