10kv降压变电所及车间低压配电系统设计-毕业论文.doc

湖南工业大学专科毕业设计（论文）专科毕业设计（论文）资料题 目 名 称：10Kv降压变电所及车间低压配电系统设计 学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 电气自动化 学 生 姓 名： 班 级：指导教师姓名：最终评定成绩： 湖南工业大学教务处（2011届）专科毕业设计（论文）题 目 名 称：10kv降压变电所及车间低压配电系统设计 学 院（部）：电气与信息工程学院 专 业：电气自动化 学 生 姓 名： 周敏 班 级：电气0631 学号 06053103 指导教师姓名： 职称 副教授 最终评定成绩： 2011 年 月摘 要本设计含工厂供电设计，包括：负荷的计算及无功功率的补偿；变电所主变压器台数和容量、型式的确定；变电所主接线方案的选择；进出线的选择；短路计算和开关设备的选择；二次回路方案的确定及继电器保护的选择和整定；防雷保护与接地装置的设计；车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其配电设备和保护设备的选择；以及电气照明的设计，还有电路图的绘制。本设计根据设计任务书可分为三大部分，第一部分为各车间变电所的设计选择，包括方案比较、变压所变压器台数及容量选择、变电所I的供电负荷统计无功补偿，变压所I的变压器选择；第二部分为各车间计算负荷和无功率补偿、短路电流计算、工厂总降压变电所及接入系统设计、变电所高低压电气设备的选择、继电保护的配置；第三部分为电气设计图，包括车间变配电所电气主接线图、继电保护原理接线图。关键词：变电所 变压器 断路器 继电器 隔离开关 互感器 熔断器ABSTRACTThis design including factory, including power supply system design : Calculation of load and compensation of the inactive power; Transformer substation main voltage transformer platform count and capacity , sureness of pattern; Mainly wire the choice of the scheme in the transformer substation; Pass in and out the choice of the thread; Choice of shorting out and calculating and switchgear ; Two return circuit sureness and choice that relay protect of scheme exactly make; Defend the thunder and protect the design with the earth device ; The workshop distribution line connects up the sureness of the scheme; Circuit wire and distribution equipment and protecting the choice of the equipment; And the electric design that lighted, there is drawing of circuit diagram.This design according to the design specification can be divided into three parts, the first part of the design of each workshop substation, including scheme comparison, choose variable pressure transformer sets and capacity of what I choose, substation reactive-power compensation power load statistics, which I transformer variable pressure choice; The second part is computational load each workshop and without power compensation, short-circuit current calculation, factory general voltage substation and access system design, substation high-low voltage electrical equipment choice, relay protection configuration; Keyword: Transformer substation Voltage transformer Circuit breaker Relay Isolate the switch Mutual inductor Fuse box目 录第一章 各车间计算负荷和无功功率补偿11.1 根据下列公式计算11.2 各车间计算负荷11.3 无功功率补偿4第二章 各车间变电所的设计选择62.1 方案比较62.2 变压所变压器台数及容量选择7第三章 短路电流计算103.1 短路电流计算的目的及方法103.2 短路电流计算10第四章 工厂总降压变电所及接入系统设计134.1 工厂总降压变电所主变压器台数及容量的选择134.2 35KV供电线路截面选择13第五章 变电所高低压电气设备的选择145.1 高压35KV侧设备145.2 中压10KV侧设备145.3 低压侧0.4KV侧设备15第六章 继电保护的配置166.1 主变压器的继电保护装置166.2 电流速断保护装置166.3 变压器的差动保护176.4 35KV进线线路保护176.5 10KV进线线路保护186.6 电流速断保护装置18结 论19参考文献20致 谢21附 录22第一章 各车间计算负荷和无功功率补偿 计算负荷计算负荷也称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均作为按民热条件选择电器工导体的依据。