精品某弹簧厂变配电所电气部分初步设计毕业论文报告.docx

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精品某弹簧厂变配电所电气部分初步设计毕业论文报告

某弹簧厂变配电所电气部分初步设计

目录

供配电工程课程设计任务书（7）1

摘要3

一、前言4

二、负荷计算5

2.1负荷计算方法及公式5

2.2负荷计算结果6

2.3无功功率补偿计算7

2.4无功补偿后用户的计算负荷7

三、变压器的台数、容量和类型的选择11

3.1车间变压器的选择原则11

3.2选择车间变压器的台数、容量和类型11

四、变配电所主接线方案的设计12

4.1设计原则与要求12

4.2变配电所主接线方案的技术经济指标14

4.3变配电所主接线方案15

五、短路计算16

5.1短路电流计算的目的及方法16

5.2短路电流计算16

5.3供配电系统中各主要元件电抗标么值17

5.4短路计算结果17

六、电气设备选择与校验18

6.110kV一次侧设备选择18

6.2380V侧一次设备的选择校验19

七、供配电线路的选择20

7.110kV高压进线的选择20

7.2低压侧母线选择20

八、常用继电保护及整定计算21

8.1QF处设置定时限过电流保护21

8.2QF处电流速断保护整定计算22

8.3QF1、QF2处动作时间的整定22

九、防雷和接地22

9.1车间变电所的防雷保护22

9.2接地保护23

十、小结25

参考文献26

附录127

供配电工程课程设计任务书（7）

班级：

2011级电气工程及其自动化专升本

学时：

2周

时间：

第16～17周

指导教师：

徐滤非、汤立刚

一、设计题目

某弹簧厂变配电所电气部分初步设计

二、设计目的及要求

通过本课程设计，熟悉现行国家标准和设计规范，树立起技术与工程经济相统一的辨证观点；培养综合应用所学理论知识分析解决工程实际问题的能力；掌握电气工程设计计算的方法，为今后从事电力工程设计、建设、运行及管理工作，打下必要的基础。

要求根据用户所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

三、设计依据

1、工厂负荷情况

该厂是一家国内弹簧生产大型企业之一。

主要生产线径ф15-100mm大型弹簧（应用于铁路、电力、工程机械、矿山机械、建筑机械、电梯等）、汽车悬架弹簧、制动阀弹簧、离合器弹簧、体育器材弹簧、刹车蹄弹簧、异形型钢弹簧和机械、电器、仪表等各种精密弹簧以及拉、扭、卡等异形特种弹簧。

公司下设热卷簧车间、悬架弹簧车间、离合器弹簧车间、异形弹簧车间和家具簧车间。

改厂多数车间为三班制，年最大负荷利用小时数为5500小时，日最大负荷持续时间6小时。

该厂属于二级负荷。

该厂的负荷统计资料如表1所示。

表1负荷统计资料

编号

厂房名称

设备容量kW

需要系数

功率因数

1

热卷簧车间

1470

0．50

0．70

2

悬架弹簧车间

980

0．45

0．65

3

离合器弹簧车间

768

0．45

0．70

4

异形弹簧车间

568

0.45

0.75

5

家具簧车间

356

0.45

0.75

6

综合楼

210

0．70

0．90

2、供电电源情况

按照工厂与当地电业部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近11010kV地区变电站取得工作电源。

该变电站距厂约为5km。

10kV母线短路数据：

、，其出口断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。

要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.92。

4．气象资料

本厂所在地区的年最高气温为40℃，年平均气温为25℃，年最低气温为－2℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。

当地主导风向为东南风，年雷暴日数为52.2天。

5．地质水文资料

本厂所在地区平均海拔200m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。

6．电费制度

本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电价制交纳电费。

基本电价20元千伏·安月，电度电价0.5元度。

四、设计任务

设计内容包括：

变配电所的负荷计算及无功功率的补偿计算，变配电所所址的选择，变压器台数和容量、型式的确定，变配电所主接线方案的选择与绘制，高低压配电线路及导线截面选择，短路计算和开关设备的选择，保护配置及整定计算*，防雷保护与接地装置设计*等。

