某电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计(工厂供电课程设计)

1、某电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计摘 要本论文主要依照工厂供电设计必须遵循的一般原则、基本内容和设计流程，对某电机修造厂变电所进行了设计说明，本文按照设计要求，在查阅大量参考资料、手册后，对负荷计算及无功功率补偿计算，变配电所所址和型式的选择，变电所主变压器台数、容量及类型的选择，变配电所主结线方案的设计，短路电流的计算，变配电所一次设备的选择，变配电所二次回路方案的选择及继电保护装置的选择与整定，变配电所防雷保护与接地装置的设计等进行了详细的设计说明。并附有相应的图表、公式和计算结果。这次设计的变配电所完全满足设计要求。本设计通过对计算负荷，选出变压器；通过计算三相短路电流，选出其他

2、保护器件；通过三相短路电流，选择过电流保护设备；然后选择二次回路的设备，对一次侧设备进行控制、检测；最后注意安全、接地和防雷的设置。关键字：有功功率，电力变压器，三相短路电流，过电流，接地目 录第一章绪论11.1课题背景、目的及意义1课题的背景1课题的目的及意义11.2设计的主要内容、设计图样1设计的主要包括1设计图样2第二章设计依据32.1 电机修造厂3第三章设计说明53.1负荷计算及功率补偿5负荷计算的内容和目的5负荷计算的方法6各用电车间负荷情况及各车间变电所容量。63.1.4 全厂负荷计算。73.1.5 功率补偿73.2 变电所、配电所位置和型式的选择83.2.1 电机修造厂总变电所位

3、置和型式的选择83.3 电机修造厂总降压变电所主变压器和主结线方案的选择93.3.1 变压器容量及台数的选择。9变配电所主结线的选择原则103.3.3 主结线方案选择10配电所的主接线选择143.5 短路电流的计算153.5.1 绘制计算电路153.5.2 求k -1，k-2点的三相短路电流和短路容量163.5.3 求点的三相短路电流和短路容量183.6变电所一次设备的选择校验183.6.1 35kV侧一次设备的选择校验183.6.2 10kV侧一次设备的选择校验193.6.3 变电所高压母线的选择203.7变电所进出线选择。213.7.1 35kV高压进线的选择校验213.7.2 10kV高

4、压出线的选择21作为备用电源的高压线的选择校验。24高压断路器的操动机构控制与信号回路25变电所的电能计量回路263.8.3 变电所的测量和绝缘监察回路变电所的保护装置263.9变电所的防雷保护与接地装置的设计343.9.1 变电所的防雷保护343.9.2 变电所公共接地装置的设计35第四章结论37第一章 绪 论1.1 课题背景、目的及意义1.1.1 课题的背景本课题是根据刘介才主编的工厂供电设计指导上两个题目为原型，根据指导老师的要求设计。变电所是电力系统中的一个重要环节,它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行。在35KV10KV配电变电所设计研究方面，最近几十年发展更是迅猛。尤其是

5、对变电站综合自动化的研究，已经进行了多年,并取得了令人瞩目的进展。变电站综合自动化目前在国外已得到了较普遍的应用。例如美国、德国、法国、意大利等国家,在他们所属的某些电力公司里,大多数的变电站都实现了综合自动化及无人值班方式。在我国，现在变电所的基本也是向着变电站综合自动化这个方向发展的，但是根据我国的国情，现在大多数变电站还是没有完全实现保护和控制综合自动化。传统的变电站的设计发展到现在已经十分的成熟了。根据供电的设计内容和流程，可以十分的方便的按照步骤设计。1.1.2 课题的目的及意义本题目主要目的是设计某电机修造厂的变电所总降压配电设计。与原来的课程设计比较，本题不仅设计量大了许多，而且

6、在更个方面的要求也有所加强。虽然变电所的设计在现在已经不是高新的技术，但是作为自动化专业的学生，本题目还是很全面的包含了一大部分专业课程学习的内容，而且各个方面都有所深入。尤其是继电保护的问题，有了更加深入的学习。虽然本题没有对变电站综合自动化有所研究，但是对日后向这个方面的学习和发展打下了坚实的基础。通过这次设计不仅进一步加强专业知识的学习，拓宽知识面，提高理论知识水平。而且扩宽了就业面，提高就业能力，提高了独立思考和分析问题的能力。1.2 设计的主要内容、设计图样1.2.1 设计的主要包括（1）设计的基本依据和资料。（2）区域变电所和车间变电所负荷计算。 （3）无功功率补偿计算及补偿电容器

