中南大学电气工程基础课程设计.docx

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1、 电气工程底子课程设计 某冶金机器修造厂供电系统设计 姓名： 班级： 学号： 目 录 一概述 . 3 1. 设计目的 . 3 2. 设计内容 . 3 3. 设计要求 . 3 二、设计底子资料 .4 1. 生产任务及车间组成. 4 2. 设计依据 .4 3. 供用电协议 . 5 4. 本厂负荷性质.6 5. 自然条件. 6 三、主变压器及主接线设计.71. 各电压品级的合计负载及类型 .7 2. 改进功率因数装置设计 .10 3. 工场总降压变电所的位置 .10 4. 主变压器的选择 .11 5. 接地方法.12 6. 型式简直定.12 7. 主接线设计.12 四、短路电流盘算 .13 1. 绘

2、制盘算电路 .13 2. 确定短路盘算基准值 .14 3. 用于设备选择的短路电流盘算 . 15五、电气设备选择 . 171. 电气设备选择的一般条件 . 17 2. 断路器和断绝开关选择 . 18 3. 导线的选择 . 20 4. 限流电抗器的选择 . 22 5. 电压互感器的选择 . 22 6. 电流互感器的选择 . 22 7. 高压熔断器的选择 . 23 8. 消弧线圈的选择 . 23 六、课程设计体会及发起 . 23 参考文献 . 24附录 . 24 短路电流盘算书 . 24 附图：某冶金机器修造厂供电系统电气主接线图（#2 图纸） . 28 某冶金机器修造厂供电系统设计说明书 一、概

3、述 1. 设计目的 1) 温习和牢固电气工程底子课程所学知识 2) 培养阐发问题息争决问题的能力 3) 学习和掌握变电所电气部分设计的根本原理和设计要领 2. 设计内容 1) 主变压器选择：凭据负荷的巨细、类型，选择主变压器的容量、台数、型式、电压品级、调压方法等。2) 电气主接线设计：可靠性、经济性和灵活性3) 短路电流盘算：差异运行方法（大、小、主）、短路点与短路类型4) 主要电气设备的选择：断路器、断绝开关、母线及支撑绝缘子、限流电抗器、电流互感器、电压互感器、高压熔断器、消弧线圈5) 编写“变电所电气部分设计”说明书，绘制电气主接线图（2图纸）6) 到场课程设计答辩：课设的收获、体会，

4、答复质疑3. 设计要求 1) 负荷盘算；2) 工场总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择；3) 工场总降压变电所主结线设计；4) 厂区高压配电系统设计；5) 工场供、配电系统短路电流盘算；6) 改进功率因数装置设计；7) 变电所高、低压侧设备选择；8) 继电掩护装置及二次结线的设计；9) 变电所防雷装置设计（选做）。二、设计底子资料 1. 生产任务及车间组成1) 本厂产物及生产范围 本厂主要负担全国冶金产业系统矿山、冶炼和轧钢设备的配件生产，即以生产铸造、铸造、铆焊、毛坯件为主体，生产范围为：铸钢件1万吨、铸铁件3千吨、锻件1千吨、铆焊件2千5百吨。2) 本厂车间组成（1） 铸钢车间；（

5、2）铸铁车间；（3）铸造车间；（4）铆焊车间；（5）木型车间及木型库；（6）机修车间；（7）砂库；（8）制材场；（9）空压站；（10）锅炉房；（11）综合楼；（12）水塔；（13）水泵房；（14）污水提升站等，各车间位置见全厂总车间部署图，如图1所示。 （1）（2）（8）（5）（13）（4）（6）（9）（3）（7）（10）（12）（14）N图1 全厂总平面图（11）2. 设计依据1) 设计总平面部署图如图1所示2) 全厂各车间负荷盘算表如下（表1、表2）表1 各车间380V负荷序号车间或用电单元名称设备容量（kW）盘算负荷变压器台数及容量备注（kW）（kVar）（kVA）（1）No.1变电所1

