发电厂电气部分课程设计

1、玉溪师范学院发电厂电气部分课程设计报告设计课题：某卷烟厂35kV降压变电站电气设计专业班级： 2012级电气工程及其自动化学生姓名 杨戬 ； 学号： 指导教师：杨艳蓉设计时间：2015年7月6日至7月18日前言电力工业对我国社会主义建设、工农业生产和人民生活影响很大。因此，提高电力系统运行的可靠性、保证安全供电是从事电力设计的重要任务。电气设备除要承受正常工作电压、电流外还要承受异常和故障情况下的过电压、大电流的冲击。电力系统在运行中可能发生各种故障或出现各种不正常运行状态，从而在电力系统中引发事故故障一旦发生能迅速而有选择性切除故障单元是保证电力系统安全经济运行的有效方法之一。 结合实际对3

2、5kV变电站电气部分供电方案进行经济性、可靠性的综合比较，着重对电气主接线的选择、短路电流的计算、设备的选型及保护配臵、原理、整定计算进行阐述。掌握一次设备选择、了解地方变电站接线方式以及绘制变电站的主接线图。我通过对三年学习进行总结和应用，在本次设计中找到一个理论联系实际的切入点；提高了本人的业务水平以便在生产过程中更好地解决实际问题，保证设备安全、稳定、经济运行。目录一、负荷计算和无功功率补偿31.负荷计算31.1负荷计算的方法31.2负荷计算的内容和目的32. 无功补偿计算72.1无功补偿方式72.2无功补偿的意义82.3无功补偿计算83.无功功率补偿器的选择84.负荷分类（补偿后）8二

3、、变电所主变压器台数及容量的选择及主接线方案的确定101. 变压器台数及容量的选择102.主接线方案的确定102.1主接线设计的基本要求102.2主接线图11三、短路计算111.35KV线路变压器的选择及短路计算122.10KV线路变压器的选择及短路计算12四、变电所一次设备的选择与校验131.电流的校验132.隔离开关和断路器的稳定度校验143.设备的选择16五、计量柜17六、母线的效验与选择181.母线选择182.母线的短路稳定校验18七、电缆计算和选择21八、收获和体会23九、资料与参考文献23附录一、 负荷计算和无功功率补偿1. 负荷计算1.1负荷计算的方法（1）需要系数法用设备功率乘

4、以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。用于设备数量多，容量差别不大的工程计算，尤其适用于配、变电所和干线的负荷计算。（2）利用系数法采用利用系数求出最大负荷区间内的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数，得出计算负荷。适用于各种范围的负荷计算，但计算过程稍繁。1.2负荷计算的内容和目的（1）求计算负荷，是选择确定建筑物报装容量、变压器容量的依据；（2）求计算电流，是选择缆线和开关设备的依据；（3）求有功计算负荷和无功计算负荷，是确定静电电容器容量的依据。表1. 工厂负荷资料表二厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量单位kW需要系数功率因数D01铸造车间动力600

5、0.30.40.700.85照明250.70.91.0D02锻压车间动力5500.30.40.700.85照明250.70.91.0D03金工车间动力6000.30.40.700.85照明200.70.91.0D04工具车间动力5500.30.40.700.85照明200.70.91.0D05电镀车间动力4500.40.60.850.95照明200.70.91.0D06热处理车间动力4500.40.60.850.95照明1200.70.91.0D07装配车间动力4800.40.60.850.95照明150.70.91.0D08机修车间动力4000.40.60.850.95照明200.70.91

6、.0D09锅炉房动力4500.40.60.850.95照明150.70.91.0D10仓库动力1200.20.30.70.85照明200.70.91.0生活区照明4500.60.81.0D01:铸造车间P30.1=600*0.35=210(Kw)Q30.1= P30.1*tan=210*0.75=157.5(Kvar)P30.1(照)=25*0.8=20（Kw）S30.1=262.5（KVA）D02:锻压车间P30.2=550*0.35=192.5(Kw)Q30.2= P30.2*tan=192.5*0.75=144.375(Kvar)P30.2(照)=25*0.8=20（Kw）S30.2=2

