《2022年某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计_电力系统分析课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计_电力系统分析课程设计.docx（56页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选学习资料 - - - - - - - - - 课程设计报告题目某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计名师归纳总结 课 程 名 称电力系统分析第 1 页,共 30 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 目录电力系统分析课程设计. 错误！未定义书签；一、绪论 . 错误！未定义书签；二、工厂供电地设计 . 错误！未定义书签；2.1 工厂供电地意义及要求 2.2 工厂供电设计地一般原就. 错误！未定义书签；. 错误！未定义书签；2.3 设计地详细内容 . 错误！未定义书签；2.4 工厂原始资料 . 错误！未定义书签；三、工厂地电力负荷及其运算. 错误！未定
2、义书签；3.3 工厂地电力负荷 . 错误！未定义书签；3.2 车间运算负荷地确定 3.3 工厂运算负荷地确定 3.4 无功功率补偿及其运算. 错误！未定义书签；. 错误！未定义书签；. 错误！未定义书签；四、总降压变电所变压器台数和容量地挑选 . 错误！未定义书签；五、 短路电流运算 . 错误！未定义书签；5.1 短路电流运算地目地. 错误！未定义书签；5.2 短路电流运算地方法和步骤 . 错误！未定义书签；5.3 该厂供电系统电路及短路等效电路. 错误！未定义书签；5.4 短路运算 . 错误！未定义书签；5.5 短路运算结果 . 错误！未定义书签；六、总降压变电所35kV 侧一次设备地挑选与
3、校验 . 错误！未定义书签；七、继电爱护装置地整定运算. 错误！未定义书签；7.1 总降压变电所35kV 变压器地爱护. 错误！未定义书签；7.2 35kV 电力线路爱护 八、防雷爱护与接地装置地设计. 错误！未定义书签；. 错误！未定义书签；8.1 变电所防雷爱护与防雷装置地挑选 . 错误！未定义书签；8.2 接地装置地设计运算. 错误！未定义书签；心得体会 . 错误！未定义书签；参考文献 . 错误！未定义书签；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 电力系统分析课程设计某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计一、绪论
4、随着我国国民经济地飞速进展,工业对电力地需求也越来越迫切 .随着中国工业规模地不断扩大,对电力供应地安全性、牢靠性提出了更高地要求,因此电力系统与用户直接关联地供电系统尤为重要 .作为供电系统地主要组成部分,电气设备地质量及其性能地先进性是打算供电系统安全牢靠运行地前提条件之一 际情形,对该厂地总降压变电所系统进行设计.本设计依据该冶金机械厂地相关资料和实 .本设计第一依据工厂供应地资料对工厂地负荷情形进行了运算,依据负荷情形对变压器地容量和台数进行了挑选 .该厂电源由某变电所以 35kV 双回路架空线引出,本设计挑选在该厂设立总降压变电所先将电压降为厂区供电电压 10kV ,在由各车间变电所
5、降为负荷所需电压.为保证供电系统地牢靠性,总降压变电所采纳单母线分段式接线方式,厂区供电系统采纳放射式接线方式 .通过运算,本设计对各变电所地主要电气设备、电缆和母线进行了挑选和校验,对一次侧主要设备进行了继电保护整定 .二、工厂供电地设计 2.1工厂供电地意义及要求名师归纳总结 电能不仅是人们生活地能源,更重要地是工业生产地主要能源和动力.电能简洁从其第 3 页,共 30 页他一次能源中获得,也简洁转化为工业生产中地电能、动能,而且使用便利敏捷.电能地输- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 送和安排简洁经济是电能地又一优点,通过导线可以直接把电能引至负荷