摘要

一、前言

二、负荷计算

2.1负荷计算方法及公式

2.1.1单组用电设备组计算负荷

有功计算负荷（kW）：

无功计算负荷（kvar）：

视在计算负荷（kVA）：

计算电流（A）：

式中，为需要系数，为设备组总的设备容量（对断续周期工作制的用电设备组，换算到一个统一的负荷持续率下），为用电设备组的平均功率因数；为对应于的正切值。

2.1.2多组用电设备组计算负荷

结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数和；对车间干线，可取～0.95，～0.97。

对低压母线，分两种情况：

①由用电设备组计算负荷相加来计算时，可取～0.90，～0.95；

由车间干线计算负荷相加来计算时，可取～0.95，～0.97。

有功计算负荷：

总的无功计算负荷为：

视在计算负荷：

计算电流：

2.1.3车间和计算负荷确定

按车间、工厂的需要系数计算：

按逐级计算法计算：

在供配电系统设计中进行设备选择时，应采用的计算方法，该方法是从供配电系统最终端即用电设备开始计算起，逐级往上计算到用户电源进线，涉及供配电系统各个环节。

2.2负荷计算结果

2.2.1各车间电力负荷计算结果

表2-1各车间电力负荷计算结果表

序号

车间名称

设备

容量

kW

需要

系数

Kd

功率

因数

cosφ

tanφ

计算负荷

PckW

Qckvar

Sckv·A

IcA

1

热卷簧车间

1470

0.5

0.7

1.02

735

749.85

1050.0

1595.4

2

悬架弹簧车间

980

0.45

0.65

1.17

441

515.59

678.46

1030.8

3

离合器弹簧车间

768

0.45

0.7

1.02

345.6

352.58

493.71

750.14

4

异形弹簧车间

568

0.45

0.75

0.88

255.6

225.42

340.80

517.81

5

家具簧车间

356

0.45

0.75

0.88

164.25

144.85

219.00

332.75

6

综合楼

210

0.7

0.9

0.48

147

71.19

163.33

248.17

根据各车间电力负荷计算结果表，确定弹簧厂变配电所系统示意图如图2-1所示其中车间1~4分别配置一个变压器（T1~T4）车间5和车间6共用一个变压器（T5）。

图2-1弹簧厂变配电所系统示意图

2.3无功功率补偿计算

2.3.1并联电容器选择计算

（1）无功补偿容量计算

或

式中，，称为无功补偿率，或比补偿容量。

这无功补偿率，是表示要使1kW的有功功率由提高到所需要的无功补偿容量kvar值。

在变压器低压侧补偿时，要使变电所高压侧功率因数达到0.90以上，考虑到变压器的无功功率损耗远大于有功功率损耗，低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，一般取0.92以上。

