35KV高压变电所的设计

1、1 原始数据分析.2 设计题目.21.2 设计要求.22负荷计及功率因数补偿计算.4负荷计算的意义.4功率因数计算和补偿.63总配电所主接线方案的设计.9变电所位置确定.9总配电所主结线方案的设计.104短路计算.11概述.11短路计算.115电器设备的选择校验.155.1 电器设备的选择校验要求.15设计总结.24致谢.25参考文献.26附表.271 原始数据分析1.1 设计题目某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计要求根据本厂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，确定变电所的位置和类型，确定变电所主变压器的台数和

2、容量、类型，选择变电所主接线方案，绘出设计图样。1工厂总平面布置图。2工厂生产任务、规模及产品规格本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、锻压、铆焊毛坯件为主体。年生产规模为铸钢件10000t，铸铁件3000t，锻件1000t，铆焊件2500t。3工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量 如下表所示。工厂各车间380V负荷情况序号车间名称设备容量Kdcos计算负荷P30Q30S30kWkWkvarkVA1铸钢车间20002铸铁车间1000砂库110小计3铆焊车间12001#水泵房28小计4空压站390机修车间150锻造车间220木型车间186制材场20综合楼201

3、小计5锅炉房3802#水泵房28仓库（1、2）88污水提升站14小计 表1-1工厂简介及设计要求供电电源及供用用电协议：1）工厂电源从供电部门某220/35kV变电站以35KV双回架空线路引入本厂提供电源，其中一条线路作为工作电源，另一路作为备用电源。两个电源不并列运行。变电站距厂东侧8Km。2）电力系统短路数据，如表3所示。其供电系统图，如下图1所示。区域变电站35KV母线短路数据系统运行方式系统短路容量系统运行方式系统短路数据系统最大运行方式S=200MVA系统最小运行方式S=175MVA 表1-21.3.2 工厂平面布置图：图1-32 负荷计算及功率因数补偿计算电力装备设计部门对机械设备

4、进行电气配套设计时总有一定的裕度，即使电动机功率完全门分机械计算的配套要求。在工厂中使用的情况不同，也会影响到电力负荷的大小，但是这种电气计算负荷还必须认真地确定因为它的浓度程度，直接影响整个工厂供电设计的质量 3 。如计算过高，将增加供电设备的容量，浪费有色金属，增加初投资。计算过低则可能使供电元件过热，加速其绝缘损坏增大电能影响供电系统的正常运行。还会给工程扩建将来很大的困难。更有甚者，由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂计算负荷为基础的国家电力系统的建设，将给国民经济带来很大的浪费和危害，而且使电力系统的建设和运行受到影响，给国民经济带来很大损失。所以对于本设计来说，负荷计算

5、尤其重要。2.1.1 荷计算的方法常用负荷计算的方法：(1)需要系数法(2)二项式系数法(3)形状系数法。在此次设计中，设备台数较多，各台设备容量相差不太悬殊，所以考虑采用需要系数法。需要系数法的主要步骤：(1)将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。(2)查出各组用电设备相应需要系数及对应的功率因数。(3)用需要系数法求车间或全厂的计算负荷时，需要在各级配电点乘以同期系数K。负荷计算的主要公式有：1）有功计算负荷（单位为KW）2）无功计算负荷（单位为KVar）3)视在计算负荷（单位为KVA）4)计算电流（单位为A）Un为车间或工厂的用电设备配电电压（单位为KV）车间负荷计算序号车间名称

6、负荷容量（KW）需要系数（Kd）功率因数tan计算负荷P30/kwQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸钢车间200080093612312铸铁车间1000400352-沙库11077-小计1110-4773铆焊车间1200360水泵房2821小计1228-3814空压站390机修车间150锻造车间22066木型车间126制材车间20综合楼2010180小计826-5锅炉房300225水泵房2821仓库88污水提升站14小计430-KK1396表2-1 2.2 功率因数计算和补偿在工厂供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下，无功功率增大，即供电系统的功率因数降低将会引起： (1)系统中

7、输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了投资费用；(2)由于无功功率的增大而引起的总电流的增加，使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大；(3)由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流，因此总电流增大，就使的供电系统中的电压损失增加，使得调压困难；(4)对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，使发电机转子的去磁效应增加，电压降低，过度增大激磁电流，从而使转子绕组的温升超过允许范围，为了保证转子绕组的正常工作，发电机就不能达到预定的效果 。无功功率对电力系统及工厂内部的供电系统都有不

