電氣工程及其自動化課程設計

1、本科課程設計說明書某塑料制品廠全廠總配變電所及配電系統(tǒng)設計學院（部）：電氣與信息工程學院專業(yè)班級： 電氣08-5學生姓名： XXX，XXX，XXX指導教師：XX老師 2011年 6月 29日某塑料制品廠全廠總配變電所及配電系統(tǒng)設計摘要本廠是35kV變電站的設計，本設計首先根據(jù)廠方給定的全廠各車間電氣設備及車間變電所負荷計算表進行電力負荷計算，然后根據(jù)對計算負荷的分析選定主變壓器和各車間變電所的變壓器型號，變電所電氣主接線設計是依據(jù)變電所的最高電壓等級和變電所的性質(zhì)，選擇出一種與變電所在系統(tǒng)中的地位和作用相適應的接線方式。在經(jīng)濟角度上要考慮周全，盡量以最少的投資獲得最佳的方案。選好變壓器和主接線

2、后進行短路電流計算，對變電站系統(tǒng)中的各個電壓等級下的母線發(fā)生三相短路時，所流過的短路電流進行了分別計算。在設計過程中根據(jù)電力部門對工廠功率因數(shù)的要求計算出需要補償?shù)臒o功功率并以此選擇相應的補償電容器。然后對線路設定短路點進行短路電流的計算作為各設備的選型依據(jù)。對電氣設備進行選擇，電氣設備的選擇條件包括兩大部分：一是電氣設備所需要滿足的基本條件，即按正常工作條件選擇，并按短路狀態(tài)校驗動、熱穩(wěn)定；二是根據(jù)不同電氣設備的特點而提出的選擇和校驗項目?？紤]到對變壓器的保護在設計中對主變壓器設置了以下繼電保護：瓦斯保護、過電流保護和電流速斷保護。通過本次課程設計，旨在熟悉變電所中供電系統(tǒng)的負荷計算，掌握變

3、電所中二次回路的基本原理，在次基礎上對供電系統(tǒng)中的變電所二次接線進行了設計和保護，最后根據(jù)具體環(huán)境條件對電氣設備進行校驗，使本次設計的內(nèi)容更加完善。關鍵詞：電力負荷計算，變壓器選擇，短路電流計算，繼電保護目錄1.設計依據(jù)與負荷計算11.1 設計依據(jù)11.2電力負荷計算12.變壓器選型及架空線選擇32.1 無功補償電容器選擇3 2.2 主變壓器的選擇32.3 各變電所變壓器選擇4 2.4 架空線的選擇53.短路電流的計算63.1 三相短路電流計算目的63.2 短路電流計算公式63.3 各母線短路電流列表74高低壓電器設備的選擇84.1 35KV高壓設備選擇及校驗8 4.2 10KV中壓設備的選擇

4、及校驗84.3 0.38KV低壓設備選擇及校驗95繼電保護配置95.1主變壓器保護9 5.1.1 瓦斯保護9 5.1.2 電流速斷保護9 5.1.3 過電流保護10 5.1.4 過負荷保護11 5.2 35KV進線線路保護115.3 10KV線路保護126變電所內(nèi)，外布置136.1概述146.2變電所內(nèi)布置146.3變電所外布置147. 防雷和接地裝置的確定147.1 防雷裝置的確定147.2 直擊雷的防治147.3 雷電侵入波保護14 7.4 接地裝置確定148.主接線圖16心得體會17參考文獻18致謝191設計依據(jù)與負荷計算1.1設計依據(jù)(1)本廠設有薄膜、單絲、管材、注射等四個車間，設備

5、選型全部采用我國新定型設備其外還有輔助車間及其它設施。(2)全廠各車間電氣設備及車間變電所負荷計算表（380伏側）。(3)本場與電業(yè)部門的供電協(xié)議：1)該廠由處于廠南側一公里的110/35千伏變電所用35千伏架空線路向其供電，該所在城南側4km。2)電業(yè)部門變電所配出線路定時限過電流保護裝置的整定時間為2s，工廠配電所應不大于1.3s。3)在總配變點點所35kv側計量。4)工廠的功率因數(shù)值要求在0.9以上。5)供電系統(tǒng)技術數(shù)據(jù)：電業(yè)部門變電所35kv母線為無限大電源系統(tǒng)，其短路容量200兆伏安(4)生產(chǎn)車間為三班制，部分車間為單班或兩班制，全年最大負荷利用時間為5000小時，屬于三級負荷。(5

