麦思达机械厂变电所供电系统设计

毕 业 设 计（说 明 书）题 目： 麦思达机械厂变电所供电系统设计姓 名： 学 号： 毕 业 设 计 任 务 书姓名 专业班级 任务下达日期 2015 年 3 月 10 日设计开始日期 2015 年 3 月 16 日设计完成日期 2015 年 5 月 25 日设计题目： 麦思达机械厂变电所供电系统设计指 导 教 师 院（部） 主 任 2015 年 3 月 10 日毕业设计答辩委员会记录电力工程 学院 专业，学生 于 2015 年 6 月 8 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 麦思达机械厂变电所供电系统设计 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， , 。毕业设计评语第 页共 页学生姓名： 专业班级 年级 12 级 毕业设计题目： 麦思达机械厂变电所供电系统设计 评 阅 人： 指导教师： （签字） 2015 年 5 月 28 日成 绩： 系 主 任： （签字） 2015 年 6 月 9 日毕业设计及答辩评语： 第 5 页摘 要随着电力行业的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是在稳固性、可靠性和持续性等方面。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电所的合理设计和配置。一个好的供电系统要求变电站变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。同时对于变电站内的主设备进行合理的选型和配置。本设计选择选择两台主变压器，其他设备如断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，无功补偿装置和继电保护装置等也按照具体要求进行选型、设计和配置，力求做到安全，合理，经济，使其更具现实意义。包括主接线的设计、负荷计算与变压器选择、高压电器的选择等。本设计以实际负荷为依据，以变电所的最佳运行为基础，按照有关规定和规范，完成了满足该区供电要求的 35kV 变电所初步设计。设计中先对负荷进行了统计与计算，选出了所需的主变型号，然后根据负荷性质及对供电可靠性要求拟定主接线设计，考虑到短路对系统的严重影响，设计中进行了短路计算。设计中还对主要高压电器设备进行了选择与计算，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等，提高了整个变电所的安全性。关键词：35kV，供电系统，设计 第 6 页目录摘 要 .5目录 .6企业概况 .8第一章 变电所位置及供电电源的确定 .91.1 变电所位置的确定 .91.2 变电所供电电源的确定 .11第二章 变电所的负荷统计与主变压器的选择 .132.1 变电所的负荷统计 .132.2 无功功率的补偿 .142.3 主变压器的选择 .14第三章 变电所供电系统的拟定 .17第一节 变电所主接线方案的确定 .17第四章 短路电流计算 .19第一节 计算短路电流的目的和任务 .19第二节 计算短路电流的原则与规定 .19第三节 计算短路电流 .20第五章 电气设备的选择 .23第一节 高压开关与熔断器的选择 .23第二节 母线的选择 .245.2 母线选择结果 .26第三节 互感器的选择 .265.3.1 电流互感器的选择 .265.3.2 电压互感器的选择 .26第六章 输电线路的选择与敷设 .28第一节 导线材料的选择 .28第二节 导线截面的选择 .29第三节 导线的敷设 .30第七章 变电所的继电保护与自动化装置 .32第一节 35 千伏配出线的继电保护 .32第二节 主变压器的继电保护 .327.2.1 电力变压器的保护概述 .327.2.2 电力变压器纵差保护接线 .337.2.3 纵差动保护的整定计算 .337.2.4 变压器瓦斯保护 .347.2.5 过电流保护 .34第三节 变电所母线保护 .35第八章 变电所的中央信号装置 .35第一节 信号装置的种类 .35第二节 中央信号装置的设计原则 .36第九章 变电所二次回路组件的选择与屏的设计选型 .37第十章 变电所屋内外布置 .37第一节 变电所屋内外布置的一般要求 .37第十一章 变电所的防雷与接地 .38第一节 变电所的直接雷击保护 .38第二节 变电所的接地系统 .38 第 7 页总 结 .40致 谢 .41参考文献 .42 第 8 页企业概况平顶山市迈思达机械设备制造有限公司位于河南省平顶山市新城区薛庄平宝路 88 号，公司始创于 2002 年。企业拥有二万多平方米厂房，在职员工 200 人，是国内知名品牌“皇城”和“迈思达”烘培机械及食品加工设备的专业生产厂家。主要生产、销售隧道炉（燃气、燃煤、电力） 、热风旋转炉（燃油、燃气、燃煤、电力） 、热风循环炉、双动双速和面机、醒发房、起酥机、整形机。面对烘培市场的发展和需求，公司成功开发了月饼、汉堡、蛋糕、吐司等多种全自动工业化生产线。 第 9 页第一章 变电所位置及供电电源的确定1.1 变电所位置的确定应根据下列要求经技术、经济比较确定：一、接近负荷中心；二、进出线方便；三、接近电源侧；四、设备运输方便；五、不应设在有剧烈振动或高温的场所；六、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；七、不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；八、不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定；九、不应设在地势低洼和可能积水的场所。1、装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。