机械厂变电所及其低压配电系统设计.doc

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1、 摘要本次设计紧密结合实际，通过查找大量相关资料和依据国家规范的用电要求，建立起适合自身生产和发展需要的变电所。根据课题提供的机械厂的用电负荷和供电条件，通过需要系数法完成负荷计算，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所主变压器的台数与容量、类型；根据电气主接线的四点基本原则确定出电气主接线的设计方案；选定短路点进行短路电流计算，并通过短路点的短路电流选择高低压电气设备并进行校验；选择变电所进出线并进行校验；确定二次回路方案，合理选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置。该设计从全局出发，按照负荷性质，用电容量等做出了合理的设计。最后按照任务书的要求，分

2、析比较所得数据，画出主接线图和供电平面布置图。并运用AutoCAD制图软件绘制相应设计图。关键词：变电所负荷计算 短路电流 继电保护Abstract The content of this design is colsely linked with practice, by looking up large amount of relevant data and on the basis of the national standard requirements of electricity, establish the substation of suitable production an

3、d development needs. This design is according to the topic mechanical factory of power load and power supply conditions, by the need conefficient method to complete load calculaton. And with due regard to the development of factory production, in accordance with the requirements for safe and reliabl

4、e, advanced technology, reasonable economy, determine the number of main transformer substation with capacity, type. According to the main electrical wiring four basic principles, identify the main electrical wiring design project; Selected short-circuit point are short of circuit calculation, and t

5、hrough the short-circuit point short-circuit current, choose high and low voltage devices and check them; Choose qualify and check in substation; determine the secondary circuit scheme selection setting relaying protection, determine the lightning protection and grounding device. This design from th

6、e overall situation, according to load properties, such as power capacity made reasonable design. Finally do complete the project requirements，design calculation specifications, and draw the main hookup and electricity layoutAnd using the AutoCAD drawing software rendering the corresponding design.

7、Keywords: Power substation Load statistics Short-circuit current Relay protection目 录第1章绪论11.1课题的研究背景11.2国内外研究现状11.3论文主要内容1第2章负荷计算22.1单组用电设备计算负荷的计算公式22.2多组用电设备计算负荷的计算公式2第3章无功功率补偿63.1低压母线计算负荷63.2 计算变电所变压器一次侧计算负荷7第4章确定车间变电所变压器容量和数量及主结线方案94.1变压器容量的确定方法94.2根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量94.3主接线方案的技术经济比较104.4 车间变电所

8、电气主接线图10第5章短路计算125.1绘制计算电路125.2 短路电流计算125.2.1计算各元器件基准电抗标幺值125.2.2计算K-1点和K-2点短路电流135.2.3最大运行方式下其他短路电流计算135.2.4最小运行方式下其他短路电流计算135.2.5短路容量14第6章变电所一次设备的选择与校验156.1一次设备选择与校验的条件与项目156.1.1按正常工作条件选择156.1.2按短路条件选择156.1.3断路器型式的选择166.1.4隔离开关的选择166.1.5低压断路器的选择、整定与校验176.1.6电流互感器的选择与校验186.2本变电所高低压电气设备的选择196.2.1高压1

9、0kV侧设备选择与校验196.2.2低压380V侧一次设备选择与校验20第7章选择车间变电所进出线选择与校验217.1选择母线截面积217.2变电所进出线的选择217.2.110kV高压进线和引入电缆的选择217.2.2380V低压出线选择22第8章车间配电线路设计268.1车间配电线路结线方案268.2选择低压配电系统的导线及控制保护设备268.2.1低压干线导线截面选择和校验268.2.2各用电设备导线选择和保护设备选择288.2.3低压动力配电箱的选择28第9章继电保护的整定319.1继电保护的任务319.2继电保护装置319.3高压线路的继电保护319.3.1装设反时限过流保护319.

