35KV变电所一次系统设计word版本传不上才传了TXT的.docx
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1前言
1.1毕业设计背景
随着工业自动化的进一步地深入,工业生产过程自动化的要求,合理、经济和运行可靠的供配电设计已成为工业生产和电力系统的一个重要课题。
工厂供电,就是指工厂所需电能的供应和分配,亦称工厂配电。
众所周知,电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来,又易于转换为其它形式的能量以供应用;电能的输送和分配既简单经济,又便于控制、调节和测量,有利于实现生产过程自动化。
因此,电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
1.2毕业设计意义
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(除电化工业外)。
电能在工业生产中的重要性,并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少,而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。
从另一方面来说,如果工厂的电能供应突然中断,则对工业生产可能造成严重的后果。
其中包括严重的经济损失和人的生命财产安全。
因此,做好工厂供电工作对于发展工业生产,实现工业现代化,具有十分重要的意义。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面,而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义,因此做好工厂供电工作,对于节约能源、支援国家经济建设,也具有重大的作用。
1.3设计主要内容
本设计主要从大致的35kV变电所一次系统设计出发,对35kV变电所各个车间进行简单的设计和计算。
首先,对已知的设计原始资料进行分析和舍取,可以大概地了解变电所的设计要求。
接着,对变电所各个车间变电所以及各组设备的负荷进行计算,统计总负荷和功率因数以及电力系统的损耗。
同时,根据计算负荷选择总降压变电所的主变压器的台数和容量。
根据设计资料确定电源进线和电力来源,进一步可以大致拟定供电系统图。
再对其进行短路计算,选择高压开关柜及相应的校验。
选择高压进、出线路以及设置需要的继电保护。
本设计说明书包括了共11章:
第1章、前言;第2章、设计原始资料;第3章、负荷统计;第4章、总降压变电所主变压器的选择;第5章、确定供电系统;第6章、短路电流计算;第7章、高压设备选择;第8章、高压线路选择;第9章、继电保护设置;第10章、防雷与接地设计;第11章、结论。
本说明书在编写过程中,参考了许多相关的教材和专著,在此向所有作者表示诚挚的谢意!
由于说明书编写时间和资料范围有限,说明书中难免有错漏之处,敬请老师指正。
2设计原始资料
2.1工厂概况
本厂是为冶金系统的矿山、冶炼和轧钢行业生产各种机电设备和配件的企业。
工厂共有铸钢车间、铸铁车间、锻造车间、铆焊车间、模型车间、机加车间、变压器修造车间、电气装配车间等生产车间,此外还有砂库、变压站、1号,2号水泵房、锅炉房、综合楼、污水提升站、料场、仓库等辅助部门。
工厂拟设立总降压变电所一座,车间变电所七个。
2.2设计的基础资料
工厂负荷中除了380V的低压负荷以外,还有10kV的高压负荷,全厂各车间的负荷情况见表2-1。
表2-1工厂各车间负荷统计表
序号车间或用电单位名称设备容量/KW需用系数K
cosΦtanΦ计算负荷I/A
备注
P/kwQ/kvarS/kV?
A
No.1变电所
1铸钢车间20000.40.651.17
No.2变电所
1铸铁车间10000.40.71.02
2砂库1100.70.61.33
3小计
No.3变电所
1铆焊车间12000.30.451.98
21号水泵房280.750.80.75
3小计
No.4变电所
1空压站3900.850.750.88
2锻造车间3200.30.551.52
3模型车间1920.350.61.33
4料场350.280.61.33
5综合楼300.910
6厂区照明200.910
7小计
续表2-1工厂各车间负荷统计表
No.5变电所
1锅炉房3000.750.80.75
22号水泵房280.750.80.75
3仓库880.30.651.17
4污水提升站140.650.80.75
5小计
No.6变电所
1变压器修造车间6800.350.651.17
No.7变电所
1电气装配车间3500.30.71.02
各车间高压负荷(10kV)
1电弧炉2×1250.90.870.57No.1
2共频炉2×3000.80.90.48No.3
3空压机2×2500.850.850.62No.4
4实验变压器2×1000.350.80.75No.6
2.2.1布置图
全厂的总平面图见图2-1。
图2-1全厂的总平面图
2.2.2工厂负荷性质
工厂实行三班制生产,年最大负荷利用小时数为5800h,整个工厂属于二级负荷。
2.2.3供用电协议
和当地供电部门签订的供用电协议内容如下:
1)电业局从本地区某电力系统变电所的35KV母线上,引出两回线,采用双回架空线路向工厂供电,其中一回作为工作电源,另一回作为备用电源,未经电力系统调度同意,两回电源不能并列影响,该变电所在工厂的东北方向,距工厂8km。
电力系统变电所和工厂总降压变电所的连接见图2-2。
图2-2电力系统变电所和工厂总降压变电所的连接图
2)电力系统变电所35kV母线上的短路数据如下:
在最大运行方式下电力系统变电所35kV母线上的短路容量为S=200MV?
