35kv水泥厂供配电设计

1、35kv水泥厂供配电设计35kv水泥厂供配电设计 洛阳理工学院毕业设计 （论文） 奥水泥厂35/0.4kV变配电所供电设计 摘 要 依据我国电力 资源使用的实际情况，工业工厂供配电设计的基本要求，按 照指导老师布置的任务书要求的基础上，对该水泥厂供配电 情况进行综合分析，而后着手对该水泥厂高低压供配电系统 进行设计。在老师的指导下，同时借助参考资料，实现本次毕业设计。首先，对全厂负荷进行归类，确定一级负荷、二级负荷 及三级负荷。然后进行负荷计算，为确定供配电系统的无功补偿容量、 电力变压器的型号和容量、导线选型、各种开关器件的容量 和变电所的选址等提供依据。其次，对系统进行无功补偿，目的是减小

2、电力变压器、 线路、开关设配的功率亏损，进而减小电气设备的规格，减 少设备的功率损耗和电压降，降低成本。按照该水泥厂的具体情况选择变电所的变压器，通过负荷 距法计算由变电所的具体位置，选择变压器的型号及该水泥 厂电气主接线，在电气接线中要包含电力变压器的数量和容 量，最后确定全厂供配电系统。为了使满足一次设备的稳定性、保护装置的灵敏度、断路 器的断流能力，必须进行短路电流计算，进而可以选择高低压设备和线路在毕业设计的最后，对全水泥厂配电系统的防雷接地系统 进行设计。关键词：负荷计算，无功补偿，主接线，短路电流计算，接地与防雷A Cement Factory 35/0.4 kV Distribu

3、tion Power Supply Design ABSTRACT Requirements of power supply design, in accordance with requirements of the guiding teacher assigned task, on the basis of comprehensive analysis of the cement plant power supply situation, and then to the cement plant high and low voltage power supply system is des

4、igned.Under the guidance of the teacher, at the same time, with the aid of resources, realize the graduation design. First of all, to classify the factory load level load, secondary load and tertiary load is determined.And then to carry on the load calculation, to determine the reactive power compen

5、sation capacity of power supply and distribution system, power transformer model and capacity, the capacity of the cable type, all kinds of switching devices and provide basis for substation site selection, etc. Then, on the system for reactive power compensation, the purpose is to reduce power tran

6、sformer, circuit, switch with power losses., thus reducing the specifications of the electric equipment,reduce the power loss and voltage drop device, reduce the cost.Choose according to the cement plant and the circumstances of transformer substation, by load distance method to calculate out the lo

7、cation of the substation, transformer model and the cement plant, the main electrical wiring in the electrical wiring to include the number and capacity of the power transformer, finally determine the power supply and distribution system.In order to satisfy a equipment stability, sensitivity and abi

8、lity of the circuit breaker protection, must carry out short-circuit current calculation, and can choose the high and low voltage equipment and lines. Finally, determine the power distribution system of lightning protection grounding system design. KEY WORDS: Load calculation, Reactive power compens

9、ation, The main connection, Short circuit current calculation, Earthing and lightning protection 目 录前言8第1章绪论9 1.1本课题的来源及背景9 1.1.1水泥工业的发展状况9 1.1.2主要存在的问题 9 1.2供配电设计的基本要求及原则10 1.2.1供配电设计的基本要求101.2.2供电设计必须遵守的基本原则10第2章水泥厂原始资料11 2.1水泥厂供电的具体参数 11 2.1.1水泥厂总平面图 11 2.1.2工厂负荷情况11 2.1.3该厂供电电源情况11 2.1.4供电局要求的功率

10、因数12 2.1.5电源短路容量12 2.1.6电费制度12 2.1.7气象资料12第3章 负荷计算13 3.1负荷计 算13 3.1.1负荷计算的意义13 3.1.2用电设备计算负荷的计 算式13 3.1.3水泥厂各个车间负荷计算14 3.1.4水泥厂总计算负荷14第4章 电气主接线的选择 20 4.1各个车间变电 所的设计以及无功补偿20 4.1.1变配电所选择的一般原则20 4.1.2各个车间变电所的位置以及全厂供电草图20 4.1.3各个车间变压器容量、台数的选择及无功功率补偿24 4.2工厂变电所的电气设计32 4.2.1电气主接线的意义和重要性32 4.2.2水泥厂变电所主接线的说

