某机械厂10KV供电系统设计.docx

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1、2012届毕业设计说明书某机械厂IOKV供电系统设计系、部：电气与信息工程系学生姓名：指导教师：职称讲师专业：班级：完成时间：5月20日摘要变电所是电力系统的一个重要组成局部，由电器设备和线路按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能平安、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。变电所供配电设计需要考虑很多方面，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况.利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电所的主接线方式，再进行短路电流计算，选择导线，选择变电所上下压电气一次设备等。本变电所的设计包括了：C）

2、总体方案确实定（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）主接线方案的选择（5）继电保护的选择与整定（6）防雷设计。关键词：变电所，负荷，短路电流，防雷设计AbstractThesubstationisanimportancepartoftheelectricpowersystem,itisconsistedoftheelectricappliancesequipmentsandcircuitry.Itobtainstheelectricpowerfromtheelectricpowersystem,throughitsfunctionoftransformationandassign,trans

3、portandsafety.Thentransportthepowertoeveryplacewithsafe.Thedesignofsubstationsupplypowerdistributionshouldconsidermanyproblems.Analysechangetogiveorgetanelectricshockamissionforcarryingandcustomerscarriesetc.makegooduseofcustomerdataproceedthencarrycalculation,ascertainthecorrectequipmentofthecustom

4、er.Atthesametimefollowingthechoiceofeverykindoftransformer,thenmakesurethelinemethodofthesubstation,thencalculatetheshort-circuitelectriccurrent,choosingthestyleofthewireandonceequipmentofelectricappliancesandsoon.Thisfirststepofdesignincluded:(l)ascertainthetotalproject(2)loadanalysis(3)thecalculat

5、ionoftheshort-circuitelectriccurrent(4)thechoiceoflineproject(5)thechoiceandthesettleoftheprotectivefacility(6)ThedesignofpreventmineKeywords：Substation,Load,Short-circuitelectriccurrent,Thedesignofpreventmine目录1 绪论11 .1工厂供电的意义和要求11.2工厂供电设计的一般原那么11 .3本机械厂变电所的设计内容及步骤22 负荷计算和无功功率补32.1负荷计算32.2无功功率补偿93变

6、电所主变压器和主结线方案的选择103.1主接线的根本要求103.2主接线的根本形式与分析103.3变电所主变压器的选择113.4变电所主结线方案的选择124短路电流的计算134.1绘制计算电路134.2确定基准值134.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值134.4k-1点三相短路电流计算144.5k-2点三相短路电流计算145高、低压设备的选择155.110kV侧一次设备的选择校验155.2380V侧一次设备的选择校验165.3上下压母线的选择166变电所进出线和与邻近单位联络线的选择176.110KV高压进线和引入电缆的选择176.2380V低压出线的选择176.3主变压器的继电保护装置18

7、7变电所防雷设计197.1防雷的根本知识及设计原那么197.2本次设计所采用的防雷保护208设计图样23参考文献24致谢26附录27-绪论1.1、工厂供电的意义和要求工厂供电，就是指工厂所需电能的供给和分配，亦称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供给用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有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。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品本钱中所占的比重一般很小(除电化工业外)。电能在工业生产中的重要性

8、并不在于它在产品本钱中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产本钱，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。从另一方面来说，如果工厂的电能供给突然中断，那么对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于开展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产效劳，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做

9、好节能工作，就必须到达以下根本要求：(1)平安在电能的供给、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。(2)可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。(3)优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求(4)经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应开展。1.2 、工厂供电设计的一般原那么按照国家标准GB50052-95供配电系统设计标准、GB50053-9410kv及以下设计标准、GB50054-95低压配电设计标准等的规定，进行工厂供电设计必

10、须遵循以下原那么：(1)遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。(2)平安可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的平安，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。(3)近期为主、考虑开展；应根据工作特点、规模和开展规划，正确处理近期建设与远期开展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。(4)全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成局部。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及开展。作为从事工厂

