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1、精选优质文档-倾情为你奉上本科毕业设计说明书某冶金机械修造厂总降压变电所及配电系统设计THE DESIGN OF METALLURGICAL MACHINERY REPAIR YARD, STEP-DOWN SUBSTATION AND DISTRIBUTION SYSTEM b5E2RGbCAP学院部）：电气与信息工程学院专业班级： 电气 08-5班学生姓名： 周波指导教师： 李红月 讲师2018年6月 1日专心-专注-专业某冶金机械修造厂总降压变电所及配电系统设计摘要本文详细介绍了某煤矿地面35kV变电所的设计。文中对该变电所的负荷计算与变压器的选择、供电系统的拟定与短路计算、变电所电器设
2、备的选择、继电保护方案的拟定与整定以及变电所的防雷与接地皆有详细的说明。特别对主接线的选择,变压器的选择,还有一些电气设备如断路器、电流互感器、电压互感器等的选择和校验作了详细的说明和分析。p1EanqFDPw本次设计的内容紧密结合实际，通过查找大量相关资料，设计出符合当前要求的变电所。设计中除采用了一些固定方式的保护和常规保护，通过电力监控综合自动化系统，可以使变电站内值班人员或调度中心的人员及时掌握变电所的运行情况，直接对设备进行操作，及时了解故障情况，并迅速进行处理，达到供电系统的管理科学化、规范化、并且还可以做到与其他自动化系统互换数据，充分发挥整体优势，进行全系统的信息综合管理。DX
3、DiTa9E3d在本次设计中，得到了学校老师、同学的耐心指导和大量帮助，在此对他们表示衷心的感谢和崇高的敬意。关键词: 短路电流计算 继电保护 断路器 THE DESIGN OF METALLURGICAL MACHINERY REPAIR YARD, STEP-DOWN SUBSTATION AND DISTRIBUTION SYSTEMRTCrpUDGiTABSTRACTThis paper introduces soms coal mine 35kV substation design ground. In this paper, the load calculation and tra
4、nsformer substation of choice, power supply system with short circuit calculation, substation worked electical, relay protection scheme with setting and worked the lightning protection and grounding substation is detailed instructions. It also discusses the choice of main wiring, high pressure equip
5、ment and all kinds of the protection of relay, the calculation of load, short current and so on in detail, especially, the choice of main wiring, transformer and some electric equipment such as circuit breaker, current and Voltage sensor. It shows main wiring of substation, the distribution of plane
6、 and some protection equipment of5PCzVD7HxAThe design not only adopts some stable-form and general protections but also adopts PC protection. The synthetical automation system of electric power supervision, which can make workers on duty control the situation of substation timely, operate the equipm
7、ents directly, know the breakdown and deal with it without delay, so that the system of power supply is scientific and standard in management. jLBHrnAILgWhats more, it can exchange data with other automatic systems and give full play to whole advantage in order to manage information in all systems a
