昌盛冶金機(jī)修廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、2010級(jí)供電技術(shù)課程設(shè)計(jì) 昌盛冶金機(jī)修廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名學(xué) 號(hào) 院、系、部電氣工程系班 號(hào) 方1010-1完成時(shí)間 2013年7月2日目 錄第1章設(shè)計(jì)任務(wù)1 1.1設(shè)計(jì)要求1 1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)1 工廠負(fù)荷情況1 供電電源情況1 其他設(shè)計(jì)資料2第2章 負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償2 2.1 負(fù)荷計(jì)算公式2 每個(gè)車間計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式2 各支路計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式2 低壓母線計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式2 2.2 廠負(fù)荷實(shí)際計(jì)算3 2.3 無功功率補(bǔ)償4第3章 變電所主變壓器及主接線方案的選擇5 3.1變壓器臺(tái)數(shù)的確定5 主變壓器臺(tái)數(shù)選擇原則5 選擇一臺(tái)或者兩臺(tái)變壓器的優(yōu)缺點(diǎn)6 3.2變壓器的選擇6 3.3

2、主接線方案6第4章短路計(jì)算8 4.1短路計(jì)算的目的8 4.2短路計(jì)算的方法8 4.3求各元件電抗標(biāo)幺值8第5章變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)10 5.1 35kV高壓斷路器的選擇10 5.2隔離開關(guān)的選擇10第6章 工廠電力線路的選擇與校驗(yàn)11 6.135kV高壓進(jìn)線的選擇11 6.210kV高壓進(jìn)線的選擇12第7章降壓變電所的防雷12 7.1雷的防護(hù)12 7.2變電所公共接地裝置的設(shè)計(jì)13 7.3接地裝置的設(shè)計(jì)13第8章設(shè)計(jì)總結(jié)13參考文獻(xiàn)14附錄15第1章設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)要求根據(jù)已知的設(shè)計(jì)依據(jù)，合理設(shè)計(jì)昌盛冶金機(jī)修廠供配電系統(tǒng)，確定該廠變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)與容量、類型，選擇變電所主接線方案、高

3、低壓設(shè)備和進(jìn)出線，確定防雷接地裝置，最后按要求寫出設(shè)計(jì)說明書，繪制該廠的主接線圖，要求該廠功率因數(shù)不低于0.9。1.2 設(shè)計(jì)依據(jù) 工廠負(fù)荷情況本廠屬于二、三級(jí)負(fù)荷，廠內(nèi)車間為三班制，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為6000h。本廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)情況如下表所示：序號(hào)車間名稱設(shè)備容量 (kW)1鉚焊車間7000.300.55鑄鐵車間3000.350.71號(hào)水泵房1900.750.652機(jī)修車間6000.850.65鍛造車間3200.30.652號(hào)水泵房4600.250.603制材場600.750.7綜合樓300.750.63號(hào)水泵房3000.650.654鑄鋼車間3200.600.90倉庫2200.850.84號(hào)水

4、泵房2900.850.65表1-1 各車間負(fù)荷情況表 供電電源情況本廠供電電源來自本廠東南方向8KM外的220/35kV地區(qū)變電站，以35kV雙回路架空線引入本廠，一路為主電源，另一路為備用電源，兩個(gè)電源不能并聯(lián)運(yùn)行。 其他設(shè)計(jì)資料(1)氣象及地質(zhì)資料年最高平均氣溫為35；年平均溫度為24，年最高氣溫為39，年最低氣溫為-5，年雷暴雨日數(shù)為31天，廠區(qū)土壤為砂質(zhì)粘土，=100/，地下水位為2.85.3米。 (2)電力系統(tǒng)參數(shù)35kV側(cè)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式時(shí)，其短路容量為320MVA；35kV側(cè)系統(tǒng)最小運(yùn)行方式時(shí)，其短路容量為160MVA。第2章 負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償2.1 負(fù)荷計(jì)算公式 每個(gè)車間

5、計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式有功計(jì)算負(fù)荷： ，為系數(shù) 無功計(jì)算負(fù)荷：視在計(jì)算負(fù)荷：計(jì)算電流： ，為用電設(shè)備的額定電壓 各支路計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式有功計(jì)算負(fù)荷：,可取0.850.95。無功計(jì)算負(fù)荷： ，可取0.90.97。視在計(jì)算負(fù)荷：計(jì)算電流： 低壓母線計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式有功計(jì)算負(fù)荷：,可取0.850.95。無功計(jì)算負(fù)荷：，可取0.90.97視在計(jì)算負(fù)荷：計(jì)算電流：2.2 廠負(fù)荷實(shí)際計(jì)算本設(shè)計(jì)共將負(fù)荷分為兩條支路，其中支路一直接接六個(gè)車間，支路二又分為兩條支路，一條支路接車間，另一支路經(jīng)過10KV/0.4KV變壓器接低壓用電車間。表2-1 支路一負(fù)荷計(jì)算表車間名稱設(shè)備 容量kW需要系數(shù)Kd功率因數(shù)計(jì)算負(fù)荷