11、供电工作的人员，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。1.3 本机械厂变电所的设计内容及步骤全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。解决对各部门的平安可靠，经济的分配电能问题。其根本内容有以下几方面。1.3.1、 负荷计算全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的根底上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算结果。1.3.2、 工厂供、配电系统短路电流计算工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量

12、皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。1.3.3、变电所高、低压侧设备选择参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果、变电所防雷装置设计参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，防止产生还击现象的空间距离计算，按避雷器的根本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧

13、电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地二、负荷计算和无功功率补2.1、 负荷计算目前设计单位进行电力负荷计算主要采用的方法有：(1)单位指标法(单位面积耗电量法、单位产品耗电量法)；(2)需要系数法；(3)二项式系数法；(4)利用系数法；因为单位指标法简单和利用系数法复杂，因此设计将要选用需要系数法或者是二项式法；又因为结合本工程的实际情况，我选用了需要系数法这种负荷计算方法。、按需要系数法确定计算负荷：(Kx为需要系数)(1)先求各组的计算负荷：单组的有功计算负荷：PC=KdSPNi单组的无功计算负荷：QC=七吆单组的视在计算负荷：sc=+c2单组的计算电流：Ic=4-y3Ur(

14、2)再求总的计算负荷(KZ是同期系数)总的有功计算负荷为：PC=KSKd之PM乙/=I总的无功计算负荷为：Qc=KfPctge以上两式中的PM和兄Jg分别表示所有各组设备的有功和无功计算负荷之和。I=I总的视在计算负荷SC=辰福总的负荷电流。=吝皿、按逐级计算法确定工厂的计算负荷供配电系统的负荷计算的步骤应从负载端开始，逐级上推，到电源进线端为止。首先确定各用电设备的用电容量，然后将用电设备按需要系数表上的分类方法分成假设干组，进行用电设备组的负荷计算；将配电干线上各用电设备组的计算负荷相加后乘以最大负荷同期系数，即得配电干线上的计算负荷；采用同样的方法确定车间变电所低压母线上的计算负荷，根据

15、低压母线的计算负荷就可以选择电力变压器、低压侧主开关和低压母线等，由于低压配电线路一般不长，线路的功率损耗可略去不计。下面按需要系数法计算。机加工一车间各回路负荷NO.1供电回路(动力)：需要系数：Kd=0.7cos9=0.95tan3=0.33有功计算负荷：AO=EXKd=0.7XKM=72.8KM无功计算负荷：Qbo=%)XtanS=72.8X().33=24.0Kvar视在计算负荷：邑。=A。cosS=72.80.95=76.7N0.2供电回路(动力)：需要系数：Kd=().2CoSS=O.5tan0cos9=31.50.5=63.OKVANO.4供电回路（动力）：需要系数：Kd=0.2

16、cos=0.5tanS=1.73有功计算负荷：6。=EXKd=O.2X22.5=4.5KM无功计算负荷：Q30=60XtanS=4.51.73=7.8Kvar视在计算负荷：邑。=AocosS=4.50.5=9.0KE4Nd5供电回路（动力）：需要系数：=0.2cos5=0.5tan.9=1.73有功计算负荷：P30=PeKd=0.238.6=7.7KM无功计算负荷：Q30=Eo*tanS=7.71.73=3AKvar视在计算负荷：S30=60cosS=7.70.5=15.4K%铸造车间各回路负荷N0.6供电回路（动力）：需要系数：=0.4cosS=0.7tan9=1.02有功计算负荷：Pg=P

