《某电机修造厂变电所设计》

西南科技大学 自动化专业方向设计报告 设计名称 设计名称 某电机修造厂变电所设计某电机修造厂变电所设计 姓姓 名 名 学学 号号 班班 级 级 指导教师 指导教师 起止日期 起止日期 2012 10 15 2012 11 15 西南科技大学信息工程学院制 2 方方 向向 设设 计计 任任 务务 书书 学生班级 学生姓名 学号 设计名称 某电机修造厂变电所设计 起止日期 2012 10 15 2012 11 15 指导教师 设计要求 1 进行车间的负荷计算及无功补偿 2 确定车间变电所主变压器形式 容量和数量 3 车间变电所主接线方案的设计 4 进行短路计算 5 车间变电所一次设备的选择与校验 6 车间变电所高低压进出线的选择与校验 7 确定车间配电系统布线方案 8 选择配电系统的导线及控制保护设备 9 绘制相关图纸 图中注明所选设备名称 型号等内容 某电机修造厂变电所设计某电机修造厂变电所设计 摘摘 要要 本设计是机械厂机加工车间的配电系统及车间变电所供电系统 本文首先进行 了负荷计算 根据功率因数的要求在低压母线侧进行无功补偿 进而确定对主变器 容量 台数 从经济和可靠性出发确定主接线方案 其次 通过短路电流计算出最 大运行方式和最小运行方式下的短路电流 确定导线型号及各种电气设备 最后根 据本厂对继电保护要求 确定相关的保护方案和二次回路方案 本设计采用需用系数法进行负荷计算 无功功率补偿采用低压侧电容并联补偿 方法 这种方法能补偿低压侧以前的无功功率 经济效益比较好 根据机械加工车 间用电特点和需求 主接线方案采用了高压侧无母线 低压侧单母线分段的主接线 方案 根据干式变压器与油浸变压器在经济和安装条件对比 选择两台 SC9 500 10 系列干式变压器 在仔细研究各负荷的实际数据 并严格按照国家规定 依照以上设计步骤设计 本供电系统设计方案 以到达提高生产效益的目的 关键词 关键词 配电系统 负荷计算 主接线 变电所 短路计算 AbstractAbstract This design is the factory machining workshop of distribution system and workshop substation power supply system This paper conducted a load calculation according to the requirements of power factor in the low pressure side of the bus reactive power compensation and to determine the capacity of the transformer device the number of units starting from the economic and reliability to determine the main terminal program Secondly calculate the maximum short circuit current operation mode and minimum operating mode of the short circuit current to determine the wire type and variety of electrical equipment Finally according to the factory on protection requirements identify relevant programs and secondary circuit protection program This design uses the need coefficient method for the load calculation reactive power compensation capacitor in parallel with low pressure side of the compensation method this method can compensate for low voltage side of the previous reactive power economic efficiency is better According to machine shop characteristics and needs of electricity the main connection schemes using non bus high side low side of the single bus section of the Main Wiring According to dry type transformers and oil immersed transformers and installation conditions in the economy compared to select two SC9 500 10 series of dry type transformers Only then carefully studies the factory the actual data strictly stipulated according to the country and only then may design an economy reliable power supply system through the above design procedure thus arrives the enhancement production benefit the goal Keywords Low