体育馆变电站设计毕业设计论文.doc

中国石油大学（华东）体育馆变电站设计学生姓名 所在院系 信息与控制工程学院 专业班级 电气工程及其自动化1206 前言本校体育馆变电所及配电系统设计是对体育馆，停车场以及校医院供电的设计。本变电站设计对供电方式、主要设备的选择、保护装置的配置及防雷接地系统进行了相应的叙述，其中还包括整个体育馆以及校医院的负荷计算、高压侧和低压侧的短路计算、设备选择及校验、主要设备继电保护设计、配电装置设计、防雷和接地设计等。本设计通过计算出的有功、无功和视在功率选择变压器的大小和相应主要设备的主要参数，再根据用户对电压的要求，计算补偿功率，从而得出所需补偿电容的大小与个数。根据国家供电部门的相关规定，画出总配变电所及配电系统的主接线图。电气主接线对电气设备的选择，配电所的布置，运行的安全性、可靠性和灵活性，对电力工程建设和运行的经济节约等，都有很大的影响。目录一、概述1、设计目的.42、设计内容.43、设计要求.4二、负荷数据估算.4三、负荷计算及无功补偿51、各变电所负荷计算及无功补偿52、总负荷计算及无功补偿8四、变压器选择9五、配电所主接线设计10六、短路电流计算11七、一次元件的电气设备选择141、一次设备选择的一般原则142、变电所高压一次设备的选择143、 变电所低压一次设备的选择16 4、高低压母线选择校验.16八、继电保护装置的设计17九、课程设计体会19参考文献20一、概述1、设计目的1） 巩固“电力工程”和发电厂/变电所电气部分的理论知识2） 学习和掌握发电厂/变电所电气部分设计的基本方法3） 培养学生独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能2、设计内容1） 负荷计算和无功功率补偿。2） 变电所主变压器台数、容量和类型的选择。3） 变电所主接线方案设计。4） 短路电流计算。5） 变电所一次设备的选择与校验。6） 变电所进出线的选择与校验。7） 变电所二次回路的方案的选择与继电保护的整定。10）防雷保护与接地装置的设计。3、设计要求根据参观变电所得到的实际情况，估算变电所的负荷，并适当考虑变电所所带负荷的扩展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的形式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线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。最后按照要求写出设计说明书，绘制出设计图纸。二、负荷数据估算中国石油大学（华东）青岛校区 第四变电站负荷计算表变压器：1#序号负荷名称设备容量 Pe(kW)需要系数Kx功率因数costan1照明（2）800.80.90.482校医院12000.60.90.483演出照明1000.650.90.484消防，监控50.50.80.755体育馆照明2000.70.90.486冷水机组（2）2140.750.80.757冷却塔200.820.850.628体育馆动力（予留）2000.70.80.759比赛照明1000.650.90.4810记分牌10.70.71.0211东车场灯30.80.71.0212应急照明20.650.90.4813空调机组1000.750.80.7514电梯200.40.80.75三、负荷计算及无功补偿1、各变电所负荷计算及无功补偿（1）负荷计算采用需要系数发进行负荷计算，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:各变压器计算结果如下表所示：变压器：1#序号负荷名称设备容量 Pe(kW)需要系数Kx功率因数costan计算负荷有功功率 Pj（kW）无功功率 Qj（kvar）视在功率 Sj（kVA）1照明（2）800.80.90.4857.6027.6563.892校医院12000.60.90.48108.0051.84119.803演出照明1000.650.90.4858.5028.0864.894消防，监控50.50.80.752.001.502.505体育馆照明2000.70.90.48126.0060.48139.766冷水机组（2）2140.750.80.75128.4096.30160.507冷却塔200.820.850.6213.948.6416.408体育馆动力（予留）2000.70.80.75112.0084.00140.009比赛照明1000.650.90.4858.5028.0864.8910记分牌10.70.71.020.490.500.7011东车场灯30.80.71.021.681.712.4012应急照明20.650.90.481.170.561.3013空调机组1000.750.80.7560.0045.0075.0014电梯200.40.80.756.404.808.00总计负荷1245734.68439.15855.92Kp=0.9 Kq=0.95661.21 417.19 781.82 变压器：2#序号负荷名称设备容量 Pe(kW)需要系数Kx功率因数costan计算负荷有功功率 Pj （kW）无功功率 Qj（kvar）视在功率 