某电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计1解读

1、 某电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计 摘 要 本论文主要依照工厂供电设计必须遵循的一般原则、基本内容和设计流程，对某电机修造厂变电所进行了设计说明，本文按照设计要求，在查阅大量参考资料、手册后，对负荷计算及无功功率补偿计算，变配电所所址和型式的选择，变电所主变压器台数、容量及类型的选择，变配电所主结线方案的设计，短路电流的计算，变配电所一次设备的选择，变配电所二次回路方案的选择及继电保护装置的选择与整定，变配电所防雷保护与接地装置的设计等进行了详细的设计说明。并附有相应的图表、公式和计算结果。这次设计的变配电所完全满足设计要求。 本设计通过对计算负荷，选出变压器；通过计算三相短路电流，

2、选出其他保护器件；通过三相短路电流，选择过电流保护设备；然后选择二次回路的设备，对一次侧设备进行控制、检测；最后注意安全、接地和防雷的设置。 关键字：有功功率，电力变压器，三相短路电流，过电流，接地 1 目 录 第一章 绪 论 . 4 1.1 课题背景、目的及意义 . 4 1.1.1 课题的背景 . 4 1.1.2 课题的目的及意义 . 4 1.2 设计的主要内容、设计图样 . 4 1.2.1 设计的主要包括 . 4 1.2.2 设计图样 . 5 第二章 设计依据 . 6 2.1电机修造厂 . 6 第三章 设计说明 . 8 3.1负荷计算及功率补偿 . 8 3.1.1负荷计算的内容和目的 .

3、8 3.1.2负荷计算的方法 . 8 3.1.3各用电车间负荷情况及各车间变电所容量。 . 9 3.1.4 全厂负荷计算。 . 10 3.1.5 功率补偿 . 10 3.2变电所、配电所位置和型式的选择 . 11 3.2.1 电机修造厂总变电所位置和型式的选择 . 11 3.3电机修造厂总降压变电所主变压器和主结线方案的选择 . 12 3.3.1 变压器容量及台数的选择。 . 12 3.3.2变配电所主结线的选择原则 . 13 3.3.3 主结线方案选择 . 13 3.3.4配电所的主接线选择 . 16 3.5短路电流的计算 . 18 3.5.1 绘制计算电路 . 18 3.5.2 求k -1

4、，k-2点的三相短路电流和短路容量 . 19 ?1k点的三相短路电流和短路容量 求. 错误！未定义书签。 3.5.3 3.6变电所一次设备的选择校验 . 21 3.6.1 35kV侧一次设备的选择校验 . 21 3.6.2 10kV侧一次设备的选择校验 . 22 3.6.3 变电所高压母线的选择 . 23 3.7变电所进出线选择。 . 24 3.7.1 35kV高压进线的选择校验 . 24 2 3.7.2 10kV高压出线的选择 . 24 3.7.3作为备用电源的高压线的选择校验。 . 27 3.8变电所二次方案的选择与继电保护 . 28 3.8.1高压断路器的操动机构控制与信号回路 . 28

5、 3.8.2变电所的电能计量回路 . 28 3.8.3 变电所的测量和绝缘监察回路 . 28 3.8.4变电所的保护装置 . 29 3.9变电所的防雷保护与接地装置的设计 . 36 3.9.1 变电所的防雷保护 . 36 3.9.2 变电所公共接地装置的设计 . 37 第四章 结 论 . 39 3 第一章 绪 论 1.1 课题背景、目的及意义 1.1.1 课题的背景 本课题是根据刘介才主编的工厂供电设计指导上两个题目为原型，根据指导老师的要求设计。 变电所是电力系统中的一个重要环节,它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行。在35KV10KV配电变电所设计研究方面，最近几十年发展更是迅猛

