电气工程课程设计机床厂供配电系统设计

1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 电气工程课程设计 题 目 某机床厂供配电系统的电气设计 院 系 电气信息工程学院电气工程系 专业班级 电气 学生姓名 学生学号 指导教师 2012年 7月 18 日东北石油大学课程设计任务书课程电气工程课程设计 题目某机床厂供配电系统的电气设计 专业电气工程及其自动化 姓名学号主要内容：对一个机床厂全厂总配变电所及配电系统的设计。本设计根据本厂用电负荷的实际情况进行计算，根据电力部门对工厂功率因数的要求计算出需要补偿的无功功率并以此选择相应的补偿电容器。然后对线路设定短路点进行短路电流的计算作为各设备的选型依据。考虑到对变压器的保护在设计中对主变压器

2、设置继电保护，最后进行防雷和接地装置的设计。参考资料：1 刘介才.工厂供电 M 北京：机械工业出版社，2003.2 王健明，苏文成供电技术 M 西安：电子工业出版社，20043 何仰赞，温增银电力系统分析 M 武汉：华中科技大学出版社，20044 张莹. 工厂供配电技术M . 电子工业出版社第二版, 20065 江文，许慧中供配电技术 M 北京：机械工业出版社，2003完成期限2012.7.10至2012.7.18指导教师专业负责人2011年 7 月9 日目录1 设计要求12 供配电系统的负荷计算12.1 变电所规模12.2计算负荷的确定13电气主接线方案设计及分析23.1 电气主接线方案设计

3、23.2方案分析34变配电所的总体布置设计44.1 变配电所总体布置的基本要求44.2 变电所布置方案设计45 各变电所容量和无功补偿计算55.1 变配电容量计算公式55.2 各车间变电所无功补偿的计算55.3无功补偿后变压器容量的计算及变压器的选择76短路电流及其计算86.1短路电路的计算公式86.2短路电流计算87防雷保护和接地装置的设计117.1变电站的防雷保护117.2变电站的进线段保护118结论12参考文献141设计要求（1）根据本厂的实际情况，设计主接线方案。（2）确定变电所主变压器的台数与容量、类型。（3）短路电流计算。（4）无功补偿计算。（5）变电站布置设计。（6）防雷保护和接

4、地装置的设计。2 供配电系统的负荷计算2.1 变电所规模变电所容量：31.5MW 电压等级：35/10KV出线回路数：35KV 2回架空线；10KV 8回架空线； 与变电所连电力系统短路容量1000MVA； 负荷情况：最大负荷30MW，最小负荷 15MW。10千伏侧负荷情况表：Tmax=5600小时 COSø=0.85用户名称 最大负荷（KW） 线路长度（KM） 回路数 基础车间 260 6 1 齿轮车间 800 4 1 铸造车间 300 3 1 导轨车间 300 5 1 装配车间 380 4 1 维修车间 300 3 1 实验车间 450 2 1 行政办公 50 3 1 其中车间等

5、处电压等级：10/0.4KV远景发展：10千伏侧远景拟发展6回电缆出线，最大综合负荷18MW，功率因数0.852.2计算负荷的确定本次这一机床厂的供配电系统属于二级负荷，设计时根据二级负荷的要求进行设计。据资料知同时系数在泵系设计中取Kd=0.9,本次设计要求的功率因数为0.85根据公式： （1） （2） （3） （4）其中 为额定电压，通过计算得到以下的负荷，列出表格各车间负荷情况见表2-1。表2-1各车间负荷表车间名车有功功率（kw）无功功率（kvar） 视在功率（kv.A）短路电流(A)基础车间234145.08275.30418.275齿轮车间720446.40847.061286.9

6、7铸造车间270167.40317.65482.615导轨车间270167.40317.65482.615装配车间342212.04402.35611.312维修车间270167.40317.65482.615实验车间405251.10476.47723.923行政办公4527.9052.9480.4343 电气主接线方案设计及分析3.1电气主接线方案设计方案一：电源进线采用双电源，在主变电所电源进线侧采用双母线接线，其中一个电源为工作电源，另一个为备用电源。主变电所的主变高压侧采用单母线分段方式，低压侧采用单母线分段方式，各个子变电所采用的是单母线分段的主接线方式。方案二：电源进线采用双电源