8、良的影响。因此，供电单位和工厂内部都有降低无功功率需要量的要求，无功功率的减少就相应地提高了功率因数。供电单位在工厂进行初步设计时对功率因数都要提出一定的要求，它是根据工厂电源进线、电力系统发电厂的相对位置以及工厂负荷的容量决定的。根据全国供用电规则的规定，本设计要求用户的功率因数cos 0.9。供电单位对工厂功率因数这样高的要求，仅仅依靠提高自然功率因数的办法，一般不能满足要求。因此，工厂便需要装设无功补偿装置，对功率因数进行人工补偿。由上表可知，可知该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.64而要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗

9、，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，赞取0.92来计算380V侧所需的无功功率补偿容量：Qc×（1.2-0.43）=11kvar 采用GR-1型补偿屏，并联电容器为BWF-10.5-100-1W型采用其方案一（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总共容量 120×6kvar×5=1200kvar。因此无功补偿后工厂10V侧的负荷计算如下表所示：项目 COS计算负荷/KW/Kvar/kvA/A10KV侧补偿前负荷136910KV侧无功补偿容量-120010KV侧补偿后负荷1369主变压器功率损耗35kv侧负荷计算2 表2-2由于该厂的负荷属于二级负

10、荷，对电源的供电可靠性要求较高，且集中负荷较大，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，所以选两台变压器。2.2.2 变压器的容量计算与选择1） 无功补偿器的容量及型号 功率因数的计算 COS=P/S=1396/2212.5=0。64; tg。 2）计算无功补偿容量 根据功率因数考核基准值0.9的要求，应将本站功率因数补偿至0.92。所以补偿电容值为 QC=(tg- tgC×（1.2-0.43）×2212.5=1192.6kvar 选用的补偿电容型号及台数：GR-1型高压电容器柜01方案1台和方案03号放电互感器柜组合。 装

11、有两台主变压器的变电所每台容量不应小于总的计算负荷的60%，最好为总计算负荷的70%左右，即同时每台主变压器容量不应小于全部一、二级负荷之和,即（不应小于全部一、二级负荷之和）×（0.6-0.7）=（1236.8-1448.8）KVA因此选两台SL7-1250/35电变压器。工厂二级的备用电源亦由与邻近单位相连的高压联络线来承担。主变压器的链接组别均采用Y/d11.型号额定电压/KV损耗/W阻抗电压（%）联结组别空载电流 (%)高压低压空载负载SL7-1250/3535102200Y/d11表2-33总配电所主接线方案的设计 3.1 变电所位置确定变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心

12、，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。工厂的负荷中心假设在P(,),其中P=+=。因此仿照力学中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标： （3-1） （3-2）把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到=68，= 113。由计算结果可知，工厂的负荷中心在铸钢车间的西北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在水泵房的西南方向装设主变压器。3.2 总配电所主结线方案的设计4 短路计算 4.1 概述 工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是由于各种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路.发生短路时，因短路回路的总阻抗非

13、常小，故短路电流可能达到很大值。强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电气设备遭受破坏，短路点的电弧可能烧毁电气设备，短路点附近的电压显著降低，使供电受到严重的影响或中断。若在发电厂附近发上短路，还可能会使电力系统运行解列，引起严重后果。此外，接地短路故障所造成的零序电流会在邻近的通信线路内产生感应电动势，干扰通信，亦可能危及人身和设备安全。因此为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围，在供电系统的设计和运行中，必须进行短路电流计算，已解决下列技术问题。1）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度；2）设置和整定继电保护装置，使之正确的切除短路故障；3）确定限流措施，当短

14、路电流过大造成设备选择困难或不够经济时，可采取限制短路电流的措施；4）确定合理的主接线方案和主要运行方式等。4.2 短路计算短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。短路计算常用的方法有两种：有名值法和标幺值法。对于低压回路中的短路，由于电压等级较低，一般用有名值法计算短路电流。对于高压回路中的短路，由于电压等级较多采用有名值法计算时，需要多次折算，非常复杂。为了计算方便，在高压回路短路中，通常采用标幺值法计算短路电流。故本次设计选择标幺值法进行短路电流计算。4.2.1 绘制计算电路（如图4-1）图4-1 4.2.2 确定基准值 设=100MVA,=，=3