Sj（kVA）1照明400.80.90.4828.8013.8231.952比赛用电1000.60.850.6251.0031.6260.013景观照明20.70.90.481.260.601.404比赛照明1000.650.90.4858.5028.0864.895演出照明1000.650.90.4858.5028.0864.896体育场照明（予留）500.70.90.4831.5015.1234.947体育馆照明（予留）700.70.90.4844.1021.1748.928变电室150.70.80.758.406.3010.509记分牌10.70.71.020.490.500.7010东室外电源101.000.90.489.004.329.9811西车厂灯30.80.71.021.681.712.4012冷冻机房动力1000.700.80.7556.0042.0070.0013空调机组1000.750.80.7560.0045.0075.0014校医院22000.60.90.48108.0051.84119.8015冷水机组1000.750.80.7560.0045.0075.0016电锅炉房2000.80.810.72129.6093.31159.7017排烟风机0.50.70.80.750.280.210.3518弱电机房1000.810.720.9658.3255.9980.84总计负荷1291.5765.43484.68905.98Kp=0.9 Kq=0.95688.89 460.45 828.60 （2）无功补偿各变压器无功补偿如下表所示： 变压器T1低压母线无功补偿后计算负荷计算点变压器T1有功计算负荷（KW）无功计算负荷（Kvar）视在计算负荷（KVA）功率因数cos补偿前低压母线计算负荷661.21417.19781.820.85 无功补偿-148.45补偿后低压母线计算负荷661.21268.74713.74 0.93 变压器T2低压母线无功补偿后计算负荷计算点变压器T1有功计算负荷（KW）无功计算负荷（Kvar）视在计算负荷（KVA）功率因数cos补偿前低压母线计算负荷688.89460.45828.60.83 无功补偿-190.67补偿后低压母线计算负荷661.21269.78714.13 0.93 根据设计要求，功率因数一般在0.9以上，故取=0.9功率因数：=0.85<0.9 （需要补偿）需补偿容量计算：=(tan - tan)=661.21×tan(arccos0.85) - tan(arccos0.93) =148.45Kvar补偿后：=661.21KW=-=417.19-148.45=268.74Kvar=713.74KVA功率因数：cos=/=0.93 （满足要求）2、总负荷计算及无功补偿变压器的功率损耗计算公式如下： =n+(Kw) =n+(Kw)为变压器的计算负荷（KVA)，为变压器的额定容量（KVA)，为变压器空载有功损耗（KW),为变压器空载无功损耗（KW），为变压器的短路有功损耗，为变压器短路有功损耗，n为变压器台数 其中： 为变压器的空载电流百分数，为变压器短路电压百分数，其余为变压器的型号参数。变电站高压进线总计算负荷序号计算点有功计算负荷（KW）无功计算负荷（Kvar）视在计算负荷（KVA）功率因数cos1T1低压母线计算负荷661.21268.74713.740.932T1功率损耗7.1435.693T1高压母线计算负荷668.35304.43734.410.914T2低压母线计算负荷661.21269.78714.130.935T1功率损耗7.1435.716T2高压母线计算负荷668.35305.49734.860.918变电站高压进线总计算负荷（Kp=0.9 Kq=0.95）1203.03579.421335.290.90四、变压器选择选择的原则为：(1) 只装一台变压器的变电所变压器的容量ST应满足用电设备全部的计算负荷的需要，即，但一般应留有15的容量，以备将来增容需要，本设计中的NO3、NO4、NO5变电所采用此原则。(2) 装有两台变压器的变电所每台变压器的容量应满足以下两个条件: 任一台变压器工作时，宜满足总计算负荷的大约70的需要，即为O7 任一台变压器工作时，应满足全部一、二级负荷的需要，即(I+)表1-1 变压器台数选择序号负荷情况1负荷等级有重大比赛或演出时为一级或二级负荷，平时为三级负荷。2负荷平衡程度有演出或比赛时要比无演出比赛时的负荷要大，且相差较多，负荷不平衡程度较大。变压器台数2台表1-2变压器容量选择序号项目所选变压器容量STN/kVA备注1变电站总计算负荷Sc/kVA1335.291600kVA为了变电所以后的能够增加所带负荷，变压器所选容量稍大。2(0.60.7)Sc/kVA934.7033一二级负荷Sc(+)/kVA704.364变压器负荷率T10.46 T20.46 表1-3 所选变压器型号及参数变压器型号原边副边空载损耗短路损耗空载电流 （%）短路电压 （%）额定电压额定电流额定电压额定电流T1SCZB9-1600/1010kV92.38A0.4kV2309.4A2300W11000W16T2SCZB9-1600/1010kV92.38A0.4kV2309.4A2300W11000W16五、配电所主接线设计 变电所主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，对其主要有以下几个基本要求：（1）安全 主接线的设计应符合国家有关技术规范要求，能充分保证人身和设备安全；（2）可靠 应满足用电单位可靠性的要求；（3）灵活 能适应各种不同的运行方式，操作检修方便；（4）经济 设计简单，投资少，运行管理费用低，考虑节约电能和有色金属消耗量。 