某厂降压变电所的电气设计

1、河南科技大学课程设计说明书课程名称专业课程设计题目某降压变电所的电气设计车辆与动力工程学院课程设计说明书某厂降压变电所的电气设计摘 要本文主要以电力工程基础、 工厂供电、电力系统分析和继电保护等专业知识为理论依据，对钢铁联合企业总降压变电站、车间变电所和厂区配电系统进行设计。根据原始资料进行负荷和功率因数计算，由计算的负荷、 功率损耗和无功功率补偿进行变压器的选择； 绘制简易电气主接线图进行短路电流、短路容量的计算和主要电气设备的选择； 最后，对总降压变电站设计需要进行主要设备继电保护设计、配电装置设计和防雷、接地设计，并绘制电气主接线图。对车间变电所根据车间负荷情况， 选择车间变压器的台数、

2、 容量，以及变电所位置的原则考虑；对厂区配电系统的设计根据所给资料，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。关键词 :变电所设计，负荷计算，短路电流，继电保护等II车辆与动力工程学院课程设计说明书目录第一章绪论 .4第二章负荷计算 .62.1 计算负荷 .62.2 无功补偿 .8第三章变电所位置、型号及主变压器的选择 .93.1 变电所位置的选择原则 .93.2 变电所位置的选择 .93.3 主变压器的选择 .10第四章短路电流的计算 .114.1 短路计算公式 .114.2 短路电流的计算 .12第五章变压器一次设备及高低压线路的选择 .145.1一次设备的选择及校验

3、.145.2线路的选择 .15第六章变电所二次回路方案及继电保护的整定.176.1变电所二次回路方案的选择 .176.2继电保护的整定 18.第七章结论 .21参考文献 .22III车辆与动力工程学院课程设计说明书第一章绪论电能是现代工业生产的主要能源和动力， 工业生、产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断， 则对工业生产可能造成严重的后果。 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

4、作的一个重要方面， 而能源节约对于国家经济建设具有重要的战略意义。因此做好工厂供电工作， 对于节约能源、 支援国家经济建设， 也具有重大意义，工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。工厂总降压变电所及配电系统设计， 是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况 .解决对各部门的安全可靠，经济技术的分配电能问题。全厂总降压变电所及配电系统设计， 是根据各个车间的负荷数量和性质， 生产工艺对负荷的要求， 以及负荷布局， 结合国家供电情况。 解决对各部门的安全

5、可靠，经济的分配电能问题。其基本内容有以下几方面。1、负荷计算求出全厂总降压变电所计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。2、工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择,结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。3、工厂总降压变电所主结线设计根据变电所配电回路数， 负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数。4、工厂供、配电系统短路电流计算，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量， 皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。5、变电所一次设备的选择及校验参照短路电流计算数

6、据和各回路计算负荷以及4车辆与动力工程学院课程设计说明书对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、 、避雷器、互感器等设备，并根据需要进行热稳定和力稳定检验。6.变电所高低压线路的选择7、继电保护为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算。5车辆与动力工程学院课程设计说明书第二章负荷计算2.1 计算负荷计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。由于载流导体一般通电半小时后即可达到稳定的温升值，因此通常取 “半小时最大负荷”

7、 作为发热条件选择电器元件的计算负荷。有功负荷表示为P30，无功计算负荷表示为Q30，计算电流表示为I 30。用电设备组计算负荷的确定， 在工程中常用的有需要系数法和二项式法。当用电设备台数多、 各台设备容量相差不甚悬殊时， 宜采用需要系数法来计算。 当用电设备台数少而容量又相差悬殊时，则宜采用二项式法计算。根据原始资料， 用电设备台数较多且各台容量相差不远，所以选择需要系数法来进行负荷计算。按需要系数法确定计算负荷，主要计算公式有：有功计算负荷（ kw ）： P30PeK d无功计算负荷（ k var ）： Q30P30 tan视在计算负荷（ KVA ）： S30P302Q302计算电流（

8、A）: I 30S30 /3U N各车间计算负荷如下表所示：表 2-1 各车间计算负荷车间名称安装需要系tgP(KW)车间变变 压容量数 K d电所代器 台（KW）数电机修造25050.240.82601.2NO.11车间机械加工8860.181.58159.5NO.21车间新品试制6340.351.51222NO.316车辆与动力工程学院课程设计说明书车间原料车间5140.60.59308.41821备件车间5620.350.79196.7155.41锻造车间1500.241.63657.61锅炉房2690.730.87196.4170.91空压站3220.560.88180.3158.71

