某電機(jī)修造廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設(shè)計1解讀

1、 某電機(jī)修造廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 本論文主要依照工廠供電設(shè)計必須遵循的一般原則、基本內(nèi)容和設(shè)計流程，對某電機(jī)修造廠變電所進(jìn)行了設(shè)計說明，本文按照設(shè)計要求，在查閱大量參考資料、手冊后，對負(fù)荷計算及無功功率補(bǔ)償計算，變配電所所址和型式的選擇，變電所主變壓器臺數(shù)、容量及類型的選擇，變配電所主結(jié)線方案的設(shè)計，短路電流的計算，變配電所一次設(shè)備的選擇，變配電所二次回路方案的選擇及繼電保護(hù)裝置的選擇與整定，變配電所防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計等進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計說明。并附有相應(yīng)的圖表、公式和計算結(jié)果。這次設(shè)計的變配電所完全滿足設(shè)計要求。 本設(shè)計通過對計算負(fù)荷，選出變壓器；通過計算三相短路電流，

2、選出其他保護(hù)器件；通過三相短路電流，選擇過電流保護(hù)設(shè)備；然后選擇二次回路的設(shè)備，對一次側(cè)設(shè)備進(jìn)行控制、檢測；最后注意安全、接地和防雷的設(shè)置。 關(guān)鍵字：有功功率，電力變壓器，三相短路電流，過電流，接地 1 目 錄 第一章 緒 論 . 4 1.1 課題背景、目的及意義 . 4 1.1.1 課題的背景 . 4 1.1.2 課題的目的及意義 . 4 1.2 設(shè)計的主要內(nèi)容、設(shè)計圖樣 . 4 1.2.1 設(shè)計的主要包括 . 4 1.2.2 設(shè)計圖樣 . 5 第二章 設(shè)計依據(jù) . 6 2.1電機(jī)修造廠 . 6 第三章 設(shè)計說明 . 8 3.1負(fù)荷計算及功率補(bǔ)償 . 8 3.1.1負(fù)荷計算的內(nèi)容和目的 .

3、8 3.1.2負(fù)荷計算的方法 . 8 3.1.3各用電車間負(fù)荷情況及各車間變電所容量。 . 9 3.1.4 全廠負(fù)荷計算。 . 10 3.1.5 功率補(bǔ)償 . 10 3.2變電所、配電所位置和型式的選擇 . 11 3.2.1 電機(jī)修造廠總變電所位置和型式的選擇 . 11 3.3電機(jī)修造廠總降壓變電所主變壓器和主結(jié)線方案的選擇 . 12 3.3.1 變壓器容量及臺數(shù)的選擇。 . 12 3.3.2變配電所主結(jié)線的選擇原則 . 13 3.3.3 主結(jié)線方案選擇 . 13 3.3.4配電所的主接線選擇 . 16 3.5短路電流的計算 . 18 3.5.1 繪制計算電路 . 18 3.5.2 求k -1

4、，k-2點(diǎn)的三相短路電流和短路容量 . 19 ?1k點(diǎn)的三相短路電流和短路容量 求. 錯誤！未定義書簽。 3.5.3 3.6變電所一次設(shè)備的選擇校驗 . 21 3.6.1 35kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 . 21 3.6.2 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 . 22 3.6.3 變電所高壓母線的選擇 . 23 3.7變電所進(jìn)出線選擇。 . 24 3.7.1 35kV高壓進(jìn)線的選擇校驗 . 24 2 3.7.2 10kV高壓出線的選擇 . 24 3.7.3作為備用電源的高壓線的選擇校驗。 . 27 3.8變電所二次方案的選擇與繼電保護(hù) . 28 3.8.1高壓斷路器的操動機(jī)構(gòu)控制與信號回路 . 28

5、 3.8.2變電所的電能計量回路 . 28 3.8.3 變電所的測量和絕緣監(jiān)察回路 . 28 3.8.4變電所的保護(hù)裝置 . 29 3.9變電所的防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計 . 36 3.9.1 變電所的防雷保護(hù) . 36 3.9.2 變電所公共接地裝置的設(shè)計 . 37 第四章 結(jié) 論 . 39 3 第一章 緒 論 1.1 課題背景、目的及意義 1.1.1 課題的背景 本課題是根據(jù)劉介才主編的工廠供電設(shè)計指導(dǎo)上兩個題目為原型，根據(jù)指導(dǎo)老師的要求設(shè)計。 變電所是電力系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié),它的運(yùn)行情況直接影響到電力系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在35KV10KV配電變電所設(shè)計研究方面，最近幾十年發(fā)展更是迅猛

