电力工程课程设计报告001

1、1.某重型机械制造厂35KV总降变电所及高压配电系统设计设计依据原始资料如下：（1） 工厂总平面布置图（2） 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大型电机、变压器、锅炉配件制造任务。年生产规模为制造大型电机配件7500台，总容量为45万kw ，制造电机总容量6万kw ，制造单机最大容量为5520kVA ；生产电气配件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转供负荷情况如表1所示。（4） 供电协议：1） 当地供电部门提供两个供电电源，共设计者选用。从某220/35kV区域变电所提供电源，该变的所距厂南10km 。从某220/35kV区

2、域变电所提供电源，该变的所距厂南5km 。2） 电力系统短路数据如表2所示。表2 电力系统短路数据电源编码电源来源母线电压短路容量距离l(km)继电保护整定时间tp(s)U(kV)Sd.maxSd.minA区域变电所35600280101.8B某变电所3525015051.13） 供电部门提出的技术要求：a) 区域变电所35kV馈出线定时限过电流保护整定时间为1.8s ，某变电所35kV馈出线过电流保护整定时间为1.1s 。b) 工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9 。c) 在总降压变电所35kV侧进行计量。d) 供电贴费为700元/ (kVA)，每月电费按两部分电价制：基本电费为18元/(k

3、VA)，动力电费为0.4元/(kVA)，照明电费为0.5元/(kVA)。e) 工厂负荷性质。本厂大部分车间为一班制，少数车间为两班制或三班制，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，消防用水需要厂方自备。锅炉房供电要求有较高的可靠性，其中60%为一、二级负荷。f) 工厂自然条件： 气象资料。年最高气温31OC，年平均气温20 OC，年最低气温-27 OC，年最热月平均最高气温31OC，年最热月地下0.71m处平均温度20 OC，常年主导风向为南风。年雷暴日37天。 地质水文资料。平均海拔31m，地层以沙质粘土为主且可耕地，自然

4、接地电阻10，地下水位35m，地耐压力为20t/m2 。2负荷计算2.1负荷分级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。本矿属于国有能源部门，其中断供电将有可能造成人员伤亡及重大经济损失，属于一级负荷。 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

5、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。本例属于比较重要的工场，其供配电采用两条进线，下设两个35KV的电力变压器。2.2负荷具体计算 目前，负荷计算常用需用系数法、利用系数法和二项式法。本设计采用需用系数法进行负荷计算，步骤如下：需用系数法：用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。(1)用电设备分组，并确定各组用电设备的总额定容量。(2)用电设备组计算负荷的确定。 用电设备组是由工艺性质相同需要系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。在一个车间中可根据具体情况将用电设备

6、分为若干组，在分别计算各用电设备组的计算负荷。其计算公式为: （2-1） （2-2） （2-3） （2-4）、该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷；该用电设备组的设备总额定容量；功率因数角的正切值；额定电压；该用电设备组的计算负荷电流；需要系数，根据资料查得。(3)多组用电设备组的计算负荷 在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数K。具体计算如下： i1、2、3，m （2-5） （2-6） （2-7） （2-8）式中P、Q、S为配电干线式变电站低压母线的

7、有功、无功、视在计算负荷；同时系数；该干线变电站低压母线上的计算负荷电流;该干线或低压母线上的额定电压;m该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备组总数；用电设备组的需要系数、功率因数角正切值、总设备容量；具体计算如下：a.电机修理车间计算负荷.1=2550kw 1=0.25 =0.77 1=0.82.1=·1=0.25×2550=562.5kw.1=.1·=562.5×0.82=461.3kva.1=.1= =562.5/0.77=730.5kva=/=730.5kva/1.732×10000=42.18A.2=1190kw .2=0.2 .