15、6.75kv，=10.5kv， =144 KA4.2.3 计算短路中各元件的电抗标幺值1）电力系统2）架空线路 查表得LGJ-150的而线路长8km，故8）100MVA/3）电力变压器 查表得7%(短路阻抗值，下同) 故 (7/100)4）车间变电所的电抗标幺值 车间变电所 查表得=4.5%因此绘制等效电路如图（4-2） 图4-24.2.4 计算k-1点的短路电路总抗及三项短路电流和短路容量1）总电抗标幺值2）三相短路电流周期分量有效值3）其他短路电流 3.4 KA 4）三相短路容量4.2.5 计算k-2点的短路电路总电抗及三项短路电流和短路容量1）总电抗标幺值2）三相短路电流周期分量有效值

16、1.79 KA3）其他短路电流4）三相短路容量4.2.6 计算k-3点的短路电路总电抗及三项短路电流和短路容量1）电抗标幺值2）三相短路电流周期分量有效值3）其他短路电流4）三相短路容量最大运行方式下短路计算点三相短路电流三相短路容量/KA/KA/KA/KA/KA/MVAk-1k-2 表4-3 5设备的选择与校验5.1 设备的选择校验要求 为了保证一次设备安全可靠的运行，必须按下列条件选择和校验：1.应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展。2.应满足安装地点和当地环境条件校核。3.应力求技术先进和经济合理。4.同类设备应尽量减少品种。5与整个工程的建设标准协调一致。式鉴定的新

17、产品应经上级批准。技术条件：选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。1）电压 选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压。2）电流选用的电器额定电流不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流。5.2 设备校验的一般原则1.电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。2.用熔断器保护的电器可不校验热稳定。5.2.1 短路热稳定校验短路热稳定校验就是要求所选的电器，当短路电流通过它时，其最高温度不应超过制造厂规定的短路时发热允许温度，即：I2RtjIt2Rt或 I2tjIt2t式中 I2

18、Rtj短路电流所产生的热量； I2Rt 电器在短路时的允许发热量,制造厂通常以t秒（通常为1，4，5 秒）内通过的电流It所产生的热量表示；tj短路延续时间,秒tj=td tfd =tb+tfd式中 td短路延时时间 tb主保护动时间tfd断路器分闸时间如果缺乏断路器分闸时间数据，当主保护为速动时，短路电流可取下列数据；对于快速及中速短路器，td秒。对于低速断路器 td=0.2 秒。此外当td1秒时，可认为td= tj5.2.2 动稳定校验电动力稳定是指电器承受短路电流引起机械效应的能力，在校验时，用短路电流的最大幅值与制造厂规定的最大允许电流进行比较即： ich imax或：Ich Ima式

19、中 Ich，ich 短路冲击电流及其有效值； Imax，imax电器极限通过电流的最大值及有效值。 5.2 电气设备的校验与定型5.2.1 母线选择校验1.35KV母线选择校验 1） 母线形式确定 由于正常工作时流经母线的电流因此应选择矩形铝导体。 2） 母线截面积选择 按经济电流密度选择，由于该工厂为三班制工作是制度所以Tmax=6000h，铝导体经济电流密度0.9A/mm2， 截面则应选择Sj=Ig/0.9=69.1 /=77mm2; 本方案按按经济电流密度选择母线型号： LGJ953） 热稳定校验 t取0.35，70时C=87 Smin=1012×2.10KV母线选择校验 1）

20、 母线形式确定 由于正常工作时流经母线的电流 因此应选择矩形铝导体。 2） 母线截面积选择 按经济电流密度选择，Tmax=6000h，铝导体经济电流密度0.9A/mm2， 截面则应选择Sj=Ig/0.9=69.1 /0.9=77mm2; 本方案按按经济电流密度选择母线型号： LMY-20×33） 热稳定校验 t取1，70时C=87 Smin=1012/87=11.8 mm2 所选导体截面77mm2>11.8mm2,故满足热稳定条件级别母线型号截面/mm2热稳定/mm235KV LGJ959510KVLMY-20×320×3 表5-15.2.2 35KV侧电器

21、设备选择校验1）热稳定的校验s2）动稳定的校验3） 开断能力 1.高压隔离开关 初选型高压隔离开关动稳定校验： 热稳定校验： 102×5=500 校验结果：该隔离开关符合要求型高压隔离开关的主要技术参数型号 基本参数电压电流断流能力动态定度热稳定度35kVA35KV630A-10(5s)表5-2 2.高压断路器由4.2.4的计算结果： 动稳定： 即2.25KA<16KA热稳定校验： 即 162×4=1024 校验结果：可知该断路器符合要求。SN10-35型高压的断路器要技术参数 型 号 基本参数电压电流断流能力动态定度热稳定度35kVASN103535KV100016

