工厂供电课程设计--某电机制造厂总降压变电所主接线设计.doc

工厂供电课程设计 设计题目：某电机制造厂总降压变电所主接线设计学号：姓名： 专业：电气工程及其自动化 班级：10级（1）班目录摘要41.设计题目51.1某电机制造厂总降压变电所及高压配电系统设计52.原始资料52.1设计依据52.2总变电所设计73.负荷计算73.1变电所的负荷计算74.系统主接线方案的选择114.1方案1：单回路高压线路变压器组、低压单母线分段主接线114.2方案2：双回路高压线路变压器组、低压单母线分段主接线114.3方案的比较于选择115.短路电流计算115.1短路计算115.2最大运行方式下的短路点计算125.3最小运行方式下的短路点计算136.高压电气设备的选择146.1 35kV架空线的选择146.2 10kV母线的选择156.3 高压隔离开关的选择166.4 电流互感器的选择176.5电压互感器的选择18总结20参考文献21附录1：方案1主接线方案图22附录2：工厂总平面布置图22摘要为使工厂供电工作很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，本设计在大量收集资料，并对原始资料进行分析后，做出35kV变电所及变电系统电气部分的选择和设计，使其达到以下基本要求：1、安全 在电能的供应、分配和使用中，不发生人身事故和设备事故。2、可靠 满足电能用户对供电可靠性的要求。3、优质 满足电能用户对电压和频率等质量的要求4、经济 供电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。 此外，在供电工作中，又合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，顾全大局，适应发展。按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、GB50059-92 35110kV变电所设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，工厂供电设计遵循以下原则：1、遵守规程、执行政策；遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。2、安全可靠、先进合理；做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进电气产品。3、近期为主、考虑发展；根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。4、全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。关键词：节能配电安全合理发展1设计题目1.1某电机制造厂总降压变电所及高压配电系统设计2原始资料2.1设计依据2.1.1全厂各车间负荷情况汇总表。表2-1车间名称Pe/kWKdcos电机修理车间23000.60.7机械加工车间8800.650.65新品试制车间6500.550.6原料车间5500.350.65备件车间5600.50.7锻造车间1800.60.65锅炉房2600.90.8空压房3020.80.65汽车库560.50.7线圈车间3280.550.65半成品试验车间7500.650.75成品试验车间25640.350.6加压站（10KV转供负荷）2740.550.65设备处仓库（10KV转供负荷）6540.550.75成品试验站内大型集中负荷38740.650.752.1.2供用电协议。1）当地供电部门可提供两种电源：从某220/35KV区域变电站提供电源，该站距离厂南5公里；从某35/10KV变电所，提供10KV备用电源，该所距离厂南5公里。2）配电系统技术数据。（1）区域变电站35KV母线短路数据为：表2-2运行方式电源35千伏母线短容量说明系统最大运行方式时S（3）dmax=580兆伏安系统最小运行方式时S（3）dmin=265兆伏安（2）配电系统 图2-13）供电部门对工厂提出的技术要求：区域变电站35KV馈电线路定时限过流保护装置的整定时间为1.8秒，要求厂总降压变电所的保护动作时间不大于1.3秒。工厂在总降压变电所35KV侧计量。功率因素值应在0.9以上。2.1.3工厂的负荷性质本工厂大部分车间为一班制，少数车间为两班或三班制，年最大负荷利用小时数为2500小时。锅炉房提供高压蒸汽，停电会使锅炉发生危险。由于距离市区较远，消防用水需要厂方自备。因此，锅炉房要求较高的可靠性。2.1.4工厂的自然条件 （1）年最高气温为40，年最低气温5，年平均气温为10。 （2）站所选地址地质以粘土为主，地下水位3-5米。 （3）风向以东南风为主。2.2总变电所设计 1）主结线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，经过概略分析比较，留下2-3个较优方案进行详细计算和分析比较（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。 