腾达机械厂降压变电所的设计.doc

1、2012 届毕业设计（论文）腾达机械厂降压变电所的设计系 、 部：电气与信息工程系学生姓名：指导教师：职称：专业：班级：学号：2012年5月摘要电能是现代工业生产的主要能源和动力。机械厂供电系统的核心部分是变电所。变电所主接线设计是否合理，关系到整个电力系统的安全、灵活和经济运行。本设计在给定机械厂具体资料的基础上， 根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况， 并适当考虑到工厂生产的发展按照安全可靠技术先进经济合理的要求确定变电所的位置， 确定变电所主变压器的台数和容量类型选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按照要求写出

2、设计说明书。关键词 ：电能；变电所；二次回路；变压器2ABSTRACTThe electricity is modern industrial production of main sources ofenergy and motive force.The core of thepower supplysystem of machineryfactoryissubstation.Thewiringisreasonabledesignsubstation,relatedtothewholepowersystemsecurity,flexibleand economicoperation.This

3、designin a given machinery factoryconcretematerialfoundation,accordingto our factorywillachievethe power and theactual situationof our electricityload,and appropriateconsiderationto the factorytothe development of the production according to the safe and reliabletechnologyadvanced economic and reaso

4、nablerequiredthe positionofthesubstation,determinethemain transformersubstationNumbersandcapacitytypechoiceLordwiringschemesand highorlowvoltagesubstation equipment and determine the outlet and the secondary circuitsolutions, choose the setting relay protection device, determine thelightningprotecti

5、onand groundingdevice,finallyaccordingtotherequest and write the design specification。Key words ：power； substation； The secondary circuit； transformer3目录1 绪 论·······················

6、3;··································1 1.1 工厂供电的意义和要求· ············

7、;··························11.2 工厂供电设计的一般原则· ····················

8、················21.3 本机械厂变电所的设计内容及依据· ····························22 负荷计算和无

9、功功率计算及补偿补偿· ·······························4 2.1 负荷计算概述··············&

10、#183;································42.2 负荷计算的方法···············&

11、#183;·····························52.3 无功功率的补偿··················&

12、#183;··························83 变电所主变压器及主结线方案的选择· ···················

13、;············9 3.1 变电所的概述····································

14、;···········93.2 变电所主接线选择 ····································

15、83;······93.3 高压线路导线的选择· ········································

16、103.4 低压线路导线的选择· ········································104 变电所变压器和主接线方案的选择· ··

17、·······························11 4.1 年耗电量的估算················

18、3;····························114.2 主变压器台数的选择· ··················

19、······················114.3 变电所主变压器容量的选择· ························

20、;··········115 短路电流的计算······································

21、············13 5.1 短路的原因及后果···································

22、83;·······135.2 本设计采用标幺制法进行短路计算· ····························136 变电所一次设备的选择与校验· ······

23、;·······························16 6.1 一次设备的选择与校验的原则· ··············&#

24、183;·················166.2 变电所高压侧一次设备的选择· ····························

25、····176.3 变电所高压侧一次设备的校验· ································176.4 变电所低压侧一次设备的选择· ·····&#

26、183;··························186.5变电所低压侧一次设备的校验····················&#

27、183;···········187 变电所低压干线、 支线上的熔丝及型号· ·····························197.1保护电力线路的熔断器熔体电流的选择·

28、; ························197.2保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择· ····················

29、3;·207.3保护电压互感器的熔断熔体电流的选择· ························207.4熔断器的选择与校验· ················&#

30、183;·······················2047.5熔断器保护灵敏度的校验· ······················&#

31、183;·············218变电所二次回路方案的选择积极电保护的整定························228.1二次回路方案的选择· ·····

