電氣工程課程設(shè)計(jì) 某鑄造廠總降壓變電所及廠區(qū)配電系統(tǒng)

1、 某鑄造廠總降壓變電所及廠區(qū)配電系統(tǒng) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目某鑄造廠總降壓變電所及廠區(qū)配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名郭靖學(xué) 號(hào)0909070102班 級(jí)任課老師實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師完成時(shí)間目 錄摘要.3第一章 設(shè)計(jì)概述.41.1原始資料簡(jiǎn)述.4 1.1.1 廠區(qū)平面布置圖.4 1.1.2 負(fù)荷要求.4 1.1.3 外部電源情況.41.2 設(shè)計(jì)原則暨工廠供電的意義和要求.51.3 設(shè)計(jì)任務(wù).5第2章 原始材料分析與方案制定.72.1 原始材料分析.72.2 方案制定.7第3章 短路電流計(jì)算.8第4章 主要電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn).104.1 導(dǎo)線的選擇.104.2 斷路器的選擇.114.3 繼電保護(hù)、電流互感器的選取.12第

2、5章 主變壓器保護(hù).125.1 概述.125.2 瓦斯保護(hù).135.3 過(guò)電流保護(hù).135.4 電流速斷保護(hù).135.5 過(guò)負(fù)荷保護(hù).14第6章 結(jié)束語(yǔ).15參考文獻(xiàn).15附錄 設(shè)計(jì)圖紙.16摘 要變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。這次設(shè)計(jì)以某鑄造廠降壓變電所為主要設(shè)計(jì)對(duì)象，分析變電站的原始資料確定變電所的主接線；通過(guò)負(fù)荷計(jì)算確定主變壓器臺(tái)數(shù)、容量及型號(hào)。根據(jù)短路計(jì)算的結(jié)果，對(duì)變電所的一次設(shè)備進(jìn)行了選擇和校驗(yàn)。同時(shí)完成配電裝置的布置、主變壓器線路保護(hù)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞： 變電所電氣主接線；短路電流計(jì)算，主

3、變壓器線路保護(hù) 第一章 設(shè)計(jì)概述1.1原始資料簡(jiǎn)述1.1.1 廠區(qū)平面布置圖537426外部電源81工廠總降壓變電所91.空氣壓縮車間 2.熔制成型（模具）車間3.熔制成型（熔制）車間 4.后加工（磨拋）車間5.后加工（封接）車間 6.配料車間7.鍋爐房 8.其他負(fù)荷1 9.其他負(fù)荷21.1.2負(fù)荷要求 16車間為長(zhǎng)期連續(xù)負(fù)荷，要求不間斷供電。停電時(shí)間超過(guò)2分鐘將造成產(chǎn)品報(bào)廢，停電時(shí)間超過(guò)半小時(shí)，主要設(shè)備將受到損壞，故這6個(gè)車間定為級(jí)負(fù)荷。該廠為三班工作制，全年時(shí)數(shù)為8760小時(shí)，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為5600小時(shí)。1.1.3 外部電源情況1.工作電源 距該廠5km有一座A變電站，其主要技術(shù)參數(shù)

4、如下：主變?nèi)萘繛?×31.5MVA；型號(hào)為SFSLZ131500kVA110kV三相三繞組變壓器；短路電壓：U高中10.5%; U高低17%； U低中6% ；110kV母線三相短路容量：1918MVA供電電壓等級(jí)：可由用戶選用35kV或10kV電壓供電；最大運(yùn)行方式：按A變電站兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行考慮；最小運(yùn)行方式：按A變電站兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行考慮35kV線路：初選 LGJ35，r0=0.85/km, x0=0.35/km。2.備用電源擬由B變電站提供一回10kV架空線作為備電源。系統(tǒng)要求僅在工作電源停止供電時(shí)，才允許使用備用電源供電。電力系統(tǒng)與該廠連接如下圖所示：1.2設(shè)計(jì)原則暨工廠

5、供電的意義和要求1. 安全 在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。2.可靠 應(yīng)滿足電能用戶對(duì)供電可靠性的要求。3.優(yōu)質(zhì) 應(yīng)滿足電能用戶對(duì)電壓和頻率等質(zhì)量的要求4.經(jīng)濟(jì) 供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。    此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點(diǎn)，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)各個(gè)車間的負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對(duì)負(fù)荷的要求，以及負(fù)荷布局，結(jié)合國(guó)家供