（2）并联电容器个数选择

确定了总的补偿容量后，根据所选并联电容器单台容量qc来确定电容器的个数n，即

由上式计算所得电容器台数n，对于单相电容器（电容器全型号后面标“1”者）来说，应取3的倍数，以便三相均衡补偿。

2.3.2高低压电容器柜（屏）的选择

高压集中补偿可采用高压电容器柜将电容器装专门的高压电容器室内。

低压集中补偿一般采用低压电容器柜。

本次课程设计采用低压电容器柜。

型号为GGJ-01。

2.4无功补偿后用户的计算负荷

用户装设了无功补偿装置以后，则在确定补偿装置装设地点以前的总计算负荷时，应扣除无功补偿的容量，即总的无功计算负荷

补偿后总的视在计算负荷

计算结果列表如下：

表2-21计算点C1的负荷（变压器低压侧）

计算点

设备容量kW

需要系数

有功计算负荷Pc

kW

无功计算负荷Qckvar

视在计算负荷SckV·A

计算电流IcA

功率因数cosφ

补偿前C1点计算负荷

1470

0.5

735

749.85

1050

1595.36

0.7

补偿容量QNC1=735×[tan（arccos0.7）-tan（arccos0.92）]=437kvar实际取30组×16kvar=480kvar

-480

补偿后C1点计算负荷

735

269.85

782.97

1189.64

0.94

=1000kV·A，技术参数查教材附录表13得到，计算B1点负荷结果如表2-22所示。

表2-22计算点B1的负荷（（变压器高压侧））

计算点

变压器功率损耗

（Sc=782.97kV·A,SN.T=1000kV·A）

有功计算负荷Pc

kW

无功计算负荷Qc

kvar

视在计算

负荷Sc

kV·A

高压侧

计算

电流

IcA

功率因数

cosφ

△P0

kW

△PK

kW

I0%

UK%

△PT

kW

△QT

kvar

B1

1.55

7.09

0.6

6

5.89

42.78

740.89

312.63

804.16

46.42

0.92

表2-23计算点C2的负荷（变压器低压侧）

计算点

设备容量kW

需要系数

有功计算负荷Pc

kW

无功计算负荷Qckvar

视在计算负荷SckV·A

计算电流IcA

功率因数cosφ

补偿前C2点计算负荷

980

0.45

441

515.59

678.46

1030.84

0.65

补偿容量QNC2=515.59×[tan（arccos0.65）-tan（arccos0.92）]=327kvar实际取26组×16kvar=416kvar

-416

补偿后C2点计算负荷

441

99.59

452.1

686.92

0.975

=630kV·A，技术参数查教材附录表13得到，计算B2点负荷结果如表2-24所示。

表2-24计算点B1的负荷（（变压器高压侧））

计算点

变压器功率损耗

（Sc=425.1kV·A,SN.T=630kV·A）

有功计算负荷Pc

kW

无功计算负荷Qc

kvar

视在计算

负荷Sc

kV·A

高压侧

计算

电流

IcA

功率因数

cosφ

△P0

kW

△PK

kW

I0%

UK%

△PT

kW

△QT

kvar

B2

1.18

5.12

0.8

4

3.82

18.02

444.82

117.60

460.1

26.56

0.97

表2-25计算点C3的负荷（变压器低压侧）

计算点

设备容量kW

需要系数

有功计算负荷Pc

kW

无功计算负荷Qckvar

视在计算负荷SckV·A

计算电流IcA

功率因数cosφ

补偿前C3点计算负荷

768

0.45

345.6

352.58

493.71

750.14

0.7

补偿容量QNC3=345.6×[tan（arccos0.7）-tan（arccos0.92）]=205kvar实际取16组×16kvar=256kvar

-256

补偿后C1点计算负荷

345.6

96.58

358.84

545.22

0.96

=500kV·A，技术参数查教材附录表13得到，计算B3点负荷结果如表2-26所示。

表2-26计算点B3的负荷（（变压器高压侧））

计算点

变压器功率损耗

（Sc=358.84kV·A,SN.T=500kV·A）

有功计算负荷Pc

kW

无功计算负荷Qc

kvar

视在计算

负荷Sc

kV·A

高压侧

计算

电流

IcA

功率因数

cosφ

△P0

kW

△PK

kW

I0%

UK%

△PT

kW

△QT

kvar

B3

1.02

4.26

0.8

4

3.21

14.30

348.81

110.88

366.01

21.13

0.95

表2-27计算点C4的负荷（变压器低压侧）

计算点

设备容量kW

需要系数

有功计算负荷Pc

kW

无功计算负荷Qckvar

视在计算负荷SckV·A

计算电流IcA

功率因数cosφ

补偿前C4点计算负荷