7、40.625(KVA)D03:金工车间P30.3=600*0.35=210(Kw)Q30.3= P30.3*tan=210*0.75=157.5(Kvar)P30.3(照)=20*0.8=16（Kw）S30.3=262.5(KVA)D04:工具车间P30.4=550*0.35=192.5(Kw)Q30.4= P30.4*tan=192.5*0.75=144.375(Kvar)P30.4(照)=20*0.8=16（Kw）S30.4=240.625(KVA)D05:电镀车间P30.5=450*0.5=225(Kw)Q30.5= P30.5*tan=225*0.48=108(Kvar)P30.5(照

8、)=20*0.8=16（Kw）S30.5=249.58(KVA)D06:热处理车间P30.6=450*0.5=225(Kw)Q30.6= P30.6*tan=225*0.48=108(Kvar)P30.6(照)=20*0.8=16（Kw）S30.6=249.58(KVA)D07:装配车间P30.7=480*0.5=240(Kw)Q30.7= P30.7*tan=240*0.48=115.2(Kvar)P30.7(照)=15*0.8=12（Kw）S30.7=266.22(KVA)D08:机修车间P30.8=400*0.5=200(Kw)Q30.8= P30.8*tan=200*0.48=96(K

9、var)P30.8(照)=20*0.8=16（Kw）S30.8=221.85KVA)D09:锅炉房P30.9=450*0.5=225(Kw)Q30.9= P30.9*tan=225*0.48=108(Kvar)P30.9(照)=15*0.8=12（Kw）S30.9=249.58(KVA)D10:仓库P30.10=120*0.25=30(Kw)Q30.10= P30.10*tan=30*0.75=22.5(Kvar)P30.10(照)=20*0.8=16（Kw）S30.10=37.5(KVA)生活区:P30.生=450*0.7=315（Kw）P30(动)=P30.1+P30.2+P30.10=1

10、950（Kw）Q30（动）=Q30.1+ Q30.2+ Q30.10=1161.45（Kvar）S30（动）=S30.1+S30.2+ S30.10=2280.56（KVA）P30(照)=475（Kw）cos1=0.855tan1=0.612. 无功补偿计算2.1无功补偿方式配电网无功补偿的主要方式有五种：（1）变电站补偿，（2）配电线路补偿，（3）随机补偿，（4）随器补偿，（5）跟踪补偿。（1）变电站补偿：针对电网的无功平衡，在变电站进行集中补偿，补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是平衡电网的无功功率，改善电网的功率因数，提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电站主变压

11、器和高压输电线路的无功损耗。这些补偿装置一般集中接在变电站10kV母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，缺点是这种补偿方式对10kV配电网的降损不起作用。（2）配电线路补偿：线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。线路补偿点不宜过多；控制方式应从简，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，避免出现过补偿现象；保护也要从简，可采用熔断器和避雷器作为过流和过压保护。线路补偿方式主要提供线路和公用变压器需要的无功，该种方式具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。缺点是存在适应能力差，重载情况下补偿不足等问题。在低压三相四线制的城市居民和农网供

12、电系统中：由于用电户多为单相负荷或单相和三相负荷混用，并且负荷大小不同和用电时间的不同。所以，电网中三相间的不平衡电流是客观存在的，并且这种用电不平衡状况无规律性，也无法事先预知。导致了低压供电系统三相负载的长期性不平衡。对于三相不平衡电流，电力部门除了尽量合理地分配负荷之外几乎没有什么行之有效的解决办法。电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损，还会增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，最终会造成三相电压的不平衡。调整不平衡电流无功补偿装置，有效地解决了这个难题，该装置具有在补偿线路无功的同时调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至1，三相电流调

13、整至平衡。实际应用表明，可使三相功率因数补偿到0.95以上，使不平衡电流调整到变压器额定电流的10%以内。（3）随机补偿：随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电动机同时投切的一种无功补偿方式。县级配电网中有很大一部分的无功功率消耗在电动机上，因此，搞好电动机的无功补偿，使其无功就地平衡，既能减少配电线路的损耗，同时还可以提高电动机的出力。随机补偿的优点是用电设备运行时，无功补偿装置投入；用电设备停运时，补偿装置退出。更具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低的特点。适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，可较好的限制配电网无功峰荷。年运行小时

