某通用機器廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設(shè)計.

1、科信學(xué)院課程設(shè)計說明書（2012 /2013學(xué)年第一學(xué)期）課程名稱：企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計題 目:某通用機器廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)班級： 科信09自動化4班學(xué)生姓名：學(xué) 號：扌旨導(dǎo)教師 :王靜爽高敬格苗敬利 等設(shè)計周數(shù)：一周設(shè)計成績 ：2013年1月16日一、緒 論 錯誤！未定義書簽。1.1課題目的 錯誤！未定義書簽。1.2 課題要求及主要任務(wù) 錯誤！未定義書簽。課題要求 錯誤！未定義書簽。課題主要任務(wù) 錯誤！未定義書簽。二、課題內(nèi)容 錯誤！未定義書簽。2.1負荷計算及功率補償 5負荷計算的內(nèi)容和目的 2負荷計算的方法 2全廠負荷計算。 3功率補償 32.2 工廠總降壓變電所主變壓器

2、的型式、容量和數(shù)量的選擇 8主變壓器臺數(shù)的選擇 8變壓器容量及臺數(shù)的選擇。 錯誤！未定義書簽。變電所、配電所位置和型號的選擇 9變配電所主結(jié)線的選擇原則 6配電所的主接線選擇 錯誤！未定義書簽。2.3短路電流的計算 9求k -1，k-2點的三相短路電流和短路容量 9求-1點的三相短路電流和短路容量 錯誤！未定義書簽。K -1，K-2點短路計算表 錯誤！未定義書簽。2.4 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 錯誤！未定義書簽。2.5校驗電壓損耗 11三、 總結(jié) 15四、 參考文獻 錯誤！未定義書簽。一、緒論1.1、課題目的本題目主要目的是設(shè)計某通用機器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

3、題不僅設(shè)計量大了許多，而且在更個方面的要求也有所加強。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。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)計不僅進一步加強專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，拓寬知識面， 提高理論知識水平。而且擴寬了就業(yè)面，提高就業(yè)能力，提高了獨立思考和分析問 題的能力。1.2、課題要求及主要任務(wù)課題主要任務(wù)（1）確定負荷等級。（2）擬定高低壓供配電系統(tǒng)。（3）正確建立負荷統(tǒng)計計算表。（4）變壓器臺數(shù)、容量、型號選擇。（5）設(shè)計變電所主

4、接線圖。（6）計算短路電流以及主要高壓設(shè)備器件的選擇及校驗。（7）確定無功功率補償裝置。（8）CAD繪制供配電系統(tǒng)圖。課題技術(shù)要求（1）當?shù)毓╇姴块T可提供兩個供電電源，供設(shè)計部門選定：i從某A變電站提供電源，此站距該廠 5 Km。ii為滿足一、二級負荷的需求，從某 B變電站，提供10kV架空線作為備 用電源，僅在工作電源停止供電時，才允許使用備用電源供電。（2）電力系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)，如表1-1所示。表1-1區(qū)域變電站110kV母線短路數(shù)據(jù)系統(tǒng)運行方式系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)系統(tǒng)運行方式系統(tǒng)短路數(shù) 據(jù)系統(tǒng)最大運行方式Sk3max 二 1461KVA系統(tǒng)最小運行方式Sh 二 334KVA(3) 供電部門對工廠提出

5、的技術(shù)要求：該廠的總平均功率因數(shù)值應(yīng)在 0.9以上(4) 工廠負荷性質(zhì)：本廠大部分車間為三班制，最大有功負荷利用小時數(shù)為5600h。由于該廠有鍋爐房，當鍋爐房供生產(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，消防用水需廠方自備。因此，要求供電具有一定的可靠性。二、課題內(nèi)容2.1負荷計算的內(nèi)容和目的(1) 計算負荷是根據(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 假想負荷。也就是通過負荷的統(tǒng)計計算求出的、用來按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各 元件的負荷值。在配電設(shè)計中，通常采用半小時的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選 擇電器或?qū)w的依據(jù)。(2) 計算負荷是用戶供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、