7、选择。（4）短路电流的计算和动稳定度，热稳定度的计算。（5）变压器容量及台数的选择。（6）变电所进出线的选择。（7）变电所的电缆，电线，高压开关柜，低压配电电屏，动力配电箱，电流互感器，避雷器，母线等主要设备的选择。（8）防雷装置与保护接地装置的设计。（9）、域变电所的主接线图、工厂变电所主接线图、各种保护装置接线原理图。（10）画出工厂变电所的平面图。1.2.2 设计图样（1）变电所主结线电路图电机修造厂总降压变电所主结线电路图（3）各种保护装置接线原理图变电所进线侧线路的继电保护原理电路图，（采用定时限过电流保护）。主变压器的差动保护原理电路图，瓦斯继电器保护原理电路图，工厂变电所进线侧单

8、相接地保护原理电路图（4）变电所平、剖面图电机修造厂总降压变电所平、剖面图第二章 设计依据2.1 电机修造厂（1） 电机修造厂总平面图（图2-1）图2-1 某电机修造厂总平面布置图（2） 工厂生产任务、规模及产品规格本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的电机、变压器修理和制造任务。年生产规模为修理电机7500台，总容量为45万KW；制造电机总容量为6万KW，制造单机最大容量为5520KW；修理变压器500台；生产电气备件为60万件。是大型钢铁联合企业重要组成部分。（3）工厂各车间负荷计算表表2-1 工厂各车间负荷计算表序号车间名称设备容量（千瓦）计算负荷变压器台数及容量车间变电所代号P30（千瓦

9、）Q30（千乏）S30（千伏安）1电机修造车间250560950078811000No 1车变2加工车间8861632583051400No 2车变3新制车间6342223364031500No 3车变4原料车间5143101833601400No 4车变5备件车间5621991582541315No 5车变6锻造车间1053658681100No 6车变7锅炉房2691971722621315No 7车变8空压站3221811592411315No 8车变9汽车库543302740180No 9车变10大线圈车间3351871182211250No 10车变11半成品试验站365287464

10、1500No 11车变12成品试验站229064048080011000No 12车变13加压站256163139214125014设备处仓库（转供负荷）338288444150015成品试验站内大型集中负荷3600288023003686主要为高压整流装置，要求专线供电。（4） 供用电协议 当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选定： 从某220/60kV区域变电所提供电源，此站距厂南侧4.5公里。 为满足二级负荷的需求，从某60/10.5kV变电所，提供10kV备用电源，此所距厂南侧4公里。 电力系统短路数据，如表2-2所示。其供电系统图，如图2-2所示。表2-2 区域变电站60kV母

11、线短路数据系统运行方式系统短路数据系统运行方式系统短路数据系统最大运行方式1338MVA系统最小运行方式310MVA图2-2 供电系统图 供电部门对工厂提出的技术要求： 区域变电所60kV馈电线的过电流保护整定时间1.8s，要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于1.3s。在企业总降压变电所60kV侧进行电能计量。该厂的总平均功率因数值应在0.9以上。（5） 工厂负荷性质本厂大部分车间为一班制，少数车间为两班或三班制，年最大有功负荷利用小时数为2200h。锅炉房供生产用高压蒸汽，停电会使锅炉发生危险。又由于该厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。因此，要求供电具有一定的可靠性。（6） 本厂

12、自然条件 气象资料 最热月平均最高温度35摄氏度，土壤中0.7-1米深处一年中最热月平均温度为20摄氏度，土壤冻结深度为1.10米，夏季主导风向为南风，最高气温+40度，最低-40度，导线复冰时气温-5度，最大风速时气温-5度，最大风速25米/秒，导线复冰时风速10米/秒，最高最低气温时风速0米/秒，复冰厚度10毫米，年雷暴日数31.5日。 地质水文资料 该厂区地层以砂粘土为主，地质条件较好，地下水位m，地耐压力为15吨/平方米。第三章 设计说明3.1负荷计算及功率补偿3.1.1负荷计算的内容和目的（1）计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量求取确定的、预期不变的最大假想负荷。也就是通过负

