電機修造廠變電所高壓配電系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計

1、東 北 石 油 大 學課 程 設(shè) 計課 程 工廠供電課程設(shè)計 題 目 電機修造廠變電所高壓配電系統(tǒng)設(shè)計院 系 電氣信息工程學院電氣工程系 專業(yè)班級 電氣10-2 學生姓名 學生學號 100603140217 指導(dǎo)教師 2013年 11月 24 日東北石油大學課程設(shè)計任務(wù)書課程 工廠供電課程設(shè)計 題目 電機修造廠變電所高壓配電系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè) 電氣工程及其自動化 姓名 學號 100 主要內(nèi)容：本論文主要依照工廠供電設(shè)計必須遵循的一般原則、基本內(nèi)容和設(shè)計流程，對某電機修造廠變電所進行了設(shè)計說明，本文按照設(shè)計要求，在查閱大量參考資料、手冊后，對負荷計算及無功功率補償計算，變配電所所址和型式的選擇，變電

2、所主變壓器臺數(shù)、容量及類型的選擇，變配電所主結(jié)線方案的設(shè)計，短路電流的計算，變配電所一次設(shè)備的選擇，變配電所二次回路方案的選擇及繼電保護裝置的選擇與整定，變配電所防雷保護與接地裝置的設(shè)計等進行了詳細的設(shè)計說明。并附有相應(yīng)的圖表、公式和計算結(jié)果。這次設(shè)計的變配電所完全滿足設(shè)計要求。本設(shè)計通過對計算負荷，選出變壓器；通過計算三相短路電流，選出其他保護器件；通過三相短路電流，選擇過電流保護設(shè)備；然后選擇二次回路的設(shè)備，對一次側(cè)設(shè)備進行控制、檢測；最后注意安全、接地和防雷的設(shè)置。參考資料：1 劉介才.工廠供電 M 北京：機械工業(yè)出版社，2003.44-482 劉滌塵、吳政球.電氣工程基礎(chǔ)M.武漢：武漢

3、理工大學出版 社.2003年3 何仰贊，溫增銀電力系統(tǒng)分析 M 武漢：華中科技大學出版社，20044 張學成.工礦企業(yè)供電設(shè)計指導(dǎo)書M.北京：北京礦業(yè)大學出版 社.1998年5 蘇文成.工廠供電M.北京：機械工業(yè)出版社.2004年完成期限 2013.11.18至2013.11.24 指導(dǎo)教師 專業(yè)負責人 2013年 11 月 15 日工廠供電課程設(shè)計（報告）目 錄1 設(shè)計目的12 工廠負荷計算及配電系統(tǒng)的確定12.1 工廠實際情況12.2 工廠負荷計算和無功補償計算42.3 變電所高壓配電主接線方案選擇63 電氣設(shè)備選擇與電器校驗73.1 變電所高壓配電系統(tǒng)母線的選擇73.2 高壓配電系統(tǒng)的校

4、驗84 變電所高壓配電系統(tǒng)防雷與接地104.1 變電所高壓配電系統(tǒng)的防雷104.2 變電所高壓配電系統(tǒng)的接地115 結(jié)論12參考文獻141 設(shè)計目的本題目主要目的是設(shè)計某電機修造廠的變電所高壓配電設(shè)計。與原來的課程設(shè)計比較，本題不僅設(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)，但是作為電氣專業(yè)的學生，本題目還是很全面的包含了一大部分專業(yè)課程學習的內(nèi)容，而且各個方面都有所深入。尤其是繼電保護的問題，有了更加深入的學習。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習和發(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)知識的學習，拓寬