2）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。 3）主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号、绝缘子等设备的选择及效验。选用设备型号、数量、汇总设备一览表。 4）主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。 5）配电装置设计：包括配电装置形式的选择、设备布置图。 6）防雷、接地设计：包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。3.负荷计算3.1变电所的负荷计算3.1.1用电设备的负荷计算根据设计任务书的要求，按照需要系数法及以下计算公式 得各项数据列表如下（下表数据均为35kV侧）：表3-1用电设备Pe/kWKdCos计 算 负 荷Pj/kWQj/kVASj/kVAIj/A电机修理车间23000.60.713801407.61971.2332.52机械加工车间8800.650.65572669.24880.3814.52新品试制车间6500.550.6357.5475.48594.889.83原料车间5500.350.65192.5225.23296.284.89备件车间5600.50.7280285.6399.966.6锻造车间1800.60.65108126.36166.232.74锅炉房2600.90.8234175.5292.54.83空压房3020.80.65241.6282.67371.856.13汽车库560.50.72828.56400.66线圈车间3280.550.65180.4211.07277.664.58半成品试验车间7500.650.75487.5429649.3810.72成品试验车间25640.350.6897.41193.541493.2724.67加压站（10KV转供负荷）2740.550.65150.7176.32231.953.82设备处仓库（10KV转供负荷）6540.550.75359.7316.54479.157.91成品试验站内大型集中负荷38740.650.750.882518.12215.933357.2055.39合 计7987.48218.6411501.92189.81有功负荷同时系数取无功负荷同时系数取7588.037927.0810527.37173.663.1.2变压器损耗估算Pb=1%Sj=0.0110527.37=105.27kwQb=5%Sj=0.0510527.37=526.37kvar3.1.3无功功率补偿计算从设计任务书的要求可知，工厂35kV高压侧进线在最大负荷时，其功率因素不应小于0.9，考虑到变压器的无功功率损耗Qb，远远大于有功功率损耗Pb，因此，在变压器的10kV侧进行无功功率补偿时，其补偿后的功率因素应稍大于0.9，现设cos=0.95，则10kV侧在补偿前的功率因素为: 因此，所需要的补偿容量为： 选取35kV侧在补偿后的负荷及功率因素计算： 满足了设计任务书的要求，其计算数据如下：项 目cos计算机负荷Pj/kWQj/kvarSj/kVAIj/A（10kV侧）10kV侧补偿前0.6577588.037927.0810527.37607.81需要补偿容量-5000变压器损耗105.27526.3735kV侧补偿后0.9227693.303453.458425138.98表3-2根据设计任务书的要求以及以上计算结果，选取：并联补偿电容为 BWF10.5-100-1型电容器50只。补偿总容量为 100kvar50=5000kvar。3.1.4变压器选择 根据补偿后的总计算负荷（8425kVA），同时考虑工厂5-10年的负荷增长，变压器容量考虑一定的预留，本期工厂负荷能保证变压器运行在60-70%经济负荷区内即可，因此选择型号为：SFZ7-10000-353*2.5%/10.5kV YN,d11的变压器。4.系统主接线方案的选择4.1方案1：单回路高压线路变压器组、低压单母线分段主接线4.2方案2：双回路高压线路变压器组、低压单母线分段主接线4.3方案的比较与选择根据设计任务书的要求，本厂基本负荷为一班制，少数负荷为两班或三班制，属于二级负荷；同时锅炉房供电可靠性要求高，属于一级负荷。主接线的设计必须满足工厂电气设备的上述要求，因此：方案1：该方案35kV侧为单回路线路-变压器组接线、10kV单母线，与10kV备用电源通过母联连接，正常运行时母联合闸，由主电源供给锅炉房；当主电源故障或主变等设备停电检修退出运行时，母联分闸，由10kV备用电源直供锅炉房及其他重要负荷。由于本厂基本负荷为二级负荷，对供电可靠性要求不高，采用单回路进线和1台主变基本可满足对二级负荷供电的要求，对于锅炉房等重要负荷采用10kV备用电源作为备用，以保证工厂的重要用电设备不会出现长时间断电，即在任何时候都能满足对二级负荷的供电要求。