某厂35KV总变电所设计中国石油大学电力工程课程设计报告书

1、电力工程课程设计某厂35KV总变电所设计：班级：电气12-04班学号：同组人：想 12053422 桂江 12053408 绍军 12053409 万发源 12053426中国石油大学（华东）日期：2014年12月24日摘要 众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和核心动力，在飞速发展的今天它扮演着越来越来重要的作用。电能既易于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与整个国民经济生活中应用极为广泛。本课程设计针对某降压变电所的电气的设计，主要涉与到分配电能，其基本容有以下几方面：进线电压的选择，降压变电所位置的电气设计，短路电流的计

2、算与继电保护，电气设备的选择，车间变电所位置和降压变压器数量,容量的选择，防雷接地装置设计等。同时本课程设计着重考察学生的实际操作能力和处理问题的能力，具有针对性和实用性。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，既要照顾局部的当前利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应社会的发展。为了保证工厂供电的正常运转，就必须要有一套完整的保护，监视和测量装置。目前多以采用自动装置，将计算机应用到工厂配电控制系统中去。关键字：电力工程，工厂供电，降压变电所目录第一章 基本资料11.1设计要求11.2设计任务11.2.1设计容11.2.2设计任务21.3设计依据2第二章 设计容与步骤52

3、.1 负荷计算62.2总变压变电所变压器容量选择102.2.1总变压器容量的选择102.2.2无功补偿112.3 总降压变电所和车间变电所位置选择122.4 总降压变电所电气主接线设计132.5 短路电流计算142.6 主要电气设备选择242.6.1 主变压器35KV侧设备242.6.2 主变压器10KV侧设备252.6.3 10KV馈电线路设备252.7 母线与厂区高压配电线路选择272.7.1主变压器35KV侧引出线272.7.2 10KV汇流母线272.7.3 10KV侧引出线292.7.4 10KV配电线路292.8 继电保护配置与整定计算302.8.1 主变压器保护配置302.8.2

4、 10KV馈电线路保护（第一车间为例）322.8.3电力线路保护33第三章 结论与工作总结35参考文献3637 / 41第一章 基本资料悉电力设计的相关规程、规定，树立可靠供电的观点，了解电力系统，电网设计的基本方法和基本容，熟悉相关电力计算的容，巩固已学习的课程容，学习撰写工程设计说明书，对变电所区域设计有初步的认识。1.1设计要求（1）通过对相应文献的收集、分析与总结，给出相应项目分析，需求预测说明。（2）通过课题设计，掌握电力系统设计的方法和设计步骤。（3）学习按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计方法和计算结果。（4）学生应抱着严谨认真的态度积极投入到课程设计过程中，认真查阅相应文献

5、以与实现，给出个人分析、设计以与实现。1.2设计任务1.2.1设计容1总降压变电站设计（1）负荷计算（2）主结线设计：选主变压器与高压开关等设备，确定最优方案。（3）短路电流计算：计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。（4）主要电气设备选择：主要电气设备选择与校验。选用型号、数量、汇成设备一览表。（5）主要设备继电保护设计：元件的保护方式选择和整定计算。（6）配电装置设计：包括配电装置布置型式的选择、设备布置图。2车间变电所设计根据车间负荷情况，选择车间变压器的台数、容量与变电所位置的原则考虑。3.厂区配电系统设计根据所给资料，列出配电系统结线方案，经计算和分析比较，确定最优方案。1.2.2设

6、计任务1设计说明书，包括全部设计容，负荷计算，短路计算与设备选择（要求列表）；2电气主接线图。1.3设计依据1.厂区平面布置图2负荷类型本厂除空压站、煤气房、锅炉房部分设备为二级负荷外，其余均为三级负荷。3电源工厂东北方向 6km 处有一 110/35kV 地区降压变电所，以 35kV 一回架空线向工厂供电，作为工厂的主电源电业部门对本厂提出的技术要求：电业部门的 35kV 回架空线进线定时限过流保护装置的整定时间为 2 秒，该变电所保护动作时限不大于 1.5s；在总变电所 10kV 测计量；本厂的功率因数值应在 0.95 以上。此处正北方向有其他工厂引入 10kV 电缆作为备用电源，平时不准