17、eXKd=0.4x160=64.0KM无功计算负荷：Q30=Go*Ians=64.01.02=65.3Kvar视在计算负荷：S30=60+cosS=64.0+0.7=91.4KVNO.7供电回路（动力）：需要系数：Kd=0.4cos=0.7tan9=1.02有功计算负荷：6=匕XKd=0.4x140=56.0KM无功计算负荷：=4）XtanS=56.0X1.02=57.1KVar视在计算负荷：S30=cosi9=56.00.7=80.0KWIN0.8供电回路（动力）：需要系数：Kd=O.4COSS=O.7tanS=1.02有功计算负荷：Ao=EXKd=0.4x180=72.0KM无功计算负荷：

18、Q30=&XtanS=72.01.02=73AKvar视在计算负荷：S30=AO+cosS=72.00.7=102.8CV4N0.9供电回路（照明）：需要系数：K1=0.8cos3=ltan,9=0有功计算负荷：鸟O=EXKd=0.8x8=6.4KM无功计算负荷：Qo=6oXtanS=6.4x0=OKvar视在计算负荷：S30=cos9=6.41=6AKVA卸焊车间各回路负荷：NO.10供电回路（动力）：需要系数：Kd=O.3CoSS=O.45tan.9=2.0有功计算负荷：P30=Pe义Kd=0.3x150=45.OKM无功计算负荷：Q30=6oXtans=45.Ox2.0=90.OKvar

19、视在计算负荷：S30=%cosS=45,00.45=99.8KVANO.11供电回路（动力）：需要系数：Kd=0.3cos9=0.45tan=2.0有功计算负荷：6=xK=0.3x170=51.OKM无功计算负荷：Q30=%）Xtan.9=51.02.0=102.0Kvar视在计算负荷：S30=cos9=51.00.45=113.1KVAANO.12供电回路（照明）：需要系数：Kd=O.8COSS=Itan8=0有功计算负荷：AO=EXKd=O.8x7=5.6KM无功计算负荷：Q30=6OXtanS=5.6x0=OKvar视在计算负荷：S30=6ocosS=5.6l=5.6KV电修车间各回路负

20、荷：.NO.13供电回路（动力）：需要系数：Kd=O.3CoSS=O.5IanS=L73有功计算负荷：）=ExK,/=0.3x150=45.OKM无功计算负荷：Qo=60XtanS=45.01.73=78.0Kvar视在计算负荷：S30=4）cosS=45.00.5=90.0KE4N0.14供电回路（动力）：需要系数：K1=0.3cosS=0.56tanS=1.48有功计算负荷：6=2XKd=0.3M6=44.0KM无功计算负荷：Q30=/XlanS=44.01.48=65.0Kvar视在计算负荷：S30=EocosS=44.00.56=78.5KVAN0.15供电回路（照明）：需要系数：Kd

21、O.8CoSS=Itan9=0有功计算负荷：=Ped=08x10=8.0KM无功计算负荷：Q30=%）tanS=8.00=0Kvar视在计算负荷：S30=AocosS=8.0+1=8.0KVA表1机加工一车间和铸造、狮焊、电修等车间负荷计算表编号名称类别供电回路代号设备容量PcKW需要系数Kdcos9tanS计算负荷Pao/KWQ加/KvarSjo/KVAIWA1机加工车间动力No.1供电回路1040.70.950.3372.824.076.7116.5No.2供电回路82.90.20.51.7316.628.733.250.4No.3供电回路157.70.20.51.7331.554.66

22、3.095.7No.4供电回路22.50.20.51.734.57.89.013.7No.5供电回路38.60.20.51.737.713.415.423.42铸造车间动力No.6供电回路1600.40.71.026465.391.4138.9No.7供电回路1400.40.71.025657.180.0121.5No.8供电回路1800.40.71.027273.4102.8156.2照明No.9供电回路80.8106.406.49.73钾焊车间动力NoJO供电回路1500.30.452.04589.199.8151.6No.11供电回路170().30.452.()51101113.117

