贺忠良电机制造厂课程设计

1、摘要：本次设计针对电机制造厂不同级别负荷进行变电所设计，采取分级负荷配送电其中一级负荷采取10kV供电，二级负荷采取0.4kV供电，三级负荷采用10kV转供，解决了电机制造厂不同车间之间比不同电压等级的需求。关键字：多级负荷，10kV供电，0.4kV供电目 录1电机制造厂变电所设计21.1课程设计目的21.2设计内容和要求21.3设计工作任务及工作量的要求22变电所主接线方案设计22.1主接线方式22.2变电所接线图33负荷计算和无功功率补偿33.1负荷分类及定义33.2负荷计算的方法43.2.1单组用电设备计算负荷的计算公式43.2.2多组用电设备计算负荷的计算公式43.3全厂负荷计算53.

2、4无功功率补偿64短路计算74.1本设计采用标幺值法进行短路计算74.2三相短路电流计算结果：95变压器、导线及高压设备的选择95.1变电所变压器台数和容量的选择95.2母线、架空线、电缆的选择及母线校验95.2.1母线95.2.2架空线115.2.3电缆115.3高压设备115.3.1断路器115.3.2隔离开关115.3.3配电设备115.4互感器115.4.1电流互感器115.4.2电压互感器125.5防雷设备126设计总结12参考文献121电机制造厂变电所设计1.1课程设计目的通过课程设计巩固和加深学生对所学的电力工程专业课程知识,结合工程实际问题,锻炼学生分析和解决问题的能力;提高学

3、生使用技术资料,进行计算,绘图以及编写技术文件的技能,掌握设计的步骤和方法,学会运用规程,规范,手册和参考资料。通过课程设计应使每个学生都受到较全面的训练,在教师的具体指导下独立完成规定的设计任务。1.2设计内容和要求完成某电机制造厂35/10 10/0.4kV变电所电气一次部分设计，其要求如下：（1）厂内用电负荷情况见附表。（2）与系统接线情况：35kV 2回进线长度2km，系统阻抗0.5（Sb=100MVA Ub=37kV）。（3）变电所与其中4个车间的距离分别为：电机修理车间400m；成品试验车间200m；新产品试制车间500m：机械加工车间300m，供电线路均采用10kV电缆线路方式。

4、（4）地区自然条件：高气温370C，年平均气温为240C，年最低气温为-50C。某电机制造厂负荷分布情况表序号车间或用电设备组P（KW）KdCos备注1电机修理车间23000.60.72机械加工车间8800.650.653新产品试制车间6500.550.64原料车间5500.350.655备件车间5600.50.76锻造车间1800.60.657锅炉房2600.90.88空压房3020.80.659汽车房560.50.710线圈车间3280.550.6511半成品车间7500.650.7512成品试验车间25640.350.613加压站（10KV转供）2740.550.6514设备处仓库（10

5、KV转供）6540.550.7515成品试验站内大型集中负荷38740.650.751.3设计工作任务及工作量的要求进行变电所电气主接线的设计、负荷计算、主要电气设备选择（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线及配电导线等）、各电压等级配电装置设计。同时，完成全厂供电系统总接线图，具体为：1）变电所电气主接线的设计；2）全厂负荷计算；3）变电所电气设备选选择；4）供给4各车间架空导线的选择。2变电所主接线方案设计2.1主接线方式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610kV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

6、电所主接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。一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主电路：单母线分段接线形式，它是将单母线用分段断路器分成几段。与单母线不分段相比提高了可靠性和灵活性。单母线分段具有以下优点：1， 两母线段可以分裂运行，也可以并列运行；2， 重要用户可用双回路接于不同母线段，保证不间断供电；3， 任意母线隔离开关检修，只停该段，其余段可继续供电，减少了停电范围。因此该变电所一、二次侧采用单母线分段接线方式。2.2变电所接线图图2-1为变电所接线简图，采用35kV两回路进线，变压器变比分别为35/10kV

7、和10/0.4kV一二级母线分别为10kV、0.4kV。图2-1系统示意图3负荷计算和无功功率补偿3.1负荷分类及定义1、一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。2、二级负荷：中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报废，重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损失。3、三级负荷：所有不属于一、二级负荷的电力负荷。3.2负荷计算的方法求计算负荷的方法有：需要系数法、二项式系数法、利用系数法和单位产品耗电量法等。 本设计采用需要系数法确定。3.2.1单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW

8、）=,为系数b)无功计算负荷（单位为kvar）=tanc)视在计算负荷（单位为kVA）=d)计算电流（单位为A） =, 为用电设备的额定电压（单位为kV）备件车间的负荷计算：=560×0.5=280kW=tan=280×1.02=285.6kvar=400kVA=577.4A3.2.2多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为kW）=式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.850.95。b)无功计算负荷（单位为kvar）=，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.90.97。c)视在计算负荷（单位为kVA）=d)计算电流（单位为A）

