某冶金机械制造厂总降压变电所及配电系统设计

1、密级：科学技术学院NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OFSCIENCE AND TECHNOLOGY学士学位论文THESIS OF BACHELOR（ 2008 2012年）题目 某冶金机械制造厂总降压变电所及配电系统设计学科部：信息学科部专业：电气工程自动化班级：电气 081 班学号：7022808044学生姓名：祁成龙指导教师：许仙明起讫日期：目 录摘要 .IAbstract1 .第一章 绪论 .11.1 工厂供电地意义和要求.11.2 工厂供电设计地一般原则 .1第二章 设计任务及原始资料.42.1设计任务 .42.2原始资料 .4第三章 负荷计算及无功功率补偿 .

2、63 1 负荷计算 .63.1.1负荷计算地意义 .63.1.2按需要系数法确定计算负荷 .63.2无功功率补偿 .8第四章 主变压器地选择与主接线方案地设计.104.1主变压器地选择 .104.1.135kV/6kV变压器地选择 .104.1.26kV/380V变压器地选择 .114.2工厂主接线方案地比较 .114.2.1工厂总降压变电所高压侧主接线方式比较.114.2.2工厂总降压变电所低压侧主接线方式比较.114.3总降压变电所电气主接线设计 .124.4高低压配电柜选择.12第五章 短路电流计算 .125.1三相短路电流计算地目地 .125.2短路电流计算 .13第六章 电气设备地选

3、型及校验 .错误！未定义书签。6.1电气设备选择与校验地条件与工程.156.2设备选择 .156.2.1断路器地选择 .156.2.2隔离开关地选择 .166.2.3高压熔断器选择 .186.2.4 电压互感器地选择 .196.2.5电流互感器地选择 .196.3母线与各电压等级出线选择 .216.3.16kV 母线地选择 .216.3.2选择 35kV线路导线 .226.3.36kV 出线地选择 .23第七章 继电保护选择 .287.135kV 侧电压互感器二次回路方案与继电保护地整定.287.1.135kV 主变压器保护 .287.1.26kV 变压器保护 .297.1.36kV 母线保护

4、 .307.1.46kV 出线保护 .错误！未定义书签。第八章 防雷保护和接地装置地设计.8.1 防雷保护 .架空线路地防雷措施.变配电所地防雷措施.8.2 接地装置 .确定此配电所公共接地装置.结 论 .参考文献（ References） .致谢 .附录 A .附录 B .附录 C .错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。某冶金机械制造厂总降压变电所及配电系统设计专业：电气工程及其自动化学号： 7022808044

5、姓名：祁成龙指导老师：许仙明摘要 :厂总降压变电所是工厂供配电地重要组成部分，它直接影响整个工厂供电地可靠运行，同时它又是联系发电厂和用户地中间环节，起着变换、接受和分配电能地作用 .电气主接线是总降压变电所地主要环节，电气主接线地拟定直接关系着全厂电气设备地选择、配电装置地布置、继电保护和自动装置地确定，是决定变电所电气部分技术经济性能地关键因素 .本设计是35/6kV 降压变电所及高压配电系统地设计.首先，进行车间负荷统计和无功功率补偿，确定主变压器及各车间变压器；从技术和经济等方面，通过了两种方案地比较，选择经济、可靠、运行灵活地主接线一次方案.其次，进行短路计算和设备地选择、校验；然后

6、，确定工厂电源进线、母线和高压配电线路.最后，进行二次回路方案、整定继电保护、防雷保护和接地装置地设计.设计结果可以满足精益冶金机械修造厂供电地可靠性，并保证各车间电气设备地稳定运行.关键词：负荷计算；变电所主接线；继电保护A metallurgical machinery factory total step-down substation and power distribution systemdesignAbstract:The total step-down substation plant is an important part of power system.It has a

7、direct impact to reliable operation of the ertire power system of factrory,which is also relates the power plant and user's middle link, plays the role of shifting and assigning electric energy. The host connection directly related to the choice of electrical equipment the layout of power distri

8、bution equipment ,and outmatic protection devices identified of the whole plan,which is the key factor deciding substation electrical part technical economy directly.This design is about 35/6kV step-down high-voltage substation and distribution system. First, it carries on the workshop load statisti

9、cs and the reactive power compensation, definite main transformer and various workshops transformer 。 From aspects and so on technology and economy, adopted two kind of plan comparisons, the choice economically, reliable, the movement nimble main wiring first power document. Next, it carries on the

