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1、精选优质文档-倾情为你奉上 课程设计成果说明书 题 目：某机械厂降压变电所的电气设计 学生姓名： 学 号： 学 院： 机电工程学院 班 级： C11电气 指导教师： 胡即明 浙江海洋学院教务处 2014年06月23日专心-专注-专业前言课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。变电所是接受电能、变换电压、分配电能的环节，是供配电系统的重要组成部分，它直接影响整个
2、电力系统的安全与经济运行。电力系统是由发电机，变压器，输电线路，用电设备（负荷）组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机），变换（变压器，整流器，逆变器），输送和分配（电力传输线，配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。目录前言.1 设计任务.1 1.1 设
3、计题目.1 1.2 设计要求.1 1.3 设计依据.1 1.3.1 工厂总平面图.1 1.3.2 工厂负荷情况.1 1.3.3 供电电源情况.2 1.3.4 气象资料.3 1.3.5 地质水文资料.3 1.3.6 电费制度.32 负荷计算和无功功率补偿.3 2.1 负荷计算.3 2.2 无功功率补偿.63 变电所的位置与型式的选择.74 变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择.8 4.1 年耗电量的估算.8 4.2 变电所主变压器台数的选择.8 4.3 变电所主变压器容量的选择.9 4.4 变电所主变压器类型的选择.95 变电所主接线方案的选择.96 短路电流的计算.107 变电所一次设备
4、的选择与校验.12 7.1 一次设备的选择与校验校验的原则.12 7.2 变电所高压侧一次设备的选择.12 7.3 变电所高压侧一次设备的校验.13 7.4 变电所低压一次设备的选择.13 7.5 变电所低压一次设备的校验.148 变电所进出线的选择与校验.14 8.1 高压线路导线的选择.14 8.2 低压线路导线的选择.159 变电所继电保护的整定.15 9.1 变压器继电保护.16 9.2 10KV侧继电保护.16 9.3 0.38KV侧低压断路器保护.17设计总结.18参考文献.18附图.18附图一高、低压侧均采用单母线主接线图.18附图二变电所高压侧电气主接线图.191 设计任务1.
5、1设计题目：某机械厂降压变电所的电气设计1.2设计要求根据该厂所能取得的电源及该厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，选择整定继电保护装置.最后按要求写出设计说明书，绘出设计图。1.3设计依据 1.3.1工厂总平面图(4)(5)(6)(7)(10)(9)(8)(1)(2)(3)图1.1 工厂总平面图 1.3.2工厂负荷情况该厂多数车间为二班制，年最大负荷利用小时为4600h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。该
6、厂的负荷统计资料如表1.1所示。表1.1 工厂负荷统计资料编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力3500.350.7照明80.91.02锻压车间动力3200.30.6照明60.81.03金工车间动力3000.250.63照明100.71.04工具车间动力2800.30.6照明50.81.05电镀车间动力2000.50.75照明40.81.06热处理车间动力1800.60.8照明50.81.07装配车间动力1400.40.7照明60.91.08机修车间动力1800.30.7照明50.81.09锅炉房动力700.80.75照明20.81.010仓库动力150.30.8照明
7、10.71.0生活区照明3600.70.9 1.3.3供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，该厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线型号为LGJ-150，导线为等三角形排列，线距为2m；干线首端距离该厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与该厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。 1.3.4气象资料该厂所在地
8、区的年最高气温为38，年平均气温为23，年最低气温为-8，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下0.8m处平均温度为25。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20天。 1.3.5地质水文资料该厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。 1.3.6电费制度 该厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量计为18元/(kVA)，动力电费为0.20元/(kWh)，照明电费为0.50元/(kWh)。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向
9、供电部门交纳供电贴费：610kV为800元/(kVA)。2 负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算: 采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。 2.1.1铸造车间动力部分：Kd=0.35，cos=0.7 照明部分：Kd=0.9，cos=1 2.1.2锻压车间动力部分：Kd=0.3，cos=0.6 照明部分：Kd=0.8，cos=1 2.1.3金工车间动力部分：Kd=0.25，cos=0.63 照明部分：Kd=0.7，cos=1 2.1.4工具车间动力部分：Kd=0.3，cos=0.6 照明部分：Kd=0.8，cos=1 2.1.5电镀车间动
10、力部分：Kd=0.5，cos=0.75 照明部分：Kd=0.8，cos=1 2.1.6热处理车间动力部分：Kd=0.6，cos=0.8 照明部分：Kd=0.8，cos=1 2.1.7装配车间动力部分：Kd=0.4，cos=0.7 照明部分：Kd=0.9，cos=1 2.1.8机修车间动力部分：Kd=0.3，cos=0.7 照明部分：Kd=0.8，cos=1 2.1.9锅炉房动力部分：Kd=0.8，cos=0.75 照明部分：Kd=0.8，cos=1 2.1.10仓库动力部分：Kd=0.3，cos=0.8 照明部分：Kd=0.7，cos=1 2.1.11生活区照明 Kd=0.7，cos=0.9
