课程设计72156

1、广东工业大学华立学院 课 程 设 计（论文）课程名称 工厂供电课程设计 题目名称 防爆厂降压变电所的电气设计 学生学部（系） 机电与信息工程学部 专业班级 12电气1班 学 号学生姓名 刘远昌 指导教师 罗洪霞 2014年 12月 16日广东工业大学华立学院课程设计（论文）任务书题目名称防爆厂降压变电所的电气设计学生学部（系）机电与信息工程专业班级12电气1班姓 名刘远昌学 号一、课程设计（论文）的内容 设计内容包括：负荷计算及无功功率的补偿计算，高压配电所所址的选择，配电所主接线方案的选择，车间变压器位置、台数和容量的确定，高低压配电线路及导线截面的选择，短路计算和开关设备的选择，保护配置及

2、整定计算，防雷保护与接地装置设计等。二、课程设计（论文）的要求通过本课程设计，熟悉先行官国家标准和设计规范，树立起技术与工程经济相统一的辩证观点；培养综合应用所学理论知识分析解决工程实际问题的能力；掌握电气工程设计计算的方法，为今后从事电力工程设计、建设、运行及管理工作打下必要的基础。三、课程设计（论文）应完成的工作1）.按照厂区用电设备的资料和其他具体情况，求计算负荷。2）.根据负荷等级和计算负荷，电压等级和供电方式。3）.根据环境和计算负荷，选择变电所的位置、变压器数量和容量。4）.为变配电所选择安全、可靠、灵活、经济的主接线，选择合理的高低压输送线路。四、课程设计（论文）进程安排序号设计

3、（论文）各阶段内容地点起止日期1资料收集图书馆2014.12.1712.302根据工厂工艺等要求确定计算负荷校内3进行短路电流的计算和相关设备容量和数量的确定校内4课程设计说明书撰写，画出系统的一次接线图校内12.22-12.25课程设计上交1-1101.4五、应收集的资料及主要参考文献1.常用供配电设备选型手册1998年2月 煤炭工业出版社 王子午 编2.建筑工程常用材料设备产品大全1992年10月 中国建筑工业出版社 3.工厂供电（第四版） 2004年5月 机械工业出版社 刘介才 编发出任务书日期： 2014 年12月16日 指导教师签名：计划完成日期： 2014年 12 月30日 教学单

4、位责任人签章：摘要工厂是10kV变电站的主接线设计及变压器的选择，变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。在经济角度上要考虑周全，尽量以最少的投资获得最佳的方案。按照要求选择合适的变压器。短路电流计算，对变电站系统中的各个电压等级下的母线发生三相短路时，所流过的短路电流进行了分别计算。电气设备动、热稳定校验，电气设备的选择条件包括两大部分：一是电气设备所需要满足的基本条件，即按正常工作条件选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。主要电气设备型号及参数的确定。电气总平面及配电

5、装置断面设计和无功补偿方案设计，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。通过本次课程设计，旨在熟悉变电所中供电系统的负荷计算，掌握变电所中二次回路的基本原理，在次基础上对供电系统中的变电所二次接线进行了设计和保护，最后根据具体环境条件对电气设备进行校验，使本次设计的内容更加完善。关键词：变电站，短路电流，热稳定，无功补偿，二次接线目 录第1章 概述6第2章 负荷计算与负荷等级确定92.1各车间负荷计算92.2 全厂负荷计算112.3 年耗电量的估算122.4 负荷等级确定13第3章 变压器选择及主接线设计143.1变电所主变压器台数的选择143.2变电所主变压器容量选择143.3 变电所主接线设

6、计153.4变电所位置的选择17第4章 短路电流计算204.1.确定基准值214.2计算短路电路中各主要元件的电抗标么值21第5章 电气设备选择235.1一次设备选择的原则235.2变电所高压一次设备的选择235.3 变电所低压一次设备的选择27第6章 课设体会及总结31第1章 概述 通过这个供配电系统的设计，能对工厂供电的知识有一个系统的认识和更深入的了解，对书中的很多理论知识能更深入了解，能将书中的知识都系统化。本次课程设计是对防爆厂降压变电所的电气设计，设计的主要内容包括： （1）负荷计算与负荷等级确定；（2）变压器选择与主接线设计；（3）短路电流计算；（4）电气设备选择；后有此次课程设

