机械厂高压供配电系统的电气设计

1、广西科技大学工厂供电课程设计说明书广西科技大学题目：机械厂高压供配电系统的电气设计学院：电气学院班级：电气111姓名：学号：201100307028时间：2014年06月目录1 .工厂的负荷计算和无功补偿 11.1 负荷计算11.2 无功补偿32供电电源42.1 高压35kV供电的特点 42.2 供电电源计算43主变压器容量和各车间变电所变压器数量和容量，类型的选择.53.1 降压变电所的电气设计 53.2 总平面图及电力布线图63.3 车间变电所位置和变压器数量的选择 73.3.1 选择变电所主变压器容量 73.3.2 厂区高压配电线路的计算73.4 电力变压器的选择84短路电流计算94.1

2、 求各元件电抗（用标幺制法计算） 94.2 d1点三相短路电流计算94.3 d2点三相短路电流的计算 105电气设备选择115.1电气设备选择115.3防雷与接地12参考文献12广西科技大学工厂供电课程设计说明书机械厂高压供配电系统的电气设计1 .工厂的负荷计算和无功补偿表1.1负荷大小厂房名称设备台数设备容量P30 /KWQ30/KvarS30 /KVAI 30/Acos <j)tan <j) P/kW Q/kvar变压器容量一车间701419470183.3505.38767.850.930.39525630二车间1772223612416.16746.341134.040.8

3、20.68737800三车间1942511735492.45896.341361.850.820.679451000锻工车间371755920276958.331456.030.960.310481000工具、机修车间811289496128.96539.13819.120.920.26527630空压站、煤气站451266854427871.4313240.980.59441000全厂总负荷604104633882.651866.154307.846545.09-1.1 负荷计算：一车间：无功计算负荷：Q3o = P30 * tan小=470 *0.39 = 183.3 Kvar视在计算负荷

4、：S30 = P30 / cos小=470/ 0.93 = 505.38 kVA计算电流： I 30 = S3。/( ,3 UN) = 505.38/(,3*0.38)=767.85 A有功损耗： P=0.01 &0 =5 KW无功损耗： Q=0.05&0 =25 Kvar二车间：无功计算负荷：Q30 = P30 * tan小=612*0.68=416.16 Kvar视在计算负荷：S30 = P30 / cos小=612/0.82=746.34 kVA计算电流： I 30 = S30 /( V3UN) = 746.34/(J3*0.38) =1134.04 A有功损耗： P=0

5、.01 &0 =7 KW无功损耗： Q=0.05S° =37 Kvar三车间：无功计算负荷：Q。= P30 * tan 小=735*0.67=492.45 Kvar视在计算负荷：S30 = P30 / cos小=735/0.82=896.34 kVA计算电流： I 30 = S30 /( J3U) =896.34/(73*0.38)=1361.85 A有功损耗： P=0.01 &0 =9 KW无功损耗： Q=0.05S30 =45 Kvar锻工车间：无功计算负荷：Q。= P30 * tan 小=920*0.3=276 Kvar视在计算负荷：S30 = P30 / co

6、s小=920/0.96=958.33 kVA计算电流： I 30 = S30 /( J3U) = 958.33/(73*0.38)=1456.03 A有功损耗：P=0.01&0 =10 KW无功损耗： Q=0.05Sb0 =48 Kvar工具，机修车问：无功计算负荷：Q。= P30 * tan 小=496*0.26=128.96 Kvar视在计算负荷：S30 = P30 / cos小=496/0.92=539.13 kVA计算电流： I 30 = S30 /( V3U) =539.13/(73*0.38) =819.12 A有功损耗： P=0.01 &0 =5 KW无功损耗：

7、Q=0.05Sb0 =27 Kvar空压站，煤气站：无功计算负荷：Q。= P30 * tan 小=854*0.5=427 Kvar视在计算负荷：S30 = P30 / cos小=854/0.98=871.43 kVA计算电流： I 30 = S3。/( <3 UN) = 871.43/(J3*0.38) =1324.00 A有功损耗： P=0.01S3o =9 KW无功损耗： Q=0.05S° =44 Kvar全厂总负荷：K7取 0.95, Kq 取 0.97总的有功计算负荷： = K为 * E P30.i = 0.95 * 4087 =3882.65 KW总的无功计算负荷：Q

8、0 = K±q* 12 P30.i = 0.97 * 1923.87 =1866.15 Kvar总的视在计算负荷：&0 = , P30 2 Q302 = .3882.652 1866.152 =4307.84 kVA计算电流：I 30 = S30 /(。3国=4307.84/(73*0.38) =6545.09 A功率因数 cos 小=P30 /S 30 = 3882.65/4307.84 =0.901.2 无功补偿供电部门对功率因数的要求为：当以 35kV供电时，cos>0.9 。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此最大负荷功率因素应稍大于0.9,暂取0.92