6、铸钢车间28000.40.651.1720.9（2）No.2变电所1铸铁车间9000.40.71.0220.92砂库1000.70.61.33（3）No.3变电所1铆焊车间13000.30.451.9810.921水泵房330.750.80.75（4）No.4变电所1空压站3700.850.750.8812机修车间1400.250.651.173铸造车间2200.30.551.524木型车间1800.350.61.335制材场250.280.61.336综合楼250.911（5）No.5变电所1锅炉房3200.750.80.75122水泵房300.750.80.753堆栈（1、2）88.120

7、.30.651.174污水提升站200.650.80.75表2 各车间6kV负荷序号车间或用电单元名称设备容量（kW）盘算负荷说明（kW）（kVar）（kVA）1电弧炉212500.90.870.572工频炉22500.80.90.483空压机23200.850.850.623. 供用电协议 工场与电业部分所签订的供用电协议主要内容如下：（1）工场电源从电业部分某220/35kV变压所，用35kV双回排挤线引入本厂，其中一个作为事情电源，一个作为备用电源，两个电源不并列运行，该厂变所距厂东侧9公里。（2）供电系统短路技能数据表3 区域变电所35kV母线短路数据系统运行方法短路容量说明最大运行方

8、法最小运行方法 供电系统如下图（图2）所示：区域降压变电所 220/35kV本厂总降压变电所 （待设计）d(3)d(3)l=9km =0.4/km（同上）图2 供电系统图（3）电业部分对本厂提出的技能要求 区域变电所35kV配出线路定时限过流掩护装置的整定时间为2秒，工场“总降”不应大于1.5秒； 在总降压变电所35kV侧进行计量； 本厂的功率因数值应在0.9以上。4. 本厂负荷性质本厂为三班事情制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷。5. 自然条件1) 气象条件（1）最热月平均最高气温为30；（2）土壤中0.71米深处一年中最热月平均温度为20；（3）年雷暴日为31天；（4

9、）土壤冻结深度为1.1米；（5）夏季主导风向为南风。2) 地质及水文条件 凭据工程地质勘探资料获悉，厂区地点原为耕地，阵势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.85.3米，地耐压力为20吨/平方米。三、主变压器及主接线设计 1. 各电压品级的合计负载及类型 (1) 电压品级 待建变电所的电压品级为 220kV/35kV/6kV/380V。 (2) 合计负载及类型 表1 各车间380V负荷序号车间或用电单元名称设备容量（kW）盘算负荷变压器台数及容量备注（kW）（kVar）（kVA）（1）No.1变电所1铸钢车间28000.40.651.1711201310.41723.120.

10、9（2）No.2变电所1铸铁车间9000.40.71.02360514.3367.220.92砂库1000.70.61.3370116.793.1（3）No.3变电所1铆焊车间13000.30.451.98390772.2866.710.921水泵房330.750.80.7524.818.631（4）No.4变电所1空压站3700.850.750.88314.5276.8419.310.92机修车间1400.250.651.17354153.83铸造车间2200.30.551.5266100.31204木型车间1800.350.61.336383.81055制材场250.280.61.3379

11、.311.76综合楼250.91122.522.522.5（5）No.5变电所1锅炉房3200.750.80.7524018030010.922水泵房300.750.80.7522.516.928.13堆栈（1、2）88.120.30.651.1726.430.940.64污水提升站200.650.80.751317.316.3表2 各车间6kV负荷序号车间或用电单元名称设备容量（kW）盘算负荷说明（kW）（kVar）（kVA）1电弧炉212500.90.870.5722501282.52586.22工频炉22500.80.90.48400192444.43空压机23200.850.850.6

12、2544337.3640本设计接纳需要系数法确定。主要盘算公式有：有功功率： ，为需要系数无功功率： 视在功率： 总的有功盘算负荷为： ，K为同时系数 总的无功盘算负荷为： 总的示载负荷为： No.1变电所盘算示例： 380V低压侧盘算负荷为 6K/380V变压器功率损耗为 6kV高压侧盘算负荷为 同理，算出其他变电所6kV高压侧的负荷，与各车间6kV负荷列表如下：序号车间或用电单元名称盘算负荷（kW）（kVar）（kVA）1No.1变电所1031.31272.51637.92No.2变电所397.3609.1727.23No.3变电所385.4760852.14No.4变电所467.1520

