1、车间变电所低压配电系统车间变电所及低压配电系统一设计题目 湘钢某电机厂各车间负荷情况及各车间变电所容量 起止日期2013年 6 月 6 日至6月8日系 资源系 专业 机电一体化 班级 机电1112 学号013 学生周发桂 导师 谭世威 教 研 室 负 责 人二设计依据1 车间平面布置图钢机电修造厂总平面布置图2 工厂的生产任务.规模及产品规格 本厂承当某大型钢铁联合企业各附属厂的电机、变压器修理和制造任务。年生产规模为修理电机7500台，总容量为45万kW;制造电机总容量为6万Kw,制造单机总容量为5000kW；修理变压器500台；生产电气备件为60万件。本厂为某大型钢铁联合企业的重要组成局部
2、。3 工厂各车间的负荷情况及车间变电所的容量序号车间名称设备容量/kV计算负荷车间变电所代号变压器太数及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVA1电机修造车间2505609500788No.1车变1x10002机械加工车间886163258305No.2车变1x4003新品试制车间634222336403No.3车变1x5004原料车间514310183360No.4车变1x4005备件车间562199158254No.5车变1x3156锻造车间150365868No.6车变1x1007锅炉房269197172262No.7车变1x3158空压站322181159241No.8车
3、变1x3159汽车站53302740No.9车变1x8010大线圈车间335187118221No.10车变1x25011半成品试验站365287464No.11车变1x50012成品实验站2290640480800No.12车变1x100013加压站2561631392141x25014设备处仓库3382884441x50015成品试验站大型集中负荷3600288023003686主要为高压整流装置，要求专线供电4 共用电协议1 当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选择：1从某220/35kW区域变电站提供电源，此区域变电站距工厂南约4.5km。 2) 从某35/10kV备用电源，此变
4、电所距工厂南约4km。2 电力系统的短路数据，如表所示；其供电系统图如下：系统运行方式系统短路数据系统最大运行方式Skmin=600MVA系统最小运行方式Skmin=2800MVA3 供电部门对工厂提出的技术要求：1区域变电站35kV馈电线的过电流保护整定时间t(op)=1.8s,要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于1.3s。2在工厂35kV电源侧进展电能计量。3工厂最大负荷时功率因素不得低于0.9。4 供电贴费为 1000 元/kVA。每月电费按两部电费制：根本电费为 1000元/kVA，动力电费为 2000 元/kWh，照明电路为 3000 元/Kwh。5工厂负荷性质 本厂大局部
5、车间为一班制，少数车间为两班制或三班制工厂的年最大功负荷利用小时数为2300h。 锅炉房供给生产用高压蒸汽，其停电将使锅炉发生危险。又由于工厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。因此锅炉房供电要求具有较高的可靠性。6 工厂自然条件 1气象资料 年最高气温 40 度，年平均气温 25 度，年最低气温 -40 度，年最热月平均最高气温 35 度，年最热月平均气温 30 度，年最热月地下0.8m处平均温度 20 度，常年主导风向为南风，覆冰厚度 1.1 米，年雷暴日数 3 日。2地质水文资料 平均海拔 1500 m，地层以砂粘土为主，地下水位 2.8-5.3 m。负荷计算及功率补偿一、 负荷计算的容和
6、目的1 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。2 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。3 平均负荷为一段时间用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班即有代表性的一昼夜电能消耗量最多的一个班的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。二、
7、负荷计算的方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。本设计采用需要系数法确定。主要计算公式有： 有功功率： P30 = PeKd无功功率: Q30 = P30 tg视在功率: S3O = P30/Cos计算电流: I30 = S30/3UN 序号车间名称设备容量/kV计算负荷车间变电所代号变压器太数及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVA1电机修造车间2505609500788No.1车变1x10002机械加工车间886163258305No.2车变1x4003新品试制车间634222336403No.3车变1x5004原料车间514310183360No.4车
8、变1x4005备件车间562199158254No.5车变1x3156锻造车间150365868No.6车变1x1007锅炉房269197172262No.7车变1x3158空压站322181159241No.8车变1x3159汽车站53302740No.9车变1x8010大线圈车间335187118221No.10车变1x25011半成品试验站365287464No.11车变1x50012成品实验站2290640480800No.12车变1x100013加压站2561631392141x25014设备处仓库3382884441x50015成品试验站大型集中负荷3600288023003686
9、主要为高压整流装置，要求专线供电四、全厂负荷计算取Kp = 0.92; Kq = 0.95根据上表可算出：P30i = 6520kW; Q30i = 5463kvar那么 P30 = KPP30i = 0.96520kW = 5999kWQ30 = KqQ30i = 0.955463kvar = 5190kvarS30 = (P302+Q302)1/2 7932KVAI30 = S30/3UN 94.5ACOS = P30/Q30 = 5999/7932 0.75五、功率补偿由于本设计中上级要求COS0.9,而由上面计算可知COS=0.750.9，因此需要进展无功补偿。综合考虑在这里采用并联电
10、容器进展高压集中补偿。可选用BWF6.3-100-1W型的电容器，其额定电容为2.89FQc = 5999tanarc cos0.75tanarc cos0.92Kvar=2724Kvar 取Qc=2800 Kvar因此，其电容器的个数为： n = Qc/qC = 2800/100 =28而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取28个 正好 无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为： S302= 59992+(5463-2800) 2 1/2 =6564KVA变压器的功率损耗为：QT = 0.06 S30= 0.06 * 6564 = 393.8 Kvar PT = 0.015 S30 = 0.
