工厂主变电所部分设计毕业设计.doc

工厂供电课程设计说明书题目：工厂主变电所部分设计内蒙古农业大学机电工程学院摘要本次课程设计是为8个车间合理设计供电系统以及对供电系统的保护。首先从车间的分布和布局考虑，上网查询了相关的资料，初步第对变电所分布做了合理的布置。然后开始对工厂厂区的供电部分进行设计。查询了很多相关的资料和文献，从各部分的计算入手，其中包括计算负荷和短路电流的计算和一次设备稳定度的效验，及低压配电屏的选择。接下来，还进行了对变电所高压进线和低压出线的选择，车间配电线路的设计。在变电所二次回路设计及继电保护整定当中我考虑了各方面的保护及对保护器具的选择。同时也考虑了对整个供电系统的防雷保护设计，使得设计方案趋于完善。关键词：供电设计 供电系统 保护 短路计算 计算负荷 目录第一章 负荷统计与无功补偿11.1原始资料分析11.2负荷统计及计算21.2.1计算过程21.3无功补偿及计算7第二章 变电所主接线设计及主变选择92.1变电所主变的选择92.1.1变电所主变压器台数的选择92.1.2变电所主变压器容量的选择92.2变压器详细参数102.3位置平面布置图112.4 主接线设计11第三章 短路电流计算11第四章 各电压等级设备的选择164.1 35kV高压侧设备选择164.2 10kV高压侧设备选择184.3 380V低压设备的选择20第五章 变电所进出线选择及校验215.1 35kV架空线的选择215.2 10kV电缆的选择215.3 380V侧电缆的选择225.4 厂房电缆的选择22第六章 继电器保护配置及整定236.1变压器的保护236.1.1定时限电流保护236.1.2电流速断保护246.1.3 变压器的瓦斯保护246.1.4 低压断路器保护24参考文献26内蒙古农业大学机电工程学院第一章 负荷统计与无功补偿1.1原始资料分析 设计任务某车间负荷分布：序号车间设备名称容 量Pe(kW)kdcos tg计 算 负 荷P(kW)Q(kVar)S(kVA)1铸钢车间动 力16000.50.6照 明300.810kv电动机60合 计2热处理车间动 力23000.50.8照 明300.8合 计3锻工车间动 力16000.250.60照 明300.810kv电动机80合 计4焊接车间动 力3000.50.7照 明300.8合 计5金工车间动 力4000.250.6照 明400.810kv电动机60合 计6总装车间动 力2650.150.5照 明400.8合 计7空压站动 力8120.80.8照 明300.8合 计8煤气站动 力5250.50.8照 明400.8合 计9总 计10全厂计算负荷11无功补偿容量12Cos补偿到0.9后全厂计算负荷合计13变压器损耗14全厂计算负荷总计变电所占地为2.5km2.5km,35kv电源进线。1.2负荷统计及计算本设计采用系数法对数据进行计算，所需要的公式包括：有功功率： 无功功率：视在功率： 计算电流：总的有功计算负荷：总的武功计算负荷：总的视在计算负荷：总的计算电流：其中1.2.1计算过程1）铸造车间 动力:=1600kW =0.5 cos=0.6 tan=tan (arc cos)=1.33 =0.51600=800kW =8001.33=1064kvar =1331.2kVA =1331.20(380)=2.023kA=2023A 照明:=30kW =0.8 cos=1.0 tan=0 =0.830=24kW =0kvar =24kVA =24/220=0.109k A=109A 10kV电动机：查附表1可知，小批生产的金属热加工机床电动机=0.3，cos=0.6，tan=1.33 =60kW =0.360=18kW =181.33=23.9kvar =30kVA =/(cos)=60/(100.80.6)=7.2A2）热处理车间 动力：=2300kW =0.5 cos=0.8 tan=tan (arc cos)=0.75 =0.52300=1150kW =11500.75=862.5kvar =1437.5kVA =1437.5(380)=2.184kA=2184A 照明：=30kW =0.8 cos=1.0 tan=0 =0.830=24kW =0kvar =24kVA =24/220=0.109k A=109A3）锻工车间 动力：=1600kW =0.25 cos=0.6 tan=tan (arc cos)=1.33 =0.251600=400kW =1.33400=532kvar =665.6kVA =665.6(380)=1.011kA=1011A 照明：=30kW =0.8 cos=1.0 tan=0 =0.830=24kW =0kvar =24kVA =24/220=0.109k A=109A 10kv电动机：查附表1可知，小批生产的金属冷加工机床电动机=0.2， cos=0.5，tan=1.73 =80kW =0.280=16kW =161.75=27.7kvar =32kVA =/(cos)=80/(100.80.5)=11.5A4）焊接车间 动力：=300kW =0.5 cos=0.7 tan=tan (arc cos)=1.02 =0.5300=150kW =1501.02=153kvar =214.3kVA =214.3(380)=0.326kA=326A 照明：=30kW =0.8 cos=1.0 tan=0 =0.830=24kW =0kvar =24kVA =24/220=0.109k A=109A5）金工车间 动力：=400kW =0.25 cos=0.6 tan=tan (arc cos)=1.33 =0.25400=100kW =1001.33=133kvar =166.4kVA =166.4(380)=0.253kA=253A 照明:=40kW =0.8 cos=1.0 tan=0 =0.840=32kW =0kvar =32kVA =32/220=0.145k A=145A 10kv电动机：查附表1可知，小批生产的金属冷加工机床电动机=0.2，cos=0.5，tan=1.73 =60kW =0.260=12kW =121.72=20.8kvar =24kVA =/(cos)=60/(100.80.5)=8.7A6）总装车间 动力：=265kW =0.15 cos=0.5 tan=tan (arc cos)=1.73 =0.15265=39.8kW =39.751.73=68.8kvar =76.2kVA =76.2(380)=0.116kA=116A 照明：=40kW =0.8 cos=1.0 tan=0 =0.840=32kW =0kvar =32kVA =32/220=0.145k A=145A7）空压站 动力：=812kW =0.8 cos=0.8 tan=tan (arc cos)=0.75 =0.8812=649.6kW =649.60.75=487.2kvar =812kVA =812(380)=1.234kA=1234A 照明：=30kW =0.8 cos=1.0 tan=0 =0.830=24kW =0kvar =24kVA =24/220=0.109k A=109A8）煤气站 动力：=525kW =0.5 cos=0.8 tan=tan (arc cos)=0.75 =0.5525=262.5kW =262.50.75=196.9kvar =328.1kVA =328.1(380)=0.498kA=498A 照明：=40kW =0.8 cos=1.0 tan=0 =0.840=32kW =0kvar =32kVA =32/220=0.145k A=145A9）车间总的计算负荷车间中含有照明消耗的功率，也有动力消耗的功率，照明是单相设备，动力和电动机是三相设备，它们所消耗的功率不能直接进行相加，要进行容量换算。规定如果三相电路中单相设备的总容量不超过三项设备总容量的15%，则不论单向设备如何分配，单项设备可与三项设备综合按三相负荷平衡计算；如果单向设备的总容量超过三项设备总容量的15%，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量（单项设备容量的3倍），在与三项设备容量相加。以下是各车间中单相设备的总容量占三项设备总容量的比率a铸钢车间： =24/(1331.2+30)=1.7%热处理车间: =24/1437.5=1.7%锻工车间: =24/(665.6+32)=3.4%焊接车间: =24/214.3=11.2%金工车间: =32/(166.4+24)=16.8%总装车间: =32/76.2=42.0%空压站: =24/812=3.0%煤气站: =32/328.1=9.8%经过计算，有两个车间单相设备的总容量超过了三项设备总容量的15%，分别是金工车间16.8%、总装车间42.0%，由于工厂中的照明设备一般接于相电压，所以计算总功率时应将这三个车间的照明容量变为3倍后再进行计算。 取有功功率同时系数， 取无功功率同时系数， =0.9(800+24+18+1150+24+400+24+16+150+24+100+323+12+ 39.8+323+649.6+24+262.5+32)=3547.7kW =0.95(1064+23.9+862.5+532+27.7+153+133+20.8+68.8+487.2+ 196.9)=3391.3kvar =4907.9kVA =4907.9(380)=7.457k A =7457A1.3无功补偿及计算 为计算出无功补偿的容量，先进行功率因数的计算： cos=3547.7/4907.9=0.72 通过计算可知，该厂的功率因数为0.72，因为要求功率因数高于0.9，所以取0.92暂时用来计算无功补偿的容量。 