8、s a whole.xHAQX74J0XKEYWORD: the calculation of short current，the protection of relay，circuit breakerLDAYtRyKfE目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1 论文背景及目的11.2 论文研究方法11.3 供电设计的主要内容12负荷计算与变压器选择22.1 计算负荷定义22.1.1 计算负荷目的22.1.2计算负荷方法22.2冶金厂用电负荷计算22.3功率因数的改变52.4 主变压器的选择62.4.1变压器的分类62.4.2变压器台数选定原则62.4.3变压器容量选择原则72.4.4变压
9、器容量确定73导线截面的选择93.1 电线、电缆截面选择93.2 经济电流密度选择原则从两方面考虑94主接线的确定与短路计算114.1 变配电所类型的选择114.2 接线图的意义和目的114.2.1 主接线的设计原则和要求114.2.2主接线124.2.3 桥形接线124.2.4单母线分段接线134.3 短路电流的分类与计算方法144.3.1 短路的原因144.3.2 短路的种类144.3.3 短路的危害144.3.4 短路电流计算的目的144.3.5 短路电流计算的标幺值法144 .3. 6短路电流计算154.4短路电流计算过程164.4.1根据材料可以绘出如下的等效电路图164.4.2各母
10、线短路电流计算过程165电气设备的选择185.1 电气设备选择的一般条件185.1.1 电气设备选择的一般原则185.1.2 电气设备选择的技术条件185.1.3 环境条件195.2各种电气设备的选择205.2.1断路器的选择205.2.2隔离开关的选择20Zzz6ZB2Ltk6变电所二次回路246.1 二次回路的定义和分类246.2 电测量仪表与绝缘监视装置246.2.1 电测量仪表246.2.2 绝缘监视装置246.3 供电系统的自动装置257继电保护方案及整定267.1 概述267.2 故障的危害及继电保护的任务277.3 继电保护的优化配置及整定原则277.4 供电系统继电保护配置情况
11、287.5对电力变压器的保护287.5.1瓦斯保护287.5.2变压器的电流速断保护297.5.3变压器的过电流保护307.5.4变压器的过负荷保护307.5.5高压线路的继电保护318变电所室内外布置328.1 电气总平面布置的特点328.2 变电站土建要求328.3 电气照明339变电所防雷保护及接地349.1 变电所的防雷349.1.1 变电所的防雷设计原则349.1.2 变电所的防雷措施349.1.3 变电所主要防雷设备359.2 变电所的接地设计379.2.1 设计原则379.2.2 简单接地设计38结论39参考文献40致谢411绪论1.1 论文背景及目的电能是一种清洁的二次能源。由
12、于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。在目前各种形式的能源中，电能具有如下特点：易于去其它形式的能源相互转化；输配电简单经济；可以精确控制、调节和测量。因此，电能在工业生产和人民日常生活中得到广泛应用，生产和输配电能的电力工业相应得到极大发展。本论文主要对冶金机械修造厂进行全面的配电系统设计。dvzfvkwMI11.2 论文研究方法对与冶金机械修造厂全厂总降压变电所及配电系统设计这个题目，要结合基本理论的系统性与实用性，围绕供电技术的基本知识来确认工程设计的方法。对论文每一步都一定要遵循国家的线性技术标准和设计规范来设计。rqyn14ZNXI
13、1.3 供电设计的主要内容供电系统的设计是根据电力用户所处地理环境、地区供电条件、工程设计所提的用电负荷资料进行的。供电设计一般分两个阶段，初步设计阶段和施工图设计阶段。初步设计主要落实供电电源及供电方式，确定供电系统的方案；施工图设计阶段一句初步设计的方案具体绘制主接线图。EmxvxOtOco本篇设计论文的内容有：先完成一篇外文论文的阅读和翻译工作；按照设计所提供的用电设备资料来计算负荷；通过进行无功补偿来提高系统的功率因素；根据负荷等级和计算负荷，选定供电电源、电压等级和供电方式；根据环境和计算负荷来选择变电所位置、变压器数量和容量；确定变配电所的最佳主接线的方案；选择并校验电气设备及配电
14、网络载流导体截面；继电保护系统设计和参数整定计算；对系统进行防雷设计和接地设计；归纳设计的计算部分编成计算书；绘制供电系统主接线图。SixE2yXPq52负荷计算与变压器选择2.1计算负荷定义所谓负荷计算，是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。负荷计算与计算负荷，是两个不同的概念，不可混淆。在现行的设计规范中，负荷计算的内容不仅包括确定计算负荷，还包括确定尖峰电流和确定一极、二级负荷的容量已及季节性负荷的容量。6ewMyirQFL2.1.1计算负荷目的计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济
15、合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。kavU42VRUs2.1.2计算负荷方法目前负荷计算常用需要系数法、二项式法、和利用系数法,前二种方法在国内设计单位的使用最为普遍。此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法和ABC法等. 常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时，应将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需用系数，然后按照表一给出的公式求出该组用电设备的计算负荷。此设计采用的是需用系数法来