568

0.45

255.6

225.42

340.8

517.8

0.75

补偿容量QNC4=255.6×[tan（arccos0.75）-tan（arccos0.92）]=205kvar实际取10组×16kvar=160kvar

-160

补偿后C4点计算负荷

255.6

65..42

263.84

400.87

0.968

=400kV·A，技术参数查教材附录表13得到，计算B4点负荷结果如表2-28所示。

表2-28计算点B4的负荷（（变压器高压侧））

计算点

变压器功率损耗

（Sc=263.84kV·A,SN.T=400kV·A）

有功计算负荷Pc

kW

无功计算负荷Qc

kvar

视在计算

负荷Sc

kV·A

高压侧

计算

电流

IcA

功率因数

cosφ

△P0

kW

△PK

kW

I0%

UK%

△PT

kW

△QT

kvar

B4

0.85

3.48

0.8

4

2.36

10.16

257.96

75.58

268.81

15.52

0.96

表2-29计算点C5的负荷（变压器低压侧）

计算点

设备容量kW

需要系数

有功计算负荷Pc

kW

无功计算负荷Qckvar

视在计算负荷SckV·A

计算电流IcA

功率因数cosφ

补偿前C5点计算负荷

307.2

1

307.2

212.48

373.52

567.52

0.822

补偿容量QNC5=307.2×[tan（arccos0.822）-tan（arccos0.92）]=81kvar实际取8组×16kvar=128kvar

-128

补偿后C5点计算负荷

307.2

84.05

318.49

483.91

0.96

=400kV·A，技术参数查教材附录表13得到，计算B5点负荷结果如表2-30所示。

表2-30计算点B5的负荷（（变压器高压侧））

计算点

变压器功率损耗

（Sc=318.49kV·A,SN.T=400kV·A）

有功计算负荷Pc

kW

无功计算负荷Qc

kvar

视在计算

负荷Sc

kV·A

高压侧

计算

电流

IcA

功率因数

cosφ

△P0

kW

△PK

kW

I0%

UK%

△PT

kW

△QT

kvar

B5

0.85

3.48

0.8

4

3.05

13.34

310.25

97.39

325.18

18.67

0.95

总的视在计算负荷：

==2114.29kV.A

Cosφ==0.94

==122.21A

由表和计算可得各变电所折算到高压侧的功率因数均大于0.92,整个工厂的功率因数为0.94即功率补偿的电容选择合理,符合本设计的要求。

按两部电价制交纳电费,基本电价20元千伏·安月，电度电价0.5元度,该工厂采取节约20×1199.14=23982.8元

我国《供电营业规则》规定：

容量在100kVA及以上高压供电用户,最大负荷使得功率因数不得低于0.9，如果达不到要求，则必须进行无功补偿。

因此，在设计时，可用此功率因数来确定需要采用无功补偿得最大容量。

由两部电费制度可知采用无功补偿为工厂节约了资金。

三、变压器的台数、容量和类型的选择

3.1车间变压器的选择原则

（1）变电所主变压器台数的选择

选择主变压器台数时应考虑下列原则：

应满足用电负荷对供电可靠性的要求。

对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所。

除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。

在确定变电所主变压器台数时，应当考虑负荷的发展，留有一定的余量。

（2）变电所主变压器容量的选择

1）只装一台主变压器的变电所

主变压器的容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即

SN.T≥S30

2）装有两台主变压器的变电所

每台变压器的容量SN.T应同时满足以下两个条件：

①任一台单独运行时，SN.T≥（0.6～0.7）S30

②任一台单独运行时，SN.T≥S30（Ⅰ+Ⅱ）

3.2选择车间变压器的台数、容量和类型

1、根据表3-1选择变压器的台数、容量和类型。

对于五个车间变电站STS1、STS2、STS3、STS4、STS5的容量分别为：

782.97kVA、452.10kVA、358.84kVA、263.84kVA、318.49kVA。

本工厂属于二级负荷但是考虑到相应得精进基础和技术参数，在节能和留有余量方面负荷率为70%-80%，选定STS1变压器容量为1000kV，STS2变压器容量为630kV，STS3变压器容量为500kV，STS4变压器容量为400kV，STS5变压器容量为400kV，从而保证工厂得负荷正常得运行。

2、本厂所在地区的年最高气温为40℃，年平均气温为25℃，年最低气温为－2℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。