6、。尤其是对变电站综合自动化的研究，已经进行了多年,并取得了令人瞩目的进展。变电站综合自动化目前在国外已得到了较普遍的应用。例如美国、德国、法国、意大利等国家,在他们所属的某些电力公司里,大多数的变电站都实现了综合自动化及无人值班方式。 在我国，现在变电所的基本也是向着变电站综合自动化这个方向发展的，但是根据我国的国情，现在大多数变电站还是没有完全实现保护和控制综合自动化。传统的变电站的设计发展到现在已经十分的成熟了。根据供电的设计内容和流程，可以十分的方便的按照步骤设计。 1.1.2 课题的目的及意义 本题目主要目的是设计某电机修造厂的变电所总降压配电设计。 与原来的课程设计比较，本题不仅设计

7、量大了许多，而且在更个方面的要求也有所加强。虽然变电所的设计在现在已经不是高新的技术，但是作为自动化专业的学生，本题目还是很全面的包含了一大部分专业课程学习的内容，而且各个方面都有所深入。尤其是继电保护的问题，有了更加深入的学习。 虽然本题没有对变电站综合自动化有所研究，但是对日后向这个方面的学习和发展打下了坚实的基础。通过这次设计不仅进一步加强专业知识的学习，拓宽知识面，提高理论知识水平。而且扩宽了就业面，提高就业能力，提高了独立思考和分析问题的能力。 1.2 设计的主要内容、设计图样 1.2.1 设计的主要包括 （1）设计的基本依据和资料。 （2）区域变电所和车间变电所负荷计算。 4 （3

8、）无功功率补偿计算及补偿电容器选择。 （4）短路电流的计算和动稳定度，热稳定度的计算机。 （5）变压器容量及台数的选择。 （6）变电所进出线的选择。 （7）变电所的电缆，电线，高压开关柜，低压配电电屏，动力配电箱，电流互感器，避雷器，母线等主要设备的选择。 （8）区域变电所进线侧线路的继电保护，（采用定时限过电流保护）。主变压器的差动保护，瓦斯继电器保护，工厂变电所进线侧单相接地保护。 （9）防雷装置与保护接地装置的设计。 （10）、域变电所的主接线图、工厂变电所主接线图、各种保护装置接线原理图。 （11）画出工厂变电所的平面图。 1.2.2 设计图样 （1）变电所主结线电路图 电机修造厂总降

9、压变电所主结线电路图 （3）各种保护装置接线原理图 变电所进线侧线路的继电保护原理电路图，（采用定时限过电流保护）。主变压器的差动保护原理电路图，瓦斯继电器保护原理电路图，工厂变电所进线侧单相接地保护原理电路图 （4）变电所平、剖面图 电机修造厂总降压变电所平、剖面图 5 第二章 设计依据 2.1 电机修造厂 （1） 电机修造厂总平面图（图2-1） 图2-1 某电机修造厂总平面布置图 （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；

10、修理变压器500台；生产电气备件为60万件。是大型钢铁联合企业重要组成部分。 （3）工厂各车间负荷计算表 表2-1 工厂各车间负荷计算表 序 号 车间名称设备容量（千瓦） 计算负荷 变压器台数及容量 车间变电所代号 P30 （千瓦）Q30 （千乏） S30 （千伏安）1 电机修造车间 2505 609 500 788 1000 1No 1车变 2 加工车间886 163 258 305 1400 No 2车变 3 新制车间634 222 336 403 500 1No 3车变 4 原料车间514 310 183 360 400 1No 4车变 5 备件车间562 199 158 254 315

11、 1 车变No 5 6 6 锻造车间 105 36 58 68 100 1 No 6车变7 锅炉房 269 197 172 262 1315 No 7车变8 空压站322 181 159 241 1315 No 8车变9 汽车库543 30 27 40 80 1 No 9车变10 大线圈车间 335 187 118 221 1250 10车变No 11 半成品试验站 365 287 464 1500 11车变No 12 成品试验站2290 640 480 800 11000 12车变No 13 加压站256 163 139 214 250 1 14 设备处仓库（转 供负荷） 338 288 4

12、44 1500 15 成品试验站内大 型集中负荷3600 2880 2300 3686 主要为高压整流装置， 要求专线供电。 供用电协议（4）区域变从某220/60kV 当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选定： 60/10.5kV 为满足二级负荷的需求，从某电所提供电源，此站距厂南侧4.5公里。 公里。10kV变电所，提供备用电源，此所距厂南侧4 所示。2-2所示。其供电系统图，如图2-2 电力系统短路数据，如表 母线短路数据2-2 区域变电站60kV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 ()31338MVA S.maxk 系统最小运行方式3)(31