11、明32 4.2.3工厂变电所主接线的选择33 4.3供电线路的导线选择34 4.3.1 10kV线路的导线选型34 4.3.2其他变电所的导线选型35第5章 短路电流计算37 5.1短路电流计算的目的37 5.2短路电流的计算37 5.2.1水泥厂总降压 35kV短路电流的计算38 5.2.210kV母线短路电流39 5.2.3 0.4kV车间低压母线短路电流395.2.4三相短路电流和短路容量统计表40第6章 主要电气设备的选择41 6.1开关柜的选择与简介 41 6.2电气设备的 选择与校验41 6.3变电所设备的选择与校验43 6.3.1 35kV侧设备的选择与校验 43 6.3.2 1

12、0kV侧设备的选择与校验 43 6.3.3 0.4kV侧设备的选择与校验 44第7章 防雷与接地46 7.1防雷46 7.2接地47谢辞50参考文献51附录1 52 附录2 53外文资料翻译55 7前言随着工业的发展，电 能对于支持国民经济的快速发展起了不可估量的作用。电能的生产、传输高效洁净。它在当代工业生产、人类日常生活及社会各个重要领域中 已得到了广泛应用。工厂安全生产非常重要，因此必须非常重视工厂供配电系 统的安全，因为它的安全会直接影响全厂的生产。当今大工场供配电体系设计的非常复杂，对运行方式和主 接线必须充分重视，各类电气设备的数目和种类众多，国民 经济的快速发展和工业建设的快速崛

13、起，供配电体系的设计 也愈来愈注重安全效益，大型厂矿对电力资源的需求也迅速 增加，对电力的品质、经济状况、可靠供电得要求也日趋提 高，因而对用电系统的设计也有了更高层次、更完美的要求。水泥是建筑行业三大基本材料之一，在国民经济的重要 性不言而喻，因此实现水泥厂供电的可靠性和经济性也是非 常重要的。本课题来源于生产实践。因为水泥厂是大型生产企业， 供电电压要求在 35kV左右 因此需要设计一个总降压变电所，总降压变电所要设计1-2台变压器。本次设计要完成水泥厂 35/0.4kV变配电所供电设计。变电所的一次设备选型和校验、短路点短路电流的计算和用作图软件绘制电气接线图。将发电站输送的高压电变为低

14、压电，而且遵循可靠供电和安全性、技术先进、合理的要求，为该厂供给可靠的电能, 使该厂安全经济可靠运转。该设计主要解决的问题有：（1）各个变电所电力变压器的台数、容量与类型的选择；（2）结合电力系统水泥厂的具体情况设计本厂电气主接线方案；（3）短路电流计算；（4）电气设备的选择：隔离开关、高低压断路器、电压互感器 TV、电流互感器TA 等；（5）防雷接地设计。第1章绪论1.1本课题的来源及背景 随着中国社会经 济的快速发展，建筑行业生机勃勃，社会对水泥的需求也大 大增加。全国大大小小的水泥厂也不断涌现，如海螺水泥、天瑞水 泥，年产量可达到20.6亿吨，建筑行业推动水泥行业快速发 展。众所周知，电

15、能是社会发展的主要能源，是国民经济快速 发展的基础，必须科学合理使用电能才能创造最大效益。电能也是水泥厂主要的动力资源，设计一个经济合理的水 泥厂供配电系统对水泥厂的意义重大。1.1.1 水泥工业的发展状况由于我国经济连续不断稳定增长，对水泥的要求从数量上和质量数都在提高，小型水泥 厂不断在竞争者淘汰，而大型干法水泥则保留下来，具显著 特点是：高产优质低消耗。大型干法水泥是绿色发展可持续之路。随着科技的进步，各个国家的环保意识，水泥行业开始走 生态化之路。当代水泥的管理信息化主要体现在：水泥生产过程中的智能化、自动化发展。1.1.2 主要存在的问题 如今，新型干法水泥具有许多优 点，但水泥产业