6、/kW/kvar/kVA/A鉚焊車間7000.300.551.52210319.20382.08580.53機(jī)修車間6000.850.651.17510596.70784.951193.65鍛造車間3200.300.651.1796112.32147.76224.50鑄鋼車間3200.600.900.4819292.16212.97323.59制材場600.750.701.0245.0045.9064.2897.66表2-2 支路二負(fù)荷計(jì)算表車間名稱設(shè)備容量kW需要系數(shù)Kd功率因數(shù)計(jì)算負(fù)荷/kW/kvar/kVA/A一號(hào)水泵房1900.750.651.17142.50166.73219.333

7、33.24二號(hào)水泵房4600.250.601.33115152.95191.36290.75三號(hào)水泵房3000650.651.17195.00228.15300.13456.01四號(hào)水泵房2900850.651.17246.5288.41379.39576.45倉庫2200.850.800.75187140.25233.75355.16綜合樓300.750.601.3322.5029.9337.4456.89鑄鐵車間3000.350.701.02105107.1 149.98227.88表2-3各支路變壓器低壓母線總負(fù)荷計(jì)算表支路名稱計(jì)算負(fù)荷/kW/kvar/kVA/A支路一0.950.970

8、.661.141000.351131.291510.2487.19支路二0.950.970.621.27932.471172.621498.1886.50低壓支路0.950.970.641.20863.081034.431347.201944.522.3 無功功率補(bǔ)償工廠中由于有大量的異步電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、電弧爐等感性負(fù)荷，還有感性的電力變壓器，從而使功率因數(shù)降低。在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運(yùn)行性能、提高自然功率因數(shù)的情況下，尚達(dá)不到規(guī)定的廠功率因數(shù)，則需要考慮增設(shè)無功功率補(bǔ)償裝置。在供配電系統(tǒng)中普遍采用在感性負(fù)載兩端并聯(lián)合適的電容器，本設(shè)計(jì)即采用并聯(lián)電容、就地補(bǔ)償?shù)姆椒▉磉M(jìn)行無功補(bǔ)償。（1）

9、 支路一主變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)為： 為使高壓側(cè)的功率因數(shù)不小于0.90，則低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)取0.92，低壓側(cè)補(bǔ)償電容器的補(bǔ)償容量為： =(-)=1000.35tan(arccos0.66)-tan(arccos0.92)= 712.53 kvar取=800 kvar，則補(bǔ)償后主變電所低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：變壓器的功率損耗為：補(bǔ)償后變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為：補(bǔ)償后的功率因數(shù)為0.93，所以滿足要求。（2） 支路二主變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)為： 為使高壓側(cè)的功率因數(shù)不小于0.90，則低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)取0.92，低壓側(cè)補(bǔ)償電容器的補(bǔ)償容量為： =(-)=1000.35tan(arc

10、cos0.62)-tan(arccos0.92)= 783.27 kvar取=800 kvar，則補(bǔ)償后主變電所低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：變壓器的功率損耗為：補(bǔ)償后變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為：補(bǔ)償后的功率因數(shù)為0.91，所以滿足要求。表2-4 總降壓變電所補(bǔ)償前后負(fù)荷對(duì)比表支路序號(hào)/kW/kvar/kVA/A補(bǔ)償容量/ 1前0.661000.351131.291510.2487.19800后0.931010.89387.981082.7962.522前0.62932.471172.621498.1886.50800后0.91942,51422,831033.0159.64第3章 變電所主變壓器及主

