工厂供电课程设计(24页).doc

- 四川化工职业技术学院工厂供电设计课程设计专 业: 电气自动化技术班 级: 电气13331班小 组: 第二小组指导教师: 张顺发 一、设计任务书（一）设计题目某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计（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，确定变电所的位置和型式，确定主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接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，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。（三）设计依据1.工厂总平面图图1 某冶金机械厂平面布置图2.工厂负荷情况本厂为三班工作制，年最大有功利用小时为6000h，属二级负荷，本厂的负荷统计资料如下表所示。序号表1 工厂负荷资料统计名称负荷类别设备容量需要系数功率因数1铸钢车间380V负荷20000.40.656kV负荷2x12500.90.872铸钢车间380V负荷10000.40.706kV负荷2x2000.80.9砂库380V负荷1100.70.603铆焊车间380负荷12000.30.45No.1水泵房380负荷280.750.84空压站380负荷3900.850.756kv负荷2x2500.850.85机修车间380负荷1500.250.65锻造车间380负荷2200.30.55木型车间380负荷1860.350.60制材场380负荷200.280.60综合楼380负荷200.915锅炉房380负荷3000.750.80No.2水泵房380负荷280.750.80仓库（1，2）380负荷880.30.65污水提升站380负荷140.650.803.供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由电力系统的某220/35kV变电站以35KV双回路架空线引入工厂，其中一路作为工作电源，另一路作为备用电源，两个电源不并列运行。系统变电站距工厂东侧8km。4.气象资料本厂所在地区的年最高气温为40，年平均气温为18.0，年最低气温为-1，年度最热月平均最高气温为31.4，年最热平均气温为27，年最热月地下0.8米处平均温度26，常年主导风向为北风，年雷暴日数为39.1d5地质水文资料平均海拔400米，地层以沙质粘土为主，地下水位3m。6.电费制度供电贴费为800元/kVA。每月电费按两部电费制：基本电费为18元/kVA，动力电费为0.3元/kw*h，照明电费0.55元/kw*h。(四)设计任务要求在规定的时间内独立完成下列工作:1 设计说明书 需包括：1) 目录2) 负荷计算和无功功率补偿3) 变电所位置和和型式的选择4) 变电所主变压器台数、容量与类型的选择5) 变电所主接线方案的设计6) 短路电流的计算7) 变电所一次设备的选择与校验8) 变电所进出线的选择与校验9) 变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定10) 防雷保护和接地装置的设计11) 附录参考文献2.设计图纸 需包括;1）变电所主接线图1张2）变电所平、剖面图1张（五）设计时间自2015年5月25日至2015年5月29日二、设计说明书前言本设计根据该冶金机械厂的相关资料和实际情况，对该厂的总降压变电所和高压供电系统进行设计。本设计首先根据工厂提供的资料对工厂的负荷情况进行了计算，根据负荷情况对变压器的容量和台数进行了选择。该厂电源由某变电所以35kV双回路架空线引出，本设计选择在该厂设立总降压变电所先将电压降为厂区供电电压10kV，在由各车间变电所降为负荷所需电压。为保证供电系统的可靠性，总降压变电所采用单母线分段式接线方式，厂区供电系统采用放射式接线方式。通过计算，本设计对各变电所的主要电气设备、电缆和母线进行了选择和校验，对一次侧主要设备进行了继电保护整定，对避雷和接地装置进行了选择。目录（一）负荷计算和无功功率补偿-5（二）变电所位置和和型式的选择-7（三）变电所主变压器台数、容量与类型的选择-8（四）变电所主接线方案的设计-9（五）短路电流的计算-9（六）变电所一次设备的选择与校验-17（七）变电所进出线的选择与校验-18（八）变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定-19（九）防雷保护和接地装置的设计-23（十）附录参考文献-24（一）负荷计算和无功功率补偿1.