6、供電線路截面選擇、變壓器數(shù)量和容量選擇、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)的計算負荷非常重要。2.2負荷計算的方法有功計算負荷為P30=KdPe(2-1)式中，Pe為設(shè)備容量。無功計算負荷為Q30 = P30 tan(2-2)式中，tan，為對應(yīng)于用電設(shè)備組cos :的正切值。視在計算負荷為S30花-Q0(2-3)總的計算電流為130 =(2-4)-N式中，Un為額定電壓工廠各車間負荷計算表表2-1工廠各車間負荷計算表序號車間名稱負荷 類型設(shè)備容量Kw系數(shù)COS書tg “計算負荷計算電流有功KW無功KVAR視在KVAI30KA1空壓車間I25050.50.730.941

7、0509871438.42.22模具車間I8860.380.681.08622.44672. 2915.41.43鑄造車間I6340.60.71.0210231043.51461.42.24磨拋車間I5140.40.80.75568.8426.67111.15電鍍車間I5620.30.71.02285290.7407.10.66配料車間I1050.40.750.883002644000.67鍋爐房I2690.70.750.88392344.9522.70.88其他負荷I3220.50.80.75267.5200.6334.40.59其他負荷nn5430.450.71.02288293.7641

8、1.40.6KX = 0.943174071593492.3全廠負荷計算取 KE = 0.9;根據(jù)上表可算出：XP 3o（i）= 4797 kW; EQao（i）= 4523kvar貝U P30 = KXPXP 30（i）= 0.9 X 4797kW = 4317kWQ30 = KX qXQ30（i）= 0.9 X 4523kvar = 4071kvarS30P3： Q30 - 5934KV-A130 = S30/ V3UN 9KACO邸=P30/S30 =4317/5934= 0.722.4功率補償當供電電壓為35kv時：由于本設(shè)計中上級要求 CO®0.9,而由上面計算可知 COS

9、b =0.72<0.9，因此 需要進行無功補償。綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器進行高壓集中補償?？蛇x用BWF10.5-100-1W型的電容器，其額定電容為2.89 yFQc = 4317X( tan arc cos0.72 tan arc cos0.92 ) Kvar=2322Kvar 取 Qc=2330Kvar 因此，其電容器的個數(shù)為：n = Qc/qC = 2330/100 =23.3而由于電容器是單相的，所以應(yīng)為 3的倍數(shù)，取24個 正好無功補償后，變電所低壓側(cè)的計算負荷為：S3。 (2) = 43172+(4071-2330)2 1/2 =4655KV A變壓器的功率損耗為：(估算

10、 Pt、Qt) Pt = 0.015 Sb0 = 0.0154*655=69.8Kw Qt = 0.06 S30 = 0.06 4655= 279.3 Kvar變電所高壓側(cè)計算負荷為：P30 4317+ 69.8=4386.8 KwQ30 =4071-2330 )+279.3= 2020.3KvarS30' =4086.82 + 2020.32)1/2 =4829.7KV A無功率補償后，工廠的功率因數(shù)為：cos3= 'P/3S' 4386.8/ 4829.7= 0.908>09因此，符合本設(shè)計的要求當供電電壓為10kv時：由于本設(shè)計中上級要求 COS >0

11、.9 5,而由上面計算可知 COS =0.72<0.95，因 此需要進行無功補償。綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器進行高壓集中補償?？蛇x用BWF10.5-100-1W型的電容器，其額定電容為2.89 yFQc = 4317 X( tanarc cos0.72 tan arc cos0.97 ) Kvar=3079Kvar因此，其電容器的個數(shù)為：n = Qc/qC =3079/100 =30.79而由于電容器是單相的，所以應(yīng)為 3的倍數(shù)，取33個 正好無功補償后，變電所低壓側(cè)的計算負荷為：S30 (2)' = 43172+(4071-3079) 2 1/2 =4429.5 KV-A變壓

