2022年XX机械厂变电所的二次回路设计.docx

2021 届毕业设计（论文）材料系 、 部： 电气与信息工程系同学姓名：指导老师：职 称： 讲师专 业： 电气自动化技术班 级：学 号：2021 年 5 月材料清单1、毕业设计（论文）课题任务书2、指导老师评阅表3、答辩及最终成果评定表4、毕业设计说明书5、附录材料2021 届毕业设计（论文）课题任务书系：电气与信息工程系专业：电气自动化技术指导老师曹志平同学姓名吴邦课题名称XX 机械厂降压变电所地二次回路设计依据工厂所能取得地电源及本厂用电负荷地实际情形，初步确定变电所主结线方案及高低压设备和进出线，并由此确定二次回路方案,挑选整定继电爱护装置.最终按要求写出设计说明书，绘出设计图.内容及任务拟达到地要求或技术指标1) 高压断路器地操动机构掌握与信号回路2) 变电所地电能计量回路3) 变电所地测量和绝缘监测回路4) 变电所地爱护装置进起止日期工作内容备注度支配2021.03.102021.03.312021.04.012021.04.152021.04.162021.05.072021.05.082021.05.182021.05.192021.05.23下达任务书、收集资料、熟识毕业设计课题； 总体方案设计；编写毕业设计说明书；老师评阅设计，同学进行总结、预备答辩； 毕业设计答辩；1 刘介才 . 工厂供电设计指导M. 北京 : 机械工业出版社，19982 刘介才 . 工厂供电 M. 北京 : 机械工业出版社 , 20033 苏文成 . 工厂供电 第 2 版M.北京 : 机械工业出版社 , 1990主要4 陈利.发电厂及变电所二次回路M. 长春 : 中国电力出版社， 2007参 5 天津高校 .电力系统继电爱护原理 M. 北京：电力工业出版社， 1980考资料教研室看法年 月 日系主管领导看法年 月 日湖南工学院 2021 届毕业设计（论文）指导老师评阅表系：电气与信息工程系同学姓名吴邦学号401050426班级0504专业电气自动化技术指导老师姓名曹志平课题名称XX 机械厂降压变电所地二次回路设计评语：（包括以下方面，学习态度、工作量完成情形、材料地完整性和规范性；检索和利用文献才能、运算机应用才能；学术水平或设计水平、综合运用学问才能和创新才能；）是否同意参与答辩：是 否指导老师评定成果 分值：指导老师签字：年 月 日系（公章）：湖南工学院 2021 届毕业设计（论文）答辩及最终成果评 定表同学姓名吴邦学号401050 426班级电气 0504答辩日期课题名称XX 机械厂降压变电所地二次回路设计指导老师曹志平成 绩 评 定分评定小计值老师 1老师 2老师 3老师 4老师 5课题介绍思路清晰，语言表达精确，概念清晰， 论点正确，试验方法科 学 ， 分 析 归 纳 合理，结论严谨，设计30（论文）有应用价值 .思维灵敏 ,回必答题40答辩表现答 问 题 有 理 论根 据 ， 基 本 概念 清 楚 ， 主 要问 题 回 答 准 确大、深化 , 学问面宽.自由提问30合 计100分值：答 辩 评 分答辩成果答辩小组长签名：a：40×指导老师评分分值：指导老师评定成果b：60 ×最终评定成果：分数：等级：答辩委员会主任签名：年月日说明：最终评定成果 a+b，两个成果地百分比由各系自己确定，但应掌握在给定标准地10左右 .2021 届毕业设计说明书XX 机械厂降压变电所地二次回路设计系 、 部： 电气与信息工程系同学姓名： 吴邦指导老师： 曹志平 职称 讲师专 业： 电气自动化班 级： 0504完成时间： 2021 年 5 月摘 要工厂所需电能地供应和安排，必需有良好地供电系统有利于提高生产效率，要节省生产成本，要有利于实现生产过程地自动化，因此供电系统地设计是一个重要地前提工作.本设计是对 XX 机械厂供电系统进行地设计.此机械厂具有一个总降压变电所及十个车间 和一个生活区 .设计主要介绍了总降压变电所地设计及设备地选型和整定校验.其中主要介绍了工厂地基本情形及设计地要求和主要数据，仍要进行了全厂地负荷运算及无功功率补偿地确定，它是以后设备挑选地重要依据.以及确定了变电所主变压器台数、容量及主接线方案、第四部分进行了短路电流地运算，它是进行设备校验地重要数据；第五部分主要进行了变电所一次设备地选型及校验.对工厂变电所一次系统地确定.最终，我们仍有对变电所一次系统进行继电爱护、绝缘监测、电能测量以及信号系统等二次系统地设计.关键字 变电所；一次系统；二次系统ABSTRACTSupply what factory needs electric energy and assign, must have efficacy of fine feed system beneficial to improving,to save cost of production,ask the automation beneficialto realizing procedure of production , the design feed system therefore to be that a important premise works.Design the design being that feed system is in progress to XX machinery works originally.This machinery works has a general stepdown substation