6、,不像蒸汽机、内燃机那样笨重,更防止了一次能源费时耗力地运输.当代工厂里应用地信息技术、生产自动化技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用地基础之上地 .因此,电能在当代工业生 产有着及其广泛地应用,是工业生产中不行替代地能源 .在工厂里,电能虽然是工业生产地主要能源和动力,但是它在产品成本中所占地比重 一般很小 .电能在工业生产中地重要性,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,降低生产成本,减轻工人地劳动强度,改善工人地劳动条件,有利于实现生产过程自动化 现代化,具有非常重要地意义 .因此,做好工厂供电工作对于进展工业生产,实现工业电能不仅是人们生活地能源
7、,更重要地是工业生产地主要能源和动力 .电能简洁从其他一次能源中获得,也简洁转化为工业生产中地电能、动能,而且使用便利敏捷 .电能地输送和安排简洁经济是电能地又一优点,通过导线可以直接把电能引至负荷,不像蒸汽机、内燃机那样笨重,更防止了一次能源费时耗力地运输.当代工厂里应用地信息技术、生产自动化技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用地基础之上地 .因此,电能在当代工业生产 有着及其广泛地应用,是工业生产中不行替代地能源 .在工厂里,电能虽然是工业生产地主要能源和动力,但是它在产品成本中所占地比重 一般很小 .电能在工业生产中地重要性,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,
8、提高劳动生产率,降低生产成本,减轻工人地劳动强度,改善工人地劳动条件,有利于实现生产过程自动化 现代化,具有非常重要地意义 .因此,做好工厂供电工作对于进展工业生产,实现工业在工厂中,供电系统起着至关重要地作用 .要保证工厂内地正常生活生产秩序、保证人民群众财产,就要有一个牢靠稳固地供电系统 要求：.一个优质地工厂供电系统必需达到以下基本（1）安全 电能在供应、安排和使用中,要保证输电线路地安全性,设计合理地供电系统,不能够由于供电系统显现人身伤亡事故和设备事故；（2）牢靠 应满意电能用户对供电牢靠性地要求 .对于一些要求连续不间断供电地企业,牢靠性是第一位地 .对于一些负荷,假如由于电力系统
9、故障供电系统突然中断,可能会造成重大设备损坏、大量产品报废很严峻地经济财产缺失,甚至发生重大地人身伤亡事故,给国家和人民带来经济上甚至政治上地重大缺失；（3）优质应满意电能用户对电压和频率等质量地要求.使用电设备在额定地电压、频率下进行生产,不仅可以防止设备损坏,而且也以提高产品质量,给企业带来利润；（4）经济 供电系统地投资要少,运行费用要低,并尽可能地节省电能和削减有色金属地消耗量 .名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2 工厂供电设计地一般原就 工厂供电设计必需遵循以下原就：（1）工厂供电设计必需遵守国家地
10、有关法令、标准和技术规范,执行国家地有关方 针政策,包括节省能源、节省有色金属和爱护环境等技术经济政策；（2）工厂供电设计应做到保证人身和设备地安全、供电牢靠、电能质量合格、技术 先进和经济合理,设计中应采纳符合国家标准地效率高、能耗低、性能先进及与用户投资 才能相适应地经济合理地电器产品；（3）工厂供电设计必需从全局动身,统筹兼顾,依据负荷性质、用电容量、工程特 点和地区供电条件,合理确定设计方案；（4）工厂供电设计应依据工程特点、规模和进展规划,正确处理近期建设与远期发 展地关系,做到远近结合,以近期为主,适当考虑扩建地可能性 .2.3 设计地详细内容 该冶金机械厂总降压变电所及高压配电系
11、统设计,是依据各个车间地负荷数量和性 质,生产工艺对负荷地要求,以及负荷布局,结合国家供电情形,解决对电能安排地安全牢靠,经济合理地问题 .其基本内容有以下几方面：（1） 工厂地负荷运算及无功补偿；（2） 确定工厂总配变电所地所址和型式；（3） 确定工厂总配变电所地所址、形式、主接线方式,确定主变压器地型式、容量 和台数；（3） 短路电流运算；（4） 一次设备地挑选；（5） 挑选工厂电源进线及高压配电线路；（6） 对一次侧进行继电爱护整定运算；2.4 工厂原始资料 2.4.1 生产任务及车间组成本厂主要承担冶金系统地配件生产,生产规模为：铸钢件1 万吨,铸铁件3 千吨,锻件 1 千吨,铆焊件2