6、。尤其是對變電站綜合自動化的研究，已經(jīng)進(jìn)行了多年,并取得了令人矚目的進(jìn)展。變電站綜合自動化目前在國外已得到了較普遍的應(yīng)用。例如美國、德國、法國、意大利等國家,在他們所屬的某些電力公司里,大多數(shù)的變電站都實現(xiàn)了綜合自動化及無人值班方式。 在我國，現(xiàn)在變電所的基本也是向著變電站綜合自動化這個方向發(fā)展的，但是根據(jù)我國的國情，現(xiàn)在大多數(shù)變電站還是沒有完全實現(xiàn)保護(hù)和控制綜合自動化。傳統(tǒng)的變電站的設(shè)計發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)十分的成熟了。根據(jù)供電的設(shè)計內(nèi)容和流程，可以十分的方便的按照步驟設(shè)計。 1.1.2 課題的目的及意義 本題目主要目的是設(shè)計某電機(jī)修造廠的變電所總降壓配電設(shè)計。 與原來的課程設(shè)計比較，本題不僅設(shè)計

7、量大了許多，而且在更個方面的要求也有所加強(qiáng)。雖然變電所的設(shè)計在現(xiàn)在已經(jīng)不是高新的技術(shù)，但是作為自動化專業(yè)的學(xué)生，本題目還是很全面的包含了一大部分專業(yè)課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容，而且各個方面都有所深入。尤其是繼電保護(hù)的問題，有了更加深入的學(xué)習(xí)。 雖然本題沒有對變電站綜合自動化有所研究，但是對日后向這個方面的學(xué)習(xí)和發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。通過這次設(shè)計不僅進(jìn)一步加強(qiáng)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，拓寬知識面，提高理論知識水平。而且擴(kuò)寬了就業(yè)面，提高就業(yè)能力，提高了獨(dú)立思考和分析問題的能力。 1.2 設(shè)計的主要內(nèi)容、設(shè)計圖樣 1.2.1 設(shè)計的主要包括 （1）設(shè)計的基本依據(jù)和資料。 （2）區(qū)域變電所和車間變電所負(fù)荷計算。 4 （3

8、）無功功率補(bǔ)償計算及補(bǔ)償電容器選擇。 （4）短路電流的計算和動穩(wěn)定度，熱穩(wěn)定度的計算機(jī)。 （5）變壓器容量及臺數(shù)的選擇。 （6）變電所進(jìn)出線的選擇。 （7）變電所的電纜，電線，高壓開關(guān)柜，低壓配電電屏，動力配電箱，電流互感器，避雷器，母線等主要設(shè)備的選擇。 （8）區(qū)域變電所進(jìn)線側(cè)線路的繼電保護(hù)，（采用定時限過電流保護(hù)）。主變壓器的差動保護(hù)，瓦斯繼電器保護(hù)，工廠變電所進(jìn)線側(cè)單相接地保護(hù)。 （9）防雷裝置與保護(hù)接地裝置的設(shè)計。 （10）、域變電所的主接線圖、工廠變電所主接線圖、各種保護(hù)裝置接線原理圖。 （11）畫出工廠變電所的平面圖。 1.2.2 設(shè)計圖樣 （1）變電所主結(jié)線電路圖 電機(jī)修造廠總降

9、壓變電所主結(jié)線電路圖 （3）各種保護(hù)裝置接線原理圖 變電所進(jìn)線側(cè)線路的繼電保護(hù)原理電路圖，（采用定時限過電流保護(hù)）。主變壓器的差動保護(hù)原理電路圖，瓦斯繼電器保護(hù)原理電路圖，工廠變電所進(jìn)線側(cè)單相接地保護(hù)原理電路圖 （4）變電所平、剖面圖 電機(jī)修造廠總降壓變電所平、剖面圖 5 第二章 設(shè)計依據(jù) 2.1 電機(jī)修造廠 （1） 電機(jī)修造廠總平面圖（圖2-1） 圖2-1 某電機(jī)修造廠總平面布置圖 （2） 工廠生產(chǎn)任務(wù)、規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格 本廠承擔(dān)某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)各附屬廠的電機(jī)、變壓器修理和制造任務(wù)。年生產(chǎn)規(guī)模為修理電機(jī)7500臺，總?cè)萘繛?5萬KW；制造電機(jī)總?cè)萘繛?萬KW，制造單機(jī)最大容量為5520KW；

