10kv变电站设计《发电厂及电气设备》课程设计-学位论文.doc
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1、新疆工程学院电力工程系 发电厂及电气设备课程设计 10KV变电站设计摘 要本设计对工厂用电负荷、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,其中还包括全厂的负荷计算、短路计算、设备选择及校验、主要设备、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功率、无功功率和视在功率选择变压器容量的大小和相应设备的主要参数,再根据用户对电压的要求,进行补偿功率计算。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。关键词:变电所,负荷计算,设备选
2、型27目录1. 设计任务11.1 设计要求11.2 设计依据11.2.1 厂总平面图11.2.2 工厂负荷情况11.2.3 供电电源情况11.2.4 气象资料21.2.5 地质水文资料21.2.6电费制度32 负荷计算42.1单组用电设备计算负荷的计算公式42.1.1多组用电设备计算负荷的计算公式42.2无功补偿53变电所位置与型式的选择84.主变压器94.1变电所主变压器的选择94.2 变电所主接线方案的选择94.2.1装设一台主变压器的主接线方案94.2.2 装设两台主变压器的主接线方案105 短路电流的计算115.1 绘制计算电路115.2 确定短路计算基准值115.3 计算短路电路中个
3、元件的电抗标幺值115.3.1电力系统115.3.2架空线路115.3.3电力变压器115.4 k-1点(10.5KV侧)的相关计算125.4.1 总电抗标幺值125.4.2三相短路电流周期分量有效值125.4.3其他短路电流125.4.4三项短路容量125.5 k-2点(0.4KV侧)的相关计算125.5.1总电抗标幺值125.5.2三项短路电流周期分量有效值125.5.3其他短路电流125.5.4三项短路容量136变电所一次设备的选择和校验146.1 10KV侧一次设备的选择和校验146.1.1按工作电压选择146.1.2按工作电流选择146.1.3按断流能力选择146.1.4隔离开关、负
4、荷开关和断路器的短路稳定度校验146.2 380V侧一次设备的选择和校验156.3 高低压母线的选择167 变压所进出线与邻近单位联络线的选择177.1 10kV高压进线和引入电缆的选择177.1.1 10kV高压进线的选择校验177.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验177.2 380V低压出线的选择177.2.1铸造车间177.2.2 锻压车间187.2.3 热处理车间187.2.4 电镀车间187.2.5 仓库187.2.6 工具车间197.2.7金工车间197.2.8锅炉房197.2.9装配车间197.2.10机修车间197.2.11 生活区197.3 作为备用电源的高
5、压联络线的选择校验207.3.1按发热条件选择207.3.2校验电压损耗207.3.3短路热稳定校验218降压变电所防雷与接地装置的设计238.1 变电所的防雷保护238.1.1 直接防雷保护238.1.2 雷电侵入波的防护238.2 变电所公共接地装置的设计238.2.1 接地电阻的要求238.2.2 接地装置的设计24总结25参考文献26致谢271. 设计任务1.1 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,确定变电所主变压器的台数、容量与类型,选择变电所主接线方案及高低压设备和
6、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。1.2 设计依据1.2.1 厂总平面图 图1.1 工厂平面图1.2.2 工厂负荷情况 本厂多数车间为两班制,年最大负荷利用小时为4600h,日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外,其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1.1所示。1.2.3 供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定,本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-150,导线为等边三角形排列,线距为2m;干线首端距离
7、本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护,定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求,可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km,电缆线路总长度为25km。1.2.4 气象资料 本厂所在地区的年最高气温为34,年平均气温为20,年最低气温为-10,年最热月平均最高气温为31,年最热月平均气温为23,年最热月地下0.8米处平均气温为21。当地主导风向为东北风,年雷暴日数为10。1.2.5 地质水文资料 本厂所在地区平均海拔400m,地层以红土为主,地下水位为2
8、m。表1.1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力3000307照明608102锻压车间动力35003065照明807103金工车间动力40002065照明1008104工具车间动力3600306照明709105电镀车间动力2500508照明508106热处理车间动力1500608照明508107装配车间动力1800307照明608108机修车间动力16002065照明408109锅炉车间动力500708照明1081010仓库动力200408照明10810生活区照明35007091.2.6电费制度 本厂与当地供电部门达成协议,在工厂变电所高压侧计
9、量电能,设专用计量柜,按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA,动力电费为0.9元/Kw.h,照明电费为0.5元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9,此外,电力用户需按新装变压器容量计算,一次性向供电部门交纳供电贴费:610VA为800/kVA。2 负荷计算2.1单组用电设备计算负荷的计算公式 1.有功计算负荷(单位为KW) 为系数2.无功计算负荷(单位为kvar) 3.视在计算负荷(单位为kvA) 4.计算电流(单位为A) ;为用电设备的额定电压(单位为kv)。2.1.1多组用电设备计算负荷的计算公式 1.有功计算负荷(单位为KW) (1)式中是所有设备
10、组有功计算负荷P之和,K是有功负荷同时系数,可取0.850.95。 (2)无功计算负荷(单位为kvar) 是所有设备无功之和;是无功负荷同时系数,0.90.97 。(3)视在计算负荷(单位为kvA) (4)计算电流(单位为A) 经过计算,得到各厂房和生活区的负荷计算表,如表2.1所示(额定电压取380V)。表2.1各厂房和生活区的负荷计算表厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力3000307照明608102锻压车间动力35003065照明807103金工车间动力40002065照明1008104工具车间动力3600306照明709105电镀车间动力2500508照
