千伏高压配所主回路设计

1、酒 泉 职 业 技 术 学 院毕 业 设 计论 文2021 级 电气自动化技术 专业题 目： 某冶金企业10KV高压配电所二次回路设计 毕业时间： 二一四年六月 学生 XXX 指导教师： 张XX 班 级： 12电气班 2021年 6月20日20酒泉职业技术学院 届各专业毕业论文设计成绩评定表班级专业指导教师第一次指导意见年 月 日指导教师第二次指导意见年 月 日指导教师第三次指导意见年 月 日指导教师评语及评分 成绩： 签字盖章 年 月 日辩论小组评价意见及评分成绩： 签字盖章 年 月 日教学系毕业实践环节指导小组意见签字盖章 年 月 日学院毕业实践环节指导委员会审核意见签字盖章 年 月 日说

2、明：1.以上各栏必须按要求逐项填写。2.此表附于毕业论文 (设计)封面之后。毕业设计论文任务书学生:XXX专业班级：12电气班设计论文题目：某冶金企业10KV高压配电所二次回路设计1、 设计要求 要求某冶金企业设计的供配电系统，根据该企业所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的开展，按照平安可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所主接线方案及设备为选择，二次回路设计等，最后定出设计说明书。2、 设计依据1. 据该企业10Km处有一座35KV变电站，企业有自备电源200KW，正常时由电网供电，电网停电时，由自备电源向关键设备供电，但不能向电网倒送电。2. 负荷情况 本工厂

3、目前的负荷有冷加工机床5台，总容量为1000KW，通风机5台，总容量为900KW，其中分别为250、150、200、150KW，起重机6台，总容量为800KW15%，电焊机3台，总容量为200KW65%，冶炼电炉两台1000KW，1000KW，冷却水供水系统电机150KW、100KW各一台，50KW两台；取同时系数KP=0.8,Kq=0.85,其中类负荷占8%，规划年限为5年，年负荷增长率3%，规划年限内平均cos=0.85，年最大利用小时数Tmax=4500h年。3. 环境条件工厂位于平原地区，无污染，其余条件一般。三、设计内容1. 分析原始材料，进行负荷计算。2. 变压器容量、台数、型号选

4、择。3. 确定电气主接线的最正确方案包括进出线回路数。4. 计算短路电流，列出短路电流计算结果。5. 主要电气设备选择与效验。6. 二次回路的设计。7. 主变压器、线路继电保护配置。8. 变电所的防雷措施。 指 导 老 师签名： 教研室主任签名： 年 月 日 目 录摘要2关键词2引言2一、变配电系统21. 变配电所的任务 22. 变配电系统的特点 23. 变配电所的组成 34. 配电线路 45. 二次回路的设计 5二、负荷计算及无功补偿计算6三、短路电流计算 151. 短路电流计算152. 操作电源选择的一般要求 17四、变电所的防雷措施 191. 雷电现象及危害 192. 防雷措施 20五、

5、参考文献 21六、致谢 22某治金企业10kV高压变配电所二次回路设计摘要：本文是某治金企业10KV高压配电所二次回路设计。设计的目的是通过对该电力系统的地理环境、供电条件、供电方式和公用系统等用电负荷资料的分析，为该企业寻找更加完善的供电设计方案。电能是工厂运作的主要能源，对工厂的正常运作有举足轻重的作用，因此如何进行合理用电、平安用电、节约用电、高质量用电已经成为工厂建设和运行的主要问题之一。工厂的平安正常运作、节电节能、提高工厂用电效率，都必须有一个平安、可靠、经济、合理的供电系统和使用电能的系统保障，才能实现工厂电能利用、和节省电能的理想化、经济化。本配电所的初步设计包括了：运用需要系