5、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。2工廠負荷計算及配電系統(tǒng)的確定21 工廠實際情況（1） 電機修造廠總平面圖（圖2-1）圖2-1 某電機修造廠總平面布置圖（2） 工廠生產(chǎn)任務(wù)、規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格本廠承擔某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)各附屬廠的電機、變壓器修理和制造任務(wù)。年生產(chǎn)規(guī)模為修理電機7500臺，總?cè)萘繛?5萬KW；制造電機總?cè)萘繛?萬KW，制造單機最大容量為5520KW；修理變壓器500臺；生產(chǎn)電氣備件為60萬件。是大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)重要組成部分。（3）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設(shè)備容量（千瓦）計算負荷變壓器臺數(shù)及

6、容量車間變電所代號P30（千瓦）Q30（千乏）S30（千伏安）1電機修造車間25056095007881×1000No 1車變2加工車間8861632583051×400No 2車變3新制車間6342223364031×500No 3車變4原料車間5143101833601×400No 4車變5備件車間5621991582541×315No 5車變6鍛造車間1053658681×100No 6車變7鍋爐房2691971722621×315No 7車變8空壓站3221811592411×315No 8車變9汽車庫54

7、33027401×80No 9車變10大線圈車間3351871182211×250No 10車變11半成品試驗站3652874641×500No 11車變12成品試驗站22906404808001×1000No 12車變13加壓站2561631392141×25014設(shè)備處倉庫（轉(zhuǎn)供負荷）3382884441×50015成品試驗站內(nèi)大型集中負荷3600288023003686主要為高壓整流裝置，要求專線供電。（4） 供用電協(xié)議 當?shù)毓╇姴块T可提供兩個供電電源，供設(shè)計部門選定： 從某220/60kV區(qū)域變電所提供電源，此站距廠南側(cè)4.5

8、公里。 為滿足二級負荷的需求，從某60/10.5kV變電所，提供10kV備用電源，此所距廠南側(cè)4公里。 電力系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)，如表2-2所示。其供電系統(tǒng)圖，如圖2-2所示。表2-2 區(qū)域變電站60kV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1338MVA系統(tǒng)最小運行方式310MVAj圖2-2 供電系統(tǒng)圖 供電部門對工廠提出的技術(shù)要求： 區(qū)域變電所60kV饋電線的過電流保護整定時間1.8s，要求工廠總降壓變電所的過電流保護整定時間不大于1.3s。 在企業(yè)總降壓變電所60kV側(cè)進行電能計量。 該廠的總平均功率因數(shù)值應(yīng)在0.9以上。（5） 工廠負荷性質(zhì) 本廠大部分車間

9、為一班制，少數(shù)車間為兩班或三班制，年最大有功負荷利用小時數(shù)為2200h。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。（6） 本廠自然條件 氣象資料 最熱月平均最高溫度35攝氏度，土壤中0.7-1米深處一年中最熱月平均溫度為20攝氏度，土壤凍結(jié)深度為1.10米，夏季主導(dǎo)風向為南風，最高氣溫+40度，最低-40度，導(dǎo)線復(fù)冰時氣溫-5度，最大風速時氣溫-5度，最大風速25米/秒，導(dǎo)線復(fù)冰時風速10米/秒，最高最低氣溫時風速0米/秒，復(fù)冰厚度10毫米，年雷暴日數(shù)31.5日。 地質(zhì)水文資料 該廠區(qū)地層以砂粘土為主，地質(zhì)條件較好

10、，地下水位2.8-5.3m，地耐壓力為15噸/平方米。2.2負荷和無功補償?shù)挠嬎?。?）負荷計算的方法有功計算負荷為 (3-1)式中，為設(shè)備容量。無功計算負荷為 (3-2)式中，為對應(yīng)于用電設(shè)備組的正切值。視在計算負荷為 (3-3)總的計算電流為 (3-4)式中，為額定電壓380V。（2）負荷計算。取Kp = 0.92; Kq = 0.95根據(jù)上表可算出：P30i = 6520kW; Q30i = 5463kvar則 P30 = KPP30i = 0.92×6520kW = 5999kWQ30 = KqQ30i = 0.95×5463kvar = 5190kvar 7932

