某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计课程设计

1、 课程设计题目： 某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计 目录 一 基础资料.1 1.1工厂供电设计任务 .1 1.1工厂供电设计的一般原则 .1 1.2工厂原始资料 .2 1.3电力负荷性质 .3 二设计任务及设计大纲 .41.一次系统主结线方案设计 .4 2.确定全厂负荷 .6 3.主变压器的选择：.7 4.短路电流计算.8 4.1三相短路电流计算的目的 .8 4.2短路电流计算公式 .8 4.3各母线短路电流的计算.10 4.4整定计算.12 4.5设计概述.14 4.6室内与室外的布置.15三、小结.16四、参考文献.17某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计一 基础资料1. 生产

2、任务及车间组成本厂主要承担冶金系统的配件生产，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2千吨。 本厂车间组成如表1所示。2.设计依据1) 设计总平面布置图2) 全3)4)5)6)7)8)9)10)11)12)13)14)15)16)17)18)19)20)21)22)23)24)2）全厂各车间负荷如表2所示，各车间均为380V的负荷，但有一部分为高压设备为6kV的负荷。3）供用电协议工厂与供电部门所签定的供用电协议主要内容如下（1）工厂从供电部门用35千伏双回架空线引入本厂，其中一个作为工作电源，一个作为备用电源，两个电源不并列运行。（即不同时工作），供电部门短路容量为200

3、MVA，该变电所距厂东侧8公里。 （2）在本厂的总降压变电所35千伏侧进行计算，本厂的功率因数应大于0.9。3.本厂负荷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。二设计任务及设计大纲1.一次系统主结线方案设计：根据基本资料，选择本厂最优供电电压等级。选择10kV。电力变压器是变电所中最关键的一次设备，其主要功能是将电力系统的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。在该厂采用两台变压器非并列运行，一台变压器工作，另一台变压器停止运行作为备用，当两台变压器并列运行时，其中每台变压器容量的选择应满足以下两个条件： =(0.60.7) 和，这里不涉及该种

4、情况。主接线方案：2.确定全厂负荷确定车间的计算负荷，一般用需要系数法，车间设备的利用系数乘上设备容量即为车间低压用电设备的总设备容量，即车间低压侧的计算负荷（有功功率）。并可求出相应的计算负荷（无功功率及视在功率）。计算后填入表1.（确定相应的变压器容量）1负荷计算根据要求及负荷计算公式，分别计算各车间的、，然后列出表格。铸造车间：=2000kW =0.4 cos=0.65 tan=1.17=·=0.4*2000=800kW=·tan=800*1.17=936kVAR=/cos=800/0.65=1231.3kVA=/Un=1231.3/1.732*380=1.87kA同

5、理，如上计算，分别算出其余车间及部门的计算负荷，并列出表格如下：序号车间或用电单位名称设备容量（KW）利用系数KxcostanP（kw）Q(kvar)S（KVA）变压器台数及容量备注KNo1变电所1铸钢车间20000.40.651.178009361231.32*1250No2变电所1铸铁车间10000.40.71.02400408571.32砂库1100.70.61.237794.71122.13小计1110429.3452.44624.062*8000.9No3变电所1铆焊车间12000.30.451.98360712.8738.5521#水泵房280.750.80.752115.7526

6、.253小计1228342.9655.69688.322*10000.9No4变电所1空压站3900.850.750.88331.5291.72441.572机修车间1500.250.651.1737.543.87557.73锻造车间2200.30.551.5266100.321204木型车间185.850.350.61.3365.0586.5108.25制材场200.280.61.335.67.4489.36综合楼200.911181825.57小计985.85471.28493.07686.042*8000.9No5变电所1锅炉房12000.750.80.75900675112522#水泵

7、房280.750.80.752115.7526.253仓库1、288.120.650.651.1757.27867.01588.164污水提升站140.80.80.7511.28.4145小计1330.12890.53689.511282*10000.9各车间6KV变压负载1电弧炉25000.90.870.5722501282.52589.82工频炉6000.80.90.48480230.4532.43空压机5000.850.850.52425221479.034小计36002839.51560.53241.110.9全厂合计10253.975773.514787.27598.83表1 全厂各

8、车间负荷表3. 主变压器的选择：根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：1、装设一台变压器：型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为补偿后总的计算负荷。选即选一台SFZ-8000/38.5型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。2、装设两台变压器：型号为S9型，而每台变压器容量上图选择，因此选两台则是SFZ-8000/38.5型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0。 3.主结线方案的技术经济比较为了能够安全可靠、技术先进

9、、经济合理的选择，在此对主结线方案进行技术经济比较。比较项目装设一台变压器装设两台变压器技术指标供电安全性满足要求，较低满足要求，较高供电可靠性不高，仅适用于三级负荷较高，可供一、二级负荷供电质量电压损耗较大电压损耗较小供电灵活性灵活性稍差灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资查得S9-1000/10的单价为15.8万元，而变压器的综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为2×15.8=31.6万元查得S9-63010的单价为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为4×10.5=42万元，比一台主变方案多投资10.4万元高压开关柜（含计量柜）的综