10、修理變壓器500臺；生產(chǎn)電氣備件為60萬件。是大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)重要組成部分。 （3）工廠各車間負(fù)荷計算表 表2-1 工廠各車間負(fù)荷計算表 序 號 車間名稱設(shè)備容量（千瓦） 計算負(fù)荷 變壓器臺數(shù)及容量 車間變電所代號 P30 （千瓦）Q30 （千乏） S30 （千伏安）1 電機(jī)修造車間 2505 609 500 788 1000 1No 1車變 2 加工車間886 163 258 305 1400 No 2車變 3 新制車間634 222 336 403 500 1No 3車變 4 原料車間514 310 183 360 400 1No 4車變 5 備件車間562 199 158 254 315

11、 1 車變No 5 6 6 鍛造車間 105 36 58 68 100 1 No 6車變7 鍋爐房 269 197 172 262 1315 No 7車變8 空壓站322 181 159 241 1315 No 8車變9 汽車庫543 30 27 40 80 1 No 9車變10 大線圈車間 335 187 118 221 1250 10車變No 11 半成品試驗站 365 287 464 1500 11車變No 12 成品試驗站2290 640 480 800 11000 12車變No 13 加壓站256 163 139 214 250 1 14 設(shè)備處倉庫（轉(zhuǎn) 供負(fù)荷） 338 288 4

12、44 1500 15 成品試驗站內(nèi)大 型集中負(fù)荷3600 2880 2300 3686 主要為高壓整流裝置， 要求專線供電。 供用電協(xié)議（4）區(qū)域變從某220/60kV 當(dāng)?shù)毓╇姴块T可提供兩個供電電源，供設(shè)計部門選定： 60/10.5kV 為滿足二級負(fù)荷的需求，從某電所提供電源，此站距廠南側(cè)4.5公里。 公里。10kV變電所，提供備用電源，此所距廠南側(cè)4 所示。2-2所示。其供電系統(tǒng)圖，如圖2-2 電力系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)，如表 母線短路數(shù)據(jù)2-2 區(qū)域變電站60kV表系統(tǒng)運(yùn)行方式 系統(tǒng)短路數(shù)據(jù) 系統(tǒng)運(yùn)行方式 系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式 ()31338MVA S.maxk 系統(tǒng)最小運(yùn)行方式3)(31

13、0MVA Smin.kkVkV km 供電系統(tǒng)圖圖2-2 饋電線的過電流保護(hù)整定60kV 區(qū)域變電所 供電部門對工廠提出的技術(shù)要求：t在企業(yè)。 1.8s，要求工廠總降壓變電所的過電流保護(hù)整定時間不大于時間1.3s 以上。該廠的總平均功率因數(shù)值應(yīng)在0.9側(cè)進(jìn)行電能計量?？偨祲鹤冸娝?0kV 工廠負(fù)荷性質(zhì)）（5 本廠大部分車間為一班制，少數(shù)車間為兩班或三班制，年最大有功負(fù)荷利用小時數(shù) 。2200h為鍋爐房供生產(chǎn)用高壓蒸汽，停電會使鍋爐發(fā)生危險。又由于該廠距離市區(qū)較遠(yuǎn)，消 7 防用水需廠方自備。因此，要求供電具有一定的可靠性。 （6） 本廠自然條件 氣象資料 最熱月平均最高溫度35攝氏度，土壤中0.

