电气工程及其自动化课程设计.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date电气工程及其自动化课程设计电气与信息工程学院本科课程设计说明书某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计学院（部）：电气与信息工程学院专业班级： 电气08-5学生姓名： XXX，XXX，XXX指导教师：XX老师 2011年 6月 29日-某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计摘要本厂是35kV变电站的设计，本设计首先根据厂方给定的全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算

2、表进行电力负荷计算，然后根据对计算负荷的分析选定主变压器和各车间变电所的变压器型号，变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。在经济角度上要考虑周全，尽量以最少的投资获得最佳的方案。选好变压器和主接线后进行短路电流计算，对变电站系统中的各个电压等级下的母线发生三相短路时，所流过的短路电流进行了分别计算。在设计过程中根据电力部门对工厂功率因数的要求计算出需要补偿的无功功率并以此选择相应的补偿电容器。然后对线路设定短路点进行短路电流的计算作为各设备的选型依据。对电气设备进行选择，电气设备的选择条件包括两大部分：一是电气设备

3、所需要满足的基本条件，即按正常工作条件选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。考虑到对变压器的保护在设计中对主变压器设置了以下继电保护：瓦斯保护、过电流保护和电流速断保护。通过本次课程设计，旨在熟悉变电所中供电系统的负荷计算，掌握变电所中二次回路的基本原理，在次基础上对供电系统中的变电所二次接线进行了设计和保护，最后根据具体环境条件对电气设备进行校验，使本次设计的内容更加完善。关键词：电力负荷计算，变压器选择，短路电流计算，继电保护目录1.设计依据与负荷计算11.1 设计依据11.2电力负荷计算12.变压器选型及架空线选择32.1 无功补偿电容器选择

4、3 2.2 主变压器的选择32.3 各变电所变压器选择4 2.4 架空线的选择53.短路电流的计算63.1 三相短路电流计算目的63.2 短路电流计算公式63.3 各母线短路电流列表74高低压电器设备的选择84.1 35KV高压设备选择及校验8 4.2 10KV中压设备的选择及校验84.3 0.38KV低压设备选择及校验95继电保护配置95.1主变压器保护9 5.1.1 瓦斯保护9 5.1.2 电流速断保护9 5.1.3 过电流保护10 5.1.4 过负荷保护11 5.2 35KV进线线路保护115.3 10KV线路保护126变电所内，外布置136.1概述146.2变电所内布置146.3变电所

5、外布置147. 防雷和接地装置的确定147.1 防雷装置的确定147.2 直击雷的防治147.3 雷电侵入波保护14 7.4 接地装置确定148.主接线图16心得体会17参考文献18致谢191设计依据与负荷计算1.1设计依据(1)本厂设有薄膜、单丝、管材、注射等四个车间，设备选型全部采用我国新定型设备其外还有辅助车间及其它设施。(2)全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（380伏侧）。(3)本场与电业部门的供电协议：1)该厂由处于厂南侧一公里的110/35千伏变电所用35千伏架空线路向其供电，该所在城南侧4km。2)电业部门变电所配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为2s，工厂配电所应不

6、大于1.3s。3)在总配变点点所35kv侧计量。4)工厂的功率因数值要求在0.9以上。5)供电系统技术数据：电业部门变电所35kv母线为无限大电源系统，其短路容量200兆伏安(4)生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制，全年最大负荷利用时间为5000小时，属于三级负荷。(5)本厂自然条件：1)本地区最热月平均最高温度为35摄氏度。2)土壤中0.71深处一年最热月平均温度为20摄氏度。 3)年雷暴日为30天。4)土壤冻结深度为1.10米。5)主导风向夏季为南风。(6)地质水文条件：1)本厂地表面比较平坦，土壤主要成分为积土及砂质粘土，层厚为1.67米不等。2)地下水位一般为0.7米，3)地耐压

7、力为20吨/平方米。1.2电力负荷计算根据公式： 分别计算出各车间的有功和无功功率及视在功率的计算值填入表1-1表1-1 全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（380伏侧）序号车间或用电设备组名称设备容量(千瓦)需要系数功率因数Cos功率因数脚正切tan计算负荷有功(千瓦)无功(千乏)视在(千伏安)（1）变电所1薄膜车间14000.60.61.338401117214002原料库300.250.51.737.512.975153生活间100.8108084成品库（一）250.30.51.737.512.975155成品库（二）240.30.51.737.212.45614.46包装材料库2