and ten workshops and a utilityarea. Design the selections type and adjusting checking having introduced general stepdown substation design and equipment mainly.Request and main data having introduced fundamental factory condition and having designed that among them mainly, back-off power ascertaining that the load wanting to have carried out entire factory too being calculated and there being no meritorious service, it is the important basis that equipment chooses hereafter. The scheme , Part IV working a telephone switchboard as well as having ascertained substation host transformer platform number , capacities and host have carried out the short-circuitcurrent calculation , it has been the data carryingout equipment checkingimportance ； Part Vhas carried out substation equipment selections type and checking mainly. Ascertainingthat to factory substation system. Final, we there are still a systematic the protection being in progress succeeding an electricity , insulation monitors , repeated systematic design such as electric energy measurement and signal system to the substation.Key words Substation ； a system； repeated system目 录1 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就11.3 本人地主要工作22 负荷运算与无功功率补偿22.1 设计步骤22.2 负荷运算42.2.1 按需要系数法确定运算负荷42.2.2 多组用电设备运算负荷地确定52.3 无功功率补偿63 变电所主变压器和结线方案地挑选83.1 提出方案83.2 方案确定94 短路电流运算104.1 短路电流运算地目地及方法104.2 短路电流运算114.2.1 确定基准值114.2.2 运算短路电路中各元件地电抗标么值114.2.3 运算 k-1 点10.5kV 侧地短路总电抗及三相短路电流和容量124.2.4 运算 k-2 点0.4kV 侧地短路总电抗及三相短路电流和容量125 变电所一次设备地选定135.1 高压侧一次设备地挑选135.2 低压侧电气设备地挑选145.3 母线地挑选155.3.1 高压母线地挑选155.3.2 低压母线地挑选166 变电所过电流爱护206.1 变压器地继电爱护206.1.1 变压器地反时限过电流爱护216.1.2 变压器地速断爱护226.1.3 变压器地瓦斯爱护226.2 高压联络线地继电爱护246.2.1 过流爱护246.2.2 速断爱护246.3 低压侧过电流爱护257 变电所二次回路设计257.1 二次回路地操作电源257.2 高压断路器地掌握地信号回路267.3 电测量外表与绝缘监视装置277.3.1 电测量外表277.3.2 绝缘监视装置288 设计总结29参考文献30致 谢301 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安排，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；电能地输送和安排既简洁经济，又便于控制、调剂和测量，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.从另一方面来说，假如工厂地电能供应突然中断，就可能对工业生产造成严峻地后果 .因此，做好工厂供电工作对于进展工业生产，实现工业现代化，具有特别重要地意义.由于节省能源是工厂供电工作地一个重要方面，而节省能源对于国家经济建设具有特别重要地战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节省能源、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，就必需达到以下基本要求：（ 1）安全 在电能地供应、安排和使用中，不应发生人身事故和设备事故.（ 2）牢靠 应满意电能用户对供电牢靠性地要求.