负荷计算各厂房和生活区的负荷计算如表4表 2 各车间380V负荷计算表序号车间（单位）名称设备容量/kWKd计算负荷车间变电所代号变压器台数及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸钢车间20000.40.651.178009361230.81870No.1车变2×16002铸铁车间10000.40.701.02400408571.4867.5No.2车变2×800砂库1100.70.601.3377102.4128.3194.9小计(K=0.9)2110429.3459.4628.8955.43铆焊车间12000.30.451.98360712.88001215.No.3车变1×2000No.1水泵房280.750.80.752115.826.339.6小计(K=0.9)1228342.9655.7740.011244空压站3900.850.750.88331.5291.7442671.5No.4车变1×800机修车间1500.250.651.1737.543.957.787.7锻造车间2200.30.551.5266100.3120182.3木型车间1860.350.601.3365.186.6108.5164.8制材场200.280.601.335.67.49.314.1综合楼200.9101801827.3小计(K=0.9)986471.3476.9670.510185锅炉房3000.750.800.75225168.8281.3427.4No.5车变1×400No.2水泵房280.750.800.752115.826.340.0仓库（1、2）880.30.651.1726.430.940.661.9污水提升站140.650.800.759.16.811.417.3小计(K=0.9)430253.4200.1322.9490.6表3 各车间6kV高压负荷计算表序号车间（单位）名称高压设备名称设备容量/kWKd计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸钢车间电弧炉2×12500.90.870.5722501282.52586.2248.92铸铁车间工频炉2×2000.80.90.48320153.6355.634.23空压站空压机2×2500.850.850.62425263.550048.1小计340029951699.63443.6331.4表4 工厂负荷计算表全厂设备容量/kWKd计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A111540.350.790.7839043045.14941.8285.32.无功功率补偿由表4可知，该厂的功率因素=0.79。而供电部门要求该厂35KV侧最大负荷时功率因数应不低于0.90.考虑到主变压器的无功损耗大于有功损耗，因此10kV侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，暂取0.93来计算低压侧所需无功功率补偿容量：QC = 3904×（tanarccos0.79tanarccos0.93）kvar= 1486.9kvar参照工厂供电设计指导图2-6，选PGJ1型自动补偿屏*，并联电容器为BWF6.3-50-1采用方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总共容量300kvr*5=1500kvr。因此无功补偿后工厂低压侧和35kV侧的负荷计算如表5所示.表5 无功补偿后工厂的负荷计算项目计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A低压侧补偿前负荷0.7939043045.14941.8285.3低压侧无功补偿容量-1500低压侧补偿后负荷0.932390415454189.6241.86主变压器功率损耗63251.935kV侧负荷总计0.9139671797435571.84（二）变电所位置和型式的选择变电所的形式有很多种，优点各异。露天式配电装置具有运行维护方便，占地面积少、投资少等优点，而屋内式配电装置安装方便、运行可靠，故本设计总降压变电所35kV侧采用屋外式配电装置，变压器放置于露天，10kV侧采用屋内式配电装置。根据各车间的地理位置，车间建筑物结构、周围环境和车间负荷等情况，本设计详细考虑了各个车间的变电所形式，其中第一、二、三和四号车间变电所采用车间附设式变电所。由于第五号车间变电所在锅炉房旁边，故采用独立式，以保证供电安全。图2 高压配电示意图（三）变电所主变压器台数、容量与类型的选择1.变电所主变压器的选择根据工厂提供的数据，本工厂负荷为二级负荷，且工厂视在计算负荷为4941.9kVA，故本工厂总降压变电所应选择两台主变压器。由于本工厂选用两台主变压器，故每台主变压器的容量不应小于总的计算负荷的60%70%。但由于本工厂的负荷均为二级负荷，故该工厂的总降压变电所选用两台容量为5000kVA型号为S9-5000/35的变压器，其参数如表6所示表6 S9-5000/35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（%）联结组别总体质量/t备注高压低压空载短路500035，38± 2×2.5%3.156.3，10.56.5031.0070.7Dyn1111.15沈变，上变福变，武变等(四) 变电所主接线方案的设计1.