8、2=0.53 .2=1.58.2=.2·.2=0.2×1190=238kw.2=.2·.2=238×1.58=449kva2=22 =238/0.53=449kva=.2/=449kva/1.732×10000=25.92A.3=650kw .3=0.35 .3=0.55 .3=1.51=.3·.3=0.35×650=227.5kw.3=.3·.5=227.5×1.51=343.5kva.3=.3 .3= =227.5/0.55=413.6kva.3=.3/=413.6kva/1.732×100

9、00=23.88Ab.机械加工车间计算负荷.1=520kw .1=0.6 .1=0.6 .1=0.85.1=.1·.1=520×0.6=312kw.1=1·.1=312×0.85=265kva.1=.1.1=520kva.1=.1/=828/1.732×10000=80A同理.2=200kw.2=156.2kva.2=250kva.2=.2/=14.4A.3=220kw.3=354.2kva.3=440kva.3=.3/=25.4Ac.新产品车间计算负荷.1=225kw.1=198kva.1=300kva.1=.1/=17.3A.2=190.4

10、kw.2=167.5kva.2=253kva.2=.2/=14.6A.3=91.2kw.3=82kva.3=123kva.3=.3/=7.1A.4=364kw.4=233kva.4=433kva.4=./=25Ad.原料计算负荷.1=370.5kw.1=296.4kva.1=475kva.1=.1/=27.4A.2=690kw.2=517.5kva.2=862.5kva.2=.1/=49.8Ae.配件计算负荷.1=448kw.1=380.8kva.1=589.5kva.1= .1/ = 34A .2=184.8kw.2=243.2kva.2=157.1kva.2=9Af.锻造车间计算负荷=22

11、80kw=2246.4kva=3600kva=/=207.8A根据变压器损耗公式：P=0.02P10KV Q=0.1Q10KV则有:P=105.6(kw) Q=600.5(kvar)考虑变压器损耗后全变电所计算负荷，即35kV母线处计算负荷： =5282.8+105.6=5388.4(kw)=6005.4+600.5=6605.9(kva)=8524.8(kva)则自然功率因数：cos=5388.4/8524.8=0.632（已计算出所需数据）以下是用电设备负荷表2-1 表2-1各车间负荷情况序号车间名称设备容量（kw)需用系数计算负荷KdcostanP30(kw)Q30(kvar)S30(k

12、va)1电机修理车间25500.250.770.82562.5461.3730.511900.20.531.582383764496500.350.551.51227.5343.5413.62机械加工车间5200.60.60.85312265.25205700.350.80.78200156.52508800.250.51.61220354.24403新产品试验车间3000.750.750.882251983003400.560.750.88190167.52531600.570.740.991.2821236500.560.840.643642334334原料车间5700.650.780.8

13、370.5296.447523000.30.80.75690517.5862.55备件车间7000.640.760.85448380.8589.55280.350.760.85184.8243.21576锻造车间36000.80.80.7822802246.43600从表2-1中知本矿变电所的最大连续负荷为6603.5kw，无功负荷为6321.5kvar. 计算有功负荷时的值相应取0.8，计算无功负荷时的值相应取0.95。即10KV母线计算负荷：P10KV=6603.5x0.8=5282.8（kw），Q10KV=6321.5x0.95=6005（kvar）。2.3功率补偿（1）功率补偿因数计算

14、 根据本矿变电所负荷统计的结果可知：35KV侧的计算负荷=12655+6605j，其自然功率因数为0.76，现利用电容器补偿，假设补偿后的功率因数为0.9，根据矿井安装电容器容量公式：计算负荷；自然功率因数的正切值；补偿后的正切值。因此补偿的无功功率为：QC=5388.4×(tanarccos0.632tanarccos0.9=3997.6kvar)则全所总无功计算负荷为：=6605.93997=2608.9（kvar）4 电气主接线的设计变电所的主结线方式变电所的主接线是由各种电气设备及其连接线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。它与电源回路数、电压和负荷的大小、级别以