13、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。在配电设计中，通常采用半小时的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。（2）计算负荷是用户供电系统结构设计、供电线路截面选择、变压器数量和容量选择、电气设备额定参数选择等的依据，合理地确定用户各级用电系统的计算负荷非常重要。负荷计算的方法有功计算负荷为 (3-1)式中，为设备容量。无功计算负荷为 (3-2)式中，为对应于用电设备组的正切值。视在计算负荷为 (3-3)总的计算电流为 (3-4)式中，为额定电压380V。各用电车间负荷情况及各车间变电所容量。表3-1序号车间名称设备容量（千瓦）计算负荷变压器台数及容量车间变电所

14、代号P30（千瓦）Q30（千乏）S30（千伏安）1电机修造车间250560950078811000No 1车变2加工车间8861632583051400No 2车变3新制车间6342223364031500No 3车变4原料车间5143101833601400No 4车变5备件车间5621991582541315No 5车变6锻造车间1053658681100No 6车变7锅炉房2691971722621315No 7车变8空压站3221811592411315No 8车变9汽车库543302740180No 9车变10大线圈车间3351871182211250No 10车变11半成品试验站3

15、652874641500No 11车变12成品试验站229064048080011000No 12车变13加压站256163139214125014设备处仓库（转供负荷）338288444150015成品试验站内大型集中负荷3600288023003686主要为高压整流装置，要求专线供电。全厂负荷计算。取Kp = 0.92; Kq = 0.95根据上表可算出：P30i = 6520kW; Q30i = 5463kvar则 P30 = KPP30i = 0.926520kW = 5999kWQ30 = KqQ30i = 0.955463kvar = 5190kvar 7932KVAI30 = S

16、30/3UN 94.5ACOS = P30/S30 = 5999/7932 0.75 功率补偿由于本设计中上级要求COS0.9,而由上面计算可知COS=0.75，满足发热条件。 动稳定度校验 母线在三相短路时所受的最大电动力为 母线在作用时的弯曲力矩为 母线的截面系数为 故母线在三相短路时所受到的计算应力为而硬铝母线（LMY）的允许应力为，由此可见该母线满足短路动稳定度的要求。 热稳定度校验计算满足短路热稳定的最小截面式中变电所60kV侧纵联差动保护动作时间按0.7s整定，再加上断路器断路时间0.2s，再加0.05s。由于母线的实际截面为，因此该母线满足短路热稳定度要求。（2） 10.5kV母

17、线的选择校验采用硬铝母线LMY-3(606)505。（其选择和计算方法同前，从略）所以电机修造厂高压母线选择如表3-8所示表3-8电机修造厂高压母线选择母线名称母线型号规格35kV母线LMY-3(253)，即母线尺寸为25mm3mm10kV母线LMY-3(606)505，即母线尺寸为60mm6mm，中性母线尺寸为50mm5mm3.7变电所进出线选择。3.7.1 60kV高压进线的选择校验采用LJ型铝绞线架空敷设，接往60kV公用干线。（1） 按发热条件选择 由及室外环境温度35，查资料，初选LJ-35，其35时，满足发热条件。（2） 校验机械强度查表，最小允许截面，因此LJ-35满足机械强度要

18、求。由于此线路很短，不需校验电压损耗。3.7.2 10.5kV高压出线的选择（1） 馈电给1号厂房（电机修造车间）的线路采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。 按发热条件选择由及土壤温度20，查表，初选缆芯为的交联电缆，其，满足发热条件。 校验电压损耗 由电机修造厂平面图量得变电所至一号厂房距离约100m，而表查得的铝芯电缆的（按缆芯工作温度80计），又1号厂房的，因此按式 （3-9）满足允许电压损耗5的要求。 短路热稳定校验计算满足短路热稳定的最小截面由于前面所选的缆芯截面小于，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯的交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，即YJL22-1000

19、0-33001150的四芯电缆（中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同）。（2） 馈电给2号厂房（机械加工车间）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22-10000-33001150的四芯电缆。（3） 馈电给3号厂房（新品试制车间）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22-10000-33001150的四芯电缆。（4） 馈电给4号厂房（原料车间）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯

