某工厂10kV车间变电所电气部分设计-供电技术课程设计报告

供电技术课程设计报告班级：电1201—4班指导教师：杜立强电气与电子工程学院摘要 误!未定义书签。一课程设计题目 2二本次课程设计应达到的目的 2三、本次课程设计任务的主要内容和求 21.全厂计算负荷 32.无功功率补偿 33.主变压器台数和容量、类型的选择 44.变电所主接线方案的设计 65.短路电流的计算 76.变电所一次设备的选择与校验 7.变电所进出线的选择与校验 8.心得体会 9.参考文献 1本设计的题目为“某工厂10kV车间变电所电气部分设计”。设计的主要内容包括：10/0.4kV变电所主变压器选择；变电所电气主接线设计；短路电流计算；负荷计算；无功功率补偿；电气设备选择(母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和补偿电容器);配电装置设计；继电保护规划设本次设计的内容紧密结合实际，通过查找大量相关资料，设计出符合当前要求的变电所。本变电所对低压侧负荷的统计计算采用需要系数法；为减少无功损耗，提高电能的利用率，本设计进行了无功功率补偿设计，要求厂总负荷的月平均功率因数不低于0.92。短路电流的计算包括短路点的选择及其具体数值计算；而电气设备选择采用了按额定电流选择，按短路电流计算的结果进行校验的方法；继电保护设计主要是对变压器进行电流速断保护和过电流保护的设计计算；配电装置采用成套配电装置；本变电所采用避雷针防直击雷保护。关键词：短路电流计算，继电保护，接地装置，变压器2一、课程设计题目某制药厂10KV变电站电气部分的设计工厂供电课程设计是在《供电技术》课程学完结束后的一次教学实践环节。课程设计是实践教学环节的重要组成部分，其目的是通过课程设计加深学生对课程基本知识的理解，提高综合运用知识的能力，掌握本课程的主要内容、工程设计或撰写论文的步骤和方法。围绕课本内容培养学生独立进行工业供电系统和建筑供电系统电气部分设计计算能力，包括供电系统设计计算能力和电力设备选择能力。培养学生理论联系实际的能力，加强供电专业知识的认识水平。锻炼和培养学生分析和解决电力供电专业技术问题的能力和方法。三、本次课程设计任务的主要内容和要求(包括原始数据、技术参数、设计要求等)及以下变电所设计规范》及GB50054-2011《低压配电设计规范》DL/T620、621-1997等规范，进行工厂供电设计。做到“安全、可靠、优质、经济”的基本同时还要注意电能和有色金属的节约等问题3.2设计依据路备用。热电四厂10kv出线母线短路容量为200MVA,该路线路长为：架空线采用高压架空绝缘线LYJ—3x150mm²,长度1.2KM,引至厂区北边，然后换用YJLV₂₂型高压交联聚乙烯电缆直埋至高压配电室内。热电四厂10KV母线的定时限过电流保护装置整定为1.2秒。酵母生产厂变电所内设有两台变压器，容量3.2.2其它条件石家庄供电局要求在10KV电源进线处装设计量电费的专用仪表，要求厂总负荷的月平均功率因数不低于0.92。当地最热月平均最高气温为35℃'。总配电所周围无严重粉尘和腐蚀性气体。有功功率：P3o=Kzp*EP₃o3序号称数量n容量需要系数计算负荷Q₃oA1制冷站2空压站3干燥4型5装6搅拌7理8滤9心试验室照明办公楼宿舍楼车间总计132.无功功率补偿4功率耗损△PT,一般△QT=(4~5)△PT,因此，在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90,这里取cosφ=0.92。要使低压侧功率因数由0.77提高到0.92,低压侧需装设的并联电容容量为：由上式可以看出，在变电所低压侧装设了无功补偿装置以后，由于低压侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器容量减小一些，这不仅可降低变电所的初投资，而且还可以减少工厂的电费开支。(1)补偿前的变压器容量和功率因数(2)无功补偿容量而由上面计算可知cosφ=0.77,低于0.92,因此必须进行无功补偿。考虑到变压器本身的无功功率损耗△QT远大于其有功功率耗损△PT,一般△QT=(4~5)△PT,因此，在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90,这里取cosφ=0.92。要使低压侧功率因数由0.77提高到0.92,低压侧需装设的并联电容容量为：Qc=1663.66×(tancos-10.77-tancos-10(3)补偿后的变压器容量和功率因数补偿后的变电所视在计算负荷为因此主变压器容量可选1900kV-A。比补偿前减少了400kV-A变压器的功率损耗为：△Pr=0.01S₃o(2)=0.01×1805.69=18.06kW3.主变压器台数和容量、类型的选择3.1(一)变电所电压器台数的选择1.总降压变电所*进线为35-110KV的台数选择：一般选两台。若一路进线，另一路可以从6-10KV获得时，可选一台总降压5变压器。(1)对有一二级负荷的变电所选择两台变压器；仅有二级负荷无一级负荷时，选一台，但在低压应有从其他变电侧联系的备用线或者自备电源。