12、器的功率損耗為：(估算 Pr、Q) Pt = 0.015 S 30 = 0.015 * 4429.5=66.4Kw Q- = 0.06 S 30' = 0.06 *4429.5 =265.8 Kvar變電所高壓側(cè)計算負荷為：Pae' = 4317+ 66.4=4383.4 KwQo' = ( 4071-3079)+ 265.8= 1257.8KvarSo' = (4383.4 2 +1257.8 2)1/2 =4560.3 KV .A無功率補償后，工廠的功率因數(shù)為：cos W ' = P30' / S 30' = 4383.4 / 456

13、0.3= 0.961>0.9因此，符合本設(shè)計的要求。2.2、工廠總降壓變電所主變壓器的型式、容量和數(shù)量的選擇2.2.1 主變壓器臺數(shù)的選擇由于該廠的負荷屬于一、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。2.2.2 變電所主變壓器容量的選擇裝設(shè)兩臺主變壓器的變電所，每臺變壓器的容量St應(yīng)同時滿足以下兩個條件:(1) 任一臺單獨運行時,St>(0.60.7) S3。(1)；(2) 任一臺單獨運行時，StS0 (I + n); 由于S' 30( 1)= 5934KVA，且該廠

14、本廠三班制，年最大有功負荷利用小時數(shù) 為 5600h。 選變壓器St 色(0.60.7) >5934= (35604153) KVASt - S30 (I + U)選擇S9-6300/35型變壓器。3、繞組數(shù)和接線組別的確定該變電所有二個電壓等級，所以選用雙繞組變壓器，主變壓器的聯(lián)結(jié)組別均采用 Dyn 11。變電所、配電所位置和型號的選擇(1)變電所和配電所的位置選擇應(yīng)根據(jù)下列要求綜合考慮確定：靠近工廠的負荷中心；接近電源側(cè)；進出線方便；運輸設(shè)備方便；不應(yīng)設(shè)在有劇烈振動或高溫的場所；不宜設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場所，如無法遠離，不應(yīng)設(shè)在污染源的主導(dǎo)風向的下風側(cè)；不應(yīng)設(shè)在地勢低洼和可能積水

15、的場所；不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險的區(qū)域內(nèi)；不宜設(shè)在有火災(zāi)危險區(qū)域的正上方或正下方。224變配電所主結(jié)線的選擇原則1. 當滿足運行要求時，應(yīng)盡量少用或不用斷路器，以節(jié)省投資。2. 當變電所有兩臺變壓器同時運行時，二次側(cè)應(yīng)采用斷路器分段的單母線接線。3. 當供電電源只有一回線路，變電所裝設(shè)單臺變壓器時，宜采用線路變壓器組結(jié)線。4. 為了限制配出線短路電流，具有多臺主變壓器同時運行的變電所，應(yīng)采用變壓器 分列運行。5. 接在線路上的避雷器，不宜裝設(shè)隔離開關(guān)；但接在母線上的避雷器，可與電壓互 感器合用一組隔離開關(guān)。6.610KV固定式配電裝置的出線側(cè)，在架空線路或有反饋可能的電纜出線回路中， 應(yīng)裝設(shè)線路隔離

16、開關(guān)。7. 采用610 KV熔斷器負荷開關(guān)固定式配電裝置時，應(yīng)在電源側(cè)裝設(shè)隔離開關(guān)。8. 由地區(qū)電網(wǎng)供電的變配電所電源出線處，宜裝設(shè)供計費用的專用電壓、電流互感 器（一般都安裝計量柜）。9. 變壓器低壓側(cè)為0.4KV的總開關(guān)宜采用低壓斷路器或隔離開關(guān)。當有繼電保護或 自動切換電源要求時，低壓側(cè)總開關(guān)和母線分段開關(guān)均應(yīng)采用低壓斷路器。10. 當?shù)蛪耗妇€為雙電源，變壓器低壓側(cè)總開關(guān)和母線分段開關(guān)采用低壓斷路器時，在總開關(guān)的 出線側(cè)及母線分段開關(guān)的兩側(cè)，宜裝設(shè)刀開關(guān)或隔離觸頭。主接線方案選擇對于電源進線電壓為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6 10KV的高壓配電電壓，然后

