工厂供电论文南阳防爆厂降压变电所的电气设计

1、 本 科 毕 业设 计题 目:南阳防爆厂降压变电所的电气设计系 别信息工程系学生姓名专 业电气工程及其自动化学 号指导教师职 称高级工程师目录前言1设计任务及要求2一、设计题目：南阳防爆厂降压变电所的电气设计二、设计要求2三、设计依据2第一章负荷计算和负荷等级的确定4第一节各车间负荷计算4第二节全厂负荷计算5第三节年耗电量的估算7第四节 等级符合确定.7第二章变压器选择及主主接线设计8第一节变电所主变压器台数的选择8第二节变电所变压器容量选择8第三节 变电所主接线设计.9 第四节 变电所未知的选择.10第三章短路电流计算12第一节确定基准值12第二节计算短路电路中各主要元件的电抗标么值12第四

2、章电气设备选择14第一节一次设备选择的原则14第二节变电所一次设备的选择14第三节 变电所二次设备的选择.18第五章课设体会及总结22参考文献23前言众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，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的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。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

3、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，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。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，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。本次设计根据课题提供的某机械制造厂的用电负荷和供电条件，并适当考虑生产的发展，按照国家相关标准、设计准则，本着安全可靠、技术先进、经济合理的要求确定

4、本厂变电所的位置和形式。通过负荷计算，确定主变压器的台数和容量。进行短路电流计算，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线,最后按要求写出设计说明书,并绘出设计图样。具体过程和步骤:根据工厂总平面图,工厂负荷情况,供电电源情况,气象资料,地区水文资料和电费制度等,先计算电力负荷,判断是否要进行无功功率补偿,接着进行变电所位置和型式选择,并确定变电所变压器台数和容量, 主接线方案选择,最后进行短路电流的计算,并对变电所一次设备选择和校验和高低压线路的选择。设计任务及要求一、设计题目：南阳防爆厂降压变电所的电气设计。二、设计要求：要求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

5、生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结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，最后定出设计说明书。三、设计依据1工厂总平面图2 工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4000h，日最大负荷持续时间为10h。该厂除铸造车间、锻压车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为280V。照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表（1）所示。 3 供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用协议规定，本厂可由附近一条

6、35kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ120导线为等边三角形排列，线距为1m；干线首端（即电力系统的馈电变电电站）距离本厂约20km，该干线首端所装高压断路器300MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度达100km，电缆线路总长度达80km。4. 气象资料本厂所在地区的年最高气温为37，年平均气温为24，年最低气温为-8，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26。当地主

7、导风向为东北风，年雷暴是数为20。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.92。工厂负荷统计资料 表（1）厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量kW需要系数功率因数1铸造车间动力300照明62锻压车间动力500照明83金工车间动力500照明94工具车间动力300照明75电镀车间动力300照明76热处理车间动力200照明87装配车间动力100照明78焊接车间动力200照明49锅炉房动力80照明2生活区照明200第一章 负荷计算与负荷等级确定第一节、各车间负荷计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明计算，主要涉及的计算公式如下： 有功功率计算： 无功功率计算: 视在功率计算: 计算电

8、流： 下面以铸造车间为例计算：动力部分的计算：kvar照明部分的计算：小计： 各车间参数和计算负荷厂房编号编号名称负荷性质设备容量kW需要系数功率因数Tan计算负荷P30(kw)Q30(kvar)S30(KVA)I30（A)1铸造车间动力300120照明6002车间锻压动力500150照明8003金工车间动力500150照明9004工具车间动力30090120150照明7005电镀车间动力300180135225照明7006热处理车间动力20012090150照明8007装配车间动力10040照明7008焊接车间动力20060照明4009锅炉房动力8048照明200生活区照明200014001

9、40第2节 、全厂负荷计算用需要系数法计算全厂负荷。取同时系数=0.90。动力部分：120+150+150+90+180+120+40+60+48=958KW照明部分：全厂有功功率：×全厂无功功率：=0.95x(122.4+175.4+175.4+120+135+90+40.81+70.15+56.12)=936.02KVAR 无功补偿计算：由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为： 这时低压侧的功率因数为: 为使高压侧的功率因数，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.92，取：,要使低压侧的功率因数由0.769提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为： 取:=600则补偿后变