32、···································228.2继电保护的整定·············

33、································229 变电站的防雷保护和接地保护· ··············

34、·······················269.1防雷保护的概述·························

35、····················269.2接地保护的概述····························

36、·················2710 设计总结与体会·······························

37、···················2911 参考文献·····························

38、83;··························3012 致 谢······················&

39、#183;···································3151绪论1.1工厂供电的意义和要求工厂供电就是指工厂供电所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。众所周知，电能是现代工业声场的主要能源和动力。电能既易于由其他姓氏的能量转

40、换而来， 又易于转换为其他形式的能量以供应用；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。现代社会的信息技术和其他高新科技都是建立在电能应用的基础上，因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外） 。例如在机械工业中，电费开支仅占产品成本的 5%左右。从投资额来看，一般机械工厂在供电设备上的投资，也仅占总投资的 5%左右。因此电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少， 而在于工业生产实现电气化以后， 可以大大增加产量，提

41、高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工业人的劳动强度，改善工人的劳动条件， 有利于实现生产过程自动化。 从另一方面来说， 如果供电突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。 例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生人身伤亡事故， 给国家和人民带来经济上甚至生态环境上或政治上的重大损失。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产、实现工业现代化，具有十分重要的意义。工厂供电工作要很好的为工业服务， 切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能和环保工作，就必须达到下列基本要求：（1） 安全在电能的供应、分配和使用中，不

42、应发生人身事故和设备事故。（2） 可靠应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。（3） 优质应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要省，运行费用要低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局，当前和长远等关系，既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。例如计划用电问题，就不能只考虑一个单位的局部利益，更要有全局观点。61.2工厂供电设计的一般原则按照国家标准 GB50052-95供配电系统设计规范、 GB50053-94 10kV 及以下设计规范、 GB50054-95 低压配电设计规范、 JGJ16-

43、2008民用建筑电气设计规范等的规定，进行变电所设计必须遵循以下原则：1、遵守规程、执行政策必须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、先进合理应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、能耗低和性能先进的电气产品。3、近期为主、考虑发展应根据工作特点、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

44、量直接影响到工厂的生产及发展。 作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。1.3本机械厂变电所的设计内容及依据1、 供用电协议本厂与电业部门所签定的供用点协议主要内容如下：（ 1）从电业部门某 10 千伏变电所用 10 千伏架空线路向本厂供电，该所在距本厂 8KM处。（ 2）电业部门变电做配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为17秒。（ 3）在总配变电所 10 千伏侧计量。（ 4）要求本厂的功率因数值在 0.9 以上。（ 5）供电系统技术数据：电业部门变电所10 千伏母线，为无限大电源系统，其短路容量为500 兆伏安。2、 本厂的负荷性质大多

45、数车间为两班制，全年最大负荷利用时数为4600 小时，日最大负荷持7续时间为 6 小时该厂除铸造车间，电镀车间，和锅炉房为二级负荷外，其余均为三级负荷 低压动力设备均为三相， 额定电压为 380 伏电气照明及家用电器均为单相额定电压为220 伏，本厂负荷统计资料如表所示设备容量需要系数功率因数厂房编号厂房名称负荷类别tan(kW )K dcos1铸造动力5200.40.71.02车间照明100.91.002锻压动力2400.30.651.17车间照明100.91.003金工动力3900.320.651.12车间照明100.91.004工具动力2900.350.651.33车间照明100.91.

46、005电镀动力4500.60.80.75车间照明100.91.006热处理动力2600.620.820.82车间照明100.91.007装配动力1700.40.751.02车间照明100.91.008机修动力1000.30.71.17车间照明50.91.009锅炉动力1150.80.81.05车间照明30.91.0010仓库动力500.40.90.75照明20.91.0011生活区照明4000.81.00.4882 负荷计算及无功功率计算及补偿2.1负荷计算概述2.1.1工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求（一）电力负荷的概念电力负荷又称电力负载，有两种含义：1） 电力负荷指耗用电能的用电设