9、来计算主变压器低压侧所需无功功率补偿容量：Q =P30(tan (|)1-tan 心)=3882.65 *(tan(arccos0.90)-tan(arccos0.92)= 226.45 kar取 Q =230 kar低压侧补偿后：S' 30 = 3882.652 (1866.15 -230)2 =4213.30 kVAI' 30 = S' 30 /( J3U) = 4213.30/( <3*0.38) =6401.45 A变压器损耗： FT 汉.01 *4213.30 =42 KW Q 205 *4213.30 =210 kar35kV侧负荷:P' 30

10、(1)=3882.65+42 =3924.65 kwQ' 30(1)=1866.15-230+210=1846.15 kVAS' 30(1)= x 3924.652 +1846152 =4337.18 kVAI' 30(1) = S' 30(1) /( V3UN) = 4337.18/ (展*10) =250.41 A表1.2无功补偿后工厂的计算负荷项目cos中计算负荷P30/kWQ301k varS3ykVAI 30 A低压侧补偿前负荷0.903882.651866.154307.846545.09低压侧无功补偿容量-230低压侧补偿后负荷0.923882.6

11、51636.154213.306401.45主变压器功率损耗4221035kV侧负荷总计0.9043924.651846.154337.18250.412供电电源2.1 高压35kV供电的特点 供电电压较高，线路的功率损耗及电能损耗小，年运行费用较低； 电压损失小，调压问题容易解决； 对cos小的要求较低，可以减少提高功率因数补偿设备的投资； 需建设总降压配电所，工厂供电设备便于集中控制管理，易于实现自动化，但要多占 一定的土地面积； 根据运行统计数据，35 kV架空线路的故障率比10 kV架空线路的故障率低一半，因 而供电可靠性高；有利于工厂进一步扩展。2.2 供电电源计算工厂东北方向6km

12、处有一地区降压变电所，以35 kV单回路架空线路供电，由邻厂10 kV 电缆线路作为备用电源。根据全厂计算负荷计算情况，S 30= 4213.30 kV - A,且只有少数负荷为二级负荷，大多数为三级负荷，故厂内总降压变电所装设一台容量为5000 kV - A的变压器,型号为SJL1-5000/35型，电压为35/10 kV,查产品样本，其有关技术参数为：A R=6.9 Pk=45 kW,UK%=7,I0%=1.1,变压器的功率损耗为：有功功率损耗APR AP0+-A PK(S 3o/Sn)2=6.9+45 X (4213.30/5000)*2=43.1(kW)无功功率损耗A Qb A Q0-

13、+A QN (S30/SN)2= 336.6(kvar)35 kV线路功率等于全厂计算负荷与变压器损耗之和。P30' =P30+A PT=4087+43.1=4130.1(kW)Q30' =Q30+A QT=1995.6(kvar)S30' =，(P' 230+Q 230) =4587(kvar)cos(|)' =P30' /S30' =4130.1/4587=0.90I30 ' =S30' / ( V 3UN)=75.67(A)考虑到本厂负荷的增长是逐渐的，为了节约有色金属的消耗量，按允许发热条件选择导线截面，而未采用经

14、济电流密度选择导线截面。查有关手册或新产品样本，选择钢芯铝绞线LGJ 35,其允许电流为170A>I30' =75.67A,满足要求。该导线单位长度电阻 R0=0.85 Q/km,单位长度电抗X0=0.36 Q/km。3主变压器容量和各车间变电所变压器数量和容量，类型的选择3.1 降压变电所的电气设计根据运行需要，对总降压变电所提出以下要求：(1)总降压变电所装设一台5000 kV A、35/10 kV的降压变压器，与35 kV架空线路接成 线路 变压器组。为便于检修、运行、控制和管理，在变压器高压侧进线处应设置高压断路 器。(2) 根据规定，备用电源只有在主电源线路解列及变压器

15、有故障或检修时才允许投入，因此，备用10 kV电源进线断路器在正常工作时必须断开。(3) 变压器二次(10 kV)设置少油断路器，与10 kV备用电源进线断路器组成备用电源 自动投入装置(APD。当工作电源失去电压时，备用电源立即自动投入。(4) 变压器二次10 kV母线采用单母线分段。变压器二次侧 10 kV接在分段I上，而10 kV 备用电源接在分段R上。单母线分段联络开关在正常工作时闭合，重要二级负荷可接在母线 分段R上。在主电源停止供电时，不至于使重要负荷的供电受到影响。(5) 本总降压变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。当主电源停电时, 操作电源不至于停电。3.2 总平