1.1 根据下列公式计算：有功功率（KW）：P30=KKLe WL需要系数：Kd=P30P e无功计算负荷（kvar）:Q30=P30tan视在计算负荷（kVA）：S30= P30c o s 计算电流（A）：I30=S303UN负荷不是恒定值，是随时间而变化的变动值。因为用电设备并不同时运行，即使用时，也并不是都能达到额定容量。另外，各用电设备的工作制也不一样，有长期、短时、重复短时之分。在设计时，如果简单地把各用电设备的容量加起来作为选择导线、电缆截面和电气设备容量的依据，那么，过大会使设备欠载，造成投资和有色金属的浪费；过小则又会出现过载运行。其结果不是不经济，就是出现过热绝缘损坏、线损增加，影响导线、电缆或电气设备的安全运行，严重时，会造成火灾事故。因此负荷计算也只能力求接近实际。 为避免这种情况的发生，设计时，用的总负荷应是一个假定负荷，即计算负荷1.2 各车间计算负荷A组 Pc=900 KW Q c=630 kvar Sc=1098.6 kvaI c=1669.2 AB组 纺丝机 Pc=160KW Q c=124.8 kvar Sc=202.9 kva I c=308.3 A筒绞机Pc=225KW Q c=16.9 kvar Sc=28.1 kva Ic=42.7 A烘干机Pc=63.8KW Qc=65.0 kvar Sc=91.06 kvaIc=138.35A脱水机Pc=7.2KW Qc=5.76 kvar Sc=9.22 kvaIc=14A通风机Pc=126KW Qc=94.5 kvar Sc=157.5 kvaIc=239.3A淋洗机Pc=4.5KW Qc=3.51 kvar Sc= 5.7kva Ic=8.67A变频机Pc=672KW Qc= 470.4kvarSc= 820.28kvaIc=1246.32A传送机Pc=32KW Qc= 22.4kvar Sc= 39.06kvaIc=59.35AB组总计算负荷P30=870.36KW Q30= 642.616kvar S30= 1081.89kva I30=1643.8AC组 P30=126KWQ30=75.6 kvar S30=146.94kvaI30=223.26AD组 P30=210KW Q30= 157.5kvar S30=262.5kvaI30=398.84AE组 P30=130KW Q30= 91kvar S30=158.69kva I30=241.1AF组 P30=217.5KW Q30=163.125 kvar S30=271.88kva I30=413.08A全厂总负荷P30=858.85KW Q30= 644.13825kvar S30=1073.56kvaI30=1631.16A表1-1 本厂负荷统计资料表序号车间设备名称安装容量（kw）KdTanCos计算负荷P（kw）Q（kvar）S(KV.A)1纺练车间（B）纺丝机2000800.78160124.8202.91筒绞机300.750.7522.516.87528.125烘干机850.751.0263.7565.02591.06脱水机120.600.807.25.769.22通风机1800.700.7512694.5157.5淋洗机60.750.784.53.515.7变频机8400.800.7067.2470.4820.28传送机400.800.703222.439.06小计870.36462.6161081.892原液车间（A）12000.750.709006301098.59小计3酸站照明（E）2000.650.7013091158.69小计4锅炉照明（F）2900.750.75217.5163.125163.125小计5排毒车间照明（C）1800.700.6012675.6146.94小计6其他车间照明(D)3000.700.75210157.5262.5小计7全厂计算负荷总计858.85644.1381073.56主变压器容量的选择条件为 SN.TS30，因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选为1250KV.A（附表3。）1.3 无功功率补偿在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能，这种技术措施称为无功功率补偿。无功功率指的是交流电路中，电压U与电流I存在一相角差时,电流流过容性电抗(XC)或感性电抗(XL)时所形成的功率分量。这种功率在电网中会造成电压降落或电压升高和焦耳损失，却不能做出有效的功。因而需要对无功功率进行补偿。合理配置无功补偿是电力系统规划和设计工作中一项重要内容。在运行中,合理使用无功补偿容量，控制无功功率的流动是电力系统调度的主要工作之一。1.3.1 无功补偿容量的确定 由上述计算已知该工厂补偿前的计算负荷为,P30=858.85KW Q30= 644.13825kvar S30=1073.56kva I30=1631.16A若要求把功率因数提高到COS10.9，COS2经查表取COS2=0.92 则： Qc= Pc(tan1-tan2)=858.85(0.936-0.426)kvar=438.014 kvar 选择并联电容器型号为BCMJ0.4203 单个容量qc=20,则容电器的个数n=21.922(个)。