16、对电力负荷计算的。y6v3ALoS892.2冶金厂用电负荷计算1）荷也称计算容量或最大需要负荷，它是个假定的等效的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际的不一定恒稳的负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用能让中小截面导体达到稳定温升的时间段30min）的最大平均负荷作为按发热条件选择配电变压器、导体及相关电器的依据，并用来计算电压损失和功率消耗。在工程上为方便计，也可作为电能消耗量及无功功率补偿的计算依据。M2ub6vSTnP2）相关电力负荷的理论依据：在所计算的范围内如一条干线、一段母线或一台变压器），用电设备组的计算负荷并不等于其设备容量，两者之间存在一个比值关系，因此引进需要系
17、数的概念，即用电设备组的有功计算负荷应为0YujCfmUCw 21）式中 设备组同时使用系数设备组的平均加权负荷系数设备的平均加权效率配电线路的平均效率令，则就称为需要系数。由式 计 算 负 荷变压器台数及容量备注P(千瓦Q(千乏S(千伏安(1No1变电所1铸钢车间20000.40.651.17720842.41108.1690.9(2No2变电所1铸铁车间10000.40.71.02400408571.42砂库1100.70.61.3377102.4128.33小计429.3459.36628.740.9(3No3变电所1铆焊车间12000.30.451.98360712.880021水泵房
18、280.750.80.752115.7526.253小计342.9655.7739.90.9(4No4变电所1空压站3900.850.750.88331.5291.74422机修车间1500.250.651.1737.543.957.73锻造车间2200.30.551.5266100.31204术型车间185.850.350.61.3365.0586.5108.45制材场200.280.61.335.67.459.336综合楼200.910180187小计523.65529.85744.95(5No5变电所1锅炉房3000.750.80.75225168.75281.2522水泵房280.75
19、0.80.752115.7526.253仓库(1，288.120.30.651.1726.43630.9340.674污水提升站140.650.80.759.16.82511.3755小计281.536222.255358.692这样380V低压母线上低压母线的有功、无功、视在功率、负荷电流如下：表2-2 各车间6KV负荷计算表序号车间或电单位名称设备容量(千瓦计 算 负 荷说 明P(千瓦Q(千乏S(千伏安1电弧炉2 X 12500.90.870.5722501282.52586.22工频炉2 X 3000.80.90.48480230.4533.333变压机2 X 2500.850.850.
20、62425263.55004小计31551776.43620.76kv母线上母线的有功、无功、视在功率、负荷电流如下：2.3功率因数的改变经计算全矿功率因数若功率因数偏低，在保证供用电设备的有功功率不便的前提下，电流将增大。这样电能损耗和导线截面增加，提高了电网初期投资的运行费用。电流增大同样会引起电压损失的增大。为了减少电能转化的损耗，降低投资，一般采用电力电容器进行补偿。sQsAEJkW5T需要电容器的容量：(2-2式中,Qc补偿电容器的容量，单位：kvar；Pz总有功功率，单位：kW；计算可知，选用BWF35-120-1型号的并联电容器，额定电压6kV,额定容量120kvar。需用电容器
21、的数量：取16个利用电力电容补偿容量为：补偿后变电所总无功功率：补偿后的功率因数：满足要求。由于煤矿变电所6千伏供电采用单母线分段供电方式，电容器分别安装在一 、二段母线上。满足无功功率的补偿要求。GMsIasNXkA2.4 主变压器的选择2.4.1变压器的分类变压器分类方法比较多，按功能分有升压变压器和降压变压器；按相数分有单相和三相两类；按绕组导体的材质分有铜绕组变压器；按冷却方式和绕组绝缘分有油浸式、干式两大类，其油浸式变压器又有油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却方式等，而干式变压器又有绕注式、开启式、充气式对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以
22、装设两台变压器为宜。2对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。3对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的 12 级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。7EqZcWLZNX选择变压器台数时,应考虑以下因素：a.应满足用电负荷对供电的可靠性的要求，对供有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。lzq7IGf02Eb.对于一级负荷的场所，邻近又无备用电源联络线可接,或季节性负荷变化较大时,宜采用两台变压器。c.是否装设变压器，应视其负荷的大小和邻近变电所的距离而定。当