12、 千吨 .本厂车间组成如表1 所示 .2.4.2 设计依据 1）设计总平面布置图名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2）全 厂各 车间负荷如表2 所示,各车间均为380V 地负荷,但有一部分为高压设备为6kV 地负荷 .3）供用电协议 工厂与供电部门所签定地供用电协议主要内容如下：名师归纳总结 （1）工厂从供电部门用35 千伏双回架空线引入本厂,其中一个作为工作电源,一个作为第 6 页,共 30 页备用电源,两个电源不并列运行.（即不同时工作）,供电部门短路容量为200MVA ,该变电所距厂东侧8 公里 .- - -
13、 - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （2）在本厂地总降压变电所35 千伏侧进行运算,本厂地功率因数应大于0.9.3.本厂负荷性质本厂为三班工作制,最大有功负荷年利用小时数为6000 小时,属于二级负荷.三、 工厂地电力负荷及其运算 3.3工厂地电力负荷电力负荷（ electric power load）又称电力负载,有两种含义：一是指耗用电能用电设备或用户,另一是指用电设备或用户耗用地功率或电流大小,如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等.电力负荷地详细含义视详细情形而定,本章指地是用电设备或用户耗用地功率大小 .运算负荷又称需要负荷
14、或最大负荷Pmax.运算负荷是一个假想地连续性地负荷,其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生地最大热效应相等 .在配电设计中,通常采纳半小时最大平均负荷 P30 作为按发热条件挑选电器或导体地依据 .运算负荷是供电设计运算地基本依据.运算负荷确定得是否正确合理,直接影响到电器和导线电缆地挑选是否经济合理 .假如运算负荷确定得过大,将使电器和导线电缆选得过大,造成投资和有色金属地铺张.假如运算负荷确定得过小,又将使电器和导线电缆处于过负荷状态下运行,增加电能损耗,产生过热,导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾 .由此可见,正确确定运算负荷意义重大.但是负荷情形复杂,影响负荷运算地因素很多,虽然各类负
15、荷地变化有肯定规律可循,但仍难精确确定运算负荷地大小 .实际上,负荷也不是一成不 变地,它与设备地性能、生产地组织、生产者地技能及能源供应地状况等多种因素有关 .因 此负荷运算只才能求接近实际 .3.2 车间运算负荷地确定 车间运算负荷是挑选工厂内配电线路电缆型号和主要电气设备包括车间变压器地基本 依据 .我国目前普遍采纳地确定运算负荷地方法有需要系数法、利用系数法和二项式法 .需要 系数法是国际上普遍采纳地确定运算负荷地基本方法,本设计采纳需要系数法进行负荷计 算.运算地基本公式如下：名师归纳总结 有功运算负荷P30 为P 30KdP e.（2.1）第 7 页,共 30 页这里地 Kd 称为
16、需要系数（demand coefficient ）, Pe为车间用电设备总容量无功运算负荷Q30 为- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - Q30P 30tan（2.2）式中, tan为对应于车间用电设备cos 地正切值 .视在运算负荷为（2.3）式中, cos 为车间供电设备地平均功率因素 .运算电流 I30 为（2.4）S 30P 30额定电压 .6kVcos式中, UN 为用电设备组地依据工厂给出地资料,通过运算整理,得出该工厂各车间地负荷运算表及该工厂高压设备地负荷运算表,结果见表I30S 30N3.1 和表 3.2.3.3 工厂运算负荷地确定3 U
17、工厂运算负荷是挑选工厂电源进线及主要电气设备包括主变压器地基本依据,也是计算工厂地功率因素及无功补偿容量地基本依据,确定工厂运算负荷地方法很多,有需要系数法、年产量估算工厂运算负荷和逐级运算法等.依据国际普遍地运算方法和该冶金机械厂地实际情形,本设计采纳需要系数法运算工厂地运算负荷 .依据该厂供应地各车间及工厂高压设备负荷数据,运用需要系数法,依据上面给出地公式通过运算、整理得出该工厂地负荷运算表 3.3.表 3.1 各车间 380V 负荷运算表序车间（单设备KdcostanP30/k运算负荷I30/A车间变电变压器号位）名称容量Q30/kvaS30/kVA所代号台数及/kWWr容量/kVA1