1.3.2 无功补偿后的主变压器容量和功率因数变电电所低压侧的视在计算负荷为：S30=kv.A=883kv.A因此无功功率补偿后主变压器容量可选为1000KV.A变电所变压器的功率损耗为： PT0.015883KV.A=13.245KV.A QT0.06883KV.A=52.98KV.A变电所高压侧的计算负荷为：P30(1)、=858.851KW+13.245KW=872.096KWQ30(1)、=(644.138-438.014)kvar+52.98kvar=259.104kvarS30(1)、=KV.A=909.73KV.A在无功补偿后，企业的功率因数提高为：COS(1)=0.952这一功率因数满足规定要求1.3.3 无功补偿前后主要容量的变化主变压器容量在补偿后减小容量：SN.T-SN.T1=1250KV.A-1000KV.A=250KV.A。第二章 各车间变电所的设计选择图2-12.1 方案比较表2-1比较项目方案一方案二技技术指标供电安全性满足要求基本满足要求供电可靠性基本满足要求稍差一点供电质量一台主变，电压损耗较大一样灵活方便性采用高压断路器，停送电操作十分灵活方便采用负荷开关，也可以带负荷操作扩建适应性一般较差经经济指标电力变压器的综合投资额S9200单价7.47万元，变压器综合投资约为单价的2倍，因此其综合投资为27.4714.9万元一样高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查表410得GG1A（F）型按每台3.5万元计，而由表41查得其综合投资按设备价1.5倍，因此其综合投资为21.53.510.5万元一样电力变压器和高压开关柜的年运行费参照表42计算，主变各高压开关柜的折旧各维修管理费每年为2.903万元（其余略）一样交供电部门的一次性供电贴费按800元/ kVA,贴费为6300.08万元50.4万元一样从上表可以看出，按技术指标，方案一和方案二都比较适用于三级负荷，但考虑发生短路时方案二只能熔断器恢复供电的时间较长的缺点，而且可靠性不高，而方案一采用高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分方便，同时高压断路器有断电保护装置，在变电所发生短路和过负荷时均能自动跳闸，而且在短路故障和过负荷情况消除后，又可直接快速合闸，从而恢复供电的时间缩短，从经济指标来看，方案二比方案一投资稍低，但从长远的利益看，方案一比较好一些，因此决定采用方案一。各配电干线、支线采用VV22型铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套内钢带铠装电力电缆，配电干线沿电缆沟敷设，配电箱到用电设备的配电支线有条件时沿电缆沟敷设，否则采用穿铁管沿地暗敷设。动力配电箱采用型号为XL(F)-14、15落地式防尘型动力配电箱，动力配电箱安装高度是箱底离地面0.3米，箱底座用水泥、沙、砖堆砌作基础，并做好防小动物措施。配电屏选择型号为GGD2A固定低压配电屏。GGD2的技术参数表2-2额定电压（V）380额定电流A630B630C630额定短路开断电流（KA）35IS额定短路时耐受电流（KA）35额定峰值耐受电流（KA）65外壳防护等级IP302.2 变压所变压器台数及容量选择2.2.1 变压所变压器台数及容量选择变压所的供电负荷统计同时系数取PP=0.9，KQ=0.95，计算出P30和Q30。 P30=0.9（P30纺炼车间+P30锅炉房） =0.9（1087.95+217.5）KW =1174.91KW Q30=0.95（Q30纺炼车间+Q30锅炉房） =0.95（803.27+163.13）kvar =918.08kvar变压所的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）无功补偿试取QC=400kvar 补偿以后：算出Q30=Q30-QC=518.08kvar COS= = =0.91 = =变压所的变压器选择为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）： =0.71284.06KV.A =898.84KV.A选择变压器型号为SL7系列，额定容量为1000kvA，两台。查表取变压器各项参数：SL7-1000/35 空载损耗1800W；负载损耗；阻抗电压6.5%；空载电流1.5%；短路损耗13500W每台变压器的功率损耗（n=1），也可以用简化经验公式2.2.2 变电所变压器台数及容量选择变压所的供电负荷统计QC=400kvar变压所的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）无功补偿试取QC=400kvar变压所的变压器选择为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）选SL7800/35 空载损耗1540W；负载损耗；阻抗电压6.5%；空载电流1.6%；短路损耗11000W。每台变压器的功率损耗（n=1），也可以用简化经验公式变压所变压器台数及容量选择供电给变电所的10KV线路为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：计算变压器的损耗：P; Q; S; I30。