某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计说明书.doc

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1、工厂供电课程设计某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计说明书某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统摘 要工业企业供电，就是指工厂所需电能的供应和分配问题。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量，它的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，又利于实现生产过程自动化，因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。从而搞好工业企业供电工作对于整个工业生产发展，实现工业现代化具有十分重要的意义。工厂供电设计是整个工厂设计的重要组成部分，工厂供电设计的质量影响到工厂的和生产及其发展，作为从事工厂供电工作的

2、人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。本设计是对冶金机械厂总降压变电所及高压配电系统设计，本设计的理论基础是供电技术，并通过太原重型机械厂供电系统的实地参观学习，收集各种数据，按照国家标准工业与民用供电配电系统设计规范，并且遵循着：从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质，用电容量，工程特点和地区供电条件的理念，合理选择设计方案。从节约资源的角度出发“以铝代铜”在本次设计中也得到充分体现。关键词 供电技术；配电线路；变电所；继电保护；出线保护Metallurgical Machinery General Factory built in a step-down sub

3、station and high voltage distribution systemAbstractIndustrial enterprises in power, means power plants needed to supply and distribution. As we all know, electricity is the main energy of modern industrial production and power. Power is easy to convert from other forms of energy from, and easy conv

4、ersion to other forms of energy, its transmission and distribution is simple and economic, and easy to control, regulation and measurement, but also conducive to the production process automation, therefore, power in modern industrial production and life of the entire national economy is extensively

5、 used. Industrial enterprises to improve power supply work for the entire development of industrial production, modernization of industrial importance. Power plant design is the important part of plant design, plant design quality of power supply to the plant and affect the production and developmen

6、t, as in power plant staff, it is necessary to understand and master the power plant design knowledge in order to meet the design requirements.This design is a total step-down substation Metallurgical Machinery Plant and the power distribution system design, the design theory is based on "techn

7、ical power" and power supply system by Taiyuan Heavy Machinery Field visit and study a variety of data collection , according to national standards "of industrial and civil design of power distribution system," and follows: starting from a global, integrated, in accordance with the lo

8、ad of the nature of electricity capacity, engineering features and the concept of regional power supply conditions, selecting design . From the perspective of saving resources "to Al on behalf of the copper," in this design has also been fully realized.Key Words: power supply technology; d

9、istribution line; substation; protection; outlet protection。目录第一章、原始资料分析-03第二章、车间负荷计算和全厂计算负荷（计算机）的无功补偿-05第三章、确定工厂总降压变电所的所址和形式-10第四章、确定工厂总降压变电所的主接线方案-11第五章、短路电流的计算-12第六章、一次电器设备的选择-14第七章、选择工厂电源进线和厂区高压配电线路-16第八章、厂区10kV配电系统设计-17第一章、原始资料分析一、原始资料：1.工厂1.1 生产任务、规模及产品规格:以冶炼、轧钢为主，包括生产铸造、锻压、铆焊、毛件等。年生产规模为铸钢件100

10、00t，铸铁件3000t，铆焊件2500t。1.2 车间组成 :共铸钢、铸铁、铆焊、锻造、机修、木型等六个车间。此外还有辅助车间等设施。1.3 负荷性质:三班工作制，全年最大有功利用小时数为6000小时。属于二级负荷。2. 车间负荷及车间变电所情况：(如表1、表2）表1 各车间380V资料序号车间或设备组名称设备容量(kW)需用系数kd功率因数cos功率因数角正切tg计算负荷有功Pjs(kW)无功Qjs(kVar)视在Sjs(kVA)No1变电所1铸钢车间16000.40.641.204412720819109049No2变电所1铸铁车间10000.540.810.724074648469.2

11、800.032砂库1000.650.541.57538565102.4121.293小计1300713571.6916.34No3变电所1铆焊车间10000.360.531.597222360575678.402水泵房500.650.910.46153832.51535.793小计1050392.5590714.19No4变电所1空压站5600.780.810.721154436.8315538.532机修车间1600.280.681.07142944.84865.663锻造车间2200.360.661.15151579.291.2120.794木型车间1800.350.641.1904766

12、37597.955制材场500.280.760.857143141218.446综合楼500.91.00045045.007小计1220682.8541.2886.37No5变电所1锅炉房3800.70.860.592105266157.5309.132水泵房500.750.900.4837.51841.603仓库1100.350.3650.91168838.535.152.104污水提升站180.650.650.64102611.77.513.905小计558353.7218.1416.73表2 各车间6kV负荷资料序号车间或设备组名称设备容量(kW)需用系数kd功率因数cos功率因数角正切