7、投入，只有在该厂的主供电源发生故障或检修时提供照明与部分重要负荷用电，输送容量不得超过 1000kVA。4其他设计基础资料与有关数据：35kV 侧系统最大三相短路容量1000MVA，最小三相短路容量 500MVA。电价：两部电价制。变压器安装容量：1000kVA，4 元/kVA 月。当供电电压为 35kV 时，电价 =0.55 元/kWh。当供电电压为 10kV 时，=0.83 元/kWh。工厂为二班制，全年工作时数为 4500h，最大负荷利用时数为 4000h(统计参考值)；5.工厂的自然条件：本厂所在地区年最高气温为38，年平均温度为23，年最低气温为-8 ，年最热月最高气温为33，年最热

8、月平均气温为36，年最热月地下0.8m处平均温度为35 。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。本厂所在地区平均海拔高度为500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m6厂区平面布置图：第二章 设计容与步骤全厂总配电所与配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以与负荷布局，结合国家供电情况。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。其基本容有以下几方面1、负荷计算全厂总配电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。求出全厂高压总配电所计算负荷与总功率因数。列出负荷计算表、显示计算结果。2、确定配电所的所址和形式和电容补偿根据电源进线方向，综合考虑设置高压总配电所

9、的有关因素，结合全厂计算负荷以与扩建和备用的需要，确定高压总配电所的所址和型式。按负荷计算求出总配电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或产品样本选用所需无功功率补偿柜的规格和数量。3、配电所的主接线方案根据负荷类别与对供电可靠性的要求进行负荷计算，选择主接线方案，确定配电所主接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济，安装容易维修方便。4、短路电流的计算，并选择配电所的一次设备与其校验 工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。求出各短路点的三相短路电流与相应有关参数。参照短路电流计算数据

10、和各回路计算负荷以与对应的额定值，选择高压配电设备，如断路器、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，并列表表示。5、选择电源进线与工厂高压配电线路 为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面选择时必须满足发热条件：导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。6、整定继电与并选择二次回路保护 为了监视、控制和保证安全可靠运行，各用电设备，皆需设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算。2.1 负荷计算本设计各车间计算负荷采用需要系数法确

11、定。主要计算公式有：有功计算负荷（kW) 无功计算负荷（kvar）: 视在计算负荷（KVA）：计算电流（A）: 第一车间的负荷计算：有功功率：无功功率：视在功率：查表选择型号为SC9-500/10型、电压为10/0.4KV、Yyn0联接的变压器，其技术数据如下：变压器的负荷率，则变压器的功率损耗为：第二车间的负荷计算：有功功率：无功功率：视在功率：查表选择型号为SC9-1000/10型、电压为10/0.4KV、Yyn0联接的变压器，其技术数据如下：变压器的负荷率，则变压器的功率损耗为：第三车间的负荷计算：有功功率：无功功率：视在功率：查表选择型号为SC9-1000/10型、电压为10/0.4K

12、V、Yyn0联接的变压器，其技术数据如下：变压器的负荷率，则变压器的功率损耗为：锻工车间的负荷计算：有功功率：无功功率：视在功率：查表选择型号为SC9-400/10型、电压为10/0.4KV、Yyn0联接的变压器，其技术数据如下：变压器的负荷率，则变压器的功率损耗为：工具、机修车间的负荷计算：有功功率：无功功率：视在功率：查表选择型号为SC9-315/10型、电压为10/0.4KV、Yyn0联接的变压器，其技术数据如下：变压器的负荷率，则变压器的功率损耗为：锅炉房负荷计算：有功功率：无功功率：视在功率：查表选择型号为SC9-200/10型、电压为10/0.4KV、Yyn0联接的变压器，其技术数

13、据如下：变压器的负荷率，则变压器的功率损耗为：空压站负荷计算：有功功率：无功功率：视在功率：查表选择型号为SC9-160/10型、电压为10/0.4KV、Yyn0联接的变压器，其技术数据如下：变压器的负荷率，则变压器的功率损耗为：煤气站负荷计算：有功功率：无功功率：视在功率：查表选择型号为SC9-160/10型、电压为10/0.4KV、Yyn0联接的变压器，其技术数据如下：变压器的负荷率，则变压器的功率损耗为：负荷计算汇总表2-1车间名称380V侧计算负荷变压器容量/KV.A变压器功率损耗10KV侧计算负荷有功负荷无功负荷视在负荷有功损耗无功损耗有功负荷无功负荷视在负荷一车间425.7168.