10、3.2装设电流速断保护339.3.3 备用电源自动投入装置349.4主变压器保护349.4.1装设瓦斯保护349.4.2装设反时限过流保护359.4.3装设电流速断保护379.4.4 变电所低压侧的保护装置38第10章变电所二次回路方案的选择3910.1二次回路电源的选择3910.2高压断路器的控制3910.3电测量仪表与绝缘监视装置4010.3.1电测量仪表4010.3.2绝缘监视回路41第11章防雷保护和接地装置的设计4211.1防雷保护4211.1.1直接防雷保护4211.1.2变配电所的防雷措施4211.2接地装置4211.2.1接地与接地装置定义4211.2.2确定此配电所公共接地装

11、置的垂直接地钢管和连接扁钢43第12章结论与展望4412.1结论4412.2展望44参考文献45致谢46附录47附录A外文资料47附录B工厂车间负荷统计表55第1章绪论1.1课题的研究背景电能是现代化工业生产的主要能源和动力，工业生产应用电能和实现电气化后，能大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。但是，工厂的电能供应如果突然中断，则将对工业生产造成严重的后果，甚至可能发生重大的设备损坏事故或人身伤亡事故；因此，如何正确计算、选择变电所的变压器容量及其它主要电气设备和画出该工厂的电气接线图是对工厂及其重要的必不

12、可少的一个过程。1.2国内外研究现状自20世纪80年代末至今，我国变电所在新技术运用上得到了飞速发展，如变电所监控技术，可通过远程监测、遥控和数据采集等来实时跟踪和采集变电所运行情况，反馈状态信息，及时控制各种危险事故；同时仿真技术也在变电所得到广泛的应用，对变电所电力设备接线图进行仿真，在变电所运行人员的培训中起到重要作用，提高了培训效率，进一步提高运行人员的判断和处理事故的能力，防止事故扩大化，从而确保电网安全、可靠、经济运行；另外输电技术也得到更新如FACTS技术、紧凑型技术、导线能改善等技术的结合，主要有：(1)串并联补偿；(2)紧凑型线路；(3)动态无功补偿技术；(4)大截面耐热导线

13、等。我国变电所的主要现状是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电所转变，交流传输向直流传输转变，国外主要是交流传输向直流传输转变。1.3论文主要内容机械厂的供电系统由变电、输电、配电三个环节组成，且这三个环节环环相扣，其次，供电系统一次系统较为简单，二次系统相对复杂。本设计主要内容包括：变电所的负荷计算和变压器的选择、电器主接线的拟定与短路计算、变电所电气设备的选择校验、继电保护方案的拟定以及变电所的防雷与接地保护。低压配电系统设计包括配电变电所、高压配电线路、配电变压器、低压配电线路以及相应的控制保护设备的选择。第2章负荷计算2.1单组用电设备计算负荷的计算公式(1)有功计算负荷(单位

14、为kW) =KdPe (2-1)(2)无功计算负荷(单位为kvar) = (2-2)(3)视在计算负荷(单位为kVA) = (2-3)(4)计算电流(单位为A) = (2-4)2.2多组用电设备计算负荷的计算公式(1)有功计算负荷(单位为kW) (2-5)式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.900.95(2)无功计算负荷(单位为kvar) (2-6)式中是所有设备无功计算负荷之和；是无功负荷同时系数，可取0.90.97(3)视在计算负荷(单位为kVA) = (2-7)(4)计算电流(单位为A) = (2-8)机加工车间计算负荷：拟将机加工车间分为三组：14号设备和25

15、34号设备为一组；518号设备为一组；1924号设备为一组。1组计算负荷P30=0.9 (3.6+1.64+7.84+2.4+2.72+34.39) kW= 47.3kW 2组计算负荷P30=Kp=39.8kW Q30=Kq=31.521kvar 3组计算负荷： 故机加工车间总计算负荷为：P30= (47.3+39.8+88.82) kW =175.9kWQ30= (50.578+31.521+67.716) kvar =149.7kvar 机加车间负荷计算结果列表汇总如表2-1所示。表2-1机加车间负荷计算结果干线代号配电箱代号设备代号设备名称单台容量/kWKdcostan 计算负荷P30Q

16、30S30WL1AP113普通车床c6140360.20.810.723.62.614工具磨床m60251.450.20.830.671.651.1总计（380）19.450.804.733.525.9AP225吊车5T(25%)28.20.150.651.1734.3940.22629镗床T6849.80.20.80.757.845.88总计（380）67.40.663843.7857.97AP33032插床B5032340.20.820.72.41.6833,34万能磨床M131W26.840.20.810.722.741.97总计（380）25.684.633.475.78WL2AP45

17、,16砂轮机S3SL-30021.50.20.820.70.60.426平面磨床M71307.60.20.820.78.646.07,8,9牛头刨床B6050340.20.820.72.41.681012普通车床C61634.60.20.810.720.9221315普通车床C620-137.60.20.810.724.563.317,18单臂龙门刨床B101267.80.20.810.7227.119.6总计（380）194.839.831.3550.66WL3AP519龙门刨床B201666.80.20.810.7277.6756.2420,21,23普通车床C630310.1250.20