47、备或用电单位 （用户），如说重要负荷、不重要负荷、动力符合、照明负荷等。2）电力负荷指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如说轻负荷（负载）、重负荷（重载）、空负荷、满负荷等。电力负荷的具体含义，视其是用的具体场合而定。（二）电力负荷的分级按 GB50052 1995供配电系统设计规范的规定，电力负荷根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响分为三级：1 一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或者中断供电将在政治、 经济上造成重大损失者， 如重大设备损坏、 重大产品报废、 用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需长时间才能恢复等。在一级负荷中

48、， 当中断供电将发生中毒、 爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。2 二级负荷二级负荷为中断供电将在政治、 经济上造成重大损失者， 如有主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。3 三级负荷三级负荷为一般电力负荷，指所有不属于上述一、二级负荷者。（三）各级电力负荷对供电电源的要求1. 一级负荷对供电电源的要求由于一级负荷属重要负荷， 若中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两个电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。一级负荷重特别重要的复合，除上述两个电源外， 还必须增设应急电源

49、。 为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其负荷接入应急供电系统。2. 二级负荷对供电电源的要求二级负荷也属重要负荷， 要求由两回路供电， 供电变压器也应有两台 （这两9台变压器不一定在同一变电所） 。在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电， 或中断后能迅速恢复供电。 只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路 6kV 及以上的专用架空线路供电。如果采用电缆线路时， 则必须采用两根电缆并列供电， 每根电缆应能承担全部二级负荷。3三级负荷对供电电源的要求三级负荷不重要的一般负荷，对供电电源无特殊要求。2.1.2负荷计算的内容和目的（1）计算负荷又称需要负荷或最大

50、负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。 在配电设计中，通常采用 30 分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。(2 ）尖峰电流指单台或多台用电设备持续1 秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。(3 ）平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷， 有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.2负荷

51、计算的方法采用需要系数法对各个车间进行计算， 并将照明和动力部分分开计算， 照明部分最后和宿舍区照明一起计算。具体步骤如下 :1 铸造车间动力部分 :P30(11)520kW0.9468kW ；Q30(11)468kW 1.02477.36k varS30(11)4682477.36 2668.5kVA ；I 30(11)668.5kVA1015.71A1.7320.38kV照明部分： P30(12)10kW0.9 9kW ； Q30(11)02 锻压车间动力部分 :P30(21)240kW0.372kW ；Q30(21)72kW1.1784.24k varS30(21)72284.24211

52、0.82kVAI 30(21)110.82 kVA168.37 A1.7320.38kV照明部分 : P30(22) 10kW 0.99kW ； Q30(22)0103 金工车间动力部分 :P30(31)390kW0.32 124.8kW ；Q30(31)124.8kW 1.12139.78k varS30(31)124.82139.782187.38kVAI 30(31)187.38 kVA284.71A1.7320.38kV照明部分 : P30(32)10kW0.9 9kW ；Q30(32)04 工具车间动力部分 :P30(41)290kW0.35 101.5kW ；Q30(41)101.

53、5kW 1.33135k varS30(41)101.521352168.9kVAI 30(41)168.9kVA256.62 A1.732 0.38 kV照明部分 : P30(42)10kW0.9 9kW ；Q30(42)05 电镀车间动力部分 :P30(51)450kW0.6 270kW ；Q30(51)270kW0.75202.5k varS30(51)2702202.52337.5kVAI 30(51)337.5kVA512.79 A1.7320.38kV照明部分 : P30(52)10kW0.9 9kW ； Q30(52)06 热处理车间动力部分 :P30(61)260kW0.62

54、161.2kW ；Q30(61)161.2kW 0.82132.18k varS30(61)161.22132.18 2208.47 kVAI 30(61)208.47 kVA316.74 A1.7320.38kV照明部分 : P30(62)10kW0.9 9kW ；Q30(62)07 装配车间动力部分 :P30(71)170kW0.75 127.5kW ；Q30(71)127.5kW 1.02130.05k varS30(71)127.52130.052182.12 kVAI 30(71)182.12kVA276.72 A1.732 0.38 kV照明部分 : P30(72)10kW0.9