9、汽车库530.570.930.2127.21大线圈车3350.560.63187.6118.21间半成品试12170.30.79365.1288.41验站成品试验22900.280.75641.2480.91站加压站2560.640.85163.8139.2设备处仓5600.60.85336285.6库成品试验36000.80.828802304站内大型集中负荷小计141536504.415448.3因为在一定的情况下是不可能发生所有的用电设备同时工作的情况, 如果按照全部用电设备的用电负荷之和来计算全厂计算负荷的话，势必会造成, 经济不运行和浪费等 , 情况 , 也就是我们常说的大马拉小车。

10、取全部用电负荷之和的90%，这样在一定程度上就避免了大马拉小车情况的发生 , 提高了运行效率 , 符合了经济生产、生活的需要。P KPP0.906504.415854 kwQKQQ0.995448.34903.5 k varSP2Q27636.3 KVA7车辆与动力工程学院课程设计说明书S7636.3I125 A3 U3 352.2 无功补偿提高功率因数， 可以充分利用系统内各发电变电设备的容量，增加其输电能力，减少供电线路导线的截面， 节约有色金属， 减少电力网中的功率损耗和电能损耗，并降低线路中的电压损失，达到节约电能和提高供电质量的目的。由上得整个低压侧的负荷：P305854 KWQ30

11、4903.5k varS307636.3KVAI 30125 AP30则最大负荷时的功率因数： cos0.77S30而供电部门要求工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9 ，需要进行无功补偿，取功率因数为0.92 进行无功补偿计算：无功补偿容量： QCP tan arccos0.77tan arccos0.922357 k var选用并联电容器取进行补偿，取补偿容量：QC 2360k varSP2Q QC26382.7 KVAcosP300.920.9 , 满足要求。S8车辆与动力工程学院课程设计说明书第三章变电所位置、型号及主变压器的选择3.1 变电所位置的选择原则变电所位置的选择，应根据下列要

12、求并经技术经济分析比较后确定：1)尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。2)进出线方便，特别是要便于架空进出线。3)接近电源侧，别是工厂的总降压变电所和高压配电所。4)设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。5)不应设在有剧烈运动或高温的场所，无法避开时应有防震和隔热措施。6)不应设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧。7)不应设在厕所、浴室和其他经常积水场所的正下方，且不应与上述场所相贴邻。不应设在有爆炸危险环境的正上方或者正下方。 当与有爆炸或火宅危险环境的建筑物相毗连时，应符合现行国家标准 GB50058-

13、1992爆炸物和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。8)不应设置在地势低洼和可能积水的场所。3.2 变电所位置的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的左下侧， 分别作一直角坐标的x 轴和 y 轴，然后测出各车间变电所的坐标位置，P1、P2、 P12 分别代表车间 1、2、 11 号的功率，设定 P1（ 11.8,3.4）、P2(9.8，2.6)、P3(6.7,2.6)、P4(7.8,2.6)、P5(9.6，4.6)、P6(10.6，5.6)、P7（ 8.9,3.6）、P8(8.6，4.3)、P9(4.7,2.8)、P10(11,3.6)、P

14、11(11.8，1.8)、P12(11.8，p1x1 p2 x2 p3x3 . p12 x1232198 .5675)，可得负荷中心的坐标：x4.95pi6504.419车辆与动力工程学院课程设计说明书p1 y1 p2 y2 p3 y3 p4 y4 p5 y511049.698y1.7pi6504.41由计算结果知，工厂的负荷中心在车间变电所9 附近，因此在车间变电所9侧面建造工厂变电所，型式为附设式。3.3 主变压器的选择由于工厂总负荷容量较大，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，另一台变压器能对二级负荷继续供电，故选两台变压器，S6382.7 K

15、VA 。当装有两台变压器时，每台主变压器的容量应满足以下两个条件：1）.任一台变压器单独运行时，应满足总负荷的70%的需要，即 ST0.7S302）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要。故选择主变压器型号为S9 系列，两台，额定容量为6300KVA 。3.4 变电所主接线的选择本课程设计采用单母线分段接线， 当一条母线发生故障时， 分段断路器自动切除故障段，保证正常向母线不间断供电，电气主接线图如下所示：图 3-1 电气主接线图10车辆与动力工程学院课程设计说明书第四章短路电流的计算4.1 短路计算公式表 4-1 短路电流计算公式参数名称有名值标幺值说明功率SS一般取S*SdS

16、d 100MVA电压UU *U一般取 U d U avU d电流III *I dI d3U d电抗XXXSdX* 为标幺值X *X dU d2变压器电抗UK%UN2U K % SdXTX T*100SN100SN线路电抗XL X1LX1 LSdX1X L *为线路每公里U d2电抗值系统等值电抗U N2SdSdX SX S*SKSK3IKUK为了选择高压电气设备， 整定继电保护， 必须进行短路电流计算。 短路电流计算电路及短路点的设置如下图所示（以变电所1 为例）：11车辆与动力工程学院课程设计说明书图 4-1 短路电流计算电路4.2 短路电流的计算1. 总降压变 35KV 母线短路电流a.