无功补偿容量 =3547.7()=1915.8kvar 取 =1920kvar 补偿后变压器的容量 =3547.9kVA 取=3600kVA 变压器的功率损耗为 =0.013547.9=35.5kW =0.053547.9=177.5kvar 变电所高压侧计算负荷为： =+=3547.7+35.5=3583.2kW =+-=3391.3+177.53600= -31.2kvar =3583.3kVA cos=/=3576.7/3583.3=0.990.9 满足要求。 因此可整理表格：序号车间设备名称容 量Pe(kW)kdcos tg计 算 负 荷P(kW)Q(kvar)S(kVA)I(A)1铸钢车间动 力16000.50.61.3380010641331.22023照 明300.81.002402410910kv电动机600.30.61.331823.9307.2合 计8421087.91185.22热处理车间动 力23000.50.80.751150862.51437.52184照 明300.81.0024024109合 计1174862.51461.53锻工车间动 力16000.250.601.33400532665.61101照 明300.81.002402410910kv电动机800.20.51.731627.73211.5合 计440559.7721.64焊接车间动 力3000.50.71.02150153214.3326照 明300.81.0024024109合 计174153238.35金工车间动 力4000.250.61.33100113166.4253照 明400.81.003203214510kv电动机600.20.51.731220.8248.7合 计208133.8286.46总装车间动 力2650.150.51.7339.868.876.2116照 明400.81.0032032145合 计135.868.8172.27空压站动 力8120.80.80.75649.6487.28121234照 明300.81.0024024109合 计673.6487.28368煤气站动 力5250.50.80.75262.5196.9328.1495照 明400.81.0032032145合 计294.5196.9360.19总 计10全厂计算负荷3547.73391.34907.9140.211无功补偿容量192012Cos补偿到0.9后全厂计算负荷合计3547.71471.33547.913变压器损耗35.5177.514全厂计算负荷总计0.993583.2-31.23583.3变电所占地为2.5km2.5km,35kv电源进线。第二章 变电所主接线设计及主变选择2.1变电所主变的选择2.1.1变电所主变压器台数的选择 选择主变压器台数时应考虑下列原则： 1）应满足电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量以、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。 2）对季节性或昼夜负荷变动较大而宜采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。 3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或多台变压器。 4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。 综上考虑，本变电所拟选择两台住变压器。2.1.2变电所主变压器容量的选择 .装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量应同时满足一下两个条件: 1）任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的大约60%70%的需要，即 =(0.60.7) 2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即 (I+II) 此外，还应适当考虑今后510年电力负荷的增长，留有一定的余地。由负荷计算的结果可知： =3583.3kVA 所以选择的变压器容量应不小于3583.3 kVA ，根据设计任务要求是35kV进线，同时二次侧电压等级较多，有10kV的电动机，还有380V的动力和220V的照明设备，所以要求一次侧电压经变压器后要有不同的电压等级。根据要求，可设计变压器选择方案：选择两台大容量的变压器，为所有的厂房进行供电。要求容量应高于3600kVA ，一次测电压等级为35kV ，户外使用，根据要求，可选择S9-4000/35型变压器。用此变压器为整个厂房供电，二次侧电压为10kV，作为所有10kV电动机供电电源，同时经另一台变压器对10kV电压再次降压至0.4kV，供其它动力及照明使用。另两台变压器由于不需要为10kV电动机供电，所以容量可以小一些，具体要求容量为：=-30-32-24=3583.3-30-32-24=3497.3kVA由于二次侧电压等级较低，所以采用两台变压器并励运行，任意一台变压器单独运行时，容量应满足：(0.60.7)=(0.60.7)3497.3=2098.42448.1kVA同时一次测电压为10kV，二次侧电压为0.4kV。