电机修造厂变电所高压配电系统设计课程设计.doc

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1、东北石油大学课程设计课 程工厂供电课程设计题 目电机修造厂变电所高压配电系统设计院 系电气信息工程学院电气工程系专业班级电气10-2学生姓名 学生学号100603140217指导教师 2013 年 11 月 24 日东北石油大学课程设计任务书课程工厂供电课程设计题目电机修造厂变电所高压配电系统设计专业 电气工程及其自动化 姓名 学号 100主要内容：本论文主要依照工厂供电设计必须遵循的一般原则、基本内容和设计流程， 对某电机修造厂变电所进行了设计说明，本文按照设计要求，在查阅大量参考资 料、手册后，对负荷计算及无功功率补偿计算，变配电所所址和型式的选择，变 电所主变压器台数、容量及类型的选择，

2、变配电所主结线方案的设计，短路电流 的计算，变配电所一次设备的选择，变配电所二次回路方案的选择及继电保护装 置的选择与整定，变配电所防雷保护与接地装置的设计等进行了详细的设计说明。 并附有相应的图表、公式和计算结果。这次设计的变配电所完全满足设计要求。本设计通过对计算负荷，选出变压器；通过计算三相短路电流，选出其他保 护器件；通过三相短路电流，选择过电流保护设备；然后选择二次回路的设备， 对一次侧设备进行控制、检测；最后注意安全、接地和防雷的设置。参考资料：1 刘介才工厂供电M 北京：机械工业出版社，2003.44-482 刘涤尘、吴政球电气工程基础M.武汉：武汉理工大学出版 社.2003年3

3、 何仰赞，温增银.电力系统分析M.武汉：华中科技大学出版社，2004.4 张学成.工矿企业供电设计指导书M.北京：北京矿业大学出版 社.1998年5 苏文成.工厂供电M.北京：机械工业出版社.2004年完成期限2013.11.18至 2013.11.24指导教师专业负责人2013年11月15日目录1设计目的 12工厂负荷计算及配电系统的确定 12.1工厂实际情况12.2工厂负荷计算和无功补偿计算 42.3变电所高压配电主接线方案选择 63电气设备选择与电器校验 73.1变电所高压配电系统母线的选择 错误!未定义书签。3.2高压配电系统的校验 错误!未定义书签。4变电所高压配电系统防雷与接地 1

4、04.1变电所高压配电系统的防雷 104.2变电所高压配电系统的接地 115结论 12参考文献 141设计目的本题目主要目的是设计某电机修造厂的变电所高压配电设计。与原来的课程设计比较，本题不仅设计量大了许多，而且在更个方面的要求 也有所加强。虽然变电所的设计在现在已经不是高新的技术，但是作为电气专业 的学生，本题目还是很全面的包含了一大部分专业课程学习的内容，而且各个方 面都有所深入。尤其是继电保护的问题，有了更加深入的学习。虽然本题没有对变电站综合自动化有所研究，但是对日后向这个方面的学习 和发展打下了坚实的基础。通过这次设计不仅进一步加强专业知识的学习，拓宽 知识面，提高理论知识水平。而

5、且扩宽了就业面，提高就业能力，提高了独立思 考和分析问题的能力。2工厂负荷计算及配电系统的确定2. 1工厂实际情况(1)电机修造厂总平面图(图2-1 )图2-1某电机修造厂总平面布置图(2)工厂生产任务、规模及产品规格本厂承担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KV；制造电机总容量为6万KV，制 造单机最大容量为5520KV；修理变压器500台；生产电气备件为60万件。是大型 钢铁联合企业重要组成部分。（3）工厂各车间负荷计算表表2-1工厂各车间负荷计算表序 号车间名称设 备容量 （千瓦）计算负荷变 压器台 数及容 量车 间变