7、，主变电所的电源进线侧采用双母线接线，其中一个电源为工作电源，另一个为备用电源。主变电所的高压侧采用单母线分段方式，低压侧双母线分段方式，各个子变电所采用的是单母线分段的主接线方式。方案三：电源进线采用双电源，主变电所的电源进线侧采用单母线接法，其中一个电源为工作电源，另一个为备用电源。主变电所的高压侧采用无母线接线方式，低压侧采用单母线接线方式，各个子变电所采用的是单母线带旁路母线的主接线方式。3.2方案分析单母线分段：优点：简单清晰，设备少，投资少，运行操作方便，当某一进线断路器故障或检修时，可维持两台变压器同时运行向负荷供电。缺点：可靠性和灵活性较差。无母线接线：线路变压器组接线是无母线

8、的一种方式。缺点：由于无汇流母线，不利于功率的汇集和平均分配，当某一进线断路器故障或检修是，该回路必须暂时停用，导致过负荷运行。内桥接线:优点：高压断路器数量少，两个回路只需三台断路器。缺点:变压器的切除和投入较复杂。需要动作两台断路器。影响一回路暂时停运；桥形断路器检修时，两回路需要解列运行，当进线短路器检修时，线路需要长时间停运。根据可靠性方面看来讲，对于35kv等级的高压母线母线采用双母线接线方式要比单母线接线方式可靠的多，对于35kv的变电所母线的接线方式在可靠性保证的前提下才能去考虑经济性。据以上分析比较，无母线接线可靠性差，故放弃无母线接线方式，从技术上选择单母线分段和内桥接线。从

9、经济上分析可知，由于内桥式接线当中高压断路器数量少，且由于断路器的价格非常昂贵，尽量少用断路器就会节省很多投资，这样比较下来，内桥式接线方式比较经济。综上分析，方案二比较适合本次设计。如图3.1所示图3.1电气主接线方案二4变配电所的总体布置设计4.1 变配电所总体布置的基本要求高、低压配电室与值班室应直通或经过通道相同。低压配电室也可兼做值班室，但保证安全距离。有人值班的独立变配电所，宜设有厕所和及排水设施。要保证运行安全。户内变电所的每台油量为100Kg 及以上的三相油鳹式变压器，应装设在单独的变压器室内，其门应朝马路开。高压电容器柜一般也要设在单独的电容器室内，低压电容器柜可与低压开关柜

10、同室布置，但容量较大时也应单独设室。高、低压电容器室、配电室的门应向外开或双向开启。变配电装置要有足够的安全净距和维护操作通道。变配电所应设置防止雨、雪和小动物从采光窗、通风窗、门或电缆沟等进入室内的设施。另外，变配电所还应设置考虑防火、通风等要求。要便于进出线。如果是高压架空进线，那么高压配电室宜位于进线侧。变压器的安装位置宜靠近低压配电室。低压配电室宜位于其低压架空出线侧。4.2变电所布置方案设计方案如下图4.1所示。将距离相同或差不多的车间设置在一个变电所，且三个变电所的总容量差不多，便于在总变电所选择变压器时有更好的余量，且可以选择大容量电压器以降低经济投入。总降压变电所变电所1变电所

11、2变电所3锻造车间维修车间行政办公导轨车间基础车间装配车间齿轮车间实验车间图4.1机床厂供配电系统方案5各变电所容量和无功补偿计算5.1 变电所容量计算公式总的用功计算负荷 （1）总的无功计算负荷 （2）以上两式中的和分别为各设备的有功和无功计算负荷之和。、为无功和有功计算负荷的同时系数，可取=0.93-0.97,=0.90-0.95 总的视在计算负荷 （3）总的计算电流 （4）表5-1各变电所负荷计算表变电所名称总有功计P/kw总无功计算负荷Q/kvar总视在计算负荷S/kv.A总的计算电流I/A变电所1544.05344.565643.98437.180变电所2786.78498.2949