15、及变压器的台数、容量等因素有关，所以变电所的主接线有多种形式。确定变电所的主接线对变电所电气设备的选择、配电装置的配置及运行的可靠性等都有密切的关系，是变电所设计的重要任务之一。桥式接线为了保证对一、二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中广泛采用有两回路电源受电和装设两台变压器的桥式主接线。桥式接线分为内桥、外桥和全桥三种，其接线如图4-1所示。 图中WL1和WL2为两回电源线路，经过断路器QF1和QF2分别接至变压器T1和T2的高压侧，向变电所送电。断路器QF3犹如桥一样将两回线路联在一起，由于断路器QF3可能位于线路断路器QF1、QF2的内侧或外侧，故又分为内桥和外桥接线。主接线图详见附录1

16、.5 短路电流计算详见附录2。6 电气设备的选择和校验详见附录3。7 继电保护详见附录4。附录1 电气主接线图该方案中采用单母线分段接线的两段母线可看成是两个独立的电源，提高了供电的可靠性。可以保证当任一母线发生故障或检修时，都不会中断对类负荷的供电。综合比较本矿的35kv侧采取全桥形式的主接线，全桥型接线灵活可靠。10千伏侧则选用单母线分段接线。 图附1-2 电气主接线方案附录2 短路电流计算1短路回路中各元件阻抗的计算 选取选基准容量取=100MVA设高压侧短路点为K1，低压侧短路点为K2计算点，=35kV 则=1.65kA计算点及其其它短路点时，选取=10kV则=5.8kA 主变压器电抗

17、= =0.075×100/10 =0.7535KV架空线路电抗=100.4100352=0.332短路电流的计算过程一般选取各线路始、末端为短路计算点，线路时段的最大三相短路电流常用来校验电气设备的动、热稳定性，并作为上一级继电保护的整定参数之一，线路末端的最小两相短路电流常用来校验相关继电保护的灵敏度。在接下来的计算中可选35KV母线、6KV母线和各6KV母线末端为短路计算点。(1) K1短路电流的计算 最大运行方式下的三相短路电流=+=0.17+0.33=0.5=1=2 =×=21.65=3.3(KA) =2.55×=7.43(KA) =1.52×

18、=5.0=×=2100=200(MVA)(2) K12点短路电流计算 K12=K2最大运行方式下的三相短路电流 0.5+0.375=0875=1=1.14=×=1.145.8=6.6(KA)=2.55×=14.85 (kA)=1.52×=10 (kA)=×=114(MVA)附录3电气设备的选择和校验1母线的选择1.1 35KV母线的选择35kV母线，在室外一般选用钢芯铝绞线，母线截面按经济电流密度选，按常时负荷电流校验。此设计的供电系统是采用的分列运行，当一台变压器故障时候另一台变压器应承担全部负荷。本矿的总负荷电流为：=1.05/=1.05&

19、#215;14974/×35=259A。查表得知经济电流密度J=1.15因此截面 S=/J=225(mm2) 所以选取LGJ-185型钢芯铝绞线，载流量515A，40°C时候的载流量是446A>259A校验合格。1.2 10KV母线的选择已知6KV侧最大长时负荷电流(k为分配系数取0.8)=1.05/=10000/×10=907.7A=k×=0.8×907.7=726A查得铝母线LMY100×8平放在40，其最大允许载流量为1210A, >所选型号满足要求。热稳定校验A /c已知 =1.8s =6.6KA 查得C=95 =

20、93.2mm<800 mm满足要求。2电气设备的选择2.1断路器的选择35kV侧： 初步拟定选用断路器的型号为户外式真空断路器，型号为ZW7-40.5型，额定电压为35kV，额定电流为1250kA。其技术参数如下表。表附3-1断路器ZW7-40.5技术参数型号额定电压额定电流额定开断电流动稳定电流额定关合电流4S热稳定电流ZW7-40.535KV1250A25kA63kA63kA25kA校验:1) ZW7-40.5断路器额定电压为35kV,符合条件。(2) ZW7-40.5断路器额定电流为1250A,35KV侧变压器回路中最大长时负荷电流为=1.05/=1.05×14974/&