Voltage Distribution System Load Calculation Main Connection Substation Short circuit calculation 目目 录录 一 设计依据 1 工厂平面布置图 1 2 工厂生产任务 规模及产品规格 1 3 工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量 1 4 供电协议 5 工厂负荷性质 6 工厂自然条件 2 设计任务及要求 2 1 负荷计算 2 2 1 1 负荷计算的方法及其适用范围 2 2 1 2 需用系数法 2 2 1 3 负荷确定 4 2 2 无功功率补偿 5 2 2 1 无功功率补偿概念 5 2 2 2 无功补偿提高功率因数的意义 5 2 3 无功补偿容量计算 6 2 3 1 无功功率补偿方式选择 6 2 3 2 无功补偿容量的确定 8 2 3 3 补偿容量计算 9 3 变电所主接线方案设计及变压器选择 10 3 1 变电所主变压器台数与容量选择 10 3 1 1 选择主变压器台数时应考虑下列原则 10 3 1 2 主变压器的确定 11 3 2 总配变电所的主接线方案比较选择 1 一 设计依据一 设计依据 1 工厂总平面布置图 图 1 工厂平面图 2 工厂生产任务 规模及产品规格 本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的电机 变压器 修理和制造任务 年生产规模为修理电机 7500 台 总容量为 45 万 KW 制造电机总容量 为 6 万 KW 制造单机最大容量为 5520KW 修理变压器 500 台 生产电气设备条件 60 万件 本厂为某大型钢铁联合企业重要组成部分 3 工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量见下表 工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量表 计算负荷 序 号 车间名称 设备 容量 KW P30 kW Q30 kvar S30 kVA 车间变电 所代号 变压器台 数及容量 kVA 1 电机修造车间 2505609500788 No 1 车变 1x 1000 2 机械加工车间 886163258305 No 2 车变 1x400 3 新品试制车间 634222336403 No 3 车变 1x500 4 原料车间 514310183360 No 4 车变 1x400 5 备件车间 562199158254 No 5 车变 1x315 6 缎造车间 150365868 No 6 车变 1x100 7 锅炉房 269197172262 No 7 车变 1x315 8 空压站 322181159241 No 8 车变 1x315 9 汽车库 53302740 No 9 车变 1x80 10 大线圈车间 335187118221 No 10 车 变 1x250 11 半成品实验站 365287464 No 11 车 变 1x500 12 成品实验站 2290640480800 No 12 车 变 1x1000 13 加压站 10kv 转供 负荷 2561631392141x250 14 设备处仓库 10kv 转供负荷 3382884441x500 15 成品实验站内大型 集中负荷 3600288023003686 主要为高压整流装置 要求为专线供电 图 2 各车间设备参数 4 供电协议 1 当地供电部门可提供两个供电电源 供设计部门选定 从某 220 35kv 区域变电站 提供电源 此站距厂南侧 4 5km 从某 35 10kv 变电所 提供 10kv 备用电源 此所距厂 南侧 4km 2 电力系统短路数据 如下表所示 其供电系统图 如下图所示 区域变电站 35kV 母线短路数据表 系统运行方式系统短路数据系统运行方式系统短路数据 系统最大运行方 式时 S 3 k max 600MVA系统最小运行方 式时 S 3 k min 280MVA 图 3 供电系统图 3 供电部门对工厂提出的技术要求 1 区域变电站 35kv 馈电线的过电流保护整定时间 tOP 1 8s 要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于 1 3s 2 在工厂 35kv 电源 侧进行电能计量 3 工厂最大负荷时功率因数应不低于 0 9 4 供电贴费为 700 元 kvA 每月电费按两部电费制 基本电费为 18 元 kVA 动力电费 为 0 4 元 kW h 照明电费为 0 5 元 kW h 5 工厂负荷性质 本厂大部分车间为一班制 少数车间为两班或三班制 年最大有功负荷 利用小时数为 2300h 锅炉房供生产用高压蒸汽 停电会使锅炉发生危险 又由于该厂距离市区较远 消防用 水需厂方自备 因此 锅炉房供电要求具有较高的可靠性 6 工厂自然条件 气象资料 1 最热月的平均温度为 30 2 地中最热月的平均温度为 20 3 土壤冻结深度为 1 10m 4 车间环境 属正常干燥环境 二 设计任务与要求二 设计任务与要求 计算负荷 序 号 车间名称 设备 容量 KW P30 kW Q30 kvar S30 kVA 车间变电所 代号 变压器台 数及容量 kVA 1 电机修造车间 2505609500788 No 1 车变 1x 1000 2 机械加工车间 886163258305 No 2 车变 1x400 3 新品试制车间 634222336403 No 3 车变 1x500 4 原料车间 514310183360 No 4 车变 1x400 5 备件车间 562199158254 No 5 车变 1x315 6 缎造车间 150365868 No 6 车变 1x100 7 锅炉房 269197172262 No 