电气工程课程设计某冶金机械修造厂供电系统设计

1、电气工程1106班电气工程基础课程设计某冶金机械修造厂供电系统设计admin2014/1/22中南大学电气工程基础课程设计目录某冶金机械修造厂供电系统设计说明书.3一、概述. 31. 设计目的. 32. 设计内容. 33. 设计要求. 3二、设计基础资料. 41. 冶金机械修造厂的产品及生产规模. 42. 冶金机械修造厂车间组成. 43. 全厂各车间负荷计算表. 54. 供用电协议. 65.冶金机械修造厂负荷性质. 66.自然条件 6三、工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择. 51. 总降压变电所位置. 52. 主变压器的选择. 5四、短路电流计算. 91. 基准值的选取. 92.

2、 各元件参数标幺值的计算. 103. 用于设备选择的短路电流计算. 10五、电气设备选择. 121. 电气设备选择的一般条件. 122. 各回路的工作电流计算. 133. 断路器和隔离开关选择. 144. 导线的选择. 205. 限流电抗器的选择. 226. 电压互感器的选择. 237. 电流互感器的选择. 248. 高压熔断器的选择. 269. 支持绝缘子和穿墙套管的选择. 2610. 消弧线圈的选择. 2711. 避雷器的选择. 27六、课程设计体会及建议. 29参考文献. 29附录. 30短路电流计算书. 30附图：110kV 变电所电气主接线图（#2 图纸）. 33某冶金机械修造厂供电

3、系统设计说明书一、 概述1、 设计目的（1） 复习和巩固电气工程基础课程所学知识（2） 培养分析问题和解决问题的能力（3） 将课本理论知识与工程实际相结合，培养工程应用能力（4） 学习和掌握某冶金机械修造厂供电系统设计的基本原理和设计方法2、 设计内容本设计只做电气部分的初步设计，不作施工设计和土建设计。（1）主变压器选择：根据负荷主变压器的容量、型式、电压等级等（2）电气主接线设计：可靠性、经济性和灵活性（3）配电系统设计：可靠性，开环运行，经济性，稳定性（4）供、配电系统短路电流计算：不同运行方式（大、小、主）、短路点与短路类型（5）改善功率因素：调整无功出力和适当提高运行电压（6）主要电

4、气设备的选择：断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、高压熔断器、消弧线圈、避雷器等（7）绘制电气主接线图3、设计要求（1）负荷计算；（2）工厂总降压变电所（终端变电站5个）的位置（地理接线图）和主变压器的台数及容量选择；（3）工厂总降压变电所主接线设计（电气一次接线）；（4）厂区高压配电系统设计；（5）工厂供、配电系统短路电流计算；（6）改善功率因数装置设计；（7）变电所高、低压侧设备选择；（8）继电保护装置及二次结线的设计；（9）变电所防雷装置设计（选做）二、 设计基础资料1、冶金机械修造厂产品及生产规模该厂主要承担全国冶金工业系统矿山、冶炼和轧钢设备的配件生产，即以生产铸造、锻造、铆焊

5、、毛坯件为主体，生产规模为：铸钢件1万吨、铸铁件3千吨、锻件1千吨、铆焊件2千5百吨。2、冶金机械修造厂车间组成（1）铸钢车间；（2）铸铁车间；（3）锻造车间；（4）铆焊车间；（5）木型车间及木型库；（6）机修车间；（7）砂库；（8）制材场；（9）空压站；（10）锅炉房；（11）综合楼；（12）水塔；（13）水泵房；（14）污水提升站等，各车间位置见全厂总车间布置图，如图1所示。（1）（2）（8）（5）（13）（4）（6）（9）（3）（7）（10）（12）（14）N图1 全厂总平面图（11）3、全厂各车间负荷计算表如下（表1、表2）下浮10%表1 各车间380V负荷序号车间或用电单位名称设备容

6、量（kW）计算负荷变压器台数及容量备注（kW）（kVar）（kVA）（1）No.1变电所总和907.21061.421396.291铸钢车间25200.40.651.17907.21061.421396.2920.9（2）No.2变电所总和348.3373416.531铸铁车间8100.40.71.02291.6297.43416.5320.92砂库900.70.61.3356.775.5794.48（3）No.3变电所总和335.95640.52723.281铆焊车间11700.30.451.98315.9625.48700.7310.921水泵房29.70.750.80.7520.0515