16、结构混乱，仍有很长路要走，新型干法水泥 仅占总产量的11%,在水泥生产中的许多问题。生产效率低，技术水平有待提高，资源消耗量大，环境污 染问题都成为制约水泥行业快速发展的瓶颈。水泥生产废物、废水的排放带来了严重的环境问题。我国大部分水泥厂都是中小型水泥厂，水泥生产的技术与 国外相比还有很大差距，不仅浪费了大量资源而且质量不稳 定。因此在水泥生产中提高资源利用率、减少环境污染刻不容 缓。1.2供配电设计的基本要求及原则1.2.1供配电设计的基本要求 工厂供配电要想很好的的为工业生产服务，确保工 业生产正常有序进行及做到能源的合理利用就必须满足下 列所说的基本要求：(1)安全 在电力能源的输送、转

17、换、控制、分配和使用中应该避免发生不必的事故和用电设备由于各种原因的损坏。(2)可靠 整个电力系统的运转必须满足连续可靠供电， 应避免由现供电中断。(3)优质 就是让电压、频率及波形这三个量的变化不能 超过允许的范围。(4)经济 尽量实现电力系统的经济运行，减少资源能 源浪费。1.2.2供电设计必须遵守的基本原则(1)必须遵守国家的有关法令、规范和标准，执行国家相关的方针和政策。包括节约能源，节约有色金属和其他政策。(2)必须从整体由发，统筹兼顾，结合各个地区供电的 特点，设计一个科学合理的供电方案。(3)正确处理近期建设和长远发展的关系，使之相互结 合，目前以近期为主适当考虑长远规划。第2章

18、水泥厂原始资料2.1水泥厂供电的具体参数2.1.1水泥厂总平面图 工厂总平面图如图 2-1所示 图2-1 工厂总平面图 2.1.2工厂负荷情况 该水泥厂多半生产车间 为3班倒，其中该水泥厂年最大负荷利用小时数为6500 o二级负荷为水泥库，三级负荷为生活区，其它皆为一级负荷。由于破碎车间和磨机车间为大电机，具额定电压为10kV其它车间能源动力设备均为三相电，额定电压均为380V。生活区的用电皆为单相电，额定电压为220V o该厂负荷统计如附录一所示。2.1.3 该厂供电电源情况依据该水泥厂与供电局签的协议，水泥厂的供电可有场外距离厂区6km的变电站 110/38.5/11kV,50兆伏安的变电

19、站电力变压器供电， 供电电压 可以任意选。除此之外，可从距离厂区2km的临近机械厂引进10kV的供电线路作为水泥厂的联络电源。2.1.4 供电局要求的功率因数当35kV线路供电时，根据供电协议水泥厂总降压变电所高压侧的功率因数不得低于0.85,如果10kV线路供电时，规定水泥厂高压侧功率因数 不得低于0.9。2.1.5 电源短路容量 当35kV母线曲线时，断路器的最大 可关断容量为1600MVA;当10kV母线曲线时，断路器的最大 可关断容量为360MVA。2.1.6 电费制度 根据水泥厂与供电局协议规定：厂区动力费用为 0.33元/KW-h,生活区照明费用为 0.56元 /KW ho2.1.

20、7 气象资料 水泥厂所在地区最高气温为 33度，一年 中最热月的平均气温为 29度，最热月地下 0.75m处的平均 温度为20度，年主导风为东北风。第3章 负荷计算 3.1负荷计算 3.1.1负荷计算的意义 负荷计算是确定供配电系统方案、选择变压器型号容量、导 线截面积及电气设备的依据。负荷计算同时也是整定继电保护的重要数据。负荷计算的正确与否，对变压器线选择达到经济合理的要 求影响很大。对该水泥厂低压侧无功功率的补偿，提升了功率因数，不 仅可以节能，减少功率损耗，降低线路压降，提升供电质量， 还能显著提升电力系统的供电裕度。需要系数法和二项式法，广泛应用于工厂，当前各国广泛 选用的还是需要系