A;
在最小运行方式下电力系统变电所35kV母线上的短路容量为S=175MV?
A。
3)电力系统变电所35kV出线上的定时限过流保护的动作时间为2s。
即工厂总降压变电所的过流保护的动作时间不得大于1.5s。
4)电业局要求工厂在高压侧进行用电计量,并要求工厂在进线侧的功率因数不得低于0.9,电业局对工厂实行二部电价制,电费单价为0.2元/kW?
h,基本电价为每月每千伏安4元。
其它有关电力建设的附加费用按有关的国家政策执行。
2.2.4气象、水文、地质资料
和工厂供电系统设计有关的气象、水文、地质资料为:
1)工厂所在处的年最热月的平均最高温度为30℃,土壤中0.7~1m深处的年最热月的平均
温度为20℃。
2)年平均雷暴日数为31d。
3)土壤的冻结深度为1.10m。
4)年主导风向为偏南风。
5)厂区地势平坦,土壤为粘土,地下水位在2.8~5.3m以上。
3负荷统计
3.1负荷统计的内容和目的
3.1.1负荷计算的概念
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,通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导线的依据。
3.1.2尖峰电流
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。
一般取起动电流的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,还应考虑起动电流的非周期分量。
3.1.3平均负荷
平均负荷为一段时间内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内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。
3.2负荷计算的方法
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法等几种。
本设计采用需要系数法确定。
主要计算公式有:
有功计算负荷:
P=K×P
无功计算负荷:
Q=P×tg
视在计算负荷:
S=P/
计算电流:
I=S/U
3.2.1各用电车间负荷计算
NO.4变电所所供电的部门及相关数据的情况见表3-1。
表3-1NO.4变电所所供电的部门及相关数据的情况
序号车间或用电单位名称设备容量/KW需用系数K
cosΦ
tanΦ计算负荷
I/A
备注
P/kwQ/kvarS/kV?
A
No.4变电所
1空压站3900.850.750.88
2锻造车间3200.30.551.52
续表3-1NO.4变电所所供电的部门及相关数据的情况
3模型车间1920.350.61.33
4料场350.280.61.33
5综合楼300.910
6厂区照明200.910
7小计
空压站的计算:
P=K×P=0.85×390kW=331.5kw
Q=P×tanΦ=331.5kW×0.88=291.72kvar
S=P/cosΦ=331.5kw/0.75=442kV?
A
I=S/U=442kV?
A/0.38=671.57A
同理可得锻造车间、模型车间、料场、综合楼、厂区照明的负荷情况。
查表取K=0.9K=0.9
P=KP=0.9(331.5+96+67.2+9.8+27+18)kw=494.55kw
Q=KQ=0.9(291.72+145.92+89.38+13.03)kvar=486.05kvar
S===693.41kV?
A
I=S/U=693.41kV?
A/0.38=1053.56A
NO.4变电所所供电的部门的负荷统计见表3-2。
表3-2NO.4变电所负荷统计表
序号车间或用电单位名称设备容量/KW需用系数K
cosΦ
tanΦ计算负荷
I/A
备注
P/kwQ/kvarS/kV?
A
No.4变电所
1空压站3900.850.750.88331.5291.72442671.57
2锻造车间3200.30.551.5296145.92174.55265.21
3模型车间1920.350.61.3367.289.38112170.17
4料场350.280.61.339.813.0316.3324.81
5综合楼300.9102702741.02
续表3-2NO.4变电所负荷统计表
6厂区照明200.9101801827.35
7小计987494.55486.05693.411053.56
同理可得工厂各车间的负荷情况见表3-3。
表3-3工厂各车间负荷统计表
序号车间或用电单位名称设备容量/KW需用系数K
cosΦtanΦ计算负荷I/A
备注
P/kw
Q/kvar
S/kV?