(2)对昼夜负荷变化较大的或季节性负荷变动较大的，选择两台变压器。3.一般车间变电所宜采用一台变压器，但是负荷集中且容量相当大的变电所虽然只为三级负荷，也可采用两台或者多台。4.确定车间变电所变压器的台数，应考虑负荷发展，留有一定的发展空间。(二)变压器容量的选择1.只装一台主变压器的变电所：Sw.r》S₃03.车间变电所主要变压器单台容量上限：单台容量一般不大于1000kVA(或1250kVA),若负荷较大且集中，也可以选2000kVA以下的变压器4.适当考虑发展的需要，应考虑5~10年的发展，留有一定空间。3.2药厂的负荷和电源特性，药厂变电所主变压器可有下列两种方案：(1)设一台主变压器采用型号为S9型，容量根据式S>S₃o=2156.30kVA,即采用一台S9-800/10型低损耗配电变压器。至于二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络(2)设两台变压器采用S9型变压器，每台的容量按照下列公式选择：SN.r=(0.6~0.7)S₃o=Sw.r=(0.6~0.7)2156.30kVA=因此选择两台S9-800/10低损耗配电变压器。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。由于该药厂的负荷为二级负荷，且二级负荷容量较大，对电源的供电可靠性要求高，在经济条件允许的条件下应采用两台变压器，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，故选择两台变压器。主变压器的联结组别均采用Yyn0。64.变电所主接线方案的设计网络结构的重要组成部分，它直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性关系。(1)投资少、运行费用低，有扩建的可能性。(2)接线应力求简单、清晰、操作简便；(3)运行灵活、设备投、停方便、检修、隔离、维护方便；(4)保证对用户供电必要的可靠性；资也小，但其只适用于进、出线回路少，不需再扩建的电厂或变电站。4.3.110kV侧的接线设计方案一：单母线分段接线(1)接线特点：母线按电源的数目和功率，电网的接线及运行方式分段，通常以2—3段为(2)优缺点分析：7(3)适用范围：一般来说单母线分段接线应用在电压等级为6—10KV,出线在6回及以上时，每段所接容量不宜超过25MW。方案二：单母线分段带旁路母线在出线隔离开关外侧，加装一条旁路母线，每一回出线通过一旁路隔离开关与旁母相连；在每段汇流母线与旁母之间加装一台断路器，组成专设旁路断路器②优缺点分析：单母分段带旁路母线的优点是：简单、清晰、操作方便、易于扩建；当检修出线断路器时可不停电检修，其缺点是：当汇流母线检修或故障时，该段母线将10KV电压等级，当有不允许停断路器的要求时，可设置分段断路器兼旁路断路器的旁路母线接线。断路器的旁路母线接线。通过比较方案一比方案二好。通过短路电流计算在变电所的电气设计中，是其中一个重要环节，在选择电气设备时，为保证在正常运行和故障情况下都能安全、可靠工作，需要进行全面的短路电流计算。并将决定是否采用限制短路电流的措施，计算8短路电流，应在最大运行方式下计算，并省略不重要的部分(如系统中的电阻，电容元件，变电器的励磁电流等)且系统正常工作时，三相对称故考虑到短路故障对电力系统运行的严重危害性，为了保证系统的正常运行，在设计和运行中应使电力系统能克服短路故障造成的危害。为此，要进行一系列的短路电流计算，为选择电力系统的接线方式和电气设备选择和整定继电保护装置等准备必要的技术数据。在工程实际中，短路计算的目的如下(1)选择电气设备电气设备在运行中心必须满足动稳定和热稳定性的要求，而设备的动稳定和热稳定性校验则是以短路计算结果为依据的。有时在设计电气主接线时，可能由于短路电流太大而需要选择贵重的电气设备，使投资较大，技术经济性不好，此时就需要采取限制短路电流的措施或其他方法选择可靠而经济的主接线方案。在继电保护装置的设计中，常需多种运行方式下的短路电流值作为整定计算和灵敏度校验的依据。由于电力系统中可能有多个变压器的存在，也就有多个不同的电压等级。因此，不能仅仅将这些简单元件的等值电路按元件原有参数简单地相连，而要进行适当的参数归算，将全系统各元件的参数归算至同一电压等级，才能将各元件的等值电路连接起来，成为系统的等值电路。计算各元件有各值电抗时，必须把不同电压等级各元件的电抗归算到K=待归算侧的实际电压/基本侧的实际电压K=待归算侧的额定电压/基本侧的平均额定电压5.3短路电流的计算9XXG绘制K-1点短路的等效电路，如图，并计算总阻抗为X₂=X₀I(Ue₂/Ue₁)²=0.35×1.2×(0.4/10.5)²X₃=X₄≈U₄%Uz/100S=(5/100)×(0.4²/1002)计算三相短路和短路容量三相短路电流周期分量有效值：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流的有效值在工程设计说明书中，往往只列短路计算表，如表所示点三相短路容量/MVA6.