6、数法进行负荷计算，短路计算,变压器的选择及继电保护和防雷措施等。关键词：负荷计算 短路电流计算 电气设备选择 信号回路 继电保护 防雷措施一、变配电系统电力工业是国民经济的重要部门之一。它为工业、农业、商业、交通运输和社会生活提供能源。由于电能能够方便而经济地从其他形式的能量中转换而得。并且方便而经济地传输。以及简便地转换成其他形式的能量如变换为机械能、光能、热能、化学能等以广泛应用于社会生产的各个领域和社会生活的各个方面。电力工业也因之而成为国民经济和人们生活现代化的根底。一变配电所的任务变配电所看作是变电所和配电所的合称。它是电力系统里的一局部，电力系统是由发电厂、变电站、电力线路和用电设

7、备联系在一起组成的统一整体，各组成局局部别起到生产、转换、分配、输送和使用电能的作用。它是电压变换以及电能接受和分配的场所。变电所由电力变压器和配电装置组成。而对于仅装有受、配电设备，没有电力变压器的，那么称为配电所。二变配电系统的特点1. 变配电系统中，电能的生产、输送和使用几乎是同时进行的。 2. 电力系统中额定电压设置3. 负荷分级及其供电方式为了使供配电系统到达技术上合理和经济上节约，既能满足供电可靠和运行维修的平安、灵活、方便，又能使供配电系统投资少，在确定供配电系统之前，要正确地划分电力负荷的等级。对于工业与民用供电负荷，根据其重要性和短时中断供电在政治、经济上所造成的经济损失和政

8、治影响，可分为三个等级：（1） 一级负荷 （2） 二级负荷 （3） 三级负荷 各级负荷的供电方式，应按照其对供电可靠性的要求、允许停电的时间及用电单位的规模、性质和用电容量，并结合地区的供电条件予以选定。（1） 一级负荷的供电方式，应由两个独立电源供电。 （2） 二级负荷的供电方式：应由两回线路供电。当取得两回线路有困难时,允许由一回专用线路供电。3 三级负荷对供电方式无特殊要求，但应采取技术措施，尽可能的不断电以保证居民生活用电。三变配电所的组成变电所一般由电力变压器、高压配电室、低压配电室等局部组成。根据实际需要，有的变电所内还设有高压电容器补偿室、控制室、值班室和其他辅助房间。1. 10

9、KV 终端变电所的型式10KV 终端变电所车间变电所或建筑物变电所按变压器安装的位置，一般有以下型：（1） 附设变电所 （2） 车间内变电所 （3） 独立变电所 （4） 屋外变电所 （5） 杆上变电所2. 配电系统的接线网络方式1 放射式接线 2 树干式接线方式 3 环状式接线 3. 低压380/220V 配电系统的根本形式仍然是放射式和树干式两种，而实际采用的多数是两种形式的组合，或称为混合式。供电系统接线网络方式确实定，根据以上的分析，再结合本企业的实际情况，本设计选用一、二级负荷采用放射式配电网络，其中一级负荷电源为双路电源带末端互投装置供电.二、配电线路对于10KV 及以下的输电线路习

10、惯称为配电线路。根据线路电压又可将3-10KV 线路称为高压配电线路，1KV 以下的配电线路称为低压配电线路。一 架空配电线路二 架空线路的结构 1. 架空线路路径选择原那么 ：在保证架空线路的导线与各种设施间的最小距离要求的条件下，按线路距离最短的原那么选择。三 电缆线路1. 电缆的结构 电缆有线芯、绝缘层和保护层三局部组成。2. 电缆的种类及使用范围3. 目前常用的电力电缆，按其绝缘材料及保护层的不同分为以下几类：1油浸纸绝缘铅(铝)包电力电缆;2聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套电力电缆简称全塑电缆；3交联聚乙烯绝缘、聚氯乙烯护套电力电缆；4油浸纸干绝缘电力电缆；5不滴流电力电缆；6橡胶绝缘聚氯