11、015 * 6564= 98.5 Kw变电所高压侧计算负荷为：P30= 5999+ 98.5 = 6098 KwQ30= (5463-2800 )+ 393.8= 3057 KvarS30 = (P302 + Q302) 1/2= 6821 KV .A无功率补偿后，工厂的功率因数为：cos= P30/ S30= 6098 / 6821= 0.9那么工厂的功率因数为：cos= P30/S30= 0.90.9 变压器的选择一、 主变压器台数的选择由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，应选两台
12、变压器。二、 变电所主变压器容量的选择装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件： 任一台单独运行时，ST0.6-0.7S301 任一台单独运行时，STS30+由于S301= 7932 KVA，因为该厂都是上二级负荷所以按条件2 选变压器。 ST0.6-0.77932=4759.25552.4KVASTS30+因此选5700 KVA的变压器二台 主结线方案的选择一、变配电所主结线的选择原那么1.当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。2.当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。3.当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时
13、，宜采用线路变压器组结线。4.为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。5.接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。6.610KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反应可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。7.采用610 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。8.由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器一般都安装计量柜。9.变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均
14、应采用低压断路器。10.当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。二、主结线方案选择对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为610KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。总降压变电所主结线图表示工厂承受和分配电能的路径，由各种电力设备变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等及其连接线组成，通常用单线表示。主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。1、一次侧采用桥式结线，二次侧采
15、用单母线分段的总降压变电所主电路图如下这种主结线，其一次侧的QF10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器QF11和QF12的侧，靠近变压器，因此称为桥式结线。这种主结线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，那么断开QF11 ，投入QF10 其两侧QS先合，即可由WL2恢复对变压器T1的供电，这种桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的时机较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。2、 一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图(以下图)，这种主结线，其一次侧的高压断路
16、器QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器QF11 和QF12的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式结线。这种主结线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与桥式结线适用的场合有所不同。如果某台变压器例如T1停电检修或发生故障时，那么断开QF11 ，投入QF10 其两侧QS先合，使两路电源进线又恢复并列运行。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网的穿越功率不通过进线断路器QF11 、QF12 ，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。3
17、、一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主电路图见以下图这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所4、一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图采用双母线结线较之采用单母线结线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用与电力系统的枢纽变电所。本次设计的电机修造厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较短2.5km,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远开展。采用一、二侧单母线分段的总降压变电所主结线即全桥
18、式结线。 短路计算一、短路电流计算的目的及方法短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进展继电保护装置的整定计算。进展短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进展短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比拟简单
19、，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法有称有位制法和标幺制法又称相对单位制法。二、本设计采用标幺制法进展短路计算1. 在最小运行方式下：1确定基准值取 Sd = 100MVA,UC1 = 60KV,UC2 = 10.5KV而 Id1 = Sd /3UC1 = 100MVA/(360KV) = 0.96KAId2 = Sd /3UC2 = 100MVA/(310.5KV) = 505KA 2计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1电力系统SOC = 310MVAX1* = 100KVA/310= 0.32