当地主导风向为东南风，年雷暴日数为52.2天。

选用此型别为sc（B）10型变压器初步选定变压器得容量型号如下表：

表3-1车间变电所变压器的台数、容量和型号

编号

厂房名称

Sc

kV·A

变压器台数

及容量

变压器

型号

车间变电所

代号

1

热卷簧车间

782.97

1×1000

SC（B）10

STS1

2

悬架弹簧车间

452.10

1×630

SC（B）10

STS2

3

离合器弹簧车间

358.10

1×500

SC（B）10

STS3

4

异形弹簧车间

263.84

1×400

SC（B）10

STS4

5

家具簧车间

318.49

1×400

SC（B）10

STS5

6

综合楼

四、变配电所主接线方案的设计

4.1设计原则与要求

应根据变配电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定。

并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。

1．安全性

为保障设备安全及人身安全，主接线应符合国家标准有关技术规范的要求，正确选择电气设备及其监视、保护系统，考虑各种安全技术措施。

如：

（1）在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧．必须装设高压隔离开关；

（2）在低压断路器的电源及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关；

（3）35kV以上的线路末端，应装设与隔离开关联锁的接地刀闸；

（4）变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。

装于母线上的避雷器宜与

电压互感器共用一组隔离开关。

接于变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。

2．可靠性

（1）主接线应符合电力负荷特别是一、二级负荷对供电可靠性的要求。

一级负荷要求由两个电源供电，二级负荷，要求由两回路供电或一回路6kV及以上的专用架空线路或电缆供电。

（2）变电所的非专用电源进线侧，应装设带短路保护的断路器或负荷开关（串熔断器）。

当双电源供多个变电所时，宜采用环网供电方式。

（3）对一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变配电所采用放射式高压配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产区及生活区的变电所一可采用树干式配电。

（4）变电所低压侧的总开关，宜采用低压断路器。

当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和低压母线分段开关，均应采用低压断路器。

3．灵活性

主接线应能适应供配电系统各种不同的运行方式（如变压器经济运行方式、电源线路备用方式等），倒闸切换操作简便；检修操作，也应保证供电可靠性的条件。

（1）变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线。

（2）35kV及以上电源进线为双回路时，宜采用桥形接线或双线路变压器组接线。

（3）需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关。

（4）主接线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。

（5）主接线方案应考虑到今后可能的扩展。

4．经济性

在满足上述技术要求的前提下，一次接线应尽量做到投资省、占地少、电损小。

（1）主接线方案在满足运行要求的前提下，应力求简单，变电所高压俩宜采且断路器较少或不用断路器的接线。

（2）变配电所的电气设备应选用技术先进、经济适用的节能产品，不得选用国家明令淘汰的产品。

（3）中小型用户变电所一般采用高压少油断路器；在需频繁操作的场合则应采用真空断路器路器或SF6断路器。

（4）用户电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费的电度表用。

（5）应考虑无功功率的人工补偿，使最大负荷时功率因数达到规定的要求。

4.2变配电所主接线方案的技术经济指标

设计变配电所主接线，应按所选主变压器的台数和容量以及负荷对供电可靠性的要求，初步确定2～3个比较合理的主接线方案来进行技术经济比较，择其优者作为选定的变配电所主接线方案。

1．主接线方案的技术指标

（1）供电的安全性。

主接线方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况。

（2）供电的可靠性。

主接线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应性方面的情况。

（3）供电的电能质量主要是指电压质量，包括电压偏差、电压波动及高次谐波方面的情况。

（4）运行的灵活性和运行维护的方便性。

（5）对变配电所今后增容扩建的适应性。

2．主接线方案的经济指标

（1）线路和设备的综合投资额（Z）。

包括线路和设备本身的价格、运输费、管理费、基建安装费等，可按当地电气安装部门的规定计算，其中安装费可参照《全国统一安装工程预算定额》第二册《电气设备安装工程》计算。

通常是采用线路（导线或电缆）和设备本身的价格乘以一个大于l的系数作为线路和设备的综合投资额。

如电力变压器设备价格倍数约为2；固定式高压开关柜约为1.5；手车式高压开关