14、数在1000h以上的电动机采用随机补偿较其他补偿方式更经济。（4）随器补偿：随器补偿是指将低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配电变压器在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配电变压器空载无功是农网无功负荷的主要部分.随器补偿的优点是接线简单，维护管理方便，能有效地补偿配电变压器空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配电变压器利用率，降低无功网损，提高用户的功率因数，改善用户的电压质量，具有较高的经济性，是目前无功补偿最有效的手段之一。缺点是由于配电变压器的数量多、安装地点分散，因此补偿工作的投资比较大，运行维护工

15、作量大。（5）跟踪补偿：是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在用户配电变压器低压侧的补偿方式。这种补偿方式，部分相当于随器补偿的作用，主要适用与100kVA及以上的专用配电变压器用户。跟踪补偿的优点是可较好地跟踪无功负荷的变化，运行方式灵活，补偿效果好，但是费用高，且自动投切装置较随机或随器补偿的控制保护装置复杂，如有任一元件损坏，则可导致电容器不能投切。其主要适于大容量大负荷的配变。2.2无功补偿的意义无功补偿是同时提高功率传输容量和电压稳定性最好的办法。输电系统的无功补偿主要是为了控制电压，提高输电网络的最大传输能力和提高电力系统运行的稳定性。配电系统的无功补偿大多属

16、于负荷的补偿，主要是控制无功，提高负荷的功率因数，改善电能质量。2.3无功补偿计算以cos2=0.95的补偿计算：QC=P30(动)（tan1-tan2）=1950*（0.61-0.33）=546（Kvar）S30=2501.9（KVA）3. 无功功率补偿器的选择无功补偿的方式：功率因素型，并联电容型，采用星型接线型表1-1 无功功率补偿器型号数量（个）大小（Kvar）无功功率补偿器（自己配置）7844.负荷分类（补偿后）二级负荷：P30动（二）=1480（Kw）P30照（二）=160（Kw）Q30动（二）=927.75（Kvar）S30动（二）=1755（KVA）cos1=0.84QC1=P

17、30动（二）*（tan1-tan2）=1480*（0.65-0.33）=473.6（Kvar）S30（二）=1701.7（KVA）三级负荷：P30动（三）=470（Kw） P30生=315（Kw）Q30动（三）=233.7（Kvar）S30动（三）=525.57（KVA）cos1=0.89QC2=P30动（三）*（tan1-tan2）=470*（0.51-0.33）=84.6（Kvar）S30（三）=799（KVA）S30=S30（二）+S30（三）=1701.7+799=2500.7（KVA）表1-2负荷表命名Q30（无功功率）P30（有功功率）S30（负荷总功率功率）没补偿前1161.45

18、Kva 2425Kw2737.56KVA补偿后615.45var2425Kw2501.9KVA补偿无功功率546var负荷负荷总功率二级负荷1701.7 VA三级负荷799VA二、变电所主变压器台数及容量的选择及主接线方案的确定1.变压器台数及容量的选择总降压变电所变压器台数的确定需综合考虑负荷容量、对供电可靠性的要求、发展规划等因素。变压器台数越多，供电可靠性就越高，但设备投资必然加大。因此，在满足可靠性要求的条件下，变压器台数越少越经济。根据二级和三级负荷的容量和二级供电可靠性选择主变压器的容量和台数（运行状况）：正常运行时35KV的用两台1600KVA主变压器并列运行供二级负荷及三级负荷

19、。当35KV侧出现故障时，可断开两台变压器，断开三级负荷侧，合上母线联络开关供电给二级负荷；当其中一台主变出现故障时，也可断开三级负荷，由另外一台主变来供电；当线故障时也可母有备用旁路母线来供电。这样保证二级负荷的供电可靠性。表2-1变电所主变压器台数及容量电压型号数量空载损耗短路电流百分比负载损耗短路阻抗（%）联结组标号35KVS13-1600/352P0=1.27KwI0%=0.516.67Kw6.5Yyn010KVS11-12501P0=1.06KwI0%=0.613.94Kw6.5Yyn02.主接线方案的确定2.1主接线设计的基本要求：(1) 安全性:安全包括设备安全和人身安全。(2)