方案2：该方案35kV侧采用从220/35kV变电站出双回路电源、高压线路变压器组接线、10kV侧为单母线分段接线。方案2的特点就是采用双电源、可靠性高。其缺点就是设备投资大、运行维护费用高，同时本厂最大负荷利用小时仅为2600小时，相对来说，变压器的利用率低，2台主变的空载损耗将大大超过1台主变的选择。选择结果：从上述分析可知，方案1能满足供电要求，同时设备投资、运行维护费用和占地面积、建筑费用等方面均由于方案2，技术和经济的综合指标最优，因此，在本设计中，选用方案1作为本设计的主接线方案。图见附录。5.短路电流的计算5.1 短路计算1） 确定基准值 图5-1 设基准容量 基准电压 2) 计算电抗 将所有电抗归算到35kV侧：系统电抗X1*=Xsmax*=SB/Sdmax=100/580=0.172（最大运行方式下）X1*=Xsmin*=SB/Sdmin=100/265=0.377（最小运行方式下）架空线路电抗 X2*=XL*=XOL（SB/VB12）=0.45100/372=0.146变压器电抗 X3*=XT1*=（SS%/100）（SB/ST1） =(7.5/100) (100/10)=0.755.2最大运行方式下的短路点计算5.2.1d1点的短路电流计算10kV母线侧没有电源，无法向35kV侧提供短路电流，即可略去不计，则d1点短路电流标幺值为：I d1*=3.145换算到35kV侧0秒钟短路电流有名值I = I d1* =3.145 = 4.908kA根据电力工程电气设计手册的相关规定，远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数Kch = 1.8，当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值Ich = I =4.908=7.41kA当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流ich =Kch I =1.87I = 2.55 I = 2.554.908= 12.515 kA短路容量 S = UB I = 374.908 =314.52MVA5.2.2d2点的短路电流计算10kV母线侧没有电源，无法向35kV侧提供短路电流，即可略去不计，则d2点短路电流标幺值为：I d1*=0.936换算到10kV侧0秒钟短路电流有名值I = I d1* =0.936 =5.15kA根据电力工程电气设计手册的相关规定，远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数Kch = 1.8，当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值Ich = I =5.15=7.78kA当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流ich =Kch I =1.87I = 2.55 I = 2.555.15= 13.133kA短路容量 S = UB I = 10.55.15 =93.66MVA5.3最小运行方式下的短路点计算5.3.1d1点的短路电流计算同上所得，则d1点短路电流标幺值为：I d1*=1.912换算到35kV侧0秒钟短路电流有名值I = I d1* =1.912 =2.983KA根据电力工程电气设计手册的相关规定，远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数Kch = 1.8，当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值Ich = I =2.983=4.505kA当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流ich =Kch I =1.87I = 2.55 I = 2.552.983= 7.61kA短路容量 S = UB I = 372.983=191.16MVA5.3.2d2点的短路电流计算10kV母线侧没有电源，无法向35kV侧提供短路电流，即可略去不计，则d2点短路电流标幺值为：I d1*=0.785换算到10kV侧0秒钟短路电流有名值I = I d1* =0.785 =4.317KA根据电力工程电气设计手册的相关规定，远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数Kch = 1.8，当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值Ich = I =4.317=6.519kA当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流ich =Kch I =1.87I = 2.55 I = 2.554.317= 11.008kA短路容量 S = UB I = 10.54.317=78.51MVA以上计算结果列表如下：表5-2运行方式短路点Id/kAich/kAIch/kASd/MVA最大运行方式D14.90812.5157.41314.52D25.1513.1337.7893.66最小运行方式D12.9837.614.505191.16D24.31711.0086.51978.516.