17、經(jīng)車間變電所，降為一般低壓設(shè)備所需的電壓。 總降壓變電所主結(jié)線圖表示工廠接受和分配電能的路徑，由各種電力設(shè)備（變壓器、 避雷器、斷路器、互感器、隔離開關(guān)等）及其連接線組成，通常用單線表示。主接線對變電所設(shè)備選擇和布置，運行的可靠性和經(jīng)濟性，繼電保護和控制方 式都有密切關(guān)系，是供電設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。一次側(cè)采用內(nèi)橋式結(jié)線，二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所主接線，其一 次側(cè)的QF10跨接在兩路電源線之間，猶如一座橋梁，而處在線路斷路器QF11和QF12 的內(nèi)側(cè)，靠近變壓器，因此稱為內(nèi)橋式結(jié)線。這種主結(jié)線的運行靈活性較好，供電 可靠性較高，適用于一、二級負荷工廠。如果某路電源例如WL1線路停電檢修或

18、發(fā)生故障時，則斷開QF11，投入QF10 （其兩側(cè)QS先合），即可由 WL2恢復(fù)對變壓 器T1的供電，這種內(nèi)橋式結(jié)線多用于電源線路較長因而發(fā)生故障和停電檢修的機會 較多、并且變電所的變壓器不需要經(jīng)常切換的總降壓變電所。一次側(cè)采用外橋式結(jié)線、二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖，這 種主結(jié)線，其一次側(cè)的高壓斷路器 QF10也跨接在兩路電源進線之間，但處在線路斷 路器QF11和QF12的外側(cè)，靠近電源方向，因此稱為外橋式結(jié)線。這種主結(jié)線的運 行靈活性也較好，供電可靠性同樣較高，適用于一、二級負荷的工廠。但與內(nèi)橋式 結(jié)線適用的場合有所不同。如果某臺變壓器例如 T1停電檢修或發(fā)生故障時，則斷開

19、QF11，投入QF10 （其兩側(cè)QS先合），使兩路電源進線又恢復(fù)并列運行。這種外橋 式適用于電源線路較短而變電所負荷變動較大、適用經(jīng)濟運行需經(jīng)常切換的總降壓變電所。當一次電源電網(wǎng)采用環(huán)行結(jié)線時，也宜于采用這種結(jié)線，使環(huán)行電網(wǎng)的穿越功率不通過進線斷路器 QF11、QF12，這對改善線路斷路器的工作及其繼電保護XOF 11K QF論由于需要裝設(shè)兩臺主變壓器，所以可設(shè)計下列兩種主接線方案:(1) 一條電源進線的主接線方案 如圖所示P54-10n|茸>甸T11圖2-1 一條電源進線的主接線方案(2)兩條電源進線的主接線方案如圖所示圖2-2兩條電源進線的主接線方案(3) 兩種主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟比

20、較兩種主接線方案的比較比較項目一條電源進線的主接線方案兩條電源進線的主接線方案供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠 技性基本滿足要求滿足要求術(shù)供電質(zhì)量4匕兩臺主變并列，電壓損耗小兩臺主變并列，電壓損耗小指L靈活方便標性由于只有一條電源進線，靈 活性稍差由于只有兩條電源進線，靈 活性較好擴建適應(yīng)性稍差一些更好一些從表中可以看出，雖然按經(jīng)濟指標，一條電源進線的主接線方案遠優(yōu)于兩條電源進線的主接線方案，但是按技術(shù)指標，兩條電源進線的主結(jié)線方案優(yōu)于一條電源進線的主接線方案。為 了給工廠的正常生產(chǎn)提供更加穩(wěn)定、可靠的電源，所以決定采用兩條電源進線的主接線方案。正常工作時110kV側(cè)母線中間分段，兩電源分別