根据具体的要求，选择的变压器型号为SC9-2500/10。所以共需SC9-2500/10型变压器两台，S9-4000/35型变压器一台，共计4台变压器。2.2变压器详细参数变压器详细参数 S9-4000/35型变压器参数额定容量kVA高压 kV低压kV连接组标号损耗（kW）空载电流（%）阻抗电压（%）空载负载40003510Yd114.5528.81.07SC9-2500/10型变压器详细参数额定容量kVA高压 kV低压kV连接组标号损耗（W）空载电流（%）阻抗电压（%）空载负载2500100.4Yyn02850158000.66 2.3位置平面布置图 2.4 主接线设计变电所里电压等级有35kV、10kV、400V，进线为35kV，出线分别为10kV，400V，电压等级不是很高，所以主接线都采用单母分段接线方式，既达到了供电稳定的要求，又能够节约利用资源。主接线图如附图所示。第三章 短路电流计算取出口断路器的断流容量为=500MVA、=1000MVA，取基准容量=100MVA，=，由于变电所为2.52.5km,取线缆长度为42km=8km，可画出短路电流计算接线图如下图： 图3-1短路电流计算接线图 图3-2短路电流计算等效电路图 确定基准值取=100MVA，=37kV，=10.5kV，=0.4kV则1.56kA 5.5kA 144.34kA 计算短路电流过程中所需的电抗标幺值供电系统： =1000MVA =100/1000=0.1 =500MVA =100/500=0.2架空线（取=0.35/km）： =0.358=0.2045 电力变压器： =1.75 =2.4 点短路电流及短路容量短路电流计算等效电路图如下图3-3（a）所示图3-3（a）k-1短路电流计算等效电路图总电抗标幺值： 系统最大运行方式时，总电抗标幺值为 =+=0.1+0.2045=0.3045 系统最小运行方式时，总电抗标幺值为 =+=0.2+0.2045=0.4045 则系统最大运行方式时，短路电流及短路容量分别为： =5.123kA =5.123kA =2.555.123=13.06kA =328.41MVA 而系统最小运行方式时，短路电流及短路容量分别为： =3.857kA =3.857kA =2.553.857=9.835kA =247.2MVAk-2点短路电流及短路容量 短路电流计算等效电路图如下图3-3（b）所示图3-3（b）k-2短路电流计算等效电路图总电抗标幺值： 系统最大运行方式时，总电抗标幺值为 =+|=0.1+0.2045+1.75/2=1.1795 系统最小运行方式时，总电抗标幺值为 =+|=0.2+0.2045+1.75/2=1.2795 则系统最大运行方式时，短路电流及短路容量分别为： =4.663kA =4.663kA =2.554.663=11.891kA =84.78MVA 而系统最小运行方式时，短路电流及短路容量分别为： =4.299kA =4.299kA =2.554.299=10.96kA =78.16MVAk -3点短路电流及短路容量短路电流计算等效电路图如下图3-3（c）所示图3-3（c）k-3短路电流计算等效电路图 总电抗标幺值： 系统最大运行方式时，总电抗标幺值为 =+|+| =0.1+0.2045+1.75/2+2.4/2=2.3795 系统最小运行方式时，总电抗标幺值为 =+|+| =0.2+0.2045+1.75/2+2.4/2=2.4795 则系统最大运行方式时，短路电流及短路容量分别为： =60.660kA =60.660kA =2.5560.660=154.683kA =41.71MVA 而系统最小运行方式时，短路电流及短路容量分别为： =58.213kA =58.213kA =2.5558.213=148.443kA =40.04MVA短路电流计算结果表短路点运行方式短路电流（kA）短路容量(MVA)k -1最大5.1235.12313.060328.41最小3.8573.8579.835247.20k -2最大4.6634.66311.89184.78最小4.2994.29910.96078.16k-3最大60.66060.660154.68341.71最小58.21358.213148.44340.04第四章 各电压等级设备的选择4.1 35kV高压侧设备选择 （1）高压断路器的选择 高压断路器的选择 真空断路器具有体积小、动作快、寿命长、安全可靠和便于维护检修等优点。它在安全性能方面优于少油断路器，在价格方面优于六氟化硫断路器。而且它的开断可靠性完全可以满足35kV高压。所以选择真空断路器。