13、0MVA Smin.kkVkV km 供电系统图图2-2 馈电线的过电流保护整定60kV 区域变电所 供电部门对工厂提出的技术要求：t在企业。 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时间1.3s 以上。该厂的总平均功率因数值应在0.9侧进行电能计量。总降压变电所60kV 工厂负荷性质）（5 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 。2200h为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 7 防用水需厂方自备。因此，要求供电具有一定的可靠性。 （6） 本厂自然条件 气象资料 最热月平均最高温度35摄氏度，土壤中0.

14、7-1米深处一年中最热月平均温度为20摄氏度，土壤冻结深度为1.10米，夏季主导风向为南风，最高气温+40度，最低-40度，导线复冰时气温-5度，最大风速时气温-5度，最大风速25米/秒，导线复冰时风速10米/秒，最高最低气温时风速0米/秒，复冰厚度10毫米，年雷暴日数31.5日。 地质水文资料 该厂区地层以砂粘土为主，地质条件较好，地下水位2.8-5.3m，地耐压力为15吨/平方米。 第三章 设计说明 3.1负荷计算及功率补偿 3.1.1负荷计算的内容和目的 （1）计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量求取确定的、预期不变的最大假想负荷。也就是通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择

15、供电系统中各元件的负荷值。在配电设计中，通常采用半小时的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 计算负荷是用户供电系统结构设计、供电线路截面选择、变压器数量）（2和容量选择、电气设备额定参数选择等的依据，合理地确定用户各级用电系统的计算负荷非常重要。 3.1.2负荷计算的方法 有功计算负荷为 P?KP (3-1) ed30P为设备容量。式中， e无功计算负荷为 8 ? (3-2) tanQ?P3030? 式中，的正切值。为对应于用电设备组tancos 视在计算负荷为22QP?S (3-3) 303030 总的计算电流为S30 (3-4) ?I30U3N 。式中，为额定电压380VUN

16、 各用电车间负荷情况及各车间变电所容量。3.1.33-1 表序号 车间名称设备容量（千瓦） 计算负荷变压器台数及容量 车间变电 所代号P30 （千瓦）Q30 （千乏） S30 （千伏安）1 电机修造车间 2505 609 500 788 11000 No 1车变2 加工车间 886 163 258 305 1400 No 2车变3 新制车间 634 222 336 403 500 1 No 3车变4 原料车间 514 310 183 360 400 1 车变No 45 备件车间 562 199 158 254 315 1 No 5车变6 锻造车间 105 36 58 68 1100 No 6车

17、变7 锅炉房 269 197 172 262 315 1 No 7车变8 空压站 322 181 159 241 1315 车变No 89 汽车库543 30 27 40 80 1 No 9车变10 大线圈车间 335 187 118 221 1250 10车变No 11 半成品试验站 365 287 464 1500 No 11车变12 成品试验站 2290 640 480 800 11000 车变No 1213 加压站256 163 139 214 1250 14 设备处仓库（转 供负荷） 338 288 444 1500 15 成品试验站内大 型集中负荷3600 2880 2300 36

18、86 主要为高压整流装置，要求专线供电。 9 3.1.4 全厂负荷计算。 取Kp = 0.92; Kq = 0.95 根据上表可算出：P30i = 6520kW; Q30i = 5463kvar 26520kW = 5999kW则 P30 = KPP30i = 0.9 Q30 = KqQ30i = 0.955463kvar = 5190kvar22S?P?Q 7932KVA 303030I30 = S30/3UN 94.5A COS = P30/S30 = 5999/7932 0.75 3.1.5 功率补偿 由于本设计中上级要求COS0.9,而由上面计算可知COS=0.75其I?I233A30

