毕业设计35KV变电所及配电线路设计.docx
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毕业设计35KV变电所及配电线路设计
摘要
随着现代文明的发展与进步,社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。
作为电能传输与控制的中间枢纽,变电所必须改变传统的设计和控制模式,才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。
35KV工厂供电设计包括负荷的计算及无功功率的补偿;变电所主变压器台数和容量、型式的确定;变电所主接线方案的选择;进出线的选择;短路计算和开关设备的选择;二次回路方案的确定及继电器保护的选择和整定;防雷保护与接地装置的设计;车间配电线路布线方案的确定;线路导线及其配电设备和保护设备的选择;以及电气照明的设计和电路图的绘制。
关键词:
35KV变电所,配电线路设计与选择
Abstract
Alongwiththedevelopmentofmoderncivilizationandprogress,socialproductionandthelifetotheelectricpowersupplyofqualityandmanagementputforwardmoreandmorehighdemand.Aswiththecontrolofthepowertransmissionproject,mustchangethesubstationoftraditionaldesignandcontrolmodetoadapttothemodernelectricpowersystem,modernindustrialproductionandthedevelopmenttrendofsociallife.35KVpowersupplydesignincludingthefactoryloadcalculationandreactivepowercompensation;Maintransformersubstationcapacity,thetypeofNumbersanddetermined,andThechoiceofthesubstationwiringschemes;Inthechoiceofqualification;Shortcircuitcalculationandswitchequipmentchoice;Theschemedeterminationofthesecondarycircuitandprotectionrelaychoiceandsetting;Lightningprotectionandgroundingdevicedesign;Workshopdistributioncircuitwiringschemedetermined,andtheLinewiresanditspowerdistributionequipmentandtoprotecttheequipmentchoice;Andelectricallightingdesignanddrawingofthecircuit.
Keyword:
35KVsubstation,Distributioncircuitdesign
摘要1
第1章35KV变电所及配电线路设计5
1.1负荷计算5
1.2无功补偿计算及设备选择6
1.3变电所位置的选择12
1.3.1变电所的分类12
1.3.2变电所所址选择的一般的应遵循的原则12
1.4变电所的主变压器台数和容量的选择13
1.4.1主变压器台数的选择13
1.4.2主变压器容量的选择14
1.5变电所主接线方案的设计14
1.6短路电流和容量的计算16
1.7变电所一次设备的选择23
1.7.1一次设备选择的一般要求23
1.7.2选择各类电气设备的特别的要求24
1.7.3一次设备校验应满足的条件25
1.8变电所高压进线和低压出线的选择29
1.8.1变电所进线方式的选择30
1.8.2变配电所进出导线和电缆的选择30
1.8.3各类电力线路的导线截面的选择步骤30
1.8.4电力线路选择的具体公式31
1.8.5设计进出线的选择32
第2章继电保护以及二次回路的设计36
2.1继电保护装置的基本要求36
2.2二次回路的接线安装要求36
2.335KV主变压器的保护装置设计37
2.4备用电源自动投入装置的选择39
2.5防雷保护和接地装置设计40
致谢41
参考文献42
第1章35KV变电所及配电线路设计
1.1负荷计算
求计算负荷这相工作称为负荷计算。
显然负荷计算是根据已知的工厂用电设备的安装容量确定、预期不变的最大假想负荷。
这个负荷是设计是作为选择工厂电力系统供电线路导线的截面积、变压器容量、开关电器和互感器等的额定参数的依据。
电力负荷又叫电力负载,它是指耗用电能的用电设备或用电单位。
另一是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流的大小。
根据电力复核对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响程度,电力负荷一般分为三级:
一级负荷:
一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者,或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者,如重大设备损坏、重大产品报废等等。
在一级负荷中,当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷,以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷,应看着特别重要的负荷。
二级负荷:
二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者,如大量产品报废、中断供电将影响重要用电部门正常工作等。
三级负荷:
三级负荷为一般电力负荷,所有不属于上述的一、二级负荷者。
由于计算负荷是供电设计的基本依据,所以计算负荷确定的是否合理,直接影响到工厂电力设计的质量,电力设计的经济性问题。
如计算负荷估算太大,将增加供电设备的容量,使工厂电网变的复杂,浪费有色金属,在无形中就增加了初投资和运行工作量。
特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户,以不和理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设,将给整个国民经济建设带来很大的危害。
如果选的过小,又使电器和导线电缆处在过负荷下运行,增加了电能的损耗,导致绝缘过早老化甚至烧毁,降低了设备的使用寿命。
可见,正确计算负荷计算,有很大设计决定作用,其意义重大。
但是由于负荷情况复杂,影响因素多,很难准确的确定出来。
设备的计算负荷的变化也有一定的计算规律,它与设备的性能、生产的形式、能源的供应的状况等多种因素有关。
所以,负荷计算只是电力系统设备选择的一个估算负荷。
我国的确定负荷的方法,主要有需要系数法、二项式法,需要系数法是普遍采用的计算负荷的基本方法,二项式法应用局限很大,但确定设备台数教少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时,比较的合理,而且方便。
本设计的车间设备台数较多、设备容量都相差不大,所以宜采用需要系数法。
负荷计算公式如下:
有功计算负荷:
P30=KdPe(1.1)
式中:
Pe—用电设备组总容量(不含用电设备容量,单位:
Kw)
Kd—用电设备组的需要系数
无功计算负荷为:
Q30=P30tanф(1.2)
式中:
tanф—对应于用电设备组功率因数cosф的正切值
视在计算负荷为:
S30=P30/cosф(1.3)
计算电流为:
I30=S30/(31/2Un)(1.4)
式中:
Un—用电设备组的额定电压(单位:
KV)
功率因数
COSΦ=P30/S30(1.5)
根据需要系数计算法和变电所的设计依据,通过计算可以得出此变电所的计算负荷.