6、)本廠自然條件：1)本地區(qū)最熱月平均最高溫度為35攝氏度。2)土壤中0.71深處一年最熱月平均溫度為20攝氏度。 3)年雷暴日為30天。4)土壤凍結深度為1.10米。5)主導風向夏季為南風。(6)地質(zhì)水文條件：1)本廠地表面比較平坦，土壤主要成分為積土及砂質(zhì)粘土，層厚為1.67米不等。2)地下水位一般為0.7米，3)地耐壓力為20噸/平方米。1.2電力負荷計算根據(jù)公式： 分別計算出各車間的有功和無功功率及視在功率的計算值填入表1-1表1-1 全廠各車間電氣設備及車間變電所負荷計算表（380伏側）序號車間或用電設備組名稱設備容量(千瓦)需要系數(shù)功率因數(shù)Cos功率因數(shù)腳正切tan計算負荷有功(千瓦

7、)無功(千乏)視在(千伏安)（1）變電所1薄膜車間14000.60.61.338401117214002原料庫300.250.51.737.512.975153生活間100.8108084成品庫（一）250.30.51.737.512.975155成品庫（二）240.30.51.737.212.45614.46包裝材料庫200.30.51.73610.38127小計15090.580.601.33876.21165.9861458.5（2）變電所1單絲車間13850.60.61.308311080.313852水泵及設備200.650.80.75139.7516.253小計14050.60.6

8、11.298441090.051378.6（3）變電所1注塑車間1890.40.61.3375.6100.5481262管材車間8800.350.61.33308409.64513.3333小計10690.360.61.33383.6510.188638.31（4）變電所1備料復制車間1380.60.51.7382.8143.244165.62生活間100.8108O83浴室30.8102.402.44鍛工車間300.30.651.17910.5313.8465原料生活間150.81120126倉庫150.30.51.174.55.62597機修模具車間1000.250.651.732543.

9、2538.4628熱處理車間1500.60.71.029091.8128.5719鉚焊車間1800.30.51.735493.4210810小計6410.450.591.35287.7387.509482.63（5）變電1鍋爐房2000.70.750.88140123.2186.6672實驗室1250.250.51.7331.2554.062562.53輔助材料庫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辦公室招待所食堂150.60.61.33911.97157小

10、計4750.460.671.1218.5239.48324.188全廠合計509926103393.2134280.8879乘以參差系數(shù)全廠合計（=0.9， =0.95）0.587423493223.5523988.622變電所高壓電器設備選型2.1補償電容器選擇依據(jù)設計依據(jù)（4），要求本廠功率因數(shù)在0.9以上，而本廠的無功功率明顯大于有功功率：cos=2349/3998.62=0.5874 遠遠小于要求的功率因數(shù)，所以需要進行無功補償，為了計算方便，這里選擇功率因數(shù)為0.933.Qc=2349tan(arccos0.587)-2349tan(arccos0.933)=2330.06Kvar有

11、計算數(shù)據(jù)可以得到要補償?shù)墓β?，總共補償2400kvar，故選用24個BWF6.3-100-1并聯(lián)電容器進行補償。2.2主變壓器的選擇由于該廠的負荷屬于二級負荷，對電源的供電可靠性要求較高，宜采用兩臺變壓器，以便當一臺變壓器發(fā)生故障后檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續(xù)供電，故選兩臺變壓器。(1)當選用的變壓器為明備用時，兩臺變壓器容量均為SN.T=2349/0.933=2517.7KVA。須選兩臺S9-3150/35型低損耗配電變壓器，其聯(lián)接組別采用Yyn0。(2)若為暗備用時每臺容量按SN.T0.72517.7kVA=1764.8kVA，須選兩臺S9-2000/35型低損耗配電變壓器，其