13、.1699.15No.5变电所277.2267.1384.96电弧炉22501282.52586.27工频炉400192444.48空压机544337.3640所以35kV/6kV变压器低压侧负荷为 变压器损耗为 35kV/6kV变压器高压侧负荷为 2.改进功率因数装置设计工场中由于有大量的电动机、电焊机及气体放电灯等感性负荷，从而使功率因数低落。如在充实发挥设备潜力、改进设备运行性能、提供其自然功率因数的情况下，尚达不到划定的工场功率因数要求时，则需考虑人工赔偿。要求工场最大负荷时的功率因数不得低于0.9，而由上面的盘算可知=0.7390.9，因此需要进行无功赔偿，低压侧赔偿后的功率因数应略

14、高于0.9，这里取。要使低压侧功率因数由0.739提高到0.92，低压侧需装设的并联电容容量为： 取2400kvar综合考虑，接纳柜式并联电容器赔偿装置，可选用TBB6-3000/100AK型号。其额定容量为3000kVar，单台容量为100kVar，额定电压为6kV，额定电流为262A。无功赔偿后 3.工场总降压变电所的位置1) 用户变所所选址的选择应考虑以下原则： 尽量靠近负荷中心，减小配电所系统的电能损耗和电压损耗 进出线方便特别是接纳排挤进出线，要考虑这一点 靠近电源侧，对总变配电所特别要考虑这一点 不应设在爆炸危险和有火警危险的情况的正下方2） 工场的负荷中心按负荷功率矩法来确定，以

15、左上点为原点，作一直角坐标的X轴和Y轴,然后测出各车间负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 等，、平分别代表车间1、2等的功率，可得负荷中心的坐标： 按比例在工场平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示。表3.1各车间负荷点的坐标位置车间号1234567有功负荷（kw）377036066390633570X()3.779.93.211.15.94.2Y()5.35.30.80.72.80.47.3车间号891011121314有功负荷（kw）7858.524022.524.822.513X()10.86.41.013.10.80.87Y()5.31.68

16、.51.070.48.2 将电弧炉和工频炉归为铸钢车间，空压机归为空压站。由盘算结果可知，x=4.3，y=4.5,工场的负荷中心在1号厂房中心的东北偏向四周（参考以下图1）。考虑的方便进出线及周围负荷情况，决定在1号厂房的东北侧修建工场总降压变电所。变电所（1）（2）（8）（5）（13）（4）（6）（9）（3）（7）（10）（12）（14）N图1 全厂总平面图（11）4.主变压器的选择 (1) 台数的选择 选用两台主变压器，并列运行且容量相等。(2) 容量的选择 对付有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，能包管全部负荷的 60%70%.

17、 ,当一台停运时，另一台则负担 3.4MVA4.0MVA。故选两台4MVA的主变压器就可满足负荷需求。 (3) 校验变压器的负荷 变压器的负荷率 由负荷校验可知，变压器选择公道。(4) 校验事故情况下的过载能力 一台主变压器停运 考虑到变压器有一定的过负荷能力，自然油循环的变压器过负荷不应凌驾50%，强迫油循环的变压器过负荷不应凌驾 30%，接纳自然油循环，故该设计的过载能力满足要求。 5.接地方法 我国 110kV 及以上电压变压器绕组都接纳 Y 连接；35kV 接纳 Y 连接，其中 性点多通过消弧线圈接地。35kV 以下电压变压器绕组都接纳连接。 6.型式简直定 淘汰电压颠簸所以选择有载调

