昌盛冶金机修厂供配电系统设计.doc

2010级供电技术课程设计昌盛冶金机修厂供配电系统设计姓 名 学 号 院、系、部电气工程系班 号 完成时间 目 录第1章 设计任务11.1 设计要求11.2 设计依据11.2.1 本厂负荷情况11.2.2 电源情况11.2.3 设计资料1第2章 负荷计算和变压器的选择22.1 概述22.2 负荷的计算32.3 各车间变电所的负荷分配42.4 车间变电所低压侧无功功率补偿52.5 各车间变电所的变压器选择52.6 总降压变电所低压侧无功补偿5第3章 短路计算83.1 概述83.2 短路计算8第4章 一次设备的选择与校验134.1 35kV侧一次设备的选择校验134.2 10kV侧一次设备的选择校验14第5章 母线及厂区高低压供配电线路的选择校验145.1 导线和电缆选择的一般原则145.2 35kV高压架空进线的选择校验155.2.1 选择经济截面155.2.2 校验发热条件155.2.3 校验机械强度155.2.4 校验电压损耗155.3 10kV侧出线的选择校验165.3.1 按发热条件选择截面165.3.2 10kV侧配电线路的选择校验165.4 母线的选择17第6章 主接线方案186.1 总降压变电所主接线方案186.2 车间变电所主接线方案18第7章 防雷与接地设计187.1 变电所的防雷保护197.1.1 直接防雷保护197.1.2 雷电侵入波的防护197.2 变电所公共接地装置的设计19第8章 心得体会20参考文献21附录 昌盛冶金机修厂供配电系统设计主接线图22石家庄铁道大学四方学院供电技术课程设计第1章 设计任务1.1 设计要求根据已知的设计依据，合理设计光明冶金机修厂供配电系统，确定该厂变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案、高低压设备和进出线，确定防雷接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘制该厂的主接线图，要求该厂功率因数不低于0.9。1.2 设计依据1.2.1 本厂负荷情况本厂负荷属于二级负荷，厂内车间为三班制，最大负荷利用小时数为6000h。本厂负荷统计情况如下表1-1所示：表1-1 各车间负荷情况表车间名称设备容量 (kW)铆焊车间7000.300.55铸铁车间3000.350.71号水泵房1900.750.65机修车间6000.850.65锻造车间3200.30.652号水泵房4600.250.60制材场600.750.7综合楼300.750.63号水泵房3000.650.65铸钢车间3200.600.90仓库2200.850.84号水泵房2900.850.651.2.2 电源情况本厂供电电源来自本厂东南方向8公里外的220/35kV地区变电站，以35kV双回路架空线引入本厂，一路为主电源，另一路为备用电源，两个电源不能并联运行。1.2.3 设计资料(1) 气象及地质资料：年最高平均气温为35；年平均温度为24，年最高气温为39，年最低气温为-5，年雷暴雨日数为31天，厂区土壤为砂质粘土，地下水位为2.85.3m。(2) 电力系统参数：35kV侧系统最大运行方式时，其短路容量为320MVA；35kV侧系统最小运行方式时，其短路容量为160MVA。第2章 负荷计算和变压器的选择2.1 概述通过负荷的统计计算求出的、用以发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。计算负荷是供电设计的基本依据，计算负荷是供电设计的基本依据，计算负荷确定的是否合理，直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定过大，将使电气设备和导线电缆处于过负荷状态下运行，不止增加了电能损耗，更危险的是产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁，引起火灾！由此可见，正确的确定计算负荷意义重大。2.2 负荷的计算本设计采用需要系数法确定。主要计算公式有：有功功率:，其中无功功率:,其中视在功率: 计算电流: 各负荷计算结果如表2-1所示：表2-1 各负荷计算结果车间名称设备容量 /kW/kW/kvar铆焊车间7000.300.551.52210319.20铸铁车间3000.350.71.02105107.101号水泵房1900.750.651.17142.50166.73机修车间6000.850.651.17510596.70锻造车间3200.30.651.1796112.322号水泵房4600.250.601.33115152.95制材场600.750.71.024545.90综合楼300.750.61.3322.5029.933号水泵房3000.650.651.17195228.15铸钢车间3200.600.900.4819292.16仓库2200.850.80.75187140.254号水泵房2900.850.651.17246.50288.412.3 各车间变电所的负荷分配假设该工厂的地理位置和厂区环境条件满足35kv架空线路深入负荷中心的“安全走廊”要求，所以采用35kv线路直接引入负荷中心的车间变电所，再经过车间变电所的变压器直接降为低压用电设备所需的电压。