高压电气设备的选择6.135kV架空线的选择考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以35kV架空线相应的Igmax=1.05Ie 即：Igmax =1.05 =1.05 =0.173kA根据设计条件 Tmax=2500h 取J=1.3则导体经济截面面积 S=Igmax/J=173/1.3=133.08mm2。6.1.1选择导线（按照经济电流密度）： 选择LGJ-150/20钢芯铝绞线，其室外载流量为Ij1=306A，面积为S=145.68mm2,导线最高允许温度为70，根据工作环境温度为30，查综合修正系数K=0.94，Ij1 xz=K Ij1=0.94306=287.64AIgmax，满足电流的要求。6.1.2热稳定校验（按最大运行方式d2点短路）：根据设计任务书的条件，变电所的继保动作时限不能大于1.3秒，即top=1.3s，断路器开短时间tos=0.2s，非周期分量等效时间tos=0.05s，则： 短路假想时间tima=top+tos+ts=1.3+0.2+0.05=1.55s。架空线最小截面积Smin= =73.69133.08 mm2SSmin，满足热定的要求。6.210kV母线的选择考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以35kV架空线相应的Igmax=1.05Ie 即：Igmax =1.05 =1.05 =0.527kA6.2.1选择母线（按照最大工作电流）：选择808单条矩形铝导体平放作母线，面积为S=6400mm2，平放时，长期允许载流量为Ia1=1249A，导体最高允许温度为70，根据工作环境温度为30的条件，查综合修正系数K=0.94：Ie=kIa1=0.941249=1174.06AIgmax,满足载流量的要求。6.2.2热稳定的校验（按最大运行方式d2点短路）：根据设计任务书的条件，配电所的继保动作时限不能大于1.3秒，即top=1.3s，断路器开短时间toc=0.2s，非周期分量等效时间ts=0.05s,则:短路假想时间tima=top+toc+ts=1.3+0.2+0.05=1.55s。母线最小截面积Smin= =73.69640mm2SSmin，满足热定的要求。6.2.3动稳定校验：取跨距，相间距离，硬铝最大允许应力，抗弯矩相间电动力 最大相应力 ，满足动稳定的要求。6.3高压隔离开关的选择6.3.1. 35kV侧隔离开关额定电压选择：UnVns = 35kV额定电流选择：IeIgmax 考虑到隔离开关是与相应的断路器配套使用，所以相应回路的Ie应与断路器相同，即：Ie =600A根据以上数据可以初步选择GW435II(D)W型隔离开关，其参数分别如下：额定电压：UN=35kV 额定电流Ie =630A 最高运行电压：Ula=38.5kV动稳定电流峰值idw =50kA 4S热稳定电流20kA6.3.2. 校验热稳定（下列时间均取自对应断路器，后备保护取2S）：即I2 t t Qk计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 2=2.05S Qk = Ik2dz = 5.1522.05 = 54.37kA2SI2r t = 4004 =1600 kA2S即I2 t t Qk ，满足要求。6.3.3检验动稳定：ish ies即：ish= ich=13.133 ies= idw =50kA, 满足要求6.3.4. 由于后面在选择了KYN28A-12（VE）的手车式高压开关柜，10kV高压断路器等高压设备就安装手车上，需要检修时断路器等高压设备时，可随时拉出手车，已经起到隔离开关的作用，所以本设计没有必要再另外选择10kV高压隔离开关。6.4电流互感器的选择根据设计任务书的条件，配电所的继保动作时限不能大于1秒，即，断路器开短时间，非周期分量等效时间，则：短路假想时间。6.4.1.安装在35kV高压进线侧的电流互感器6.4.1.1. 35kV主变侧电流互感器的配置原则：1）对直接接地系统，一般按三相配制；2）本站35kV配电装置为户外式，因此电压互感器也为户外油浸式；3）根据设计任务书要求，本所计量在35kV侧，因此为满足保护和测量、计费的需要，电流互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，其中保护分为主保护、后备保护、备用，共计需要5个绕组。