10、合投资查得GG-1A（F）型开关柜的单价为3万元，而开关柜的综合投资约为其单价的1.5倍，因此综合投资约为1.5×3×5=22.5万元采用6台GG-1A（F）型开关柜，其综合投资约为1.5×3×6=27万元，比一台主变方案多投资4.5万元电力变压器和高压开关柜的年运行费电力变压器的折旧费=31.6×0.05=1.58万元；高压开关柜的折旧费=22.5×0.06=1.35万元；变配电的维修管理费=（1.58+1.35）×0.06=0.1758万元。因此电力变压器和高压开关柜的年运行费=（0.1758+1.58+1.35）万元=

11、3.1万元电力变压器的折旧费=42×0.05=2.1万元；高压开关柜的折旧费=27×0.06=1.62万元；变配电的维修管理费=（2.1+1.62）×0.06=0.2232万元。因此电力变压器和高压开关柜的年运行费=（0.2232+2.1+1.62）万元=3.94万元，比一台主变方案多投资0.84万元主变压器的选择主要根据负荷计算表。因为要求全厂的功率因数在0.9以上，所以要进行无功补偿，从而计算出补偿后变电所的视在功率。本厂的负荷性质属于二级负荷，可靠性要求较高，所以主变压器应选择两台，其中一台备用。当一台故障时，另一台可以马上投入运行以保证此冶金机械修造厂全厂

12、的供电需求。4、无功功率补偿前总有功功率 P = 5773.51kw 总无功功率 Q = 4787.2kvar 总视在功率 S = 7598.83 KV·A 全厂功率因数 = 5773.51/ 7598.83=0.76<0.9 补偿前，这时变压器容量选8000kVA所以要进行无功补偿5、无功功率补偿 无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此本设计选用并联电容进行无功补偿。工厂中由于有大量的电动机、电焊机及气体放电灯等感性负荷，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运

13、行性能、提供其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的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的功率因数不得低于0.9，我们取cos=0.96要使低压侧功率因素由0.76提高到0.96，低压侧需装设的并联电容器容量为QC = 4787.2×（tanarccos0.76tanarccos0.96）kvar = 2697.6kvar取 QC=2700kvar补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为KVA.因此主变补偿后选择容量变选择7000kVA。变压器的功率损耗为PT 0.015= 0.015×6139.2kVA =92.1kWQT 0.06= 0.06×613

14、9.2 kVA=368.4kvar变电所高压侧的计算负荷为= 5773.5kW +92.1kW = 5865.6kW =（4787.22700）kvar + 368.4kvar =2455.6kvar=109.25A补偿后工厂的功率因素为.这一功率因素满足供电部门规定的要求。6、主变压器容量:根据全厂计算负荷为6358.9KVA，则变压器的容量要>6359/85%=7481.2KVA，查表7-1选用SFZ-8000/38.5变压器两台。一台工作，一台备用。其主要技术数据如下: 表7-1 SFZ-8000/38.5变压器技术参数额定容量/kVA额定电压/kV损耗/kW阻抗电压（%）空载电流

15、（%）联结组别高压低压空载短路800038.53.1510.510.955.87.51YNd11表7-2 各车间型号变压器技术参数车间型号电压组合(kV)损耗(kW)阻抗电压(%)联接租标号总质量(kg)轨距(mm)高压高压空载负载NO.1S9-100060.41.95012.0004.5Y,yn03477820NO.2S9-80060.40.9605.1004.5Y,yn01625660NO.3S9-100060.41.4007.5004.5Y,yn02920820NO.4S9-80060.41.70010.3004.5Y,yn03260820NO.5S9-100060.40.8004.30

16、04.0Y,yn013876607、 导线的选择：通过上面的计算得到额定电流=109.25A可以查表7-1可得导线型号为LGJ-25它的在流量为135A>109.25A。因为本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时。属于二级负荷，所以选取经济电流密度：导线的经济截面积：LGJ-25型铝导线，长期允许工作电流，最高允许温度为900C 。其中长时允许电流：线路承受的最大负荷电流就为符合要求。8、 短路计算短路电流将引起下列严重后果：短路电流往往会有电弧产生，它不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤害周围人员。巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过

17、热甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。短路也同时引起系统电压大幅度降低，特别是靠近短路点处的电压降低得更多，从而可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏。网络电压的降低，使供电设备的正常工作受到损坏，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏，如电动机过热受损等。短路计算的目的主要有以下几点：1用于变压器继电保护装置的整定。2选择电气设备和载流导体。3选择限制短路电流的方法。4确定主接线方案和主要运行方式。 短路电流计算公式电力系统各元件电抗标幺值计算公式：设备计算电抗公式无穷大电源变压器输电线 1、取基准容量Sd=100MVA；2、计算基准