21、数法，由于简单方便。适合于负荷计算的需要系数法适合用于用电设备容量相差不大，台数较多的情况。二项式法适用在电设备台数很少、容量相差很大的情况。在此次设计中我采用了需要系数对水泥厂的各种负荷进行计算。3.1.2用电设备计算负荷的计算式有功功率P30= Pe Kd(3-1) 无功功率 Q30 = P 30 tg (3-2) 视在功率 S30 = P30/cos (3-3) 其中式中Pe-用电设备的安装容量 tg 一用 户电气设备名牌给由的功率因数角的正切值一设备的额定电压3.1.3水泥厂各个车间负荷计算1.生料车间：单台设备计算 (1)生料破碎机：Q30=P30tan=1400 0.75=1050

22、kVarS30P30/cos=1750kVA (2)生料配料机：一 (3)生料磨机：一，生料车间总计算负荷统计大电机组取同时系数为，因此有：2,煤磨车间：，一 3.烧成车间计算 单台设备计算(1)生料入窑电机：一 (2)预加热器：，一 (3)回转窑：一 (4)冷却机：，一 (5)熟料库：，一烧成车间总的计算负荷：取同时系数为：,因此有4.水泥车间计算 单台设备负荷计算(1)水泥配料：一 (2)水泥磨：，一 (3) 水泥库：，一水泥车间总的计算负荷取需要系数为，因此有，5.生活区负荷计算 6.锅炉房负荷计算 - 3.1.4水泥厂 总计算负荷 各个车间计算负荷直接相加时取需要系数为，因此有按照需要

23、系数法计算生的水泥厂总计算负荷如表3-1 46表3-1水泥厂总计算负荷 车间 序号 车间 设备名称设备容量需要系数功率因数计算负荷P30 /KW Q30 /kVar S30 /kVA I30 /A 1 生料车间 生料破碎 2000.0 0.70 0.80 0.750 3321 2968 4452 533 生料配料75.0 0.65 0.651.169 生料磨 2800.0 0.8 0.9 0.485 2 煤磨车间 煤磨 450.0 0.70 0.90 0.513 316 161 355 537 3 烧成车间 生料入窑 30.0 0.60 0.7 1.022 1423 141 200 320 预

24、热器 75.0 0.65 0.75 0.881 回转窑 75.0 0.75 0.75 0.881 冷却机 45.0 0.60 0.70 1.021 熟 料库10.0 0.80 0.70 1.021 4水泥车间 水泥配料 30.0 0.70 0.80 0.750 2048 1941 2821 255 水泥磨 2800.0 0.80 0.90 0.485 水泥库 20.0 0.70 0.80 0.750 5 生活区 400.0 0.80 1.00 0 321 0 321 1454 6 锅炉房 35.0 0.80 0.80 0.750 28 21 36 53 合计取同时系数：5862 5071 77

25、53 2081第4章 电气主接线的选择4.1各个车间变电所的设计以及无功补偿4.1.1变配电所选择的一般原则 水泥厂各个变配电所的位置选择，需要依据下面规 定比较后确定：(1)接近负荷中心。(2)进曲线方便。(3)接近电源侧。(4)设备运输方便。(5)不应设在剧烈或高温的场所。(6)变电所的位置不应设置在有腐蚀性气体的场合。(7)变电所的位置不应该设在常常积水场合的正下方,而且变电所的位置不应该与上述所说的场合毗邻。4.1.2各个车间变电所的位置以及全厂供电草图因为该厂有一、二级负荷，因此考虑到可靠供电的前提需要采用两 路进线，其中一路是由电业局引由的35kV的公共电源干线接入该厂变电所，另一

26、路来自邻厂的高压联络线。按照上面的规定和该水泥厂具体的地理位置和各个车间 的计算由的负荷的大小，通过负荷矩阵法就可以得到各个变 电所的实际位置，因此此次设计中决定设置5个变电所，其中各个变电所的供电范围：总降压变电所变电所I: 煤磨车间、烧成车间、锅炉房。变电所II :水泥车间。变电所III :生料车间。变电所IV :生活区。1 .总降压变电所位置的确定总降压变电所负荷平面示意图如图4-1所示 图4-1工厂负荷示意图 根据该水泥厂的 总的平面图我们可以设 5个负荷、，各个负荷分布如图4-2 所示，各个负荷在坐标系中的位置如图所示。假定总负荷的负荷中心的位置在于坐标处，为同时系数， 在这里我们选

