某机械厂降压变电所电气设计

1、信息与电气工程学院课程设计说明书（ 2016 /2017 学年第一学期）课程名称：企业供电系统工程设计题目 ：某机械厂降压变压所的电气设计专业班级：学生姓名：学号 ：指导教师：安宪军设计周数： 一周设计成绩：2016年 12 月 16 日一、原始数据及主要任务某厂下属9 个车间，两个车站，一个车间站用设备安装容量如下表，其中水压机钢车车间，煤气氧气站为一级负荷，其他为二三级负荷。供电电源取自12KM 处 110/35KV 两段母线，母线最大运行方式，最小运行方式短路容量分别为215MV A 和 150MV A ，35KV 架空线进线继电保护动作时间1.5S， 5KV 电气设备及主变压器采用户外

2、布置，6KV 采用单母线分段接线，一级负荷分别从6KV 分段母线配出两条回线路，其余为单回路供电，该地区年最高气温38 度。二、技术要求要求根据本厂所能取得的电源基本厂用电负荷的实际情况，适当考虑工厂生产的发展，按照可靠， 技术先进经济合理的原理，全厂负荷统计， 选择主变压器， 拟制全厂供电系统图，计算短路电流，选择35KV ，6KV 供电线路，选择电气设备，按要求写出设计说明书并绘出图样。1 站用电容量安装表编名称号1 金工车间2 铸钢车间3 铸铁车间热处理4车间水压机5车间安装容量需要系数功率因数Tg供电距离KWKM11430.790.820.70.857750.710.810.720.6

3、4820.830.830.670.424760.630.750.880.9818860.70.850.620.756冷作车间5850.650.790.780.937 机修车间8 附件车间铸件清理9车间10 氧气站11 煤气站1540.520.770.831.151640.550.80.750.84750.590.820.70.5210830.840.860.590.9512880.80.840.651.22三、负荷计算根据工厂供电教材采用需要系数法对各个车间进行计算时，其公式有有功功率： P30K d PN无功功率： Q30P30 tan视在功率： S3022P30 Q30额定电流： I 30

4、S303U上式中： K d 需要系数P 设备的额定容量tan 功率因数的正切值U 额定电压根据上述公式对负荷进行计算有：金工车间： P303030=902.97kwQ=632.08kvarS =1101.2kv A铸钢车间： P =4100.25kwQ=2952.18kvarS =5062kv A303030铸铁车间： P303030=400.06kwQ=268.04kvarS =482kv A热处理车间： P303030=299.88kwQ=263.90kvarS =399.84kv A水压机车间： P303030冷作车间： P30=1320.2kwQ=818.52kvarS =1553.1

5、8kv A3030=380.255kwQ=296.60kvarS =481.30kv A机修车间： P303030=80.08kwQ=66.47kvarS =104kv A附件车间： P303030=90.2kwQ=67.65kvarS =112.75kv A铸件清理车间： P30=280.25kw Q30=196.18kvarS30=341.77kv A氧气站： P303030=909.72kwQ =536.73kvarS =1057.81kv A煤气站： P303030=1030.4kwQ =669.76kvarS =1226.67kv A低压侧试在计算负荷：S30（ 2） =11905.

6、24 kv A低压侧功率因数： cos（ 2） =0.8无功功率补偿容量： QC=3173.36补偿后的事在计算负荷：S30(2)=10433.1一台变压器的容量： 6259.867303.17四、变压器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，60%以上车间为一、二级负荷，故选择两台主变压器，根据计算得到的变压器容量将变压器的型号定为S9-8000/35。基本参数如下表变压器型额定容量额定电压空载损耗负载损耗空载电流短路阻抗联结组别U K %号（ kVA ）（

7、kV ）（ kW ）（ kW ）%S9-800038.5/10.5 Y ，dn118.5420.77.58000/35五、拟制全厂供电系统图1、电气主接线的概述变电所主接线 (一次接线 )表示变电所接受、变换和分配电能的路径，它由各种电力设备（隔离开关、断路器、互感器、变压器等）及其连接线组成，通常用单线图表示。主接线是否合理 ,对变电所设备选择和布置 ,运行的灵活性、安全性、可靠性和经济性 ,以及继电保护和控制方式都有密切关系， 它是供电设计中的重要环节。在图上所有电气设备均以新的国家标准图形符号表示，按它们的正常状态画出。所谓正常状态， 就是电气设备所处的电路中既无电压， 也无外力作用的状

