某机械厂总降压变电所电气设计.doc

1、辽宁石油化工大学前言工厂供电课程设计是电气工程及其自动化专业应用本专业所学知识进行的一门实践性课程，所涉及到的主要课程是工厂供电、电路、电机拖动等。设计过程中运用了很多知识，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。在设计中会遇到很多问题，为了解决问题，激发了对获取知识的追求，对计算和微机应用能力有很大程度的提高，同时也锻炼了自身的自学能力，为今后的工作奠定基础。做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十

2、分重要的意义。工厂供电就是指工厂所学要的电能的供应与分配，工厂供电设计要达到为工业生产服务，保障工厂生产和生活用电的需要，并做到节能工作，就必须要做到：安全、可靠、优质、经济。本课程设计共包括八个部分。依次是任务书、负荷的计算和无功功率补偿、主变压器台数、容量和类型的选择、变电所主接线方案的设计、短路计算、变电所一次设备的选择与校验、继电保护选择、整定计算、降压变电所防雷与接地装置的设计、设计总结等。 目录前言任务书一 设计题目4二 设计目的4三 设计要求4四 设计依据4五 设计任务5六 设计时间安排6七 设计报告格式要求6第一章 负荷计算和无功功率补偿71.1负荷计算81.2确定补偿容量11

3、1.3补偿后的计算负荷和功率因数11第二章 主变压器台数、容量和类型的选择132.1变电所的容量13第三章 变电所主接线方案的设计14第四章 短路计算144.1绘制计算电路144.2确定基准值154.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值15(1) 电力系统电抗标么值15(2) 点三相短路的短路电流和容量的计算16(3) 点三相短路的短路电流和容量的计算17第五章 变电所一次设备的选择与校验185.1高压断路器的选择185.2 高压隔离开关的选择185.3 高压熔断器的选择195.4 互感器的选择205.5 380V侧一次设备的选择校验215.6 高低压母线的选择22第六章 继电保护选择、整定计算

4、226.1变电所继电保护装置221.主变压器的继电保护装置222.保护动作电流整定223过电流保护动作时间的整定234过电流保护灵敏度系数的检验236.2装设电流速断保护231.速断电流的整定232电流速断保护灵敏度系数的检验23第七章 降压变电所防雷与接地装置的设计247.1变电所的防雷保护241. 直接防雷保护242.雷电侵入波的防护24第八章 设计总结25参考文献26附录 元器件明细表27任务书一 设计题目某机械厂总降压变电所的电气设计二 设计目的（1）通过该厂变电所的设计培养学生综合运用所学的基础理论知识、基本技能和专业知识进行分析和解决实际问题的能力。（2）掌握中小型工厂供电系统设计

5、计算和运行维护所必须的基本理论和基本技能。（3）掌握供配电设计的基本原则和方法，深刻理解“安全、可靠、优质、经济”的设计要求，为今后从事工厂供配电技术奠定一定的基础。三 设计要求（1）选择变电所主接线方案。（2）确定变电所主变压器的台数和容量、类型。（3）选择高低压设备和进出线。（4）选择整定继电保护装置。四 设计依据（1）工厂负荷情况。该工厂铸造车间、电镀车间属于二级负荷，其余为三级负荷。低压动力负荷为三相，额定电压为380V；电气照明为单相，额定电压为220V.表格 1 工厂负荷情况厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需用系数功率因数1铸造车间动力3000.30.7照明60.81.02电

6、镀车间动力2500.50.8照明50.81.03锅炉房动力500.70.8照明10.81.04金工车间动力4000.20.65照明100.81.05机修车间动力1600.20.65照明40.81.06仓库动力200.40.8照明10.81.0 (2)供电电源情况。1）由附近10KV的公用电源干线取得工作电源，干线导线型号LGJ-70,等边三角形排列，线距1m，干线长度10km。干线手段断路器容量为200MVA。此断路器配备有定时限过流保护和点流速断保护，定时限过电流保护动作时间为1.7s。为了满足工厂二级负荷要求，采用长度为20km架空线路取得备用电源。2）变电所最大负荷时功率因数不低于0.9