6、電情況。解決對(duì)各部門的安全可靠，經(jīng)濟(jì)的分配電能問(wèn)題。工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺(tái)數(shù)及容量選擇 參考電源進(jìn)線方向，綜合考慮設(shè)置總降壓變電所的有關(guān)因素，結(jié)合全廠計(jì)算負(fù)荷以及擴(kuò)建和備用的需要，確定變壓器的臺(tái)數(shù)和容量。    2、工廠總降壓變電所主結(jié)線設(shè)計(jì) 根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負(fù)荷要求的可靠性級(jí)別和計(jì)算負(fù)荷數(shù)綜合主變壓器臺(tái)數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對(duì)它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經(jīng)濟(jì)，安裝容易維修方便。    3、廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)廠內(nèi)負(fù)荷情況，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理性確定廠區(qū)配電電壓。參考負(fù)荷布局及總

7、降壓變電所位置，比較幾種可行的高壓配電網(wǎng)布置放案，計(jì)算出導(dǎo)線截面及電壓損失，由不同放案的可靠性，電壓損失，基建投資，年運(yùn)行費(fèi)用，有色金屬消耗量等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件列表比值，擇優(yōu)選用。按選定配電系統(tǒng)作線路結(jié)構(gòu)與敷設(shè)方式設(shè)計(jì)。用廠區(qū)高壓線路平面布置圖，敷設(shè)要求和架空線路桿位明細(xì)表以及工程預(yù)算書(shū)表達(dá)設(shè)計(jì)成果。    4、工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計(jì)算 工廠用電，通常為國(guó)家電網(wǎng)的末端負(fù)荷，其容量運(yùn)行小于電網(wǎng)容量，皆可按無(wú)限容量系統(tǒng)供電進(jìn)行短路計(jì)算。由系統(tǒng)不同運(yùn)行方式下的短 路參數(shù)，求出不同運(yùn)行方式下各點(diǎn)的三相及兩相短路電流。 5、變電所高、低壓側(cè)設(shè)備選擇

8、參照短路電流計(jì)算數(shù)據(jù)和各回路計(jì)算負(fù)荷以及對(duì)應(yīng)的額定值，選擇變電所高、低壓側(cè)電器設(shè)備，如隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開(kāi)關(guān)柜等設(shè)備。并根據(jù)需要進(jìn)行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗(yàn)。用總降壓變電所主結(jié)線圖，設(shè)備材料表和投資概算表達(dá)設(shè)計(jì)成果。    6、繼電保護(hù)及二次結(jié)線設(shè)計(jì) 為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運(yùn)行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動(dòng)機(jī)、母線分段斷路器及聯(lián)絡(luò)線斷路器，皆需要設(shè)置相應(yīng)的控制、信號(hào)、檢測(cè)和繼電器保護(hù)裝置。并對(duì)保護(hù)裝置做出整定計(jì)算和檢驗(yàn)其靈敏系數(shù)。    設(shè)計(jì)包括繼電器保護(hù)裝置、監(jiān)視及測(cè)量?jī)x表，

9、控制和信號(hào)裝置，操作電源和控制電纜組成的變電所二次結(jié)線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖或二次回路展開(kāi)圖以及元件材料表達(dá)設(shè)計(jì)成果。35kv及以上系統(tǒng)尚需給出二次回路的保護(hù)屏和控制屏屏面布置圖。 第二章 原始材料分析與方案制定2.1 原始材料分析 全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)各個(gè)車間的負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對(duì)負(fù)荷的要求，以及負(fù)荷布局，解決對(duì)各部門的安全可靠，經(jīng)濟(jì)的分配電能問(wèn)題。 本鑄造廠1-6車間為長(zhǎng)期連續(xù)負(fù)荷，不允許斷電。因?yàn)閿嚯姇?huì)造成重大損失，故將此類負(fù)荷定義為一類負(fù)荷。根據(jù)要求，要給1-6車間提供備用電源。所以B變電站作為備用電源主要供電對(duì)象可確定為1-6車間。 各車間負(fù)荷總?cè)萘縎c=

10、4735KW，所以主變壓器的總?cè)萘恳笥诖巳萘?。?duì)于變壓器的選擇，可以用2個(gè)或多個(gè)變壓器并聯(lián)運(yùn)行，也可以是1臺(tái)大容量變壓器，但變壓器的臺(tái)數(shù)要受到變電所總利用面積的限制。而變壓器的容量的選擇也要考慮本廠的經(jīng)濟(jì)條件。 因?yàn)樨?fù)荷對(duì)功率因數(shù)有要求，若正常供電或啟用備用電源供電中有哪一個(gè)不滿足此要求，就必須要安裝功率補(bǔ)償器。 然后是考慮要保證本廠正常運(yùn)行工作所必要的各種保護(hù)，如變壓器保護(hù)，繼電保護(hù)，防雷保護(hù)。對(duì)此要選擇相關(guān)的高低壓側(cè)電器，如隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、開(kāi)關(guān)柜、電流電壓互感器等。根據(jù)短路計(jì)算，選擇合適的型號(hào)元件。2.2方案制定 根據(jù)對(duì)原始材料的分析，制定與選擇方案。對(duì)于電