11、KV·AI30 = S30/3UN 94.5ACOS = P30/S30 = 5999/7932 0.75（3）功率補償由于本設(shè)計中上級要求COS0.9,而由上面計算可知COS=0.75<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。可選用BWF6.3-100-1W型的電容器，其額定電容為2.89µF Qc = 5999×（tanarc cos0.75tanarc cos0.92）Kvar=2735Kvar 取Qc=2800 Kvar因此，其電容器的個數(shù)為： n = Qc/qC = 2800/100 =28而由于電容器是單相的

12、，所以應(yīng)為3的倍數(shù)，取28個 正好變壓器的功率損耗為：（P18 估算PT（0.01-0.02） QT（0.05-0.08）PT = 0.015 S30 = 0.015 * 6564= 98.5 KwQT = 0.06 S30= 0.06 * 6564 = 393.8 Kvar變電所高壓側(cè)計算負荷為： P30= 5999+ 98.5 = 6098 KwQ30= (5463-2800 )+ 393.8= 3057 KvarS30 = (P302 + Q302) 1/2= 6821 KV .A無功率補償后，工廠的功率因數(shù)為： cos= P30/ S30= 6098 / 6821= 0.9cos= P

13、30/S30= 0.90.9因此，符合本設(shè)計的要求2.3變電所高壓配電主接線方案選擇由于需要裝設(shè)兩臺主變壓器，所以可設(shè)計下列兩種主結(jié)線方案：（1） 一條電源進線的主結(jié)線方案 （2） 兩條電源進線的主結(jié)線方案（3） 兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟比較（表2-3）表2-3 兩種主結(jié)線方案的比較比較項目一條電源進線的主結(jié)線方案兩條電源進線的主結(jié)線方案技術(shù)指標供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質(zhì)量兩臺主變并列，電壓損耗小兩臺主變并列，電壓損耗小靈活方便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經(jīng)濟指標電力變壓器的綜合投資額由資料查得

14、SL7-6300/60單價為30.35萬元，而又查得變壓器綜合投資約為其單價的2倍，因此其綜合投資為2×30.35萬元60.7萬元由資料查得SL7-6300/60單價為30.35萬元，而又查得變壓器綜合投資約為其單價的2倍，因此其綜合投資為2×30.35萬元60.7萬元高壓開關(guān)柜（含計量柜）的綜合投資額查資料得JYN1-60型柜按每臺10萬元計，其綜合投資按設(shè)備價1.5倍計，因此其綜合投資約為10×1.5×10萬元150萬元本方案采用14臺JYN1-60型柜，其綜合投資額約為14×1.5×10萬元210萬元，比一條電源進線的方案多投資

15、60萬元從表2-3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，兩條電源進線的主接線方案優(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。3電氣設(shè)備選擇與電器校驗3.1變電所高壓配電系統(tǒng)母線的選擇按規(guī)定60kV級的變電所的高壓母線應(yīng)按發(fā)熱條件進線選擇，并校驗其短路穩(wěn)定度。（1） 60kV母線的選擇校驗 按發(fā)熱條件選擇 由及室外環(huán)境溫度35，查資料，初選硬鋁母線LMY-3（25×3），其35時>，滿足發(fā)熱條件。 動穩(wěn)定度校驗 母線在三相短路時所受的最大電動力為 母線

16、在作用時的彎曲力矩為 母線的截面系數(shù)為 故母線在三相短路時所受到的計算應(yīng)力為而硬鋁母線（LMY）的允許應(yīng)力為，由此可見該母線滿足短路動穩(wěn)定度的要求。 熱穩(wěn)定度校驗計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面式中變電所60kV側(cè)縱聯(lián)差動保護動作時間按0.7s整定，再加上斷路器斷路時間0.2s，再加0.05s。由于母線的實際截面為，因此該母線滿足短路熱穩(wěn)定度要求。（2） 10.5kV母線的選擇校驗采用硬鋁母線LMY-3(60×6)50×5。（其選擇和計算方法同前，從略）所以電機修造廠高壓母線選擇如表3-1所示表3-1電機修造廠高壓母線選擇母線名稱母線型號規(guī)格35kV母線LMY-3(25