6、电 所代号%（千瓦）Qo（千乏）S30（ 千伏安）1电机修造车间25056095007881 x1000No 1车变2加工车间8861632583051 x400No 2车变3新制车间6342223364031 x500No 3车变4原料车间5143101833601 x400No 4车变5备件车间5621991582541 x315No 5车变6锻造车间1053658681 x100No 6车变7锅炉房2691971722621 x315No 7车变8空压站3221811592411 x315No 8车变9汽车库5433027401 x80No 9车变10大线圈车间3351871182211

7、 x250No10车变11半成品试 验站3652874641 x500No11车变12成品试验2296404808001 xNo站0100012车变13加压站2561631392141 X25014设备处仓 库(转供负荷)3382884441 X50015成品试验 站内大型集中负荷3600288023003686主要为咼压整 流装置，要求专线供 电。(4)供用电协议 当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选定：i 从某220/60kV区域变电所提供电源，此站距厂南侧4.5公里。ii为满足二级负荷的需求，从某60/10.5kV变电所，提供10kV备用电源，此所距厂南侧4公里。 电力系统短路数

8、据，如表2-2所示。其供电系统图，如图2-2所示。表2-2区域变电站60kV母线短路数据系统运行方式系统短路数 据系统运行方式系统短路数 据系统最大运行方式k. max1338MVA系统最小运行方式S（3） °k.min 310MVAjkV:. kV厂、14| 1；.2/舱販rlfJ 1林叩=，玷1- kmr < JO220/35kV图2-2供电系统图 供电部门对工厂提出的技术要求：i 区域变电所60kV馈电线的过电流保护 整定时间t = 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。ii 在企业总降压变电所60kV侧进行电能计量。iii该厂的总平均功率因

9、数值应在 0.9 以上。(5)工厂负荷性质本厂大部分车间为一班制，少数车间为两班或三班制，年最大有功负荷利用小时数为2200h。锅炉房供生产用高压蒸汽，停电会使锅炉发生危险。又由于该厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。因此，要求供电具有一定的可靠性。(6)本厂自然条件 气象资料 最热月平均最高温度35摄氏度，土壤中0.7-1米深处一年中最 热月平均温度为20摄氏度，土壤冻结深度为1.10米，夏季主导风向为南风，最 高气温+40度，最低-40度，导线复冰时气温-5度，最大风速时气温-5度，最大 风速25米/秒，导线复冰时风速10米/秒，最高最低气温时风速0米/秒，复冰厚 度10毫米，年雷暴日数3

10、1.5日。 地质水文资料该厂区地层以砂粘土为主，地质条件较好，地下水位2.8-5.3m，地耐压力为15吨/平方米。2.2负荷和无功补偿的计算。(1) 负荷计算的方法有功计算负荷为P30式中，Pe为设备容量。无功计算负荷为Q30式中，tan为对应于用电设备组 视在计算负荷为S30总的计算电流为1 30©Pe(3-1)P30 tan(3-2)cos的正切值。.P30Q30(3-3)S30(3-4),3Un式中，Un为额定电压380V。(2) 负荷计算取 KE p = 0.92; K 刀q = 0.95根据上表可算出：刀 P30i = 6520kW; E Q30i = 5463kvar贝U

11、 P30 = KEPEP30i = 0.9 2X6520kW = 5999kWQ30 = KE qE Q30i = 0.95 X 5463kvar = 5190kvarS30P3：QU - 7932KV-AI30 = S30/ V3UN 94.5ACOSb = P30/ S30 = 5999/7932 0.75(3) 功率补偿由于本设计中上级要求 CO)> 0.9,而由上面计算可知 CO=0.75<0.9，因 此需要进行无功补偿。综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿。可选用 BWF6.3-100-1W 型的电容器，其额定电容为2.89 yFQc= 5999X (tanarc

12、 cos0.75 tanarc cos0.92 ) Kvar=2735Kvar 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 正好变压器的功率损耗为：(P18估算PT (0.01-0.02) QT (0.05-0.08) PT = 0.015 S30' = 0.015 * 6564= 98.5 Kw QT = 0.06 S30 ' = 0.06 * 6564 = 393.8 Kvar变电所高压侧计算负荷为：P30' = 5999+ 98.5 = 6098 KwQ30&

