某机械厂总降压变电所工厂供电课程设计

1、第1章任务书1.1 设计题目某机械厂总降压变电所的电气设计1.2 设计目的(1)通过该厂变电所的设计培养学生综合运用所学的基础理论知识、基本技能和专业知识进行分析和解决实际问题的能力。(2)掌握中小型工厂供电系统设计计算和运行维护所必须的基本理论和基本技能。(3)掌握供配电设计的基本原则和方法，深刻理解“安全、可靠、优质、经济” 的设计要求，为今后从事工厂供配电技术奠定一定的基础。1.3 设计要求(1)选择变电所主接线方案。(2)确定变电所主变压器的台数和设备容量、类型。(3)选择高低压设备和进出线。(4)选择整定继电保护装置。1.4 设计依据(1)工厂负荷情况。该厂铸造车间、电镀车间和锅炉属

2、于二级负荷，其余为三级负荷。低压动力负荷为三相，额定电压为380V;电气照明为单相，额定电压为 220V.表格1 工厂负荷情况厂房 编R厂房名称负荷类别设备容量/kW需用系数功率因数1铸造车间动力3000.30.7照明60.81.02电镀车间动力2500.50.8照明50.81.03锅炉房动力500.70.8照明10.81.04金工车间动力4000.20.65照明100.81.05机修车间动力1600.20.65照明40.81.06仓库动力200.40.8照明10.81.0(2)供电电源情况。1)由附近一条35KV的公用电源干线取得工作电源，干线导线型号 LGJ-185，等边 三角形排列，线距

3、1。5ml干线长度10km干线首端断路器容量为200MVA此断 路器配备有定时限过流保护和点流速断保护， 定时限过电流保护动作时间为1.7s。为了满足工厂二级负荷要求，采用长度为 20km的35kV架空线路取得备用电源。2)变电所最大负荷时功率因数不低于 0.9 ;3)其他资料(平面图、气象、地质水文等)略。1.5 设计任务(1)负荷计算和无功功率补偿。(列出负荷计算表)(2)主变压器台数、容量和类型的选择。(3)变电所主接线方案的设计(绘图一3号图纸)。(4)短路计算。(5)变电所一次设备的选择与校验(6)选择整定继电保护装置。1.6 设计时间安排(1)进行负荷计算，无功补偿计算，收集相关资

4、料 -1天(2)电气系统接线设计，变压器的选择 1 天(3)短路计算等相关计算1天(4)电气设备选择与校验2天(5)继电保护选择、整定计算 1天(6)绘制图表，完成设计报告1天1.7设计报告格式要求(1)课程设计报告封面有学院统一印制，文档用 B5纸。(2)课程设计报告编排结构：1)封面。2)前言。3)目录。4)任务书。5)负荷计算和无功功率补偿。6)主 变压器台数、容量和类型的选择。7)变电所主接线方案的设计。8)短路计算。9) 变电所一次设备的选择与校验。10)选择整定继电保护装置。11)防雷保护和接 地装置设计。12)结束语。13)参考文献(书写格式)；【1】作者1作者2.书名。(版次)

5、。出版地：出版社，出版年份14)附录(如元器件明细表等)。15)附图。 画图用3号图纸。(3)书写要求工整，图表要求规范。第2章负荷计算和无功功率补偿.2.1负荷计算铸造车间动力：P30 =peKd=300 0.3=90kWQ30 = P30 tan =91.8kvar照明：P30=PK=6 0.8=4.8kWQ30 = P30 tan =0总计P30 =94.8 , Q30 =91.8 , S30=132.0kVA , I3o=200.5A电镀车间动力：P30 =PeKd=250 0.5=125kWQ30 = P30 tan =93.8kvar照明：P30 =PeKd=5 0.8 =4.0k

6、WQ 30 = P30 tan =0总计P30 =129.0 , Q30 =91.8 , S30=132.0kVA ,130 =200.5A编号名称类别设备容量Pe/kW需 要 系 数KdCostan计算负荷Pc/kWQc/kvarSc/kVAIc/A1铸 造 车 间动力3000.30.71.0290.091.8昭八、明60.81.004.80小306一94.891.8132.0200.5计一2电 镀 车 间动力2500.50.80.75125.093.8昭八、明50.81.004.00小 计255一 一129.093.8159.5242.33锅 炉 房动力500.70.80.7535.026

7、,3昭八、明10.8100.80小计51一 一35.826.344.467.44金 工 车 间动 力4000.20.651.1780.093.6昭八、明100.81.008.00小 计410一 一88.093.6128.5195. 25机 修 车 间动力1600.20.651.1732.037.4昭八、明40.81.003.20小 计164一 一35.237.451.478.16仓库动力200.40.80.7586.0昭八、明10.81.000.80小计21一 一8.86.010.616.2总计动力1180391.6348.9昭八、明25计入 KE p=0.9KEq=0.90.747352.4