16、面图及电力布线图：根据前面已确定的供电方案，结合本厂厂区平面示意图，考虑到总降压变电所尽量接近 负荷中心，且远离人员集中区，不影响厂区面积的利用，有利于安全等因素，拟将总降压变 电所设在厂区东北部，如图2.1所示。仓库仓库_L-410/0.4 kV 一T4-1000锻工车间10/0*4 kV T3-1000三车间煤气站10 kV备用电源进线500035/10kV35 kV电源进线仓库10/0.4 kVTl-63O车间L-310/0.4 kVT6-l 600空压站10/0.4 kV800 二车间|10/0.4 kV工具、机修82.1总平面图及电力布线图3.3 车间变电所位置和变压器数量的选择3.

17、3.1 选择变电所主变压器容量时应遵守下列原则：(1)仅装一台主变压器的变电所主变压器的额定容量St应满足全部用电设备总视在计算负荷S30的需要，即Snt> S30O(2)装有两台主变压器且为暗备用的变电所所谓暗备用，是指两台主变压器同时运行，互为 备用的运行方式。此时，每台主变压器容量 SNT应同时满足以下两个条件：任一台变压器单独运行时，可承担60%-70%勺总视在计算负荷Sao,即SnT= (0.60.7) S30 任一台变压器单独运行时，可承担全部一、二级负荷S30( 1 +n),即Snt=S30( i + n)o(3)对接有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，可保证一台

18、变压器发生故障或 检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。(4)对只有二级负荷的变电所，如果低压侧有与其他变电所相联的联络线作为备用电源， 也可采用一台变压器。(5)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的变电所，可采用两台变压器，实行经济运行方式。(6)对负荷集中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或两台以上变压器， 以降低单台变压器容量。(7)车间变电所的位置、变压器数量和容量可根据厂区平面布置图提供的车间分布情况和车 间负荷的中心位置、负荷性质、负荷大小等，结合各项选择原则，与工艺、土建有关方面协 商确定。本厂拟定车间变压器的数量为一台。另外，在确定变电所主变压器台数时，应适当

19、考虑未来510年负荷的增长。3.3.2 厂区高压配电线路的计算为便于管理，实现集中控制，尽量提高用户用电的可靠性，在本总降压变电所馈电线路 不多的前提条件下，首先考虑采用放射式配电方式，如图 2.1所示。由于厂区面积不大，各车间变电所与总降压变电所距离较近，厂区高压配电网采用直埋 电缆线路。由于线路很短，电缆截面按发热条件进行选择，然后进行热稳定度校验。以一车间变电所T1为例，选择电缆截面。根据提供的一车间视在计算功率 &。=504 kV A,其10 kV的计算电流为130(1)=S0(1)/( > 3 U)= 505.38/(.3*10)=29.18 A查有关产品样本或设计手册

20、，考虑到为今后发展留有余地，选用ZLQ20- 3X25型铝芯纸 绝缘铝包钢带铠装电力电缆，在 UN=10 kV时，其允许电流值为80 A,大于计算电流值，合格。 因厂区不大，线路很短，线路末端短路电流与始端短路电流相差无几，因此接 10 kV母线上 短路时（k-2点）的短路电流进行校验，得Smin=l8/c"tima=3.32 X 103/87 x，0.7 22=18.7 mm<25 mm 合格其他线路的电缆截面选择类似，其计算结果（省）3.4 电力变压器的选择目前，变电所广泛使用的双绕组三相电力变压器都采用R10容量系列的降压变压器（配电变压器）。这种变压器按调压方式可分为无

21、载调压和有载调压两大类；按绕组绝缘及冷却方式可分为油浸式、干式和充气式（SF6）等，其中油浸式变压器又可分为油浸自冷式、油浸风 冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。现场使用的610 kV配电变压器多为油浸式无载调压变压器。近年来，D,yn11联接的配电变压器已开始得到了推广应用。与Y,yn0联接的变压器相比，D, yn11联接的变压器有以下特点：（1） D,yn11联接变压器的3n次（n为正整数）谐波励磁电流仅在其三角形接线的一次 绕组内（高压侧）形成环流，不至注入公共的高压电网中去，这较之Y, yn0联接的变压器更有利于抑制高次谐波电流。（2） D, yn11联接变压器的零序阻抗较 Y,