7、；3）其他资料（平面图、气象、地质水文等）略。五 设计任务（1）负荷计算和无功功率补偿。（列出负荷计算表）（2）主变压器台数、容量和类型的选择。（3）变电所主接线方案的设计（绘图3号图纸）。（4）短路计算。（5）变电所一次设备的选择与校验。（6）选择整定继电保护装置。六 设计时间安排（1）进行负荷计算，无功补偿计算，收集相关资料-1天（2）电气系统接线设计，变压器的选择-1天（3）短路计算等相关计算-1天（4）电气设备选择与校验-2天（5）继电保护选择、整定计算-1天（6）绘制图表，完成设计报告-1天七 设计报告格式要求（1）课程设计报告封面有学院统一印制，文档用B5纸。（2）课程设计报告编排

8、结构：1）封面。2）前言。3）目录。4）任务书。5）负荷计算和无功功率补偿。6）主变压器台数、容量和类型的选择。7）变电所主接线方案的设计。8）短路计算。9）变电所一次设备的选择与校验。10）选择整定继电保护装置。11）防雷保护和接地装置设计。12）结束语。13）参考文献（书写格式）；【1】作者1作者2.书名。（版次）。出版地：出版社，出版年份14）附录（如元器件明细表等）。15）附图。画图用3号图纸。（3）书写要求工整，图表要求规范。第一章 负荷计算和无功功率补偿负荷计算 ： 负荷计算的方法有需要系数法、二项式等几种，本设计采用需要系数法确定。主要计算公式有：有功功率： (1.1)无功功率:

9、或（） (1.2)视在功率:或 (1.3)计算电流: (1.4)注:由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取 ， (1.5) 总的有功计算负荷为： (1.6)总的无功计算负荷为： (1.7) 总的视在计算负荷为： (1.8) 总的计算电流为： (1.9) 1.1负荷计算根据要求及负荷计算公式，分别计算各车间的,，然后列出表格。1.铸造车间：（1）动力：查表格1得, (1.10) （2）照明：查表格1得， (1.11) 2.电镀车间（1）动力：查表格1得， (1.12) (2)照明：查表格1得， (1.13) 3.锅炉房：（1）动力：查表格1得， (1.14) （2）照明：查表格1得， (1.15

10、) 4金工车间(1)动力: 查表格1得， (1.16) (2)照明：查表格1得， (1.17) 5.机修车间：（1）动力：查表格1得， (1.18) （2）照明：查表格1得, (1.19) 6.仓库:（1）动力：查表格1得， (1.20)（2）照明：查表格1得， (1.21)所有厂房总的计算负荷：取 (1.22)表格 2计算负荷表计算内容设备名称（kW）(kvar)(kVA)(A)各级内容计算负荷铸造车间动力0.30.71.029091.8照明0.81.004.80电镀车间动力0.50.80.7512593.75照明0.81.0040锅炉房动力0.70.80.753526.25照明0.81.0

11、00.80金工车间动力0.20.651.178093.6照明0.81.0080机修车间动力0.20.651.173237.44照明0.81.003.20仓库动力0.40.80.7586照明0.81.000.80低压侧计算负荷0.780.802372.02302.00479.17728.021.2确定补偿容量由表1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因素只有0.67。而现要求变电所最大负荷时功率因数不低于0.9。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0.90，暂取0.94来计算380V侧所需无功功率补偿容量。主要公式有： （1.23）根据公式（1.23

12、）计算补偿容量： （1.24）查书表A-2-2并联电容器的技术数据，选用BCM0.4-14-3电容进行补偿，需要的数量为： （1.25）实际补偿容量为： （1.26）1.3补偿后的计算负荷和功率因数补偿后的计算负荷和功率因数： （1.27）变压器的功率损耗为： （1.28）变压器高压侧的计算负荷为： （1.29）表格 3无功补偿后工厂的计算负荷项目计算负荷/kW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.78372.02302.00479.17728.02380V侧无功补偿容量168380V侧补偿后负荷0.94372.02134395.42600.77主变压器功率损耗5.9323.7310K