18、压方法，主变压器选用有载双绕组变压器。 故选择主变压器参数型式为S11-4000kVA/35/6kV 型油浸式三相双绕组电力变压器。 详细参数如下： 7.主接线的设计 凭据国度尺度GB50059-92 35110kV 变电所设计范例变电所的主接线， 应凭据变电所在电力网中的职位、出线回路数、设备特点及负载性质等条件确 定。并应满足供电可靠、运行灵活、操纵查验方便、节约投资和便于扩建等要 求。凭据以上要求对主接线进行选择。 (1) 35kV 侧 结合国度尺度，将以下两种可靠性较高的方案列为备选方案： 方案一：单母线分段带旁母接线 方案二：双母线接线 表 35kV 侧主接线方案比力 比力项目方案一

19、 方案二 技能方面1. 简朴清晰、操纵方便 2. 可靠性较差，未接旁母回路查验仍需停电 3. 母线分段淘汰了妨碍或查验时的停电范畴 1. 可靠性高、调理灵活 2. 易于扩建为大中型变电所 3. 线路庞大，容易误操纵 经济方面1. 用母线分段断路器兼作旁路短路器节省投资 2. 设备少、占地小设备多、配电装置庞大 综合以上阐发，虽然双母线接线的方案具有供电更可靠，调理更灵活，又 便于扩建的优点，但经常还需接纳在断路器和相应的断绝开关之间加装电磁闭 锁、机器闭锁或电脑闭锁等防备误操纵的宁静步伐，大大增加了投资，只在我 国大中型发电厂和变电站中遍及使用。对付机器修造厂供电系统，在满足重要 负荷供电需求

20、的同时应考虑投资的经济性。综上，35kV 侧选用单母线分段带旁母接线。 (2) 6kV 侧 凭据国度尺度，当变电所有两台主变压器时，610kV 侧宜接纳分段单母线。 线路为 12 回及以上时，亦可接纳双母线。当不允许听见查验断路器时，可设置 旁路设施。当 635kV 配电装置接纳手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。 以下两种方案作为备选方案： 方案一：单母线分段接线 方案二：单母线分段带旁母接线 表 6kV侧主接线方案比力 比力项目方案一 方案二 技能方面1. 简朴清晰、设备较少 2. 可靠性、灵活性较差 3. 母线分段淘汰了妨碍或查验时的停电范畴 1. 可靠性更 2. 查验断路器不消停电

21、3. 容易误操纵 经济方面设备少、投资小占地大、投资多 由以上阐发可知，接纳手车式高压开关柜时，可不设置旁路设施，对供电 可靠性的影响不大。折中考虑可靠性和经济性，6kV侧接纳单母线分段接线。 四、 短路电流盘算 工场供电系统的设计和行不但要考虑正常运行状态，还要考虑可能产生妨碍及非正常事情状态。其中短路妨碍危害最大，短路的电流引起的电气设备热效应和力效应使设备损坏，电压降落严重影响非妨碍元件的正常运行。但是只要正确选择电气设备，满足短路电流的动稳定、热稳定要求，接纳限制短路电流的步伐就可以完全消除或减轻短路电流的危害。 进行短路电流盘算时要考虑供电系统的最大运行方法和最小运行方法。在最大运行

22、式下，通过妨碍元件的短路电流值最大，作为选择和校验电气设备的依据及继电掩护整定盘算的依据；在最小运行方法下，通过掩护安装处的短路电流最小，可作为继电掩护校验灵敏度的依据。 1、绘制盘算电路，如下图所示 2、确定短路盘算基准值1）设=100MVA，即高压侧=37kV，中压侧=6.3kV，低压侧，则 2）排挤线路 查资料得，而线路全长为9km，故 3）电力变压器 查S11-4000kVA/35/6kV 型油浸式三相双绕组电力变压器的参数得，故 对付6KV出线线路的电阻，由于距离太短可以忽略不计。4） 变压器 查S9-1000kVA/6/0.4kV 型配电变压器的参数得，故 ； 3、用于设备选择的短

23、路电流盘算其时， 1）盘算K1点的短路电流总阻抗及三相短路电流的短路容量 总阻抗标幺值： 三相短路电流周期分量有效值： 其他短路电流： 打击电流为 三相短路容量： 2) 盘算K2点的短路电流总阻抗及三相短路电流的短路容量 总阻抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值： 其他短路电流： 三相短路容量：3）盘算K3（K-4相同）点的短路电流总阻抗及三相短路电流的短路容量 总阻抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值： 其他短路电流： 三相短路容量：4）盘算K5（K-6、K-7相同）点的短路电流总阻抗及三相短路电流的短路容量 总阻抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 其他短路电流： 三相短路容量：其时， 盘