12、聯(lián)接組別采用Yyn0?？紤]到變壓器的利用率以及變壓器損耗我們決定使用暗備用的方式。因此無功補償后工廠380V側和35KV側的負荷計算如表2.1所示。查表得：空載損耗 P0=3.4Kw；負載損耗Pk=19.80kw；空載電流I0%=1.1；阻抗電壓Uk%=7.5；重量4.175t規(guī)矩820mm主變壓器功率損耗：S=1/2SNT=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*0.39

13、63=81.445Kva或者利用經(jīng)驗公式：Pt=0.015S=0.015*1258.85=18.8828KvaQt=0.06S=0.06*1258.85=75.531KVa 表2-1 無功補償后工廠的計算負荷項目cos計算負荷/kW/kvar/kVA380V側補償前負荷0.587423493223.5523988.62380V側無功補償容量-2400380V側補償后負荷0.942349823.5522350.45主變壓器功率損耗3715035KV側負荷總計0.9332386973.5522576.972.3各變電所變壓器選擇(1)安裝兩臺變壓器互相暗備用，其容量按SN.T0.7=0.71458

14、.5 kVA =1020.95 kVA因此選兩臺S9-1250/10型低損耗配電變壓器，其聯(lián)接組別采用Yyn0。(2)安裝兩臺變壓器互相暗備用，其容量按SN.T0.7=0.71378.6 kVA =965.02kVA因此選兩臺S9-1000/10型低損耗配電變壓器，其聯(lián)接組別采用Yyn0。(3)安裝一臺變壓器，其容量按SN.T=638.31 kVA因此選一臺S9-800/10型低損耗配電變壓器，其聯(lián)接組別采用Yyn0。(4)安裝一臺變壓器，其容量按SN.T=482.63 kVA因此選一臺S9-500/10型低損耗配電變壓器，其聯(lián)接組別采用Yyn0。(5)安裝兩臺變壓器互相暗備用，其容量按SN.

15、T0.7=0.7324.18 kVA =226.93kVA因此選兩臺S9-250/10型低損耗配電變壓器，其聯(lián)接組別采用Yyn0。表2-2 各變壓器型號及其參數(shù)型號額定電壓/kV連接組別損耗/W空載電流（%）阻抗電壓（%）高壓低壓空載負載主變壓器兩臺暗備用S9-2000/353510Yyn02600190000.756.5兩臺暗備用S9-1250/10100.38Yyn01950120000.64.5兩臺暗備用S9-1000/10100.38Yyn01700103000.74.5選一臺S9-800/10100.38Yyn0140075000.84.5選一臺S9-500/10100.38Yyn0

16、96051001.04兩臺暗備用S9-250/10100.38Yyn056030501.242.4 架空線的選擇1.由于本廠由電業(yè)部門某一110/35千伏變電所供電且兩臺主變壓器互相暗備用所以架空線選擇兩條互相明備用。2.架空線截面積的選擇1).按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面積線路在工作時的最大工作電流：Ig=/（*）=2581.83/（*35）=42.6A該生產(chǎn)車間為三班制，部分車間為單班或兩班制，全年最大負荷利用時數(shù)為5000小時，屬于三級負荷。其鋼芯鋁線的電流密度J=0.9所以導線的經(jīng)濟截面面積：Sj=Ig/J=42.6/0.9=47.33mm2考慮到線路投入使用的長期發(fā)展遠景，選用截面積為

17、50 mm2的導線，所以35KV架空線為LGJ-50的導線。2).按長時允許電流校驗導線截面積。查表得LGJ-50型裸導線的長時允許電流Iy=220A()當環(huán)境溫度為35度時，導線最高工作溫度為70度。其長時允許電流為：=194.02A當一臺變壓器滿載，一條輸電線檢修時導線負荷最大，這時的負荷電流為：Ie=Se/（*Un）=33A。由于Ie,所以符合要求。3).按電壓損失校驗查表得LGJ-50導線的單位長度電阻和電流為：R0=0.65 X0=0.42 線路總的電壓損失為：U=( P*R+ Q*X)/Un=56.15V電壓損失百分比為：U%=U/Un=0.00160.05所以導線符合要求。4).