A
No.1变电所
1铸钢车间20000.40.651.178009361230.771870.02
No.2变电所
1铸铁车间10000.40.71.02400408571.43868.22
2砂库1100.70.61.3377102.41128.33194.98
3小计1110429.3459.37628.74955.30
No.3变电所
1铆焊车间12000.30.451.98360712.88001215.51
21号水泵房280.750.80.752115.7526.2539.88
3小计1228342.9655.70739.951124.27
No.4变电所
1空压站3900.850.750.88331.5291.72442671.57
2锻造车间3200.30.551.5296145.92174.55265.21
3模型车间1920.350.61.3367.289.38112170.17
4料场350.280.61.339.813.0316.3324.81
5综合楼300.9102702741.02
6厂区照明200.9101801827.35
7小计987494.55486.05693.411053.56
No.5变电所
1锅炉房3000.750.80.75225168.75281.25427.33
22号水泵房280.750.80.752115.7526.2539.88
续表3-3工厂各车间负荷统计表
3仓库880.30.651.1726.430.8940.6261.72
4污水提升站140.650.80.759.16.8311.3817.29
5小计430253.35200322.78490.43
No.6变电所
1变压器修造车间6800.350.651.17238278.46366.15556.32
No.7变电所
1电气装配车间3500.30.71.02105107.1150227.91
各车间高压负荷(10kV)
1电弧炉2×1250.90.870.57225128.25258.6214.93No.1
2共频炉2×3000.80.90.48480230.4533.3330.79No.3
3空压机2×2500.850.850.62425263.550028.87No.4
4实验变压器2×1000.350.80.757052.587.55.05No.6
3.2.2各个车间功率补偿的计算和变压器的损耗计算
图3-1NO.4变电所的草图
如图3-1NO.4变电所的草图所示:
已知:
A点的计算负荷:
P=494.55kwQ=486.05kvarS=693.41kV?
A
I=1053.56AcosΦ=0.713
补偿容量Q=494.55×[tan(arccos0.713)-tan(arccos0.9)]=246.83kvar
初选BSMJ0.4-25-3型自愈式并联电容器,每组容量q=25kvar
n=Q/q=246.83kvar/25kvar=10组
补偿后A点:
P=494.55kwQ=236.05kvarS=548kV?
A
因为S=548kV?
A,所以变压器应选S-630/10Dyn11即S=630kV?
A
所以变压器的损耗
△P=1.3kw△P=5.8kwI%=3.0U%=4.5
△P=△P+△P(S/S)=1.3+5.8(548/630)=5.69kw
△Q=S[I%/100+U%/100(S/S)]
=630[3.0/100+4.5/100(548/630)]=40.35kvar
P=P+△P=(494.55+5.69)kw=500.24kw
Q=Q+△Q=(236.05+40.35)kvar=276.4kvar
S===571.52kV?
A
I=S/U=571.52kV?
A/10=33A
cosΦ=P/S=500.24kw/571.52kV?
A=0.875
同理可得其他各点的负荷情况见表3-4和表3-5、图3-2。
图3-2系统草图
表3-4其他各点的负荷情况
P/kw
Q/kvar
S/kV?
A
cosΦI/AB1808.96442.45922.050.87753.24
B2434.71232.29492.930.88228.46
B3347.49181.88392.210.88622.64
B4500.24276.4571.520.87533
B5256.8139.43292.210.87916.87
B6241.14131.74274.780.87815.86
B7106.8256.34120.770.8846.97
B8225128.25258.620.8714.93
B9480230.4533.330.930.79
B10425263.55000.8528.87
B117052.5870.855.05
C1=C23506.541921.663998.570.877230.86
表3-5无功补偿后工厂的计算负荷
项目cosΦ计算负荷
P/kw
Q/kvar
S/kV?
A
I/A10kV侧补偿前负荷0.8687033.034027.938104.8467.94
10kV侧补偿后负荷0.957033.032315.937404.53427.51
主变压器功率损耗35.78384
35kV侧负荷总计0.9347048.862303.327543.75124.44
4总降压变电所主变压器的选择
4.1主变压器的台数选择及其原理
4.1.1变压器台数选择的原理
1)变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。
当符合下列条件之一时,宜装设两台及以上变压器:
(1)有大量一级或二级负荷在变压器出现故障或检修时,多台变压器可保证一、二级负荷的供电可靠性。
当仅有少量二级负荷时,也可装设一台变压器,但变电所低压侧必须有足够容量的联络电源作为备用。
(2)季节性负荷容量较大根据实际负荷的大小,相应投入变压器的台数,可做到经济运行、节约电能。
(3)集中负荷容量较大虽为三级负荷,但一台变压器的供电容量不够,这时也应装设两台及以上变压器。
当备用电源容量限制时,宜将重要负荷集中并且与非重要负荷分别由不同的变压器供电,以方便备用电源的切换。
2)在一般情况下,动力与照明宜共用变压器,以降低投资。
但属下列情况之一时,可设专用变压器:
(1)当照明负荷容量较大,或动力和照明采用共用变压器供电会影响照明质量及灯泡寿命
时,可设专用变压器。
(2)单台单相负荷容量较大时,宜设单相变压器。
(3)冲击性负荷(如短路试验设备、大型电焊设备等)较大,严重影响供电系统的电压质
量,可设冲击负荷专用变压器。
4.1.2变压器台数的选择
由第2章的设计原始资料可以知道,该厂整个工厂都属于二级负荷。
因此,可以初选两台变
压器。
一台变压器作为工作电源,另一台作为备用电源。
4.2主变压器的容量和型号选择
4.2.1变压器容量的选择原理
1)变压器的容量SN?