9、=根据要求及负荷计算公式，计算各级负荷的、，然后列出表格。见表3-1。表3-1某电机制造厂负荷分布情况表编号名称设备容量/kW需要系数costan计算负荷备注/kW/kvar/kVA/A1电机修理车间23000.60.71.0213801407.61971.4113.82一级2机械加工车间8800.650.651.17572669.2488050.82一级3新产品试制车间6500.550.61.33357.5475.5595.834.51一级4原料车间5500.350.651.17192.5225.2296.2427.5二级5备件车间5600.50.71.02280285.6400577.4二

10、级6锻造车间1800.60.651.17108126.4166.2239.9二级7锅炉房2600.90.80.75234175.5292.5422.2二级8空压房3020.80.651.17241.6282.7371.7536.5二级9汽车房560.50.71.022828.564057.74二级10线圈车间3280.550.651.17180.4211.1277.5400.5二级11半成品车间7500.650.750.88487.5429650938.2二级12成品试验车间25640.350.61.33897.41193.51493.2724.67一级13加压站（10KV转供）2740.55

11、0.651.17150.7176.3231.817.37三级14设备处仓库（10KV转供）6540.550.750.88359.7316.5479.627.69三级15成品试验站内大型集中负荷38740.650.750.882518.12215.93357.5193.9一级总计0.750.8857255961.78265.4417.72一级175217642486.23599.9二级510.4492.8708.645.06三级注：一、三级负荷10kV侧 二级负荷0.4kV侧3.3全厂负荷计算取=0.9 取=0.95根据上表可得出：一级负荷：Pc1=×=0.9×5725kW=

12、5152.5kW; QC1=×=0.95×5961.7kvar=5663.6kvarSC1=7556.7kVA则低压侧（二级负荷）：PC（2）=×=0.9×1752kW=1576.8kW QC（2）=×=0.95×1764kvar=1675.8kvar SC（2）=2301kV·A变压器功损耗：PT=0.02×SC（2）=0.02×2301=46.02kW QT=0.1×SC（2）=0.1×2301=230.1kvar高压侧负荷：PC(1)=PT+PC(2)=1622.82kW QC(

13、1)=QT+QC(2)=1905.9kvar SC(1)=2503.2kVA三级负荷：PC3=×=0.9×510.4kW=459.36kWQC3= ×=0.95×492.8kvar=468.16kvarSC3=655.89kVAPc总= Pc1+ PC（2）+PT + PC3=7234.68kWQc总= QC1+ QC（2）+QT + QC3=8037.66kvarSC总=10814.09kVAcos=7234.68/10814.09=0.67高压侧电流（10kV）：I30(1)=（7556.7kVA+655.89kVA）/（×10）=474.

14、15A低压侧电流（0.4kV）：I30(2)=2301/（×0.4=3321.21A0.4kV折算电流I30(2)=3321.21×0.4/10=132.85A35kV侧电流：I30=I30（1）+I30(2)×10/35=（474.15A+132.85A）=173.43A3.4无功功率补偿在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能，这种技术措施称为无功功率补偿。在合格的电能下工作，用电设备性能最好、效率最高，电压质量是电能质量的一个重要方面，同时，电

15、压质量的高低对电网稳定、经济运行也起着至关重要的作用。10kV侧最大负荷时功率因数只有0.67而供电部门要求10kV进线侧最大负荷时功率因数不小于0.9考虑变压器无功损耗大于有功损耗，因此10kV侧最大负荷时功率因数应大于0.9，取0.95来计算10kV侧需要的无功补偿。 10kV侧补偿的容量为： QB=PC总×tan(arccos0.67)tan(arccos0.95)kvar=5638.11kvar选取无功补偿容量为5700kvar无功补偿后，变电所10kV侧的计算负荷为： SC总=7602.98kVA补偿后低压侧功率因数为cos=7234.68/7602.98=0.952>

16、;0.9补偿后35kV侧：P0=Pc总+PT=7234.68kW+0.02×7602.98kW=7384.74kWQ0=Qc总+QT=2337.66+0.1×7602.98=3079.96kvarS0=8001.28kvarcos=0.923>0.9根据要求选取并联补偿电容为BSMJ0.4-100-3型电容器57只。补偿总容量为 100kvar*57=5700kvar，因此符合本设计的要求。本次设计针对10kV侧最大负荷时功率因数为0.67，经无功补偿后功率因数为0.95，满足供电部门要求。,35kV侧补偿后功率因数为0.923满足要求。4短路计算4.1本设计采用标幺