1.2无功补偿计算及设备选择
变电所的无功补偿对于整个工厂的设计是极为重要的。
按《全国供用电规则》规定:
高压供电的工业用户,功率因素不得低于0.9;其他情况,功率因素不得底于0.85.如达不到上述要求,则需增设无功功率的人工补偿装置.
功率因数是衡量工厂供电系统电能利用层度及电气设备使用状况的一个具有代表性的参数。
在工厂供电系统中,绝大多数用电设备都有电感性的特性。
(诸如:
感应电机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷)这些设备不仅需要从电力系统中吸收有功功率,还要吸收无功率以产生这些设备正常工作所必须的交变磁场,从而降低了设备运行时的功率因数。
如果在设备充分充分发挥了设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数,尚达不到工厂规定的功率因数要求时,则要考虑人工补偿。
人工补偿是在变压器低压侧装设无功补偿装置,在保证低压侧有功率不变的情况下减小设备的无功功率。
从而减小了设备总的视在功率,缩小了变压器容量、导线的截面积及一次设备的容量。
同时仅降低了变电所的初投资、设备运行时的损耗和工厂的电费开支。
现在所用的补偿装置有同步补偿器和静电电容器。
同步补偿器无功功率的发电机,它的最大优点是可以均匀的调节电网的电压水平,但其无功功率补偿量越小,单位1kvar造价越高,即使容量很大同步无功补偿器也远叫静电无功补偿器贵,而且损耗大、安装要求高、运行维护复杂,因此只有在大电网中枢调压或中降压变电所中使用。
目前:
工厂中普遍采用并联电容器来补偿供电系统中的无功功率。
它一般分为三种:
高压集中补偿、低压集中补偿、低压分散补偿。
由前面的车间负荷计算知车间的计算很大,但功率因数普遍很小。
从表中可知,该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.77。
而提供电部门要求该厂35KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。
考虑到主变压器的无功损耗远大于有功功率损耗,因此在变压器低压侧补偿时,低压侧补偿后的功率因数应稍微高些,取0.92。
相关的无功功率补偿公式如下:
无功功率补偿装置容量:
QC=P30(tanΦ-tanΦ`)(1.6)
式中:
P30—工厂的有功计算负荷(单位:
KW)
tanΦ—对应原来功率因数COSΦ的正切;
tanΦ`—对应需补偿到功率因数的COSΦ`正切;
补偿后总的视在负荷:
S`30=〔P302+(Q30-QC)2〕0.5(1.7)
变压器有功损耗:
△PT=△Pkβ2+△P0(1.8)
式中:
△P0—变压器的空载损耗;
△Pk—变压器的短路损耗;
β—变压器的负荷率,β=S30/SN,
对于6—10KV低损耗配电变压器,有攻损耗可按下列简化公式计算:
△PT=0.015S30(1.9)
变压器无功损耗:
△QT=(I0%/100+UK%/100β2)SN(1.10)
式中:
I0—变压器的空载电流百分比
UK—变压器的短路电压百分比
对于6—10KV低损耗配电变压器,有攻损耗可按下列简化公式计算:
△QT=0.06S`30(1.11)
变压器高压侧有功功率:
P=P30+△PT(1.12)
变压器高压侧无功功率:
Q=Q30+△QT(1.13)
补偿后的有功功率:
S=〔P2+Q2〕0.5
因此380V侧最大负荷时功率因数暂取0.92来计算,380V侧所需无功功率补偿容量各车间计算如下:
第一车间:
QC=P30(tanΦ-tanΦ`)
=800×「tan(arccos0.65)-tan(arccos0.92)」
=692kvar
选PGJ1型低压无功功率自动补偿屏,采用其方案2″(主屏)1台与方案4″(辅屏)6台相结合,总共容量112kvar×7=784kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和6KV侧的负荷计算如下表所示:
表1.3NO.1车间380V侧和6KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.65
800
936
1230.8
1870.1
380V侧无功补偿容量
784
380V侧补偿后负荷
0.98
800
152
814.3
1237.3
变压器功率损耗
0.021
0.45`
6KV侧负荷总计
0.98
800.021
152.45
816
78.52
第二车间:
QC=P30(tanΦ-tanΦ`)
=429.3×「tan(arccos0.66)-tan(arccos0.92)」
=301kvar
选PGJ1型低压无功功率自动补偿屏,采用其方案2″(主屏)1台与方案3″(辅屏)3台相结合,总共容量112kvar×1+84kvar×3=364kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和6KV侧的负荷计算如下表所示:
表1.4NO.2车间380V侧和6KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.66
429.3
484.89
647.62
984
380V侧无功补偿容量
364
380V侧补偿后负荷
0.96
429.3
120.89
445.97
677.64
主变压器功率损耗
0.012
0.26
6KV侧负荷总计
0.94
429.3
121.2
447.30
43.04
第三车间:
QC=P30(tanΦ-tanΦ`)
=342.9×「tan(arccos0.44)-tan(arccos0.92)」
=545.2kvar
选PGJ1型低压无功功率自动补偿屏,采用其方案2″(主屏)1台与方案4″(辅屏)4台相结合,总共容量112kvar×5=560kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和6KV侧的负荷计算如下表所示:
表1.5NO.3车间380V侧和6KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.44
342.9
692.12
772.41
1173.59
380V侧无功补偿容量
560
380V侧补偿后负荷
0.93
342.9
132.12
367.47
558.33
主变压器功率损耗
0.012
0.26
6KV侧负荷总计
0.93
342.91
132.38
367.94
35.41
第四车间:
QC=P30(tanΦ-tanΦ`)
=471.3×「tan(arccos0.68)-tan(arccos0.92)」
=301.63kvar
选PGJ1型低压无功功率自动补偿屏,采用其方案2″(主屏)1台与方案4″(辅屏)2台相结合,总共容量112kvar×3=336kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和6KV侧的负荷计算如下表所示:
表1.6NO.4车间380V侧和6KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.68
471.3
501.44
688.16
1045.58
380V侧无功补偿容量
336
380V侧补偿后负荷
0.94
471.3
165.4
499.48
758.9
主变压器功率损耗
0.02
0.36
6KV侧负荷总计
0.94
472.50
165.76
499.76
48.09
第五车间:
QC=P30(tanΦ-tanΦ`)
=253.35×「tan(arccos0.77)-tan(arccos0.92)」
=103.87kvar
选PGJ1型低压无功功率自动补偿屏,采用其方案1″(主屏)1台与方案3″(辅屏)1台相结合,总共容量84kvar×2=168kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和6KV侧的负荷计算如下表所示:
表1.7NO.5车间380V侧和6KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.77
253.35
211.11
329.78
501.06
380V侧无功补偿容量
168
380V侧补偿后负荷
0.99
253.35
43.11
257
390.47
主变压器功率损耗
0.02
0.24
6KV侧负荷总计
0.98
253.37
43.35
257.4
24.77
6KV高压车间:
QC=P30(tanΦ-tanΦ`)
=2695.5×「tan(arccos0.74)-tan(arccos0.92)」
=1320.8kvar
选PGJ1型低压无功功率自动补偿屏:
采用其方案2″(主屏)1台与方案
4″(辅屏)11台相结合,总共容量112kvar×12=1344kvar。
因此无功补偿后工厂6KV侧的负荷计算如下表所示:
表1.8高压车间6KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
6KV侧补偿前负荷
0.74
2695.5
2476.41
3660.37
5561.52
6KV侧无功补偿容量
1344
6KV侧补偿后负荷
0.92
2695.5
1132.41
2923.71
281.34
主变压器的负荷计算:
补偿后:
P30`=∑P301+P302+…P30i=4492.40KVA
Q30`=∑Q301+Q302+…Q30i=1476Kvar
S30`=(P30`2+Q30`2)1/2=4819.77KVA
I30`=463.8A
CosΦ`=0.93TanΦ`=0.38
6KV侧和35KV侧的负荷计算如下表所示:
表1.9主变压器35KV侧和6KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
6V侧补偿后负荷
0.93
4492.4
1476
4819.77
441.7
主变压器功率损耗
0.12
2.22
35KV侧负荷总计
0.93
4492.52