8、态。 对于图中的断路器和隔离开关， 是画出它们的断开位置。 在图上高压设备均以标准图形符号代表， 一般在主接线路图上只标出设备的图形符号， 在主接线的施工图上，除画出代表设备的图形符号外， 还应在图形符号旁边写明设备的型号与规范。从主接线图上我们可了解变电所设备的电压、电流的流向、设备的型号和数量、变电所的规模及设备间的连接方式等； 因此，主接线图是变电所的最主要的图纸之一。2、电气主接线的设计原则和要求2.1 电气主接线的设计原则（1）考虑变电所在电力系统的地位和作用变电所在电力系统的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，

9、由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、 灵活性、经济性的要求也不同。（2）考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应根据五到十年电力系统发展规划进行。 应根据负荷的大小及分布负荷增长速度和潮流分布， 并分析各种可能的运行方式， 来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。（3）考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响对一级用电负荷， 必须有两个独立电源供电， 且当一个电源失去后， 应保证全部一级用电负荷不间断供电； 对二级用电负荷， 一般要有两个电源供电， 且当一个电源失去后， 能保证大部分二级用电负荷供电， 三级用电负荷一般只需一个电源供电。（4）考虑主变台数

10、对主接线的影响变电所主变的容量和台数， 对变电所主接线的选择将会产生直接的影响。 通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性的要求低。（5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时， 是否允许线路、 变压器停运； 当线路故障时否允切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。2.2 电气主接线设计的基本要求变电所的电

11、气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。（1）可靠实用所为可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。 衡量可靠性的客观标准是运行实践。 经过长期运行实践的考验， 对以往所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。 因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。（2）运行灵活主接线运行方式灵活， 利用最少的切换

12、操作， 达到不同的供电方式。 根据用电负荷大小，应作到灵活的投入和切除变压器。 检修时，可以方便的停运变压器、断路器、母线等电气设备，不影响工厂重要负荷的用电。（3）简单经济在满足供电可靠性的前提下， 尽量选用简单的接线。 接线简单，既节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备，使节点少、事故和检修机率少；又要考虑单位的经济能力。 经济合理地选用主变压器型号、 容量、数量，减少二次降压用电，达到减少电能损失之目的。（4）操作方便主接线操作简便与否，视主接线各回路是否按一条回路配置一台断路器的原则，符合这一原则， 不仅操作简便、二次接线简单、扩建也方便，而且一条回路发生故障时不影响

13、非故障回路供电。3 135kV 侧主接线设计35kV 侧进线两回，由于使用两台变压器并且还和另一座变电所联络，所以出线两回。由电力工程电气设计手册第二章关于单母线接线的规定：“3563kV配电装置的出线回数不超过3 回”，但是本厂 60%以上为一、二级负荷，根据可靠性原则，则 35kV 侧应采用单母线分段接线。3.26kV 侧出线 8 回。由电力工程电气设计手册第二章规定：610kV 配电装置出线回路数为8 回及以上时采用单母线分段接线，当短路电流过大、出线需要带电抗器时，也可采用双母线接线。我们采用的是单母线的接线方式。4、全厂供电系统图六、短路电流的计算（ 1）线路电抗标幺值：若线路长度为

14、l ( km) 、单位长度的电抗为 x0 ( / km) ，则线路电抗 X l x0 l 。线路的标幺电抗为X lSdX lX dx0 l U av2（ 2）变压器电抗标幺值：若变压器的额定容量为ST .N 和阻抗电压百分数为 U k % ，则忽略变压器绕组电阻R 的电抗标幺值为X TU k %Sd100 ST .N（3）电力系统的电抗标幺值：若已知供电系统的系统电抗有名值X s ,则系统标幺电抗为SdX sX s U av2（4）短路冲击电流在高压供电系统中为ish2.55 I kI sh1.52I k在低压供电系统中为ish1.84I kI sh1.09I k式中I k 三相短路电流周期分