13、tg计算负荷有功Pjs(kW)无功Qjs(kVar)视在Sjs(kVA)1电弧炉212500.90.870.5722501282.52586.212工频炉23000.80.90.48480230.4533.333空压机22500.850.850.62425263.55004小计31551776.43619.543.供用电协议：1）工厂电源从供电部门某220/35kV变电所以35kV双回路架空线引入本厂，其中一路作为工作电源，另一路作为备用电源。两个电源不并列运行。变电站距离厂东侧8km。2）工厂在总降压变电所35kV侧进行电能计量。3）要求本厂的功率因数在0.9以上。4）供电系统技术数据电力部

14、门的35kV母线，为无限大系统，短路容量为200MVA。如图1所示。 图1 供电系统图第二章、车间负荷计算和全厂计算负荷（计算机）的无功补偿一、380V车间负荷计算1、各380V车间变电所有功计算负荷（单位为KW）(1) N01变电所：=0.41600=680(2) N02变电所：=0.541000+0.64100=540+64=604(3) N03变电所：=0.361000+0.6550=392.5(4) N04变电所：=0.78560+0.32160+0.36220+0.35180+0.2850+0.8380=710.6(5) N05变电所：=0.7380+0.7550+0.35110+0

15、.6510=558 2、各380V车间变电所无功计算负荷（单位为KVAR）(1) N01变电所：=1.204412680=819(2) N02变电所：=0.724074540+1.57538564=702(3) N03变电所：=1.597222360+0.46153832.5=590(4) N04变电所：=0.721154436.8+0.937551.2+1.15151579.2+1.19047663+0.85714314=541.2(5) N05变电所：=0.592105266+0.4837.5+0.91168838.5+0.64102611.7=353.7 3、各380V车间变电所视在功率

16、计算负荷（单位为KVA）(1) N01变电所：(2) N02变电所：(3) N03变电所：(4) N04变电所：(5) N05变电所：4、各380V车间变电所计算电流（单位为A）(1) N01变电所：(2) N02变电所：(3) N03变电所：(4) N04变电所：(5) N05变电所：5、380V侧总负荷计算380V侧总有功功率计算： 380V侧总无功功率计算： 380V侧总视在功率计算： 380V侧负荷电流计算：二、6kV车间负荷计算1、有功计算负荷：（单位为KW）（1）电弧炉： （2）工频炉：（3）空压机：2、无功计算负荷：（单位为kVar）（1）电弧炉： （2）工频炉：（3）空压机：3

17、、视在计算负荷：（单位为KVA）（1）电弧炉： （2）工频炉：（3）空压机：4、计算电流：=3619.54/（6）=348.30 A5、6KV侧总负荷计算： 6KV侧总有功功率计算： 6KV侧总无功功率计算： 6KV侧视在功率计算：6KV负荷电流计算 A 三、无功补偿计算1、380V侧无功补偿：（1）380V侧（2）最大负荷时的功率因数：供电部门要求本厂的功率因数在0.9以上，取0.92则，380V侧所需无功功率补偿容量为=tan1tan2 （3）并联电容器的选择 选择PGJ型低压无功功率自动补偿屏，并联电容器为BWF6.3-120-1型，采用方案为：每相并联5个BWF6.3-120-1电容器

18、。即（4）补偿后： 补偿后负荷功率因数为0.92；变电所低压侧的视在计算负荷为 因此主变压器容量比补偿前容量减少了878.08KVA。2、6KV侧无功补偿：（1）6KV侧（2）最大负荷时的功率因数：供电部门要求本厂的功率因数在0.9以上，取0.943则，6KV侧所需无功功率补偿容量为=tan1tan2 （3）并联电容器的选择 选择PGJ型低压无功功率自动补偿屏，并联电容器为BWF6.3-120-1型，采用方案为：每相并联2个BWF6.3-120-1电容器。即（4）补偿后： 补偿后负荷功率因数为0.943；变电所低压侧的视在计算负荷为 因此主变压器容量比补偿前容量减少了296.4KVA。四、变压

19、器损耗计算 380V侧变压器损耗计算： 6kV侧变压器损耗计算： 五、全厂计算负荷1、380V侧无功功率补偿后的计算负荷项目计算负荷P30/kWQ30/kVarS30/kVAI30/A380V侧补偿前负荷0.712680.92657.7037755736.69380V侧无功补偿容量1560380V侧补偿后负荷0.922680.91097.702896.924401.54变压器功率损耗43.45173.82380V侧负荷总计0.9062724.351271.523006.474567.992、6kV侧无功功率补偿后的计算负荷项目计算负荷P30/KWQ30/KVARS30/KVAI30/A6KV侧