7、.0425.07（4）No.4变电所总和457.2480.27663.091空压站3330.850.750.88283.05249.08377.04102机修车间1260.250.651.1731.536.8648.493锻造车间1980.30.551.5259.490.29108.084木型车间1620.350.61.3356.775.4194.355制材场22.50.280.61.336.38.3810.486综合楼22.50.91120.2520.2528.64（5）No.5变电所总和271.74213.81345.771锅炉房2880.750.80.75216162270122水泵房2

8、70.750.80.7520.2515.1925.313仓库（1、2）79.310.30.651.1723.7927.8436.624污水提升站180.650.80.7511.78.7814.63表2 各车间6kV负荷序号车间或用电单位名称设备容量（kW）计算负荷说明（kW）（kVar）（kVA）1电弧炉211250.90.870.5720251154.252330.862工频炉22250.80.90.48360172.8399.323空压机22880.850.850.62489.6303.55576.064、供用电协议工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：（1）工厂电源从电业部门某2

9、20/35kV变压所，用35kV双回架空线引入该厂，其中一个作为工作电源，一个作为备用电源，两个电源不并列运行，该厂变电所距厂东侧9公里。（2）供电系统短路技术数据表3 区域变电所35kV母线短路数据系统运行方式短路容量说明最大运行方式最小运行方式供电系统如下图（图2）所示：区域降压变电所 220/35kV本厂总降压变电所 （待设计）d(3)d(3)l=9km =0.4/km（同上）图2 供电系统图（3）电业部门对该厂提出的技术要求² 区域变电所35kV配出线路定时限过流保护装置的整定时间为2秒，工厂“总降”不应大于1.5秒；² 在总降压变电所35kV侧进行计量；²

10、; 该厂的功率因数值应在0.9以上。5、冶金机械修造厂负荷性质该厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷。6、自然条件（1）最热月平均最高气温为30；（2）土壤中0.71米深处一年中最热月平均温度为20；（3）年雷暴日为31天；（4）土壤冻结深度为1.1米；（5）夏季主导风向为南风。2、主变压器及主接线设计主变压器的选择主要根据负荷计算表。因为要求全厂的功率因数在0.9以上，所以要进行无功补偿，从而计算出补偿后变电所的视在功率。本厂的负荷性质属于二级负荷，可靠性要求较高，所以主变压器应选择两台，其中一台备用。当一台故障时，另一台可以马上投入运行以保证此冶金机械修造厂

11、全厂的供电需求。1、厂用负荷计算380V1号变电所 P1=907.2kw Q1=1061.42 kvarS1=1396.29KV·A2号变电所 P2=348.3kw Q2=373 kvarS2=510.34KV·A3号变电所 P3=335.95kwQ3=640.52 kvar S3=723.28KV·A4号变电所 P4=457.2kwQ4=480.27 kvar S4=663.09KV·A5号变电所 P5=271.74kwQ5=213.81 kvar S5=345.77KV·A总380V P=2320.39kwQ=2769.02 kvar S=

12、3612.71KV·A6KV P=2874.6kw Q=1630.6 kvar S=3304.9KV·A总有功功率P = 5194.99kw总无功功率Q = 4399.62kvar总视在功率S = 6807.69 KV·A全厂功率因数=5194.99/6807.69=0.763<0.9 2、无功补偿计算根据本资料所给的条件：工厂最大负荷时的功率因数值在0.9以上，所以必需采用并联电容器来采取无功补偿。供电系统中装设无功功率补偿装置以后，对前面线路和变压器的无功功率进行了补偿，从而使前面线路和变压器的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流得以减小，功率因素得以提

13、高。kvar取2400kvar低压侧补偿后无功功率：kvar低压侧补偿后视在功率：KV·A 变压器损耗：kvar高压侧有功功率：kw高压侧无功功率：kvar高压侧视在功率：KV·A补偿后的功率因数：> 0.92.1主变压器的选择由于工厂采用明备用的变压器选择方式，每台变压器必须承担100%的工厂总负荷，所以我们选择型号为SC8-6300/35的变压器两台。一台工作，一台备用。表2-1主变型号及参数型号（W）总质量电压组合(kV)联结组标号标准节能W%kg高压低压SC8-6300/351150096603700080.716900356.3Y,d112.2 架空线路的选