15、量的有效值选基准容量Sd100MVA ,基准电压 U C137kV , U C 26.3kV,则可求得各级基准电流为I d1Sd /(3UC1)100/(3*37)1.56kAI d 2Sd /(3UC2)100 /(3 * 6.3)9.16kA母 线 最 大 运 行 方 式 、最 小 运 行 方 式 短 路 容 量 分 别 为S k m ax = 2 1 5 M VA和S k m i n = 1 50 M VA 。 其 对 应 的 电 源 电 抗 标 幺 值 为 ：XX*Sd100s min0.47Sk max215*Sd1000.67smaxSk min15035kv 供电线路采用架空线，

16、阻抗取0.4 /km, 电抗标幺值：*x0lSd0.4 * 12* 1003720.35xwlU c2变压器电抗标幺值：X TU k % Sd=7.5*100*1000/(100*8000)=0.75100 ST. N最大运行方式变压器一次侧：总 电 抗 标 幺 值 ： x*xmin*xwl*0.350.47 0.82三相短路电流周期分量有效值：(3)I d11.56KAI 11.9x*0.82其他三相短路电流：I''(3)I( 3)= I 1(3)=1.9KAi sh2.55* 1.94.85KAI sh1.51* 1.92.87 KA变压器二次侧：总 电 抗 标 幺 值 ：

17、 x*xmin*xwl*xT* / xT*0.35 0.470.38 1.2三相短路电流周期分量有效值：(3 )I d 29.16KAI 2x*1.27.63其他三相短路电流：I''(3)I (3)= I 2(3 ) = 7.63KAi sh1.84 * 7.63 13.54 KAI sh1.09 * 7.638.32KA最小运行方式变压器一次侧：总 电 抗 标 幺 值 ： x *xmzx*xwl*0.35 0.671.02三相短路电流周期分量有效值：(3 )I d 11.56KAI 1x*1.02 1.53其他三相短路电流：I ''(3)I(3)= I1(3)

18、=1.53KAi sh2.55* 1.533.9KAI sh1.51* 1.532.31KA变压器二次侧：总 电 抗 标 幺 值 ： x *xmax*xwl*xT*/ xT*0.35 0.67 0.38 1.4三相短路电流周期分量有效值：(3)I d 29.16KAI 2x*1.46.54其他三相短路电流：I ''(3)I(3) = I 2(3) = 6.54KAi sh1.84* 6.5412.03KAI sh1.09* 6.547.13KA七、电气设备的选择1、 35kV 和 6kV 高压变电柜的选择由于本厂所在地区的夏季温度较高， 因此在设备选型时对设备的防爆性能做充分考

19、虑，配电装置宜采用室内布置形式。（1）35kV 开关柜的选择根据装设地点、 环境及系统电压先对高压开关柜做一选型，高压开关柜属成套配电设备，柜中的一次设备必须按上面的校验条件校验合格才行。由于本设计是35kV 电源进线，则可选用移开式高压开关柜，这里选择JYN1-35 型。JYN1-35 型、 JYN2-10 高压开关柜的主要电气设备分别见表4-2、表 4-3。表 5-2 JYN1-35 型高压开关柜的主要电气设备表名称型号主要技术数据断路器SN10-35IC断流容量 1000MV A电流互感器LCZ-35I 1N / I 2 N =5-1000A/5A, 在此选变比 100电压互感器JDJ2

20、-35U 1 N / U 2 N =35kV/0.1kV高压熔断器RN2-35额定电流 0.5A ，保护电压互感器避雷器FZ3-35额定电压 35kV柜外形尺寸1818mm×2400mm×2925mm（ mm:长 ×宽 ×高）表 5-3 JYN2-10 型高压开关柜的主要电气设备表名称型号主要技术数据断路器ZN4-10ICC 表示手车式电流互感器LZZJB6-10I 1N / I 2N =100-1500A/5A, 在此选变比 100电压互感器JDZJ-10U1N /U 2N=10kV/0.1kV熔断器RN2-10额定电流 0.5A保护电压互感器 ,避雷

21、器FZ2-10额定电压 10kV柜外形尺寸840mm×1500mm×2200mm（ mm: 长×宽 ×高）2、断路器和隔离开关的选择2.135kV 进线侧的断路器选择参数如下表所示：表 5.4 35kV断路器额定短额定峰额定最高工额定额定开全开额定断流额定电时耐受值耐受合闸型号压（ kV ）作电压电流断电流断时容量电流电流时间（ kV ） （ A ） （ kA ）间（ s） （ MV A）（ kA ）（ kA ）（ s）SN10-35I3540.510001616(4S)400.250.061000MV A流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流I max