7、计的体会及总结和参考文献.由于设计者知识掌握的深度和广度有限，很多知识都只能参考网上知识，所以本设计尚有不完善的地方，敬请老师批评指正！设计任务如下：（一） 设计题目防爆厂降压变电所的电气设计（二） 设计要求 要求根据工厂所能取得的电源及工厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定一次回路方案，最后定出设计说明书。（三） 设计依据1工厂总平面图，如图（1）所示。2工厂负荷情况：工厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4000h，日最大负荷

8、持续时间为10h。该厂除铸造车间、锻压车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。工厂的负荷统计资料如表（1）所示。 3供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供用协议规定，工厂可由附近一条35kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ120导线为等边三角形排列，线距为1m；干线首端（即电力系统的馈电变电电站）距离工厂约20km，该干线首端所装高压断路器300MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。为满足工

9、厂二级负荷的要求，可采用联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与工厂高压侧有电气联系的架空线路总长度达100km，电缆线路总长度达80km。4.气象资料 工厂所在地区的年最高气温为37 ，年平均气温为24，年最低气温为-8，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下0.8处平均温度为25。当地主导风向为东北风，年雷暴是数为20。5.工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.92。主 要 参 考 资 料1 刘介才主编 供配电技术 北京：机械工业出版社2 张华主编 电类专业毕业设计指导 北京：机械工业出版社3 王荣藩编著 工厂供电设计与指导 天津：天津大学出版社工厂负荷统计资料 表（

10、1）厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量kW需要系数功率因数1铸造车间动力3000.40.7照明60.71.02锻压车间动力5000.30.65照明80.71.03金工车间动力5000.30.65照明90.71.04工具车间动力3000.30.6照明70.71.05电镀车间动力3000.60.8照明70.71.06热处理车间动力2000.60.8照明80.71.07装配车间动力1000.40.7照明70.71.08焊接车间动力2000.30.65照明40.71.09锅炉房动力800.60.65照明20.71.0生活区照明2000.71.0图1第2章 负荷计算与负荷等级确定 2.1各车间负荷计算

11、在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明计算 有功功率计算：无功功率计算: 视在功率计算: 计算电流： 下面以铸造车间为例计算：动力部分的计算： kvar 照明部分的计算： 小计： 计算各车间的动力和照明计算负荷如表2-1所示。 表2-1 各车间参数和计算负荷厂房编号编号名称负荷性质设备容量kW需要系数功率因数Tan计算负荷P30(kw)Q30(kvar)S30(KVA)I30（A)1铸造车间动力3000.40.71.02120122.4171.4260.4照明60.71.004.204.26.3812车间锻压动力5000.30.651.17150175.4230.8350.7

12、照明80.71.005.605.68.5083金工车间动力5000.30.651.17150175.4230.8350.7照明90.71.006.306.39.5724工具车间动力3000.30.61.3390120150227.9照明70.71.004.904.97.4455电镀车间动力3000.60.80.75180135225341.9照明70.71.004.904.97.4456热处理车间动力2000.60.80.7512090150227.9照明80.71.006.406.49.7247装配车间动力1000.40.71.024040.8157.1486.82照明70.71.004.9

13、04.97.4458焊接车间动力2000.30.651.176070.1592.31140.3照明40.71.002.802.84.2549锅炉房动力800.60.651.174856.1273.85112.2照明20.71.001.401.42.127生活区照明2000.71.001400140212.72.2 全厂负荷计算 用需要系数法计算全厂负荷。取同时系数=0.90。 动力部分：120+150+150+90+180+120+40+60+48=958KW 照明部分：4.2+5.6+6.3+4.9+4.9+5.6+4.9+2.8+1.4+140=180.6KW 全厂有功功率： 0.9

14、15;(958+180.6)=1024.74KW 全厂无功功率：=0.95x(122.4+175.4+175.4+120+135+90+40.81+70.15+56.12) =936.02KVAR 无功补偿计算：由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为： 这时低压侧的功率因数为: 为使高压侧的功率因数，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.92，取：,要使低压侧的功率因数由0.769提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为： 取:=600则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为： 变压器的功率损耗为： 补偿后高压侧的计算负荷为： 补偿后高压侧的功率因数为 ，满足要求。2.3 年耗电量的估算年