17、值法进行短路计算主变容量为2×10000kVA；型号为S11-10000KVA/35KV变压器；短路电压比35kV/10kV为Uk%=7.5%。最大运行方式：按A变电站两台变压器并列运行考虑；1、在最大运行方式下：()、取基准容量Sb=100MVA，基准电压Ub1=37kV，Ub2=10.5kV而Ib1=100MVA/(×10.5kV)=5.50kAIb2=100MVA/(×0.4kV)=144.34kA()、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1）电力系统阻抗X1*=0.52）架空线路（XO=0.4/km）X2*=X0×=1/2×0.4/km

18、×2km×100/(37kV×37kV)=0.0293）35/10kV电力变压器（Uk%=7.5）X3*=1/2×=7.5×100MVA/(100×10000kVA)=0.375绘制等效电路如图4-1，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。 图4-1 等值电路图 (3)求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量高压侧：ish=2.55 I(ish为短路电流冲击值) Ish=1.51I(Ish为短路电流有效值)1)总电抗标幺值X*(K-1)=X1*X2*X3*=0.529+0.75/2=0.9042)三相短路

19、电流周期分量有效值I=5.50/0.904=6.08kA3)其他三相短路电流I(3)=I(3)=I=6.08kAish=2.55×6.08kA=15.504kAIsh=1.51×6.08kA=9.181kA4)三相短路容量S=100MVA/0.904=110.62MVA(4)求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量低压侧：ish=1.84I(ish为短路电流冲击值) Ish=1.09I(Ish为短路电流有效值)1)总电抗标幺值X*(K-2)=X1*X2*X3*+X4*=0.904+0.0063=0.91032)三相短路电流周期分量有效值I=Ib2/X*(K-

20、2)=144.34kA/0.9103=158.56kA3)其他三相短路电流I(3)=I(3)=I=158.56kAish)=1.84×158.56kA=291.75kAIsh=1.09×158.56kA=172.83kA4)三相短路容量S=100MVA/0.9103=109.85MVA4.2三相短路电流计算结果：最大运行方式下三相短路电流/kA三相短路容量/MVA见表4-1。表4-1 短路计算结果表三相短路电流/kA三相短路容量/MVAI"(3)I(3)I(3)ish(3)Ish(3)S(3)K-16.086.086.0815.5049.181110.62K-21

21、58.56158.56158.56291.75172.83109.855变压器、导线及高压设备的选择5.1变电所变压器台数和容量的选择（1）变压器台数的选择由于该厂的负荷含有一、二级负荷，且一级负荷容量较大，对电源的供电可靠性要求高，本次设计一级负荷采用两台变压器，二级负荷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。（2） 变电所变压器容量的选择根据总计算负荷（一、三级负荷8212.62kVA，二级负荷2301kVA）同时考虑负荷的增长，应留有一定的裕量，即SN0.7×（8212.62kVA+2301kVA）=7359.53kVA一二级负荷7

22、556.7kVA+2301kVA=9857.7kVA由比较可知35kV单台变压器选用型号为S11-10000kVA/35kV油浸式变压器，参数见表5-1。表5-1 S11-10000kVA/35kV型油浸式变压器参数表额定容量 KVA额定电压 KV损耗/kW阻抗电压%空载电流%连接组重量/kg外形尺寸/mm 长×宽×高高压低压空载短路油重总重100003510.510.8847.707.50.42YN d11 3230166003310×1600×2590低压侧二级负荷为2301kVA选取变压器容量SN2301kVA考虑留有一定的裕量因此选用变压器型号为

23、SC(B)9-30-2500/10型环氧树脂浇注干式变压器，参数见表5-2。表5-2 SC(B)9-30-2500/10型环氧树脂浇注干式变压器参数见表额定容量 kVA额定电压 KV损耗/kW阻抗电压%空载电流%连接组重量/kg外形尺寸/mm 长×宽×高高压低压空载短路总重2500100.44.519.761.2DYn11 52501560×1170×19305.2母线、架空线、电缆的选择及母线校验5.2.1母线0.4kV母线选择:LMY-80×8(两片)型矩形铝母线35的载流量IQ =1789A允许载流量Ial=0.94×1789&

24、#215;2=3363.32>I30(2)。热稳定性性校验：铝母线的短路热稳定系数C=mm2，短路发热假想时间为1.2s，满足热稳定度的最小允许截面为Amin=I×103=158.56×103=78.92mm2实际选用母线截面为A=80×8=640mm2，所以热稳定满足要求。动稳定校验： 取母线间距1为1.2m，相间中心线距s为0.2m因>2，故母线截面的形状系数K1。三相短路冲击电流在中间相产生的电动力为F=母线的弯曲力矩为 M=母线的截面系数为 W=母线受到的最大计算应力为所以动稳定度满足求。10kV母线选择:LMY-25×3 30。C载