20、 可靠性:可靠就是变电所的主接线应能满足各级负荷对供电可靠性的要求。(3) 灵活性:灵活就是在保障安全可靠的前提下主接线能够适应不同的运行方式。(4) 经济性:满足以上要求的前提下,尽量降低建设投资和年运行费用。对比方案小样图：图2-1对比方案小样图2.2主接线图图2-2 主接线图三、短路计算图3-1 1. 35KV线路变压器的选择及短路计算Uk%=6.5 , Ud1=1.05UN1=36.75KV, Udz=1.05UN2=0.42KV线路单位电阻：r=s=31.5120=0.26（/KM）10KM线路：R=10x0.26=2.6X*s=SdSoc=100MVA500MVA=0.2（Sd=1

21、00MVA Soc=500MVA）X*T1=X*T2=XTZB=UK%100.UN2SN.SdUN2=4.06X*T=2.03R*=R.SdUd12=0.19X*1=X*s+R*=0.39X*2=X*s+R*+X*T=2.42Id1=Sd3Ud1=1.57KAId2=Sd3Ud2=137.46KAIk-1（3）=Id1X*1=4.03KAIk-2（3）=Id2X*2=56.8KA2. 10KV线路变压器的选择及短路计算Uk%=6.5 , Ud1=1.05UN1=10.5KV, Udz=1.05UN2=0.42KV线路单位电阻：r=s=31.590=0.35（/KM）10KM线路：R=10x0.

22、35=3.5X*s=SdSoc=100MVA300MVA=0.33（Sd=100MVA Soc=300MVA）X*T=X*T2=XTZB=UK%100.UN2SN.SdUN2=4.06R*=R.SdUd12=3.18X*1=X*s+R*=3.5X*2=X*s+R*+X*T=7.56Id1=Sd3Ud1=5.5KAId2=Sd3Ud2=137.46KAIk-1（3）=Id1X*1=1.57KAIk-2（3）=Id2X*2=18.18KA四、变电所一次设备的选择与校验1、电流的校验1.1电路的短路全电流的有效值：35KV：=1.51=1.514.03=6.09(KA)0.4KV：=1.51=1.5

23、156.8=85.77(KA)10KV：=1.51=1.511.57=2.37(KA)0.4KV：=1.51=1.5118.18=27.45(KA)1.2电路的短路全电流的冲击值： 35KV：=2.55=2.554.03=10.28(KA)0.4KV：=2.55=2.5556.8=144.8(KA)10KV：=2.55=2.551.57=4(KA)0.4KV：=2.55=2.5513.23=33.74(KA)1.3额定电流：35KV：I30.1=52.8（A）10KV：I30.1=92.4（A）0.4KV：I30.1=4618（A）35KV线路断流容量：Soc1=SdX*1=256.4MVA0

24、.4KV线路断流容量：Soc2=SdX*2=41.3MVA10KV线路断流容量：Soc1=SdX*1=28.57KVA0.4KV线路断流容量：Soc2=SdX*2=13.23KVA2、隔离开关和断路器的稳定度校验2.1动稳定检验条件：，制造厂规定的电气设备极限通过电流的有效值和峰值（单位：A），按三相短路情况计算所得的短路全电流的有效值和冲击值 (单位：A)2.2热稳定校验条件：tjx开关的热稳定电流有效值（单位：A)；短路稳态电流； t与It相对应的时间；tjx假想时间。2.3断路器与隔离开关的效验35KV线路断路器动稳定：9.86.09（KA）热稳定：6.6246.0920.062535K

25、V线路隔离开关动稳定：9.86.09（KA）热稳定：6.6246.0920.062510KV线路断路器动稳定：31.528.57（KA）热稳定：31.52428.5720.062510KV线路隔离开关动稳定：31.528.57（KA）热稳定：31.52428.5720.06253、设备的选择表4-1高压断路器型号额定电压额定电流开断容量动稳定额定开断电流热稳定分闸时间SW2-35/60035KV600A400MVA峰值有效值6.6KA6.6x6.6 x 2=87KA(4s)0.06S17KA9.8KASN1010/100010KV100031.5KA80KA43.5KA31.5KA31.52x