21、#215;35=259A即>，因此符合技术条件。（3)63kA，7.43kA 满足动稳定校验。（5）由于变压器容量为10000KVA，变压器设有差动保护，在差动保护范围内短路，其为瞬时动作，继电器保护动作时限为0，短路持续时间小于1s，需要考虑非周期分量的假想时间。此时假想时间由断路器的全开断时间0.1s和非周期分量假想时间0.05s构成，当断路发生在6KV母线上时，差动保护不动作，此时过电流保护动作时限为2s，短路持续时间大于1s，此时假想时间由继电保护时间和断路器全开断时间构成，即 =2.1s。热稳定电流=3.3×=0.64(KA)<25(KA)满足热稳定校验。6KV

22、侧：初步拟定选用断路器的型号为ZN63A-6/1250。参数如下表附3-2。表附3-2断路器ZN63A-6/1250技术参数型号额定电压额定电流额定开断电流动稳定电流额定关合电流4S热稳定电流ZN5-10/125010kV1250A25kA63kA50kA20kA(1) ZN5-10/1250断路器额定电压为10kV,符合条件。(2) ZN63A-6/1250断路器额定电流为1250A,6KV侧变压器回路中最大长时负荷电流为=1.05/=10000/×6=907.7A即>Imax2，因此符合技术条件。（3）63kA，14.85kA 满足动稳定校验。(4） 热稳定电流=6.6&#

23、215;=1.3(KA)<25(KA)满足热稳定校验。2.2高压隔离开关的选择（1）高压隔离开关的作用：高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线路的输电设备，以及对被检修的高压母线、断路器等电器设备与带电的高压线路进行电气隔离的设备。（2）形式结构：高压隔离开关一般有底座、支柱绝缘子、导电刀闸、动触头、静触头、传动机构等组成。一般配有独立的电动或手动操动机构，单相或三相操动。高压隔离开关主刀闸与接地刀闸间一般都设有机械连锁装置，确保两者之间操作顺序正确。各类高压隔离开关、接地开关根据不同的安装场所有各种不同的安装方式（3）选择条件：海拔高度不大于1000米为普通型，海拔高度大于1000

24、米为高原型；地震烈度不超过8度；环境温度不高于+400C，户内产品环境温度不低于-100C，户外产品环境温度不低于-300C；户内产品空气相对湿度在+250C时其日平均值不大于95%，月平均值不大于90%（有些产品要求空气相对湿度不大于85%）；户外产品的覆冰厚度分为5毫米和10毫米；户内产品周围空气不受腐蚀性或可燃气体、水蒸气的显著污秽的污染，无经常性的剧烈震动。户外产品的使用环境为普通型，用于级污秽区，防污型用于级（中污型）、级（重污型）污秽区。最大长时负荷电流= /=9282/(×35)=153A根据设计条件，选择户外式隔离开关，GW5-35G/600型隔离开关。其技术参数如下

25、表附3-3。表附3-3 GW5-35G/600型隔离开关技术参数型号额定电压（KA）额定电流（KA）动稳定电流（KA）5s热稳定电流（KA）GW5-35G/600356005014动稳定校验：按K1点的最大短路电流校验，即 =50KA>=7.43KA符合要求。热稳定校验：短路发生后，事故切除靠上一级的变电所的过流保护，继电器的动作时限比35KV进线的继电保护动作时限2.5s大一个时限级差，故=2.5+0.5=3s =+=0.1+3=3.1s相当于5s的热稳定电流为=3.3×=2.6KA<14KA符合要求。10KV侧选用GN6-10T/600型隔离开关其技术参数如下表附4-

26、4。表附4-4 GN6-6T/600型隔离开关技术参数型号额定电压额定电流极限通过电流峰值5s热稳定电流GN6-10T/6010KV600A50A20KA经过动热稳定校验符合要求。2.3电流互感器的选择电流互感器是一次电路与二次电路间的连接元件，用以分别向测量仪表和继电器的电压线圈与电流线圈供电。电流互感器的结构特点是：一次绕组匝数少（有的只有一匝，利用一次导体穿过其铁心），导体相当粗；而二次绕组匝数很多，导体较细。它接入电路的方式是：将一次绕组串联接入一次电路；而将二次绕组与仪表、继电器等的电流线圈串联，形成一个闭合回路，由于二次仪表、继电器等的电流线圈阻抗很小，所以电流互感器工作时二次回路