14、15457.715004.723.74430.4191.89471.24二车间666.9465.5813.310006.5449.37673.44514.87847.71三车间753.3525.8918.6510007.9760.67761.27586.47960.98锻工车间351102.49365.664003.9118.97354.91121.46375.12工具，机修车间257.8109.82280.223153.2814.39261.08123.67288.89锅炉房150112.5187.52002.5310.23152.53122.73195.78空压站9067.5112.516

15、01.485.7291.4873.22117.17煤气站9067.5112.51601.485.7291.4873.22117.17总计2784.71619.3324831.9188.82816.591807.53374.062.2总变压变电所变压器容量选择2.2.1总变压器容量的选择由于工厂厂区围不大，高压配电线路上的功率损耗可忽略不计，因此表2.1所示车间变压器高压侧的计算负荷可认为就是总降压变电所出线上的计算负荷。取,则总降压变电所低压母线上的计算负荷为因为大多数为三级负荷，只有少数为二级负荷，故总降压变电所可装设一台容量为3150KV.A的变压器。2.2.2无功补偿总降压变电所低压侧的

16、功率因数为不满足工厂供配电的要求，需要无功功率补偿。2.2.2.1无功补偿的方式按无功补偿装置安装的位置不同，通常有三种补偿方式。1.集中补偿将无功补偿装置装设在企业或地方总降压变电所的610KV母线上，用来提高整个变电所的功率因数，使该变电所的供电围无功功率基本平衡。可减少高压电路的无功损耗，而且能够提高本变电所的供电电压质量。2.分组补偿将无功补偿装置分别装设在功率因数较低的车间或村镇终端变配电所高压或低压母线上，也称为分散补偿。这种方式具有与集中补偿一样的优点，仅无功补偿容量和围相对小些。3.就地补偿将无功补偿装置装设在异步电动机或电感性用电设备附近，就地进行无功补偿，也称为单独补偿或者

17、个别补偿方式。这种补偿方式既能提高用电设备供电回路的功率因数，又能改善用电设备的电压质量，对中、小型设备十分适用。2.2.2.2进行集中补偿本设计选择在10K母线上进行集中补偿令补偿后的功率因数为0.98，计算需要的无功补偿补偿后的无功功率视在功率补偿后实际功率因数查表选择S93150/35型、35/10.5KV的变压器，其技术数据如下变压器的负荷率为，则变压器损耗为变压器高压侧计算负荷为则工厂进线处的功率因数为满足工厂供配电要求。2.3 总降压变电所和车间变电所位置选择1. 总降压电所位置选择 根据供电电源的情况，考虑尽量将总降压变电所设置在靠近负荷中心且远离人员集中区，结合厂区供电平面图，

18、将总降压变电所设置在厂区东北部，如图2.1所示。2. 车间变电所位置选择 根据车间负荷情况，本厂拟设置个车间变电所，每个车间变电所装设一台变压器，根据厂区平面图所提供的车间分布情况与车间负荷的情况，结合其他各项选择原则，并与工艺、土建等相关方面协商确定变电所位置，如下图2.1所示。图2.1 厂区供电平面图2.4 总降压变电所电气主接线设计本工厂要求正常运行时以35KV单回路架空线供电，由10KV电缆线路作为备用电源，因此总降压变电所主变压器与35KV架空线路可采用线路-变压器单元接线。为全球检修、运行、控制和管理，在变压器高压侧进线处设置高压断路器。由于10KV线路平时不允许投入，因此备用10

19、KV电源进线断路器在正常工作时必须断开。变压器二次侧设置少油断路器，与10KV备用电源进线断路器组成备用电源投入装置，当工作电源失去电压时，备用电源立即自动投入。主变压器二次侧10KV母线采用单母线分段接线，变压器二次侧10KV接在I段母线上，10KV备用电源接在II段母线上，母线分段断路器在正常工作时闭合，重要二级负荷可接在II段母线上，在工作电源停止供电时不至于使重要负荷的供电受到影响，总降变电所的电气主接线如图2.2所示。图2.2 某厂变电所的电气主接线2.5 短路电流计算为了选择高压电气设备，速写继电保护，必须进行短路电流计算。短路电流按系统正常运行方式进行计算。短路电流计算电路与短路