根据工厂各车间的分布情况及负荷分布确定建立两个车间变电所。各自供电范围如下：车间变电所1：铆焊车间、铸铁车间、1号水泵房、铸钢车间、仓库、4号水泵房；车间变电所2：机修车间、锻造车间、2号水泵房、制材场、综合楼、3号水泵房。取 ，根据以上数据可以求得各车间的。对于车间变电所1： 对于车间变电所2：2.4 车间变电所低压侧无功功率补偿工厂中由于有大量的电动机、电焊机及气体放电灯等感性负荷，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提供其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑人工补偿。要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，而由上面的计算可知车间变电所1低压侧功率因数为0.69，车间变电所2低压侧功率因数为0.64。因此需要进行无功补偿，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.9，这里取功率因数为0.92。无功功率补偿容量：由此可得，综合考虑到这里采用并联电容器进行高压集中补偿，BGMJ0.4-10-3型的电容器，其额定电容为198uF。因此，对于车间变电所1，其电容个数为：，由于电容是单相的，所以应为3的倍数，取66正好；车间变电所2，其电容个数为：，取75为好。无功补偿后，车间变电所1低压侧补偿后无功功率：车间变电所2低压侧补偿后无功功率：低压侧补偿后车间变电所1视在功率：低压侧补偿后车间变电所2视在功率：在负荷计算中各变压器损耗可按以下公式简化计算： 有功功率损耗： 对于车间变电所1计算可得：，对于车间变电所2计算可得： ， 变电所高压侧计算负荷为： 经计算可得对于车间变电所1：车间变电所2： 车间变电所1补偿后的功率因数为0.904；车间变电所2补偿后的功率因数为0.900。2.5 各车间变电所的变压器选择因为该厂均为2级负荷，所以每个车间变电所应选择两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对负荷继续供电，保证工厂不断电。考虑到年平均温度为24，又因为变压器在车间变电所的室内，因此户外电力变压器的实际容量：对于二级负荷，各变电所变压器的容量，根据各变电所变压器容量可选择各变电所的变压器如表2-2。表2-2 车间变压器的技术参数车间变电所变压器型号额定容量额定电压/KV连接组别损耗/W空载电流（%）阻抗电压(%)一次二次空载负载1S9-1600/101600100.4Dyn112400140002.562S9-1250/101250100.4Dyn112000110002.552.6 总降压变电所低压侧无功补偿根据以上数据可得：车间变电所1高压侧：，车间变电所2高压侧：，此时可得，总降压变电所低压侧：，取，代入数据得：，由于要求高压侧功率因数不小于0.9，因此应在低压侧进行无功功率的补偿，考虑到变压器本身的无功功率损耗远大于有功功率损耗，所以需要低压侧补偿多一些，取。要使变压器低压侧功率因数由0.89提高到0.92，低压侧许装设并联电容器容量：考虑到这里采用并联电容器进行高压集中补偿，BGMJ0.4-10-3型的电容器，其额定电容为198uF。因此，对于总降压变电所，其电容个数为：，由于电容是单相的，所以应为3的倍数，取12正好。补偿后总降压变电所低压侧实在计算负荷为：变压器的功率损耗为：，变压器高压侧的计算负荷：，补偿后工厂的功率因数为：满足要求。在此基础上,考虑到当地环境温度，选择总降压变电所的型号如表2-3表2-3 总降压变电所变压器变压器型号额定容量额定电压/KV连接组别损耗/W空载电流(%)阻抗电压(%)高压低压空载负载S9-2500/3525003510.5Yd11310021000.756.5第3章 短路计算3.1 概述发生短路时，因短路回路的总阻抗非常小，故短路电流可能达到很大的值。欠打的短路电流所产生的热和点动力效应会使电器设备遭受破坏，短路点的电弧可能烧毁电器设备，短路点附近的电压显著降低，使供电受到严重的影响或中断。若在发电厂附近发生短路，将引起严重后果。因此为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围，在供电系统的设计和运行中，必须进行短路电流计算。