24、算与最大运行方法类似，盘算结果列表如下：最大运行方法下 时短路盘算结果短路盘算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-12.052.052.055.233.10132k-26.076.076.0715.489.1766.2k-3/438.3938.3938.3997.8957.9726.6k-5/6/724.0224.0224.0261.2536.2716.69最小运行方法下时短路盘算结果短路盘算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-11.881.881.884.792.84120.5k-25.805.805.8014.798.7663.3k-3/437.6937.6937.6996

25、.1156.9126.1k-5/6/723.7423.7423.7460.5435.856.45五、电气设备及其选择1.电气设备选择的一般条件 电气设备应能满足正常、短路、过电压和特定条件下宁静可靠的而要求，并力求技能先进和经济公道。通常电气设备选择分三步，第一按正常事情条件 选择，第二按短路情况查验其热稳定性和电动力作用下的动稳定性，第三按实 际条件修正。同时分身今后的生长，选用性能代价比高，运行经验富厚、技能成熟的设备，尽量淘汰选用设备类型，以淘汰备品备件，也有利于运行、查验等事情。 电气设备选择的一般原则为： 1) 应满足正常运行查验短路和过电压情况下的要求并考虑远景生长2) 应满足安装

26、所在和本地情况条件校核3) 应力求技能先进和经济公道4) 同类设备应尽量淘汰品种 5) 与整个工程的建立尺度协调一致 6) 选用的新产物均应具有可靠的试验数据并经正式签订及格的特殊情况下 选用未经正式判定的新产物应经上级批准 技能条件： 选择的高压电器，应能在恒久事情条件下和产生过电压、过电流的情况下 保持正常运行。2.断路器和断绝开关的选择 高压断路器在高压回路中起着控制和掩护的作用，是高压电路中最重要的电器设备。待建变电站在选择断路器的历程中，尽可能接纳同一型号断路器，以淘汰备用件的种类，方便设备的运行和查验。真空断路器具有噪音小、无污染、可频繁操纵、使用寿命和查验周期长、开距短，灭弧室小

27、巧精确、行动快、适于开断容性负荷电流等特点，因而被大量使用于 35KV 及以下的电压品级中。考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无由化目标，35KV 侧和 6KV 侧接纳真空断路器。 断绝开关是高压开关设备的一种，它主要是用来断绝电源，进行倒闸操纵的，还可以拉、合小电流电路。选择断绝开关时应满足以下根本要求： 1. 断绝开关离开后应具有明显的断开点，易于辨别设备是否与电网离隔。 2. 断绝开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机器强度和绝缘强度。 3. 断绝开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能低落操纵时的过电压。 (1)35kv侧断路器： 型号的选择 S

28、W2-35/1000额定电压额定电流开断容量额定开断电流35KV1KA1500MVA24.8KA短路关合电流热稳定电流固有分闸时间合闸时间39.2KA24.8KA(4s)0.06s0.04s额定电压 35kv35kv选择断路器的额定电压 35kV 即是系统母线电压 35kV。 按额定电流选择 1000A 额定开断电流 24.8KA2.05KA 短路关合电流 断路器合闸于有潜伏性妨碍的线路时，经历一个先合后分的操纵循环，此时断路器应能可靠地开断。在电压额定时，能可靠关合、开断的最大短路电流称为额定关合电流，它是表征断路器灭弧能力、触头和操动机构性能的重要参数之一，用以下公式校验： 选择的断路器的

29、短路关合电流 26.2kA 远远大于短路电流的打击值 5.23kA，故满足关合定 所选的断路器的全开断时间（断路器固有分闸时间+电弧连续燃烧时间）不大于 0.06s，所以满足35kv电网合、分闸时间要求。 热稳定校验 电气设备一般由厂家提供了热稳定电流和热稳定时间 t，热稳定的校验式简化为： 其中是热效应的等效时间，热稳定盘算的等效时间即是四个时间之和，即继电掩护行动时间+断路器固有分闸时间+断路器灭弧时间+非周期分量热效应的等效时间。因短路电流连续时间 1s，导体的发热主要由周期分量决定，所以可不计非周期分量的影响。所选的断路器的全开断时间（断路器固有分闸时间+电弧连续燃烧时间）不大于 0.