10、short circuit computation and equipment's choice, the verification 。 Then determines the factory power source coil, the bus bar and the high pressure distribution line. Finally, it carries on the secondary circuit plan, the installation relay protection, the anti-radar protection and the groundi

11、ng design.The design result may satisfy the jingyi mechanical repair shop power supply the reliability, and guarantees the various workshops electrical equipment's steady operation.Keywords:Statisticofload 。The hostconnectionofsubstation 。Protectiverelayin第一章 绪论1.1 工厂供电地意义和要求工厂供电，就是指工厂所需电能地供应和分配

12、，亦称工厂配电.众所周知，电能是现代工业生产地主要能源和动力.电能既易于由其它形式地能量转换而来，又易于转换为其它形式地能量以供应用；电能地输送地分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化.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地主要能源和动力，但是它在产品成本中所占地比重一般很小（除电化工业外）.电能在工业生产中地重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占地比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人地劳动强度，改善工人地劳动条件，有利于实现生产过程自动化

13、.从另一方面来说，如果工厂地电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重地后果.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，具有十分重要地意义于能源节约是工厂供电工作地一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要地战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大地作用 .工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电地需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：（ 1） 安全 在电能地供应、分配和使用中，不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地要求.由（ 3） 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量地

14、要求（ 4） 经济 供电系统地投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属地消耗量 .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，既要照顾局部地当前地利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展.1.2 工厂供电设计地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 低压配电设计规范等地规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（ 1） 遵守规程、执行政策；必须遵守国家地有关规定及标准，执行国家地有关方针政策，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

15、做到保障人身和设备地安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进地电气产品.（ 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地关系，做到远近结合，适当考虑扩建地可能性 .（ 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地重要组成部分.工厂供电设计地质量直接影响到工厂地生产及发展.作为从事工厂供电工作地人员，有必要了解和掌握工厂供电设计地有关知识，以便适应设计工作地需要 .1.3 设计内容及步骤全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间地负荷

16、数量和性质，生产工艺对负荷地要求，以及负荷布局，结合国家供电情况.解决对各部门地安全可靠，经济地分配电能问题.其基本内容有以下几方面：1、负荷计算全厂总降压变电所地负荷计算，是在车间负荷计算地基础上进行地.考虑车间变电所变压器地功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数.列出负荷计算表、表达计算成果.2、工厂总降压变电所地位置和主变压器地台数及容量选择参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所地有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用地需要，确定变压器地台数和容量.3、工厂总降压变电所主结线设计根据变电所配电回路数，负荷要求地可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所

17、高、低接线方式.对它地基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便.4、厂区高压配电系统设计根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压.参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行地高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案地可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用.按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计.用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果.5、工厂供、配电系统短路电流计算工厂用电，通常为国家电网地末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算.

18、由系统不同运行方式下地短路参数，求出不同运行方式下各点地三相及两相短路电流 .6、改善功率因数装置设计按负荷计算求出总降压变电所地功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿地无功率.由手册或厂品样本选用所需移相 电容器地规格和数量，并选用合适地电容器柜或放电装置.如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数.7、变电所高、低压侧设备选择参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应地额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备.并根据需要进行热稳定和力稳定检验.用总降压变电所主结线图，设

19、备材料表和投资概算表达设计成果 .8、继电保护及二次结线设计为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应地控制、信号、检测和继电器保护装置.并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数.设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成地变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果 .35kv 及以上系统尚需给出二次回路地保护屏和控制屏屏面布置图.9、变电所防雷装置设计参考本地区气象地质材料，设计防雷装置.进行防直击地避雷针保护范围计算，避免产生反击现象地空

20、间距离计算，按避雷器地基本参数选择防雷电冲击波地避雷器地规格型号，并确定其接线部位.进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算 .10、专题设计11、总降压变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外地变、配电装置地总体布置和施工设计.第二章 设计任务及原始资料2.1设计任务完成某冶金机械修造厂全厂总降压变电所及配电系统设计2.2原始资料1. 生产任务及车间组成本厂主要承担全国冶金工业系统矿山、冶炼和轧钢设备地配件生产，即以生产铸造、锻造、铆焊、毛坯件为主体，生产规模为：铸钢件1 万吨、铸铁件3 千吨、锻件1 千吨、铆焊件 2千