（ 3）优质 应满意电能用户对电压和频率等质量地要求.（ 4）经济 供电系统地投资要少，运行费用要低，并尽可能地节省电能和削减有色金属地消耗量 .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，既要照料局部地当前地利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应进展.1.2 工厂供电设计地一般原就依据国家标准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需遵循以下原就：（ 1）遵守规程、执行政策；必需遵守国家地有关规定及标准，执行国家地有关方针政策，包括节省能源，节省有色金属等技术经济政策.（ 2）安全牢靠、先进合理；应做到保证人身和设备地安全，供电牢靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采纳效率高、能耗低和性能先进地电气产品.（ 3）近期为主、考虑进展；应依据工作特点、规模和进展规划，正确处理近期建设与远期进展地关系，做到远近结合，适当考虑扩建地可能性.（ 4）全局动身、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进展.作为从事工厂供电工作地人员，有必要明白和把握工厂供电设计地有关学问，以便适应设计工作地需要 .1.3 本人地主要工作（ 1）要求依据本厂所能取得地电源及本厂用电负荷地实际情形，并适当考虑到工厂生产地进展，依据安全牢靠、技术先进、经济合理地要求，确定变电所位置与型式；（ 2）确定变电所主变压器地台数与容量、类型；（ 3）挑选变压所主结线方案及高低压设备和进出线；（ 4）确定二次回路方案，挑选整定继电爱护装置；（ 5）要求写出设计说明书，绘制设计图样.从工厂供电地技术要求动身并结合工厂地实际情形，第一进行符合运算和无功功率补偿，确定主变压器台数、容量及类型，综合各种技术规程及供电协议地要求确定主接线方案，运算出短路电流，进行一次设备地挑选和校验，确定进出线地挑选与校验.再依据短路电流进行动稳固和热稳固校验；继电爱护及二次回路地整定运算，为把握供电系统地运行情形供应了有效地数据，并且在系统发生故障时能够精确准时地将故障设备从供电系统中切除，提高系统地安全稳固性.2 负荷运算与无功功率补偿2.1 设计步骤全厂总降压变电所及配电系统设计，是依据各个车间地负荷数量和性质，生产工艺对负荷地要求，以及负荷布局，结合国家供电情形.解决对各部门地安全牢靠，经济地安排电能问题 .其基本内容有以下几方面.（1） 负荷运算全厂总降压变电所地负荷运算，是在车间负荷运算地基础上进行地.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运算负荷及总功率因数.列出负荷运算表、表达运算成果 .（2） 工厂总降压变电所位置置和主变压器地台数及容量挑选参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所地有关因素，结合全厂运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依据变电所配电回路数，负荷要求地牢靠性级别和运算负荷数综合主变压器台数，确 定变电所高、低接线方式.对它地基本要求，即要安全牢靠有要敏捷经济，安装简洁修理便利.（4） 厂区高压配电系统设计依据厂内负荷情形，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，运算出导线截面及电压缺失，由不同放案地牢靠性，电压缺失，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、配电系统短路电流运算工厂用电，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运算.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运算求出总降压变电所地功率因数，通过查表或运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仍可以采纳掌握电机励磁电流方式供应无 功功率，改善功率因数.（7） 变电所高、低压侧设备挑选参照短路电流运算数据和各回路运算负荷以及对应地额定值，挑选变电所高、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.并依据需要进行热稳固和动稳固检验.用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果 .（8） 继电爱护及二次结线设计为了监视，掌握和保证安全牢靠运行，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，皆需要设置相应地掌握、信号、检测和继电器爱护装置 .并对爱护装置做出整定运算和检验其灵敏系数 .设计包括高压断路器掌握与信号回路、电测量与绝缘监测回路、以及变压器高低压侧地爱护回路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原理图及绽开图.2.2 负荷运算2.2.1 按需要系数法确定运算负荷半小时最大负荷P30KdPe ，其中Kd 为需要系数 .22无功运算负荷Q30P 30tan，其中 tan为对应于用电设备组cos地正切值 .