10、电所低压侧的视在计算负荷为： 变压器的功率损耗为： 补偿后高压侧的计算负荷为： 补偿后高压侧的功率因数为：，满足要求。第3节 、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： 年无功电能耗电量： 结合本厂的情况，年负荷利用小时数为4000h，取年平均有功负荷系数，年平均无功负荷系数。由此可得本厂：年有功耗电量：年无功耗电量：第4节 、负荷等级确定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

11、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。 该厂的铸造车间、锻压车间和锅炉房属于二级负荷，其余的均为三级负荷。二级负荷的计算：可见二级负荷所占的比例较大。第2章 变压器选择及主接线设计第1节 、变电所主变压器台数的选择变压器台数的选择应考虑一下

12、原则：1） 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器法伤故障或者检修时，另一台变压器能对一二级负荷继续供电。对职业二级而无一级负荷的变电所，也可以采用一台别有情趣，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。2） 对季节货昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两台变压器。3） 除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相对较大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。4） 在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。结合本厂的

13、情况，经过上面的计算可知，二级负荷所占的比例较大，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。第2节 、变电所主变压器容量选择每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：（1）任一台变压器单独运行时，宜满足：（2）任一台变压器单独运行时，应满足：，即满足全部一、二级负荷需求。所以，故，满足全部一、二级负荷。所以变压器的时机容量取最大，为满足使用要求，同时又考虑到未来510年的负荷发展，初步取考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC9系列树脂浇注干式变压器。型号：S9-1000/35 ，其主要技术指标如下表所示：变压器型号额定容量/额定电压/kV联结组型号损耗/kW空载电流I%短路阻抗

14、U%高压低压空载负载S9-1000/35100035Yyn0第3节 、变电所主接线设计方案一单母线不分段接线如图所示。 电气主接线方案一方案二单母线分段接线如图所示 电气主接线方案二方案一种采用单母线不分段接线，虽然简单，但其可靠性不高。当母线需要检修或者发生故障时，会导致所有用电设备停电。且变电所的负荷大部分均为类、类负荷，因此方案一中的单母线不分段接线不能满足类、类负荷供电可靠性的要求。方案二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

15、。380V侧则选用单母线分段接线。第4节 、变电所位置的选择 变电所的位置选择应根据选择原则，经技术、经济比较后确定。一、变电所位置的选择原则： (1) 尽可能接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；(2) 考虑电源的进线方向，偏向电源侧；(3) 进出线方便；(4) 不应妨碍企业的发展，考虑扩建的可能性；(5) 设备运输方便；(6) 尽量避开有腐蚀气体和污秽的地段；(7) 变电所屋外配电装置与其他建筑物之间的防火间距符合规定；(8) 变电所建筑物、变压器及屋外配电装置应与附近的冷却塔或喷水池之间的距离负荷规定。二、负荷中心的确定用负荷功率矩法确定负荷中心。如图3-1所

16、示为铜冶炼厂平面图选直角坐标系如图所示，假设各车间负荷分布均匀，则各车间的负荷中心即为车间平面几何中心，在所选直角坐标系中确定各车间负荷中心坐标，计算总厂负荷中心。各车间的总的有功功率及负荷中心坐标12345功率Pi/w坐标(x,y)(2.3,3.5)(2.7,5.8)(4.8,8.2)(7.2,2.4)(7.7,4.5)678910(生活区)功率Pi/w140坐标(x,y)(8.1,6.5)(8.6,8.4)(11.4,2.7)(11.9,4.5)(0.9,9)则负荷中心坐标为：第3章 短路电流计算供电系统应该正常地不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但供电系统的正常运行常常因为发

17、生短路故障而遭到破坏。短路就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。短路电流通过电气设备时，设备温度急剧上升，过热会使绝缘加速老化或损坏，同时产生很大的点动力，使设备的载流部分变形或损坏，因此选择设备时要考虑它们对短路电流的稳定性，所以我们以最严重的短路三相短路为例，计算短路电流。本厂的供电系统简图如图4-1所示。本厂采用两路电源进线供电，一路由附近一条35kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线牌号为LGJ120导线为等边三角形排列，线距为1m；干线首端（即电力系统的馈电变电电站）距离本厂约20km，该干线首端所装高压断路器1000MVA，此断路器配备有定时

