《2022年某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计.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及高压配电系统设计.docx（58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 - - - - - - - - - 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院Henan Polytechnic Institute 毕 业 设 计论文题目：某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计专 业：电气自动化技术班 级：电气 1001 班姓 名：张志海学 号： 0401100136 指导老师：张季萌1 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要 随着我国国民经济的飞速进展,工业对电力的需求也越来越迫切；随着中国工业规模的不断扩大,对电力供应的安全性、牢靠性提出了更 高的要求,因此电力系统与用户
2、直接关联的供电系统尤为重要；作为供 电系统的主要组成部分,电气设备的质量及其性能的先进性是打算供电 系统安全牢靠运行的前提条件之一；本设计依据该冶金机械厂的相关资 料和实际情形,对该厂的总降压变电所和高压供电系统进行设计；本设 计第一依据工厂供应的资料对工厂的负荷情形进行了运算,依据负荷情 况对变压器的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,在由各车间变电所降为负荷所需电压；为保证供电系 统的牢靠性,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
3、变电所的主要电气设备、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爱护整 定,对避雷和接地装置进行了挑选；关键词： 变电所；供电系统；电气设备2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 次1 绪论 . 11.1 工厂供电的意义及要求 1.2 工厂供电设计的一般原就. 1 . 11.3 设计的具体内容 . 21.4 工厂原始资料 . 22 工厂的电力负荷及其运算 . 32.1 工厂的电力负荷 . 32.2 车间运算负荷的确定 . 32.3 工厂运算负荷的确定 . 42.4 无功功率补偿及其运算 . 53 降压
4、变电所及变压器的挑选 . 73.1 总降压变电所所址的挑选 . 73.2 降压变电所形式的挑选 . 73.3 厂区供电电压的挑选 . 83.4 总降压变电所变压器台数和容量的挑选 . 93.5 车间变电所变压器挑选 . 94 总降压变电所主接线方案及供电线路的设计 .10 4.1 总降压变电所的任务和类型 .10 4.2 变电所主接线方案的设计原就与要求 .10 4.3 主接线方案的挑选 .11 4.4 厂区配电线路的设计 .11 4.5 总降压变电所二次回路操作电源设计 .12 5 短路电流运算 .13 5.1 短路电流运算的目的 .13 3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3
5、页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5.2 短路电流运算的方法和步骤.14 5.3 该厂供电系统电路及短路等效电路 .15 5.4 短路运算 .15 5.5 短路运算结果 .21 6 一次设备的挑选与校验 .22 6.1 一次设备的挑选校验的条件与项目 .22 6.2 一次设备效验公式 .22 6.3 一次设备的挑选与校验 .23 6.4 电缆、母线的挑选 .24 7 继电爱护装置的整定运算 . 26 7.1 总降压变电所 35/10kV 变压器的爱护 . 27 7.2 35kV 电力线路爱护 .29 7.3 10kV 电力线路爱护 .29 8 防雷爱护与接地装置
6、的设计 .30 8.1 变电所防雷爱护与防雷装置的挑选 .30 8.2 接地装置的设计运算 .31 结 论.32 4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 绪论从十九世纪七十岁月开头,人类开头了以电能的广泛使用为显著特点的其次次工业革命；这个时期的电力工业和电器制造业快速进展起来,同时为社会制造了庞大的社会财宝,也极大地提高了人们的生活水平,更为以后电子运算机的问世奠定了基础；1831 年,法拉第发觉了电磁感应定律,它揭示了电、磁现象之间的相互联系,为以后发电机的创造、电能的大规模生产和传输以及电能的广泛应用供应了
7、重要理论基础；随着电能在社会各个方面的广泛应用, 人类社会从今进入了电气化时代,电能成为主要的能源,并极大地促进了社会生产力的进展；1.1 工厂供电的意义及要求电能不仅是人们生活的能源,更重要的是工业生产的主要能源和动力；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的电能、动能,而且使用便利敏捷；电能的输送和安排简洁经济是电能的又一优点,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的运输；当代工厂里应用的信息技术、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的基础之上的；有着及其广泛的应用,是工业生产中不行替代的能源；因此,电能在当代工