20、点的设置如图2.3所示（以第一车间为例）图2.3 短路电流计算电路与短路点的设置因工厂厂区面积不大，总降压变电所到各车间的距离不过数百米，因此总降压变电所10KV母线（K2点）与厂区高压配电线路末端处（K3点）的短路电流差别极小，故只计算主变压器两侧K1，K2和车间变压器低压侧K4点的短路电流。根据计算电路图作出计算短路电流的等效电路如图2.4所示。图2.4 短路电流的等效电路1. 求各元件电抗标幺值设基准容量=100MVA，基准电压=1.05，为短路计算电压，即=37kV,=10.5kV，=0.4kv则（1） 电力系统当时，当时， (2)架空线路WL (3)主变压器T1(4)第一车间变压器2

21、. 系统最大运行方式下三相短路电流与短路容量计算（1）k1点短路 总电抗标幺值为因此，k1点短路时的三相短路电流与短路容量分别为：（2）k2点短路 总电抗标幺值为因此，k2点短路时的三相短路电流与短路容量分别为（3）k4点短路 总电抗的标幺值为因此，K4点短路时的三相短路电流与短路容量分别为3. 系统最小运行方式下三相短路电流与短路容量计算（1）k1点短路 总电抗标幺值为因此，k1点短路时的三相短路电流与短路容量分别为：（2）k2点短路 总电抗标幺值为因此，k2点短路时的三相短路电流与短路容量分别为（3）k4点短路 总电抗的标幺值为因此，K4点短路时的三相短路电流与短路容量分别为4.第二车间k

22、4点短路 总电抗的标幺值为(4)第二，三车间变压器最小运行方式因此，K4点短路时的三相短路电流与短路容量分别为最大运行方式因此，K4点短路时的三相短路电流与短路容量分别为5. 锻工车间最大运行方式因此，K4点短路时的三相短路电流与短路容量分别为最小运行方式因此，K4点短路时的三相短路电流与短路容量分别为6. 工具，机修车间最大运行方式因此，K4点短路时的三相短路电流与短路容量分别为最小运行方式因此，K4点短路时的三相短路电流与短路容量分别为7. 锅炉车间最大运行方式因此，K4点短路时的三相短路电流与短路容量分别为最小运行方式因此，K4点短路时的三相短路电流与短路容量分别为8 .空压，煤气车间最

23、大运行方式因此，K4点短路时的三相短路电流与短路容量分别为最小运行方式因此，K4点短路时的三相短路电流与短路容量分别为将计算结果汇于表2.2。三相短路计算短路计算点变压器选择运行方式三相短路电流/kA短路容量/MVAIKishIshSKk1最大5.6514.418.54362.32最小4.1510.586.27265.96k2(k3)最大2.2035.623.3340.06最小2.1195.4033.238.521k4一车间最大13.74825.29614.9859.527SC9-500/10最小13.61825.05714.8449.438二车间最大16.98432.25118.51311.

24、77SC9-1000/10最小16.78730.88818.29811.633三车间最大16.98432.25118.51311.77SC9-1000/10最小16.78730.88818.29811.633锻工车间最大11.54821.24812.5878.033SC9-400/10最小11.45621.07912.4877.939工具、机械车间最大9.49717.47410.3526.582SC9-315/10最小9.43517.3610.2846.539锅炉房最大6.41411.8026.9914.445SC9-200/10最小6.38611.756.9614.462空压站最大5.248

25、9.6565.723.637SC9-160/10最小5.2299.6215.73.624煤气站最大5.2489.6565.723.637SC9-160/10最小5.2299.6215.73.624表2.2 短路电流计算结果汇总2.6 主要电气设备选择2.6.1 主变压器35KV侧设备主变压器35KV侧计算电流，35KV配电装置采用户外置，务设备有关参数见表2.3安装地点电气条件设备型号规格项目数据项目高压断路器SW2-35/1000隔离开关GW4-35G/600电流互感器LB-35电压互感器JDJJ-35避雷器FZ-3535353535353551.961000600400/55.6516.5

26、362.3100014.41455014.1454.27108998042.25表2.3 35KV侧电气设备有关参数2.6.2 主变压器10KV侧设备主变压器10KV侧计算，选用GG-1A-04型高压开关柜，各设备有关参数见表2.4。安装地点电气条件设备型号规格项目数据项目高压断路器SN10-10I/630隔离开关GN8-10T/600电流互感器LBJ-1010101010173.21000600100/52.2031640.063005.624052525.82410242000900表2.4 10KV侧电气设备有关参数2.6.3 10KV馈电线路设备以去第一车间的馈电线路为例，由表2.1知