视在运算负荷率因数 .S30P30 / cosP30Q30，其中 cos为用电设备组地平均功运算电流I 30S30 /3UN ，其中UN 为用电设备组地额定电压.由上面公式可算出各厂房地动力负荷.1. 铸造车间：P30KdPe =90KWQ30P30tan=91.8kvarS30P30/ cos128.57KV AI 30S30 /3UN =195.35A2. 锻压车间：P30KdPe =105KWQ30P 30tan=122.85kvarS30P30/ cos161.54KV A3 热处理车间：P 30I 30KdS30 /3UN =246.69APe =90KWQ30S30P30P 30tan/ cos=67.5kvar 112.5KV AI 30S30 /3UN =74.04A4. 电镀车间：P30KdPe =125KWQ30S30P30P 30tan/ cos=93.75kvar156.25KV AI 30S30 /3UN =237.23A5. 仓库：P 30KdPe =8KWQ30S30P30P 30tan/ cos=6kvar 10KVAI 30S30 /3UN =15.19A6. 工具车间：P30KdPe =108KWQ30P 30tan=143.64kvarS30P30/ cos180KV AI 30S30 /3UN =273.26A7. 金工车间：P30KdPe =80KWQ30P30tan=93.6kvarS30P30/ cos123.08KV AI 30S30 /3UN =186.998. 锅炉房：P 30KdPe =35KWQ30S30P30P 30tan/ cos=26.25kvar43.75KV AI 30S30 /3UN =66.54A9. 装配车间：P30KdPe =54KWQ30S30P30P 30tan/ cos=55.08kvar 77.14KV A10. 机修车间：P30I 30KdS30 /3UN =117.04APe =32KWQ30S30P30P 30tan/ cos=37.44kvar 49.23KV AI 30S30 /3UN =74.69A11. 生活区：P 30KdPe =245KWQ30S30P30P 30tan/ cos=96.11kvar 272.22KV AI 30各车间地照明负荷总和运算如下：S30 /3UN =413.44AP30KdPe =42.3KWS30P30 / cos42.3KV AI 30S30 /3UN =64.27A2.2.2 多组用电设备运算负荷地确定确定拥有多组用电设备地干线上或车间变电所低压母线上地运算负荷时，应考虑各组用电设备地最大负荷不同时显现地因素.因此在确定多组用电设备地运算负荷时，应结合详细情形对其有功负荷和超负荷无功负荷分别计入一个同时系数（又称参差系数或综合系数） Kp 和 Kq .对车间干线取：对低压母线Kp =0.85 0.95Kq =0.90 0.971、由用电设备组运算负荷直接相加来运算时取Kp =0.80 0.90Kq =0.85 0.952、由车间干线运算负荷直接相加来运算时取Kp =0.90 0.95Kq =0.93 0.97在本设计中，我们取Kp = 0.85 ， Kq0.90 .总地有功运算负荷为：总地无功运算负荷为：P30KpP30i =862.16KWQ30KqQ30i =750.68kvar以上两式中地P 30 i 和Q30i 分别为各组设备地有功和无功运算负荷之和.总地视在运算负荷为：总地运算电流为：S30P302Q302=1143.17KV AI 30S30 /3UN =1736.91A由以上可得出各厂房和生活区地负荷如表2.1.2.3 无功功率补偿由表 2.1 可知，该厂 380V 侧最大负荷时功率因数为0.75,考虑到主变压器地无功损耗远大于有功损耗 ,因此 380V 侧最大负荷应稍大于0.90,暂取 0.92 来运算 ,380V 侧所需地无功功率补偿容量QCP30tan1tan2 862.16tancos 0.75tanarccos 0.92 k var编设备名称类别表 2.1 各厂房和生活区地负荷需要costan计 算 负 荷S30/kV号容量系数P 30 / kWQ30/kvarAI 30 / A铸造车动力3000.30.701.029091.8/间照明60.81.004.80/锻压车动力2000.30.651.1710570.2/间照明60.71.005.60/热处理动力1500.60.80.759045/123车间照明50.81.0040/电镀车动力2500.50.80.7512537.5/间照明50.81.0040/动力200.40.80.7583/仓库照明10.81.000.80/工具车动力3600.30.61.3310879.8/间照明70.91.006.30/金工车动力4000.20.651.178046.8/间照明100.81.0080/动力500.70.80.753526.2/锅炉房照明10.81.000.80/装配车动力1800.30.80.755422.5/间照明60.81.004.80/机修车动力1600.20.651.173223.4/间照明40.81.004.80/生活区照明3500.70.90.4824596.11272.22413.61/1056.3834.02/4567891011总计 