8、业生产在工厂里,电能虽然是工业生产的主要能源和动力,但是它在产品成本中所占的比重 一般很小；电能在工业生产中的重要性,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；因此,做好工厂供电工作对于进展工业生产,实现工业现代化,具有非常重要的意义；在工厂中,供电系统起着至关重要的作用；要保证工厂内的正常生活生产秩序、保证人民群众财产, 就要有一个牢靠稳固的供电系统；本要求：一个优质的工厂供电系统必需达到以下基（1）安全 电能在供应、安排和使用中,要保证输电线路的安全性,设计合理的供电 系统,不
9、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的要求；对于一些要求连续不间断供电的企 业,牢靠性是第一位的；对于一些负荷, 假如由于电力系统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的经济财产缺失,甚至发生重大的人身伤亡事故,给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大缺失；（3）优质 应满意电能用户对电压和频率等质量的要求；使用电设备在额定的电压、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 供电系统的投资要少,运行费用要低,并尽可能地节省电能和削减有色金 属的消耗量；1.2 工厂供电设计的一般原
10、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的有关法令、标准和技术规范,执行国家的有关方针 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的安全、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的效率高、1 能耗低、 性能先进及与用户投资才能名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 相适应的经济合理的电器产品；（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
11、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进展 的关系,做到远近结合,以近期为主,适当考虑扩建的可能性；1.3 设计的具体内容该冶金机械厂总降压变电所及高压配电系统设计,是依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,结合国家供电情形,解决对电能安排的安全牢靠,经济合理的问题；其基本内容有以下几方面：（1）工厂的负荷运算及无功补偿；（2）确定工厂总配变电所的所址和型式；（3） 确定工厂总配变电所的所址、形式、主接线方式,确定主变压器的型式、容量 和台数；（3）短路电流运算；（4）一次设备的挑选；（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
12、整定运算；（7）工厂总配变电所防雷爱护及接地装置的设计；1.4 工厂原始资料本设计的原始资料如下：1、工厂总平面布置图,如图1.1；机修车间No.4锻造车间综合楼铆焊车间N0.3 变电所空压站变电所No.1No.1No.2木型车间木型库变电所变电所变电所铸钢车间铸铁车间制材场水塔35kV电源进线水泵房锅炉房 北No.5 变电所图 1.1 工厂总平面布置图2 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2、工厂生产任务、规模及产品规格：本厂主要承担全国冶金工业系统矿山、冶炼和轧钢设备的配件生产, 即以生产铸造、 锻压、铆焊、毛
13、坯件为主体； 年生产规模为铸钢件 1000t,铸铁件 3000t,锻件 1000t,铆焊件 2500t；3、工厂各车间负荷情形及车间变电所的容量见表 2.1 和表 2.2；4、供用电协议1）工厂电源从供电部门某220/35kV 变电站以 35 kV 双回架空线路引入本厂,其中一路作为工作电源,另一路作为备用电源；两个电源不并列运行；变电站距厂东侧 8km；2）系统的短路数据,如表 1.1 所示；3）供电部门对工厂提出的技术要求 :区域变电站 35kV 馈线电路定时限过流爱护装置的整定时间 top=2s,工厂总降压变电所爱护的动作时间不得大于 1.5s工厂在总降压变电所35k 电源侧进行电能计量
14、；工厂最大负荷时功率因数不得低于 0. 9；5、厂负荷性质：本厂为三班工作制,年最大有功利用小时为6000h 属二级负荷；2 表 1.1 区域变电站35kV 母线短路数据系统短路容量系统运行方式系统短路容量系统运行方式最大运行方式Soc max=200MV A 最小运行方式Socmin=175MV A 工厂的电力负荷及其运算2.1 工厂的电力负荷 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的功率或电流大小,如说轻负荷 （轻载）、重负荷（重 载）、空负荷（空载） 、满负荷（满载）等；电力负荷的具体含