18、按機械強度校驗鋼芯鋁線非居民區(qū)35KV最小允許截面為10 mm2所以符合要求。3短路電流的計算3.1三相短路電流的計算目的為了保證電力系統(tǒng)安全運行，擇電氣設備時，要用流過該設備的最大短路電流進行熱穩(wěn)定校驗和動穩(wěn)定校驗，以保證設備在運行中能夠經(jīng)受住突發(fā)短路引起的發(fā)熱和點動力的巨大沖擊。同時，為了盡快切斷電源對短路點的供電，繼電保護裝置將自動地使有關斷路器跳閘。繼電保護裝置的整定和斷路器的選擇，也需要短路電流數(shù)據(jù)。3.2短路電流的計算公式（標幺值計算方法）：基準容量Sd=100MVA，基準電壓Uav=37KV，10.5KV(1)電力系統(tǒng)的電抗標幺值: =Sd/Soc(2)電力線路的電抗標幺值: (

19、3)電力變壓器的電抗標幺值: (4)三相短路電流周期分量有效值: (5)短路點處的次暫態(tài)短路電流: (6)短路沖擊電流： （高壓系統(tǒng)）(7)沖擊電流有效值: （高壓系統(tǒng)）(8)三項短路容量： (9) ， ， 3.3各母線短路電流列表根據(jù)下圖和以上公式計算母線短路電流：圖3-1 短路計算電路 圖3-2 短路計算等效電路路表3-1 母線短路電流列表短路計算點三相短路電流/KA三相短路容量/MVA最大運行方式K-13.033.033.037.734.58194.33K-22.572.572.576.553.8846.7最小運行方式K-12.952.952.955.4823.22189.04K-21.

20、461.461.462.691.5926.464.高低壓設備的選擇 根據(jù)上述短路電流的計算結果，按照設計思路中按正常工作條件選型，按短路情況進行校驗的思想，總配變電所的高低壓設備選型情況確定如下：4.1 35Kv高壓側設備選擇35Kv測設備選擇如下表4-1表4-1 35Kv高壓側設備選擇計算數(shù)據(jù)高壓斷路器SW2-35/600隔離開關GW2-35G電壓互感器JDJJ2-35電流互感器LB-35避雷器Fz-35備注U=35KV35KV35KV35KV35KV35KVI=18.6A600A600A2*200/5Ik=3.03KA6.6ka=7.73 KA17KA42KA3.3*200*4=3.03*

21、4Sk=194.33MVA400MVA4.2 10Kv中壓側設備選擇10Kv中壓側設備選擇見表4-2表4-2 10Kv中壓側設備選擇計算數(shù)據(jù)高壓斷路器SN10-10I隔離開關GN6-10T/200電流互感器LA-10備注U=10KV10KV10KV10KV采用GG-10-54高壓開關柜I=34.49A630A200A100/5=2.57KA16KA=6.55KA40KA25.5KA160*100*4=46.7MVA300MVA4.3 0.38KVA側設備選擇0.38KVA側設備選擇采用BFC-0.5G-08低壓開關柜。5繼電保護配置5.1主變壓器保護電力變壓器繼電保護配置的一般原則：(1)裝設

22、過電流保護和電流速斷保護裝置用于保護相間短路；(2)800kVA以上油浸式變壓器和400kVA及以上車間內(nèi)油浸式變壓器應裝設氣體保護裝置用于保護變壓器的內(nèi)部故障和油面降低；(3)單臺運行的變壓器容量在10000kVA及以上和并列運行的變壓器每臺容量在6300kVA及以上或電流速斷保護的靈敏度不滿足要求時應裝設差動保護裝置用于保護內(nèi)部故障和引出線相間短路； (4)裝設過負荷保護和溫度保護裝置分別用于保護變壓器的過負荷和溫度升高。由于我們變壓器的視在功率為500HZ，所以我們不需要采用溫度保護。對于本設計中高壓側為35KV的工廠總降壓變電所主變壓器來說，應裝設瓦斯保護、過電流保護和電流速斷保護。5