11、取全厂的同时系数为：,=则全厂的计算负荷为： 2.2无功功率补偿 由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为： 这时低压侧的功率因数为：，为使高压侧的功率因数，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，取。要使低压侧的功率因数由0.75提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为：取:则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为： 变压器的功率损耗为： 变电所高压侧的计算负荷为： 补偿后的功率因数为： 满足（大于0.90）的要求。3 变电所的位置与型式的选择 变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的轴和轴，然后测出各车间（
12、建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，、分别代表厂房1、2、3.10号的功率，设定（2.4，6）、（3.4，4.2）、（5.1，1.5）、（4.5，7.1）、（7，7.1）、（7，5.2）、（7，3.3）、（9.4，7.1）、（9.4，5.2）、（9.4，3.3），并设（1.1，1.4）为生活区的中心负荷。工厂的负荷中心假设在P(,),其中P=+=。可得负荷中心的坐标： 把各车间的坐标代入上式，得到=4.5，=4.3 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在锻压车间的东边。考虑到周围环境及进出线方便，决定在锻压车间的东侧紧靠车间建造工厂变电所，器型式为附设式。图3.1 按负荷功率矩法确定负荷中心4 变电所
13、主变压器台数和容量及主接线方案的选择4.1年耗电量的估算 年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量：aa年无功电能耗电量： 结合本厂的情况，年负荷利用小时数Ta为4600h，取年平均有功负荷系数=0.72，年平均无功负荷系数=0.78。由此可得本厂：年有功耗电量：年无功耗电量：4.2变电所主变压器台数的选择变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。4.3变电所主变压器容量的选择 每台变压器的容量
14、应同时满足以下两个条件：1. 暗备用条件：任一台变压器单独运行时，宜满足：2. 明备用条件：任一台变压器单独运行时，应满足：，即满足全部一、二级负荷需求。代入数据可得：考虑到未来510年的负荷发展，初步取。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC9系列箱型干式变压器。4.4变电所主变压器类型的选择型号：SC9-1600/10，其主要技术指标如下表所示：变压器型号额定容量/kV.A额定电压/kV联结组型号损耗/kW空载电流Io（%）阻抗电压Uk（%）高压低压空载负载SC9-1600/10160010.50.4Dyn111.9810.850.765 变电所主接线方案的选择方案：高、低压侧均采用
15、单母线分段 优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。方案：单母线分段带旁路优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。方案：高压采用单母线、低压单母线分段 优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。 缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发
16、生故障时，整个变电所需停电。以上三种方案均能满足主接线要求，采用方案时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选方案。6 短路电流的计算本厂的供电系统简图如图6.1所示。采用两路电源供线，一路为距本厂8km的馈电变电站经LGJ-150架空线（系统按电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为500MVA；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。图6.1短路电路采用标幺制进行短路电流计算1.确定基准值
17、：取则： 2.计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：电力系统的电抗标么值：架空线路的电抗标么值：导线为等三角形排列，线距为2m,所以查附录表6得，因此电力变压器的电抗标么值：由所选变压器技术参数得，因此：短路等效电路图如图5.2所示图5.2短路等效电路3.计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1）总电抗标幺值：2）三相短路电流周期分量有效值：3）其他三相短路电流： 4） 三相短路容量：4.计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1）总电抗标么值：2）三相短路电流周期分量有效值：3）其他三相短路电流： 4）三相短路容量：7 变电所一次设备的选择与校验7.1一次
18、设备的选择与校验校验的原则 7.1.1按工作电压选择： 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于所在系统的最高电压，即，高压开关设备、熔断器、互感器及支柱绝缘额定电压。 7.1.2按工作电流选择：设备的额定电流.不应小于所在电路的计算电流，即 7.1.3按断流能力选择： 设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能的最大短路有效值或短路容量，即 或 对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。 7.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验:动稳定校验条件: 或 、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，分别为开关所处
19、的三相短路冲击电流瞬时值和有效值。热稳定校验条件:7.2变电所高压侧一次设备的选择 根据机械厂所在地区的外界环境，高压侧采用JYN2-10（Z）型户内移开式交流金属封闭开关设备。此高压开关柜的型号：JYN2-10/4ZTTA其内部高压一次设备根据本厂需求选取，具体设备见附图一变电所高压电气主接线图。初选设备：高压断路器：ZN2-10/600 高压熔断器：RN1-10/150电流互感器：LQJ-10/5 电压互感器：JDZJ-10高压隔离开关：GN6-10/2007.3变电所高压侧一次设备的校验校验项目电压kV电流A动稳定电流kA热稳定电流4s断流能力kA装设点条件参数数据1064.264.98