先按经济电流密度选择导线经济截面：由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得：架空线的经济电流密度所以可得经济截面： 初选标准截面积为95可选型号为LJ-95，其允许载流量为325A按发热条件检验：查附表7得LJ-95型铝绞线的载流量（室外25）。325AI30=85A,因此满足发热条件。供电给变电所的10KV线路为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：计算变压器的损耗：P; Q; S; I30。先按经济电流密度选择导线经济截面：由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得：架空线的经济电流密度所以可得经济截面： 初选标准截面积为70 可选型号为LJ-70，其允许载流量为265A按发热条件检验：265AI30=63.37A,因此满足发热条件供电给变电所的10KV线路为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：计算变压器的损耗：P; Q; S; I30。先按经济电流密度选择导线经济截面：由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得：架空线的经济电流密度所以可得经济截面： 初选标准截面积为16 可选型号为LJ-16，其允许载流量为105A按发热条件检验：105AI30=16.41A,因此满足发热条件第三章 短路电流计算3.1 短路电流计算的目的及方法短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。3.2 短路电流计算本设计采用标幺制法进行短路计算3.2.1 确定基准值取 Sd = 100MVA,Uc1 = 37KV,Uc2 = 10.5KV,Uc3=0.40KV而 Id1 = Sd /3Uc1 = 100MVA/(337KV) = 1.55KAId2=Sd/3Uc2=100MVA/(310.5KV) = 5.50KA Id3=Sd/3Uc3=100MVA/(30.40)=144.34KA3.2.2 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统（SOC = 1500MVA） X1* = 100MVA/1500MVA= 0.07架空线路（XO = 0.4/km） X2* = 0.419100/ (37.7537)= 0.56电力变压器（UK% = 6.5%） X3* =X4*= UK%Sd/100Sn =(6.51001000KVA) /(1001600KVA)=4.063.2.3 求k点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值X*(K)= X1*X2*= 0.07+0.56=0.63三相短路电流周期分量有效值 IK(3) = Id1/X*(K)= 1.56/0.63 =2.48KA其他三相短路电流I(3) = I(3) = Ik (3) =2.48KA ish(3) = 2.552.48KA = 6.32KAIsh(3)=1.512.48KA=3.74KA三相短路容量 Sk(3) = Sd/X*(k) =100MVA/0.63=158.73MVA3.2.4 在最大运行方式下求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总电抗标幺值X*(K-1) = X1*X2*X3*X4* =0.07+0.56+(4.064.06)/(4.062)=2.66三相短路电流周期分量有效值IK-1(3) = Id2/X*(K-1) = 5.50KA/2.66= 2.07KA其他三相短路电流I(3) = I(3) = Ik-1(3) = 2.07KAish(3) = 2.552.07KA =5.28KAIsh(3)=1.512.07KA=3.13KA三相短路容量 Sk-1(3) = Sd/X*(k-1) = 100MVA/2.07 = 48.31MVA最大运行方式下：总电抗标幺值X*(K-1)= X1*+ X2*+ X3*=0.07+0.56+4.06=4.69三相短路电流周期的有效值：IK-1(3)=Id2/ X*(K-1)=5.50KA/4.69=1.17其他三相短路电流I(3)= I(3) = Ik-1(3) =1.17ish(3) =2.551.17=2.98KAIsh(3)=1.511.17=1.76KA三相短路容量Sk-1(3) = Sd/X*(k-1) = 100MVA/4.69=21.32KVA3.2.5 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统（SOC = 350MVA） X1*= 100MVA/350MVA= 0.29架空线路 X2* =0电力变压器（UK% = 6.5%） X3* =6.5100MVA/(1001000KVA)=6.5X4*=6.5100MVA/（100800）=8.13X5*=6.5100MVA/（100500）=13求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最大运行方式；总电抗标幺值X*(K-2) = X1*X2*+X3*X4X5 = 0.29+0+2.82= 3.11三相短路电流周期分量有效值IK-2(3) = Id3/ X*(K-2)=144.34KA/3.11 = 46.41KA其他三相短路电流I(3) = I(3) = Ik-2(3) = 46.41KAish(3) = 1.8446.41KA =85.39KAIsh(3)=1.0946.41KA=50.59KA三相短路容量Sk-2(3) = Sd/X*(k-2)= 