15、义视具体情形而定,本章指的 是用电设备或用户耗用的功率大小；运算负荷又称需要负荷或最大负荷Pmax；运算负荷是一个假想的连续性的负荷,其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等；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的依据；运算负荷是供电设计运算的基本依据；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的挑选是否经济合理；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的铺张；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
16、确定运算负荷意义重大；但是负荷情形复杂,影响负荷运算的因素许多,虽然各类负荷的变化有肯定规律可循,但仍难精确确定运算负荷的大小；实际上, 负荷也不是一成不变的, 它与设备的性能、生产的组织、生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关；因此负荷运算只才能求接近实际；2.2 车间运算负荷的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的基本依据； 我国目前普遍采纳的确定运算负荷的方法有需要系数法、利用系数法和二项式法；需要系数法是国际上普遍采纳的确定运算负荷的基本方法,算；运算的基本公式如下：有功运算负荷 P30 为3 本设计采纳需要系数法进行负荷计名师归纳总结 - -
17、- - - - -第 7 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - P 30KdP e（2.1）这里的 K d 称为需要系数（demand coefficient ）,Pe为车间用电设备总容量；无功运算负荷Q30 为Q30P 30tan（2.2）式中, tan为对应于车间用电设备cos 的正切值；视在运算负荷为S30P 30（2.3）cos式中, cos 为车间供电设备的平均功率因素；运算电流 I30 为I30S 30N（2.4）3 U式中, UN 为用电设备组的额定电压；依据工厂给出的资料,通过运算整理,得出该工厂各车间的负荷运算表及该工厂 6kV高压设备的负荷运算表
18、,结果见表 2.1 和表 2.2；2.3 工厂运算负荷的确定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的基本依据,也是计算工厂的功率因素及无功补偿容量的基本依据,确定工厂运算负荷的方法许多,有需要系数法、年产量估算工厂运算负荷和逐级运算法等；依据国际普遍的运算方法和该冶金机械厂的实际情形,本设计采纳需要系数法运算工厂的运算负荷；依据该厂供应的各车间及工厂高压设备负荷数据,运用需要系数法,依据上面给出的公式通过运算、整理得出该工厂的负荷运算表 2.3；表 2.1 各车间 380V 负荷运算表序车间（单位）设备K d costanP30/kW 运算负荷I 30/A 车间变电变压器台号
19、名称容量Q30/kvar S30/kV A 所代号数及容量1 铸钢车间/kW 0.4 0.65 1.17 800 936 1230.8 1870 No.1 车变/kV A 2000 2 1600 2 铸铁车间1000 0.4 0.70 1.02 400 408 571.4 867.5 No.2 车变2 800 砂库110 0.7 0.60 1.33 77 102.4 128.3 194.9 小计 K =0.9 2110 429.3 459.4 628.8 955.4 （续表）序车间（单位）设备K d costanP30/kW 运算负荷I 30/A 车间变电变压器台号名称容量Q30/kvar S
20、30/kV A 所代号数及容量3 铆焊车间/kW 0.3 0.45 1.98 360 712.8 800 1215. No.3 车变/kV A 1200 2 1000 4 No.1 水泵房28 0.75 0.8 0.75 21 15.8 26.3 39.6 No.4 车变1 800 小计 K =0.9 1228 342.9 655.7 740.0 1124 空压站390 0.85 0.75 0.88 331.5 291.7 442 671.5 4 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 机修车间150 0.25 0.65
21、 1.17 37.5 43.9 57.7 87.7 5 锻造车间220 0.3 0.55 1.52 66 100.3 120 182.3 1 400 木型车间186 0.35 0.60 1.33 65.1 86.6 108.5 164.8 制材场20 0.28 0.60 1.33 5.6 7.4 9.3 14.1 综合楼20 0.9 1 0 18 0 18 27.3 小计 K =0.9 986 471.3 476.9 670.5 1018 300 0.75 0.80 0.75 225 168.8 281.3 427.4 No.5 车变锅炉房序No.2 水泵房28 0.75 0.80 0.75
22、21 15.8 26.3 40.0 I30/A 仓库（ 1、2）88 0.3 0.65 1.17 26.4 30.9 40.6 61.9 污水提升站14 0.65 0.80 0.75 9.1 6.8 11.4 17.3 小计 K =0.9 430 253.4 200.1 322.9 490.6 表 2.2 各车间 6kV 高压负荷运算表车间（单位）高压设备名称运算负荷设备容量K d costanP30/kW 号名称/kW Q30/kvar S30/kVA 1 铸钢车间电弧炉2 1250 0.9 0.87 0.57 2250 1282.5 2586.2 248.9 2 铸铁车间工频炉2 200