T首先应保证在计算负荷Sc下变压器能长期可靠运行。
对仅有一台变压器运行的变电所,变压器容量应满足下列条件:
SN?
T>Sc
考虑到节能和留有余量,变压器的负荷率一般取70%—85%。
对有两台变压器运行的变电所,通常采用等容量的变压器,每台容量应同时满足以下两个
条件:
(1)满足总计算负荷70%的需要,即SN?
T≈0.7Sc;
(2)满足全部一、二级负荷Sc(I+II)的需要,即SN?
T≥Sc(I+II)。
当选用不同容量的两台变压器运行时,每台容量可按下列条件选择:
SN?
T1+SN?
T2>Sc
SN?
T1≥Sc(I+II);SN?
T2≥Sc(I+II)
2)变压器的容量应满足大型电动机及其他冲击负荷的起动要求。
大型电动机及其他冲击负荷的起动时,会导致变压器母线电压下降,而下降幅度则与变压器的容量及设备起动方式有关。
一般规定电动机非频繁起动时母线电压不宜低于额定电压的85%,这就要求变压器容量应与起动设备容量及其起动方式相配合。
4.2.2变压器型号和容量的选择
1)选择变压器型式
考虑到变压器在厂房建筑物内,故选用低损耗的SZ7型35/10kV三相干式双绕组电力变压器。
变压器采用有载调压方式,分接头5%,联接组别Ydn11,带风机冷却并配置温控仪自动控制。
2)选择变压器的容量
根据无功补偿后的计算负荷以及上面容量选择的原则可以确定变压器容量为
SN?
T≈0.7Sc=0.7×7381.64kV?
A=5167.15kV?
A,
且SN?
T≥Sc(I+II)==3506.54kV?
A
因此初选变压器容量为6300kV?
A,即选变压器为SZ7—6300/35kV。
5确定供电系统
5.1确定电源进线电压及电力来源
由第2章中的设计原始资料可知,电业局从本地区某电力系统变电所的35KV母线上,引出两回线,采用双回架空线路向工厂供电,其中一回作为工作电源,另一回作为备用电源,未经电力系统调度同意,两回电源不能并列影响,该变电所在工厂的东北方向,距工厂8km。
5.2拟定全厂供电系统图
通过以上的负荷计算和各种电器设备的选择以及变压器的型号和进线电压的确定,整个工厂的供电系统已初步形成。
可以大致画出全厂供电系统图如图5-1所示。
示意图的简要说明:
由东北方向8km处引入35kV的电源。
通过总降压变电所的变压器SZ7-6300/35kV降为10kV,再通过电缆进线到各个车间变电所供电。
还有10%-15%的备用线路,出现故障时可以很快的恢复供电,可以防止工厂内大面积的停电。
同时设置了各种避雷等保护装置。
具体内容会在后面几章里会详细讲到。
图5-1工厂总降压变电所供电系统示意图
6短路电流计算
6.1计算短路电流的目的
6.1.1短路的原因及其危害
造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏,其次是人员误操作、鸟兽危害等。
电气设备载流部分的绝缘损坏可能是由于设备长期运行绝缘自然老化,或由于设备本身绝缘缺陷而被工频电压击穿,或设备绝缘正常而被过电压击穿(包括雷击过电压)击穿,或者是设备绝缘受到外力损伤而造成短路。
在供电系统发生短路故障后,短路电流往往要比正常负荷电流大许多倍,有时可高达几十万安培。
当它通过电气设备时,温度急剧上升,会使绝缘老化或损坏;同时产生的电动力会使设备载流部分变形或损坏。
短路会使系统电压骤降,影响系统其他设备的正常运行;严重的短路会影响系统的稳定性;短路还会造成停电;不对称的短路电流会产生较强的不平衡交变磁场,对通信和电子设备等产生电磁干扰等。
6.1.2计算短路电流的目的
进行短路计算的目的是正确选择校验电气设备及保护装置。
三相短路是危害最严重的短路形式,因此,三相短路电流是选择和校验电气和导体的基本依据。
在校验继电保护装置的灵敏度时,还需计算不对称短路的短路电流值。
当然在校验电器和导体的动、热稳定时,还要用到短路冲击电流、稳态短路电流等。
6.2短路电流计算
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