25、流量IQ=498A>I30(1)。10kV母线校验依据0.4kV校验方法如下。热稳定性性校验：满足热稳定度的最小允许截面为Amin=I×103=6.08×103=76.5mm2实际选用母线截面为A=2×25×3=150mm2，所以热稳定满足要求。动稳定校验： 取母线间距l为1.2m，相间中心线距s为0.15m因>2，故母线截面的形状系数K1。三相短路冲击电流在中间相产生的电动力为F=母线的弯曲力矩为 M=母线的截面系数为 W= 母线受到的最大计算应力为 所以动稳定度满足要求。5.2.2架空线常用导线型号铜的代号为T，铝的为L，钢的为G。铜绞线

26、代号为TJ，铝绞线为LJ，常用的是钢芯铝绞线LGJ，根据铝的截面积A和钢的截面积A比例不同，可分为：K=A/A=8.75.3 LG型K= 44.5 LGJJ加强型K=8 LGJQ轻型35kV线路依据I30=173.43A选取导线：LGJ-35，导线截面积为35mm，连续载流量180A满足要求。5.2.3电缆10kV架空电缆选择型号为YJV22 8.7/10kV 150（两根）载流量IQ=290×2A>I30(1)0.4kV地下电缆选择型号为VV22 0.6/1kV 300（十根）载流量IQ=340×10A>I30(2)5.3高压设备5.3.1断路器根据35kV侧

27、电流：I30=173.43A所以选用ZW12-40.5/630型真空断路器。根据10kV侧电流：I30(1)=474.15A所以选用ZW8-12/630型真空断路器。5.3.2隔离开关根据35kV侧电流：I30=173.43A所以选用GW5-35/600型隔离开关。根据10kV侧电流：I30(1)=474.15A所以选用GW1-10/600型隔离开关。5.3.3配电设备FDMNS低压抽屉式配电柜是一种用标准模件由工厂组装的组合式低压开关柜，本开关柜适用于交流50Hz，额定工作电压660V及以下的各种供电配电系统，用于发电、配电、电能转换和电能消耗设备的控制，广泛适用于变电站、石油、化工、煤炭等

28、各种工矿企业配电系统。开关柜的具体技术参数见表5-3。表5-3 FDMNS型开关柜的技术参数见表序号 项目单位技术参数1额定电压UrkV0.692额定频率frHz503主母线额定电流IrA630、1250、1600、2000、2500、3150、40004额定绝缘水平1min工频耐受电压 UdkV相间相对地：42；隔离断口：48雷电冲击耐受电压 Up相间相对地：75；隔离断口：855主母线最大工作电流A4700（IP40）6主母线短时峰值电流kA2207额定短路持续时间tkS48分/合闸装置额定电源电压 UaVDC：110/220；AC：110/2209防护等级IP40/IP545.4互感器5

29、.4.1电流互感器根据35kV侧电流值I30=173.43A，所以选择LZZW-35型电流互感器，该电流互感器采用环氧树脂真空浇筑，表面采用户外硅胶全密封增爬伞裙，具有耐电弧、耐紫外线、耐老化特点。适用于额定频率50Hz电压35kV以下户外用，电力系统中作电流电能计量及继电保护用互感器参数见表5-4。表5-4LZZW-35型电流互感器参数表额定一次电流（A）额定二次电流（A）准确及组合准确级及相应的额定输出（VA）1s短时热电流(kA有效值)额定动稳定电流(kA峰值)0.2S,0.20.510P0.520050.2S/10P/10P15205037.894.5根据10kV侧电流值I30(1)=

30、474.15A，所以选择LZZJ-10型电流互感器，该互感器为环氧树脂浇注全封闭支柱式产品，适用于额定频率50Hz或60Hz，额定电压10kV的电力系统中，做电能计量、电流测量和继电保护用。产品符合IEC60044-1及GB1208电流互感器标准。具体参数见表5-5。表5-5LZZJ-10电流互感器参数表额定一次电流（A）额定二次电流（A）准确及组合准确级及相应的额定输出（VA）1s短时热电流(kA有效值)额定动稳定电流(kA峰值)0.2S,0.20.510P1550050.5/10P1510101525635.4.2电压互感器10kV侧选用JSZK2-10W型电压互感器，本型号电压互感器是继三相五柱电压互感器之后，为消除因电力系统不同程度接地后而导致互感器发生铁磁谐振大量烧毁这一公害而开发的一种康铁磁谐振电压互感器，该产品在系统发生100%接地故障后仍可长时间正常运行，同时保护绕组输出100V电压使继电器动作，系统正常运行时保护绕组输出电压10V。表面爬电距离：