27、接近短路状态。二次绕组的额定电流一般为5A。电流互感器的选择条件：额定电压大于或等于电网电压： 额定电流大于或等于长时最大工作电流: 二次侧总容量应不小于该精度等级所规定的额定容量: 校验。根据条件选择的电流互感器是LZZBJ4-35。其额定电压为35KV，额定电流为300A。本型电流互感器为环氧树脂浇注全封闭结构，具有高动热稳定，高精度，多级次，并可制作复变比等特点，只要用作计量和继电保护用。其技术参数如下附4-5表附4-5 LZZBJ4-35电流互感器技术参数变比准确级次组合额定输出（KV）4S热电流（有效值）（KA）动稳定电流（峰值）（KA）300/50.5/0.5/10P10/10P1

28、025/25/50/5017.142.8=300> = 259A符合要求。 动稳定性校验=42.8KA>=7.43KA符合要求。热稳定校验=17.1²×4=1170>=3.33.3×3.1=101符合要求。此外根据需要10KV侧选择有LA-10,200/5、LA-10,500/5型电流互感器。所选电流互感器参数如下表技术参数如下表。表附4-6 LA-10,200/5型电流互感器技术参数变比准确级次组合二次负载值0.5级1S热稳定倍数动稳定倍数200/5 0.5/3、1/30.817.114表附4-7 LA-10,500/5型电流互感器技术参数变比

29、准确级次组合二次负载值0.5级1S热稳定倍数动稳定倍数500/5 0.5/3、1/30.460110经过动热稳定校验均符合要求。2.4电压互感器的选择该变压器不进行绝缘检测，只需测量线路电压，可选两台JDJ35型单相双绕组油浸式户外电压互感器，分别接在35KV两段母线上。10KV母线上选用两台JSJW-10三相屋内式电压互感器，以及两台单相屋内式电压互感器JDZ-10。其主要技术数据如下表。表附4-8 JDJ-35型电压互感器技术参数型号额定电压工频试验电压二次电压极限容量JDJ35 35KV95KV0.1KV1000/V.A表附4-9 JDZ-10型电压互感器技术参数型号额定电压额定变压比额

30、定变压比0.5级极限容量JDZ-10 10KV10000/10080500/V.A表附4-10 JSJW-10型电压互感器技术参数型号额定电压额定变压比额定变压比0.5级极限容量JSJW-10 10KV1000/1000/100/3120960/V.A2.5高压熔断器的选择本设计35千伏高压侧采用RW5-35/200-800型户外高压跌落式熔断器和RN1-6室内高压熔断器。其技术参数如下表。表 附4-11 RW5-35/200-800型熔断器技术数据额定电 压（KV）额定 电 流（A）断流容量上限/MV.A断流容量下限/MV.A3520080030经校验符合条件。表 附4-12 RN1-10高

31、压熔断器技术数据额定电 压（KV）额定电流A三相最大断流容量/MV.A最大开断电流（KA）最小开断电流（KA）过电压倍数1010010002001.32.5 经校验符合条件。10kV侧高压熔断器的选择RN310型户内高压熔断器。其技术参数如下表6-13：表附4-13 RN310型高压熔断器技术数据型号额定电压熔断器额定电流最大断流容量三相RN3-1010 KV50-200 A200 MVA经校验符合条件。2.6开关柜的选择开关柜是金属封闭开关设备的俗称，是按一定的电路方案将有关电气设备组装在一个封闭的金属外壳内的成套配电设备。金属封闭开关设备分为三种类型：铠装式，即各室间用金属板隔离且接地，如KYN型和KGN型；间隔式，即各室间是用一个或多个非金属板隔离，如JYN型；箱式，即具有金属外