11、接線方案的選擇3.1變壓器臺(tái)數(shù)的確定 3.1.1主變壓器臺(tái)數(shù)選擇原則(1)應(yīng)滿足用電負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求。對(duì)供有大量一、二級(jí)負(fù)荷的變電所，應(yīng)采用兩臺(tái)變壓器。 (2)對(duì)季節(jié)性負(fù)荷或晝夜負(fù)荷變動(dòng)較大而宜采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的變電所，也可考慮采用兩臺(tái)變壓器。(3)在考慮變電所變壓器臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮負(fù)荷的發(fā)展，留有一定的余地。 3.1.2選擇一臺(tái)或者兩臺(tái)變壓器的優(yōu)缺點(diǎn) (1)選用兩臺(tái)變壓器的變電所，當(dāng)一臺(tái)變壓器發(fā)生故障或檢修時(shí)，另一臺(tái)能對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷繼續(xù)供電。當(dāng)負(fù)荷大的時(shí)候，兩臺(tái)變壓器又可以配合運(yùn)用。但是兩臺(tái)變壓器的投資比較大，運(yùn)行損耗也較大，增大了運(yùn)行成本。(2)選用一臺(tái)變壓器的變電所，當(dāng)變壓器發(fā)生故障

12、或檢修時(shí)，那么將出現(xiàn)全場停電的嚴(yán)重情況，如果一級(jí)負(fù)荷遇到了停電那么損失是無法估算的，因此一臺(tái)變壓器的供電可靠性比較差，但是一臺(tái)變壓器的投資小，運(yùn)行損耗小，減少了運(yùn)行成本。綜上所述，選用兩臺(tái)變壓器雖然它有一些缺點(diǎn)，但優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的缺點(diǎn)。變電所通常為了生產(chǎn)、生活、用電等的需要，都會(huì)選用兩臺(tái)變壓器，另外選一臺(tái)車間變壓器。3.2變壓器的選擇裝有兩臺(tái)變壓器的變電所，任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，宜滿足總計(jì)算負(fù)荷的大約60%70%的需要。任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷的需要。由以上計(jì)算可得，本廠的支路一的負(fù)荷容量為1510.24，支路二的負(fù)荷容量為1498.18，低壓支路的負(fù)荷容量為1347.

13、20。考慮到未來負(fù)荷的增長，故選用兩臺(tái)主變壓器容量均別為2000型號(hào)為S92-2000/35，低壓支路的選用容量為1600型號(hào)為S9-1600/10。3.3主接線方案對(duì)工廠變配電所主接線有安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。在此，主變壓器采用內(nèi)橋式接線，10KV側(cè)低壓母線采用單母線分段接線，其中一側(cè)母線若出現(xiàn)故障時(shí)，可使用另一側(cè)母線進(jìn)行供電，保證了供電可靠性，同時(shí)體現(xiàn)了主接線的靈活性。 聯(lián)接變壓器雖在低壓側(cè)接用單相不平衡負(fù)荷時(shí)，要求低壓中性線電流不超過低壓繞組額定電流的25%，因而嚴(yán)重限制了其接用單相負(fù)荷的容量，影響了變壓器設(shè)備能力的發(fā)揮。但是由于聯(lián)接變壓器一次繞組的絕緣強(qiáng)度要求比聯(lián)接變壓器稍低，從

14、而制造成本降低，故可采用合理分配單相用電負(fù)荷的方法，使三相符合盡量平衡，三臺(tái)變壓器均為方式接線。主接線圖如下所示：圖3-1系統(tǒng)主接線圖第4章短路計(jì)算4.1短路計(jì)算的目的短路是電力系統(tǒng)中最常見和最嚴(yán)重的一種故障。所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常情況以外的一切相與相之間或相與地之間發(fā)生通路的情況。引起短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分絕緣損壞。短路后，短路電流會(huì)達(dá)到非常大的數(shù)值，從而產(chǎn)生熱效應(yīng)和力效應(yīng)，因此短路帶來的后果往往是破壞性的。所以要進(jìn)行短路計(jì)算。4.2短路計(jì)算的方法常用的短路電流的計(jì)算方法有歐姆法和標(biāo)幺制法。歐姆法，又稱有名單位制法，因其短路計(jì)算中的阻抗都采用有名單位“歐姆”而得名。標(biāo)幺制法，又

15、稱相對(duì)單位制法，因其短路計(jì)算中的有關(guān)物理量采用標(biāo)幺值即相對(duì)單位而得名。由于各元件均采用相對(duì)值，與短路計(jì)算點(diǎn)的電壓無關(guān)，因此電抗標(biāo)幺值無需進(jìn)行電壓換算，這是標(biāo)幺制法優(yōu)于歐姆法之處，所以下面采用標(biāo)幺制法進(jìn)行短路電流的計(jì)算。4.3求各元件電抗標(biāo)幺值選取基準(zhǔn)值則 (1)電力系統(tǒng)的電抗當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)， (2)架空線路WL的電抗標(biāo)幺值(3)主變壓器的電抗標(biāo)幺值=工廠供電主接線短路計(jì)算點(diǎn)簡圖如下圖所示;4-1短路計(jì)算點(diǎn)簡圖圖4-1 短路計(jì)算簡圖表4-1短路電流計(jì)算匯總表短路計(jì)算點(diǎn)運(yùn)行方式 三相短路電流/kA短路容量/MVA最大2.892.892.897.374.36185.19最小1.811.811.814.5