23、.1.1瓦斯保護 防止變壓器內(nèi)部短路及油面降低，輕瓦斯動作于信號 ，重瓦斯動作于跳閘，本次采用FJ-80型開口杯擋板式氣體繼電器。5.1.2電流速斷保護防止變壓器線圈和引出線多相短路，動作與跳閘。式中為變壓器低壓母線三相短路電流周期分量有效值。為可靠系數(shù).為變壓器的電壓比。在此設計中, ,因此速斷電流：靈敏度校驗：式中 為在電力系統(tǒng)最小運行模式方式下，變壓器高壓側的兩相短路電流。為速斷電流驗算到一次電路的值（單位為A）。 在此設計中 5.1.3過電流保護 防止外部相間短路并作為瓦斯保護和電流速斷保護的后背保護，動作與跳閘，本次采用GL15型感應式過電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分流跳閘的操

24、作方式。因為高壓側有I=2000/（35）=32.99A，電流互感器采用三角形接法，計算電流互感器變比Ki =（32.99）/5 = 57.1/5，選用電流互感器變比Ki =100/5=20式中為變壓器的最大負荷電流，可取為為變壓器的一次額定電流，保護裝置的可靠系數(shù)，對定時限可取1.2，反對時限取1.3；為保護裝置的接線系數(shù)，對相電流接線取1，對相電流差接線??；為電流繼電器的返回系數(shù)，對于感應式電流繼電器GL-15/10來說，應取0.8；為電流互感器的變比。在該廠設計中：取，動作電流為： ,因此整定值為3A。過電流保護動作時間整定計算 式中為變壓器母線發(fā)生三相短路時高壓側繼電保護的動作時間，在

25、變壓器低壓側保護裝置發(fā)生低壓母線發(fā)生三相短時的一個最長的動作時間，為前后兩級保護裝置時間級差，對定時限過電流保護，可取0.5s，對反時限過電流保護可取0.7s。靈敏度校驗：式中為在電力系統(tǒng)最小運行方式下，低壓母線兩相短路電流折合到變壓器高壓側的值；為繼電保護的動作電流換算到一次電路的值，稱為一次動作電流（單位為A）。如果作為后備保護，由在此設計中靈敏度為： ，靈敏度校驗滿足要求。5.1.4過負荷保護保護動作電流整定計算式中為變壓器的額定一次電流，為電流互感器的電流比。動作時間的整定計算5.2 35KV進線線路保護過電流保護由于電流速斷保護不能保護線路全長，因此由過電流保護作為其后背保護，同時防

26、止速度按保護區(qū)域外部的相間短路，保護動作與跳閘。1.過電流保護動作電流的整定計算 式中：線路最大負荷電流，可取為(1.5-3)為線路計算負荷電流。保護裝置的可靠系數(shù)，對GL型取1.3；保護裝置的結線系數(shù)，對相電流結線為1，對相電流差結線取。電流繼電器的返回系數(shù)，對于感應式電流繼電器GL-15/10來說應取0.8。電流互感器的變流比。必須注意：對感應式繼電器的 應整定為整數(shù)，且在10A以內(nèi)。在此設計中： , 。因此動作電流為： 因此整定為2A。2.過電流保護動作時間過電流保護動作時間整定為2s，同時工廠配電所的定時限電流保護的整定時間不大于1.3s。過電流保護靈敏系數(shù)的校驗式中， 在電力系統(tǒng)最小

27、運行方式下，高壓線路末端兩相短路；為繼電保護的動作電流換算到一次電路的值，稱為一次動作電流。3.如果作為后備保護，則靈敏系數(shù)即可。在此設計中因此其保護靈敏系數(shù)為: 靈敏度系數(shù)滿足要求。5.3 10KV線路保護 過電流保護：防止電路中短路電流過大，保護動作與跳閘。1.過電流保護動作電流的整定計算 式中：線路最大負荷電流，可取為(1.5-3)為線路計算負荷電流。保護裝置的可靠系數(shù)，對GL型取1.3；保護裝置的結線系數(shù)，對相電流結線為1，對相電流差結線取。電流繼電器的返回系數(shù)，對于感應式電流繼電器GL-15/10來說應取0.8。電流互感器的變流比。必須注意：對感應式繼電器的應整定為整數(shù)，且在10A以