8、4314.01472.05717.212.2无功功率补偿(1)由表可知，补偿前变压器低压侧的视在计算负荷为：Sci辰iQT47(2294K0VA2488.26 2)569.95 kVA则，变电所低压侧的功率因数为：cos(1)0294101 569.95 0.(2)确定补偿容量现要求在高压侧不低于0.9,而补偿在低压侧进行，所以我们考虑到变压器的损耗，可设低压侧补偿后的功率因数为0.95来计算需要补偿的容量。Qc.c Pci(tan i tan 2) 20O.89kVan(arccos0.52) tan(arccos 0.92)k(3)补偿后的计算负荷和功率因数低压侧的计算负荷为：=370.1

9、5KVA此时变压器的损耗为：Pt 0.015Sc 550K5 317.65 4.76Qt 0.06SC 22舜kvai7.65 19.06 C变电所10kv侧的计算负荷为： _ ' _ ' _ ' Pc2 Pt Pci 3457.69KW94.01 298.77 '' fQc2 Qc Qt 13532l2V-f368) 19.06139.32=382.71KVA=0.015Sc=5.74KW=0.06Sc=22.96kvar变电所高压侧的功率因数为：cos 'Pc . Sc363. 73 / 369. 680. 916符合任务书要求项目Cos计算

10、负荷Pc/kWQc/kvarSc/kVAIc/A380V侧补偿前负荷0.747352.44314.01472.05717.21380V侧无功补偿容量-200.89380V补偿后负荷0.95352.44113.12370.15562.3810KV变压器功率损耗5.7422.9610KV侧负荷计算0.93357.99135.32382.7122.1035KV变压器功率损耗5.7422.9635KV侧负荷计算0.92363.73158.28396.686.54第3章 主变压器台数、容量和类型的选择3.1变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可以有下列两种方案：(1)装

11、设一台主变压器，型式采用S9,而容量根据选择，即=456.55557.17KVA, 选一台S9-630/35型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与邻近单 位相联的高压联络线来承担。(2)装设两台主变压器型式也采用S9,每台容量按式Sn= (0.60.7) S30选择，即 SN 3 (0.60.7) X 398kVA=(238.8278.6)kVA因此选两台S9-315/35型低损耗配电变压器。主变压器的联结组别均采用Yyn0。两种主结线方案的比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技供电安全性满足要求满足要求术供电可靠性基本满足要求满足要求指供电质量由W主变，电压损耗略大

12、由于两台主变并列，电压损耗 略小标灵活方便性只一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更于-些经济指标电力变压器的综合投资额查得S9-630的单价为 7.47万 兀，而变压器综合投资约为其单 价的2倍，因此其综合投资为2747万元=14.94力兀查得S9-315的单价为5.31万 元，因此两台综合投资为 4X5.31力兀=21.24万兀，比一 台主变方案多投资 6.3万元高压开关柜（含计量 柜）的综合投资额查得GG-1A（F）型柜按每台 3.5方7U计，查表得其综合投资按设 备价1.5倍计，因此其综合投资约为4X 1.5X 3.5万元=21万元本方案米用6台GG-1A（

13、F）柜，其综合投资约为6 X 1.5 X 3.5万兀=31.5力兀，比,台主义方案多投资10.5力兀电力变压器和高压开 关柜的年运行费参照计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为3.706力兀（其余略）主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为6.752万元，比一台生变方案多耗3.046万元交供电部门的一次性供电贴费按800元/kVA计，贴费为 630X 0.08万元=50.4万元贴费为2 X 400X 0.08万元=64力兀，比一行主变方家多交 13.6 力兀考虑到设计预算的需要，本设计采用方案（1）按照上述原则，10kv变压器选择S9-630/10型低损耗配电变压器第 4 章 主结线方

14、案的选择4.1 变配电所主结线的选择原则(1) 当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。(2) 当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。(3) 当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。(4) 为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。(5) 接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。(6) 610KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。(7) 采用610KV熔断器负荷开关固定式配电装置时

15、，应在电源侧装设隔离开关。(8) 由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器(一般都安装计量柜)。(9) 变压器低压侧为0.4KV 的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。(10) 当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。4.2 主结线方案选择对于电源进线电压为35KVt以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为 10KV勺高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。总降压变

