昌盛冶金機(jī)修廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、昌盛冶金機(jī)修廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)1豪2010級(jí)減!供電技術(shù)課程設(shè)計(jì)米凝生凝未昌盛冶金機(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1010T完成時(shí)間2013年7月2日i第1章設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)要求.1.2設(shè)計(jì)依據(jù)121工廠負(fù)荷情況122供電電源情況123其他設(shè)計(jì)資料第2章負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償2.1負(fù)荷計(jì)算公式2 .L1每個(gè)車間計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式3 .1.2各支路計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式213低壓母線計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式2.2 廠負(fù)荷實(shí)際計(jì)算2.3 無(wú)功功率補(bǔ)償11333333347i第3章變電所主變壓器及主接線方案的選擇.93變壓器臺(tái)數(shù)的確定1.1.1 主變壓器臺(tái)數(shù)選擇原則1.1.2 選擇一臺(tái)

2、或者兩臺(tái)變壓器的優(yōu)缺點(diǎn)3.2 變壓器的選擇9999.10123.3 主接線方案第4章短路計(jì)算4.1 短路計(jì)算的目的124.2 短路計(jì)算的方法124.3 求各元件電抗標(biāo)幺值12第5章變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)155.1 35kV高壓斷路器的選擇155.2 隔離開(kāi)關(guān)的選擇15第6章工廠電力線路的選擇與校驗(yàn)166.1 35kV高壓進(jìn)線的選擇166.2 10kV高壓進(jìn)線的選擇17第7章降壓變電所的防雷187.2變電所公共接地裝置的設(shè)計(jì)181819207.1雷的防護(hù)187.3接地裝置的設(shè)計(jì)第8章設(shè)計(jì)總結(jié)參考文獻(xiàn)附錄錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院供電技術(shù)課程設(shè)計(jì)第1章設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)要求根據(jù)已

3、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、高低壓設(shè)備和進(jìn)出線，確定防雷接地裝置，最后按要求寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，繪制該廠的主接線圖，要求該廠功率因數(shù)不低于0.9.L2設(shè)計(jì)依據(jù)121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6000k本廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)情況如下表所示：車間名設(shè)備容量(kW)KtiCOS1鉀焊車間鑄鐵車間1號(hào)水泵房機(jī)修車間7000.300.553000.350.71900.750.656000.850.65石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院供電技術(shù)課程設(shè)計(jì)表1-1各車間負(fù)荷情況表供電 情況本 電源來(lái) 東南方

4、8KM機(jī)修車 間6000.850.65鍛造車 間3200.30.652號(hào)水 泵房4600.250.60制材場(chǎng)600.750.7綜合樓300.750.63號(hào)水 泵房3000.650.65鑄鋼車 間3200.600.90倉(cāng)庫(kù)2200.850.81.2.2電源廠供電 自本廠 向外的4號(hào)水泵房2900.850.65220/35kV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。1.2.3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35C；年平土§溫度為24C,年最高氣溫為39C,年最低氣溫為-5C,年雷暴雨日數(shù)為31天，廠區(qū)土壤為砂質(zhì)粘土

5、，p=100Q/cm2，地下水位5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320MV-A;35kV側(cè)系統(tǒng)最小運(yùn)行方式時(shí)，其短路容量為160MVAo第2章負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償2.1 負(fù)荷計(jì)算公式2.1.1 每個(gè)車間計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式有功計(jì)算負(fù)荷：P30KdPe,Kd為系數(shù)無(wú)功計(jì)算負(fù)荷：Q30P30tan視在計(jì)算負(fù)荷：S3022Q30計(jì)算電流：I30S30/J3UN,Un為用電設(shè)備的額定電壓2.1.2 各支路計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式有功計(jì)算負(fù)荷：P30KpP30i,Kp可取0.850.95。無(wú)功計(jì)算負(fù)荷：Q30KqQ30i,Kq可取0.90.97。視在計(jì)算負(fù)荷：S

6、30.1F32Q30計(jì)算電流：I30S303Un2.1.3 低壓母線計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式有功計(jì)算負(fù)荷：P30KpP30i,Kp可取0.850.95。無(wú)功計(jì)算負(fù)荷：Q30KqQ30i,Kq可取0.90.97視在計(jì)算負(fù)荷：S30=,P3o+Q30計(jì)算電流：%S303Un2.2 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(guò)10KV/0.4KV變壓器接低壓用電車問(wèn)。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院供電技術(shù)課程設(shè)計(jì)表2-1支路一負(fù)荷計(jì)算表車間名稱設(shè)備容且里kW需要系數(shù)Kd功率因數(shù)costan計(jì)算負(fù)荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI

7、30/A佛焊車間7000.300.551.52210319.20382.08580.53機(jī)修596.7784.119395.656000.850.651.17510車間09112.3 147. 224.76501212. 323.9759鍛造、3200.300.651.17車間6鑄鋼3200.600.900.48制材場(chǎng)車間9264.297.6600.750.701.0245.0045.90表2-2支路二負(fù)荷計(jì)算表車間設(shè)備需要功率因數(shù)costan計(jì)算負(fù)荷P30/kQ3°/kvS30/kVI30/A石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院供電技術(shù)課程設(shè)計(jì)名稱容且里kW系數(shù)KdWarA號(hào)水泵房1900.75

8、0.651.17142.50166.73219.33333.24號(hào)水泵房4600.250.601.33115152.95191.36290.75號(hào)水泵房3000.650.651.17195.00228.15300.13456.01四號(hào)290水0.850.651.17246.5288.41379.39576.45212200.850.800.75187140.25233355.1300.750.601.3322.5029.933000.350.701.02105107.1支路名稱支路.7537.44149.9表2-3各支路變壓器低壓母線總負(fù)荷計(jì)算表計(jì)算負(fù)荷costan%/kQ3°/kv

9、aS30/kV0.90.970.661.141000.31131.1510.292456.89227.8I30/A87.19支0.90.970.621.27932.471172.1498.86.501862低國(guó).9-0.970.64支5路1.20863.081034.431347.1944.20522.3 無(wú)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(wú)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)

10、即采用并聯(lián)電容、就地補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。(1)支路一主變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)為：cos10.66為使高壓側(cè)的功率因數(shù)不/1、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：Qc=P30(tan1-tan2)=1000.35tan(arccos0.66)-tan(arccos0.92)=712.53kvar取QC=800kvar,則補(bǔ)償后主變電所低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：S'30.1000.3521131.29-80021053.78KVA變壓器的功率損耗為：一,一一一APT0.01S300.011053.7810.54kw想T0.05S300.051

11、053.7856.69kvar補(bǔ)償后變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為：_,_P301000.3510.541010,.89kwQ30656.691131.29800387.98kvarS'30.1010.892387.9821082,.79KVAI'30S30、3Un62.52Acos'P'30S'301010.891082.790.93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：cos20.62為使高壓側(cè)的功率因數(shù)不/1、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：Qc=P30(tani

12、-tan2)=1000.35tan(arccos0.62)-tan(arccos0.92)=783.27kvar取Qc=800kvar,則補(bǔ)償后主變電所低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：S30932.4721172.62-80021004.16KVA變壓器的功率損耗為：'APT0.01S300.011004.1610.04kw想T0.05S300.051004.1650.21kvar補(bǔ)償后變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為：_'_一P30932.4710.04942.51kwQ301172.6250.21800422.83kvarS30.942.512422.8321033.01KVAI'

13、30S303Un59.64Acos'P'30S'30932.471033.010.91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P30/kWQ3°/kvarS30/kVAI30/A補(bǔ)償容量/kvar序號(hào)cos刖0.661000.351131.291510.2487.191800后0.931010.89387.981082.7962.52刖0.62932.471172.621498.1886.502800后0.91942,51422,831033.0159.64第3章變電所主變壓器及主接線方案的選擇3.1 變壓器臺(tái)數(shù)的確

14、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)生故障或檢修時(shí)，那么將出現(xiàn)全場(chǎng)停電的嚴(yán)重情況

15、，如果一級(jí)負(fù)荷遇到了停電那么損失是無(wú)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S30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1510.24kVA,支路二的負(fù)荷容量為1498.18kVA，低壓支路的負(fù)荷容量為1347.20kVA?？紤]到

16、未來(lái)負(fù)荷的增長(zhǎng)，故選用兩臺(tái)主變壓器容量均別為2000kVA型號(hào)為S92-2000/35,低壓支路的選用容量為1600kVA型號(hào)為S9-1600/10O3.3 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。Yyno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(guò)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Yyn0聯(lián)接變壓器一次繞組的絕緣強(qiáng)度要求比Dy

17、nii聯(lián)接變壓器稍低，從而制造成本降低，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)變壓器均為丫80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(jiàn)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(lái)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