2、多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。3、高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所，当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁，并应按现行国家标准高层民用建筑设计防火规范有关规定，采取相应的防火措施。变电所的型式应根据用电负荷的状况和周围环境情况确定，并应符合下列规定：一、负荷较大的车间和站房，宜设附设变电所或半露天变电所；二、负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间内变电所或组台式成套变电站；三、高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站；四、负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设独立变电所，有条件时 第 10 页也可设附设变电所或户外箱式变电站；五、环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在 315KVA 及以下时，宜设杆上式或高台式变电所。带可燃性油的高压配电装置,宜装设在单独的高压配电室内。当高压开关柜的数量为 6 台及以下时，可与低压配电屏设置在同一房间内。不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，可设置在同一房间内。有人值班的配电所，应设单独的值班室。当低压配电室兼作值班室时，低压配电室面积应适当增大。高压配电室与值班室应直通或经过通道相通，值班室应有直接通向户外或通向走道的门。高压配电装置的柜顶为裸母线分段时，两段母线分段处宜装设绝缘隔板，其高度不应小于 0.3m。由同一配电所供给一级负荷用电时,母线分段处应设防火隔板或有门洞的隔墙。供给一级负荷用电的两路电缆不应通过同一电缆沟，当无法分开时，该电缆沟内的两路电缆应采用阻燃性电缆，且应分别敷设在电缆沟两侧的支架上。户外箱式变电站和组合式成套变电站的进出线宜采用电缆。变电所位置的确定：综合各项原因变电所的位置建于东南方向。 第 11 页1.2 变电所供电电源的确定变电所供电电源确定的原则：1、因工厂距地区变电所较远，联系不方便，为便于检修、护管、控制、管理，进线处应设置有断路器。2、根据规定，备用电源只有在主电源线路解列及主变压器故障或检修时才允许投入，因此备用电源进线开关在正常工作时必须断开。3、当主电源发生故障时，本变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。 第 12 页变电所供电电源的确定：工厂东南方向 6 公里处有新建地区降压变电所 110/35/10KV,125MVA 变压器一台作为工厂的主电源，此外有正南方向其他工厂引用 35kv。 第 13 页第二章 变电所的负荷统计与主变压器的选择2.1 变电所的负荷统计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。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，可用单回线路供电表 2.1 工厂负荷统计资料车间名称 Pe/Kw Kd cos电机修理车间 2300 0.6 0.7机械加工车间 880 0.65 0.65新品试制车间 650 0.55 0.6原料车间 550 0.35 0.65备件车间 560 0.5 0.7锻造车间 180 0.6 0.65锅炉房 260 0.9 0.8空压房 302 0.8 0.65汽车库 56 0.5 0.7线圈车间 328 0.55 0.65半成品试验车间 750 0.65 0.75成品试验车间 2564 0.35 0.6加压站（10KV 转供负荷） 274 0.55 0.65设备处仓库（10KV 转供负荷） 654 0.55 0.75 第 14 页成品试验站内大型集中负荷 3874 0.65 0.752.2 无功功率的补偿电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负载，感性负载是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电网在感性负载运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。电力系统中的无功电源由三部分组成：1 发电机可能发出的无功功率（一般为有功功率的 40%50%） 。2 无功功率补偿装置（并联电容器和同步调相机）输出无功功率。3 110kV 及以上电压线路的充电功率。当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。二.无功补偿的原则提高用电单位的自然功率因数，无功补偿分为集中补偿，分散补偿和随机随器补偿，应该遵循：全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡；集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主的原则。采用无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的节能措施。并联补偿电容器原理简单、使用方便、运行经济、投资省、可以分组投切保证电压合格率和合理的功率因数。我国各地区配网和农网很多地方平均功率因数偏低，有降低线损的潜力。通过计算，采用补偿电容器进行合理的补偿一定能取得显著的经济效益。补偿前 cos =0.86，求补偿后达到 0.9。