28、內(nèi)。在此設計中： , ， 因此動作電流為： 因此整定為6A。2.過電流保護動作時間過電流保護動作時間整定為2s，同時工廠配電所的定時限電流保護的整定時間不大于1.3s。3.過電流保護靈敏系數(shù)的校驗 式中， 在電力系統(tǒng)最小運行方式下，高壓線路末端兩相短路；為繼電保護的動作電流換算到一次電路的值，稱為一次動作電流。如果作為后備保護，則靈敏系數(shù)即可。在此設計中 因此其保護靈敏系數(shù)為: 靈敏度系數(shù)滿足要求。6變電所內(nèi)，外布置情況6.1概述 該設計為35KV地面變電所一次設計，該變電所是針對全場全年生產(chǎn)能力為某塑料制品廠設計的，變電所內(nèi)一次設備主要有：兩臺主要變壓器（S9-2000/35）和多油斷路器，

29、隔離開關，電源變壓器，所用變壓器，避雷針，高壓開關柜進線柜等。6.2室內(nèi)布置 整個主控制室和高壓配電室坐南朝北，這樣便于主控制室采光，變電所房屋建筑布置見室內(nèi)平面圖。 主控制室內(nèi)裝設有低位配電屏，主變保護屏，中央信號，中央信號繼電器及電度表屏，主變保護控制屏，主變控制屏，中央信號布置在北側，正對著值班人員。 母線的配電裝置分別設在兩個單獨的房間內(nèi)，兩個配電室之間通過兩面雙開鋼門相連接，另外兩個配電室來由一個外開式雙開鋼門。 電容器應單獨放置在一個房間內(nèi)。6.3室外布置35KV電源線由變電所東部引進，配電裝置采用低式布置，避雷器，電源變壓器及它的保護用的熔斷器，低式布置在母線兩端，避雷器，電源變

30、壓器布置在主控制器的東側，6KV高壓電纜從高壓配電室引進來，低電壓經(jīng)穿墻套管進入主控制室，配電裝置間隔為5米，進線相間距離為1.3米，最大允許尺度為0.7米。7 防雷和接地裝置的確定7.1防雷裝置確定雷電引起的大氣過電壓會對電器設備和變電所的建筑物產(chǎn)生嚴重的危害，因此在變電所必須采取有效的防雷措施，以保證電器設備的安全。下面分情況對防雷裝置進行選擇。7.2直擊雷的防治根據(jù)變電所雷擊目的物的分類，在變電所的中的建筑物應裝設直擊雷保護裝置。在進線段的1km長度內(nèi)進行直擊雷保護。防直擊雷的常用設備為避雷針。所選用的避雷器：接閃器采用直徑的圓鋼；引下線采用直徑的圓鋼；接地體采用三根2.5m長的的角鋼打

31、入地中再并聯(lián)后與引下線可靠連接。7.3雷電侵入波保護由于雷電侵入波比較常見，且危害性較強，對其保護非常重要。為了其內(nèi)部的變壓器和電器設備得以保護，在配電裝置內(nèi)安放閥式避雷器。7.4接地裝置確定接地裝置為接地線和接地體的組合，結合本廠實際條件選擇接地裝置：交流電器設備可采用自然接地體。本廠的大接地體采用扁鋼，經(jīng)校驗，截面選擇為，厚度為。銅接地線截面選擇：低壓電器設備地面上的外露部分截面選擇為（絕緣銅線）；電纜的接地芯截面選擇為。8.主接線圖圖8-1主接線圖心得體會這次的課程設計實踐，是我們接受專業(yè)培養(yǎng)的一個教學環(huán)節(jié)，也是對我們的知識、能力和素質(zhì)的一次培養(yǎng)訓練和檢驗。不僅使我們熟悉了用戶供配電系統(tǒng)初步設計必須遵循的原則、基本內(nèi)容、設計程序、設計規(guī)范，更鍛煉了我們對于工程設計、技術經(jīng)濟分析比較、工程計算、工具書使用等能力，并使我們了解到了供電配電系統(tǒng)前沿技術及先進設備。通過這兩個星期對某塑料制品廠全廠總配變電所及配電系統(tǒng)的設計，我發(fā)