11、源進(jìn)線電壓為35KV及以上的大中型工廠，通常是先經(jīng)工廠總降壓變電所降為610KV的高壓配電電壓，然后經(jīng)車間變電所，降為一般低壓設(shè)備所需的電壓。 對(duì)于A變電站，其有35KV和10KV兩個(gè)可選的供電電壓。若選用10KV直接向總變電所各負(fù)荷供電，即可不用35KV/10KV的變壓器，但這樣總變電站外部線路上的各種短路故障將直接影響到鑄造廠的變壓器群。為此要取用35KV側(cè)供電。選一臺(tái)大容量的變壓器，初選變壓器型號(hào)及其參數(shù)如下：型號(hào)為SF9-8000/35，額定容量8000KW，高壓側(cè)35KV，空載損耗Po=8.1KW,空載電流Io%=0.55,短路阻抗Uk%=7.5.選用變壓器可減小鑄造廠故障的發(fā)生率。

12、同時(shí)也為啟動(dòng)備用電源提供隔離A變電站的保護(hù)。 對(duì)于在故障時(shí)A變電站停電，那么就要啟用備用電源。一般情況下備用電源所存儲(chǔ)的負(fù)荷有限，為了減小備用電源負(fù)荷消耗的速度，設(shè)計(jì)時(shí)備用電源只對(duì)那些供電質(zhì)量要求高的車間供電，也即1-6車間。 主接線對(duì)變電所設(shè)備選擇和布置，運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，繼電保護(hù)和控制方式都有密切關(guān)系，是供電設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。方案設(shè)計(jì)時(shí)，主接線設(shè)計(jì)如下：一次側(cè)采用內(nèi)橋式接線，二側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所。這種主接線的運(yùn)行靈活性較好，供電可靠性較高，適用于一、二級(jí)負(fù)荷工廠。 第三章 短路電流計(jì)算各個(gè)車間的計(jì)算負(fù)荷如下：需要系數(shù)為Kne=0.96，同時(shí)系數(shù)1-6車間總計(jì)算負(fù)荷7-9車間

13、總計(jì)算負(fù)荷三相短路的短路電流最大取Sd=100MVA, Ud=Uav，短路點(diǎn)K在車間1上，短路電流最大把A變電站當(dāng)成無(wú)限大功率計(jì)算，不計(jì)其短路阻抗，從A變電站到鑄造廠的線路初選型號(hào)LGJ-35， 故：變壓器1：線路：變壓器2：1車間電抗：=0.35*其他車間電抗總值：=0.35*A變電站電源：1車間反饋電壓：其他車間反饋電壓：起始次暫態(tài)電流計(jì)算短路沖擊電流計(jì)算短路功率計(jì)算St=對(duì)于兩相短路電流的確定，由于線路的電抗和變壓器的等效電抗的正序和負(fù)序值相等，且計(jì)算中把供電電源當(dāng)成是無(wú)限大功率電源，不存在電源的等值電抗最大值與最小值之分，故兩相短路電流為：對(duì)于三班制工作的工廠，取，分別進(jìn)行正常工作時(shí)的

14、功率因數(shù)確定和啟動(dòng)備用電源時(shí)功率因數(shù)的確定。在正常工作時(shí)：?jiǎn)⒂脗溆秒娫磿r(shí)：由于本設(shè)計(jì)供電部門要求COS不低于0.95,而由上面計(jì)算可知COS=0.96，因此不需要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。 第四章 主要電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)4.1 導(dǎo)線的選擇 由匯流母線上最大長(zhǎng)期工作電流 40下電流查表得LGJ-35允許電流為因此可以使用;廠區(qū)內(nèi)導(dǎo)線上最大工作電流，取最大負(fù)荷車間計(jì)算40下電流為考慮經(jīng)濟(jì)效益，可選用LJ-10的鋁絞線，其長(zhǎng)期容許電流為64A，這為以后車間容量的增加留有余地。4.2 斷路器的選擇由于 ,廠區(qū)內(nèi)的斷路器可選SN10-10I/630其額定斷開(kāi)電流:計(jì)算熱穩(wěn)定，一般電氣設(shè)備近后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為2S故