55、9kW ；Q30(72)0118 机修车间动力部分P30(81)100kW0.330kW ；Q30(81)30kW1.1735.1k varS30(81)30235.1246.17kVAI 30(81)46.17kVA70.1 A1.7320.38kV照明部分 : P30(82) 5kW 0.94.5kW ；Q30(82)09 锅炉房动力部分 :P30(91)115kW0.892kW ；Q30(91)92kW1.0596.6k varS30(91)92296.62133.4kVAI 30(91)133.4kVA202.69 A1.7320.38kV照明部分 : P30(92) 3kW 0.92

56、.7kW ；Q30(92)010 仓库动力部分 ：P30(101)50kW0.420kW ；Q30(101)20kW0.7515k varS30(101)20215225kVAI 30(101)25kVA37.98 A1.7320.38kV照明部分： P30(102)2kW 0.91.8kW ； Q30(102)011 生活区照明P30(112)4000.8kW320kWQ30(112)0取全厂的同时系数为： K p0.95， K q0.97 ，则全厂的计算负荷为：1111P300.95(P30( i1)P30( i 2) )0.95 1859 kW1766.05kWi1i 111Q300.9

57、7Q30( i 1)0.97 1447.81k var =1404.38k vari 1S301766.0521404.3822256.37kVA；I302256.37kV A3428.3 A30.38kV122.3无功功率补偿由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：S302256.37kV A1766.050.78，为使高压侧的功率因数这时低压侧的功率因数为：cos ( 2 )2256.370.90 ，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90 ，取 cos ' 0.95 。要使低压侧的功率因数由 0.78 提高到 0.95 ，则低压侧需装设的并联电容器容量为：QC1404.38 (

58、tanarccos0.78tanarccos0.95)k var665.11k var取 : QC =700k var 则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：S30(2)'1766.052(1440.38700) 21914.97kV A计算电流 I 30(2)'1914.37kVA2909.58 A30.38kV变压器的功率损耗为：PT0.02S' 30(2)0.021914.97kVA38.30kWQT0.06S'30(2)0.061914.97kVA114.90k var变电所高压侧的计算负荷为：P30(1)'1766.05kW38.3kW1804

59、.35kWQ'(1440.38700)k var 114.9k var855.28k var30(1)S30(1)'1804.352855.282 kVA 1996.79kV AI 30(1)'1996.79kVA115.29 A310kV补偿后的功率因数为： cos '1804.350.904 满足（大于 0.90 ）的要求。1996.79133 变电所主变压器及主结线方案的选择3.1变电所的概述变电所 (substation)就是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、潮流（电力系统

60、中各节点和支路中的电压、 电流和功率的流向及分布） 控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。 按用途可分为电力变电所和牵引变电所 （电气铁路和电车用）。3.2变电所主接线选择3.2.1变电所主接线的要求变电所的主接线， 应根据变电所在供电系统中的地位、 进出线回路数、 设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。3.2.2变电所主结线的选择原则(1)安全 应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。(2)可靠 应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。(3)灵活 应能必要各种运行方式， 便于切换操作和检修， 且适应负荷的发展。(4)经济

61、 在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。3.2.3变电所常用主接线1. 只装有一台主变压器的变电所主接线方案只装有一台主变压器的变电所， 其高压侧一般采用无母线的接线， 根据高压侧采用的开关电器不同，有三种比较典型的主接线方案：(1)高压侧采用隔离开关 -熔断器或户外跌开式熔断器的主接线方案；(2)高压侧采用负荷开关 -熔断器或负荷型跌开式熔断器的主接线方案；(3)高压侧采用隔离开关 -断路器的主接线方案。2. 装有两台主变压器的变电所主接线方案装有两台主变压器的变电所的典型主接线方案有：(1)高压无母线、低压单母线分段的主接线方案；(2)高