23、1.9照明No.12供电回路7().8105.605.68.54电修车间动力No.13供电回路1500.30.51.73457890.0136.8No.14供电回1460.30.561.48446578.5119.3路照明No.15供电回路10().81080812.2总计(380V侧)动力1501.70.671.12586.1657.4880.71338.2照明25计入K.p=0.8Kxq=0.850.641.19468.9558.8729.51108.32.2、 无功功率补偿由表1可知,该厂380V侧最大负荷时的功率因素只有0.64。而供电部门要求该厂IOKV进线最大负荷时的功率因素不应地

24、于0.91。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时的功率因素应稍大于0.91,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量Qe=(tan91-tan%)=468.9tan(arccos0.64)-tan(arccos0.92),var=361Kvar:选PGJl型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4J4-3型，采用其(主屏)1台与(辅屏)4台相组合，总容量84KVaP3o,满足发热条件。2)校验机械强度。查表833,最小截面Amin=35mr112,因此LJ-16不满足机械强度要求，故改选口一35。由于此线路很短，不需要校验电压损耗。、由高压配电室至主变的一段引

25、入电缆的选择校验采用YJL22-100OO型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。1)按发热条件选择。由30=36.4A及土壤温度25C查表843,初选缆芯为25m?的交联电缆，其11=9OA3o,满足发热条件。2)校验短路稳定。计算满足短路热稳定的最小截面Amin=IO3mr11225mm?,因此25mm2不满足短路稳定要求，应选择YJL22IoOOO-3X120电缆。6.2 V380V低压出线的选择(1)馈电给机加工一车间的线路采用VLV221(X)0型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。1)按发热条件选择。由/30=287A及地下0.8m土壤温度25C查表，初选缆芯截面为24Omm2,其M

26、319A3O,满足发热条件。2)校验电压损耗。因未知变电所到机加工一车间的距离，因此未能校验电压损耗。3)短路热稳定度的校验。满足短路热稳定度的最小截面Amin=213mm2所选240mm2的缆芯截面大于Amin,满足短路热稳定度的要求，因此选择VLV22-10003x240+1x120的四芯电缆(中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同)。(2)馈电给铸造车间的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。(方法同上)缆芯截面24Omm2聚氯乙烯电缆，即VLV22100O3x240+1x120的四芯电缆。(3)馈电给卸焊车间的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直

27、接埋地敷设。(方法同上)缆芯截面30Omm2聚氯乙烯电缆，即VLV22IoOO3x300+1x150的四芯电缆。(4)馈电给电修车间的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。(方法同上)缆芯截面30Omm2聚氯乙烯电缆，即VLV22100O3x300+1x150的四芯电缆。6.3 V主变压器的继电保护装置1)装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。过电流保护动作电流的整定。L3=2Lnt=2X630/(1.732X10)=72.7AKrel=l.3Kw=IKr=0.8K1=100/5=20Iop=l.3172.7

28、/(0.820)=5.9A因此整流为6Ao过电流保护动作时间的整定。整定高最小动作时间为O.5so过电流保护灵敏系数的检验。Ikmn=IK-2/KlO.866X18.7/(10/0.4)=648AIom=IpKiKw=620l=120A,因此保护灵敏系数为S648/120=5.41.5,满足灵敏系数L5的要求。3)装设电流速断保护。利用GL15的速断装置。速断电流的整定。Ika=h-2(3)=18.7kA,Krel=l.5,Kw=I,Ki=1005=20K=10/0.4=25,因此速断电流为：Iqb=l.5IX18700(2025)=56.IA速断电流倍数整定为Kqb=IIop=56.1/6=

29、9.35电流速断保护灵敏系数的检验。If=Im=08669.2kA=8.OkA,Iqb.=IqbKiKww=56.1X20l=1122A,因此其保护灵敏系数为：Sp=80l122=7.12,满足电流速断灵敏系数为2的要求。7变电所防雷设计7.1防雷的根本知识及设计原那么1、雷电活动的一般规律性(1)热而潮湿的地区要比冷而枯燥的地区雷电活动多。(2)雷电活动与地理纬度有关，赤道雷电活动最高，由赤道分别向北，南逐渐递减。在我国大致是：华南西南长江流域华北东北西北。(3)山区雷电活动多于平原，陆地多于湖海。(4)雷电活动多在78月份，活动的时间大局部在1422时。各地区雷暴的极大值和极小值，多出现在