变电所一次设备的选择与校验6.1变电所一次设备的选择的条件与校验的项目i校验热稳定性：为保证电器的热稳定，在选择一般电器时满足电器所允许热tma=tk+0.05s=1.25slamax=55kA,它满足U。》Ug,I₆≥lgmax,lue》I(3)=7.427kA;6.3隔离开关的选择和校验目相同。但由于隔离开关不用来接通和切断短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。(1)根据各类隔离开关的特点及使用环境、条件决定其种类型号。(2)通常规定一般电气设备允许地最高工作电压为设备额定电压的1.1~1.15倍，而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网额定电压的1.15倍。Uy≥Uus2.按短路状态校验1.短路热稳定校验：短路电流通过电器时，电气设备各部件温度(或发热效应)应不超过允许值。满足热稳定的条件为：I、1电气设备允许通过的热稳定电流和时间。6.3.2隔离开关的选取1)110kV隔离开关：∴所选用的GW4-110D/600-50型隔离开关满足要求。2)35kV隔离开关：试选用GN2-35T/400-52型，其技术参数为：U。=35kV,I₀=400A,动稳定∴所选用的GW4—110D/600-50型隔离开关满足要求。3)10kV隔离开关：选择GN10-10T型隔离开关，其参数如下：:U。=10kV,I₀=5KA,动稳定电流峰值I=200KA,其动热稳定性校验同上面的断路器：∴所选用的GN10-10T型隔离开关满足要求。6.4互感器的选择和校验互感器由电流互感器(TA)、电压互感器(TV)组成。互感器是交流电路中一次系统和二次系统间的联络元件，它们统属于特种变压器，所以其工作原理与变压器基本相同。(1)型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择。(2)一次电压U₁:1.1Uy>U₁>0.9Ux即±10%Ux;(3)二次电压：电压互感器二次线电压，应根据使用情况选用所需的二次(4)准确等级：电压互感器应在那一准确等级下工作，需根据接入的测量sn是对应于在测量仪表所要求的最高准确级次下，电压互感器额定容量次级绕组0.1/√3,(3)剩余绕组0.1;二次负荷(VA)(1)1级500,2故选用JDJ-35型，起参数为：额定电压(KV)(1)初级绕组35/√3,(2)次级绕组0.1/√3,(3)剩余绕1级250,3级600。级绕组0.1/√3,(3)剩余绕组0.1/3;二次负荷(VA)(1)0.5级80,1.6.4.2电流互感器1.电流互感器的选择条件1)型式：电压互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。6～20kV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器；35及以上配电装置，一般采用树脂浇注绝缘结构的独立电流互感器；安装处一次回路工作电压；工作电流；I₁w为电流互感器一次侧额定电流。4)准确等级：电流互感器的准确等级与电压互感器相同，需先知电流互感器二次回路接入的测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求最高的表记来选择；Qk;Q=tk;tk=L、t——电气设备允许通过的热稳定电流和时间。2.电流互感器的选择a.10kV侧互感器的选择：①种类和型式的选择：户外②一次回路额定电压和电流选择：Uμ》UusQk7.变电所进出线的选择与校验7.1.1裸导体选择的具体技术条件1)型式：载流导体一般采用铝质材料。对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部，或采用硬铝导体穿墙套管有困难时，以及对铝有较严重的腐蚀场所，可选用铜质材料的硬导体。回路正常工作电流在4000~8000A时，一般选用槽型导体。110kV及以上高压配电装置，一般采用软导线。2)按经济电流密度选择导线截面：C—热稳定系数I。一稳态短路电流(kA)t₃—短路电流等值时间(S)4)电晕电压校验：对110kV及以上裸导体，需要按晴天不发生全面电晕条件校验，即裸导体的临界电压应大于最高工作电压。可不进行电晕校验的最小导体型号及外径，可从相关资料中获得。7.2导体的选择a.110kV架空线①经济截面s,=Imax/J经济电流密度J=1.45A/mm²T=4500hImax=116MVA/√3×110kV=608.9A故而在110kV侧选取TRJ—400型架空线。b.35kV架空线①经济截面s;=Imax/J经济电流密度]=1.45A/mm²T=4500hImax=50MVA/√3×3=824.8As;=824.8/1.45=故而在35kV侧选取TRJ—400型架空线。7.3母线的选择1.110kV母线的选择及校验1).110KV母线的选择载流导体选取规则：110kV的母线长期最高允许的工作电流为2).母