14、择根据经济电流密度选择导线截面积因为工业电源从电业部门某220/35千伏变电所用35千伏双回架空线引入本厂，其中一个做工作电源，一个做备用电源，两个电源不并列运行。架空线最大工作电流：A 因为本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时。属于二级负荷，所以选取经济电流密度：导线的经济截面积：选LGT-120型铝导线。长时允许电流校验导线截面积LGT-120型铝导线，长期允许工作电流，最高允许温度为900C。其中长时允许电流：线路承受的最大负荷电流就为符合要求。电压损失校验双回路供电，每条导线上的最大负荷电流：线路电压损耗百分比：=1.500%<5%符合要求功率因数校验35KV

15、最小允许截面积为10,满足负荷要求。35KV架空线的损耗：35kv架空线电路电源入口处的功率因数满足要求2.3 补偿电容的选择为了提高功率因数，安装并联电容器，用于无功补偿。补偿无功后可以提高电压、降低线损、减少电费支出、节约能源、增加电网有功容量传输、提高设备的使用效率。本设计中本厂的功率因数值应在0.9以上，必须6KV母线上并联电力电容器，使变电所35KV处的功率因数得到提高到0.9，需要补偿的总电力电容器容量为2400kvar, 所以选24台BWF-6.3-100-1w的电容器。表2-2电容器参数型号额定电压额定容量标算电容CBWF-6.3-100-1w6.3KV100Kvar2.89u

16、F注：B并联电容器，W浸渍剂为烷基苯，F聚丙烯薄膜和电容器纸复合介质2.4 各车间变电所的选择表2-3 各变电所变压器选择型号车间型号电压组合(kV)损耗(kW)阻抗电压(%)联接租标号总质量(kg)轨距(mm)高压低压空载负载NO.1S9-160060.42.40014.5004.5Y,yn03420660NO.2S9-40060.40.8004.3004.0Y,yn01220260NO.3S9-80060.41.4007.5004.5Y,yn02000430NO.4S9-100060.41.70010.3004.5Y,yn02280520NO.5S9-40060.40.8004.3004.

17、0Y,yn012202603短路电流计算3.1 三相短路电流计算的目的短路电流将引起下列严重后果：短路电流往往会有电弧产生，它不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤害周围人员。巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。短路也同时引起系统电压大幅度降低，特别是靠近短路点处的电压降低得更多，从而可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏。网络电压的降低，使供电设备的正常工作受到损坏，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏，如电动机过热受损等。短路计算的目的主要有以下几点：1用于变压

18、器继电保护装置的整定。2选择电气设备和载流导体。3选择限制短路电流的方法。4确定主接线方案和主要运行方式。3.2 短路电流计算公式表3-1：电力系统各元件电抗标幺值计算公式：设备计算电抗公式无穷大电源变压器输电线注：为系统无限大电源处不同运行方式时的短路容量3.3 各母线短路电流的计算各母线短路电流计算过程如图1，图2所示：取1. 当系统处于最大运行方式时：无穷大系统电源电压保持不变，电源相电压标幺值为1.02. 当35KV母线点发生三相短路时：所以（2）当6.3KV母线点发生三相短路时：同理可得：2.当系统处于最小运行方式时：(1)当35KV母线点发生三相短路时：（2）当6.3KV母线点发生

19、三相短路时：同理可得：各母线短路电流列表表3-2各短路点短路电流计算：短路点短路类型三相短路（KA）最大运行方式2.1854.389最小运行方式1.9984.2434主变压器继电保护4.1保护要求继电保护的定义继电保护技术是一种电力系统安全保障技术，是指安装在电力系统各电气元件上，能在指定的保护区域内迅速地，准确地反应电力系统中各元件的故障或不正常工作状态，并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置保护。继电保护的作用继电保护的主要作用是：在电力系统范围内，按指定保护区实时地检测各种故障和不正常运行状态，及时地采取故障隔离或警告措施，力求最大限度地保证用户安全连续用电。在现代的电力系统中，如果