11、乙烯护套电力电缆；供电系统电缆线路确实定：根据以上的分析，又结合了本企业的实际情况，本设计选用聚氯乙烯绝缘电力电缆VLV及硬铜母线TMY型号的不同截面积的电缆线路。表母线的机械性能和电阻率母线名称母线型号最小抗拉强度N/mm2)最小伸长率()20 最大电阻率( mm 2/m)铜母线TMY25560.01777 图一三、二次回路的设计 一 二次回路概述 在变电所中通常将电气设备分为一次设备和二次设备两大类，一次设备指直接生产，输送，分配电能的设备，主电路中的变压器，高压断路器，隔离开关，电抗器，并联补偿电力电容，电力电缆，送电线以及母线等设备都属于一次设备，对一次设备的工作状态进行监视，测量，控

12、制，保护的辅助电气设备称为二次设备。二次回路电源分为交流电源和直流电源两类，按功能分为控制回路，合闸回路，信号回路，测回路，保护回路以及远动装置回路。(二) 二次回路方案选择1. 高压断路器的操作机构控制与信号回路2. 变电所的测量回路和绝缘监察回路10千伏母线的绝缘监察装置及电压测量回路。本设计绝缘监察装置我们采用一个三相五心柱三线圈电压互感器接成的电路，这类电压互感器二次侧有两组线圈，一个接成星形，在它的引出线上接三只电压表，系统正常运行时，反映各个相电压，在系统发生一相接地时，那么对应相的电压表指零，另两只表计数升高到线电压，另一组接成开口三角形，接成零序电压过滤器，在开口处接一个过电压

13、继电器，系统正常运行时，三相电压对称，开口两端电压接近于零，继电器不动作，在系统发生一相接地时，接地相电压为零，另两个相差120度的相电压叠加，那么使开口处现近100V的零序电压，使电压继电器动作，发生警报的灯光与音响信号。 (三) 备用电源自动投入装置在工厂系统中，为了保证不间断供电，常采用备用电源自动投入装置APD，当工作电源不管出于何种电源失电时，备用电源自动投入装置能够将失去的电源切断，随即将另一电源接通，因而保证本厂二级负荷与三级负荷不间断供电，提高供电可靠性。因为为满足本厂二级负荷要求，本厂采用联络线由邻近的单位取得备用电源。二、负荷计算及无功补偿计算(一) 负荷曲线(二) 负荷曲

14、线简介 电力负荷随时间变化情况的图形称为负荷曲线。(三) 日负荷曲线 负荷曲线可通过测量运行中用电设备的负荷值来绘制。日负荷曲线有两种，分别是平滑曲线和阶梯曲线：平滑曲线是逐点描绘的负荷曲线,如图2.1a),阶梯曲线如图2.1b) 图二 四、具体负荷计算一负荷计算定义及意义计算负荷的定义即根据的工厂的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷，其热效应与同时间内实际变动负荷产生的热效应相等。负荷计算的定义即求取计算负荷的过程称为负荷计算。二负荷计算方法与过程我国目前普遍采用确实定计算负荷的方法有：1单位指标法单位面积耗电量法、单位产品耗电量法；2需要系数法；3二项式系数法；4利用系数法。结

15、合本企业的实际情况，本设计选用了需要系数法这种负荷计算方法。1. 按需要系数法确定计算负荷:1先求各组的计算负荷:单组的有功计算负荷:单组的无功计算负荷: 单组的视在计算负荷：􀏉单组的计算电流：2再求总的计算负荷(是同期系数)􀏂总的有功计算负荷为： 􀏉总的无功计算负荷为: 以上两式中的和分别表示所有各组设备的有功和无功计算负荷之和。总的视在计算负荷总的负荷电流(3) 企业负荷计算如下： 冷加工机床的计算负荷，查附表1，取需要系数和功率因数为Kd=0.2，cos=0.5，tan=1.73，得：=Kd Pe=0.2×1000=200K