18、.810.726.084.4续表2-1干线代号配电箱代号设备代号设备名称单台容量/kWKdcostan 计算负荷P30Q30S30WL3AP522立式钻床Z5354.6250.20.80.755.173.8224摇臂钻床Z358.50.20.820.79.776.82总计（380）110.388.8267.72111.7WL1112.50.6847.350.5869.27WL2194.80.78539.831.3550.66WL3110.30.79588.8267.72111.7机加工车间总计417.60.76175.9149.7231车间变电所负荷计算结果列表汇总如表2-2所示。表2-2车间

19、变电所负荷计算结果设备名称功率因数计算负荷P30(kW)无功负荷Q30(kW)视在负荷S30(kVA)计算电流I30(A)机加车间0.76175.9149.7231353.1金工车间0.7110098140213汽修车间0.698286119181备品车间0.618295125189锅炉房0.57558097.1147.5照明回路1.04504568.4总计540508.77421127.3变压器低压侧总计算负荷0.71486483685.41041.3第3章无功功率补偿无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、

20、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍1。3.1低压母线计算负荷低压母线的计算负荷为各回路干线负荷之和，应乘以同时系数（或称为参差系数或称为综合系数）。 P30M=Kp=0.9(175.9+100+82+82+55+45) kW = 486kWQ30M=Kq=0.95(149.7+98+86+95+80+0) kvar =483 kvar 由上可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.71。而供电部门要求该厂进线侧最大负荷时的功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功

21、率补偿容量。(1)补偿容量的确定QC=P30(tan1-tan2)=485 kvar(0.992-0.426) =275kvar取QC=300kvar(2)选择补偿装置参照图3-1，选PGJ1型低压自动补偿屏2，1、3屏各有6条支路，每屏共84kvar，分6步控制，每步投入14kvar，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1(主屏)1台与方案3(辅屏)3台相结合，总容量为84kvar4=336kvar300kvar。 图3-1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案补偿后变电所变压器380V侧计算负荷kW Q=Q-Q= (483-300) kvar =183kvar 故满足要求。

22、3.2 计算变电所变压器一次侧计算负荷(1)估算变压器功率损耗：(2)估算进线负荷：由上述可得补偿前后变压器高低压侧计算负荷如表3-1所示。表3-1补偿前后变压器高低侧负荷计算项目计算负荷P30(kW)Q30(kvar)S30(kVA)I30(A)380V侧补偿前负荷0.71486483685.41041.3380V侧无功补偿容量-300380V侧补偿后负荷0.93486183519.3789主变压器功率损耗7.831.1610KV侧补偿前负荷0.917492.8214.2537.3431第4章确定车间变电所变压器容量和数量及主结线方案4.1变压器容量的确定方法(1)只装有一台变压器的变电所，

23、变压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要1。(2)装有两台变压器的变电所，每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条件：任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要；任一台变压器单独运行时，宜满足全部用电容量设备60%70%的需要1。(3)变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的70%80%为宜，以提高运行率1。4.2根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量下列有下列两种方案可供选择：(1)装设一台主变压器，型号采用S11型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=630kVA=537.34kVA，即选一台S11-630/10型低损耗配电变压器。(2)装设两台主变压

24、器，型号宜采用S11型，而每台变压器容量根据式(4-1)、(4-2)选择，即 =(322376)kVA (4-1)一台工作时 SN TSNT=376kVA (4-2)因此选择两台容量为S11-400/10型低损耗配电变压器。主变压器的联结组均采用Yyn0。技术数据如表4-1所示。表4-1 S11型电力变压器技术数据型 号额定容量空载损耗负荷损耗空载电源 短路阻抗连接组 别标号参考价S11-6306300.8056.21.04.5Yyn055000S11-4004000.5654.31.04Yyn0400004.3主接线方案的技术经济比较 表4-2主接线方案的技术经济比较比较项目装设一台主变的方

25、案装设两台主变的方案技技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求基本满足要求供电质量一台主变，电压损耗较大两台主变并列，电压损耗较小灵活方便性一台主变，灵活性稍差有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经经济指标电力变压器的综合投资额查得S11-630/10的单价为5.5万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为255000=11万元查得S11-400/10的单价为4万元，因此两台变压器的综合投资约为44=16万元，比一台主变方案多投资5万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查资料得GG-1A(F)型柜可按每台4万元计，其综合投资可按设备的1.5倍计，因此高