15、有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量： 年无功电能耗电量： 结合工厂的情况，年负荷利用小时数为4000h，取年平均有功负荷系数，年平均无功负荷系数。由此可得工厂：年有功耗电量：年无功耗电量：2.4 负荷等级确定根据用电设备在工艺生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常可分为三个等级：一级负荷：为中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复带来极大的政治经济损失者。一级负荷要求有两个独立电源供电。本矿属于国有能源部门，其中断供电将有可能造成人员伤亡及重大经济损失，属于一级负荷。 二级负荷：为中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱且需较长时间

16、才能恢复或大量产品报废，重要产品大量减产造成较大经济损失者。二级负荷应由两回线路供电，但当两回线路有困难时（如边远地区）允许由一回架空线路供电。 三级负荷：不属于一级和二级负荷的一般电力负荷，三级负荷对供电无特殊要求，允许长时间停电，可用单回线路供电。 该厂的铸造车间、锻压车间和锅炉房属于二级负荷，其余的均为三级负荷。 二级负荷的计算： 可见二级负荷所占的比例较大。第3章 变压器选择及主接线设计3.1变电所主变压器台数的选择变压器台数的选择应考虑一下原则：1） 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器法伤故障或者检修时，另一台变压器能

17、对一二级负荷继续供电。对职业二级而无一级负荷的变电所，也可以采用一台别有情趣，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。2） 对季节货昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两台变压器。3） 除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相对较大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。4） 在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。结合工厂的情况，经过上面的计算可知，二级负荷所占的比例较大，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。 3.2变电所主变压器容量选择每台变压器的

18、容量应同时满足以下两个条件：（1）任一台变压器单独运行时，宜满足：（2）任一台变压器单独运行时，应满足：，即满足全部一、二级负荷需求。所以，该厂的铸造车间、锻压车间和锅炉房属于二级负荷，其余的均为三级负荷，经计算，该厂的二级负荷为447.5KVA故，满足全部一、二级负荷。所以变压器的时机容量取最大，为满足使用要求，同时又考虑到未来510年的负荷发展，初步取考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC9系列树脂浇注干式变压器。型号：S9-1000/35 ，其主要技术指标如下表所示：变压器型号额定容量/额定电压/kV联结组型号损耗/kW空载电流I%短路阻抗U%高压低压空载负载S9-1000/351

19、000350.4Yyn01.4512.151.46.53.3 变电所主接线设计方案一单母线不分段接线如图3-1所示。 图3-1 电气主接线方案一方案二单母线分段接线如图3-2所示 图3-2电气主接线方案二方案一种采用单母线不分段接线，虽然简单，但其可靠性不高。当母线需要检修或者发生故障时，会导致所有用电设备停电。且变电所的负荷大部分均为类、类负荷，因此方案一中的单母线不分段接线不能满足类、类负荷供电可靠性的要求。方案二中采用单母线分段接线的两段母线可看成是两个独立的电源，提高了供电的可靠性。可以保证当任一母线发生故障或检修时，都不会中断对类负荷的供电。综合比较本矿的35kv侧采取全桥形式的主接

20、线，全桥型接线灵活可靠。380V侧则选用单母线分段接线。3.4变电所位置的选择 变电所的位置选择应根据选择原则，经技术、经济比较后确定。1、 变电所位置的选择原则： (1) 尽可能接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；(2) 考虑电源的进线方向，偏向电源侧；(3) 进出线方便；(4) 不应妨碍企业的发展，考虑扩建的可能性；(5) 设备运输方便；(6) 尽量避开有腐蚀气体和污秽的地段；(7) 变电所屋外配电装置与其他建筑物之间的防火间距符合规定；(8) 变电所建筑物、变压器及屋外配电装置应与附近的冷却塔或喷水池之间的距离负荷规定。2、 负荷中心的确定用负荷功率矩法确定

21、负荷中心。如图3-1所示为铜冶炼厂平面图选直角坐标系如图所示，假设各车间负荷分布均匀，则各车间的负荷中心即为车间平面几何中心，在所选直角坐标系中确定各车间负荷中心坐标，计算总厂负荷中心。各车间的总的有功功率及负荷中心坐标12345功率Pi/w124.2155.6156.394.9184.9坐标(x,y)(2.3,3.5)(2.7,5.8)(4.8,8.2)(7.2,2.4)(7.7,4.5)678910(生活区)功率Pi/w125.644.962.849.4140坐标(x,y)(8.1,6.5)(8.6,8.4)(11.4,2.7)(11.9,4.5)(0.9,9)则负荷中心坐标为：第4章 短