13、V侧负荷总计0.92377.95157.73409.5423.64第二章 主变压器台数、容量和类型的选择2.1变电所的容量因变电所中有二级负荷，所以变电所中选用2台变压器，选择明备用接线方式，一台变压器为主变压器，另一台为备用变压器，每台变压器单独运行，其额定容量满足全部用电设备计算负荷，考虑负荷发展应留有一定的容量裕度，并考虑变压器的经济运行，即：(2.1)(2.2)因此选用容量为630kVA的三相油浸式自冷变压器，具体型号S9-630/10。第三章 变电所主接线方案的设计图1 变电所主接线第四章 短路计算4.1绘制计算电路图2供电系统图 图3短路计算等效电路图4.2确定基准值 设Sd=10

14、0MVA，Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则 (4.1) (4.2)4.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值 (1) 电力系统电抗标么值：因断路器得断流容量400 ，故 (4.3)架空线路电抗的标幺值：查书表A-15-1得：0.313/ (4.4)电力变压器1T的电抗标要幺值，查的%=6.5 (4.5)(2) 点三相短路的短路电流和容量的计算计算短路电路总电抗标幺值： (4.6)计算点所在电压级的基准电流： (4.7)计算点短路电流各量： (4.8) (4.9) (4.10) (4.11) (4.12)(3) 点三相短路的短路电流和容量的计算计算短路电路总电抗标幺值： (4.13

15、)计算点所在电压级的基准电流： (4.14)计算点短路电流各量： (4.15) (4.16) (4.17) (4.18) (4.19)表格 4短路计算表短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVA1.654.212.4930.010.5419.3911.497.3第五章 变电所一次设备的选择与校验5.1高压断路器的选择选择独立变电所，根据变压器一次侧额定定六来选择断路器的个顶电流， (5.1)故选择户内少油断路器查表A-4选择SN10-10I/630，表格 5 高压断路器选择校验表序号SN10-10I/630选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据110kV10kV合格2630A34.

16、64A合格316kA1.65kA合格440kA4.21kA合格5合格5.2 高压隔离开关的选择 高压隔离开关主要用于电器隔离而不能分断正常负荷电流和短路电流，因此只需选择额定电压和额定电流，校验动稳定和热稳定。表格 6 高压隔离开关选择校验表序号-10/200选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据110kV10kV合格2200A34.64A合格325.5kA4.21kA合格4合格5.3 高压熔断器的选择断路器没有触头，而且分断短路电流后熔体熔断，故不必校验动稳定和热稳定，仅需校验断流能力。序号RN1-10选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据110kV10kV合格250A34.64

17、A合格340A合格412kA4.21kA合格5合格5.4 互感器的选择（1）电流互感器的选择已知电流互感器采用两项式接线，如下图所示，其中0.5级二次绕组用于测量，接有三相有功电度表和三相无功电度表各一只，每一电流线圈消耗功率0.5VA，电流表一只，消耗功率3VA。电流互感器二次回路采用BV50012.5mm的铜芯塑料线，互感器距仪表的单相长度为2m.变压器二次侧额定电压10KV，额定电流34.64A，查表A-7，选变比为100/5A的LQJ10型电流互感器，t=1s，0.5级二次绕组的。图5-1电流互感器和测量仪器的接线图准确度校验 (5.2) (5.3)满足准确度要求。动稳定校验 (5.4

18、)满足动稳定性要求。热稳定校验(5.5)满足热稳定性要求。所以选择LQJ-10 100/5A型电流互感器满足要求。(2)电压互感器的选择电压互感器的一次侧和二次侧均有熔断器保护，素以不需要动态稳定和热稳定。电压互感器的选择如下：（1） 按安装地点环境及工作要求选择电压互感器型号；（2） 电压花干起的额定电压应不低于装设点线路额定电压；（3） 按测量仪表对电压互感器准确度要求选择并校验准确度。故选用JDZJ-10型电压互感器，额定电压/kV。5.5 380V侧一次设备的选择校验380V侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数据380V600.77A10.