19、al 动稳定度校验 母线在三相短路时所受的最大电动力为 l2)(3)32?7i?3NA?10F sham.90?23?72?1019.NA3?368.95N?46?10 m160.)3(F 母线在作用时的弯曲力矩为 )3(mN?0F.9.l36895m33.2N?M? 1010 母线的截面系数为?22m003hm0.025.?b03?7 m12?3.10W? 66 故母线在三相短路时所受到的计算应力为m?.2NM336?MP53P?53?10? aca37?Wm1012?3.?MP?70MP?53?，由此可见该母线满足）的允许应力为而硬铝母线（LMYaalac 短路动稳定度的要求。 热稳定度校

20、验 计算满足短路热稳定的最小截面s.95tima033)2( mm5.A?85I?A10637?.? ?minC2mm/A87s 23 再加上断路器断整定，变电所式中60kV侧纵联差动保护动作时间按0.7stima 。路时间0.2s，再加0.05s22因此该母线满足短路热稳定，由于母线的实际截面为Amm?25?3mm?75Amin 度要求。 母线的选择校验（2） 10.5kV （其选择和计算方法同前，从略）5。采用硬铝母线LMY-3(606)50 所示所以电机修造厂高压母线选择如表3-8 电机修造厂高压母线选择表3-8母线名称 母线型号规格35kV母线 3mm ，即母线尺寸为25mmLMY-3

21、(253)10kV母线 5mm ，中性母线尺寸为50mm5，即母线尺寸为60mm6mmLMY-3(606)50 3.7变电所进出线选择。 3.7.1 60kV高压进线的选择校验 60kV公用干线。采用LJ型铝绞线架空敷设，接往 按发热条件选择（1）时，其35由及室外环境温度35，查资料，初选LJ-35 AI104I?NT130? ，满足发热条件。I151A?I30al 校验机械强度（2） 2 查表，最小允许截面满足机械强度要求。，因此LJ-35mm?35Amin 由于此线路很短，不需校验电压损耗。 高压出线的选择3.7.2 10.5kV型交联聚乙烯绝缘1号厂房（电机修造车间）的线路采用YJL2

22、2-100001（） 馈电给 的铝芯电缆直接埋地敷设。 按发热条件选择 2m25mA8?38.I的交联电，初选缆芯为由缆，其表度及土壤温20，查30I?90A?I，满足发热条件。 30al 校验电压损耗 2m25m的铝芯由电机修造厂平面图量得变电所至一号厂房距离约，而表查得100mR?1.54?kmX?0.120?km，又（按缆芯工作温度801号厂房的电缆的计），00 24 ，因此按式var.9kWkQ?258.P?61873030?qX?pR （3-9） ?U? UN?0.12101.54?0.1?.?258.9kvar?618.7kW?V?U?9.8 kV10?满足允许电压损耗5的要50.

23、?098?U?9.8V10000V?100?U0000000000al 求。 短路热稳定校验 计算满足短路热稳定的最小截面tima0.95s2(3) ?24800A?I?293.9mm?A ?minC277As/mm2的缆芯截面小于，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆由于前面所选mm25Amin2的交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，即YJL22-10000-33001150芯的四芯电缆mm300（中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同）。 （2） 馈电给2号厂房（机械加工车间）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯2，即YJL22-10000-3（方法同上，从略）缆芯截面选绝缘的铝芯电缆直接埋

24、地敷设。mm3003001150的四芯电缆。 （3） 馈电给3号厂房（新品试制车间）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯2，即从略）缆芯截面选YJL22-10000-3绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，mm3003001150的四芯电缆。 （4） 馈电给4号厂房（原料车间）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘2，即（方法同上，从略）缆芯截面选YJL22-10000-3的铝芯电缆直接埋地敷设。mm3003001150的四芯电缆。 （5） 馈电给5号厂房（备件车间）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘2mm300，即YJL22-10000-3的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选3001150的四芯电缆。 （6） 馈电给6号厂房（锻造车间）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘2mm300，即的铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选YJL22-10000-3 25 3001150的四芯电缆。 （7） 馈电给7号厂房（锅炉房）的线路 亦采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的2，即YJL22-10000-3铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选mm3003001150的四芯电缆。 （8） 馈电给8号厂房（空压站）的线路 亦采用YJL22-10