20、2架空线路XO = 0.4/kmX2* = 0.44100/ 10.52= 1.523电力变压器UK% = 7.5X3* = UK%Sd/100SN = 7.5100103/(1005700) = 1.32绘制等效电路如图，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。(3)求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值X*(K-1)= X1*X2*= 0.32+1.52= 1.84三相短路电流周期分量有效值IK-1(3) = Id1/X*(K-1)= 0.96/1.84 =0.523)其他三相短路电流I(3) = I(3) = Ik-1 (3) = 0.52KAi
21、sh(3) = 2.550.52KA = 1.33KAIsh(3) = 1.510.52 KA= 0.79KA4)三相短路容量Sk-1(3) = Sd/X*(k-1) =100MVA/1.84=54.3(4)求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1)总电抗标幺值X*(K-2) = X1*X2*X3*/ X4* =0.32+1.52+1.32/2=2.52)三相短路电流周期分量有效值IK-2(3) = Id2/X*(K-2) = 505KA/2.5 = 202KA3)其他三相短路电流I(3) = I(3) = Ik-23) = 202KAish(3) = 1.84202KA =
22、372KAIsh(3) =1.09202KA = 220KA4)三相短路容量Sk-2(3) = Sd/X*(k-1) = 100MVA/2.5 = 40MVA在最大运行方式下：1确定基准值取 Sd = 1000MVA,UC1 =60KV,UC2 = 10.5KV而 Id1 = Sd /3UC1 = 1000MVA/(360KV) =9.6Id2 = Sd /3UC2 = 1000MVA/(310.5KV) = 55KA2计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1电力系统SOC = 1338MVAX1*= 1000/1338= 0.752架空线路XO = 0.4/kmX2* = 0.441000/6
23、02 =0.453电力变压器UK% = 4.5X3* = X4* = UK%Sd/100SN = 7.51000103/(1005700) = 13.2绘制等效电路如图，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。(3)求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1)总电抗标幺值X*(K-1) = X1*X2* = 0.75+0.45= 1.22)三相短路电流周期分量有效值IK-1(3) = Id1/ X*(K-1)= 9.6KA/1.2 = 8KA3)其他三相短路电流I(3) = I(3) = Ik-1(3) = 8KAish(3) = 2.558KA = 20.4KAI
24、sh(3) = 1.51X*(K-1)8KA = 12.1KA4)三相短路容量Sk-1(3) = Sd/X*(k-1)= 1000/1.2 = 833MVA(4)求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量K 1)总电抗标幺值X*(K-2) = X1*X2*X3*X4* = 0.750.4513.2/2 = 7.82)三相短路电流周期分量有效值IK-2(3) = Id2/X*(K-2) = 55KA/7.8 = 7.05KA3)其他三相短路电流I(3) = I(3) = Ik-23 = 7.05KAish(3) = 2.557.05KA =17.98KAIsh(3) = 1.517
25、.05KA = 10.65KA4)三相短路容量Sk-2(3) = Sd/X*(k-2) = 1000/7.05= 141.8MVA三.短路电流计算结果：1.最大运行方式2.最小运行方式一、电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂较短的高压线路，可不进展电压损耗校验。二、经济电流密度35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面。此种选择原那么，称为“年费用支出最小原那么。工厂的10KV及以下线路，通常不按此原
26、那么选择。三、机械强度导线包括裸线和绝缘导线截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。根据设计经历，一般10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进展选择，再校验发热条件和机械强度。对长距离大电流及35KV以上的高压线路，那么可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。架空进线的选择按发热条件选择导线截面补偿功率因素后的线路计算电流1)I30 = 76.33A由课本表
27、5-3 查得jec=1.65，因此Aec=76.33/1.65=46.26mm2选择准截面45mm2 ，既选LGJ45型铝绞线校验发热条件和机械强度都合格开关柜的选择一、 高、低压设备的选择高压设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作平安可靠，运行方便，投资经济合理。高压刀开关柜的选择应满足变电所一次电路图的要求，并各方案经济比拟优选出开关柜型号及一次结线方案编号，同时确定其中所有一次设备的型号规格。工厂变电所高压开关柜母线宜采用LMY型硬母线二、配电所高压开关柜的选择高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在
28、发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等。高压开关柜有固定式和手车式移可式两大类型。由于本设计是10KV电源进线，那么可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择GG1A-10QF型。 变压器的继电保护电力变压器以下故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：1绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；2绕组的匝间短路；3外部相间短路引过的过电流；4中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；5过负荷；6油面降低；7变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。对于高压侧为610KV的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护；如过电流保护动作时间大于0.50.7s时，还应装设电流速断保护。容量在800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间油浸式变压器，按规定应装设瓦斯保护又称气体继电保护。容量在400KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在轻微故障时通称“轻瓦斯，动作于信号，而其它保护包括瓦斯保