变电所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3。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，故本设计采用单母线分段方式的主接线方案，变电所平面布置图见附录。图3 总降压变电所电气主接线图作为主变照明及应急用电，本设计采用由主变一次侧单引一个35/0.4的小型干式变压器供电，作为主变照明及应急用电，并加直流屏，以保证供电系统检修和维护的可靠性。（五）短路电流的计算1.绘制计算电路图4 短路计算电路2.确定短路计算基准值设Sd=100MVA，则3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统 已知SOC=1000MVA，故（2）架空线路 本设计采用表7的数据进行架空线路电抗的计算表7 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（3）电力变压器 UK%取值查表工厂供电设计指导3-1故可得出短路等效电路图图5 短路计算等效电路4.计算k-1点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量5. 计算k-2点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量6. 计算k-3点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量7. 计算k-4点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量8. 计算k-5点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量9. 计算k-6点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量10. 计算k-7点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量11. 计算k-8点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量12. 计算k-9点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量13. 计算k-10点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量根据前面短路计算得出的各种短路情况的数据，经过整理得出该厂的短路计算表见表8表8 短路计算结果表电路点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-14.864.864.869.816.58277.78k-25.195.195.1911.687.8494.34k-354.5654.5654.56122.7682.3940.65k-42.812.812.816.324.2330.67k-535.6135.6135.6180.1353.7725.91k-61.121.121.122.531.6912.25k-719.4619.4619.4643.7929.3814.16k-820.6420.6420.6451.6031.1715.02k-91.121.121.122.531.6912.25k-1012.4312.4312.4327.9718.779.04（六）变电所一次侧设备的选择校验1. 35kV侧一次设备的选择校验表9 35kV侧一次设备选择校验表选择效验项目电压电流断流能力动稳定性热稳定性其他装置地点条件参数UNI30数据35kV71.84A4.86kA9.81kA17.71设备型号参数UNINIoc/Socimax断路器40 GI-E 1640.5kV1600A16kA电流互感器LCZ-3535kV1000/5A130kA900熔断器RN5-3535kV100A900MVA电压互感器JDJ2-3535/0.1kV2. 10kV侧一次设备的选择校验表10 10kV侧一次设备选择校验表选择效验项目电压电流断流能力动稳定性热稳定性其他装置地点条件参数UNI30数据10kV285.3A5.19kA11.68kA20.20设备型号参数UNINIoc/Socimax 断路器SN10-1010kV1000A31.5kA80 kA31.5电流互感器LAJ-1010kV20800/5 A181 kA3600电压互感器JDJ2-3510/0.1kV3.各车间变电所二次侧一次设备的选择与效验表11 各车间变电所二次侧断路器选择与效验表变电所编号断路器型号装设地点参数校验参数I30Ik(3)/kAUN/VIN/AIoc/kANO.1DW17-2000380187054.56690200080SN1-106000248.94.05600060020No.2DW15-1600380955.435.61690125040SN1-10600034.21.12600060020No.3DW17-2000380112462.49690200080No.4DW17-1600380101820.64690125050SN1-10600048.11.12600060020No.5DW15-630380490.612.43690630304.