22、KA4OKA16(4s)表5-33.高压熔断器 初选RN1-35型户外高压限流熔断器，其适用于交流50Hz，额定电压10kV-35kV-66kV的输电线和电压互感受器的短路和过载保护。熔断器不需要坚定其热稳定和动稳定RW1035型户外高压限流熔电器的主要技术参数型号 基本参数电压电流断流能力动态定度热稳定度35kVARN1-3535kV40A-表5-44.电流互感器初选LCJ-35型装入式电流互感器,适用于交流50Hz，额定工作电压35kV的电力系统中，作为电流电能测量及继电保护使用。热稳定校验：×65×200×热稳定校验： （其中t取1） 150×20

23、0=30KA×结果：校验合格LCZ35电流互感器的主要技术参数额定一次电流（A）额定二次负荷（Cos=0.8）额定电流/A1s热稳定倍数动稳定倍数0.5 级1 级3 级一次二次2002-2200565150 表5-55.电压互感器初选JDZJ-35型电压互感器，适用于交流50Hz、35kV中性点不直接接地的电力系统，供继电保护和信号装置的电源用。JDZJ35电互感器的主要技术参数型号额定一次线圈（V）额定二次线圈（V）额定电压辅助线（V）额定容量3级（VA）额定容量1级（VA）（VA）最 大容 量（VA）JDZ356002501501200表5-6以上电气设备经过计算结果的对比和校验

24、，所选的电气设备的各项性能指标都符合供电系统的基本要求，所以本次设计中选择的35KV侧供电设备清单如下表：所选电器设备的基本参数选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度装置地点条件参数数据35kV一次设备型号规格额定参数高压断路器SN10-3535kV1000A40 kA高压隔离开关/63035kV630A-25.5 kA高压熔断器RN2-3535kV50 kA-电压互感器JDJ-35-电压互感器JDZJ-35-电流互感器LCJ-3535kV100/5A-=81避雷针FS4-3535kV-户外隔离开关GW4-35/40035kV400A-80KA 表 5-75.2.310KV侧供电设备选择

25、校验步骤同5.2.3计算过程 ，选择结果如下：选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度装置地点条件参数数据10kV一次设备型号规格额定参数高压少油断路SN10-10I/63010kV630kA16kA40 kA高压隔离开关GN19-10C/100010kV1000A-10 kA高压熔断器RN2-1010kV50 kA-电压互感器JDJ-10-电压互感器JDZJ-10-电流互感器LQJ-1010kV100/5A-KA=81避雷针FS4-1010kV-户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA 表5-835kV高压进线和引入电缆的选择.1 35kV高压进线的选择校验采用LGJ型

26、钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。a).按发热条件选择由A及室外环境温度33°，查表得，初选LGJ-35,其35°C时的=149A>,满足发热条件。b).校验机械强度查表得，最小允许截面积=25mm2，而LGJ-35满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。5.3.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJLV22-10000型交联聚乙烯绝缘的四芯(加铜芯)电缆之间埋地敷设。a)按发热条件选择由=A及土壤环境25°，查表得，初选缆线芯截面为的交联电缆，其=149A>,满足发热条件。b)校验热路稳定按式，A为母线截面积

27、，单位为；为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为；C为材料热稳定系数；为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A；短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中=2250A，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=77，把这些数据代入公式中得A=25。因此JL22-10000-3 25电缆满足要求。以上为本次设计中所选的相关供电设备，为保证系统的安全稳定运行、满足工厂生产要求及减少电网损耗，根据国家对工厂用电的相关要求和有关规定同时结合该冶金机械修造厂的用电需求我们做如上设计。其中可能在数据处理方面的精度要求各有不同所以导致在选择控制和保护的电器设备时存在误差，造成经济方面需求过大。计总结 课程设计是检验我们本学期学习的情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定，它要求我们充分发掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的工厂供电系统。 通过这次课程设计，使我得到了很多的经验，并且巩固和加深以及扩大了专业知识面，锻炼综合及灵活运用所学知识的能力，正确使用技术资料的能力。知识系统化能力得到提高,设计过程中运用了很多的知识，因此如何将知识系统化就成了关键。如本设计中用到了工厂供电的绝大多数的基础理论和设计方案，因