1478.22
4820.34
78.52
此可见,补偿后变电低压侧的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流显著减小,而功率因数显著提高。
补偿后该变电所主变压器T的容量显然比补偿前的变压器容量小得多。
同时由于计算电流的减小,使补偿点以前系统中各元件上的功率损耗也相应降低,因此不仅降低了变电所的初投资,而且减少了工厂的电费开支,所以进行无功补偿效益是十分可观的。
1.3变电所位置的选择
1.3.1变电所的分类
工厂变电所分为降压变电所和车间变电所,一般中小工厂不设总降压变电所。
1.3.2变电所所址选择的一般的应遵循的原则
选择工厂变、配点所的所址,应该根据下面的一些要求经技术、经济比较后确定。
(1)所址应尽量靠近负荷中心,以降低配电系统的电能损耗、电压损耗
和有色金属消耗量。
(2)进出线方便。
(3)接近电源侧。
(4)设备运输方便。
(5)不应设在有剧烈振动或高温的场所。
不应设在地势低洼和可能积水
的场所。
(6)不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所;当无法原理时,不应设在污
染源盛行风向的下侧。
(7)不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方,且不宜与上述
场所向贴邻。
(8)不应设在有爆炸危险环境的正下方或正上方,且不宜设在有火灾危险环境的正下方或正上方。
当与爆炸报或火灾危险环境的建筑物毗邻时,应符合现行国家标准的规定。
(9)高压配电所应尽量与邻近车间变电所或有大量高压用电设备的房
和健在一起.
1.4变电所的主变压器台数和容量的选择
1.4.1主变压器台数的选择
主变压器的台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择。
当符合下列条件的一种时,要装设两台及以上的变压器:
有大量的一级和二级负荷。
季节性负荷变化较大,适于采用经济运行方式。
集中负荷较大。
其他的情况只要装一台变压器。
1)主变压器台数应满足负荷对供电可靠性的要求。
对于供电给一、二负荷的变电所,应采用两台主变压器。
2)如果附近只有一条电源进线,则只能采用一台主变压器。
此时,如果厂内有一、二级负荷,则应所内装设一台发电机,作为一、二级负荷的备用电源。
3)对于只向三级负荷供电的变电所,当负荷变动很大,填充系数а<0.5时,为减小主变压器的功率损耗,宜采用两台主变压器;反之,当а>0.5时,宜采用一台主变压器。
4)当厂内有大型高压用电设备(如大型高压电动机、大型电炉)时,宜采用两台主变压器。
根据上面的要求,因为该厂两条电源进线;工厂负荷性质为三班工作制,年最大有功利用小时数为6000小时,属二级负荷;集中负荷较大,故需要装备两台主变压器。
1.4.2主变压器容量的选择
1)变电所装有一台主变压器时,
其容量应满足下列要求:
SNT≥S30(2.14)
式中:
S30—为该变电所承担的全部计算负荷(无功补偿后的计算负荷)。
2)装有两台主变压器的变电所,每台主变压器容量不应小于总的计算负荷的60%,最好为总计算负荷的70%左右,同时每台主变压器的容量不应小于全部一、二级负荷之和,即:
SNT≈(0.6~0.7)S30(1.15)
根据上面变电所的选择要求﹑此变电所的设计要求以及负荷计算的结果,又考虑到今后的发展,可查参考资料1附录表4选出各车间所适合的变压器﹑总变电所的主变压器.其选择如下表所示:
表1.10变压器形式、容量选择
车间变电所代号
变压器型号
变压器台数
No.1
S9-800/6.3
2
No.2
S9-400/6.3
2
No.3
S9-400/6.3
1
No.4
S9-500/6.3
1
No.5
S9-315/6.3
1
主变压器
SL7-6300/35
2
1.5变电所主接线方案的设计
变电所的主接线,应根据变配电所在供电系统中的地位﹑进出线回路﹑设备特点及负荷性质等条件来确定.其主结线方案的设计原则与一般要求为:
安全性、可靠性、灵活性和经济性。
必须注意几点:
安全性
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、在低压短路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧,必须装低压刀开关。
3、在装设高压熔断器和负荷开关的出线柜母线侧,必须装设高压隔离开关。
4、35KV及以上的线路末端,应装上与隔离开关联锁的接地铡刀。
可靠性
1﹑变电所的主结线方案,必须与其负荷级别相适应。
对一级负荷,应由两个电源供电,对二级负荷,应由两回路或者一回6kv及以上专用架空线或电缆供电。
其中采用电缆供电时,应采用两根电缆组成的线路,且每根电缆应承受100%的二级负荷。
2﹑变电所低压侧的总开关,宜采用低压断路器,当有继电器保护或自动切换电源要求时,低压侧总开
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