380侧取 Kp = 0.85 ，0.75/862.16750.681143.171736.9Kq0.90396 .60kvar补偿后地变电所低压侧地视在运算负荷为S30 22P202Q30Q 2C862.16 2750.68396.60 2=931Kva因此补偿后变压器容量可选为1000kV A 地，此时变压器地功率损耗为PT0.015S302QT0.06S30 20.0150.06931kVA931kVA13.97 KW 55.86k var工厂变电所高压侧地运算负荷为P301Q301862.16kW 750.6813.97kW396.60 k var876.13kW55.86k var409.94 kvarS301876.132409.94 2 kVA967.29kVA无功补偿后，工厂地功率因素（最大负荷时）为cosP301 / S301876.13 / 967.290.905这一功率因素满意设计要求.3 变电所主变压器和结线方案地挑选3.1 提出方案依据工厂地负荷性质和电源情形，我们采纳S9 系列变压器 .工厂变电所地主变压器可有以下两种案：（ 1）明备用 .装设一台主变压器，型式采纳S9，其容量即SNT 不应小于总运算负荷S30 .STSN.TS30967.29KVA依据运算，可挑选一台S9-1000/10 型地低损耗变压器.其主接线图如图3.1.为了保证工厂地正常运行，如如采纳明备用形式，就我们必需利用高压联络线在高压母线发生故障时对工厂特殊是二组负荷进行紧急供电.图 3.1 装设一台主变压器地主接线图（ 2）暗备用 .装设二台主变压器，型式采纳S9，其容量SN T 不应小于总运算负荷S30地 70%,考虑工厂地前景及进展，最好为总运算负荷地80%左右 , 同时每台主变压器容量SN T不应小于全部一、二级负荷之和.S9 系列变压器可以过负荷140%.所以在单台变压器发生了故障时，我们可以由另一台变压器过负荷供电.STSN .T0.7S30677.10KVA依据运算可挑选两台S9-800/10 型低损耗配电变压器 .其主接线图如图 3.2.上述变压器地联结组别均采纳Yyn0 接法 .3.2 方案确定图 3.2 装设两台主变压器地主接线图从上表 3.1 可以看出，按技术指标，装设两台主变地主结线方案图 3.2无论是从系统稳固性和牢靠性来说，都远远优于装设一台主变地主结线方案图 3.1.工厂拥有负荷较大地二级负荷，假如二级负荷断电将会给机械厂造成庞大缺失.虽然明备用形式可以保证二级负 荷供电，但是性能远不能和暗备用比.但按经济指标,就装设一台主变地方案远优于装设两台主变地方案，因此在本次设计中，打算采纳装设一台主变地方案.交供电部门地一次性供电赔费比1 台主变地方案多交48 万元；主变开关柜年运行费比1 台主变地方案多损耗1.85 万元 .高压开关柜总费用比一台变压器方案比一台主变地方案多投资10.8 万元 .电力变压器综合投资,比一台主变地方案多投 资 14.4 万元 .总体经济指标而言明备用就有它无法替代地优势.表 3.1 两种接线方案技术指标和经济指标比较比较工程明备用暗备用安全性满意要求满意要求牢靠性基本满意要求满意要求技由于一台主变 ,电压损耗术电能质量略大指标操作方只一台主变 ,敏捷性一般便性扩展性能一般由于两台主变并列 ,电压损耗略小由于有两台主变 ,敏捷性较好良好查得S9-1000 单价为11.8 万元 ,查得变压器综查得 S9-800 单价为电力变压器综合投资合投资约为其单价地2倍 , 因 此 其 综 合 投 资 为2×11.8 万元 =23.6 万元查得 GG-1AF 型柜9.5 万元,因此两台综合投资为 4×9.5万元=38 万元按每台 3.6 万元计 , 查得本 方 案 采 用 6台经济高压开关柜其综合投资按设备价1.5倍计 ,因此综合投资约为GG-1AF 柜,其综合投资额约为6×1.5 ×3.6万元指4×1.5 ×3.6 万元 =21.6 万=32.4 万元,标元主变和高压开关柜主变开关柜年运行费 折旧费按 20 年使用寿命算主变和高压开关柜地折旧费和修理治理费每年为 6.85 万元交供电部门地一次性供电赔费地折旧和修理治理费每年为 5 万元按 800 元/kVA 计,贴贴 费 为 2×800×0.08费为 1000×0.08 万元=80万元 =128 万元万元4 短路电流运算4.1 短路电流运算地目地及方法短路电流运算地目地是为了正确挑选和校验电气设备，以及进行继电爱护装置地整定运算 .短路电流运算地方法，常用地有欧姆法（有称出名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法），本设计采纳标幺制法进行短路运算.进行短路电流运算，第一要绘制运算电路图.在运算电路图上，将短路运算所考虑地各 元件地额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路运算点.短路运算点要挑选得使需要进行短路校验地电气元件有最大可能地短路电流通过.接着，按所挑选地短路运算点绘出等效电路图，并运算电路中各主要元件地阻抗.在等效电路图上，只需将被运算地短路电流所流经地一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简.对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采纳阻抗串、并联地