16、32.73116.28最大2.992.992.997.624.5154.35最小2.552.552.556.503.8346.30第5章變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)5.1 35kV高壓斷路器的選擇為了保證電力線路的穩(wěn)定運(yùn)行，高壓設(shè)備的選擇非常重要，其中高壓斷路器的選擇應(yīng)該從額定電壓，額定電流，熱穩(wěn)定性，動(dòng)穩(wěn)定性短路電流等方面來校驗(yàn)，要求：、高壓斷路器選擇校驗(yàn)如表5-1：表5-135kV高壓斷路器選擇校驗(yàn)序號(hào)裝設(shè)地點(diǎn)的電氣條件SW2-35/1000型斷路器項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)結(jié)論135kV35kV合格234.88A1000A合格32.89kA16.5kA合格47.37kA45kA合格510.861089

17、合格10kV側(cè)，選SN10-10II型號(hào)斷路器，經(jīng)校驗(yàn)滿足要求。5.2隔離開關(guān)的選擇（1）隔離開關(guān)選擇和校驗(yàn)：（2） =34.88A =600A（3）穩(wěn)定校驗(yàn)=7.37kA ，kA，滿足。（4）穩(wěn)定校驗(yàn) = 滿足隔離開關(guān)選擇校驗(yàn)如表5-2：表5-235kV隔離開關(guān)選擇校驗(yàn)序號(hào)裝設(shè)地點(diǎn)的電氣條件GW2-35G型隔離開關(guān)項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)結(jié)論135kV35kV合格234.88A600A合格37.37kA42kA合格410.86kA合格10KV側(cè)，選GN-8-10/600型號(hào)隔離開關(guān)，經(jīng)校驗(yàn)滿足要求。第6章 工廠電力線路的選擇與校驗(yàn)6.135kV高壓進(jìn)線的選擇因?yàn)橹髯儔浩鳛殡妷簽?5kv，年最大負(fù)荷利

18、用小時(shí)數(shù)為6000h，所以架空線截面面積按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，按發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)。(1) 選擇經(jīng)濟(jì)截面最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)，查表得，所以可選標(biāo)準(zhǔn)截面，即LGJ-35型鋼芯鋁線。(2)校驗(yàn)發(fā)熱條件當(dāng)?shù)啬曜罡咂骄鶜鉁貫?5，查表LGJ-35的允許載流量。當(dāng)?shù)刈罡邷囟葹?9，所以溫度校正系數(shù)為因?yàn)?，所以選線滿足條件。(3)校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度查表得，35KV鋼芯鋁絞線的最小截面積，因此所選的LGJ-35型鋼芯鋁絞線滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。(4)校驗(yàn)電壓損耗利用A=35查表得LGJ型鋼芯鋁絞線，電抗（線幾何均距按2m計(jì)，水平排列），因此線路的電壓損耗為:線路電壓損耗百分值為因此所選LGJ-35型鋼芯鋁線滿足允許電

19、壓損耗要求。6.210kV高壓進(jìn)線的選擇(1) 支路一按發(fā)熱條件選擇截面積計(jì)算電流：查得環(huán)境溫度為35時(shí)明敷的BLX-500型截面積為16的允許載流量。，因此滿足發(fā)熱條件。所以選擇截面積為16的BLX型橡皮絕緣導(dǎo)線穿硬塑料管導(dǎo)線。(2) 支路一按發(fā)熱條件選擇截面積計(jì)算電流而查得環(huán)境溫度為35攝氏度時(shí)明敷的BLX-500型截面積為16的允許載流量，因此滿足發(fā)熱條件。所以選擇截面積為16的BLX型橡皮絕緣導(dǎo)線穿硬塑料管導(dǎo)線。第7章降壓變電所的防雷7.1雷的防護(hù)在峽谷地區(qū)的變配電所，可以利用避雷線來防護(hù)直擊雷。并且，在35kv及以上的變配電所架空進(jìn)線上，架設(shè)1-2km的避雷線，可以消除一段進(jìn)線上的雷擊閃絡(luò)，避免其引起的雷電侵入波對(duì)變配電所電氣裝置的危害。避雷器可以有效的防止雷電侵入波對(duì)變配電所電氣裝置特別是主變壓器的危害。而且，在變配電所的高壓側(cè)均應(yīng)裝