16、电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备(变压器、避雷器、 断路器、互感器、隔离开关等)及其连接线组成，通常用单线表示。主结线对变电所 设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供 电设计中的重要环节。经过设计选择我设计的方案如下：35kVGM-10XS3-t3C 工GG-1A(F)-07工9牛耳MC35/1010kV1高线柜列JfTGG-1A(F)-54JL GG-1A(J)-03G GG-1A(J)-03三no却eM-芈，GG-1A(F)-074且注愚S-Q i加达职”*LC电击GG-1A(F)GG- j1A(F).azq凸 3(M-54-07

17、主变GG-i主接线线路图第5章短路计算短路计算的方法有很多，常用的有欧姆法和标幺制法，本设计采用的是标幺制法5.1 基准值的选取采用标幺制法进行三相短路计算时，选取的基准值为:Sd=100 MV- A, U C1=35kV, U C2=10kVId _d_由公式3Ud计算基准电流，可得：diI d2Sd3g100MV A100MV A,3101. 65kA5. 50kA5.2 短路计算电路K-2K-1200MVA系统sLGJ-185,10km35kVS9-630/35 10kV5.3 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值由设计任务可知 Soc200MVA,由公式Soc ,可

18、得:100MV A 200MV A电缆线路L的电抗标幺值由设计任务知X00.33( /km) , l*XWL10km,由公式XWLSdX 012ZdUd ,可得:*100MV AX20. 33(Q/km) 10km0.27352变压器的电抗标幺值查表得UK%6 ,由公式Y* Uk% SdXT100 SN ,可得:6 100MV A 5 100103kV A 一=9.521001600kV A 100630kV A绘短路等效电路图如下图所示，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标明短路计算点。111, C0. 50. 27- 9. 52-k-25.4 Ki点三相短路时的短路电流和容量的计算计算短

19、路回路总阻抗标幺值* * *XK1Xi X20. 5O. 270. 77Id1Sd工 3Ud1计算Ki点所在电压级的基准电流100 1 . 65 kA、335计算k 1点短路电流各值1.30I K1I K1I d11. 301.652. 14kAi sh.K12. 52I K12. 522. 145.46kAI sh.K11.51I K11. 512. 523.23kA*11Ki Xki0.77=129.73MVA计算K23）点三相短路时的短路电流计算短路回路总阻抗标幺值XK2XK1X30. 779. 5210. 29计算K23）点所在电压级的基准电流I d2Sd3Ud21005. 50kA3

20、 10计算K23）短路电流各值K2XK210.290. 10I K2I d2I*K25. 500. 100. 55kAi sh.K21. 84I K21.840. 551. 01kAI sh.K21.09IK21.090. 550. 60kVAS<2S*XK21009. 72MVA10. 29三相短路电流（kA ）短路计算点IkishIsh电压（kV）三相短路容量 （MV A）Ki2.145.463.2335129.73K20.551.010.60109.72第6章变电所一次设备的选择校验6.1 35kV侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数Un

21、I30 (3)1 k(3) ishI(3) 2tima数据35kV6.64A(I 1NI T)2.14kA5.46kA2.142X1.9=8.70一次设备型号规格额定参数UnInloci maxIt2t少油断路器SW3-3535kV1000A16.5A40kA16.52 >4=1089局压隔离开关GW4-35/20035kV200A一40kA162 >4=1024高压熔断器RN1-35/10A35kV10A一一电压互感器JDZJ-3535/100kV一一一一电流互感器LQJ-3535kV100/5A一31.8KA81金属氧化物避雷器YH5WZ-42/13442kV一一一一6.2 1

22、0kV侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数UnI30 (3)Ik(3) ishI (3)2tima数据10kV22.10A(I 1N T)1. 01kA0.60kA1.012>0.75=0.75一次 设 备 型 号 规 格额定参数UnI NIoci maxIt2t真空断路器ZN4-10C10kV1000A17.3kA63kA17.32X2=224.47局压隔离开关G19-10/40010kV400A一31.5kA12.52>4=625高压熔断器RN1-10/25A10kV25A一一电压互感器JDZ-1010kV一一一一电流互感器LQJ-1

23、010kV-一-第7章选择整定继电保护装置7.1过电流保护动作电流的整定其中线路的最大负荷电流为IL.max 2Ic ,Krel1.2, Kw 1, =0.9,K 100/ 520动作电流为:I opI L. max2Ic2 6. 5413. 08AKrel Kw KreKiI L. max1.2 1qT92o13.080. 87A选DL-11/10电流继电器，线圈并联，整定动作电流为 1A。过电流保护一次侧的动作电流为;I op1KLIop 20120AKwI式中：I max线路的最大负荷电流Krel 保护装置的可靠系数，取1.2Kre电流继电器的返回系数，一般取 0.9Ki电流互感器的变流