100 MVA/3.11 = 32.15MVA最小运行方式：总电抗标幺值X*(K-2)= X1*X2*+X3*=0.29+6.5=6.79三相短路电流周期分量有效值为IK-2(3)= Id3/ X*(K-2)=144.34/6.79=21.26其他三相短路电流为I(3) = I(3) = Ik-2(3) =21.26KAish(3) = 1.8421.26KA=39.12KAIsh(3)=1.0921.26KA=23.17KA三相短路容量为Sk-2(3) = Sd/X*(k-2)= 100 MVA/6.79=14.73KVA第四章 工厂总降压变电所及接入系统设计4.1 工厂总降压变电所主变压器台数及容量的选择为保证供电的可靠性，选用两台主变压器（每台可供负荷的70%）：所以选择变压器型号为SL7-1600/35,两台。查表得参数：空载损耗：2650w；负载损耗：19500w；阻抗电压为：104V；空载电流为：22.4A。为保证供电的可靠性，选用两回35KV供电线路。用简化公式求变压器损耗：空载损耗为3400w;短路损耗为19800w.4.2 35KV供电线路截面选择每回35KV供电线路的计算负荷:kd=1.0; cos=1.0P30=总负荷的70%=2511(kw)q30= P30.kd=0(kvar)s30=2511(kvA)I=41.4(A)按经济电流密度选择导线的截面：I= P30/(uncos)=46(A)由表5.1查得jec=1.15mm2,故Aec=106/1.15=51mm2因此初选的标准截面为95mm2可选LGJ- 50.再按长期发热条件检验：查附表7得LGJ- 50型钢芯铝绞线的载流量（室外25c时）ial=231(A)i30=106(A),因此满足要求。所选导线符合发热条件，同时也满足机械强度要求。第五章 变电所高低压电气设备的选择根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和 短路情况校验，总降压变电所主要高低压电气设备确定如下。5.1 高压35KV侧设备35KV侧设备的选择如表5-1所示。计算数据高压断路器SW2-351500高压隔离开关GW4-35G高压负荷开关FKN-351250高压熔断器RW5-35200U=35KV35KV35KV35KV35KVI=1.57KA1.5KA1KA1250A200AIK=2.5KA24.8KA1200ASK=160MVA1500MVA800MVAIsh3=4.6KA63.4KA80KA25KAI24=IK4=0.072924.8(4S)KA15KA5.2 中压10KV侧设备10KV侧设备如表5-2所示计算数据高压断路器SN10-10高压隔离开关GN19-10D1250高压熔断器RN-10U=10KV10KV10KV10KVI=1.65KA3KA1250A0.5KAIK=9KA40KA50ASK=164MVA750MVA1000MVAIsh3=16.6KA125KA100KA1000KAI24=IK4=324KA40KA40KA表5-2 10KV侧设备的选择5.3低压侧0.4KV侧设备低压0.4KV侧设备如表5-3所示计算数据低压断路器DW16-4000低压熔断器RM-600自动空气开关DZ15U=0.4KV0.4KV380V380VI=137.5KA4KA600A600AIK=0.73KA80KA10KA20KASK=0,53MVAIsh3=1.34KA12KAI24=IK4=2.13KA第六章 继电保护的配置6.1 主变压器的继电保护装置带时限的过电流保护采用GL15型感应过电流继电器,两相两继电器式接线,去分流跳闸的操作方式。（1）过电流保护动作电流的整定IL.max =2182,2=364.4A 取可靠系数Krel = 1.3 ,电流互感器变比 Ki = 35/10=3.5 ,接线系数 KW = 1 , 返回系数Kre = 0.8因此动作电流为Iop = KrelKWIL.max/(KreKi) =1.31364.4/(0.83.5) =169.2A故动作电流整定为169.2A（2）过电流保护动作时间整定（3）变压器过电流保护的灵敏度Sp = KwIk.min/(KiIop) =12.48/(3.5169.2) =4.2满足保护灵敏度的要求。6.2 电流速断保护装置6.2.1 速断电流整定Ik.max =46.41 取可靠系数Krel = 1.5 , 电流互感器变比 Ki = 3.5 ,接线系数 KW = 1因此动作电流为:Iqb = KrelKWIk.max/Ki =1.5146.41/3.5=19.89故速断电流整定为19.896.2.2 速断电流的灵敏度Sp = KwIk.min/(KiIpb) =121.26/(3.519.89) =0.3(三) 变压器的过负荷保护装置过负荷保护动作电流的整定IOP = 1.3I1N.T/Ki =1.3182.2/3.5=67.67动作时间取1015s6.3 变压器的差动保护变压器差动保护动作电流应满足以下三个条件应躲过变压器差动保护区外出现的最大短路不平衡电流应躲过变压器的励磁涌流在电流互感器二次回路端线且变压器处于最大符合时，差动保护不应动作6.4 35KV进线线路保护6.4.1 线路过电流保护过电流保护动作电流的整定IL.max =2170=340A 取可靠系数Krel = 1.3 , 电流互感器变比 Ki=3.5,接线系数 KW = 1 , 返回系数Kre = 0.8因此动作电流为:Iop = KrelKWIL.max/(KreKi) =1.31340/(0.83.5) =157.9A故动作电流整定为157.9A过电流保护动作时间整定变压器过电流保护的灵敏度Sp = KwIk.min/(KiIop) = 12.48/(3.5