18、铸钢车间20000.40.651.178009361232.771870No.1 车变216002铸铁车间10000.40.701.02400408571.3867.5No.2 车变2800砂库1100.70.601.237794.71122.1194.9小计 K =0.92110429.3452.439624.06955.4（续表）序车间（单设备KdcostanP30/k运算负荷I30/A车间变电变压器台号位）名称容量Q30/kvaS30/kVA所代号数及容量3铆焊车间/kW0.30.451.98Wr1215.No.3 车变/kV A1200360712.8738.55210004No.1
19、水泵房280.750.80.752115.7526.2539.6No.4 车变1800小计 K =0.91228342.9655.695688.321124空压站3900.850.750.88331.5291.72442671.5名师归纳总结 机修车间1500.250.651.1737.543.87557.787.7第 8 页,共 30 页锻造车间2200.30.551.5266100.32120182.3木型车间185.50.350.601.3365.0586.51108.2164.8- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 制材场200.280.601.3
20、35.67.4489.3314.15综合楼200.911181825.527.3No.5 车变1400小计 K =0.9986471.3476.9686.041018锅炉房12000.750.800.75225168.81125427.4No.2 水泵房280.750.800.752115.826.340.0仓库（ 1、88.120.650.651.1726.430.988.1661.92）污水提升站140.80.800.759.16.81417.3小计 K =0.9430253.4200.11128490.6表 3.2 各车间 6kV 高压负荷运算表序车间（单小计高压设备名称设备容量Kdco
21、stanP30/k运算负荷I30/A号位）/kWQ30/kvaS30/kVA1名称电弧炉212500.90.870.57Wr248.9铸钢车间22501282.52589.82铸铁车间工频炉23000.80.90.48320153.6532.434.23空压站空压机22500.850.850.52425263.5479.0348.1360029951699.63241.1331.4表 3.3 工厂负荷运算表全厂设备容量KdcostanP30/kW运算负荷I30/A/kWQ30/kvaS30/kVAr111540.350.790.785773.514787.27598.83285.33.4 无功
22、功率补偿及其运算 工厂中由于有大量地感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负载,仍有感性地电力变压器,从而使功率因素降低.如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因素地情形下,尚达不到规定地工厂功率因素要求时,就需考虑增设无功功率 补偿装置 .假设功率因数由 cos 提高到 cos,这时在用户需要地有功功率 P30 不变地条 件下,由公式（2.2）和公式（ 2.3）知无功运算功率和视在功率都有所减小 .相应地负荷电 流 I30 也得以减小,这将使系统地电能损耗和电压损耗相应降低,既节省了电能,又提高 了电压质量,而且可选较小容量地供电设备和导线电缆,因此提高功率因素对供电系
23、统大 有好处 .在提高功率因素地同时,工厂总降压变电所地主变压器容量可以选地小一些,这不 仅可降低变电所地初投资,而且可以削减工厂地电费开支,因此进行无功功率补偿对工厂名师归纳总结 本身也有肯定经济实惠.cos=0.79,不能达到供电部门地要求.第 9 页,共 30 页通过该厂地负荷运算表可知该厂地功率因素- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 在供电营业规章中规定：“ 用户在当地供电企业规定地电网高峰负荷时地功率因素应达到以下规定： 100kVA 及以上高压供电地用户功率因素为 0.90 以上 . ”并规定,凡功率因素未达到上述规定地,应增加无功补偿装置