24、比。过电流保护动作时间的整定：线路1WL定时限过电流保护的动作时限应较线路 2WL定时限过电流保护动作时 限大一个时限级差t。灵敏度校验保护线路1WL勺灵敏度,按线路1W£C端最小两相短路电流校验，即:Ks 1K. minop.10. 866550 6. 801. 5203.5由此可见，保护整定满足灵敏度要求线路定时限过电流保护原理图7.2装设电流速断保护动作时限大于0.50.7s,需配电流速断保护I opKrel KwKik max201. 2 5503.59. 42AM 101 op1KWIop20彳10200AKsK. min0. 866op.12002140 9. 271第8

25、章防雷保护和接地装置设计8.1 直击雷的防护由于本设计的变电所位于室内，所以不需要直击雷的防护。8.2 雷电侵入波的防护(1)在10kV电源进线的终端杆上装设FS410型阀式避雷器。引下线采用25mm< 4mm 的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷针接地端螺栓连接。(2)在10kV高压配电室内装设有 GG1A (F) 54型开关柜，其中配有 FS410型 避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。(3)在380V低压架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护 沿低压架空线侵入波的雷电波。8.避雷器装设变电所进线的防雷保在进线的终端，

26、装设 FZ型或者FS型阀型避雷器，用来保护线 路断路器及隔离开关。10kV变配电所进线防雷保护接线Fi-管型避雷器 F2-阀型避雷器4.接地网设计接地网接地电阻按 R0 4Q设计，现采用最常用的垂直接地体， 直径d=50mm长 约2.5m,环形敷设。单根钢管接地电阻为:4L 1004 2.5RE1 ln ln 34诜 用2 L d 2 3.14 2.50.05” 凡0.63,计算垂直接地体根数。n>0.9REi/(R)=0.9 34/ 0.63 412因此选取 二50mm勺镀锌钢管15根，垂直接地体之间距离为5米。接地线和水平连 接导体用40mm( 4mm勺镀锌扁钢。第 9 章 结束语课

27、程设计已经做完，我也有很多的心得体会值得去书写，这方面的专业知识，更 多的是关于实践与思维之间关系方面的。在已度过的大学时间里接触的都是专业课。仅仅是专业课的理论知识，那么如何 把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？这是我长期思考的问题。在做课程设计过程中，我对工厂中供电设备及器件选择不是很熟悉，我感触最深 的当属查阅大量的设计资料了。为了让完成自己的设计去查阅这方面的设计资料，同 时也再次去理解回顾知识。科学都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能 是构想，永远无法升级为设计。设计中，我翻阅以前所学的专业课知识，学习的过程中带着问题去学我觉得很有 目的性，这是我做这次课程设计

28、的心得之一。要有一个清晰的思路和一个完整的的流 程图，不能妄想一次就将整个设计好，反复修改的好习惯。在课程设计中我得到同学的许多帮助，再次一并谢过。由于我自身的水平有限， 难免在理解上、设计中有所纰漏，敬请老师扶正。参考文献1 刘介才. 工厂供电M. 北京：中国电力出版社，2010.2 唐志平 . 供配电技术M. 北京：电子工业出版社，2005.3 苏文成. 工厂供电M. 北京：机械工业出版社，2005.4 李友文编. 工厂供电M. 化学工业出版社, 2007.5 何永华 . 发电厂及变电站的二次回路M. 北京 . 中国电力出版社，20046 刘介才编. 实用供配电技术手册M. 中国水利水电出

29、版社, 2002.7 刘海婷 . 220kV 降压变电所变压器选择及电气主接线设计J. 吉林农业,2010,(12):3438 刘学军 . 继电保护原理M. 北京：中国电力出版社，2007.9 刘静波 . 变压器和配电装置的运行维护J. 民营科技,2010,(11):2310谢芳.110kV变电站电气设计J.中国新技术新产品，2010,(8):132-13311王玉华.工厂供配电M.中国林业出版社，2006.812俞丽华.电气照明M.上海：同济大学出版社，2004.13雷振山.中小型变压器实用设计手册M.中国水利水电出版社，2000.114杨晓敏主编.电力系统继电保护原理及应用M,中国电力出版

30、社，2006.815何金良.电力系统接地技术M.科学出版社，2007.216 Design Guide for Rural SubstationsS. RUS Bulletin 1724E-300 .Issued June 2001附录附表1并联电容器的技术数据型号额定容量(kvar)额定电容(F F)型号额定容量(kvar)额定电容(F F)BCMJ0.4-16-316320BWF10.屋 30 1W300.86BCMJ0.4-20-320400BWF10.屋 40 1W401.15BCMJ0.4-25-325500BWF10.屋 50 1W501.44BWF6.3-25-1W252.0BWF10.100 1W1002.89BWF6.3-30-1W302.4BWF10.120 1W1203.47附表2 S9系列610KV级铜绕组低损耗电力变压器的技术数