30、06s，待建变电所后备掩护行动时间取2s，所以热效应的等效时间2.06s。35kV 线路侧热效应的等效时间为3s。代入公式满足热稳定要求。 额定容量 所选的断路器额定开断容量 满足要求。 操动机构的选择 断路器的操动机构分为电磁式、弹簧式、液压式。液压弹簧式几种，种种类型的操动机构都有一定的优缺点。断路器进行合闸、分闸、重合闸操纵，并保持在合、分闸状态，这些功效 都是由操动机构完成的。所以，操动机构是决定断路器性能的要害部件之一，其优劣直接影响到断路器的技能性能。型号简朴说明：S手动式.(2)35kv侧断绝开关： 断绝开关的选择与断路器的选择历程差不多，唯一的差异就是断绝开关没有开断电流的要求

31、，不必校验开断电流，其他选择项目与断路器相同。接纳型号GW2-35/600。额定电压额定电流热稳定电流动稳定电流操动机构35KV600A14KA(5s)50KACS8-3（3）6kv侧高压开关柜：开关柜为三相设备，包罗母线、断路器、熔断器、避雷器、电流互感器和电压互感器及其完整的配线和其它须要的附件。高压开关柜是以断路器、开关等主要元件组成的成套配电装置，它用于配电系统，作担当与分派电能之用。这类装置的各组成 元件，按主接线的要求以一定的顺序部署在一个或几个金属柜内，具有占地少，安装、使用方便，适用于大量生产等特点，应用遍及。倒闸操纵比力频繁时，一般接纳牢固式开关柜。接纳型号KYN28-12。

32、开关柜主要技能参数序号名称单元数据1额定电压KV62最高事情电压KV7.23额定电流A12504额定频率Hz505额定短时耐受电流KA256额定峰值耐受电流KA807额定短时连续时间S48防护品级IP4X3. 导线的选择 (1) 选择原则： 发热条件：导线在通过正常最大负荷电流时产生的发热温度，不应凌驾其正常运行时的最高允许温度。 载流量条件：按周围情况温度校正后的允许载流量不小于最大事情电流。低压配电线路由于线路短，电压损耗也较小，导线截面主要按允许的载流量条件选取。 电压损失条件:导线在通过正常最大负荷电流时，产生的电压损失不应凌驾正常运行时的允许的电压损失。一般 10kV 及以下电压品级

33、的送电线路往往按允许电压损耗选择导线截面，再按允许载流量、机器强度条件校验。 经济电流密度条件：对 35kV 及以上高压线路或 35kV 以下但距离长，电流大的线路者用此条件选择机器强度条件：导线截面应不小于其最小允许截面。 查验热稳定时，按公式:校验动稳定时，按公式，其中为母线质料允许应力，为母线质料所受最大应力。 尽量选同型号设备以便于维修。 (2) 35kV侧母线选择：1) 母线的质料、截面形状、部署方法 考虑到35kV侧电流不大，为节省开支，接纳矩形铝母线平放。2) 截面选择按经济电流密度选择：已知回路最大负荷利用小时数，查表得盘算得，选择型3) 热稳定校验由于截面积小，不考虑趋肤效应，因此校验公式为当导体短路前温度取正常运行时的最高允许温度70，铝导体短路时发热最高允许温度为200时，铝导体C值为87，取区域变电所35kV配出线路定时限过流掩护装置的整定时间2秒为短路时间，盘算得切合要求4) 动稳定校验 凭据GB50060 - 2008差异相带电部分之间的宁静净距6kV为100mm、35kV为300mm，故相间中心线距为