14、7-1米深處一年中最熱月平均溫度為20攝氏度，土壤凍結(jié)深度為1.10米，夏季主導(dǎo)風(fēng)向為南風(fēng)，最高氣溫+40度，最低-40度，導(dǎo)線復(fù)冰時氣溫-5度，最大風(fēng)速時氣溫-5度，最大風(fēng)速25米/秒，導(dǎo)線復(fù)冰時風(fēng)速10米/秒，最高最低氣溫時風(fēng)速0米/秒，復(fù)冰厚度10毫米，年雷暴日數(shù)31.5日。 地質(zhì)水文資料 該廠區(qū)地層以砂粘土為主，地質(zhì)條件較好，地下水位2.8-5.3m，地耐壓力為15噸/平方米。 第三章 設(shè)計說明 3.1負(fù)荷計算及功率補(bǔ)償 3.1.1負(fù)荷計算的內(nèi)容和目的 （1）計算負(fù)荷是根據(jù)已知的工廠的用電設(shè)備安裝容量求取確定的、預(yù)期不變的最大假想負(fù)荷。也就是通過負(fù)荷的統(tǒng)計計算求出的、用來按發(fā)熱條件選擇

15、供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值。在配電設(shè)計中，通常采用半小時的最大平均負(fù)荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。 計算負(fù)荷是用戶供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、供電線路截面選擇、變壓器數(shù)量）（2和容量選擇、電氣設(shè)備額定參數(shù)選擇等的依據(jù)，合理地確定用戶各級用電系統(tǒng)的計算負(fù)荷非常重要。 3.1.2負(fù)荷計算的方法 有功計算負(fù)荷為 P?KP (3-1) ed30P為設(shè)備容量。式中， e無功計算負(fù)荷為 8 ? (3-2) tanQ?P3030? 式中，的正切值。為對應(yīng)于用電設(shè)備組tancos 視在計算負(fù)荷為22QP?S (3-3) 303030 總的計算電流為S30 (3-4) ?I30U3N 。式中，為額定電壓380VUN

16、 各用電車間負(fù)荷情況及各車間變電所容量。3.1.33-1 表序號 車間名稱設(shè)備容量（千瓦） 計算負(fù)荷變壓器臺數(shù)及容量 車間變電 所代號P30 （千瓦）Q30 （千乏） S30 （千伏安）1 電機(jī)修造車間 2505 609 500 788 11000 No 1車變2 加工車間 886 163 258 305 1400 No 2車變3 新制車間 634 222 336 403 500 1 No 3車變4 原料車間 514 310 183 360 400 1 車變No 45 備件車間 562 199 158 254 315 1 No 5車變6 鍛造車間 105 36 58 68 1100 No 6車

17、變7 鍋爐房 269 197 172 262 315 1 No 7車變8 空壓站 322 181 159 241 1315 車變No 89 汽車庫543 30 27 40 80 1 No 9車變10 大線圈車間 335 187 118 221 1250 10車變No 11 半成品試驗站 365 287 464 1500 No 11車變12 成品試驗站 2290 640 480 800 11000 車變No 1213 加壓站256 163 139 214 1250 14 設(shè)備處倉庫（轉(zhuǎn) 供負(fù)荷） 338 288 444 1500 15 成品試驗站內(nèi)大 型集中負(fù)荷3600 2880 2300 36

18、86 主要為高壓整流裝置，要求專線供電。 9 3.1.4 全廠負(fù)荷計算。 取Kp = 0.92; Kq = 0.95 根據(jù)上表可算出：P30i = 6520kW; Q30i = 5463kvar 26520kW = 5999kW則 P30 = KPP30i = 0.9 Q30 = KqQ30i = 0.955463kvar = 5190kvar22S?P?Q 7932KVA 303030I30 = S30/3UN 94.5A COS = P30/S30 = 5999/7932 0.75 3.1.5 功率補(bǔ)償 由于本設(shè)計中上級要求COS0.9,而由上面計算可知COS=0.75其I?I233A30

19、al 動穩(wěn)定度校驗 母線在三相短路時所受的最大電動力為 l2)(3)32?7i?3NA?10F sham.90?23?72?1019.NA3?368.95N?46?10 m160.)3(F 母線在作用時的彎曲力矩為 )3(mN?0F.9.l36895m33.2N?M? 1010 母線的截面系數(shù)為?22m003hm0.025.?b03?7 m12?3.10W? 66 故母線在三相短路時所受到的計算應(yīng)力為m?.2NM336?MP53P?53?10? aca37?Wm1012?3.?MP?70MP?53?，由此可見該母線滿足）的允許應(yīng)力為而硬鋁母線（LMYaalac 短路動穩(wěn)定度的要求。 熱穩(wěn)定度校