20、补偿前负荷0.8672997.251723.113457.26332.686KV侧无功补偿容量7206KV侧补偿后负荷0.9432997.251003.113160.86304.16变压器功率损耗47.41189.656KV侧负荷总计0.9313044.661192.763269.96314.663、35KV变压器损耗 4、35KV全厂计算负荷 35KV侧总有功功率计算： 35KV侧总无功功率计算： 35KV侧视在功率计算：35KV侧负荷电流计算：35KV侧第三章、确定工厂总降压变电所的所址和形式变电所的位置设置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心利用以负荷圆表示的负荷指示图可以确定，设K

21、=5:1，作出各车间（建筑及宿舍区的负荷圆）负荷圆的圆心一般选在车间的中央，圆半径为（单位为m）：(1) N01变电所：(2) N02变电所：(3) N03变电所：(4) N04变电所：(5) N05变电所：总降变电所：第四章、确定工厂总降压变电所的主接线方案（技术经济比较）一、主变压器的选择1、 台数的选择：由于机修工厂的负荷是二级负荷应采用两台主变压器，以便当一台发生故障或检修时，另一台变压器能对负荷继续供电。2、 容量的选择：任一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷的大约60%-70%的需要，即3、 主变压器的确定：由上式选定主变压器容量为4000kVA，选择三相油浸自冷铝线双绕组变压器

22、SL7-4000/35，该变压器采用Y，d11联结，高压侧有UN+5%的电压分接头。其空载损耗，短路损耗，空载电流，短路电压。二、工厂总降变电所的主接线方案的确定： 采用一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所的主接线方式。由于二次侧出线较多故采用此种主接线方式。这种主接线方式具有运行灵活的优点，无论是一条进线故障还是一台主变压器检修或故障都可以保证继续供电，从而提高了供电的可靠性。第五章、短路电流的计算一、绘制计算电路图，选择计算点，如下图 图4二、采用标么值法计算：1. 确定基准值： 取， 而 2. 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值：（1） 电力系统的电抗标幺值电力系统极限短路容量，因

23、此（2） 架空线路的电抗标幺值查资料5第58页表3-1得，因此 （3） 电力变压器的电抗标幺值由SL7-4000/35参数得，因此 绘短路等效电路图如下图所示，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标明短路计算点。3. 计算k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量（1） 总电抗标幺值 （2） 三相短路电流周期分量有效值 （3） 其他三相短路电流 （4） 三相短路容量 4. 计算k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值 （2）三相短路电流周期分量有效值 （3）其他三相短路电流 （4）三相短路容量 第六章、一次电器设备的选择一、厂区6kV开关柜：（1）电

24、流互感器：6kV配电所进线隔离柜内装设的电流互感器采用LQJ-6.3 300/5型电流互感器，它有两个铁心和两个二次绕组，分别为0.5级和3级，0.5级用于测量，3级用于继电保护。其变比为300：5。6kV配电所出线开关柜内装设的电流互感器采用LQJ-6.3 100/5型电流互感器，它有两个铁心和两个二次绕组，分别为0.5级和3级，0.5级用于测量，3级用于继电保护。其变比为100：5。（2）电压互感器： 6KV配电所内的进线隔离柜内的电压互感器采用JDZJ-6 6000/100型电压互感器为单相树脂浇注式带接地保护绕组，采用V/V形接线方式。 6KV配电所内的母线上的电压互感器采用JDZJ-

25、6 6000/100型电压互感器为单相树脂浇注式带接地保护绕组，由三个单相三绕组电压互感器接成（开口三角形）其接成的二次绕组，供电给需要线电压的仪表、继电器及需线电压的绝缘监视用电压表。接成开口三角形的辅助二次绕组，接电压继电器，当某一相接地时，开口三角形两端将出现近100V的零序电压，使电压继电器动作，发出信号。（3） 高压熔断器： 6kV配电所内串联与电压互感器回路采用RN2 6/0.5作为一次侧的短路保护，其熔体额定电流为0.5A。（4） 高压隔离开关：GN8为户内高压隔离开关。6kV配电所的进线隔离柜和进线开关柜内采用GN8-6/600型高压隔开关，其额定电流为600A。而6kV配电所