短路电流的计算方法有欧姆法和标幺值法两种。本设计采用标幺值法。3.2 短路计算由已知可得35kV侧系统最大运行方式时，其短路容量为320MVA，而在这种情况下短路电流及冲击电流最大，所以这种情况是必须考虑的一种情况。根据，取可得：, 根据以上计算结果，初步选择断路器型号为SN10-35I。初步选择架空进线为LGJ型线，由，可得，该变电所高压侧，导线截面。从而求得，选择最接近的标准截面。根据当地年平均温度为24，可得以下温度校正系数：此时。满足发热条件。在最大负荷时仍采用变压器单独运行，此时可得该电路图如图3-1：图3-1 等效电路图 用标幺值法进行三相短路计算，选型基准值为，。 图3-2 等值电路(1) 计算k-1点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 其它短路电流为次暂态短路电流，为稳态短路电流，为短路冲击电流，为短路冲击电流的有效值。 三相短路容量(2) 计算k-2点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 其它短路电流为次暂态短路电流，为稳态短路电流，为短路冲击电流，为短路冲击电流的有效值。 三相短路容量 (3) 计算k-3点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 其它短路电流为次暂态短路电流，为稳态短路电流，为短路冲击电流，为短路冲击电流的有效值 三相短路容量(4) 计算k-4点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 其它短路电流为次暂态短路电流，为稳态短路电流，为短路冲击电流，为短路冲击电流的有效值。 三相短路容量以上短路计算结果表3-1所示。表3-1 短路计算结果短路计算点三相短路电流(KA)三相短路容量/MVAk-14.674.674.6711.917.05299.40k-21.8751.8751.8754.782.8334.08k-321.5921.5921.5939.7323.5314.96K-420.8220.8220.8238.3022.6914.42第4章 一次设备的选择与校验4.1 35kV侧一次设备的选择校验35kV侧设备的选择校验表如表4-1表4-1 35kV侧设备的选择校验表选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度结论参数数据35kV34.89A4.67kA11.91kA26.51额定参数高压隔离开关GW2-35G/6035kV60A20kA42kA合格高压少油断路器SW2-35/100035kV1000A16.5kA45kA合格高压熔断器RW1-35/50035kV500A-合格4.2 10kV侧一次设备的选择校验10kV侧设备的选择校验表如表4-2表4-2 10kV侧设备的选择校验表选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度结论参数数据10kV121.24A1.88kA4.78kA4.196额定参数高压少油断路器SN10-10/63010kV630A16kA20kA合格高压隔离开关GN6-10T/20010kV200A10kA25.5kA合格高压熔断器 RN2-10/20010kV200A-合格低压熔断器 RN2-10/20010kV200A-合格第5章 母线及厂区高低压供配电线路的选择校验5.1 导线和电缆选择的一般原则(1)发热条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。(2)电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。(3)经济电流密度 35kV及以上的高压线路及电压在35kV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10kV及以下线路，通常不按此原则选择。(4)机械强度导线和电缆的截面不能低于最小允许截面数值，以满足机械强度的要求。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。5.2 35kV高压架空进线的选择校验35kV侧高压架空进线导线的截面面积按经济电流密度选择，再按发热条件、机械强度和电压损耗校验。初选为LGJ型钢芯铝绞线。5.2.1 选择经济截面工厂总计算负荷为,计算电流为根据年最大负荷利用小时数，查表得,则导线的经济截面面积为初选标准面为，即选LGJ-35型钢芯铝绞线。5.2.2 校验发热条件查表得LGJ-35型钢芯铝绞线的允许载流量，根据当地年平均温度为24，可得以下温度校正系数：此时。满足发热条件。