20、驗 計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面s.95tima033)2( mm5.A?85I?A10637?.? ?minC2mm/A87s 23 再加上斷路器斷整定，變電所式中60kV側(cè)縱聯(lián)差動保護(hù)動作時間按0.7stima 。路時間0.2s，再加0.05s22因此該母線滿足短路熱穩(wěn)定，由于母線的實際截面為Amm?25?3mm?75Amin 度要求。 母線的選擇校驗（2） 10.5kV （其選擇和計算方法同前，從略）5。采用硬鋁母線LMY-3(606)50 所示所以電機(jī)修造廠高壓母線選擇如表3-8 電機(jī)修造廠高壓母線選擇表3-8母線名稱 母線型號規(guī)格35kV母線 3mm ，即母線尺寸為25mmLMY-3

21、(253)10kV母線 5mm ，中性母線尺寸為50mm5，即母線尺寸為60mm6mmLMY-3(606)50 3.7變電所進(jìn)出線選擇。 3.7.1 60kV高壓進(jìn)線的選擇校驗 60kV公用干線。采用LJ型鋁絞線架空敷設(shè)，接往 按發(fā)熱條件選擇（1）時，其35由及室外環(huán)境溫度35，查資料，初選LJ-35 AI104I?NT130? ，滿足發(fā)熱條件。I151A?I30al 校驗機(jī)械強(qiáng)度（2） 2 查表，最小允許截面滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。，因此LJ-35mm?35Amin 由于此線路很短，不需校驗電壓損耗。 高壓出線的選擇3.7.2 10.5kV型交聯(lián)聚乙烯絕緣1號廠房（電機(jī)修造車間）的線路采用YJL2

22、2-100001（） 饋電給 的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。 按發(fā)熱條件選擇 2m25mA8?38.I的交聯(lián)電，初選纜芯為由纜，其表度及土壤溫20，查30I?90A?I，滿足發(fā)熱條件。 30al 校驗電壓損耗 2m25m的鋁芯由電機(jī)修造廠平面圖量得變電所至一號廠房距離約，而表查得100mR?1.54?kmX?0.120?km，又（按纜芯工作溫度801號廠房的電纜的計），00 24 ，因此按式var.9kWkQ?258.P?61873030?qX?pR （3-9） ?U? UN?0.12101.54?0.1?.?258.9kvar?618.7kW?V?U?9.8 kV10?滿足允許電壓損耗5的要50.

23、?098?U?9.8V10000V?100?U0000000000al 求。 短路熱穩(wěn)定校驗 計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面tima0.95s2(3) ?24800A?I?293.9mm?A ?minC277As/mm2的纜芯截面小于，不滿足短路熱穩(wěn)定度要求，因此改選纜由于前面所選mm25Amin2的交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜，即YJL22-10000-33001150芯的四芯電纜mm300（中性線芯按不小于相線芯一半選擇，下同）。 （2） 饋電給2號廠房（機(jī)械加工車間）的線路 亦采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯2，即YJL22-10000-3（方法同上，從略）纜芯截面選絕緣的鋁芯電纜直接埋

24、地敷設(shè)。mm3003001150的四芯電纜。 （3） 饋電給3號廠房（新品試制車間）的線路 亦采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯2，即從略）纜芯截面選YJL22-10000-3絕緣的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。（方法同上，mm3003001150的四芯電纜。 （4） 饋電給4號廠房（原料車間）的線路 亦采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣2，即（方法同上，從略）纜芯截面選YJL22-10000-3的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。mm3003001150的四芯電纜。 （5） 饋電給5號廠房（備件車間）的線路 亦采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣2mm300，即YJL22-10000-3的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。（方法同上，從略）纜芯截面選3001150的四芯電纜。 （6） 饋電給6號廠房（鍛造車間）的線路 亦采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣2mm300，即的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。（方法同上，從略）纜芯截面選YJL22-10000-3 25 3001150的四芯電纜。 （7） 饋電給7號廠房（鍋爐房）的線路 亦采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的2，即YJL22-10000-3鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。（方法同上，從略）纜芯截面選mm3003001150的四芯電纜。 （8） 饋電給8號廠房（空壓站）的線路 亦采用YJL22-10