20、没有专门的继电保护装置，要想维持系统的正常运行根本不可能。继电保护装置性能：继电保护装置是保障电网可靠运行的重要组成部分，一般由感受元件、比较元件和执行元件组成。继电保护装置必须具备以下4项基本性能：灵敏性。灵敏性表示保护范围内发生故障或不正常运行状态时，继电保护装置的反应能力，通常以灵敏系数表示。在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数。可靠性。在规定的保护范围内发生了属于其应该动作的故障时，保护装置不应拒动作；而在任何不属于其应该动作的情况下，保护装置不应该误动作。快速性。为防止故障扩大，减轻其危害程度，加快系统电压的恢复，提高电力系统运行的稳定性，在系统发

21、生故障时，保护装置应尽快动作，切除故障。选择性。在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。即首先由距故障点最近的断路器动作切除故障线路，尽量减小停电范围，保证系统中无故障部分仍能正常运行。对继电保护装置的要求(1)变压器的电流速断保护：瓦斯保护不能反映变压器外部故障。因而对于较小容量的变压器需要在电源侧装设电流速断保护，作为电源侧绕组、管套及引出线故障的主要保护，并用过电流保护作为变压器内部故障的后备保护。(2)变压器的过电流保护：为了反映变压器外部短路引起的过电流并作为变压器主保护的后备保护，变压器还要装设过电流保护。(3)过负荷保护：为了防止长期过负荷而引起的过电流，变

22、压器要装设过负荷保护。本厂对继电保护的要求根据实际情况，本厂的继电保护要求有以下三点：(1)电流速断保护(2)过电流保护(3)过负荷保护4.2整定计算有关参数计算下表所示：表4-1各参数值计算表：参数名称计算参数值35KV侧6.3KV侧变压器额定电流A电流互感器的接线方式Y电流互感器一次电流A577.35A电流互感器型号LRD-35，200/5LRD-6.3,600/5电流互感器变比200/5=40600/5=120二次回路额定电流180/40=4.5A577.35/120=9.344A表4-2 电流互感器的参数型号额定电压额定频率额定二次电流电流比负荷准确级次LRD-35,200/535KV

23、50HZ5A200/50.80.2LRD-6.3,600/535KV50HZ5A600/50.80.2电流速断保护的动作电流整定：其中为可靠系数：取=1.3；为接线系数z=1为变压器低压侧母线三相短路时最大短路电流;为电流互感器变比。取，I段灵敏度校验：原则：按保护安装处的最小运行下两相短路电流校验；符合要求。过电流保护的动作电流整定：按照躲过最大负荷电流整定计算来得到电流继电器的整定值其中：为电机的自动启动系数。整定值为6A，动作时限t=2.0S根据小运行方式下，被保护线路末端发生短路的情况进行校验段灵敏度校验：其中：为折算到高压侧的低压侧两相短路电流最小短路电流值。故符合要求。过负荷保护动

24、作于发出信号，时限一般取415s。动作电流按下式整定：式中可靠系数，视变压器过负荷能力而定，可取1.051.15；继电器返回系数，取0.80.85；变压器额定电流。5.变电所设计说明5.1设计概述本设计为35KV压降变电所及配电系统的一次设计，该设计是针对生产规模为：铸钢件1万吨、铸铁件3千吨、锻件1千吨、铆焊件2千5百吨的冶金机械修造厂而设计的。变电所内一次设备主要：有两台主变压器(型号为SC8-6300/35)、各车间变压器、断路器、隔离开关、所用变压器、避雷器、高压开关进线柜等。设计主要遵循中华人民共和国建设部发布的35kv110kv变电所设计规范以及其他相关法律法规。5.2 室内布置整个主控制室和高压配电室坐北朝南，这样便于主控制室采光。主控制室内装设有低压配电屏，主变保护屏，中央信号，中央信号继电器及电镀表屏，主变控制屏，中央信号布置在北侧，正对着值班人员。两段母线的配电装置分别设在两个单独的房间内，两个配电室之间通过双开钢门相连接，另外两个配电室还有一个外形式双开钢门。电容器应单独布置在一个房间内。5.3 室外布置35KV电源进线由变电所东侧的区域降压变电所通过架