高低压母线的选择 35kV母线 按发热条件选择 由=71.84A及室外环境温度31.4，查工厂供电设计指导表8-38，选LMY-253，其35时的Ial=233A> I30，满足发热条件。10kV母线 参照工厂供电设计指导表5-28，10kV侧母线选LMY-404,即相母线尺寸为806，而中性母线尺寸为505。（七）变电所进出线的选择与校验135kV架空线路的选择（1）35kV高压进线的选择 采用LJ型铝绞线架空敷设，接住工厂东侧8km处的某220/35kV变电站。1）按发热条件选 由I30=I1nT/ I2nT=288.7A及室外环境温度31.4，查工厂供电设计指导表8-36，初选LJ-95，其35时的Ial=289A> I30，满足发热条件。2）校验机械强度 查工厂供电设计指导表8-34，最小允许截面Amin=35<A，满足机械强度。3）校验电压损耗 已知由220/35kV变电站到工厂主变电所距离8km，而由工厂供电设计指导表8-36查得95的铝绞线的R0=0.36/km，X0=0.31/km(取线间几何均距600mm)又工厂主变P30=3967kw，Q30=1797kvar，因此故满足允许电压损耗的要求。2 车间变电所10kV高压进线的选择（1）10kv高压进线的选择 总降压变电所至各车间变电所的电缆均采用交联聚乙烯绝缘铜芯架设空中线槽，并依次进行了校验，结果如表12表12 总降压变电所至各车间变电所电缆选择与效验表变电所编号电缆型号计算电流I30/A允许载流量Ial/ANo.1YJV-70217.75255No.2YJV-2563.76135No.3YJV-2542.72135No.4YJV-2562.07135No.5YJV-2518.64135（八）变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定1. 高压断路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用弹簧储能操作机构，可实现一次合闸。2.变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜，其上装有三相有功电能表和无功电能表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并据以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由有关供电部门加封和管理。3.变压器的保护装置(1) 瓦斯保护瓦斯保护又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的相当灵敏的保护装置，按GB500621992规定，800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器，均装设瓦斯保护。故该厂总降压变电所主变压器应装设瓦斯保护。（2）差动保护差动保护能正确区分被保护元件保护区内、外故障，并能瞬时切除保护区内的故障。变压器差动保护用来反映变压器绕组，引出线及套管上各种短路故障，是变压器的主保护。本设计差动保护选用BCH-2型继电器，变压器各侧有关数据见表13。从表13可以看出，变压器二次侧电流I2大于一次侧电流I1，所以选较大者10.5kV侧为基本侧。BCH-2型继电器的平衡绕组Wb接于10.5kV的基本侧，平衡绕组Wb接于35kV侧。计算差动保护基本侧动作电流，在决定一次动作电流时应满足下列三个条件：躲过变压器励磁涌流的条件Iop1=KrelITN，d=1.3×274.9A=357.4A躲过电流互感器二次短线不应误动作的条件Iop1=KrelIL，max=1.3×450A=585A躲过外部穿越性短路最大不平衡电流的条件式中 Krel，Kst可靠系数与电流互感器的同型系数，Krel取1.3，Kst取1；ITN，d，IL，max变压器于基本侧的额定电流与最大负荷电流；，改变变压器分接头调压引起的相对误差与整定匝数不同于计算匝数引起的相对误差。去0.1，去初步0.05进行计算；在最大运行方式下，变压器二次母线上短路，归算于基本侧的三相短路电流次暂态值。表13 S9-5000/35型变压器差动保护数据数据名称各侧数据35kV10.5kV变压器额定电流82.5A274.9A电流互感器接线方式Y电流互感器变比计算值33.3A55A选择电流互感器标准变比200/5600/5电流互感器二次连接臂电流3.57A2.29A选取上述条件计算值中最大的作为基本侧的一次动作电流，即Iop1取585A。差动继电器基本侧的动作电流为式中 KTAy，Kcon基本侧的电流互感器变比与其接线系数。该继电器在保持时其动作安匝数为为了平衡得更精确，是不平衡电流影响更小，可将接于基本侧平衡绕组Wb作为基本侧动作匝数的一部分，选取差动绕组Wb与平衡绕组Wb的整定匝数Wd，set=6匝，Wb，set=6匝，即Wop，set=Wd，set +Wb，set=12匝。