22、( 2SN ) /3U N= 28000 /(335)263.94A进线侧隔离开关选择参数如下图所示： （35kV 侧隔离开关）表 5-5 35kV 侧隔离开关额定电压最高工作电压额定电流动稳定电流热稳定电流型号（kV ）（ kV ）（ A ）（ kA ）（ kA ）GN2-35G3540.510007027.5（5s）2.235kV 主变压器侧断路器、隔离开关的选择流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流I max (1.05SN)/ 3UN =1.05 8000（/ 335）=138.57A额定电压选择U NU g35kV额定电流选择I NI max138.57 A开断电流选择I NbrI

23、K(3)7.824kA由上面表格知SN10-35I 型断路器和GW2-35G 型隔离开关同样满足主变侧断路器和隔离开关的要求， 所以选择同样的型号。 这也满足了选择设备同类设备应尽量较少品种的原则。2.36 kV 侧断路器选择参数如下表所示：表 5-6 10kV 侧断路器额定开额定短时额定峰值额定合全开额定电最高工作额定电型号断电流耐受电流耐受电流闸时间断时压（kV ）电压 (kV)流（ A）（kA ）（kA ）（ kA ）（ s）间（ s）ZN4-10101212502525 (4S)630.060.03流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流I max(2 SN)/3U N =2×

24、 8000/ （ 3×6）=1539.6A同理，选择如下隔离开关也符合要求。则主变一次侧隔离开关选择参数如下图所示：（10 kV 侧隔离开关）表 5-7 6kV 隔离开关额定电压最高工作电压额定电流动稳定电流热稳定电流型号（ kV ）（ kV ）（ A ）（ kA ）（ kA ）GN19-10/12501011.5125010040（ 4s）3 高压熔断器的选择高压熔断器选择结果表如下：表 5-8高压熔断器断流容量 S型号额定电压（ kV ） 额定电流（ A ）最大开断电流（ kA ）（MVA）RN2-1060.5100050RN2-35350.51000174、进出线的选择4.1、

25、35kV 母线的选择35kV 的长期工作持续电流：I max (2 SN ) / 3U N = 28000 /( 335) 263.94A35kV 主母线一般选用矩形的硬母线，选择LMY-1006.3 立放矩形铝母线+33 0C 时长期允许电流为1255A ，母线平放时乘以 0.95，则允许电流为1192.25A ，满足 35kV 主母线持续电流 207.8522A 的要求。4.2、6kV 母线的选择6kV 母线长期工作电流I max(2SN)/3UN=2×8000/ （ 3×6）=1539.6A选用LMY-1006.3 型立放矩形铝母线，长期允许电流为1539.6A,母线

26、平放乘以 0.95,则允许电流为 1479A，满足要求。4.3、35KV 架空线路的选择4.3.135kV 进线为双回路，按经济电流密度选择其截面：I 30P 2Q 26697.09 22993.2223*UN233560.503A2I 30P 2Q 26697.09 22993.2223*UN791A 233560.503A2设 Tmax 2300 h得 J ec1.65 A mm2则AecI 3060.50336.668mm2J ec479.41.65根据相关资料选LGJ70，4.3.235kV 高压引入导线（由高压配电室至主变）的选择采用 BLX-35KV铝芯绝缘线电缆穿硬塑料管敷设。按

27、发热条件选择由I30= 800035131.66 A，环境温度为 38，则查表得， I al210A，3初选截面 120mm2I 30131.66AI al 210 A符合要求4.3.36kV 电缆的选择（由主变到6kV 母线电缆）（1）额定电压U ymaxU g max ， U g max1.05U N 10.5kV（2）按经济电流密度选择电缆截面I g maxP2Q 26697.0922993.2223*UN3423.518A10查导体的经济电流密度表得 J ec1.92 A / mm 2AecI g max423.518220.582mm2J ec1.92根据以上数据初步选用YJLV-10 ， Aec =300 的电力电缆5 电流互感器的选择与配置5.135kV 侧电流互感器表 5-12 35kV 侧电流互感器额定电流（ A ）额定二次负荷（）型号额定电（ cos=0.8）1s 热稳定热稳定倍压（ kV ）0.513倍数数一次二次LCZ-353550052265kA150kA流过断路器的最大持续工作电流I max(1.05SN ) / 3U N =1.05 8000 （/ 3