21、同時給兩變壓器供電。當一條電源進線出現(xiàn)故 障時，利用110kV母線的聯(lián)絡(luò)線，把110kV側(cè)母線連通，用另外一條電源進線給兩個變壓器供 電。這樣不僅提高了供電的可靠性，而且靈活性也增強了，給電力系統(tǒng)的維護和維修帶來了安 全和方便。雖然這樣投資高了不少，但是是十分值得的。2.3短路電流的計算求k -1點的三相短路電流和短路容量(Uc1=115.5KV三相短路容量f：3Uc1lk?=1918MVA三相短路電流周期分量有效值丨鳥=1918/( 3*115.5)=9.6KA總阻抗 X 郅)=Uci/ lk? =115.5/9.6=12 門架空線路的電抗：由資料得 X。=0.35/km,因此X2 = X0

22、I = 0.35 門/km 5km = 1.75門電力系統(tǒng)的電抗：Xj_x2 =12i -1.75幕-10.25?由 S°c =UC1/X1；因此，選取SW2-35型斷路器其他三相短路電流I1(3)=lk9.6kAiS3) =2.55I = 2.55 9.6kA =24.48kAISh) "51I =1.51 9.6kA =14.5kA求k-2點的三相短路電流和短路容量(Uc2 =10.5kV ) 計算短路電路中各元件的電抗及總電抗電力系統(tǒng)的電抗架空線路的電抗10.5kV 21301MVA= 0.085 1X2= X°IUc2Uc1丿= 0.35 門/km 5km

23、f10.5kV YI<115.5kV 丿= 0.014 門電力變壓器的電抗X3=X4=U%/100*(uC2 /Sn)=17/100*(10.5*10.5/7000)=0.003繪k-2點短路的等效電路如圖3-8示，并計算其總電抗為:X pk _2)=X1 X2 X3/X4=X1X2X3X4X3 X4= 0.085 門 0.0140.003門=0.1005 門計算二相短路電流和短路容量三相短路電流周期分量有效值l(3)Uc210.5kV603kAI k _260.3kAP3X 歟x 0.1005TJ其他三相短路電流I (3) = I (3) = I 60.3kAi；3)=2.55l =2

24、.55 60.3kA =33.2kAlS3)=1.511 =1.51 60.3kA =91kAiii三相短路容量sk3! -<3U C2l k篤二 3 10.5kV 60.3kA =1096.6MV A2.3.3 k-1,k-2 點短路計算表短 路 計 算 占八、三相短路電流/ kA三相短路容量/MVAI (3)I kI ”I (3)I oOi(3) i shI (3)I shq(3)Skk-19.69.69.624.4814.51918:k-260.360.360.333.2911096.62.4 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗表2-410kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電壓電流斷流

25、 能力動穩(wěn)定 度熱穩(wěn)定度額定參數(shù)UnI NI oci maxIt2t次高壓少油斷路設(shè)器備 SW2-3535kV1500A24.8kA63.4kA24.8型咼壓隔離開關(guān)號6那GNs -10/1000規(guī)810kV1000A75kA230X5= 4500格高壓熔斷器RN2-1010kV0.5A50kA電壓互感器JDJ-1010/0.1kV電流互感器LZZQB6-1010kV800/5A315/5A（大于I 30 ）100/5A（大于1 30 ）電流互感器LA-1010kV315/5A（大于1 30 ）160/5A（大于1 30 ）表3-7所選設(shè)備均滿足要求2.5 校驗電壓損耗由課題要求 A變電站至該

26、廠距離約5Km而表查得25mm2的鋁芯電纜的R。=1.54Ekm （按纜芯工作溫度80 C計），X。= 0.120km ,又該廠的P30 =4317kW , Q30 = 4071kvar，因此按式-3568V（3-9）、pR qX4317kW1.54 5'+ 4071kvar 0.12 5'10kVU °。二 3568V 10000V 10000 = 3.50。：引 °。= 50。滿足允許電壓損耗5%的要求。三、課設(shè)心得總結(jié)通過這次課程設(shè)計，使我得到了很多的經(jīng)驗，并且鞏固和加深以及擴大了專業(yè)知 識面，鍛煉綜合及靈活運用所學(xué)知識的能力，正確使用技術(shù)資料的能力。知識系統(tǒng)化能 力得到提高，設(shè)計過程中