7 车变 1x315 8 空压站 322181159241 No 8 车变 1x315 9 汽车库 53302740 No 9 车变 1x80 10 大线圈车间 335187118221 No 10 车变 1x250 11 半成品实验站 365287464 No 11 车变 1x500 12 成品实验站 2290640480800 No 12 车变 1x1000 13 加压站 10kv 转供负 荷 2561631392141x250 14 设备处仓库 10kv 转供负荷 338288444 1x500 15 成品实验站内大型 集中负荷 3600288023003686 主要为高压整流装置 要求为专线供电 图 4 工厂设备参数图 1 1 进行负荷计算及无功补偿 进行负荷计算及无功补偿 1 负荷计算的方法 有功计算负荷为 为设备容量 edP KP 30e P 无功计算负荷为 为对应于用电设备组的正切值 tan 3030 PQ tan cos 视在计算负荷为 2 30 2 3030 QPS 总的计算电流为 为额定电压 380V N U S I 3 30 30 N U 2 全厂负荷计算 取 0 92 0 95Kp Kq 根据上表可算出 P30i 6520kW Q30i 5463kvar 则 P30 K P P30i 0 92 6520kW 5999kW Q30 K q Q30i 0 95 5463kvar 5190kvar 7932KV A 2 30 2 3030 QPS I30 S30 94 5A3 N U P30 S30 5999 7932 0 75cos 3 功率补偿 由于本设计中上级要求 COS 0 9 而由上面计算可知 0 75 0 9 因此需要进行cos 无功补偿 综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿 可选用 BWF6 3 100 1W 型的电容器 其额定电容为 2 89 F 5999 tan Kvar 2735Kvar C Qarc cos 0 75 t anarcos0 92 取 2800Kvar 因此 电容器的个数为 n 2800 100 28 C Q C Q c q 而由于电容器是单相的 其个数应为 3 的倍数 所以应取 30 个 而 3000Kvar c Q 无功补偿后 变电所低压侧的计算负荷为 6484 9KV A 30 S 22 5999 54633000 变压器的功率损耗为 PT 0 015 97 3Kw 30 S 0 0156485 QT 0 06 389 1Kvar 30 S 0 066485 变电所高压侧计算负荷为 5999 97 3 6096 1Kw 30 P 5463 3000 389 1 2852 1Kvar 30 Q 6730 5 KV A 30 S 22 6096 12852 1 无功率补偿后 工厂的功率因数为 6096 1 6730 5 0 906cos 30 P 30 S 0 906 0 9cos 30 P 30 S 因此 符合本设计的要求 2 2 确定变电所的所址和型式 确定变电所的所址和型式 1 变电所位置以及型式的选取原则 1 变电所和配电所的位置选择应根据下列要求综合考虑确定 靠近工厂的负荷中心 接近电源侧 进出线方便 运输设备方便 不应设在有剧烈振动 或高温的场所 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所 如无法远离 不应设在污染源的主导 风向的下风侧 不应设在地势低洼和可能积水的场所 不应设在有爆炸危险的区域内 不宜 设在有火灾危险区域的正上方或正下方 2 变电所和配电所型式选择 60 10 5kV 变电所分屋内式和屋外式 屋内式运行维护方便 占地面积少 60kV 变电 所宜用屋内式 配电所一般为独立式建筑物 也可与所带 10kV 变电所一起附设于负荷较大的厂房或建 筑物 2 电机修造厂总变电所位置和型式的选择 由前面的负荷计算可以看出 由于成品试验站内有大型集中负荷 所以电机修造厂的负荷中 心在成品试验站和电机修造车间之间 又考虑到变电所的位置要南北向 北边开高窗 南边 开低门 所以我选择的电机修造厂的变电所的位置 图 5 总降压变电所视图 其型式为屋 内式 3 3 确定变电所主变压器型式 容量和数量 确定变电所主变压器型式 容量和数量 由于该厂的负荷属于二级负荷 对电源的供电可靠性要求较高 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 故选两台变压器 装设两台主变压器的变电所 每台变压器的容量 ST 应同时满足以下两个条件 任一台单独运行时 SNT 0 6 0 7 30 S 任一台单独运行时 SNT 一二级负荷容量 30 S 因为该厂都是一二级负荷所以按条件 由于 6730 5KV A 30 S SNT 0 6 0 7 6730 5 4038 3 4711 3 KV A SNT 30 S 因此选容量大于 4711 3KV A 的变压器二台 主变压器型号为 SZ9 6300 35 主变压器的联结 组别均采用 Yd11 4 4 变电所主结线方案的设计 变电所主结线方案的设计 1 变配电所主结线的选择原则 1 当满足运行要求时 应尽量少用或不用断路器 以节省投资 2 当变电所有两台变压器同时运行时 二次侧应采用断路器分段的单母线接线 3 当供电电源只有一回线路 变电所装设单台变压器时 宜采用线路变压器组结线 4 为了限制配出线短路电流 具有多台主变压器同时运行的变电所 应采用变压器分列运 行 5 接在线路上的避雷器 不宜装设隔离开关 但接在母线上的避雷器 可与电压互感器合 用一组隔离开关 6 6 10KV 固定式配电装置的出线侧 在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中 应装设 