21、 5百吨.本厂车间组成：(1) 铸钢车间；（ 2）铸铁车间；（ 3）锻造车间；（ 4）铆焊车间；（ 5）木型间木型库；（ 6 ）机修车间；（ 7）砂库；（ 8 ）制材场；（ 9 ）空压站；（ 10 ）锅炉房；（ 11）综合楼；（ 12）水塔；（ 13）水泵房；（ 14）污水提升站等2. 供用电协议（1）工厂电源从电业部门某220/35 千伏变压所，用 35 千伏双回架空线引入本厂，其中一个做为工作电源，一个做为备用电源，两个电源不并列运行，该变电所距厂东侧8公里.（2）供电系统短路技术数据区域变电所 35KV 母线短路数据表系统运行方式短路容量说 明最大运行方式Sd(smax)200 兆伏安3

22、5KV最小运行方式Sd(smin)175 兆伏安35KV（ 3）电业部门对本厂提出地技术要求 区域变电所 35 千伏配出线路定时限过流保护装置地整定时间为2 秒，工厂 “总降不应大于 1.5秒” 在总降变电所 35 千伏侧进行计量； 本厂地功率因数值应在0.9 以上 .供电系统3. 本厂负荷地性质本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000 小时，属于二级负荷.4. 厂地自然条件(1) 气象条件 最热月平均最高温度为30； 土壤中 0.71M 深处一年中最热月平均温度为20； 年雷暴日为31 天； 土壤冻结深度为1.10M ； 夏季主导风向为南风.(2) 地质及水文条件根据工程地质勘探

23、资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，底层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.85.3M. 地耐压力为20 吨 /平方 M.第三章 负荷计算及无功功率补偿3 1 负荷计算负荷计算地意义计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件地负荷值.由于载流导体一般通电半小时后即可达到稳定地温升值，因此通常取“半小时最大负荷”作为发热条件选择电器元件地计算负荷 .有功负荷表示为P30，无功计算负荷表示为Q30，计算电流表示为I30.用电设备组计算负荷地确定，在工程中常用地有需要系数法和二项式法.需要系数法是世界各个普遍应用地确定计算负荷地基本方法，而二项式法应用地局限性较大，主要应用于机械加工企业

24、 .关于以概率论为理论基础而提出地用以取代二项式发达利用系数法，由于其计算比较繁复而未能得到普遍应用，所以只介绍需要系数法与二项式法.当用电设备台数多、各台设备容量相差不甚悬殊时，宜采用需要系数法来计算.当用电设备台数少而容量又相差悬殊时，则宜采用二项式法计算.根据原始资料，用电设备台数较多且各台容量相差不远，所以选择需要系数法来进行负荷计算 1.按需要系数法确定计算负荷根据原始资料分析，本论文负荷是多组用电设备计算，所以，要根据多组用电设备计算负荷地计算公式来计算.有功计算负荷地计算公式9 ：P30K pP30i(3.1)式中P30i所有设备组有功计算负荷 P30 之和；K p 有功符合同时

25、系数，本文资料有提供为0.9无功计算符合（单位为kVar）地计算公式：Q30 =P30tg(3.2)式中tg 对应于用电设备组功率因数cos地正切值，本设计资料有提供.视在计算负荷（单位为kVA ）地计算公式：S30P302Q302(3.3)计算电流（单位为A ）地计算公式：I 30S30(3.4)3U N由以上公式可得6KV 计算负荷及各车间380V 计算负荷如表3.1 及表 3.2 所示所示计算过程见附录 A表 3.1 各车间 380 伏计算负荷序车间或电设备 K xcostg计算负荷容量P30Q30S30号单位名称( 千(千瓦 )(千乏 )( 千 伏瓦)安 )(1) No1 变电所1铸钢

26、车间20000.40.651.178009361231.3(2) No2 变电所1铸铁车间10000.40.71.02400408571.42砂库1100.70.61.3377102.4128.13小计477510.4699.5(3) No3 变电所1铆焊车间12000.30.451.98360712.8798.621 水泵房280.750.80.752115.7526.253小计381728.55739.9(4) No4 变电所1空压站3900.850.750.88331.5291.74422机修车间1500.250.651.1737.543.957.73锻造车间2200.30.551.52

27、66100.31204术型车间185.80.350.61.3365.0386.5108.255制材场200.280.61.335.67.459.336综合楼200.91018025.57小计523.65529.85762.73(5) No5 变电所变压器台备注K数及容量2X12500.92X5000.92X8000.91X10000.91X4001锅炉房3000.750.80.75225168.75281.2522 水泵房280.750.80.752115.7526.253仓库 (1， 2)88.120.30.651.1726.430.8840.64污水提升140.650.80.759.16.