26、2=1984.5KA(2S)0.2S表4-2低压断路器型号额定电流短路分断能力电压（v）ICS(KA)ICU(KA)ZW1-32003200A40065100表4-3隔离开关型号额定电压额定电流极限通过电流峰值（KA）热稳态电流(4s)KAGW5-35G/600-7235KV600A16KA16KAHGL-160/3380V160A30KA30KA表4-4电流互感器型号额定一次电流（A）热稳定倍数动稳定倍数LZX-10510090225LAJ-1020-2000120215表4-5电压互感器型号额定电压比（）额定二次输出（）额定绝缘水平（）JDZXW-3530/30/10040.5/95/20

27、0表4-6高压熔断器型号额定电压（KV）额定电流(A)三相断流容量（MVA）熔体额定电流(A)RN335357.52002,3,5表4-7避雷器型号电力网额定电压（KV）避雷器额定电压（KV）持续运行电压有效值（KV）低压避雷器Y3W0.50.380.50.44高压避雷器HY5WZ-51/134355140.8五、计量柜JLS-35组合互感器适用于额定频率为50Hz或60Hz、额定电压为35kV的交流电力系统中，作有功和无功电能计量用。安装场所:户外。环境温度:最高40；最低-25；日平均不能超过30。大气条件:大气中无严重污秽。表5-1计量柜型号额定电压比（KV）电流互感器准确级额定输出电压

28、互感器准确级/额定输出极限输出（VA）额定绝缘水平（KV）JLS3535/0.10.2（0.2S）/10VA0.2/25VA400VA40.5/95/200六、母线的选择及校验1.母线选择表6-1型号额定电流（A）额定电压(KV)温度()截面（mm2）经济截面（mm2）LMY-3（20*306LMY-3（40*3）2961040120102.67LMY-3（125*10）4168040.4401250451322.母线的短路稳定校验(1). 35KV 型号：LMY-3（203）母线动稳定校验条件：短路电流: LMY母线材料允许的最大应力：三相短路冲击电流产生的电动力：

29、式中和为母线的形状系数和振动系数分别取0.8和1和为载流导体的跨距和相间中心距离分别取1m和0.2m为三相短路冲击电流电流通过三相短路冲击电流所收到的弯曲力矩母线的截面系数：母线在三相短路时的计算应力：，满足动稳定要求。母线热稳定校验条件：式中所选母线截面也导体材料及发热温度有关的系数，温度为40时为99短路电流作用的遐想时间，一般取0.0625s集肤校验系数铝母线为0.921满足热稳定度的要求导体的经济截面式中导体所在回路中最大持续工作电流经济电流密度，当时=99年负荷利用小时数(2). 10KV 型号：LMY-3（403）母线动稳定校验条件：短路电流: LMY母线材料允许的最大应力：三相短

30、路冲击电流产生的电动力：式中和为母线的形状系数和振动系数分别取0.8和1和为载流导体的跨距和相间中心距离分别取1.2m和0.2m为三相短路冲击电流电流通过三相短路冲击电流所收到的弯曲力矩母线的截面系数：母线在三相短路时的计算应力：，满足动稳定要求。母线热稳定校验条件：式中所选母线截面也导体材料及发热温度有关的系数，温度为40时为99短路电流作用的遐想时间，一般取0.0625s集肤校验系数铝母线为0.996满足热稳定度的要求导体的经济截面式中导体所在回路中最大持续工作电流经济电流密度，当时=99年负荷利用小时数(3). 0.4KV 型号：LMY-3（12510）每相分列为4根母线动稳定校验条件：短路电流: LMY母线材料允许的最大应力：三相短路冲击电流产生的电动力：式中和为母线的形状系数和振动系数分别取0.8和1和为载流导体的跨距和相间中心距离分别取1.2m和0.2m为三相短路冲击电流电流通过三相短路冲击电流所收到的弯曲力矩母线的截面系数：母线在三相短路时的计算应力：满足动稳定要求。母线热稳定校验条件：式中所选母线截面也导体材料及发热温度有关的系数，温度为40时为99短路电流作用的遐想时间，一般取0.0625s集