23、0.8 0.9 0.48 320 153.6 355.6 34.2 3 空压站空压机2 250 0.85 0.85 0.62 425 263.5 500 48.1 小计3400 2995 1699.6 3443.6 331.4 表 2.3 工厂负荷运算表全厂设备容量K d costanP30/kW 运算负荷I 30/A /kW Q30/kvar S30/kV A 11154 0.35 0.79 0.78 3904 3045.1 4941.8 285.3 2.4 无功功率补偿及其运算工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负载,仍有感性的电力变压器,从而使功率因素降低；如在
24、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的情形下,尚达不到规定的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,这时在用户需要的有功功率 P30 不变的条件下,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I 30也得以减小,这将使系统的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,而且可选较小容量的供电设备和导线电缆,因此提高功率因素对供电系统大有好处；在提高功率因素的同时,工厂总降压变电所的主变压器容量可以选的小一些,这不仅可降低变电所的初投资, 而且可以削减工厂的电费开支,因此进
25、行无功功率补偿对工厂本身也有一定经济实惠；通过该厂的负荷运算表可知该厂的功率因素 cos =0.79,不能达到供电部门的要求；在供电营业规章中规定：“ 用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因素应达到以下规定： 100kVA 及以上高压供电的用户功率因素为 0.90 以上；” 并规定,凡功率因素5 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 未达到上述规定的,应增加无功补偿装置；无功功率的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,
26、因此本设计选用并 联电容进行无功补偿；由该厂的负荷运算表可知,总变压器低压侧的视在运算负荷为4942kVA,因此为进行功率补偿时,主变压器容量应选为 5000kVA；此时变电所低压侧的功率因素未 0.79；按规定,变电所高压侧的功率因素 cos0.9.；考虑到变压器本身的无功功率损耗 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,低压侧补偿后的功率因素应略高于 0.90,这里取 cos=0.93；要使低压侧功率因素由0.79 提高到 0.93,低压侧需装设的并联电容器容量为QC = 3904 （ tanarccos0.79tanarccos0.
27、93）kvar = 1486.9kvar 取 QC=1500kvar 补偿后变电所低压侧的视在运算负荷为S 30（2）39042（3045.12 1500）kVA4198.6kVA因此主变补偿后挑选容量不变,仍为5000kVA ；变压器的功率损耗为 PT 0.015 S 30（2）= 0.015 4198.6kVA = 63kW QT 0.06 S 30（2）= 0.06 4198.6 kVA=251.9kvar 变电所高压侧的运算负荷为P 30（1）= 3904kW + 63kW = 3967kW Q 30（1）=（3045.11500）kvar + 251.9kvar =1797kvar
28、2 2S 30（1）396 7 1797 kVA 4355kVAI 30 S 30（1）71 .8 4 A3 U N补偿后工厂的功率因素为cosP 30（1）S30（1）3967/4355kVA0.91这一功率因素满意供电部门规定的要求；依据以上运算,本设计从常用并联电容器中选出型号为 13 台进行该工厂的无功功率补偿；6 BWF10.5-120-1 的并联电容器名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3 降压变电所及变压器的挑选3.1 总降压变电所所址的挑选变电所所址的挑选依据国家有关标准和规范,应依据以下要求,挑选
29、确定：1、靠近负荷中心；2、节省用地,不占或少占耕地及经济效益高的土地；3、与城乡或工矿企业规划相和谐,便于架空和电缆线路的引入和引出；4、交通运输便利；5、环境宜无明显污秽,如空气污秽时,所址宜设在受污源影响最小处；6、具有相宜的地质、地势和地貌条件例如躲开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和有危岩或易发生滚石的场所 ,所址宜防止选在有重要文物或开采后对变电全部影响的矿藏地点,否就应征得有关部门的同意；7、所址标高宜在50 年一遇高水位之上,否就,所区应有牢靠的防洪措施或与地区工业企业 的防洪标准相一样,但仍应高于内涝水位；8、应考虑职工生活上的便利及水源条件；9、应考虑变电所与四周环境、邻近设施的相互影响；依据上面的要求,本设计结合该工厂的负荷情形和工厂的布局,挑选该厂的西南角锅炉房东面作为总降压变电所的所址,其变电所