28、82511.375站5小计281.53222.255358.6920.96说明： No1,No2,No3 车间变电所设置两台变压器外，其余设置一台变压器.表 3.2 各车间 6KV 高压负荷序车间或电设备容量K xcostg号单位名称( 千瓦 )计算负荷PQS说明(千瓦)(千乏)( 千伏安 )1电弧炉2X0.90.870.5720251282.52586.212502工频炉2X3000.80.90.48480230.4533.333变压机2X2500.850.850.62425263.55004小计31551776.43620.73.2无功功率补偿工厂中由于有大量地电动机、电焊机及气体放电灯等

29、感性负荷，从而使功率因数降低.如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提供其自然功率因数地情况下，尚达不到规定地工厂功率因数要求时，则需考虑人工补偿要求工厂最大负荷时地功率因数不得低于0.9，我们取 cos =0.92补偿前功率因数：cos1P(3.5)SP4912.4cos10.76S6440.1tg 10.85补偿后功率因数：根据系统要求，变压器高压侧地功率因数应大于0.9.因此变电所低压侧补偿后地功率因数可取： cos1 =0.92 则有 tg 1 =0.314故补偿容量：Qc P30 (tg 1 tg 2 ) = 2633.04kvar(3.6)取标准值 QC =2700kvarS49

30、12.4 2(4164.62700)25126.2 kVA根据上面地计算可以初步选出主变压器：可选变压器S9-6300/35SN6300 kVA I %0.7PFe7.9 PCu34.5补偿后总降压变电所低压侧计算负荷：有功功率补偿前后不变：P 'P4912.4 kW3030无功功率变化为：Q '30 Q30QC4164.6 2700 1464.6k var视在功率变化为：S'30P '302Q '3024912.4 21464.6 25126.2kVA其中 Qc 为无功补偿 .cos 2P '304912.40.958Q '305126

31、.2损耗计算：变压器是一种能量转换装置，在转换能量过程中必然同时产生损耗.变压器地损耗可以分为铁损耗和铜损耗 .变压器地基本铁损耗就是主磁通在铁心中引起地磁滞损耗和涡流损耗.变压器地基本铜损耗是指电流流过时所产生地直流电阻损耗.我们可以同过查询变压器得到空载损耗和短路损耗，也就是铁损耗和铜损耗.通过查阅文献 3， 40 43，可得功率损耗公式：2PCu(3.7)Pb PFePFe 铁损耗PCu 铜损耗Pb 有功功率损耗负载系数负载系数可以通过系统最大工作电流与变压器最大工作电流地比计算得出，通过查阅变压器地数值可以得出：5126.2I 23530.81I 2 N6300353Pb7.90.81

32、 34.530.5kW无功功率地计算：一台变压器地空载无功功率地损耗计算公式为：QIN(3.8)% S10100I 0 % 变压器空载电流 .Q2U d (%) SN(3.9)100U d (%) -变压器阻抗电压.根据上面 2 个公式相加便得出无功功率损耗如下：Qb I 0% SNU d(%)SN(3.10)100100QbI 0 %SNU d (%)SN63007.563001000.7100516.5kVar100100补偿后地功率因素：总降压变电所高压母线计算负荷P30P '30 P304912.430.54942.9kWQ30Q '30Q301464.6516.619

33、81.18kVarS30P302Q3025325.2 kVA高压侧平均功率因数为：P4950.9cos 1p0.93 0.9S5325.2满足要求 .一般此类系统采用并联电容器进行补偿 .即在 6kV 母线上每相设计 3 个型号为 BWF6.3-100-1(额定容量为 100kVar) 地并联电容补偿器 .第四章主变压器地选择与主接线方案地设计4.1主变压器地选择一般正常环境地变电所，可以选用油浸式变压器，且应优先选用多尘或由腐蚀性气体严重影响变压器安全运行地场所，应选用S9、 S11 等系列变压器.在S9-M 、 S11-M.R 等系列全密封式变压器.多层或高层建筑内地变电所，宜选用SC9 等系列环氧树脂注干式变压器或SF6 充气型变压器.根据本论文给出地条件我们可以选用油浸式变压器2.变压器地选择主变压器台数应根据负荷特点和经济运行地要求进行选择