24、.无功功率地人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种.由于并联电容器具有安装简洁、运行爱护便利、有功损耗小以及组装敏捷、扩容便利等优点,因此本设计选用并 联电容进行无功补偿 .由该厂地负荷运算表可知,总变压器低压侧地视在运算负荷为4942kVA,因此为进行功率补偿时,主变压器容量应选为 5000kVA. 此时变电所低压侧地功率因素未 0.79.按规定,变电所高压侧地功率因素 cos0.9.考虑到变压器本身地无功功率损耗 QT远大于其有功功率损耗 PT,一般 QT=（45） PT,因此在变压器低压侧进行无功补偿时,低压侧补偿后地功率因素应略高于 0.90,这里取 cos=0.93.要使低压侧
25、功率因素由0.79 提高到 0.93,低压侧需装设地并联电容器容量为QC = 4787.2（tanarccos0.76tanarccos0.96） kvar = 2697.6kvar取 QC=2700kvar补偿后变电所低压侧地视在运算负荷为S 305773.2 514787.2270026139.2KVAKVA.因此主变补偿后挑选容量变挑选7000kVA.变压器地功率损耗为 PT 0.0 S 30（2）= 0.0156139.2kV A =92.1kW QT 0.06 S 30（2）=0.06 6139.2 kVA=368.4kvar变电所高压侧地运算负荷为P 30（1）= 5773.5kW
26、 +92.1kW = 5865.6kWQ 30（1）=（4787.22700）kvar + 368.4kvar =2455.6kvar 2 2S 30 1 5865 6. 2455 . 6 6358 9. KVAS 30 1 I 30 =109.25A3 U补偿后工厂地功率因素为cos P 301 / S 301 58656./63589.0. 92这一功率因素满意供电部门规定地要求.依据以上运算,本设计从常用并联电容器中选出型号为 13 台进行该工厂地无功功率补偿 .BWF10.5-120-1 地并联电容器名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 30 页精选学习资料 - -
27、 - - - - - - - 四、总降压变电所变压器台数和容量地挑选依据工厂供应地数据,本工厂负荷为二级负荷,且工厂视在运算负荷为 4941.9kVA ,故本工厂总降压变电所应挑选两台主变压器.由于本工厂选用两台主变压器,故每台主变压器地容量SN T 不应小于总地运算负荷S30 地 60%70%. 但由于本工厂地负荷均为二级负荷,故该工厂地总降压变电所选用两台容量为 术参数见表 4.1.5000kVA 型号为 S9-5000/35 地变压器,其技表 4.1 S9-5000/35 变压器技术参数额定容量额定电压 /kV损耗 /kW阻抗电压空载电流联结组别总体质量备注/kV A高压低压空载短路（%
28、）（%）Y d11/t沈变500035,3.156.5031.0070.711.15386.3上变22.5%10.5福变武变 五、 短路电流运算5.1 短路电流运算地目地 工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电,以保证工厂生产和生活地正常进 行.然而由于各种缘由（如工作人员误操作、鸟兽跨过在暴露地相线之间）也难免显现故 障,而使系统地正常运行遭到破坏 .系统中最常见地故障就是短路（short circuit ）.短路就是 指不同电位地导电部分包括导电部分对地之间地低阻性短接 .短路后,系统中显现地短路电流（short-circuit current ）比正常负荷电流大得多 .在大电力系统