22、路电流计算供电系统应该正常地不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。短路就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。短路电流通过电气设备时，设备温度急剧上升，过热会使绝缘加速老化或损坏，同时产生很大的点动力，使设备的载流部分变形或损坏，因此选择设备时要考虑它们对短路电流的稳定性，所以我们以最严重的短路三相短路为例，计算短路电流。工厂的供电系统简图如图4-1所示。工厂采用两路电源进线供电，一路由附近一条35kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线牌号为LGJ120导线为等边三角形排列，线距为1m；干线首端（

23、即电力系统的馈电变电电站）距离工厂约20km，该干线首端所装高压断路器1000MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s；另一路为与工厂高压侧有电气联系的架空线路总长度达100km，电缆线路总长度达80km。下面计算工厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。 图4-1 供电系统简图下面采用标幺值法进行短路电流计算。4.1.确定基准值取，所以有： 4.2计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的电缆电抗）1) 电力系统的电抗标么值： 2) 架空线路的电抗标么值：查手册得

24、，因此：3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得.5，因此： 可绘得短路等效电路图如图4-2所示。图4-2 短路等效电路图1.计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1) 总电抗标么值：2) 三相短路电流周期分量有效值： 3) 其他三相短路电流： 4) 三相短路容量：2.计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1) 总电抗标么值; 2) 三相短路电流周期分量有效值：3) 其他三相短路电流： 4) 三相短路容量：短路计算结果短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVAk-12.2795.8113.441146.1k-236.6867.4939.

25、9825.42 第5章 电气设备选择5.1一次设备选择的原则供配电系统中的一次设备是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的，一次设备的选择，除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外，还应满足在短路故障时不至损坏的条件，开关电器还必须具有足够的断流能力，并能适应所处的位置、环境温度、海拔高度。以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。一次设备的选择应遵循以下3个原则。(1) 按工作环境及正常工作条件选择电气设备；(2) 按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定；(3) 开关电器断流能力校验。5.2变电所高压一次设备的选择 高压母线 1）选择母线型号：TMY-3（504） 2）高压母线热稳定性校

26、验校验条件： A=查产品资料，得铜母线的C=171，取。母线的截面： A=504=200允许的最小截面： 从而，该母线满足热稳定性要求 。（2） 高压电缆1）选择电缆型号：YJV-350 2) 高压电缆的热稳定性校验校验条件： A=允许的最小截面： 所选电缆YJV-350的截面 A=50从而，该电缆满足热稳定性要求 。（3）高压断路器高压侧计算电流=18.91A，户内变电所，故选择户内少油型断路器ZN12-35/1250型，其有关技术参数及装设地点的电气条件和计算结果列于表5-1中，从中可以看出断路器的参数均大于装设地点的电气条件，故所选断路器合格。表7-1 高压断路器选择校验表序号SN10-

27、10I/630选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据135KV35KV合格21250AI3018.91A合格331.5KA2.279KA合格463KA5.811KA合格5合格（4）高压熔断器熔断器没有触头，而且分断短路电流后熔体熔断，故不必校验动稳定和热稳定。仅需校验其断流能力。高压侧需要保护电力变压器和保护电压互感器的熔断器。 保护电力变压器的熔断器选择考虑到变压器的正常过负荷能力（20%左右）、变压器低压侧尖峰电流及变压器空载合闸时的励磁涌流，熔断器熔体额定电流应满足=16.50A所以可取100A，又熔断器额定电流应不小于熔体的额定电流，所以选RW5-35/100400型高压熔断器。

28、校验：最大断开电流=12KA=2.279KA 保护电压互感器的熔断器选择因为电压互感器二次侧电流很小，故选择RN2-10/0.5型专用熔断器做电压互感器短路保护。其熔体额定电流为0.5A，可作为电流互感器的短路和过负荷保护设备使用。校验：最大断开电流=85KA=2.279KA高压隔离开关由于隔离开关主要是用于电气隔离而不能分断正常负荷电流和短路电流，因此，只需要选择额定电压和额定电流，校验动稳定和热稳定。查附表选择GN2-35T/400型高压隔离开关。其有关技术参数及装设地点的电气条件和计算结果列于表5-2中，从中可以看出高压隔离开关的参数均大于装设地点的电气条件，故所选高压隔离开关合格。表5