15、滿足設(shè)計(jì)要求;匯流母線上的斷路器母線三相短路電流計(jì)算: ,可選DW8-35/1000斷路器滿足設(shè)計(jì)要求 同理，可選擇合適的隔離開(kāi)關(guān)。4.3繼電保護(hù)，電流互感器的選取，可選LFZJI-3互感器，其變比為200/5A，選用0.5級(jí)在選擇斷路器時(shí)已算：，計(jì)算熱穩(wěn)定：內(nèi)部動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn):滿足設(shè)計(jì)要求 第五章 主變壓器保護(hù)5.1 概述 對(duì)于高壓側(cè)為610KV的車間變電所主變壓器來(lái)說(shuō)，通常裝設(shè)有帶時(shí)限的過(guò)電流保護(hù)；如過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間大于0.50.7s時(shí)，還應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。容量在800KVA及以上的油浸式變壓器和400KVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，按規(guī)定應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)（又稱氣體繼電保護(hù)）。容量在400

16、KVA及以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行或單臺(tái)運(yùn)行并作為其它負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過(guò)負(fù)荷的情況裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。過(guò)負(fù)荷保護(hù)及瓦斯保護(hù)在輕微故障時(shí)（通稱“輕瓦斯”），動(dòng)作于信號(hào)，而其它保護(hù)包括瓦斯保護(hù)在嚴(yán)重故障時(shí)（通稱“重瓦斯”），一般均動(dòng)作于跳閘。    對(duì)于高壓側(cè)為35KV及以上的工廠總降壓變電所主變壓器來(lái)說(shuō)，也應(yīng)裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)和瓦斯保護(hù)；在有可能過(guò)負(fù)荷時(shí)，也需裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。但是如果單臺(tái)運(yùn)行的變壓器容量在10000KVA及以上和并列運(yùn)行的變壓器每臺(tái)容量在6300KVA及以上時(shí)，則要求裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)來(lái)取代電流速斷保護(hù)。本次設(shè)計(jì)對(duì)主變壓器

17、的保護(hù)有輕重瓦斯保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過(guò)流及過(guò)負(fù)荷保護(hù)等。5.2 瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)，又稱氣體繼電保護(hù)，是保護(hù)油浸式電力變壓器內(nèi)部故障的一種基本的保護(hù)裝置。按GB5006292規(guī)定，800KVA及以上的一般油浸式變壓器和400KVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。    瓦斯保護(hù)的主要元件是氣體繼電器。它裝設(shè)在變壓器的油箱與油枕之間的聯(lián)通管上。為了使油箱內(nèi)產(chǎn)生的氣體能夠順暢地通過(guò)氣體繼電器排往油枕，變壓器安裝應(yīng)取1%1.5%的傾斜度；而變壓器在制造時(shí)，聯(lián)通管對(duì)油箱頂蓋也有 2%4%的傾斜度。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，

18、由故障產(chǎn)生的少量氣體慢慢升起，進(jìn)入氣體繼電器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有殘余的油而使其力矩大于另一端平衡錘的力矩而降落。這時(shí)上觸點(diǎn)接通而接通信號(hào)回路，發(fā)出音響和燈光信號(hào)，這稱之為“輕瓦斯動(dòng)作”。    當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，由故障產(chǎn)生的氣體很多，帶動(dòng)油流迅猛地由變壓器油箱通過(guò)聯(lián)通管進(jìn)入油枕。這大量的油氣混合體在經(jīng)過(guò)氣體繼電器時(shí)，沖擊擋板，使下油杯下降。這時(shí)下觸點(diǎn)接通跳閘回路（通過(guò)中間繼電器），同時(shí)發(fā)出音響和燈光信號(hào)（通過(guò)信號(hào)繼電器），這稱之為“重瓦斯動(dòng)作”。變壓器瓦斯保護(hù)動(dòng)作后，可由蓄積于氣體繼電器內(nèi)的氣體性質(zhì)

19、來(lái)分析和判斷故障的原因幾處理要求。5.3 過(guò)電流保護(hù)無(wú)論采用電流繼電器還是脫扣器，也無(wú)論是定時(shí)限還是反時(shí)限，變壓器的過(guò)電流保護(hù)的組成和原理和電力先烈過(guò)電流保護(hù)才組成、原理完全相同。Iop=KrelKw/(KreKi)(1.53)I1N.T ， Iop(YR)=KrelKw/Ki(1.53)I1N.T 變壓器過(guò)電流保護(hù)的靈敏度，按變壓器二次側(cè)母線在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)換算到一次側(cè)的短路電流值Ik.min來(lái)檢驗(yàn),要求靈敏系數(shù)Sp1.5。如果Sp 達(dá)不到要求，同樣可以才用低壓閉鎖的過(guò)電流保護(hù)。5.4 電流速斷保護(hù) 變壓器的速斷保護(hù)的組成、原理，與電力線路的電流速斷保護(hù)相同。對(duì)于無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)，取可靠系數(shù)三相短路時(shí):=0.816由于 故：此即為主變電所內(nèi)繼電保護(hù)的速斷保護(hù)動(dòng)作電流。