11、明508106热处理车间动力1500608照明508107装配车间动力1800307照明608108机修车间动力16002065照明408109锅炉车间动力500708照明1081010仓库动力200408照明10810生活区照明35007092.2无功补偿无功功率的人工补偿装置:主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点,因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。 由表2.1可知,该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有
12、功损耗,因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量:参照图2,选PGJ1型低压自动补偿评屏,并联电容器为BW0.4-14-3型,采用其方案1(主屏)1台与方案3(辅屏)4台相结合,总共容量为84Kvar5=420 Kvar。补偿前后,变压器低压侧的有功计算负荷基本不变,而无功计算负荷; ; 视在功率;计算电流;功率因数提高为。在无功补偿前,该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要;而采取无功补偿后,主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少,使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应
13、减小,因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表2.2所示。图2 PGH型低压无功功率自动补偿屏的接线方案表2.2无功补偿后工厂的计算负荷项目计算负荷380V侧补偿前负荷0.75810.8727.610891655380V侧无功补偿容量-420-380V侧补偿后负荷0.935810.8307.6867.21317.6主变压器巩留损耗-10KV侧负荷计算0.935823.8359.6898.9523变电所位置与型式的选择 变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心,工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左侧,分别作一直角坐标的x轴和y轴,然
14、后测出各车间(建筑)和宿舍区负荷点的坐标位置,1P、2P、3P10P分别代表厂房1、2、3.10号的功率,设定1P(2.5,5.6)、2P(3.6,3.6)、3P(5.7,1.5)、4P(4,6.6)、5P(6.2,6.6)、6P(6.2,5.2)、7P(6.2,3.5)、8P(8.8,6.6)、9P(8.8,5.2)、10P(8.8,3.5),并设11P(1.2,1.2)为生活区的中心负荷,如图3所示。而工厂的负荷中心假设在P(x,y),其中。因此仿照力学中计算中心的力矩方程,可得负荷中心的坐标: 把各车间的坐标代入上式中,得到x=5.38,y=5.38 。由计算结果可知,工厂的负荷中心在6
15、号厂房(工具车间)的西北角。考虑到周围环境及进出线方便,决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所,器型式为附设式。图3 按负荷功率矩法确定负荷中心4.主变压器4.1变电所主变压器的选择 根据工厂的负荷性质和电源情况,工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案: (1)装设一台变压器型号为S9型,而容量根据式,为主变压器容量,S为总的计算负荷。选,即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源,考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。 (2)装设两台变压器型号为S9型,而每台变压器容量根据下式选择,即Sn.t(0.60.7)898.9KVA=(593.346
16、29.23)KVA Sn.tS30=(134.29+165+44.4) KVA=343.7 KVA 因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源,考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0 。 4.2 变电所主接线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案。4.2.1装设一台主变压器的主接线方案 如图4所示 图4 装设一台主变压器的主接线方案4.2.2 装设两台主变压器的主接线方案图5 装设两台主变压器主接线方案5 短路电流的计算5.1 绘制计算电路 图6 短路计算电路5.2 确定短路计算基准值设基准容量Sd=100M
17、VA,基准电压Ud=Uc=1.05Un,Uc为短路计算电压,即高压侧Ud1=10.5kV,低压侧Ud2=0.4kV,则 5.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值5.3.1电力系统 已知电力系统出口断路器的断流容量Soc=500MVA,故 5.3.2架空线路 查表得LGJ-150的线路电抗=0.36/km,而线路长8km,故 5.3.3电力变压器查表得变压器的短路电压百分值Uk%=4.5,故 式中,Sn压器的额定容量 因此绘制短路计算等效电路如图7所示。 图7 短路计算等效电路5.4 k-1点(10.5KV侧)的相关计算5.4.1 总电抗标幺值5.4.2三相短路电流周期分量有效值5.4.3其他短
18、路电流 5.4.4三项短路容量 5.5 k-2点(0.4KV侧)的相关计算5.5.1总电抗标幺值 5.5.2三项短路电流周期分量有效值 5.5.3其他短路电流 5.5.4三项短路容量以上短路电流综合图表5.1所示表5.1短路电流综合图表 短路计算点相短路电流K-11.961.961.965.02.96K-219.719.719.736.221.5 6变电所一次设备的选择和校验6.1 10KV侧一次设备的选择和校验6.1.1按工作电压选择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。,高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压,穿墙套管额定电压
19、,熔断器额定电压。6.1.2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6.1.3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。6.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验1.动稳定校验条件 或imax、Imax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。2.热稳定校验条件 对于上面的分析,如表6.1所示,由它可知所选一次设备均满足要求。表6.1 10 kV一次侧设备的选择校验选择校验老师项目电压电流
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