27、取 0.9,按照重力学求重心力矩可得，过程如 下图4-2负荷分布示意图因此总降压变电所负荷中心为2 .变电所I位置的确定 水泥厂变电所I的负荷平面分布示意 图如图4-5图4-5变电所I的负荷平面示意图 据水泥厂的 总平面图可以设 3个负荷中心，各个负荷的分布如图 4-6, 各个负荷在直角坐标系中的坐标如图所示。假定总负荷的负荷中心位于坐标处，在这里我们可以选取 同时系数为 0.9,因而按照重力学求重心力矩可得，过程如 下 图4-6变电所I的负荷分布示意图因此变电所I的负荷中心为：3 .其它变电所位置的确定因为其余变电所只给自身的车间供电，所以按照车间变电所的选择规定，各个车间变电所 就布置在车

28、间旁边。4.全厂供电平面图 图4-7全厂供电平面图 4.1.3各个车 间变压器容量、台数的选择及无功功率补偿1.变电所I的变压器台数及容量的选择 (1)变电所I的计算负荷 取同时 系数为：(2)变电所I的无功功率补偿(按规定高压侧要求提高到 0.92)无功补偿装置的容量为：补偿后的视在功率为：(3)变电所I的变压器选择 为保障该厂可靠供电， 本次设计选用两台电力变压器，每台可承担全部负荷的70% o故 因此我选取的两台电力变压器的型号为SL7-400/10,为了满足需求每台容量为 400kVA o查表可知此型号的变压器的各项参数如下：空载损耗：负载损耗：阻抗电压：空载电流：（4）计算每台变压器

29、的功率损耗变压器高压侧的负荷为补偿后的功率因数为，这一功率因数满足要求。2 .变电所II变压器台数及容量选择（1）变电所II的负荷计算 取同时系数为（2）变电所II的无功功率补偿（高压侧功率因数取0.92）补偿容量为：补偿后的视在功率为：（3）变电所II变压器的选择 为了保障可靠供电的，在此 次设计中采用两台变压器，单台可满足全部负荷的70% o采用的变压器的型号为SL7-50/10两台，额定容量为50kVA,查表可知该型号的变压器的的具体参数为：空载损耗：负载损耗：阻抗电压：空载电流：（4）每台变压器的功率损耗变电所高压侧负荷为：补偿后的功率因数：,满足要求。3 .变电所III的变压器和容量

30、选择（1）变电所III的负荷统计 （2）变电所III的无功功率补偿（补偿后的功率因 数取0.96）无功补偿装置的容量为：补偿后的视在功率：（3）变电所III的变压器选择 为保障可靠供电，在这次设 计中我采用两台电力变压器，单台可以满足总的负荷的70% o我采用的两台变压器型号为SL7-50/10,为了满足需求选择容量为50kVA,查表可知此类变压器的各项数据如下：空载损耗：负载损耗：阻抗电压：空载电流：（4）每台变压器的功率损耗变压器高压侧的负荷为补偿后的功率因数为，满足要求。4.变电所IV的变压器型号和容量选择 （1）变电所IV 的供电负荷计算 （2）变电所IV的无功功率补偿 由于无功 补偿

31、前的功率因数为1,满足要求，所以不用补偿。（3）变电所IV的变压器选择 为了实现可靠供电，决定 采取用两台变压器，单台满足总负荷的70%,在此次设计 中我采用的变压器型号为 SL7-250/10,容量为250kVA,数量为 两台，查表可知该型号的变压器的具体参数如下：空载损耗： 负载损耗： 阻抗电压： 空载电流：(4)每台变压器的功率损耗变压器高压侧的负荷为 补偿后的功率因数为，满足要求。5.总降压变电所的台数及容量选择(1)总降压变电所的负荷计算取同时系数为：此时变电所高压侧功率因数为0.90,大于0.85满足需求，因此无需无功功率补偿。(2)总降压变电所的变压器选择考虑到可靠供电，宜采用用