8、00.30.51.73610.38127小计15090.580.601.33876.21165.9861458.5（2）变电所1单丝车间13850.60.61.308311080.313852水泵及设备200.650.80.75139.7516.253小计14050.60.611.298441090.051378.6（3）变电所1注塑车间1890.40.61.3375.6100.5481262管材车间8800.350.61.33308409.64513.3333小计10690.360.61.33383.6510.188638.31（4）变电所1备料复制车间1380.60.51.7382.814

9、3.244165.62生活间100.8108O83浴室30.8102.402.44锻工车间300.30.651.17910.5313.8465原料生活间150.81120126仓库150.30.51.174.55.62597机修模具车间1000.250.651.732543.2538.4628热处理车间1500.60.71.029091.8128.5719铆焊车间1800.30.51.735493.4210810小计6410.450.591.35287.7387.509482.63（5）变电1锅炉房2000.70.750.88140123.2186.6672实验室1250.250.51.733

10、1.2554.062562.53辅助材料库1100.20.51.732238.06444油泵房150.650.80.759.757.312512.18755加油站100.650.80.756.54.8758.1256办公室招待所食堂150.60.61.33911.97157小计4750.460.671.1218.5239.48324.188全厂合计509926103393.2134280.8879乘以参差系数全厂合计（=0.9， =0.95）0.587423493223.5523988.622变电所高压电器设备选型2.1补偿电容器选择依据设计依据（4），要求本厂功率因数在0.9以上，而本厂的无

11、功功率明显大于有功功率：cos=2349/3998.62=0.5874 远远小于要求的功率因数，所以需要进行无功补偿，为了计算方便，这里选择功率因数为0.933.Qc=2349tan(arccos0.587)-2349tan(arccos0.933)=2330.06Kvar有计算数据可以得到要补偿的功率，总共补偿2400kvar，故选用24个BWF6.3-100-1并联电容器进行补偿。2.2主变压器的选择由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。(1)当选用的变压器为明备用时

12、，两台变压器容量均为SN.T=2349/0.933=2517.7KVA。须选两台S9-3150/35型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。(2)若为暗备用时每台容量按SN.T0.72517.7kVA=1764.8kVA，须选两台S9-2000/35型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。考虑到变压器的利用率以及变压器损耗我们决定使用暗备用的方式。因此无功补偿后工厂380V侧和35KV侧的负荷计算如表2.1所示。查表得：空载损耗 P0=3.4Kw；负载损耗Pk=19.80kw；空载电流I0%=1.1；阻抗电压Uk%=7.5；重量4.175t规矩820mm主变压器功率损耗：S=1/2SN

13、T=0.5*2517.7=1258.85KvaPt=n*P0+1/nPk（S/SN）2=3.4+19.80*0.3963=11.25KvaQt=n*I0%/100*SN+1/n*Uk%/100*SN*（S/SN）2=1.1/100*2000+7.5/100*2000*0.3963=81.445Kva或者利用经验公式：Pt=0.015S=0.015*1258.85=18.8828KvaQt=0.06S=0.06*1258.85=75.531KVa 表2-1 无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷/kW/kvar/kVA380V侧补偿前负荷0.587423493223.5523988.6238

14、0V侧无功补偿容量-2400380V侧补偿后负荷0.942349823.5522350.45主变压器功率损耗3715035KV侧负荷总计0.9332386973.5522576.972.3各变电所变压器选择(1)安装两台变压器互相暗备用，其容量按SN.T0.7=0.71458.5 kVA =1020.95 kVA因此选两台S9-1250/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。(2)安装两台变压器互相暗备用，其容量按SN.T0.7=0.71378.6 kVA =965.02kVA因此选两台S9-1000/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。(3)安装一台变压器，其容量按SN

15、.T=638.31 kVA因此选一台S9-800/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。(4)安装一台变压器，其容量按SN.T=482.63 kVA因此选一台S9-500/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。(5)安装两台变压器互相暗备用，其容量按SN.T0.7=0.7324.18 kVA =226.93kVA因此选两台S9-250/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。表2-2 各变压器型号及其参数型号额定电压/kV连接组别损耗/W空载电流（%）阻抗电压（%）高压低压空载负载主变压器两台暗备用S9-2000/353510Yyn02600190000.756.5