29、-2 高压隔离开关选择校验表序号GN2-35T/400选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据135KV35kV合格2400AI3018.91A合格314KA2.279KA合格452KA5.811KA合格5合格（5）电流互感器根据安装地点和工作要求选择LCW-35-50/5型电流互感器。=160。有关技术参数及装设地点的电气条件和计算结果列于表5-3中，从中可以看出电流互感器的参数均大于装设地点的电气条件，故所选电流互感器合格。表5-3 电流互感器选择校验表序号LCW-35-50/5选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据135KV35KV合格250/5AI3018.91A合格3=11

30、.3KA5.811KA合格4合格（6）电压互感器电压互感器的一、二次侧均有熔断器保护，所以不需要校验短路动稳定和热稳定。按装设地点环境及工作要求选择JSJW-35型电压互感器。（7）高压开关柜高压开关柜是成套设备柜内有断路器、隔离开关、互感器设备等。高压开关柜主要选择开关柜的型号和回路方案号。因厂区有二级负荷，选择KYN-35型移开式开关柜。其额定电压、额定电流等均满足要求。（8）变压器型号在第3章已选，型号为SC9-1000/35。（9）避雷器型号由高压开关柜决定，避雷器型号为FCD3-35。5.3 变电所低压一次设备的选择低压熔断器低压熔断器通常接在被保护的设备前或接在电源引出线上。当被保

31、护区出线短路故障或过电流时，熔断器熔体熔断，使设备与电源隔离，免受过电流损坏。以铸造车间为例选择动力和照明干线的低压熔断器。动力线路选择RT0-400/300型低压熔断器。校验：额定工作电压380V线路电压380V；额定工作电流300A线路计算电流260.4A；最大分段电流50KA。照明线路选择RM10-15/10型低压熔断器。校验：额定工作电压380V线路电压220V；额定工作电流10A线路计算电流6.381A；最大分段电流1.2KA。各车间选择原则同上，低压熔断器型号见表5-4。表5-4 各车间低压熔断器型号编号名称类别I30(A)额定电流（A）低压熔断器型号熔断器熔体1铸造车间动力260

32、.4400300RT0-400/300照明6.3811510RM10-15/102锻压车间动力350.7600400RT0-600/400照明8.5081515RM10-15/153金工车间动力350.7600400RT0-600/400照明9.5721515RM10-15/154工具车间动力227.9400300RT0-400/300照明7.4451515RM10-15/155电镀车间动力341.9400400RT0-400/400照明7.4451515RM10-15/156热处理车间动力227.9300250RT0-300/250照明9.7241515RM10-15/157装配车间动力86

33、.82200100RT0-200/100照明7.4451515RM10-15/158机修车间动力140.3200150RT0-200/150照明4.2541510RM10-15/109锅炉车间动力112.2200150RT0-200/150照明2.127156RM10-15/6生活区照明212.7400250RM10-400/250低压断路器低压断路器选择的一般原则：Ø 低压断路器的型号及操作机构形式应符合工作环境、保护性能等方面的要求；Ø 低压断路器的额定电压应不低于装设地点线路的额定电压；Ø 低压断路器的额定电流应不小于它所能安装的最大脱扣器的额定电流。下面以

34、铸造车间为例选择动力和照明干线的低压断路器。Ø 动力线路选择DW15-400/300型低压断路器。校验：额定工作电压380V线路电压380V；脱扣器额定电流电流300A线路计算电流260.4A；低压断路器额定电流400A脱扣器额定电流300A额定运行断路分断能力25KA。Ø 照明线路选择DZ20-100/20Y型低压断路器。校验：额定工作电压380V线路电压220V；脱扣器额定电流电流20A线路计算电流6.381A；低压断路器额定电流100A脱扣器额定电流20A额定运行断路分断能力14KA。各车间选择原则同上，低压断路器型号见表5-5。表5-5 各车间低压断路器的型号编号名称类别(A)额定电流（A）低压熔断器型号断路器脱扣器1铸造车间动力260.4400300DW15-400/300照明6.38110020DZ20-100/20Y2锻压车间动力350.7600400DW15-600/400照明8.50810020DZ20-100/20Y3金工车间动力350.7600400DW15-600/400照明9.57210020DZ20-100/20Y4工具车间动力227.9400300DW15-400/300照明7.44510020DZ20-100/20Y5电镀车间动力341.9600400DW15-