因此可以如下计算：1设需要补偿 XMva 的无功则 cos =2SP= =0.9221.48.6）（ X解得 X=0.82MVar 2.3 主变压器的选择根据规程中主变压器的确定原则： 第 15 页1主变容量和台数的选择，应根据电力系统设计技术规程SDJ16185 有关规定和审批的电力规划设计决定进行。凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的 70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。若变电所所有其他能源可保证在主变停运后用户的一级负荷，则可装设一台主变压器。2与电力系统连接的 220330kV 变压器，若不受运输条件限制，应选用三相变压器。3根据电力负荷的发展及潮流的变化，结合系统短路电流、系统稳定、系统继电保护、对通信线路的影响、调压和设备制造等条件允许时，应采用自耦变压器。4在 220330kV 具有三种电压的变电所中，若通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的 15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。5主变调压方式的选择，应符合电力系统设计技术规程SDJ161 的有关规定。6主变压器参数的计算额定电压高压侧 3522.5%，低压侧 10.5kV，连接组别为 YN，d11，阻抗电压百分数 Uk=7.5%，Pk=34.50KW.按变电所建成后 510 年的规划负荷选择，并适当考虑 1020 年的负荷发展。对重要变电所，应考虑一台主要变压器停运后，其余变压器在计算过负荷能力及允许时间内，满足、类负荷的供电；对一般性变电所，一台主变压器停运后，其余变压器应能满足全部供电负荷的 70%80%。变电所主变的容量是由供电负荷（综合最大负荷）决定的。（KW）7409501495087410 P(KW) 313235Q)(8671390422KVAS每台变压器的容量按计算负荷的 80%选择。（KVA）6937%807180ST 第 16 页综上所述，工厂变电所的电力负荷参数如下图 2.1 所示表 2.2 电力负荷参数表额定电压(kV) 损耗（ KW）型号高压 低压额定容量KVA连接组别 空载 负载阻抗电压空载电流S9-100/35 %530.4 100 Yyn0 0.3 2.036.5% 2.1%S9 10.5 0.4 80 Yyn0 0.24 1.25 4.0% 1.8%经查设备选校表选择变压器的型号为 SZ9-8000/35，即额定容量为 8000KVA，因为 ，即选择变压器的容量满足要求。%809210867SN 第 17 页第三章 变电所供电系统的拟定第一节 变电所主接线方案的确定结合实际，我们可以选用两种设计方案：（1）35kv 单母线接线，10kv 用单母线分段接线。 （如图 3.1）图 3.1（2）35kv 电压等级可采用外侨接线，10kv 仍采用单母线分段接线。 （如图 3.2）图 3.2但是采用外侨接线要用到 3 台断路器，若从继电保护和负荷计量等综合考虑，以方案一更为优先， 第 18 页所以我们采用方案一。绘制供电系统草图如图所示：图 3.3 第 19 页第四章 短路电流计算第一节 计算短路电流的目的和任务1电主接线比选短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。2选择导体和电器如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器等。其中包括计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校验电气设备动力稳定，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验短路器的遮断能力等。3确定中性点接地方式对于 35kV 、10kV 供配电系统，根据单相短路电流可确定中性点接地方式。4选择继电保护装置和整定计算在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流等。第二节 计算短路电流的原则与规定1 短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则：（1）正常工作时，三相系统对称运行；（2）所有电源的电动势相位角相同；（3）系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响，转子结构完全对称，定子三相绕组空间位置相差 120 度电气角度；（4）电力系统中的各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；（5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中 50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧；（6）同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁） ；（7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；（8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；（9）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的都略去不计； 第 20 页（10）元件的计算参数均取为额定值，不考虑参数的误差和调整范围；（11）输电线路的电容略去不计；（12）用概率统计法制定短路电流运算曲线。第三节 计算短路电流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。