26、压开关柜的综合投资约为41.54=24万元本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资可按设备的1.5倍计，综合投资约为61.54=36万元，比一台主变方案多投资12万元电力变压器和高压开关柜的年运行费查资料得，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年:14.220.05=0.711万元240.06=1.44万元(14+24) 0.06=2.28万元总计：4.431万元查表3-2，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年:21.320.05=1.066万元360.06=2.16万元(21.32+36)0.06=3.4392万元总计：6.665万元.比一台主变方案多投资2.234万元供电贴费主变容量

27、每kVA为0.07万元，供电贴费为630kVA0.07万元/kVA=44.1万元供电贴费为2400kVA0.07万元=56万元，比一台主变多交12万元从表4-2可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远优于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。4.4车间变电所电气主接线图本设计高压室共装设6面高压开关柜(No.101No.106)、两路电源进线和一路高压出线。高压室的两路10kV电源进线均为架空进线。根据GBT50063-2008电力装置的电气测量仪表装置设计规范规定：“电力用户处的电能计量

28、装置，宜采用全国统一标准的电能计量柜。”“装设在63kV以下的电力用户处电能计量点的计费电能表，应装设专用的互感器。”3因此在两路电源进线的主开关柜之前，各装设一台GG-1A-J-03型高压计量柜(No.101和No.105)，其中的电压互感器和电流互感器只用来连接计费电能表。装设进线断路器的高压开关柜(No.102和No.106)，因需与计量柜相连，因此采用GG-1A(F)-11型。由于进线采用高压断路器控制，所以切换操作十分灵活方便。考虑到进线断路器在检修时有可能两端来电，因此为保证断路器检修时的人身安全，断路器两侧都必须装设高压隔离开关。高压室的高压母线采用单母线制，两路电源进线，一路电

29、源工作，一路备用。该设计采用备用电源自动投入装置，当工作电源进线发生故障或进行检修时，在切除该该进线后，自动投入备用电源即可使整个配电所恢复供电。为了测量、监视、保护和控制主电路设备的需要，每段母线电压互感器，进线上和出线上均串接有电流互感器。图中的高压电流互感器均有两个二次绕组，其中一个接测量装置，另一个接继电保护装置。为了防止雷电过电压侵入配电所时击毁其中的电气设备，高压母线上装设了避雷器。避雷器与电压互感器同装在一个高压柜内，且共用一组高压隔离开关3。高压室高压出线经隔离开关-断路器-隔离开关配电给车间变电所。车间变电所设有1台变压器、7台低压配电屏(No.201No.207)、1台无功

30、功率自动补偿屏(No.208)和7路低压出线。电气主接线图见附录C第5章短路计算5.1绘制计算电路SK(3)根据所给资料和负荷计算可画出短路计算电路和短路计算等效电路分别如图5-1、5-1所示。K-1K-20.3km10.5kVS9-630/100.4kV(2)(3)(1)系统图5-1短路计算电路k-1k-2 图5-2短路计算等效电路5.2短路电流计算短路电流计算目的是为了选择和校验车间变电所高、低压电气设备及提供继电保护整定计算所需要的技术数据。因此应计算在最大运行方式下和最小运行方式下的短路电流值。5.2.计算各元器件基准电抗标幺值(1)确定基准值选区基准容量Sd=100MVA，基准电压：

31、Ud1=10.5kV，Ud2=0.4kV，基准电流： (2)计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值 由原始材料可知：Sk.max=250MVA Sk.min=200MVA 架空线路的电抗标幺值： 电力变压器的电抗标幺值：查附录表51查的=4.5 5.2.2计算K-1点和K-2点短路电流5.2.3最大运行方式下其他短路电流计算高压侧：kA =2.5511kA=28.05 kA =1.5111KA=16.61 kA低压侧：kA =1.8418.95kA=34.87 kA =1.0918.95KA=20.66 kA5.2.4最小运行方式下其他短路电流计算高压侧： kA =2.559.