26、的出 线开关柜内采用GN8-6/200型高压隔离开关，其额定电流为200A。（5） 高压少油断路器（SN10-10I）：其断流容量为300MVA，满足上一章所 计算的短路容量。有关SN10-10I型高压断路器的校验表如下。（6） 开关柜采用GG-1A（F）-07S型高压开关柜，为固定式带电磁操动机构和“五防”的开关柜。二、车间配电变压器：1、台数的选择： 除了4号变电所由2路进线外，其余车间变电所均为1路进线，故除了4号变电所选择2台外，其余车间变电所均为1台。2、容量的选择：车间配电变压器都选择容量不大于1250kVA的电力变压器，这样可以采用断流能力小的开关器件，另一方面也是考虑到可以使变

27、压器更接近车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和金属消耗量。同时考虑到今后510年电力负荷的增长，取较大容量的变压器。（1）N01变电所： （2）N02变电所： （3）N03变电所： （4）N04变电所： （5）N05变电所： 3、 配电变压器的确定：（1）N01变电所： S9-1250/6（2）N02变电所： S9-1000/6（3）N03变电所： S9-800/6（4）N04变电所： S9-630/6（5）N05变电所： S9-630/64、配电变压器的联结组别方式确定： 所有车间变电所的电力变压器均选Dyn11联结级别方式。根据供配电系统设计规范规定，低压为TN及TT系统

28、时，宜选用Dyn11联结变压器。对Dyn11联结变压器有利于抑制高次谐波电流，并且其中性线电流允许达到相电流的75%以上，其承受单相不平衡能力远比Yyn0联结的变压器大。第七章、选择工厂电源进线和厂区高压配电线路一、工厂电源线进线的选择：采用8km长的35kV架空线路作为工厂电源进线。按经济电流密度选择导线： 由参考资料180页表5-3得：，故选标准截面，即选LGJ-120型钢芯铝线。校验发热条件：查参考资料5附录16得LGJ-120的允许载流量（假设环境温度为）故满足发热条件。校验机械强度查参考资料5附录14得35kV架空钢芯铝线的最小截面，因此所选LGJ-120型钢芯铝线也满足机械强度要求

29、。二、厂区高压配电线路工厂的高压配电线选用放射式接线，放射式线路之间互不影响，因此供电可靠性较高，而且便于装设自动装置，保护装置也较简单。第八章、厂区6kV配电系统设计一、厂区6kV系统电源进线厂区6kV配电系统由高压总降压变电站两电源进线，两路均为电缆线WL1、WL2。两路均来自电力部门，35kV系统经总降压变电所降为6kV后进入6kV配电系统。一路作为工作电源，另一路作为备用电源。二、厂区6kV系统主接线方案的确定1、单母线分段厂区6kV系统采用单母线分段的接线方式。6kV母线两路电源进线，一路电源工作，另一路电源备用的运行方式，母线分段开关处于冷备用状态。如果工作电源发生故障或进行检修时

30、，在切除该进线后，投入备用电源即可恢复对整个配电所的供电。进线隔离柜内装设有电流互感器和电压互感器，其中电流互感器供测量、计量之用；电压互感器供计量用，采用V/V形接线方式，电压互感器侧装有高压熔断器RN2 6/0.5作为电压互感器短路保护用。2、母线高压母线采用LMY型硬铝母线，安装于高压开关柜GG-1A（F）-07S上的。为测量、保护、监视和控制主电路设备需要，每段母线上都装设电压互感器。电压互感器为三相五芯柱三绕组电压互感器接成（开口三角形）。为防止雷电过电压，每段母线匀装设了避雷器。避雷器和电压互感器同装设在一个高压柜内，且共用一组高压隔离开关。高压并联电容器对整个配电所进行无功补偿。

31、三、厂区6kV配电所出线本配电所共有9路高压出线，分别供给1至5号车间变电，所其中有2路分别取自两段母线供给4号车间变电所，还有2路接至高压电容器室，1路接至高压电动机组为6kV车间提供电源。出线开关柜内匀装设有母线隔离开关和断路器、保护装置和测量仪表，高压电流互感器均有两个二次绕组，其中一个接测量仪表，另一个接继电保护装置即车间变电所的开关匀装设在总配电所的高压配电室内。车间变电所只装简单的隔离开关和熔断器。出线高压开关柜经电缆连接车间变电所。厂区6kV配电所主接线图参考资料：1刘维仲. 中小型变电站-电气设备的原理与运行M. 科学出版社，1991.2何仰赞, 温增银. 电力系统分析(上)M. 武汉：华中科技大学出版社, 20023何仰赞, 温增银. 电力系统分析(下) M. 武汉：华中科技大学出版社, 20024范锡普. 发电厂电气部分M. 北京：中国电力出版社，19955 刘介才, 工厂供电(第四版).北京：机械工业出版社,20076 工厂供电设计指导，华南理工大学21