30、相同的年份。2、雷电活动的选择性(1)、土壤电阻率相对小，有利于电荷很快积聚的地方易受雷击。(2)、地下埋有导电矿藏(今属矿，盐矿)的地区，易受雷击；(3)、空旷地中的孤立建筑物或建筑群中高耸建筑物易受雷击；(4)、屋顶为金属结构，地下埋有大量金属管道，室内安装大型金属设备的厂房易受雷击；(5)、尖屋顶及高耸建，构筑物易受雷击，如井架，水塔，烟囱，天窗，旗杆，消防梯等。3、变电所的防雷设计原那么变电所是电力系统重要组成局部，因此，它是防雷的重要保护部位。如果变电所发生雷击事故，将造成大面积的停电，给社会生产和人民生活带来不便，这就要求防雷措施必须十分可靠变电所的防雷设计应做到设备先进、保护动作

31、灵敏、平安可靠、维护试验方便,在此前提下，力求经济合理的原那么。.4、防雷设备防止雷电直击的主要设备有避雷针、避雷线；防止雷电波沿架空线路侵入电气设备和建筑物内部的主要设备有避雷器等。避雷针有单支、多支，等高和不等高之分；避雷器有阀型避雷器和金属氧化物避雷器等。7.2本次设计所采用的防雷保护架设避雷针是变电所防止直击雷的常用措施，其作用是将雷电吸引到避雷针本身上来并平安地将雷电流引入大地，从而保护了设备。变电所装设避雷针时，应该使所有设备都处于避雷针保护范围之内，此外，还应采取措施，防止雷击避雷针时的还击事故。雷击避雷针时的还击事故，是由于避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙被击穿及避雷针接

32、地装置和被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙被击穿而造成的。35KV及以下高压配电装置构架或房顶上不宜装设避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起还击2、装设避雷器变电所内必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，这是变电所防雷保护的根本措施之一。以免雷击冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏变压器。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器，以限制电气设备上的过电压幅值。如果进线是具有引入电缆的架空线路，那么在架空线路终端的电缆头出装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。避雷器是

33、电力系统中主要的防雷保护装置之一，只有正确地选择避雷器，方能发挥其应有的防雷保护作用。根据电力设备过电压保护设计技术规程的要求，变电所的每组母线上，都应安装避雷器，作为防止高压雷电波沿架空线路、设备侵入变电所的最主要措施。在母线防雷设备选择上应尽量按以下三个方面选择：(1)按额定电压选择：避雷器的额定电压必须大于或等于安装处的电网额定电压。(2)按工作环境温度选择：选择工作环境温度在-40至+40之间，适用高寒、高温工作环境设备。(3)应首先采用高新技术产品，并有一定可靠运行记录的新产品。选用通流能力强，工频续流小，放电时间短，稳定性高，残压低的避雷器。常用的避雷器有 管型避雷器 阀型避雷器 氧化锌避雷器避雷器用于限制由线路侵入的雷电波对变电所内的电气设备造成过电压，其一般装设在各段母线与架空线的进出口处。避雷器与被保护设备的距离愈近愈好，并装在冲击波侵入方向。氧化锌避雷器是目前国际最先进的过电压保护器。由于其核心元件采用氧化锌电阻片,与传统碳化硅避雷器相比，改善了避雷器的伏安特性，提高了过电压通流能力，从而带来避雷器具特征的根本变化。当避雷器在正常工作电压下，流过避雷器的电流仅有微安级，当遭受过电压时，由于氧化锌电阻片的非线性，流过避雷器的电流