6.4.1.2. 35kV主变侧电流互感器的一次回路额定电压选择电流互感器的一次额定电压选择必须满足：UgUn=35kV 6.4.1.3. 35kV主变侧电流互感器的一次回路额定电流选择电流互感器的一次额定电流选择必须满足：Ig.maxIn In 电流互感器的一次额定电流Igmax 电流互感器一次最大工作电流考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax=1.05Ie即：Igmax =1.05 =1.05 =0.173kA因此电流互感器的一次额定电流可选用与此匹配的等级In=200 A。6.4.1.4.准确度选择按照常规设计，一般二次绕组准确度选择：计量绕组0.2S级、测量绕组0.5级，保护绕组10P级。6.4.1.5.型号、参数选择根据上述选择，最终35kV主变侧电流互感器型号及参数为：户外油浸式LB-35kV 0.2S 30VA/0.5 30VA/3*10P 30VA 200/5A。6.4.2安装在10kV变压器低压侧的电流互感器6.4.2.1. 10kV主变侧电流互感器的配置原则：1）对非直接接地系统，可按三相或两相配制，一般进线侧按三相配置，馈线侧按两相配置；2）本站10kV配电装置为户内式，因此电压互感器也为户内干式绝缘；3）根据10kV保护和测量、计费的需要，电流互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，共计需要3个绕组。6.4.2.2. 10kV主变侧电流互感器的一次回路额定电压选择电流互感器的一次额定电压选择必须满足：UgUn=10kV 6.4.2.3. 10kV主变侧电流互感器的一次回路额定电流选择电流互感器的一次额定电流选择必须满足：Ig.maxIn In 电流互感器的一次额定电流Igmax 电流互感器一次最大工作电流考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax=1.05Ie即：Igmax =1.05 =1.05 =0.527kA因此电流互感器的一次额定电流可选用与此匹配的等级In=600 A。6.4.2.4.准确度选择按照常规设计，一般二次绕组准确度选择：计量、测量绕组0.5级，保护绕组10P级。6.4.2.5.型号、参数选择根据上述选择，最终10kV主变侧电流互感器型号及参数为：户内干式LZZJB6-10kV 0.2S 30VA/0.5 30VA/10P 30VA 600/5A。6.5电压互感器的选择6.5.1.35kV电压互感器的参数计算与选择6.5.1.1. 35kV电压互感器的配置原则：1）为监视线路电压和满足计量、保护装置的需要，在35kV的进线侧装设三相电压互感器。本站35kV配电装置为户外式，因此电压互感器也为户外油浸式。电压互感器一般采用电容均压式电压互感器（TYD）；2）根据35kV保护和测量、计费的需要，电压互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，对应的组别分别为：一次侧星形，二次侧计量测量、保护为星形，单相接地监测为开口三角。6.5.1.2. 一次额定电压选择一次额定电压为Un=35kV，允许一次电压波动范围为U=35kV10%。6.5.1.3.二次额定电压选择根据一次绕组接入方式为接入相电压上，电压互感器测量、计量和保护绕组二次额定电压为Un=0.1/kV，单相接地绕组二次额定电压为Un=0.1kV。6.5.1.4.额定容量选择为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2。即：Se2 S2 = Ie22z2f z2f = Vy + Vj + Vd + Vc（） Vy 测量仪表电流线圈电阻 Vj 继电器电阻 Vd 连接导线电阻 Vc 接触电阻一般取0.1按照常规设计，一般二次绕组额定容量为：计量、测量45VA，保护、接地监测30VA。6.5.1.5.准确度选择按照设计任务书要求，本所计量在35kV侧，因此二次绕组准确度选择：计量、测量绕组0.5级，保护绕组10P级，单相接地监测绕组10P级。6.5.1.6.型号、参数选择根据上述选择，最终35kV电压互感器型号及参数为：户外油浸式JDJJ2- 35kV 34.5/：0.1/：0.1/：0.1 kV 0.5 30VA/10P 30VA/10P 30VA。6.5.2.10kV电压互感器的参数计算与选择6.5.2.1. 10kV电压互感器的配置原则：1）为监视线路电压和满足计量、保护装置的需要，在10kV的I、II段母线侧装设三相电压互感器。本站10kV配电装置为户外式，因此电压互感器也为户内干式。2）根据10kV保护和测量、计费的需要，电压互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，对应的组别分别为：一次侧星形，二次侧计量测量、保护为星形，单相接地监测