20、截面选，即YJL22-10000-33001150的四芯电缆。（5） 馈电给5号厂房（备件车间）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22-10000-33001150的四芯电缆。（6） 馈电给6号厂房（锻造车间）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22-10000-33001150的四芯电缆。（7） 馈电给7号厂房（锅炉房）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22

21、-10000-33001150的四芯电缆。（8） 馈电给8号厂房（空压站）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22-10000-33001150的四芯电缆。（9） 馈电给9号厂房（汽车库）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22-10000-33001150的四芯电缆。（10）馈电给10号厂房（大线圈车间）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22-10000-33

22、001150的四芯电缆。（11） 馈电给11号厂房（半成品试验站）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22-10000-33001150的四芯电缆。（12） 馈电给12号厂房（成品试验站）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22-10000-33001150的四芯电缆。（13） 馈电给13号厂房（加压站）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22-10000-330

23、01150的四芯电缆。（14） 馈电给14号厂房（设备处仓库）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22-10000-33001150的四芯电缆。（15） 馈电给15号厂房（成品试验站内大型集中负荷）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选，即YJL22-10000-33001150的四芯电缆。作为备用电源的高压线的选择校验。采用LJ型铝绞线架空敷设，与相距约4km的某60/10.5kV变电所的10.5kV母线相联。（1） 按发热条件选择工厂二级负荷容量共

24、503kVA，及室外环境温度为35，查表，初选LJ-16，其35时的，满足发热条件。（2） 校验电压损耗由表查得缆芯为的铝绞线的，（按线间几何均距0.8m计）。又，线路长度按4km计，因此按式(3-9)，得满足允许电压损耗5的要求。（3） 短路热稳定度校验因为邻近某60/10.5kV变电所电源10.5kV侧的短路数据不知，因此该联络线的短路热稳定度校验计算无法进行，只有暂缺。综合以上所选电机修造厂变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表3-9所示表3-9 电机修造厂变电所进出线和联络线的型号规格线路名称导线或电缆的型号规格35kV电源进线LJ-35铝绞线(三相三线架空)10kV高压出线至1

25、号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至2号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至3号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至4号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至5号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至6号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至7号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至8号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至9号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至10号厂

26、房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至11号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)10kV高压出线至12号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至13号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至14号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至15号厂房YJL22-10000-33001150四芯电缆(直埋)至塑料制品厂3LJ-501LJ-35(三相四线架空)与邻近35/10kV变电所10kV联络线LJ-16铝绞线(三相三线架空)3.8变电所的防雷保护与接地装置的设计3.8.1 变电所的防雷

27、保护（1） 直击雷防护在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。由于变电所有露天配电装置，应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包括整个变电所。按规定，独立避雷针的接地装置接地电阻。通常采用36根长2.5m、50mm的钢管，在装避雷针的杆塔附近作一排或多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6m。接地管间用40mm4mm的镀锌扁钢焊接相连。引下线用25mm4mm的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用20mm的镀锌圆钢，长11.5m。独立避雷针的接地装置与变电

28、所公共接地装置应有3m以上距离。在35kV架空进行上，架设12kM的避雷线，以消除近区进线上的雷击闪络，避免其引起的雷电侵入波对变电所电气装置的危害。（2） 雷电侵入波的防护 在35kV电源进线的终端杆上装设FZ-35型阀式避雷器。引下线采用25mm4mm的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端螺栓连接。 在35kV高压配电室内装设有JYN1-35-102型开关柜，其中配有FZ-35型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。 在10kV高压配电室内装设有GG-1A(F)-55型开关柜，其中配有FS4-10型避雷器。主要保护10kV侧出线上的各种一次设备。3.8.2 变电所公共接地装置的设计（1） 接地电阻的要求 按资料上的表，此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件： 式中 （由于题目没有给出35kV电网中架空线路和电缆线路总长度，所以我假设35kV电网中架空线路总长度为60km，35kV电网中电缆线路总长度为4km。）因此公共接地装置接地电阻（2） 接地装置的设计单根垂直管形接地体的接地电阻采用长2.5m、50mm的钢管14根，沿变电所三面布