16、wQ301=p301=tan=1.73×200=346KvarS301=400Kvar=607A 通风机的计算负荷。查附表1，取需要系数和功率因数为Kd=0.8，cos=0.8，tan=0.75，得：P302=Kd Pe=0.8×900=720KwQ302=p302=tan=0.75×720=540KvarS302=900Kvar1367.4A 起重机的计算负荷，查附表1，取需要系数和功率因数为Kd=0.15，cos=0.5，tan=1.73，得：P303=Kd Pe=0.15×800=120KwQ303=p303=tan=120×1.73=2

17、08KvarS303=240Kvar365A 电焊机的计算负荷，查附表1，取需要系数和功率因数为Kd=0.5，cos=0.4，tan=2.29，得：P304=Kd Pe=0.5×200=100KwQ304=p304=tan=2.29×100=229KvarS304=250Kvar=381A 冶炼电炉的计算负荷，查附表1，取需要系数和功率因数为Kd=0.75，cos=0.95，tan=0.33，得：P305=Kd Pe=0.75×2000=1500KwQ305=p305=tan=495KvarS305=1580Kvar=2408A 冷却水供水系统电机的计算负荷，查附

18、表1，取需要系数和功率因数为Kd=0.15，cos=0.5，tan=1.73，得：P306=Kd Pe=53KwQ306=p306=tan=91KvarS306=105Kvar=160A(4) 企业的总计算负荷，同时系数Kp=0.8，Kq=0.85，所以企业的计算负荷为：P30=KpPei=0.8×2640=2112Q30=KqQei=1622KvarS30=2663Kvar=4058A(5) 配电系统负荷计算确实定结合本工程的实际情况，按照以上同样的计算负荷的方法，将以表的形式列出：如下表所示􀏂用电负荷设备总容量Kw需要系数功率因数有功功率Kw无功功率Kvar视在

19、功率Kvar计算电流A冷加工机床1000Kw0.20.5200Kw346Kvar400Kvar607A通风机700Kw0.80.8720Kw540Kvar900Kvar1367A起重机800Kw0.150.5120Kw208Kvar240Kvar356A电焊机200Kw0.50.4100Kw229Kvar250Kvar381A治炼电炉2000Kw0.750.951500Kw495Kvar1580Kvar2408A冷却水供水系统电机350Kw0.150.553Kw91Kvar105Kvar160A乘以同时系数有功同时系数(k1)无功同时系数k2有功功率同时无功功率视在功率(KVA)计算电流A0.

20、80.852112Kw1622Kvar2669Kvar4058A2. 无功功率补偿最大负荷时的功率因数为：=2112/2669=0.79 根据供电部门提供的有关规定，工业企业平均功率因数如果达不到要求，须进行无功功率的补偿。由附录二查表得并联电容器的无功补偿率。又因补偿后的功率因数为0.9，所以通过查表的。=2669x0.48=1281.12Kvar补偿电容器的型号为：BWF10.5-100-1W型号中字母含义：B-并联电容器；W-十二烷基苯；F-纸、薄膜复合；W-户外型。考虑三相均衡分配应装设16个，每相7个，每个容量为100kvar,自动补偿的容量应该为1600KVar。􀏂

21、; 3. 电力变压器台数的选择1选择主变压器台数时应考虑以下原那么：􀏁应满足用电负荷对供电可靠性要求；􀏁对季节性负荷或昼夜负荷变动较大宜于采用经济运行方式变电所，也可考虑用两台变压器； 除上述情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷及中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或以上变压器； 在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的开展，留有一定的余地。本变配电所中供电的铸钢车间、金工车间、氧气站为一级负荷，组装车间为二级负荷，其余车间为三级负荷。所以应装设两台变压器，这样才能满足需求。4. 变电所主变压器容量选择􀏁1只

22、装一台主变压器的变电所主变压器容量设计中，一般可概略地当作额定容量应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即 2装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量一般可概略地当作额定容量应同时满足以下两个条件：任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的大约60%-70%的需要，即=(0.60.7)=(15002000)Kvar任意台单独运行时，应满足一，二级负荷的需要，即 。综上所述，装设两台主变压器，满足以下两个条件： 。结合以上原那么及本设计的原始数据计算得：=(1000 600 1000 ) 。所以选用S9 型铜线电力变压器，容量为1600KVA 。详细型号为S9-1600/10 型，额定容量1600