高压断路器的校验 已求得短路电流为5.123kA，电压为35kV， 计算电流=59.1A选择断路器为ZN12-35，其额定电压为35kV，额定电流为1250A断流能力：=31.5kA5.123kA动稳定度：=63kA2.555.123=13.06kA热稳定度：=4=39691.9=49.87， 序号装设地点的电气条件ZN12-35型真空断路器项目数据项目数据结论135kV35（40.5）kV合格259.1A1250合格35.123kA31.5kA合格413.060kA63kA合格549.873969合格 （2）电流互感器的选择 电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A。 已求得短路电流为5.123kA，电压为35kV，=59.1A选择电流互感器为LB-35型，其额定电压为35kV，=300A热稳定度：=1=272.251.9=49.87符合要求。 序号装设地点的电气条件LB-35型电流互感器项目数据项目数据结论135kV35kV合格259.1A300A合格313.060kA272.25kA合格 （3）电压互感器的选择选择的电压互感器输入电压应为35kV，选择的型号为JDJJ-35电压互感器，额定电压为/kV。 （4）高压熔断器的选择电缆电压为35kV，=59.1A，短路电流为5.123kA，根据要求，选择的型号为RN2-35，参数如下：额定电压：35kV =500A=140.2A 断流能力：=50kA5.123kA符合要求。 序号装设地点的电气条件RN2-35型高压熔断器项目数据项目数据结论135kV35kV合格2140.2A500A合格35.123kA50kA合格 （5）高压隔离开关的选择需要的额定电压为35kV，=59.1A，短路电流为5.123kA，根据要求，选择的型号为GN-35T/400-52，参数如下：额定电压：35kV =400A=59.1A 动稳定度：=31.52.555.123=13.06kA热稳定度：=2=312.51.9=49.87 序号装设地点的电气条件GN-35T/400-52型高压隔离开关项目数据项目数据结论135kV35kV合格259.1A400A合格313.06kA31.5kA合格449.87312.5合格 （6）避雷器的选择 由于是35kV电压的保护，所以选择的型号FS4-10避雷器，额定电压为35kV。4.2 10kV高压侧设备选择 （1）母线的选择按发热条件选择母线的截面=206.9A，选择LMY-403型硬铝母线，环境温度为40时，=389A=207.0A，满足发热条件。校验机械强度差附录表14可知，最小截面=25断流能力：=11.6kA4.663kA动稳定度：=30kA2.554.663kA=11.89kA热稳定度：=4=538.241.9=40.78，所以符合要求。 序号装设地点的电气条件ZN12-35型真空断路器项目数据项目数据结论110kV10kV合格2206.9A630A合格34.663kA11.6kA合格411.89kA30kA合格540.78538.24合格 （3）电流互感器的选择已求得短路电流为=4.663kA，电压为10kV，=206.9A选择电流互感器为LA-10 300/5型，其额定电压为10kV，=300A热稳定度：=1=506.31.9=40.78动稳定度：=0.3135=57.27kA11.89kA，符合要求。 序号装设地点的电气条件ZN12-35型真空断路器项目数据项目数据结论110kV10kV合格2206.9A300A合格311.89kA57.27kA合格4506.340.78合格 (4)电压互感器的选择选择的电压互感器输入电压应为10kV，选择的型号为JDZJ-10电压互感器，额定电压为/kV。 (5)高压熔断器的选择电缆电压为10kV，=206.9A，短路电流为=4.663kA，根据要求，选择的型号为RN2-10，参数如下：额定电压：10kV =500A=206.9A 断流能力：=50kA11.89kA符合要求。 序号装设地点的电气条件RN2-10型高压熔断器项目数据项目数据结论110kV10kV合格2206.9A500A合格311.89kA50kA合格 (6)高压隔离开关的选择需要的额定电压为10kV，=206.9A，短路电流为=4.663kA，根据要求，选择的型号为GN19-10/400，参数如下：额定电压：10kV =400A=206.9A 动稳定度：=31.52.554.663kA=11.89kA热稳定度：=4=6251.9=40.78 序号装设地点的电气条件ZN12-35型真空断路器项目数据项目数据结论110kV10kV合格2206.9A400A合格311.89kA31.5kA合格440.78625合格 (7)避雷器的选择由于是10kV电压的保护，所以选择的型号FS4-10避雷器，额定电压为10kV。4.3 380V低压设备的选择（1）低压断路器的选择低压断路器选择的型号为DZ20-400/3J 额定电压：380V 额定电流=350A=312.5A 断流能力：=42kA32.4kA符合设计要求。（2） 电流互感器的选择电流互感器选择的型号为LMZ1-0.5 315/5额定电压：500V 额定电流：