18、限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s；另一路为与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度达100km，电缆线路总长度达80km。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。 图4-1 供电系统简图下面采用标幺值法进行短路电流计算。第1节 、确定基准值取，所以有：第2节 、计算短路电路中各主要元件的电抗标么值(9) 电力系统的电抗标么值： (10) 架空线路的电抗标么值：查手册得，因此：3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得.5，因此：可绘得短路等效电路图如图4-2所示。图4-2 短路等效

19、电路图5. 总电抗标么值：6. 三相短路电流周期分量有效值： 7. 其他三相短路电流：8. 三相短路容量：5） 总电抗标么值;6） 三相短路电流周期分量有效值：7） 其他三相短路电流：8） 三相短路容量：短路计算结果短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVAk-1k-2第4章 电气设备选择第1节 、一次设备选择的原则供配电系统中的一次设备是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的，一次设备的选择，除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外，还应满足在短路故障时不至损坏的条件，开关电器还必须具有足够的断流能力，并能适应所处的位置、环境温度、海拔高度。以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件

20、。一次设备的选择应遵循以下3个原则。(1) 按工作环境及正常工作条件选择电气设备；(2) 按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定；(3) 开关电器断流能力校验。第2节 、变电所一次设备的选择高压母线 1）选择母线型号：TMY-3（504） 2）高压母线热稳定性校验校验条件： A=查产品资料，得铜母线的C=171，取。母线的截面： A=504=200允许的最小截面： 从而，该母线满足热稳定性要求 。第3章 高压电缆1）选择电缆型号：YJV-350 2) 高压电缆的热稳定性校验校验条件： A=允许的最小截面： 所选电缆YJV-350的截面 A=50从而，该电缆满足热稳定性要求 。（3）高压断路器高

21、压侧计算电流=18.91A，户内变电所，故选择户内少油型断路器ZN12-35/1250型，其有关技术参数及装设地点的电气条件和计算结果列于表5-1中，从中可以看出断路器的参数均大于装设地点的电气条件，故所选断路器合格。高压断路器选择校验表序号SN10-10I/630选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据135KV35KV合格21250AI30合格3合格463KA合格5合格（4）高压熔断器熔断器没有触头，而且分断短路电流后熔体熔断，故不必校验动稳定和热稳定。仅需校验其断流能力。高压侧需要保护电力变压器和保护电压互感器的熔断器。 保护电力变压器的熔断器选择考虑到变压器的正常过负荷能力（20%

22、左右）、变压器低压侧尖峰电流及变压器空载合闸时的励磁涌流，熔断器熔体额定电流应满足=所以可取100A，又熔断器额定电流应不小于熔体的额定电流，所以选RW5-35/100400型高压熔断器。校验：最大断开电流=12KA 保护电压互感器的熔断器选择因为电压互感器二次侧电流很小，故选择RN2-10/0.5型专用熔断器做电压互感器短路保护。其熔体额定电流为0.5A，可作为电流互感器的短路和过负荷保护设备使用。校验：最大断开电流=85KA高压隔离开关由于隔离开关主要是用于电气隔离而不能分断正常负荷电流和短路电流，因此，只需要选择额定电压和额定电流，校验动稳定和热稳定。查附表选择GN2-35T/400型高

23、压隔离开关。其有关技术参数及装设地点的电气条件和计算结果列于表5-2中，从中可以看出高压隔离开关的参数均大于装设地点的电气条件，故所选高压隔离开关合格。 高压隔离开关选择校验表序号GN2-35T/400选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据135KV35kV合格2400AI30合格314KA合格452KA合格5合格（5）电流互感器根据安装地点和工作要求选择LCW-35-50/5型电流互感器。=160。有关技术参数及装设地点的电气条件和计算结果列于表5-3中，从中可以看出电流互感器的参数均大于装设地点的电气条件，故所选电流互感器合格。 电流互感器选择校验表序号LCW-35-50/5选择要求