23、KVA，额定变比为10.5/6.3KV，高压分接头范围±2×2.5，联结组别为DYN11，空载损耗为2KW，负载损耗为11KW，空载电流为2.5，阻抗电压为5。五、短路电流计算(一) 短路电流计算1. 求k-1点的三相短路电流和短路容量1计算短路电路各元件的电抗及总电抗选定断路器为SN10-10型。容量，因此架空线路的电抗：由图四1.1得，因此绘制k-1点短路的等效电路，如图四 1.2所示，图上标出各元件的序号分子和电抗值分母，并计算其总电抗为：（2） 计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值为：三相短路次暂态电流和稳态电流：三相短路冲击电流及第一个周期短路全电

24、流有效值为： 三相短路容量为：2. 求k-2点的三相短路电流和短路容量：取1计算短路电路中各元件的电抗及总电抗。电力系统的电抗：架空线路的电抗： 绘制k-2点短路算的等效电路，如图四 1.2所示，并计算其总阻抗为; 2计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值为 三相短路次暂态电流和稳态电流为： 三相短路冲击电流及第一周期短路全电流有效值为： 三相短路容量为： 图四 1.1 图四 1.2短路计算点三相短路电路(KA)三相短路容量MVAK-11.631.631.634.162.4629.6K-229.829.829.854.832.520.6(二) 操作电源选择的一般要求1. 交流操作

25、继电保护一般采用电流互感器二次去分跳闸的间接动作方式 对于仅装设瞬时过电流保护的高压电容器等，也可采用直接动作方式。此适用于交流操作的短路保护装置；断路器采用手动或弹簧操动机构。2. 需要交流操作保护装置除上述短路保护外一般可由电压互感器或所用变压器二次侧取得电压；零序电流保护也可直接由变压器低压侧取得电压。此适用于变压器的其气体保护、Y，yn0接线的变压器低压侧中性线上的零序电流保护及中性点非直接接地系统地接地保护；断路器采用手动或弹簧操动机构。3. 直流操作电源一般设置两套晶闸管整流设备交流电源分别取自所用变压器和外接系统电源，且能相互切换；晶闸管整流设备的容量，除满足控制、保护、信号及电

26、池或电容器充电的需要外，其中一套应保证最大一台断路器合闸电流的要求；此适用于需直流操作电源的保护、控制和信号回路；断路器采用电磁操动机构，采用弹簧操动机构的断路器也可适用。4. 继电保护和自动装置继电保护装置是指能反响电气设备发生故障或不正常工作状态而作用于跳闸或发生信号的自动装置。其主要作用是：通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证可靠地供电。继电保护装置必须满足选择性、快速性、灵敏性、可靠性等四项根本要求。1过电流保护装置定时限保护：一般采用DL型继电器，起动以后，保护装置地动作时间与短路电流数值大小无关，要到达预定时间才能动作。保护时限的整定系用时间继电器来获得

27、。反时限保护：一般采用GL型继电器，起动后，保护装置的动作时间电流的大小成反比，短路电流越大，动作时间越短。2继电保护装置的整定计算610KV线路应装设：过电流保护、电流速断保护、单相接地保护。过电流保护的起动电流整定必须满足两个条件：在正常线路最大负荷时，保护装置不应动作，即应避开正常的最大负荷电流；当下一级保护切除后，本保护应可靠返回。变压器一般装设有过电流保护、电流速断保护、过负荷保护和瓦斯保护等。变压器过电流保护的整定原那么与线路过电流保护的整定原那么相同，按躲开变压器一次侧可能出现的最大负荷电流来整定。过电流保护：采用两相两继电器式接线，电流互感器TA的变比为300/5A。动作电流： 式中：Krel可靠系数；过电流保护，DL型取1.2，GL型取1.