16、两台暗备用S9-1250/10100.38Yyn01950120000.64.5两台暗备用S9-1000/10100.38Yyn01700103000.74.5选一台S9-800/10100.38Yyn0140075000.84.5选一台S9-500/10100.38Yyn096051001.04两台暗备用S9-250/10100.38Yyn056030501.242.4 架空线的选择1.由于本厂由电业部门某一110/35千伏变电所供电且两台主变压器互相暗备用所以架空线选择两条互相明备用。2.架空线截面积的选择1).按经济电流密度选择导线截面积线路在工作时的最大工作电流：Ig=/（*）=258

17、1.83/（*35）=42.6A该生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制，全年最大负荷利用时数为5000小时，属于三级负荷。其钢芯铝线的电流密度J=0.9所以导线的经济截面面积：Sj=Ig/J=42.6/0.9=47.33mm2考虑到线路投入使用的长期发展远景，选用截面积为50 mm2的导线，所以35KV架空线为LGJ-50的导线。2).按长时允许电流校验导线截面积。查表得LGJ-50型裸导线的长时允许电流Iy=220A()当环境温度为35度时，导线最高工作温度为70度。其长时允许电流为：=194.02A当一台变压器满载，一条输电线检修时导线负荷最大，这时的负荷电流为：Ie=Se/（*Un）

18、=33A。由于Ie,所以符合要求。3).按电压损失校验查表得LGJ-50导线的单位长度电阻和电流为：R0=0.65 X0=0.42 线路总的电压损失为：U=( P*R+ Q*X)/Un=56.15V电压损失百分比为：U%=U/Un=0.00160.05所以导线符合要求。4).按机械强度校验钢芯铝线非居民区35KV最小允许截面为10 mm2所以符合要求。3短路电流的计算3.1三相短路电流的计算目的为了保证电力系统安全运行，择电气设备时，要用流过该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和点动力的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继

19、电保护装置将自动地使有关断路器跳闸。继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要短路电流数据。3.2短路电流的计算公式（标幺值计算方法）：基准容量Sd=100MVA，基准电压Uav=37KV，10.5KV(1)电力系统的电抗标幺值: =Sd/Soc(2)电力线路的电抗标幺值: (3)电力变压器的电抗标幺值: (4)三相短路电流周期分量有效值: (5)短路点处的次暂态短路电流: (6)短路冲击电流： （高压系统）(7)冲击电流有效值: （高压系统）(8)三项短路容量： (9) ， ， 3.3各母线短路电流列表根据下图和以上公式计算母线短路电流：图3-1 短路计算电路 图3-2 短路计算等效电路路表3

20、-1 母线短路电流列表短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVA最大运行方式K-13.033.033.037.734.58194.33K-22.572.572.576.553.8846.7最小运行方式K-12.952.952.955.4823.22189.04K-21.461.461.462.691.5926.464.高低压设备的选择 根据上述短路电流的计算结果，按照设计思路中按正常工作条件选型，按短路情况进行校验的思想，总配变电所的高低压设备选型情况确定如下：4.1 35Kv高压侧设备选择35Kv测设备选择如下表4-1表4-1 35Kv高压侧设备选择计算数据高压断路器SW2-35/60

21、0隔离开关GW2-35G电压互感器JDJJ2-35电流互感器LB-35避雷器Fz-35备注U=35KV35KV35KV35KV35KV35KVI=18.6A600A600A2*200/5Ik=3.03KA6.6ka=7.73 KA17KA42KA3.3*200*4=3.03*4Sk=194.33MVA400MVA4.2 10Kv中压侧设备选择10Kv中压侧设备选择见表4-2表4-2 10Kv中压侧设备选择计算数据高压断路器SN10-10I隔离开关GN6-10T/200电流互感器LA-10备注U=10KV10KV10KV10KV采用GG-10-54高压开关柜I=34.49A630A200A100

22、/5=2.57KA16KA=6.55KA40KA25.5KA160*100*4=46.7MVA300MVA4.3 0.38KVA侧设备选择0.38KVA侧设备选择采用BFC-0.5G-08低压开关柜。5继电保护配置5.1主变压器保护电力变压器继电保护配置的一般原则：(1)装设过电流保护和电流速断保护装置用于保护相间短路；(2)800kVA以上油浸式变压器和400kVA及以上车间内油浸式变压器应装设气体保护装置用于保护变压器的内部故障和油面降低；(3)单台运行的变压器容量在10000kVA及以上和并列运行的变压器每台容量在6300kVA及以上或电流速断保护的灵敏度不满足要求时应装设差动保护装置用