20、72.9531.9558一次设备型号规格额定参数高压断路器ZN2-10/600106003011.6高压熔断器RN1-10-200/51015012电流互感器LQJ-10-200/510200/5电压互感器JDZJ-10高压隔离开关GN6-10/2001020025.57.4变电所低压一次设备的选择 低压侧采用GGD2型低压开关柜，所选择的主要低压一次设备参见附图二变电所低压电气主接线图,部分初选设备：低压断路器：DW15系列 低压熔断器：RM10系列电压互感器：JDG3-0.5 电流互感器：LQJ、LMZ1系列刀开关：HD系列7.5变电所低压一次设备的校验：校验项目电压V电流A动稳定电流kA
21、热稳定电流4s断流能力kA装设点条件参数数据3802025.0156.52833.48730.722一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-4000/4000380400080低压熔断器RM10系列380电压互感器JDG3-0.5380/100电流互感器LQJ、LMZ13808 变电所进出线的选择与校验 为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。 根据设计经验：一般10kV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按
22、允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。8.1高压线路导线的选择架空进线后接铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢铠护套电力电缆BLV-95,因高压侧计算电流，所选电缆的允许载流量：,满足发热条件。8.2低压线路导线的选择 由于没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TN-C-S系统；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用LGJ-185型钢芯铝线电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。其中导线和电缆的截面选择应满足如下条件：相线截面的选择以满足发热条件即，；1.中性线（N线）截面选择，这里采用的一般为三相四线，满足；2.保护线（PE线）的截面选择3.时，4.时，时，5.保护中性
23、线（PEN）的选择，取（N线）与（PE）的最大截面。结合计算负荷，可得到由变电所到各个车间的低压电缆的型号为：铸造车间：LGJ-70 锻压车间：LGJ-70 金工车间：LGJ-50 工具车间：LGJ-50 电镀车间：LGJ-50 热处理车间：LGJ-50 装配车间：LGJ-25 机修车间：LGJ-25 锅炉房：LGJ-25 仓库：LGJ-16 生活区：LGJ-150 另外，送至各车间的照明线路采用：铜芯聚氯乙烯绝缘导线BV型号。9 变电所继电保护的整定 继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。 由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采
24、用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。 继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。9.1变压器继电保护 变电所内装有两台10/0.4kV1600kVA的变压器。低压母线
25、侧三相短路电流为，高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。1.过电流保护动作电流的整定：，动作电流：动作电流整定为8A2.过电流保护动作时限的整定由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。3.电流速断保护速断电流倍数整定取，速断电流为：速断电流倍数整定为：9.2 10KV侧继电保护 在此选用GL-25/10型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三
26、相短路电流1.9558kA；变比为200/5A保护用电流互感器动作电流为8A。下面对高压母线处的过电流保护装置进行整定。（高压母线处继电保护用电流互感器变比为200/5A）整定的动作电流取，所以根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为7A。整定的动作时限:母线三相短路电流反映到中的电流:对的动作电流的倍数，即由反时限过电流保护的动作时限的整定曲线确定2KA的实际动作时间：的实际动作时间：母线三相短路电流反映到中的电流：对的动作电流的倍数，即所以由10倍动作电流的动作时限曲线查得的动作时限：。9.3 0.38KV侧低压断路器保护 整定项目：1.瞬时过流脱扣器动作电流整定：满足：对万能断
27、路器取1.35；对塑壳断路器取22.5。2.短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足， 取1.2。另外还应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差0.2s(0.4s,0.6s)。3.长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足， 取1.1。4.过流脱扣器与被保护线路配合要求：满足，：绝缘导线和电缆允许短时过负荷倍数(对瞬时和短延时过流脱扣器，一般取4.5；对长延时过流脱扣器，取1.11.2)。5.热脱扣器动作电流整定：6.满足， 取1.1,一般应通过实际运行进行检验。设计总结 通过本次设计，所学理论知识很好的运用到了实际的工程当中，在具体的设计过程中，真正做到了学以致用，并使自己的实际工程能力得到了很大的提高，从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。遇到困难，我会觉得无从下手，不知从何写起；当困难解决了，我会觉得豁然开朗，思路打开了；通过使用AutoCAD软件画图使我对这软件有了一定的掌握。对我以后的毕业设计有很大的帮助。参考文献1.工厂供电刘介才编2006年1月第5版机械工业出版社2.电力电子设备设计和应用手册王兆安张明勋主编2009年1月第3版机械工业出版社附图附图一：高、低压侧均采用单母线主接线图附图二;变电所高压侧电气主接线图