17、确定标幺值基准： Sd100MVA ,U av37kvSd100I d1.56 kA3 U av3 37b. 计算各主要元件的电抗标幺值：系统阻抗（最大运行方式 SOC 600MVA )Sd100X10.17Soc60035KV 线路阻抗：X 20.434.31000.14372c. 三相短路电流和短路容量1). 总阻抗标幺值：X0.170.140.31I K3I d1.565.03KAX0.3132). 三相短路电流周期分量有效值： ish2.555.03 12.83 kA3I sh1.15.03 5.53 kA3Sd100. 三相短路容量： SK322 MVAX0.31b. 计算各主要元件

18、的电抗标幺值：系统阻抗（最小运行方式 SOC 280MVA )Sd100X10.36Soc28035KV 线路阻抗：X 20.434.31000.1437212车辆与动力工程学院课程设计说明书c. 三相短路电流和短路容量3). 总阻抗标幺值：X0.360.140.5I K3I d1.563.12 KAX0.54). 三相短路电流周期分量有效值： ish32.553.12 7.956 kA3I sh1.13.12 3.432 kASK3Sd100200 MVAX0.5. 三相短路容量：三相短路电流和短路容量计算结果如下表：表 4-335KV侧三相短路电流和短路容量短路点计算3333I KishI

19、 shSK最大运行方式5.0312.835.53322最小运行方式3.127.9563.43220013车辆与动力工程学院课程设计说明书第五章变压器一次设备及高低压线路的选择5.1 一次设备的选择及校验1按工作电压选择设备的额定电压NNU Ne 一般不应小于所在系统的额定电压U ，即 U Ne U 。2按工作电流选择设备的额定电流 I Ne 一般不应小于所在电路的计算电流I30，即 I Ne I 30。3按断流能力选择设备的额定开断电流I OC ，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值IK 3，即 IOCIK 3 。4. 按短路的动热稳定度校验1）动稳定校验条件i max

20、 ish3或 I max I sh3imax 、 I max 分别为开关的极限通过电流峰值和有效值， ish3、 I sh3 分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值。2）热稳定校验条件I t2 .t I3 2 .tima 对应上面的分析， 如下表所示，由它可知所选一次设备均满足要求。表 5-135KV 侧电气设备的选择计算数据断 路 器隔离开关 电流互感电压互感避 雷 器器 器SW2 35 /1000GW 435G / 600FZ 35JDJJ 35U35kvI 3032.99A3535353535KW1000600I K3.12 KA16.514车辆与动力工程学院课程设计说明书SK2

21、00MVA 1000i sh 7.956kA 45505.2 线路的选择135kV 高压进线的选择校验采用 LGJ 型钢芯铝绞线架空敷设，接往35kV 公用干线。1）按发热条件选择表 5-2 我国现行经济电流密度规定导线材料年最大利用小时3000-5000h大于 5000h小于 3000h铝线1.651.150.9铜线3.002.251.75铝芯电缆1.921.731.54铜芯电缆2.502.252.00P306300线路计算电流I 3098.3A3U N cos3 37根据年最大利用小时为 2300h，由上表得 jec 1.65A / mm2 ，因此，导线的经济截面为 Aec98.360 m

22、m2 ，选用与 60 接近而又偏小的标准截面50，即选1.65LGJ-50。查附录表 A-8 知，LGJ-50型钢芯铝绞线的允许载流 I al220 AI 30 98.3A ,因此发热条件满足要求。2） 校验机械强度 ）表 5-3架空线路按机械强度要求的最小允许导线截面（单位：mm2 ）15车辆与动力工程学院课程设计说明书导线种类35KV 及以6-10KV 居6-10KV 非1KV 以下1KV 以下上线路民区居民区低压线路一低压线路与般铁路交叉式铝及铝合金3535251635线钢芯铝绞线3525161616钢线3525161616由上表得， 35KV 钢芯铝绞线的最小允许截面Amin=35mm