18、名單位“歐姆”而得名。標(biāo)幺制法，又稱相對(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(wú)關(guān)，因此電抗標(biāo)幺值無(wú)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Sd100MVAUd137KVUd210.5KV則Id1Sd、3Ud11.56KAId2Sd3Ud25.5KA(1)電力系統(tǒng)的電抗當(dāng)SOC)max320MVA時(shí)，X；minSd/$0：京1003200.31當(dāng)S0C)max160MVA時(shí)，X；maxSd/SOM100/1600.63(2)架空線路WL的電抗標(biāo)幺值

19、X20.481003720.23610010310025002.4主變壓器的電抗標(biāo)幺值*_X4=X3Uk%Sd100Sn(5.51o2.6KT26圖4-1短路計(jì)算簡(jiǎn)圖表4-1短路電流計(jì)算匯總表短路計(jì)算占八、運(yùn)行方式三相短路電流/kA短路容量/MVKiIk3I''33ishIS3Sk32.892.892.897.374.36185.1最1.811.81116.28大最 2.99 2.99 2.99 7.62 4.51 54.35第5章變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)5.135kV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

20、流，熱穩(wěn)定性，動(dòng)穩(wěn)定性短路電流等方面來(lái)校驗(yàn)，要求：UNUNS、INI30、ishimax、IKIoc、IKIoc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)目項(xiàng)目結(jié)論1UNs35kVUN35kV合格2I3034.88AIN1000A合格3Ik2.89kAIoc16.5kA合格4.（3）ish7.37kAimax45kA合格5嚴(yán)t1"ma10.86It2t1089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(kāi)關(guān)的選擇(1)隔離開(kāi)關(guān)選擇和校驗(yàn)：UNUNSUNUNS35KV(2)I30 I

21、nI30=34.88AI=600Ai(3)shimax30nimax(3)穩(wěn)定校驗(yàn)i(3)sh(3)-滿足 i sh imax(4)穩(wěn)定校驗(yàn)I(3)2(3)2i maxi(3)sh=7.37kA , imax42kA,timaIt2 t! tima = 2.892 1.3 10.86It2 t 202 4 1600t隔離開(kāi)關(guān)選擇校驗(yàn)如表5-2:表5-235kV隔離開(kāi)關(guān)選擇校驗(yàn)I 3034.88A600A合格. (3) ish7.37k42ki max合格I (3)2 t ima10.86It2t2024 1600kA合格序號(hào)裝設(shè)地點(diǎn)的電氣條件GW2-35G2隔離開(kāi)關(guān)項(xiàng)目項(xiàng)目結(jié)論1Uns35kV

22、Un35kV合格10KV側(cè)，選GN-8-10/600型號(hào)隔離開(kāi)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I30P303UNcos2144.6133534.88A最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax6000h,查表得jec0.9Amm2,所以AecI30,jec34.880.938.76mm2可選標(biāo)準(zhǔn)截面35mm2,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?5C,查表LGJ-35的允許載流量Ial149

23、A當(dāng)?shù)刈罡邷囟葹?9C,所以溫度校正系數(shù)為K；65 3565 390.93因?yàn)镵Ial138.7I3034.88A,所以選線滿足條件。a(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Amin35mm2A35mm2,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=35mm2查表得LGJ型鋼芯鋁絞線R。0.89/km,電抗(線幾何均距按2m計(jì)，水平排列)X。0.4/km,因此線路的電壓損耗為：U1953.4080.89809.8180.435471.42V線路電壓損耗百分值為U%100471.42350001.35%Uai%5%因此所選LGJ-35型鋼芯鋁線

24、滿足允許電壓損耗要求。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：I301802.7931062.51AOUf查得環(huán)境溫度為35C時(shí)明敷的BLX-500型截面積為16mm2的允許載流量。KIal110.67I30104.01A,因此滿足發(fā)熱條件。所以選擇截面積為16mm2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I301033.0131059.64A查得環(huán)境溫度為35攝氏度時(shí)明敷的BLX-500型截面積為16mm2的允許載流量，K久67.89%59.64A因此滿足發(fā)熱條件。所以選擇截面積為16mm2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(lái)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)裝設(shè)閥式避雷器，具接地端與電纜頭相連后接地。7.2 變電所公共接地裝置的設(shè)計(jì)35kV變電所的公共接地裝置的接地電阻查表得：Re250/Ie,R