23、于保护内部故障和引出线相间短路； (4)装设过负荷保护和温度保护装置分别用于保护变压器的过负荷和温度升高。由于我们变压器的视在功率为500HZ，所以我们不需要采用温度保护。对于本设计中高压侧为35KV的工厂总降压变电所主变压器来说，应装设瓦斯保护、过电流保护和电流速断保护。5.1.1瓦斯保护 防止变压器内部短路及油面降低，轻瓦斯动作于信号 ，重瓦斯动作于跳闸，本次采用FJ-80型开口杯挡板式气体继电器。5.1.2电流速断保护防止变压器线圈和引出线多相短路，动作与跳闸。式中为变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值。为可靠系数.为变压器的电压比。在此设计中, ,因此速断电流：灵敏度校验：式中 为

24、在电力系统最小运行模式方式下，变压器高压侧的两相短路电流。为速断电流验算到一次电路的值（单位为A）。 在此设计中 5.1.3过电流保护 防止外部相间短路并作为瓦斯保护和电流速断保护的后背保护，动作与跳闸，本次采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。因为高压侧有I=2000/（35）=32.99A，电流互感器采用三角形接法，计算电流互感器变比Ki =（32.99）/5 = 57.1/5，选用电流互感器变比Ki =100/5=20式中为变压器的最大负荷电流，可取为为变压器的一次额定电流，保护装置的可靠系数，对定时限可取1.2，反对时限取1.3；为保护装置的接线系

25、数，对相电流接线取1，对相电流差接线取；为电流继电器的返回系数，对于感应式电流继电器GL-15/10来说，应取0.8；为电流互感器的变比。在该厂设计中：取，动作电流为： ,因此整定值为3A。过电流保护动作时间整定计算 式中为变压器母线发生三相短路时高压侧继电保护的动作时间，在变压器低压侧保护装置发生低压母线发生三相短时的一个最长的动作时间，为前后两级保护装置时间级差，对定时限过电流保护，可取0.5s，对反时限过电流保护可取0.7s。灵敏度校验：式中为在电力系统最小运行方式下，低压母线两相短路电流折合到变压器高压侧的值；为继电保护的动作电流换算到一次电路的值，称为一次动作电流（单位为A）。如果作

26、为后备保护，由在此设计中灵敏度为： ，灵敏度校验满足要求。5.1.4过负荷保护保护动作电流整定计算式中为变压器的额定一次电流，为电流互感器的电流比。动作时间的整定计算5.2 35KV进线线路保护过电流保护由于电流速断保护不能保护线路全长，因此由过电流保护作为其后背保护，同时防止速度按保护区域外部的相间短路，保护动作与跳闸。1.过电流保护动作电流的整定计算 式中：线路最大负荷电流，可取为(1.5-3)为线路计算负荷电流。保护装置的可靠系数，对GL型取1.3；保护装置的结线系数，对相电流结线为1，对相电流差结线取。电流继电器的返回系数，对于感应式电流继电器GL-15/10来说应取0.8。电流互感器

27、的变流比。必须注意：对感应式继电器的 应整定为整数，且在10A以内。在此设计中： , 。因此动作电流为： 因此整定为2A。2.过电流保护动作时间过电流保护动作时间整定为2s，同时工厂配电所的定时限电流保护的整定时间不大于1.3s。过电流保护灵敏系数的校验式中， 在电力系统最小运行方式下，高压线路末端两相短路；为继电保护的动作电流换算到一次电路的值，称为一次动作电流。3.如果作为后备保护，则灵敏系数即可。在此设计中因此其保护灵敏系数为: 灵敏度系数满足要求。5.3 10KV线路保护 过电流保护：防止电路中短路电流过大，保护动作与跳闸。1.过电流保护动作电流的整定计算 式中：线路最大负荷电流，可取

28、为(1.5-3)为线路计算负荷电流。保护装置的可靠系数，对GL型取1.3；保护装置的结线系数，对相电流结线为1，对相电流差结线取。电流继电器的返回系数，对于感应式电流继电器GL-15/10来说应取0.8。电流互感器的变流比。必须注意：对感应式继电器的应整定为整数，且在10A以内。在此设计中： , ， 因此动作电流为： 因此整定为6A。2.过电流保护动作时间过电流保护动作时间整定为2s，同时工厂配电所的定时限电流保护的整定时间不大于1.3s。3.过电流保护灵敏系数的校验 式中， 在电力系统最小运行方式下，高压线路末端两相短路；为继电保护的动作电流换算到一次电路的值，称为一次动作电流。如果作为后备