5.2.3 校验机械强度查表得35kV架空铝绞线的最小截面，不小于最小截面因此所选LGJ-35型钢芯铝绞线满足机械强度要求。5.2.4 校验电压损耗利用查表得LGJ型钢芯铝绞线，电抗（线几何均距按1.5m计，等边三角形排列），因此线路的电压损耗为线路电压损耗百分值为因此所选LGJ-35型钢芯铝线满足允许电压损耗要求。5.3 10kV侧出线的选择校验主变压器10kV侧引出线由于线路距离较短，因此按发热条件选择截面面积，然后进行热稳定校验及机械强度校验。5.3.1 按发热条件选择截面主变压器10kV侧计算电流,本厂地区土壤一年中最热月平均温度为35，查表得初选铝芯塑料绝缘导线，其允许载流量满足要求。5.3.2 10kV侧配电线路的选择校验由于厂区面积不大，各车间变电所距离总降压变电所较近，厂区高压配电线路采用电缆线路，直埋敷设。由于厂区线路较短，因此先按发热条件选择截面面积，然后进行热稳定校验。先校验其机械强度，经查表得，所以满足要求。假设从总降压变电所到各车间变电所之间的距离很小，所以压降很小可以忽略不计。5.4 母线的选择采用35kV直接进入总降压变电所，所以只需选取10kV侧的母线及380/220V侧母线。10.5kV侧单母线分段，母线最大持续电流为：采用铝母线，查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm)当平放时，其允许载流量为480A,乘以后为485.76A,大于母线最大持续电流，可以出选择为该电压侧的母线，由该母线型号可得母线尺寸为40mm4mm，假设线距，档距为，档数大于2则最大动力： 对于10kV侧： 所以，高压母线满足动稳定度的要求。取，则由于母线实际截面为，因此该母线满足短路热稳定度的要求。380V母线选，即相母线尺寸为，而中性线母线尺寸为。同理可得380V母线处，所以该母线合格。第6章 主接线方案6.1 总降压变电所主接线方案一般大中型企业采用35110KV电源进线时都设置总降压变电所，将电压降至610KV后分配给各车间变电所。总降压变电所主接线一般有线路变压器组、单母线、内桥式、外桥式等几种接线方式。 一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路，其一次侧的QF10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。这种主结线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11 ，投入QF10 （其两侧QS先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电，这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。本设计总降压变电所采用内桥式接线方案，选用两台变压器，其中一台投入运行，另一台作为备用,6.2 车间变电所主接线方案本设计采用装有两台主变压器其的小型变电所主接线图，当其高低压均为单母线分段的变电所主接线图时，这种主接线的两端高压母线，在正常时可以接通运行，也可以分段运行。任一台主变压器或任一路电源进线停电检修或发生故障时，通过切换操作，均可以迅速恢复整个变电所的供电。因此，其供电可靠性相当高，可供一、二级负荷。整个工厂的系统接线图见附录表。第7章 防雷与接地设计根据该厂环境与气候条件，年雷暴雨日数为31天，厂区土壤为砂质粘土，=100。由上可知该厂为第三级防雷建筑物。7.1 变电所的防雷保护7.1.1 直接防雷保护 在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长11.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。7.1.2 雷电侵入波的防护 (1) 在35KV电源进线的终端杆上装设FS410型阀式避雷器。引下线采用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。(2) 在35KV高压配电室内装设有GG1A（F）54型开关柜，其中配有FS410型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。(3) 在380V低压架空线出线杆上，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。7.2 变电所公共接地装置的设计经分析该工厂为第三类防雷建筑物，因此其接闪器接地引下线的冲击接地电阻。现初步考虑围绕变电所建筑物四周，距变电所外墙23m,打入一圈直径50mm、长2.5m的钢管接地体，每隔5m打入一根。管间用的扁钢焊接相连。(1) 计算单根钢管的接地电阻因厂区土壤