27、，一车间线路和计算负荷为457.71KV.A，其计算电流为，选用GG-1A-03型高压开关柜，计算从略。10KV母线电压互感器与避雷器选用GG-1A-54型高压开关柜，备用电源进线选用GG-1A-18型高压开关柜。第一车间变压器10KV侧设备安装地点电气条件设备型号规格项目数据项目高压断路器ZN5-10/630隔离开关GN8-10T/400电流互感器LQJ-101010101028.87630400100/52.2032040.064005.62504011.745.824200098034.28第一车间变压器0.4KV侧设备安装地点电气条件设备型号规格项目数据项目低压断路器DZ20-380低

28、压熔断器电流互感器LQ-0.50.40.40.40.4721.691000400700/513.748389.5272002.7 母线与厂区高压配电线路选择2.7.1主变压器35KV侧引出线1. 按经济电流密度选择导线截面积。线路最大持续工作电流为根据年最大负荷利用小时Tmax=4000h，查表知，经济电流密度A/mm，则导线的经济截面积为选LGJ-50型钢芯铝绞线。2.按发热条件校验。查表知，35KV以上钢芯铝绞线最小允许截面积为35，因此LGJ-50满足机械强度要求。3.校验机械强度。 查表知，35KV以上钢芯铝绞线最小允许截面积为35，因此LGJ-50满足机械强度要求。4.热稳定度校验。

29、 满足热稳定度的最小允许截面积为实际选用的导线截面积50173A，故10KV汇流母线选用LMY-504型矩形铝母线。2. 热稳定度校验。满足热稳定度的最小允许截面积为实际选用的母线截面积A=2（504）=400314.78，所以热稳定度满足要求。3. 动稳定校验。取母线档距L为1.2m，相间中心线距S为0.25 m，因，故K=1.三相短路冲击电流在蹭相产生的电动力母线在作用时的弯曲力矩为母线的截面系数为故母线在三相短路时所受到的计算应力为32.64，热稳定度不满足要求，故重选为LGM-504钢芯铝绞线。2.7.4 10KV配电线路由于厂区面积不大，各车间变电所距离总降压变电所较近，厂区高压配电

30、线路采用电缆线路，直埋敷设。由于厂区线路较短，因此按发热条件选择截面，然后进行热稳定度校验。以一车间变电所为例，10KV侧计算电流为查表选ZLQ2-316油浸纸绝缘电力电缆，20时其允许截流量，满足要求。因为厂区高压配电线路很短，线路始末两端短路电流相关不大，故以10KV母线上短路时的短路电流进行校验热稳定不满足要求，故选择ZLQ2-335型电力电缆。其它车间的电缆截面选择过程相似，计算结果见表2.5。车间名称线路序号计算负荷计算电流电缆型号一车间WL1471.2425.91ZLQ2-315二车间WL2847.7146.61ZLQ2-315三车间WL3960.9852.84ZLQ2-315锻工

31、车间WL4375.1220.63ZLQ2-315工具、机修车间WL5288.8915.89ZLQ2-315锅炉房WL6195.7810.77ZLQ2-315空压站WL7117.176.42ZLQ2-315煤气站WL8117.176.42ZLQ2-3152.8 继电保护配置与整定计算2.8.1 主变压器保护配置总降压变电所主变压器容量为3150KV.A，根据规程要求，应装设瓦斯保护、电流速断保护、过电流保护以与过负荷保护。（1） 电流速断保护 保护采用两相两继电器式接线，继电器为DL11型，电流互感器变比，保护装置的动作电流应躲过变压器二次侧母线的最大三相短路穿越电流，即A灵敏度应按变压器一次侧的最小两相短路电流来校验，即（2） 过电流保护采用三个电流互感器接成完全星形接线方式，继电器DL11型，电流互感器变比，保护装置的动作电流应躲过变压器可能出现的最大负荷电流，即AA动作时间取1.5S。灵敏试度应按变压器二次侧母线的最小两相短路穿越电流来校验，即（3） 过负荷保护 用一个DL11型继电器构成，保护装置动作电流应躲过变压器额定电流，即A动作时间取1015S。2.8.2 10KV馈电线路保护（第一车间为例）总降压变电所主变压器容量为500KV.A，根据规程要求，瓦斯保护，电流速断保护、过电流保护以与过负荷保护。（4） 电流速