确定费平衡绕组匝数I1（Wb+Wd，set）=I2（Wb，set+ Wd，set）选整定匝数Wb,set=2匝，其相对误差为要求相对误差的绝对值不超过0.05，故满足要求，不必重新计算动作电流值。 确定短路绕组匝数，就是要确定短路绕组的插头的插孔。它有四组插孔，短路绕组匝数越多，躲过励磁涌流的性能越好，但当内部故障电流中有较大非周期分量时，BCH-2型继电器动作时间要延长，因此，对励磁涌流倍数大的中、小容量变压器，当内部故障时短路电流非周期分量衰减较快，对保护动作时间要求较低，故多选用插孔C2-C1或D2-D1。本设计宜选用C1-C2插孔拧入螺钉，接通短路绕组。该继电保护整定计算为单电源应以最小运行方式下10kV侧两相短路反应到电源进行效验，10.5kV侧母线两端短路归算到35kV侧流入继电器的电流为35kV电源侧BCH-2型继电器的动作电流为则差动保护装置的最小灵敏系数为可见，满足灵敏性要求.4、35kV电力线路保护该工厂有35kV进线线路两条，一条为工作电源，另一条为备用电源。本设计35kV线路保护选用DL-10型继电器，采用两相两继电器式接线，其接线形式见图7.1所示。35kV线路采用的保护有过电流保护、电流速断保护和过负荷保护，其接线图见附录C，下面进行保护的整定计算。图7.1 两相两继电器式接线图（1）过电流保护的整定计算该线路的I30=285.3A，本设计的线路过电流保护的整定值取I30的2倍，故IL·max=2I30=570.6A。电流互感器变比为100/5，故整定电流所以动作电流整定为43A。根据工厂的相关资料，该过电流保护的动作时间为2s。（2)电流速断保护的整定计算该线路三相短路电流周期分量有效值Ik·max=4860A，根据电流速断保护的整定计算公式得动作电流因此，电流速断保护的动作电流为84A。（3)过负荷保护线路的过负荷保护一般对可能经常出现过负荷的电缆线路予以装设，一般延时动作于信号。由于本工厂负荷较大，容易出现过负荷现象，故本设计选用过负荷保护，过负荷保护的动作电流故过负荷保护的整定值为18.5A，动作时间取15s。5、10kV电力线路保护该工厂的10kV线路较多，故本设计只选择变电所至No.1车间变电所的线路进行继电保护整定计算，其接线图见附录C。本设计10kV线路保护均选用DL-10型继电器进行保护，采用两相两继电器式接线，其接线形式见图7.1所示，定时限过电流保护的原理图见附录C。下面分别对继电保护进行整定计算。（1)过电流保护的整定计算该线路的I30=217.75A，本设计的线路过电流保护的整定值取I30的2倍，故IL·max=2I30=435.5A。电流互感器变比为100/5，故整定电流所以动作电流整定为33A。根据工厂的相关资料，该过电流保护的动作时间为2s。（2）电流速断保护的整定计算该线路三相短路电流周期分量有效值Ik·max=58610A，根据电流速断保护的整定计算公式得动作电流因此，电流速断保护的动作电流为1005A。（3）、过负荷保护线路的过负荷保护一般对可能经常出现过负荷的电缆线路予以装设，一般延时动作于信号。由于本工厂负荷较大，容易出现过负荷现象，故本设计选用过负荷保护，过负荷保护的动作电流故过负荷保护的整定值为140A，动作时间取15s。（九）变电所的防雷保护与接地装置的设计1.变电所的防雷保护（1）直击雷防护 在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。避雷针采用直径25mm的镀锌圆钢，避雷采用25mm *4mm的镀锌扁钢。（2）雷电侵入波的防护1）在10KV电源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器。其引下线采用25mm*4mm镀锌扁钢，下面与公共接地网焊接相联，上面与避雷器接地端螺栓相连。2）在10KV高压配电室内装设的GG-1A(F)-54 型高压开关柜，其中配有FS-04型避雷器，主变压器主要靠此避雷器来防护雷电侵入的危害。3）在380V低压架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地,用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。2.变电所的公共接地装置的设计(1) 接地电阻的要求 按表可知，本变电所的公共接地装置的节诶第电阻应该满足以下条件 RE_ 4且： RE_ 120IE(2) 接地装置的设计 采用直径50mm、长2.5的钢管，计算初选28根，沿变电所周围均匀布置，间隔5m，管子之间用40×4mm2的扁钢焊接相联。该变电所土质属于砂质粘土，查5得砂质粘土的电阻率=100/m，求得单根钢管接地电阻RE（1）100/2.5=40根据RE（1）/ RE=40/4=10，考虑到管子之间的电流屏蔽效应和变电所布局，初选28根接地体。以n=28和a/l=5m/2.5m=2去查工厂供电设计指导表9-27，可得E0.58。因此可得满足要求附1、参考文献书本：工厂供电设计指导供配电技术基础网络：泸州 - 气象数据 -中国天气网-第 23 页-