24、装设地点电气条件结论项目数据项目数据135KV35KV合格250/5AI30合格3合格4合格（6）电压互感器电压互感器的一、二次侧均有熔断器保护，所以不需要校验短路动稳定和热稳定。按装设地点环境及工作要求选择JSJW-35型电压互感器。（7）高压开关柜高压开关柜是成套设备柜内有断路器、隔离开关、互感器设备等。高压开关柜主要选择开关柜的型号和回路方案号。因厂区有二级负荷，选择KYN-35型移开式开关柜。其额定电压、额定电流等均满足要求。（8）变压器型号在第3章已选，型号为SC9-1000/35。（9）避雷器型号由高压开关柜决定，避雷器型号为FCD3-35。第3节 、变电所二次设备的选择低压熔断器

25、低压熔断器通常接在被保护的设备前或接在电源引出线上。当被保护区出线短路故障或过电流时，熔断器熔体熔断，使设备与电源隔离，免受过电流损坏。以铸造车间为例选择动力和照明干线的低压熔断器。动力线路选择RT0-400/300型低压熔断器。校验：额定工作电压380V线路电压380V；额定工作电流300A线路计算电流260.4A；最大分段电流50KA。照明线路选择RM10-15/10型低压熔断器。校验：额定工作电压380V线路电压220V；额定工作电流10A线路计算电流6.381A；最大分段电流1.2KA。各车间选择原则同上，低压熔断器型号见表5-4。 各车间低压熔断器型号编号名称类别I30(A)额定电流

26、（A）低压熔断器型号熔断器熔体1铸造车间动力400300RT0-400/300照明1510RM10-15/102锻压车间动力600400RT0-600/400照明1515RM10-15/153金工车间动力600400RT0-600/400照明1515RM10-15/154工具车间动力400300RT0-400/300照明1515RM10-15/155电镀车间动力400400RT0-400/400照明1515RM10-15/156热处理车间动力300250RT0-300/250照明1515RM10-15/157装配车间动力200100RT0-200/100照明1515RM10-15/158机修车

27、间动力200150RT0-200/150照明1510RM10-15/109锅炉车间动力200150RT0-200/150照明156RM10-15/6生活区照明400250RM10-400/250低压断路器低压断路器选择的一般原则：Ø 低压断路器的型号及操作机构形式应符合工作环境、保护性能等方面的要求；Ø 低压断路器的额定电压应不低于装设地点线路的额定电压；Ø 低压断路器的额定电流应不小于它所能安装的最大脱扣器的额定电流。下面以铸造车间为例选择动力和照明干线的低压断路器。Ø 动力线路选择DW15-400/300型低压断路器。校验：额定工作电压380V线路电

28、压380V；脱扣器额定电流电流300A线路计算电流260.4A；低压断路器额定电流400A脱扣器额定电流300A额定运行断路分断能力25KA。Ø 照明线路选择DZ20-100/20Y型低压断路器。校验：额定工作电压380V线路电压220V；脱扣器额定电流电流20A线路计算电流6.381A；低压断路器额定电流100A脱扣器额定电流20A额定运行断路分断能力14KA。各车间选择原则同上，低压断路器型号见表5-5。 各车间低压断路器的型号编号名称类别(A)额定电流（A）低压熔断器型号断路器脱扣器1铸造车间动力400300DW15-400/300照明10020DZ20-100/20Y2锻压车

29、间动力600400DW15-600/400照明10020DZ20-100/20Y3金工车间动力600400DW15-600/400照明10020DZ20-100/20Y4工具车间动力400300DW15-400/300照明10020DZ20-100/20Y5电镀车间动力600400DW15-600/400照明10020DZ20-100/20Y6热处理车间动力400300DW15-400/300照明10020DZ20-100/20Y7装配车间动力200100DW15-200/100照明10020DZ20-100/20Y8机修车间动力200150DW15-200/150照明10020DZ20-100/20Y9锅炉车间动力200150DW15-200/150照明10020DZ20-100/20Y生活区照明400300DW15-400/300低压刀开关刀开关主要用于接通和切断长期工作设备的电源及不经常启动及制动、容量小于7.5kw的异步电动机。刀开关选择时，应使其额定电压等于或大于电路的额定电压，电流应等于或大于电路的额定电流。经查询HD