23、2 ，而 LGJ-50 满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。16车辆与动力工程学院课程设计说明书第六章变电所二次回路方案及继电保护的整定6.1 变电所二次回路方案的选择断路器采用手力操动机构，其控制与信号回路如下图所示：图 6-1 手力操动机构的断路器控制回路及其信号系统合闸时，推上操作机构手柄使断路器合闸。这时断路器的辅助触点QF34闭合，红灯 RD 亮，指示断路器已经合闸。由于该回路有限流电阻R2，跳闸线圈 YR 虽有电流通过，但电流很小，不会动作。红灯 RD 亮，还表明跳闸回路及控制回路的熔断器 FU1、FU2 是完好的，即红灯 RD 同时起着监视跳闸回路完好性的作用

24、。分闸时，扳下操作机构手柄使断路器分闸。 断路器的辅助触点 QF34 断开，切断跳闸回路， 同时辅助触点 QF12 闭合，绿灯 GN 亮，指示断路器已经分闸。绿灯 GN 亮，还表明控制回路的熔断器 FU1、FU2 是完好韵，即绿灯 GN 同时起着监视控制回路完好性的作用。17车辆与动力工程学院课程设计说明书在断路器正常操作分、合闸时，由于操作机构辅助触点QM 与断路器辅助触点 QF56 都是同时切换的，总是一开一合，所以事故信号回路总是不通的，不会错误地发出事故信号。当一次电路发生短路故障时，继电保护装置动作，其出口继电器 KM 触点闭合，接通跳闸线圈 YR 的回路 (QF3 4 原已闭合 )

25、，使断路器跳闸。随后 QF3 4 断开，使红灯 RD 灭，并切断 YR 的跳闸电源。与此同时， QF1 2 闭合，使绿灯 GN 亮。这时操作机构的操作手柄虽然仍在合闸位置， 但其黄色指示牌掉落，表示断路器自动跳闸。 同时事故信号回路接通， 发出音响和灯光信号。 这事故信号回路是按“不对应原理”接线的，由于操作手柄仍在合闸位置，其辅助触点QM 闭合，而断路器已事故跳闸，其辅助触点QF56 也返回闭合，因此事故信号回路接通。 当值班员得知事故跳闸信号后， 可将操作手柄扳下至分闸位置， 这时黄色指示牌随之返回， 事故信号也随之解除。 控制回路中分别与指示灯 GN 和 RD 串联的电阻 R1 和 R2

26、，主要用来防止指示灯灯座短路时造成控制回路短路或断路器误跳闸。2 绝缘监察回路绝缘监视装置用于小接地电流的电力系统中，以便及时发现单相接地故障，以免单相接地故障发展为两相接地短路，造成停电事故。635kV 系统的绝缘监视装置， 可采用三个单相双绕组电压互感器和三只电压表进行测量， 也可以采用一个三相五芯柱三绕组电压互感器测量。 当一次电路某一相发生接地故障时， 电压互感器二次侧的对应相的电压表指零， 其他两相的电压表读数则升高到线电压。 由指零电压表的所在相即可得知该相线发生了单相接地故障。但是这种绝缘监视装置不能判明是哪一条线路发生了故障， 因此它是无选择性的，只适用于出线不多的系统及作为有

27、选择性的单相接地保护的一种辅助装置。6.2 继电保护的整定继电保护装置的 .基本要求：1)选择性：当供电系统某部分发生故障时继电保护装置应使距离故障点的断路器动作将故障部分切除缩小停电范围保障无故障部分运行。18车辆与动力工程学院课程设计说明书2)快速性：快速切断短路故障可以减轻短路电流对电气设备的破坏程度可以迅速恢复供电正常的过程减小对用户的影响。3)灵敏性：灵敏性是指对被保护电气设备可能发射的故障和不正常运行发生的反应能力。4)可靠性：当发生故障时要求保护装置动作可靠即在应动作时不能拒动而在不动作时不会误动作。主变压器保护根据规程规定 400kVA 变压器应设下列保护：1.瓦斯保护防御变压

28、器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。2.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3.过电流保护防御外部相同短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护动作于跳闸。4.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。（ 1）电流速断保护保护装置的动作电流应躲过变压器二次侧母线的最大三相短路电流，即I=KI=1.3 5.03 10955.5AOPrelK2.max3 10.537I=K/KI=955.547.775AOP.KWiOP 120灵敏度校验按变压器一次侧的最小两相短路电流来校验，223I K minI K 10.866I K 10.866 6.39 5.53KA35.53 103KS22521 2 ,满足要求。2（ 2）过电流保护K relKW1.I OPI L . max ，其中可靠系数 K rel1.5 ，继电器返回系数 K re0.8 ，K reK i100接线系数 K w1，电流互感器电流比K i20 ，519车辆与动力工程学院课程设计说明书4001.51I L. max2I1NT246.19 A ,则 I OP46.19A 4.33A ,因此过电流3100.820保护动作电流整定为5A 。2.动作时间变压器过电