62、压采用单母线、低压单母线分段的主接线143.3高压线路导线的选择架空进线后接铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢铠护套电力电缆BLV-95,因高压侧计算电流 I 30'115.29A ，所选电缆的允许载流量： I al 125A I 30'115.29A 满足发热条件。3.4低压线路导线的选择由于没有设单独的车间变电所， 进入各个车间的导线接线采用TN-C-S 系统；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用 LGJ-185 型钢芯铝线电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。其中导线和电缆的截面选择满足条件：1)相线截面的选择以满足发热条件即， I al I30 ；2)中性线（N 线

63、）截面选择，这里采用的为一般三相四线， 满足 A00.5A ；3) 保护线（ PE 线）的截面选择一、 A35mm2 时， APE0.5A ；二、 A16mm2 时， APEA三、 16mm2A 35mm2时， APE 16mm24) 保护中性线（ PEN）的选择，取（ N 线）与（ PE）的最大截面。结合计算负荷，可得到由变电所到各个车间的低压电缆的型号为：铸造车间： LGJ-240两根并联I al610 2A1015.71A锻压车间： LGJ-50I al2 2 0168. 37AA金工车间： LGJ-95工具车间： LGJ-70电镀车间： LGJ-240热处理车间： LGJ-120装配车

64、间： LGJ-95机修车间： LGJ-16锅炉房：LGJ-70仓库：LGJ-16生活区：LGJ-185I al335A284.71AI al275256.62AAI al610A512.79AI al380A316.74AI al335A276.72AI al10570.1AAI al275202.69AAI al10537.98AAI al515A486.20A另外，送至各车间的照明线路采用：铜芯聚氯乙烯绝缘导线BV型号。154 变电所主变压器和主接线方案的选择4.1年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量：W pP30 T年无功电能耗电量：Wq.a

65、Q30Ta结合本厂的情况，年负荷利用小时数T 为 4600h，取年平均有功负荷系数0.72 ，年平均无功负荷系数 0.78 。由此可得本厂：年有功耗电量：Wp .a0.721766.05KWh5.856KW h460010.年无功耗电量：W0.78kh5.046KW hq .a1404.38 var 460010.4.2主变压器台数的选择变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器： 有大量一级或二级负荷； 季节性负荷变化较大； 集中负荷较大。结合本厂的情况， 考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。4.3变电所主变压器容量的选择每台变

66、压器的容量 SN T 应同时满足以下两个条件：1、暗备用条件：任一台变压器单独运行时，宜满足：SN T(0.6 0.7) S302、明备用条件：任一台变压器单独运行时，应满足：SN TS30( I II ) ，即满足全部一、二级负荷需求。代入数据可得：SN T =（ 0.60.7）× 1996.79 kV A =（1198.071397.75） kV A 。考虑到未来 510 年的负荷发展， 初步取 SN T =2000 kV A。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为 SC9 系列箱型干式变压器。16型号： SC9-2000/10 ，其主要技术指标如下表所示：变压器额定额定联 结

67、损耗 /kW空载短路型号容量电压组 型电流阻抗/ kV A/kV号I 0 %U K %高低空负压压载载SC9-2000/102000 10.5 0.4Dyn112.713.30.86（附：参考尺寸（ mm）：长： 1670 宽： 1200 高： 1740 重量（ kg）：4500）175 短路电流的计算5.1短路的原因及后果5.1.1短路原因1. 元件损坏，例如设备绝缘材料老化，设计、制造、安装、维护不良等造成的设备缺陷发展成为短路。2. 气象条件影响，例如雷击过后造成的闪烁放电，由于风灾引起架空线断线和导线覆冰引起电线杆倒塌等。3. 人为过失，例如工作人员带负荷拉闸，检修线路或设备时未排除接地线合闸供电，运行人员的误操作等。人为破坏，如偷电线和美国的科索沃战争