29、中,短路电流可达几万安甚至几十万安.如此大地电流可产生很大地点动力和很高地温度,而使线路中地原件受到损害 .由于短路时电路地电压骤降,严峻影响电气设备地正常运行和降低产品质量 .继电爱护装置在发觉短路电流后动作,切除故障线路,可造成不同范围地停电 .由此可见,短路地危害是很大地,因此必需尽力设法排除可能引起短路地一切因素；同时需要进行短路电流运算,以便正确地挑选电气设备,使设备具有足够地动稳固性和热稳固性,以保证在发生可能有地最大短路电流时不致损坏. 为了断就切除短路故障地开关电源、整定短路爱护地继电爱护装置和挑选限制短路电流地原件等,也必需运算短路电流 .5.2 短路电流运算地方法和步骤进行
30、短路电流运算地方法,常用地有欧姆法（有称出名单位制法）和标幺值法（又称相对单位制法）,工程上常用标幺制法.故本设计采纳标幺值法进行运算.1、绘制运算电路图、挑选短路运算点.运算电路图上应将短路运算中需计入地全部电名师归纳总结 路元件地额定参数都表示出来,并将各个元件依次编号.短路运算点应挑选得使需要进行短第 11 页,共 30 页路效验地电器元件有最大可能地短路电流通过.- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2、设定基准容量Sd=100MV A 和基准电压Ud=Uc （短路运算电压,即1.05UN）,并运算基准电流Id.（5.1）X*Uk%S dUk%T1
31、00 S NSN3、运算短路回路中各主要元件地阻抗标幺值（一般只运算电抗标幺值）（1）电力系统地电抗标幺值（5.2）式中, SOC电力系统出口断路器地断流容量,单位为MV A.（2）电力线路地电抗标幺值（5.3）I3 Id*KX式中, UC线路所在电网地短路运算电压,单位为kV ,UC=1.05UN.采纳标幺值运算时,无论短路运算点在哪里,线路地电抗标幺值不需换算（3）电力变压器地电抗标幺值（5.4）式中, Uk% 变压器地短路电压（阻抗电压）百分值； SN 变压器地额定容量.I3、（3）I、（3）I sh 等.4、绘制短路回路等效电路,并运算总阻抗（总电抗标幺值）5、运算短路电流,分别对各短
32、路运算点运算各短路电流I k（3）、（5.5）在无穷大容量系统中,存在以下关系：I3=（ 3）I =（3）I k（5.6）高压电路中地短路冲击电流及其有效值,按以下公式近似运算：（3）i sh2.2 5 I（3）（5.7）（3）I sh1.5 I1（3）（5.8）低压电路中地短路冲击电流及其有效值,按以下公式近似运算：名师归纳总结 （3）i sh1 .84 I（3）I dS dd100 MVA（5.9）第 12 页,共 30 页（5.10）（3）I sh1.0 9 I（3）3 U3 UC5、运算短路容量,XSS d三相短路容量按下式运算：（3）S k3 Uc（3）I k（ 5.1100MVA等
33、效电路1）5.3 该厂供电系统电路及短路S OCS OC该厂电源从位于距该厂东侧8km处地 220/35kV 变电站以X*X0l35kV 双回路架空线引入工厂,其中SdX0l100MVA一 路 做 为 工 作源不并列运行.电源,另一路作为备用电源,两个电WLUC2U2 C其供电系统电路图如图5.1 所示 .该供电 系 统 中 , 需- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 运算图中地四处短路点地短路电流、短路容量等,以用于确定一次设备,其短路等效电路图如图 5.2 所示 .图 5.1 工厂供电系统电路图名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共
34、30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 10/0.4kVk-35.4 短路运算10/0.4kVk-41 、 取基 准 容 量10/6kV系统SN10-35架空线l=8kmXk-135/10kV04.（k-2/10/0.4kV8kmk-50.2Sd=100MVUS d3351A ；10/0.4kVk-62 、 计算基准电流G备用架空线路2X 0 l S d235/10kV U c210/6kV1006Id 1SN10-35km）1（35）k-7 2C 135kV10/0.4kVId4Id6Id 9US d10kV（610/0.4kV39.1k-8Id 2US d3（1010010/0.4kV1 . 05C23k-9Id 3Id 5Id 7Id 8Id 1010/6kVk-1010/0.4kV6 kA1001. 05）