12、26.95053.518变电所31046.25662.6251238.43071.501总降压变电所2939.3721400.10013255.79353.707备注其中在子变电所时取0.95，总变电所时取0.93 在子变电所取0.93，总变电所时取0.905.2 各车间变电所无功补偿的计算由于变电所1、变电所2、变电所3都采用10kv供电线路，则取工厂变电所高压侧cos=0.95，满足10kv供电时，工厂变电所高压侧的要求。5.2.1变电所1无功补偿的计算P=544.05kwQ=344.565kvarS=643.984kv.A则cos=P/S=0.845Q=Ptan(arccos0.845)

13、tan(arccos0.95)=544.05(0.633-0.329)=165.39kvar5.2.2变电所2无功补偿的计算P= 786.78kwQ= 498.294kvarS= 926.950kv.A则cos=P/S=0.849Q=Ptan(arccos0.849)tan(arccos0.95)=786.78(0.622-0.329)=230.53kvar5.2.3变电所3无功补偿的计算P= 1046.25kwQ= 662.623kvarS= 1238.430kv.A则cos=P/S=0.845Q=Ptan(arccos0.845)tan(arccos0.95)=1046.25(0.633-

14、0.329)=314.92kvar5.2.4总降压变电所无功补偿由于总降压变电所采用35kv供电线路，则取工厂变电所高压侧，满足35kv供电时，工厂变电所高压侧的要求。P= 2139.372kwQ= 1400.1001kvarS= 2556.793kv.A则cos=P/S=0.837Q=Ptan(arccos0.837)tan(arccos0.92)=2139.372(0.658-0.426)=496.334kvar5.3无功补偿后变压器容量的计算及变压器的选择5.3.1变电所1变压器的选择 则取当占所选变压器容量的70%时，所选变压器效率最高，符合要求。则变电所1所选的变压器是：S9-M-8

15、00型变压器。5.3.2变电所2变压器的选择则取当占所选变压器容量的70%时，所选变压器效率最高，符合要求。则变电所2所选的变压器是：S9-M-1250型变压器。5.3.3变电所3变压器的选择则取当占所选变压器容量的70%时，所选变压器效率最高，符合要求。则变电所3所选的变压器是：S9-M-1600型变压器。5.3.4总降压变电所变压器的选择 则取当占所选变压器容量的70%时，所选变压器效率最高，符合要求。则总降压变电所选的变压器是：S9-M-4000/35型变压器。由于总降压变电所采取两回路进线的供电线路，为方便供电，提高变电所的供电可靠性，根据计算结果及要求，可有两台变压器，分别为变压器1

16、、变压器2，变压器1负责给变电所1和变电所2供电，可选变压器的容量为2500KV.A，即SZ9-2500/35型变压器；变压器2负责给变电所3供电，可选变压器2的容量为2000KV.A，即SZ9-2000/35型变压器。6短路电流及其计算6.1 短路电路的计算公式式如下表6-1所示。参数名称有名值标幺值说明功率S一般取电压U一般取电流I电抗X是以为基准容量的标幺值变压器电抗线路电抗为线路每公里电抗值电抗器电抗为电抗器铭牌上的数值系统等值电抗为某点短路电容，为该点三相短路电流电动机电抗为启动电流图表6-1 短路电流计算公式及参数列表6.2短路电流计算1.查相关资料：6-10kv架空供电线路，电力

17、线路每相的单位长度电抗平均值为0.38/km，6-10KV电缆线电力线路每相的单位长度的电抗平均值为0.08/km.变压器的容量为2500,查表得变压器的容量为800,查表得变压器的容量为1250,查表得变压器的容量为2000,查表得变压器的容量为1600,查表得2.选基准值： , , .则 3.计算各阻抗元件标幺值：4.当个短路点短路时，从电源到各短路点的总阻抗标幺值计算：5.计算短路电流的周期分量和冲击电流(短路电流)：周期分量标幺值的计算：周期分量有效值的计算：短路电流的计算：取冲击系数：对于高压侧 ， 对于低压侧 ， 则短路电流：7防雷保护和接地装置的设计7.1 变电站的防雷保护由于雷