23、负荷超过320KVA时，任何距离都应装设变压器。zvpgeqJ1hk2.4.3变压器容量选择原则1只装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要。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：a.任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要；b.任一台变压器单独运行时，宜满足全部用电容量设备的需要。3变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的为宜，以提高运行率。2.4.4变压器容量确定单台变压器的额定容量Sn应能满足全部用电设备的计算负荷Sc,留有余量，并考虑变压器的经济运行，即：工厂车间变电所中，单台变压器容量不宜超过1000KVA
24、，对装设在二层楼以上的干式变压器，其容量不宜大于630KVA。NrpoJac3v1装有两台变压器容量的确定任意一台变压器容量Sn应同时满足下列两个条件：当任意一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷的60%70%的要求。任一台变压器单独运行时，应能满足全部一、二级负荷Sc(+的需要表2-335kv主变压器的选择型号额定容量/KVA额定电压/Kv损耗/W阻抗电压(%联结组别尺寸/mm长宽高高压低压空载负载7.5Yd11310022303520SZ763003510.582004100010kv车间变压器的选择故有主变的容量 即选择两台型号为S9-800/10（1） 二号车间选择两台型号为S9-50
25、0/10（2） 三号车间变电所主变压器的选择根据,设计要求三号车间变电所设置一台变压器，按总容量的选择即选择变压器的型号为S9-1000/10变压器一台。fjnFLDa5Zo4）四号车间变电所主变压器的选择根据,设计要求四号车间变电所设置一台变压器，按总容量的选择即选择变压器的型号为S9-800/10变压器一台。tfnNhnE6e5高压低压空载负载NO.1S9-800/1080060.4Yyn0140075004.5NO.2S9-500/10500120062004.5NO.3S9-1000/1010001700103004.5NO.4S9-800/1080080043004NO.5S9-40
26、0/10400800430043导线截面的选择3.1 电线、电缆截面选择对于35KV的架空线路，我们采用经济电流密度来选择导线截面根据我们规定的导线和电缆经济电流密度表，即表，如下表所示：V7l4jRB8Hs表3-1线路及导线材料线路类别导线材料年最大负荷利用小时3000H以下3000H5000H5000H以上架空线铝1.651.150.90铜3.002.251.75电缆铝1.921.731.54铜2.502.252.003.2 经济电流密度选择原则从两方面考虑1选择截面越大，电能损耗就越小，但是线路投资，有色金属消耗量及维修管理费用就越高。2选择小，线路投资，有色金属消耗量及维修管理费用既然
27、底，但电能损耗大。从全面的经济效益考虑，使线路的年运行费用接近最小的导线截面，称为经济截面，用符号表示。83lcPA59W9对应于经济截面的电流密度称为经济电流密度，用符号表示。公式为：式中，为线路计算电流本设计的导线截面的选择的计算如下：35KV架空线选择经济截面查表可知：选择导线截面即型号为LGJ-95钢芯铝铰线所以满足发热条件校验机械强度35KV架空铝铰线的机械强度最小截面为因此所选的导线截面也满足机械强度。mZkklkzaaP10KV母线的选择铜芯电缆）母线计算截面其标准截面型号 YJV-1854主接线的确定与短路计算4.1 变配电所类型的选择本厂为大型企业所以要设总降压变电所和车间变
28、电所选择原则根据 a尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量b进出线方便，特别是便于架空线进出c接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所d设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高压成套配电装置的运输e不应设在有剧烈震动或高温的场所，无法避开时，应有防震和隔热的措施f不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧g应符合国标GB500581992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定4.2 接线图的意义和目的表示电气设备的元件与其相互连接顺序的图称为接线图，接线图分为两类：即二次接线图及主接线图。主接线图表示电能与电源的分配的用户的主要
29、电路，在此图上应表示出所有的电气设备，有时更好的说明电力系统的工作，也列入二次接线的元件。AVktR43bpw一般来说，主接线图只表示电气装置的相连线因为三想交流电力装置中的所有三相连接方法是相同的，所接的电气设备也一样，这种图称为单线图。ORjBnOwcEd4.2.1 主接线的设计原则和要求在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，