22、yn0联接变压器的小得多，故低压侧单相接 地短路电流比Y, yn0联接变压器大得多，因而有利于低压侧单相接地短路故障的保护和切除。（3） D, yn11联接变压器承受不平衡负荷的能力远大于 Y, yn0联接变压器。Y, yn0联 接变压器要求中性线电流不超过二次绕组额定电流的25%严重制约接用单相负荷的容量，而D, yn11联接变压器低压侧的中性线电流允许达到相电流的75%Z上，因此，对负荷不平衡的供电系统来说，优先选用 D, yn11联接的变压器。（4） D, yn11联接变压器一次绕组的绝缘强度是按线电压来设计的，这是因为其一次侧 发生单相接地短路时，其他两相电压将升高为线电压，而 Y,

23、yn0联接变压器一次绕组的绝缘 强度是按相电压来设计的，因此，D, yn11联接变压器的制造成本高于 Y, yn0联接变压器。广西科技大学工厂供电课程设计说明书六6 km,0.36。/km5000 kV*35/10kV4短路电流计算5=1000 MV-A*k500 MV A4.1效电路图按照短路电流的标幺制法进行计根据计算电路作出计算短路电流的等效电路图如附图4.1所示4.1 求各元件电抗(用标幺制法计算)设基准容量Sd=100MV A基准电压 U di=35kv,Ud2=10.5kA而基准电流 I d产S/ Udi=100/( <3* 35) = 1.65 kAId2=S/ Ud2=1

24、00/(3*10.5)=5.50 kAa 、电力系统电抗当 Sk*ax =1000MV- A时，X；max =Sd/ S =100/1000=0.1当 Sk* =500MV- A时，X；min =Sd/ $黑访=100/500=0.2b 、架空线路电抗X2 = 0.36*6*100/35=0.18主变压器电抗，查表得U %=7X。= Uk% S/100Sn=7*100*10 3/100*5000=1.44.2 d1 点三相短路电流计算系统最大运行方式时，总电抗标幺值广西科技大学工厂供电课程设计说明书*X - (d1) = X1 .max + X2 =0.1+0-18=0.28系统最小运行方式时

25、，总电抗标幺值 *Xv(d1) = Xl.min +X2 =0.2+0-18=0.38因此，系统最大运行方式时，三相短路电流及短路容量各为ld；)=I di/ XT(d1)=1.65/0.28=5.89kAI(3) = I"=Id(3)=5.89kA U IiS3) = 2.55 I；3)= 2.55*5.89 =15.02kAiSh) =1.51*5.89 =8.89 kASd3)=$ / Xy(d1) = 100/0.28=357.14 MV - A而最小运行方式时，三相短路电流及短路容量各为Id3) =I W X; (d1)=1.65/0.38=4.34 kAI(3)= I&q

26、uot;=Id(3) =4.34kA diS3) = 2.55 I；3) = 2.55*4.34 =11.067kAISh) =1.51*4.34 =6.55 kASd3)=S / XT(d1) = 100/0.38=263.16 MV - A4.3 d2点三相短路电流的计算系统最大运行方式时* . - * .* _ X，(d2) =X1.max+ X2 + X3 =0.1+0.18+1.4=1.68系统最小运行方式时*. - * , * - - - - - - . . X 一(d2) = X1.min + X2 + X3 =0.2+0.18+1.4=1.78因此，系统最大运行方式时，三相短路

27、电流及短路容量各为Id3) =I d2/ X* (d2) =5.50/1.68 =3.27 kAI(3) = I"=Id(3) =3.27kAiS3) = 1.84 Id32 = 1.84*3.27 =6.02 kAI =1.09*3.27 =3.56 kASd32) =Sd / X丫 (d1) = 100/1.68=59.52 MV - A J-因此，系统最小运行方式时，三相短路电流及短路容量各为Id3) =I d2/ X* (d2) =5.50/1.78 =3.09 kAI(3) = I"=Id(3) =3.09 kAiS3) = 1.84 I ；3)= 1.84*3.

28、09 =5.69 kAI (3) =1.09*3.09 =3.37 kASd3)=3 / XZ(d1) = 100/1.78=56.18 MV - A5电气设备选择5.1电气设备选择(1)主变压器35 kV侧电气设备设如名称及型号 计算薮据、.高压断路器SW2-35/100隔离升关JDJJ-35电压互感器 LCW-35电流互感器LCW-35避雷器/(MV A)U=35kv35kv35kv35kv35kv35kv130=SZ UNi=250.41 A1000A600A300/5Id；) =5.89 KA24.8KASd；)=357.14 MV - A1500MV- AiSh) =15.02 KA63.4KA50KA(2)主变压器10k V侧设备(主变压器低压侧及备用电源进线)该设备分别组装在两套高压 开关柜GN6-10T(F)中。其中