由本设计原始资料知：电力系统某110/10KV变电站用一条10KV的架空线路向本厂供电，一次进线长1km，年最大负荷利用小时数为5000h，且工厂属于三级负荷，所以只进行总配电在进行车间10/0.4KV变电，母线联络线采用单母线不分段接线方式。主接线方案图见附图六、短路电流计算 1.短路电流计算等效示意图 2.变压器T1，T2参数相同：STN=1600KVA，UK%=4取基准容量=100MVA，高压侧基准电压 ， 则基准电流： ，各元件电抗标幺值： 线路： 变压器： 系统：K1点总等值电抗标幺值及三相短路电流和短路电器：（1）最大运行方式： （2）最小运行方式： K2点总等值电抗标幺值及三相短路电流和短路容量：l QF断开（变压器单独运行）（1）最大运行方式： （2）最小运行方式： l QF合闸（变压器并联运行）（1）最大运行方式： （2）最小运行方式： 七、一次元件的电气设备选择1、一次设备选择的一般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。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。2、变电所高压一次设备的选择（1） 按工作电压选则 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。（2）按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即（3）按断流能力选择设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。（4）隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件或、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b)热稳定校验条件 因此，对于上面的分析，10KV侧一次设备选择如下表所示：3、 变电所低压一次设备的选择同样根据上面的原则，做出380V低压侧一次设备的选择校验，变电所1为例说明如下表所示，所选数据均满足要求4、高低压母线选择校验八、继电保护装置的设计 变压器的继电保护装置变压器T1 SCZB9-1600/10型变压器为例，变压器T2与变压器T1相同。（1）SCZB9-1600/10型变压器为干式变压器，无需装设瓦斯保护。（2）装设定时限过电流保护采用DL-15型电磁式过电流继电器，三相完全星形接线方式。过电流保护动作电流的整定 可靠系数，接线系数，继电器返回系数5，电流互感器的电流比=150/5=30 ，动作电流为：因此过电流保护动作电流整定为8.69A。过电流保护动作时间的整定:,式中为变压器低压母线发生三相短路时高压侧继电保护动作时间；为变压器低压侧保护在低压母线上发生三相短路时最长的一个动作时间，为前后两级保护装置的时间级差。由于该变电所为电力系统的终端变电所，因此对过电流保护的动作时间可整定为最小0.5s，故过电流保护动作时间整定为0.5s。过电流保护灵敏系数的校验 式中=0.86635.55kA/(10kV/0.4kV)=1.23kA；，因此其灵敏度系数为： 1.5满足灵敏度系数的要求。（3）装设电流速断保护，利用DL15的速断装置。电流速断保护动作电流（速断电流）的整定 利用式 式中，得继电器的动作电流整定值为速断电流倍数整定为，（在28之间）。电流速断保护灵敏系数的检验利用式 式中,，因此其保护灵敏度系数为：2，装设的电流速断保护的灵敏度系数不满足要求，但有变压器的过电流保护做主保护。(4)过负荷保护过负荷保护动作电流的整定利用式 (1.21.3)式中为变压器的额定一次电流，即=92.38A，为电流互感器的变流比，即=150/5=30，因此继电器动作电流整定值为：1.25。过负荷保护动作时间的整定：1015s九、课程设计体会关于本校体育馆变电所的设计是我们本次课程设计的题目，在参观变电站的过程中我们是有着许多好奇与疑惑的，不过在于同学们的互相协作的过程中，我们完成了一个又一个问题的解答，完善了互相对变电站设计的认识。这次我们关于本校体育馆变电所的课程设计使我们进一步提高了对变电所设计这门课程的深度理解,进一步提高了我们进行系统设计及总设计的能力,在此我向我们的课程老师及辅导老师表示深深的感谢.这次课程设计是我和我们班一共四名个同学一起完成的,我们参阅了大量的资料,有了不同的分工,我们每个人都很努力，这样的合作提高了我们的团队合作能力,同时也提高了我们的动手操作能力,也进一步融洽了我们之间的关系,我在此也向所有参与完成此次课程设计的同学表示深深的感谢和佩服.实践决定认识.只有不断的进行实践,我们才能真正学到一些真本领,真东西,在下学期的设计中,希望能和大家更加配合,更加努力!参考文献1. 熊信银. 发电厂电气部分(第三版). 北京：中国电力出版社，20042. 熊信银，张步涵. 电气工程基础. 武汉：华中科技大学出版社，20053. 曹绳敏. 电力系统课程设计及毕业设计参考资料. 北京：水利电力出版社，19954. 陈跃之. 电气工程专业毕业设计指南·电力系统分册. 北京：中国水利水电出版社，20035. 西北电力设计院，东北电力设计院. 电力工程设计手册(第一册). 上海人民出版社，19726. 其他相关资料附图：某塑料制品厂全长总配变电所电气主接线图（2图纸）21