线路隔离开关 7 采用 6 10 KV 熔断器负荷开关固定式配电装置时 应在电源侧装设隔离开关 8 由地区电网供电的变配电所电源出线处 宜装设供计费用的专用电压 电流互感器 一 般都安装计量柜 9 变压器低压侧为 0 4KV 的总开关宜采用低压断路器或隔离开关 当有继电保护或自动切 换电源要求时 低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器 10 当低压母线为双电源 变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时 在总开 关的出线侧及母线分段开关的两侧 宜装设刀开关或隔离触头 2 主结线方案选择 对于电源进线电压为 35KV 及以上的大中型工厂 通常是先经工厂总降压变电所降为 6 10KV 的高压配电电压 然后经车间变电所 降为一般低压设备所需的电压 总降压变电所主 结线图表示工厂接受和分配电能的路径 由各种电力设备 变压器 避雷器 断路器 互感 器 隔离开关等 及其连接线组成 通常用单线表示 主结线对变电所设备选择和布置 运行的可靠性和经济性 继电保护和控制方式都有密切 关系 是供电设计中的重要环节 一次侧采用内桥式结线 二次侧采用单母线分段的总降压 变电所主电路图如下这种主结线 其一次侧的 QF7 跨接在两路电源线之间 犹如一座桥梁 而处在线路断路器 QF5 和 QF6 的内侧 靠近变压器 因此称为内桥式结线 这种主结线的运 行灵活性较好 供电可靠性较高 适用于一 二级负荷工厂 如果某路电源例如 WL1 线路停 电检修或发生故障时 则断开 QF5 投入 QF7 其两侧 QK 先合 即可由 WL2 恢复对变压 器 T1 的供电 这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多 并 且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所 一次侧采用外桥式结线 二次侧采用单 母线分段的总降压变电所主电路图 下图 这种主结线 其一次侧的高压断路器 QF7 也跨接 在两路电源进线之间 但处在线路断路器 QF5 和 QF6 的外侧 靠近电源方向 因此称为外桥 式结线 这种主结线的运行灵活性也较好 供电可靠性同样较高 适用于一 二级负荷的工 厂 但与内桥式结线适用的场合有所不同 如果某台变压器例如 T1 停电检修或发生故障时 则断开 QF5 投入 QF7 其两侧 QK 先合 使两路电源进线又恢复并列运行 这种外桥式适 用于电源线路较短而变电所负荷变动较大 适用经济运行需经常切换的总降压变电所 当一 次电源电网采用环行结线时 也宜于采用这种结线 使环行电网的穿越功率不通过进线断路 器 QF5 QF6 这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利 5 5 进行短路计算 进行短路计算 图 6 短路点示意图 求 k 1 k 2 点的三相短路电流和短路容量 1 求 k 1 点的三相短路电流和短路容量 1 35 c UkV 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 电力系统的电抗 由 因此MVASoc600 2 2 1 1 35 2 04 600 c oc kV U X SM V A 架空线路的电抗 由资料得 因此kmX 4 0 0 8 15 4 4 0 02 kmkmlXX 绘 k 1 点短路的等效电路 如图 3 7 示 图上标出各元件的序号 分子 和电抗值 分 母 并计算其总电抗为 1 12 2 041 83 84 k XXX 图 7 短路等效电路图 计算三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量有效值 3 1 1 1 35 5 3 A 333 84 c k k UkV Ik X 其他三相短路电流 3 3 3 1 5 3 k IIIkA 3 3 2 552 555 3kA 13 4kA sh iI 3 3 1 511 515 3kA 7 9kA sh II 三相短路容量 3 3 111 3335kV5 3kA 321 3M V A kck SU I 2 求 k 2 点的三相短路电流和短路容量 kVUc11 2 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 电力系统的电抗 2 2 2 1 11 0 202 600 c oc kV U X SM VA 架空线路的电抗 2 2 2 20 1 11kV 0 4 4 50 18 35kV c c U XX lkmkm U 绘 k 2 点短路的等效电路如图 3 8 示 并计算其总电抗为 43 43 214321 2 XX XX XXXXXXX k 2 1 210 0 2020 180 3855 2 图 8 短路等效电路图 计算三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量有效值 3 2 2 2 11 16 5 A 330 3855 c k k UkV Ik X 其他三相短路电流 3 3 3 2 16 5 k IIIkA 3 3 2 552 5516 5kA 42 01kA sh iI 3 3 1 511 5116 5kA 24 9kA sh II 三相短路容量 3 3 222 3311kV16 5kA 314 4M V A kck SU I 6 6 变电所一次设备的选择与校验 变电所一次设备的选择与校验 一次设备主变压器选择根据前文的计算比对最终确定其型号为 SZ9 6300 35 为 Yd11 连接形 式 注 表中 表示必须校验 表示不要校验 7 7 变电所高低压进出线的选择 变电所高低压进出线的选择 序号车间名称 回路电流