32、2kA=23.46 kA =1.519.2KA=13.89 kA低压侧： kA =1.8418.7kA=34.41 kA =1.0918.7KA=20.38 kA5.2.5短路容量最大短路容量：最小短路容量：三相短路电流和短路容量计算结果列表汇总如表5-1、5-2所示。表5-1最大运行方式短路电流计算表短路点计算三相短路电流三相短路容量(kA)(kA)(kA)(kA)(kA)短路点K-1111128.0516.61200短路点K-218.9518.9534.8720.6613.2表5-2最小运行方式短路电流计算表短路点计算三相短路电流三相短路容量(kA)(kA)(kA)(kA)(kA)短路点K

33、-19.29.223.4613.89166.67短路点K-218.718.734.4120.3812.99第6章变电所一次设备的选择与校验6.一次设备选择与校验的条件与项目6.1.1按正常工作条件选择(1)按工作电压选择 设备的额定电压UN.e一般不应小于所在系统的额定电压UN，即 (6-1)(2)按动作电流选择 设备的额定电流IN.e一般不应小于所在系统的额定电压I30，即 (6-2)(3)按断流能力选择 (6-3) 对于分断负荷电流的设备则为 (6-4)6.1.2按短路条件选择(1)隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验动稳定校验条件 或 (6-5)式中 imax、Imax 开关的极限

34、通过电流(又称动稳定电流)峰值和有效值，单位kA；开关所在的三相短路冲击电流瞬时值和有效值，单位kA。热稳定校验条件 (6-6)在无限大容量系统中 tima= tk+0.05s 式中 It开关的热稳定电流有效值(单位kA)；tima短路发热假想时间(单位s)；开关所在处的三相短路稳态电流(单位kA)；t开关的热稳定试验时间(单位s)。(2)电流互感器的短路稳定度校验动稳定校验条件 (6-7) 或 (6-8) 式中电流互感器的动稳定电流(kA)； 电流互感器的一次额定电流(A)； 电流互感器的动稳定电流倍数(对I1N)。热稳定校验条件 (6-9) 或 (6-10)式中It电流互感器的热稳定电流，

35、单位为kA； I1N电流互感器的稳定试验时间，单位为s； Kt电流互感器的热稳定电流倍数(对I1N)。6.1.3断路器型式的选择除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。断路器的选择及校验条件如下：(1)断路器的额定电压UN.QF应不小于所在线路的额定电压UN，即 UN.QFUN (6-11)(2)断路器的额定电流IN.QF应不小于它所装设的脱扣器额定电流IN.OR，即 IN.QFIN.OR (6-12)(3)热稳定校验 (6-13)(4)动稳定校验 或 (6-14)6.1.4隔离开关的选择(1)隔离开关的主要用途：隔离电压，在检修电气设备时

36、，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。分、合小电流。(2)隔离开关选择和校验原则是： UN.eUN (6-15) IN.eI30 (6-16) )或 (6-17) (6-18)6.1.5低压断路器的选择、整定与校验(1)低压断路器过电流脱扣器的选择和整定过电流脱扣器的额定电流应大于等于线路的计算电流，即 (6-19)瞬间和短延时过电流脱扣器的动作电流（脱口电流）应躲过线路的尖峰电流，即 (6-20)式中Krel可靠系数:瞬时过电流脱扣器，应取Krel=22.5；短延时过电流脱扣器（

37、延时0.20.6s），可取Krel=1.2。长延时过电流脱扣器一般用于作过负荷保护，动作电流应躲过线路的最大负荷即计算电流I30，即 (6-21)式中, Krel可靠系数，可取1.1。动作时间应躲过线路允许过负荷的持续时间，其动特性通常为反时限，即过负荷电流越大，动作时间越短。低压断路器过电流脱扣器与被保护线路的配合，当线路过负荷或短路时，为保证绝缘导线或电缆不致因过热烧毁而低压断路器的过电流脱扣器拒动的事故发生，要求 (6-22)式中,绝缘导线或电缆的允许载流量； 绝缘导线或电缆的允许短时过负荷系数。对瞬时和短延时过电流脱扣器取4.5；对长延时过电流脱扣器取1；对保护有爆炸性气体区域内的线路，取0.8。如果按式所选择的过电流脱扣器不满足上式的配合要求，可依据具体情况改选过电流脱扣器的动作电流，或适当加大绝缘导线或电缆的截面。(2)低压断路器型号规格的选择与校验断路器的额定电压UN.QF应不小于所在线路的额定电压UN，即 UN.QFUN (6-23)断路器的额定电流IN.QF应不小于它所装设的脱扣器额定电流IN.OR,即