19、54kA19.39kA一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-1500/3电动380V1500A40kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A -电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-5.6 高低压母线的选择查表得到，10kV母线选LMY (404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY（12010）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。第六章 继电保护选择、整定计算6.1变电所继电保护装置1.主变压器的继电保护装置 a）装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的

20、瓦斯时，应动作于高压侧断路器。 b）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。2.保护动作电流整定 (6.1)其中，可靠系数，接线系数，继电器返回系数，电流互感器的电流比=100/5=20 ，因此动作电流为： (6.2)因此过电流保护动作电流整定为10A。3过电流保护动作时间的整定 因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍的动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s 。4过电流保护灵敏度系数的检验 (6.3)其中，=0.86610.54kA/(10kV/0.4kV)=0.365kV，因此其灵敏度系数为： 满足灵敏度

21、系数的1.5的要求。6.2装设电流速断保护 利用GL15的速断装置。1.速断电流的整定：利用式，其中，因此速断保护电流为(6.4)速断电流倍数整定为(注意不为整数,但必须在28之间)2电流速断保护灵敏度系数的检验利用式，其中，因此其保护灵敏度系数为1.5从工厂供电课程设计指导表6-1可知，按GB5006292规定，电流保护的最小灵敏度系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。但按JBJ696和JGJ/T1692的规定，其最小灵敏度为2，则这里装设的电流速断保护灵敏度系数满足要求。第七章 降压变电所防雷与接地装置的设计7.1变电所的防雷保护1. 直接防雷保护 在变电所屋顶

22、装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻（表9-6）。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊

23、接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长11.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。2.雷电侵入波的防护 a)在10KV电源进线的终端杆上装设FS410型阀式避雷器。引下线采用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。 b）在10KV高压配电室内装设有GG1A（F）54型开关柜，其中配有FS410型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。 c）在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。第八章 设计总结 本次课设应该感谢学院的安排，让我们

24、在学习课本知识的同时，能够有这样的机会实践。更应该感谢导老师的细心指导，要不然靠我们自己不可能那么顺利完成。因为认真对待所以感觉学到了东西。 本次课设应该感谢学院的安排，让我们在学习课本知识的同时，能够有这样良好的机会实践,加深对所学理论知识的理解,掌握工程设计的方法。通过这次课程设计,我深深懂得要不断的把所学知识学以致用,还需通过自身不断的努力,不断提高自己分析问题,解决问题和编程技术终结报告的能力! 最后更应该感谢我的指导老师:王天施老师的细心指导.正是由于老师的辛勤培养,谆谆教导,才使此次课程设计得以圆满完成!最后道一声: 王老师,您辛苦了！参考文献【1】 唐志平，杨胡萍. 供配电技术（

25、第2版）， 北京：电子工业出版社，2008.6.【2】 刘介才.工厂供电设计指导 ，北京：机械工业出版社，1999.12.【3】 刘介才.工厂供电（第3版），北京：机械工业出版社，1998.【4】 刘介才.工厂供电（第4版），北京：机械工业出版社，2004.5.【5】 苏文成.工厂供电（第2版），北京：机械工业出版社，1990.【6】 姚志松,姚磊等.中小型变压器使用全书（第2版），北京：机械工业出版社，2008.1.【7】 李军.供配电技术 北京：中国轻工业出版社，2007.1.【8】 马誌溪.供配电工程，清华大学出版社，2009.9.附录 元器件明细表表格 7设备名称型号数量变压器S9-630/102高压断路器SN10-10I/6304高压隔离开关-10/2007高压熔断器RN1-106电压互感器JDZJ-101高压侧电流互感器LQJ105低压侧电流互感器LMZJ1-0.52低压断路器DW15-1500/39刀闸开关HD13-150HD13-1500/300/302 .27