17、5;3)，即母線尺寸為25mm×3mm10kV母線LMY-3(60×6)50×5，即母線尺寸為60mm×6mm，中性母線尺寸為50mm×5mm3.2變電所高壓配電系統(tǒng)的校驗。采用LJ型鋁絞線架空敷設(shè)，與相距約4km的某60/10.5kV變電所的10.5kV母線相聯(lián)。（1） 按發(fā)熱條件選擇工廠二級負荷容量共503kVA，及室外環(huán)境溫度為35，查表，初選LJ-16，其35時的，滿足發(fā)熱條件。（2） 校驗電壓損耗由表查得纜芯為的鋁絞線的，（按線間幾何均距0.8m計）。又，線路長度按4km計，因此按式(3-9)，得滿足允許電壓損耗5的要求。（3） 短路

18、熱穩(wěn)定度校驗因為鄰近某60/10.5kV變電所電源10.5kV側(cè)的短路數(shù)據(jù)不知，因此該聯(lián)絡(luò)線的短路熱穩(wěn)定度校驗計算無法進行，只有暫缺。綜合以上所選電機修造廠變電所進出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格如表3-2所示表3-2電機修造廠變電所進出線和聯(lián)絡(luò)線的型號規(guī)格線路名稱導(dǎo)線或電纜的型號規(guī)格35kV電源進線LJ-35鋁絞線(三相三線架空)10kV高壓出線至1號廠房YJL22-10000-3×3001×150四芯電纜(直埋)至2號廠房YJL22-10000-3×3001×150四芯電纜(直埋)至3號廠房YJL22-10000-3×3001×1

19、50四芯電纜(直埋)至4號廠房YJL22-10000-3×3001×150四芯電纜(直埋)至5號廠房YJL22-10000-3×3001×150四芯電纜(直埋)至6號廠房YJL22-10000-3×3001×150四芯電纜(直埋)至7號廠房YJL22-10000-3×3001×150四芯電纜(直埋)至8號廠房YJL22-10000-3×3001×150四芯電纜(直埋)至9號廠房YJL22-10000-3×3001×150四芯電纜(直埋)至10號廠房YJL22-10000-3&

20、#215;3001×150四芯電纜(直埋)至11號廠房YJL22-10000-3×3001×150四芯電纜(直埋)10kV高壓出線至12號廠房YJL22-10000-3×3001×150四芯電纜(直埋)至13號廠房YJL22-10000-3×3001×150四芯電纜(直埋)至14號廠房YJL22-10000-3×3001×150四芯電纜(直埋)至15號廠房YJL22-10000-3×3001×150四芯電纜(直埋)至塑料制品廠3×LJ-501×LJ-35(三相四線架

21、空)與鄰近35/10kV變電所10kV聯(lián)絡(luò)線LJ-16鋁絞線(三相三線架空)4防雷與接地4.1 變電所高壓配電系統(tǒng)的防雷保護（1） 直擊雷防護在變電所屋頂裝設(shè)避雷針或避雷帶，并引出兩根接地線與變電所公共接地裝置相連。由于變電所有露天配電裝置，應(yīng)在變電所外面的適當位置裝設(shè)獨立避雷針，其裝設(shè)高度應(yīng)使其防雷保護范圍包括整個變電所。按規(guī)定，獨立避雷針的接地裝置接地電阻。通常采用36根長2.5m、50mm的鋼管，在裝避雷針的桿塔附近作一排或多邊形排列，管間距離5m，打入地下，管頂距地面0.6m。接地管間用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼焊接相連。引下線用25mm×4mm的鍍鋅扁鋼，下與接地