18、电直接击中变电站建筑、电气设备、电缆和操作人员，可能会造成建筑损毁，设备损坏、人员伤亡和电气短路引起火灾等严重后果，因此直击雷发生的概率虽然很小，但其危害十分大，所以做防雷保护。防止雷击于发电厂、变电所，可以装设避雷针，应该使所有设备处于避雷针保护范围之内，此外，还应该采取措施，防止雷击避雷针时的反击事故。雷击避雷针时，雷电流经避雷针及其接地装置，在避雷针h高度处和避雷针的接地装置上，将出现高电位和，此时有式中：L为避雷针的等值电感，为避雷针的冲击接地电阻；和分别为流经避雷针的雷电流和雷电流平均上升速度。对于35kV及以下的变电所，因其绝缘水平较低，不允许将避雷针装设在配电构架上，以免出现反击

19、事故，需架设独立避雷针，并应满足不发生反击的要求。7.2变电站的进线段保护对35kV的小容量变电所，可根据变电所的重要性和雷电活动强度等情况采取简化的进线保护。由于35kV小容量变电所范围小，避雷器距变压器的距离在10m内，故入侵波陡度的增加，进线长度可以缩短到500600m。7.2.1总降压变电所避雷器的选择10kV侧避雷器的选择：初选ZnO10型避雷器，额定电压10kV，灭弧电压12.7kV，工频放电电压不小于26kV，不大于31kV。Ugp=3.5×10/ 3×1.1=22.2KV<26kV上限，Ugp=3.5×10/ 3×1.2=24.25

20、KV<31KV工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍，Ugp=27.2kV>1.1×18=19.8kV=Umf，选ZnO10型避雷器。35KV侧避雷器的选择：初选ZnO35额定电压35kV，灭弧电压41kV，工频放电电压不小于84kV不大于104kV中性点非直接接地的电网中灭弧电压不低于设备最高运行线电压，Umf=1.1×35=38.5kV<41kV，工频放电电压应大于最大运行相电压的3.5倍。上限：Ugp1=3.5×35/ 3×1.2=84.87kV<107kV下限：Ugp2=3.5×35/ 3×1.1=78.

21、5kV<84kV工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍；1.8×38.5=69.3kV< Ugp2=78.5kV，选ZnO35型避雷器。综上所述应在35kV进线塔前设防雷线500m，在进线隔离开关处装ZnO-35型阀型避雷器一组，在10kV母线各分段装设FS10型避雷器各一组。总降压变电所接地采用环形，用直径50mm长250cm钢管作接地，埋深2m用扁钢连接，接地电阻不大于4。7.2.2车间变电所避雷器的选择10kV侧避雷器的选择：初选ZnO10型避雷器，额定电压10kV，灭弧电压12.7kV，工频放电电压不小于26kV，不大于31kV。Ugp=3.5×10/ 3

22、×1.1=22.2KV<26kV上限，Ugp=3.5×10/ 3×1.2=24.25KV<31KV工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍，Ugp=27.2kV>1.1×18=19.8kV=Umf，选ZnO10型避雷器。0.4kv侧用两根30m高的避雷针，这样有助于对整个子变电所的防雷有很好的保护。起到整个子变电所防雷保护。8结 论1变配电所的布置是在其位置与数量、电气主接线、变压器型式、数量及容量确定的基础上进行的，且与变电所的形式密切相关。变电所总体布置满足一线要求。2有人值班的变配电所，应设单独值班室，且尽量靠近高、低压配电室。高、低

23、压配电室与值班室应直通或经过通道相同。低压配电室也可兼做值班室，但保证安全距离。有人值班的独立变配电所，宜设有厕所和及排水设施。3进线方式应是高压电缆进线，低压母线引出。变压器室的结构形式应采用敞开式。4变压器室应避免遭到“西晒”，因此门应朝南开。5.要节约土地与建筑费用，高压开关柜的数量少时，可和低压配电屏同室布置。高压配电所应尽量与邻近的车间变电所合建。6.要适应发展要求，高、低压配电室内，宜留有适当数量配电装置的备用位置。变压器室应考虑到扩建时有更换大一级容量变压器的可能。在此次设计中首先通过对厂用电荷以及负荷重要性的分析，来确定工厂的供电方式，从而确定一个主降压变电所，三个子变电所的布局。其次，通过对车间负荷的计算来确定变电所的负荷，从而选择变