30、就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。主接线的可靠性，是由其各组成元件包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所则可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。2MiJTy0dTT通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑：断路器检修时，能否不影响供电。线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。变电站全部停运的可能性。灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面。调度
31、灵活，操作简便：应能灵活的投入变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。gIiSpiue7A4.2.2主接线变电站的主接线是由各种电气设备在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需要进行必要的短路电流计算。h8c52WOngM2在选择电气设备时，为了保证设备在正常运
32、行和故障下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。v4bdyGious3在设计户外高压配电装置时，需按短路条件效验软导线的相间和相对地的安全距离。4在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。5接地装置需根据短路电流进行设计。4.3.5 短路电流计算的标幺值法对较复杂的高压供电系统，计算短路电流时采用标么制进行计算比较简便。标么制属于相对电位制的一种，在用标么制计算时，各电气元件的参数都用标么值表示。J0bm4qMpJ9在短路计算中所遇到的电气量有功率、电压、电流和电抗等四个量。某一电气量的标么值就是它的实际值有名值）与一个预先选定的同
33、单位的基准值的比值。下面我们就要标么值法进行短路电流的计算。XVauA9grYP4.3.6短路电流计算表4-1 短路计算公式参数名称有名值标幺值说明功率S一般取Sd=100MVA电压U一般取Ud=Uev电流I变压器电抗线路电抗为线路每公里电抗值电抗器电抗%为电抗器铭牌上数值系统等值电抗为某点短路容量，为该点的三相短路电流电动机电抗为启动电流倍数三相短路计算的方法和步骤：根据短路电流技术要求，根据供电系统图选定短路计算点。画出计算短路电流的等效电路图。选取基准容量和基准电压，计算各级基准电流。据等效电路计算元件的标幺电抗。计算短路点的总标幺电抗与短路参数。4.4短路电流计算过程4.4.1根据材料
34、可以绘出如下的等效电路图图4-3 等效电路图4.4.2各母线短路电流计算过程如图4-1，图4-2所示：取1当系统处于最大运行方式时：无穷大系统电源电压保持不变，电源相电压标幺值为1.0(1当35KV母线点发生三相短路时：所以(2当6.3KV母线点发生三相短路时：同理可得：2当系统处于最小运行方式时：(1当35KV母线点发生三相短路时：(2当6.3KV母线点发生三相短路时：同理可得：表4-2各短路点短路电流计算： 短路点短路类型三相短路应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；2应按当地环境条件校核；3应力求技术先进和经济合理；4与整个工程的建设标准应协调一致；5同类设备应
35、尽量减少品种；6选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。bR9C6TJscw5.1.2 电气设备选择的技术条件选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。1长期工作条件(1电压选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压，即。(2电流选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流，即由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下
36、回路持续工作电流的要求。pN9LBDdtrd(3机械荷载所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。2短路稳定条件(1校验的一般原则电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相严重时，应按严重情况校验。DJ8T7nHuGT 用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。(2短路的热稳定条件(5-1式中在计算时间t秒内，短路电流的热效应；I秒内设备允许通过的热稳定电流有效值kA）；t设备允许通过的热稳定电流时间短路的动稳定条件(5-2I(5-3式中短路冲击电流峰值kA）；短路全电流有效值kA）；电器允许的极限通过电流峰值kA）；电器允许的极限通过电流有效值绝缘水平在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电