1、绘制计算电路（如图 4.1） k-2X*2*X3*图 4.1 电流计算电路1、确定基准值 设 dS=100MVA, dU= c， 1d=36.75kv， 2dU=10.5kv， =0.4kv3dKAI57.3/112d2d43、计算短路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统100MVA/600MVA=0.17X（2）架空线路 查表得 LGJ-150 的 0.36/xkm而线路长 10km，故=（0.36 10） 100MVA/ =0.27 d0lxUS2(75)（3）电力变压器 查表得 %ZU7%(短路阻抗值，下同) 故(7/100) 100MVA/6.3MA=0.87 NSXdz41（4）车间变电所的电抗标幺值第一车间变电所 查表得 =4.5%z 第 21 页NSUXdz510因此绘制等效电路如图图 4.2 等效电路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4.021)(XK（2）三相短路电流周期分量有效值XSUIU13/d2cccdc3k）（AXI6./)1-k(1-)( （3）其他短路电流()(3)()k-1II3.6KA 2.5shi9.18KA 5.4 KA (3)(3)II（4）三相短路容量MVAXS27/1-kd1-k)( ）（）（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87.0232-kX）（2）三相短路电流周期分量有效值KAII.6/)2-k(d-k3）（3）其他短路电流()(3)()k-26.3KA .5shiI16.1KA 第 22 页9.5KA (3)(3)1.5shII（4）三相短路容量MVAXS9.14/2-kd)2-k( ）（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）总电抗标幺值9.025313-k）（2）三相短路电流周期分量有效值KAXII6/)3-k(3d-k)( ）（(3)其他短路电流160KA (3)3kII241KA ()1.5sh(3)2i408KA 第 23 页第五章 电气设备的选择第一节 高压开关与熔断器的选择熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。熔断器的主要元件是一种易于熔断的熔断体，简称熔体，当通过熔体的电流达到或超过一定值时，由于熔体本身产生的热量，使其温度升高，达到金属的熔点时，熔断切除电源，因而完成过载电流或短路电流的保护。按安装条件及用途选择不同类型高压熔断器如屋外跌开式、屋内式。对于一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压，额定电流必须大于回路的最大工作持续电流，开断电流必须大于或等于短路冲击电流。在本站中，熔断器只用于保护电压互感器 ，其只需按额定电压及断流容量（ S ）3NUnbrI两项来选择。当短路容量较大时，可考虑在熔断器前串联限流电阻。选择 RW535/600 型跌开式熔断器，额定电压 35kV，满足要求，断流容量600MVA， ，需加一定得限流电阻方满足要求。最大开断电流 100kA，大于短路冲击电流34.0291kA，满足校验。流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流= NUSI3/)2(max)35/(702A4.27额定电压选择 35kV g额定电流选择 I4.max开断电流选择 KKNbr1)3(本设计中 35kV 侧采用 SF6 断路器，因为与传统的断路器相比，SF6 断路器采用SF6 气体作为绝缘和灭弧介质，这种断路器具有断口耐压高，允许的开断次数多，检修时间长，开断电流大，灭弧时间短，操作时噪声小，寿命长等优点。因此可选用 LW835A 型户外高压 SF6 断路器。选用的断路器额定电压为 35kV，最高工作电压为 40.5kV，系统电压 35kV 满足要求。选用的断路器额定电流 1600A，去除 1.8%的温度影响为 1571A，大于最大持续工作电流，满足要求。选用的断路器额定短路开断电流 31.5kA，大于短路电流周期分量有效值 第 24 页13.3447kA，满足要求。动稳定校验。ish =34.0291kA =80kA，满足要求。dfi热稳定校验。由电力工程电气设计手册电气一次部分表 65 知，选用高速断路器，取继电保护装置保护动作时间 0.6S，断路器分匝时间 0.03S，则校验热效应计算时间为 0.63S（后面热稳定校验时间一样） 。因此Qk= =13.34472 0.63=112.19（kA）2S。电气设备 =31.52 4=3969（kA）2S。tI2tI2满足要求。表 5.1 LW835A 具体参数比较表计算数据 LW835AgU35kV NU35kVmaxI247.44A I1600A3)(k13.3447kA br31.5kAshi34.0291kA dfi80kAkQ112.19（kA）2S tI23969（kA ）2S隔离开关选择 GW1435/630 型号隔离开关选用的隔离开关额定电压为 35kV，系统电压 35kV 满足要求。选用的断路器额定电流 630A，去除 1.8%的温度影响为 618.7A，大于最大持续工作电流，满足要求。动稳定校验 =34.0291kA =40kA，满足要求。shidfi热稳定校验 Qk=112.19（kA）2S，设备 =162 =1024（kA）2S，满足要求。tI24表 5.2 GW1435/630 具体参数比较表计算数据 GW1435/630gU35kV NU35kVmaxI247.44A I630Ashi34.0291kA dfi40kAkQ112.19（kA）2S tI21024（kA ）2S 第 25 页第二节 母线的选择变电所中各种电压配电装置的母线,以及电器间的连接大都采用铜、铝或钢的矩形、圆形、管形裸导线或多芯绞线。铜的