32、两台电力变压器，单台可满足全部负荷的70%,采用的电力变压器型号为 SL7-5000/35两台，为了满足需求单台 容量为5000kVA,查表可知此型号的变压器的数据参数如 下：空载损耗： 负载损耗： 阻抗电压： 空载电流：(3)每台变压器的功率损耗7.该水泥厂各个车间的变压器 该水泥厂各个车间变压器的型号及参数如表4-1所示:表4-1各个车间变压器型号及参数变电所名称 变压器型号 额定容量/kVA额定电压 联接型号 损耗/KW I0 % U k% 高压低压空载 负载 I SL7-400/10 400.0 10 0.4 Y,yn0 0.91 5.90 1.90 4.0 II SL7-50/10

33、50.0 10 0.4 Y ,yn0 0.18 1.17 2.6 4.0 III SL7-50/10 50.0 10 0.4 Y,yn0 0.19 1.14 2.6 4.0 IV SL7-250/10 250.0 10 0.4 Y,yn0 0.64 4.00 2.00 4.0 总降压 S7-5000/35 5000.0 10 10.5 Y,d11 6.75 36.8 0.90 7.0 4.2 工厂变 电所的电气设计4.2.1电气主接线的意义和重要性电气主接线便是电能从电源部分分配给各类用电设备的主要电路， 电气主接线图应该表达由全部电气设备和全部用电设备的 相互关系。由于三相交流电中，各个相连

34、接方法类同，于是主接线常 常只表达由电气设备的一次连接，于是主接线图也称为单线 图。安全性、可靠性、灵活性、经济性是对变电所主接线的 基本要求。安全指的是用电设备安全和人身安全。因此在主接线的设计过程中，必须严格按照规范设计，充 分考虑人身设备安全；可靠便是变电所的主接线应该能够满 足各类负荷对可靠供电的要求；灵活便是在保证安全性和可 靠性的前提下，电气主接线能够满足不同的运行方式；经济就是满足以上要求的前提下，尽量减少成本4.2.2水泥厂变电所主接线的说明由本厂区平面图，同时要求总降压变电所应该尽可能接近负荷中心，因此决定将降压变电所设置在厂区的南边。根据规定，对总降压变电提由以下要求 ：(

35、1)总降压变电 所装置两台35/10kV,容量为5000kV-A的变压器，为保证 供电可靠性采用桥式接线。(2)依据规定，联络电源只有当主电源线路检修或由事 故时才可以投入使用，所以联络10kV电源进线断路器在主电源进线正常工作时必须有效断开。(3)变压器二次侧10kV母线采用单母线分段接线方式。总降压变电所的电力变压器的低压侧10kV接在单母线分段的分段I上，但是10kV联络线路接在单母线分段n上。两分段的联络开关在系统安全工作时合拢，重要负荷接在 分段n上，在35kV主电源由现故障时，应使重要的负荷继 续工作。(4)该水泥厂总降压变电所的操纵电源是由联络电源 断路器前的所用变压器供电。当主

36、电源由现故障时，控制电源可以正常工作。5、选用双母线供电方案，当一条母线由故障时，可以用 另外母线投入工作。4.2.3工厂变电所主接线的选择1.主接线图的线路选择(1) 35kV侧接线的选择 为保证一二级负荷可靠用电，选 用双回路供电和在总降压变电所装置两台电力变压器的桥 式供电，桥式供电可以分为外桥、内桥和全桥，各种桥式供 电的接线方式如4-8所示。图4-8内桥、外桥及全桥接线方式(2)总降压变电所的选择 依据该厂的具体情况，确定总降压变电所的高压侧采 用外桥接法，低压侧采用单母线分段法。这类接法的特点是操作灵活方便，供电的可靠性较高，此 种接法适合一、二级负荷工厂。2.工厂变电所主接线图根据以上要求可绘制由该水泥厂的主接线图如附录 2所示。4.3供电线路的导线选择 4.3.1 10kV线路的导线选型 1. 供电给变电所I的10kV线路 为了保障可靠地供电，可采用 两回路供电，单回供电