22、體焊接相連，并與裝避雷針的桿塔及其基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋相焊接，上與避雷針焊接相連。避雷針采用20mm的鍍鋅圓鋼，長11.5m。獨立避雷針的接地裝置與變電所公共接地裝置應(yīng)有3m以上距離。在35kV架空進行上，架設(shè)12kM的避雷線，以消除近區(qū)進線上的雷擊閃絡(luò)，避免其引起的雷電侵入波對變電所電氣裝置的危害。（2） 雷電侵入波的防護 在35kV電源進線的終端桿上裝設(shè)FZ-35型閥式避雷器。引下線采用25mm×4mm的鍍鋅扁鋼，下與公共接地網(wǎng)焊接相連，上與避雷器接地端螺栓連接。 在35kV高壓配電室內(nèi)裝設(shè)有JYN1-35-102型開關(guān)柜，其中配有FZ-35型避雷器，靠近主變壓器。主變壓器主要靠此避雷器

23、來保護，防護雷電侵入波的危害。 在10kV高壓配電室內(nèi)裝設(shè)有GG-1A(F)-55型開關(guān)柜，其中配有FS4-10型避雷器。主要保護10kV側(cè)出線上的各種一次設(shè)備。4.2變電所高壓配電系統(tǒng)公共接地裝置的設(shè)計（1） 接地電阻的要求 按資料上的表，此變電所的公共接地裝置的接地電阻應(yīng)滿足以下條件： 式中 （由于題目沒有給出35kV電網(wǎng)中架空線路和電纜線路總長度，所以我假設(shè)35kV電網(wǎng)中架空線路總長度為60km，35kV電網(wǎng)中電纜線路總長度為4km。）因此公共接地裝置接地電阻（2） 接地裝置的設(shè)計單根垂直管形接地體的接地電阻采用長2.5m、50mm的鋼管14根，沿變電所三面布置，管距5mm，垂直打入地下

24、，管頂離地面0.6m。管間用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼焊接相連。變電所的變壓器室有兩條接地干線，35kV、10kV配電室各有一條和兩條接地干線與室外公共接地裝置焊接相連，電容器室有兩條接地干線與室外公共接地裝置焊接相連，接地干線均采用25mm×4mm的鍍鋅扁鋼。變電所接地裝置平面布置圖如圖3-15所示。接地電阻的驗算：滿足的接地電阻要求。式中0.65在資料中查表近似地選取。圖15 電機修造廠總降壓變電所接地裝置平面布置圖5結(jié) 論我做的是某電機修造廠全廠變電所高壓配電系統(tǒng)的設(shè)計.通過這次畢業(yè)設(shè)計，我加深了對工廠供電知識的理解，基本上掌握了進行一次設(shè)計所要經(jīng)歷的步驟，作為大學階

25、段一次重要的學習經(jīng)歷我感覺自己受益非淺，同時深深的感覺的自己的學習能力在不斷提高。這次設(shè)計使我對工廠供電有了新的認識，事實上這次設(shè)計對我們的鍛煉是多方面的，除了對設(shè)計過程熟悉外，我們還進一步提高了作圖，說明書編輯，各種信息的分析等多方面的能力。電機修造廠變電所的設(shè)計已經(jīng)按照設(shè)計原則要求設(shè)計完了，雖然能夠滿足設(shè)計任務(wù)書的要求，但是筆者認為還要提高和改進的地方還有很多，比如說在變電所微機保護和綜合自動化、電氣安全、節(jié)能等方面還有很多需要以后補充和提高的地方。在細節(jié)方面，還有許多需要精雕細琢的地方，這次沒有能夠深入下去。希望以后有機會能夠進一步。筆者認為變電所設(shè)計以后的發(fā)展方向應(yīng)該是朝著微機綜合自動化發(fā)展的。變電站微機綜合自動化可實現(xiàn)繼電保護、電網(wǎng)安全監(jiān)控、電量和非電量監(jiān)測、設(shè)備參數(shù)自動調(diào)整、中央信號、電壓無功綜合控制、電能自動分時統(tǒng)計、事故跳閘過程參數(shù)自動記錄、事件按時排序、事故處理提示、快速處理事故、微機控制免維護直流