18、电流3、电力系统的电抗：4、架空线路电抗：本设计采用表5.1的数据进行架空线路电抗的计算表5.1 电力线路每相的单位长度电抗平均值线路结构线 路 电 压35kV及以上610kV220/380V架空线路0.400.350.32电缆线路0.120.080.066因此5、变压器电抗：故可得出短路等效电路图5.2，根据短路图可算出各短路点的总阻抗如下：6、计算三相短路电流和短路容量（1）k-1点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量整定计算： 有关参数计算下表所示：各参数值计算表：参数名称计算参数值35KV侧6.3KV侧变压器额定电流A电

19、流互感器的接线方式Y电流互感器一次电流A577.35A电流互感器型号LRD-35，200/5LRD-6.3,600/5电流互感器变比200/5=40600/5=120二次回路额定电流180/40=4.5A577.35/120=9.344A4.等值电路简图 计算主变压器高（35kV）侧和低压（10kV）侧三相短路时的冲击电流最大短路电流有效值和短路容量。列表给出计算结果。本设计为35KV压降变电所及配电系统的一次设计，该设计是针对生产规模为：铸钢件1万吨，铸铁件3千吨，锻件1千吨，铆焊件2千吨的冶金机械修造厂而设计的。变电所内一次设备主要：有两台主变压器(型号为SFZ-8000/38.5)、各车

20、间变压器、断路器、隔离开关、所用变压器、避雷器、高压开关进线柜等。设计主要遵循中华人民共和国建设部发布的35kv110kv变电所设计规范以及其他相关法律法规。 室内与室外的布置:整个主控制室和高压配电室坐北朝南，这样便于主控制室采光。主控制室内装设有低压配电屏，主变保护屏，中央信号，中央信号继电器及电镀表屏，主变控制屏，中央信号布置在北侧，正对着值班人员。两段母线的配电装置分别设在两个单独的房间内，两个配电室之间通过双开钢门相连接，另外两个配电室还有一个外形式双开钢门。电容器应单独布置在一个房间内。35KV电源进线由变电所东侧的区域降压变电所通过架空线引进，配电装置采用低压布置，避雷器、电源变

21、压器以及保护用的熔断器，低压布置在母线两端，避雷器、电源变压器布置在主控制器的东侧，6KV高压电缆从主变电所引来，低电压电缆经过穿墙套管进人主控制室，配电装置间隔为5米，进线相间距离为1.3米，最大允许尺度为0.7米。变电所主接线方案的设计原则与要求：变电所的主接线，应根据变配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因素综合分析确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。1、安全性（1）在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关；（2）在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关；（3）在装设高压熔断器-负荷开关的出线柜母线侧，必须装设

22、高压隔离开关；（4）35kV及以上的线路末端，应装设与隔离开关联锁的接地刀闸；（5）变电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器，宜与电压互感器公用一组隔离开关，接于变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。2、可靠性（1）变电所的主接线方案，必须与其负荷级别相适应。对一级负荷，应由两个电源供电。对二级负荷，应由两回路或一回6kV及以上专用架空线或电缆供电； 其中采用电缆供电时，应采用两根电缆并联供电，且每根电缆应能承受100%的二级负荷；（2）变电所的非专用电源进线侧，应装设带短路保护的断路器或负荷开关-熔断器。当双电源供多个变电所时，宜采用环网供电方式；（3）对一般生

23、产区的车间变电所，宜由工厂总变配电所采用放射式高压配电，以确保供电可靠性，但对于辅助生产区及生活区的变电所，可采用树干式配电；（4）变电所低压侧的总开关，宜采用低压断路器。当低压侧为单母线，且有自动切换电源要求时，低压总开关和低压母线分段开关，均应采用低压断路器。3、灵活性（1）变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线方式；（2）35kV及以上电源进线为双回路时，宜采用桥形接线和线路-变压器组接线；（3）需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关；（4）变电所的主接线方案应与主变压器的经济运行要求相适应；（5）变电所的主接线方案应考虑到今后可能的增容扩展，

24、特别是出线柜便于添置；4、经济性（1）变电所的主接线方案在满足运行要求的前提下，应力求简单。变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线；（2）变电所的电气设备应选用技术先进、经济适用的节能产品，不得选用国家明令淘汰的产品；（3）工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费的电能表使用；（4）应考虑无功功率的人工补偿，使最大负荷时功率因素达到规定的要求。主接线方案的选择： 由于工厂的负荷为二级负荷，总降压变电所出线较多，故本降压变电所采用单母线分段方式的接线，电气接线图见图4.1。这种接线方式采用的高压开关设备较多，初期投资较大。但单母线分段接线方式比其他接线方式的灵活性、可靠性更高，考虑到总降压变电所的在工厂的特殊地位，故本设计采用单母