29、保护，则灵敏系数即可。在此设计中 因此其保护灵敏系数为: 灵敏度系数满足要求。6变电所内，外布置情况6.1概述 该设计为35KV地面变电所一次设计，该变电所是针对全场全年生产能力为某塑料制品厂设计的，变电所内一次设备主要有：两台主要变压器（S9-2000/35）和多油断路器，隔离开关，电源变压器，所用变压器，避雷针，高压开关柜进线柜等。6.2室内布置 整个主控制室和高压配电室坐南朝北，这样便于主控制室采光，变电所房屋建筑布置见室内平面图。 主控制室内装设有低位配电屏，主变保护屏，中央信号，中央信号继电器及电度表屏，主变保护控制屏，主变控制屏，中央信号布置在北侧，正对着值班人员。 母线的配电装置

30、分别设在两个单独的房间内，两个配电室之间通过两面双开钢门相连接，另外两个配电室来由一个外开式双开钢门。 电容器应单独放置在一个房间内。6.3室外布置35KV电源线由变电所东部引进，配电装置采用低式布置，避雷器，电源变压器及它的保护用的熔断器，低式布置在母线两端，避雷器，电源变压器布置在主控制器的东侧，6KV高压电缆从高压配电室引进来，低电压经穿墙套管进入主控制室，配电装置间隔为5米，进线相间距离为1.3米，最大允许尺度为0.7米。7 防雷和接地装置的确定7.1防雷装置确定雷电引起的大气过电压会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此在变电所必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。下

31、面分情况对防雷装置进行选择。7.2直击雷的防治根据变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直击雷保护装置。在进线段的1km长度内进行直击雷保护。防直击雷的常用设备为避雷针。所选用的避雷器：接闪器采用直径的圆钢；引下线采用直径的圆钢；接地体采用三根2.5m长的的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。7.3雷电侵入波保护由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其保护非常重要。为了其内部的变压器和电器设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器。7.4接地装置确定接地装置为接地线和接地体的组合，结合本厂实际条件选择接地装置：交流电器设备可采用自然接地体。本厂的大接地体采用扁钢，经校验，截面选择

32、为，厚度为。铜接地线截面选择：低压电器设备地面上的外露部分截面选择为（绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为。8.主接线图图8-1主接线图心得体会这次的课程设计实践，是我们接受专业培养的一个教学环节，也是对我们的知识、能力和素质的一次培养训练和检验。不仅使我们熟悉了用户供配电系统初步设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范，更锻炼了我们对于工程设计、技术经济分析比较、工程计算、工具书使用等能力，并使我们了解到了供电配电系统前沿技术及先进设备。通过这两个星期对某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统的设计，我发现了自己有很多不足，知识点也有很多漏洞，更看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实

33、际的能力还有待提高。这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。这次的课程设计，也切切实实地提高了我分析问题、解决问题的能力。这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，有的负责计算，有的负责设计主接线图，有的就主要负责画图，而有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道

34、，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。 对我而言，知识上的收获固然重要，精神上的丰收更加让我高兴，让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。参考文献：1余建明.工厂供电(第2版).北京：机械工业出版社,20102 黄纯华.葛少云.工厂供电(第2版).天津：天津大学出版社,20013谷水清.电力系统继电保护.北京：中国电力出版社,20104王士政.冯金光.北京：电气信息类专题课程设计与毕业设计教程.北京:中国 水利水电出版社

35、,20035熊信银.张步涵.电力系统工程基础.武汉：华中科技大学出版社,20036熊信银.发电厂电气部分(第四版).北京：中国电力出版社,20097唐志平.供配电技术(第2版).北京：电子工业出版社,20088 何首贤等.供配电技术.北京：中国水利水电出版社,20059王宁会.电气工程师(供配电)实务手册.北京：机械工业出版社,200510李金伴.陆一心.电器材料手册.北京：化学工业出版社,200611白玉氓.电工厂用计算及设备、元件、材料选择.北京：机械工业出版,201012韩笑.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册(第二版).北京：中国水利水电出版社,2008致谢在作此次毕业设计的过程中，本人得到了杨老师的精心指导，正是因为老师不断的提供大量的资料来源，不仅为我们地设计提供了大量的知识贮备，而且使我们学会了从大量的资料中选择出自己需要的东西。在此感谢老师和同学们的帮助，感谢培养我四年的学校。