13、#39; = (5462800 )+ 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 7 6820980.9cos =P30 ' /S30 ' = 0.9 > 0.9因此，符合本设计的要求2.3变电所高压配电主接线方案选择由于需要装设两台主变压器，所以可设计下列两种主结线方案:(1) 一条电源进线的主结线方案(2) 两条电源进线的主结线方案(3) 两种主结线方案的技术经济比较(表 2-3)表2-3两种主结线方案的比较比较项目一条电源进线

14、的主结线方案两条电源进线的主结线方案技 术 指 标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量两台主变并列，电压损耗小两台主变并列，电压损耗小灵活方便性由于只有一条电源进线，灵 活性稍差由于只有两条电源进线，灵 活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经 济 指 标电力变 压器的综合 投资额由资料查得SL7-6300/60单价为30.35万元，而又查得变压 器综合投资约为其单价的2倍， 因此其综合投资为2 X 30.35万 元=60.7万元由资料查得SL7-6300/60单价为30.35万元，而又查得变压 器综合投资约为其单价的2倍， 因此其综合投资为2X 30.35万 元=60

15、.7万元高压开 关柜(含计量 柜)的综合投 资额查资料得JYN1-60型柜按每 台10万元计，其综合投资按设 备价1.5倍计，因此其综合投资 约为10X 1.5 X 10万元=150万 元本方案米用14台JYN1-60 型柜，其综合投资额约为 14 X 1.5 X 10万元=210万元，比一 条电源进线的方案多投资 60万 元从表2-3可以看出，虽然按经济指标，一条电源进线的主接线方案远优于两条电源进线的主接线方案，但是按技术指标，两条电源进线的主接线方案优于一 条电源进线的主接线方案。为了给工厂的正常生产提供更加稳定、可靠的电源, 所以决定采用两条电源进线的主接线方案。3电气设备选择与电器校

16、验3.1变电所高压配电系统母线的选择按规定60kV级的变电所的高压母线应按发热条件进线选择，并校验其短路稳 定度。（1）60kV母线的选择校验 按发热条件选择由丨3。 Iint 104A及室外环境温度35C,查资料，初选硬铝母线LMY-3（25X 3）,其35C时I ai 233A >3。，满足发热条件动稳定度校验 母线在三相短路时所受的最大电动力为F 3iS3)10 7 N A.319.46103 * *2艷100.16m7 N A2368.95Niiiii母线的截面系数为他 33.2N10母线在F作用时的弯曲力矩为一 F 丨 368.95N M -10iv37.63 10 AJo.

17、95s87A s/mm285.5mm2式中tima变电所60kV侧纵联差动保护动作时间按 0.7s整定，再加上断路器断路时间0.2s，再加0.05s。由于母线的实际截面为A 25 3mm2 75mm2 Amin，因此该母线满足短路热 稳定度要求。(2) 10.5kV母线的选择校验采用硬铝母线LMY-3(60X 6) + 50X 5。(其选择和计算方法同前，从略)所以电机修造厂高压母线选择如表 3-1所示表3-1电机修造厂高压母线选择母线名称母线型号规格35kV母线LMY-3(25X 3)，即母线尺寸为 25mrX 3mm10kV母线LMY-3(60X 6) + 50X 5,即母线尺寸为 60m

18、nX 6mm中性母线尺寸为50mnX 5mm3.2变电所高压配电系统的校验。采用LJ型铝绞线架空敷设，与相距约 4km的某60/10.5kV变电所的10.5kV 母线相联。(1) 按发热条件选择工厂二级负荷容量共 503kVA I30503kVA/ 3 10.5kV27.7A及室外环境温度为35C，查表，初选LJ-16，其35C时的|引93.5A山。，满足发热条件。(2) 校验电压损耗由表查得缆芯为16mm2的铝绞线的R0 2.07 . km，X0 0.38 km (按线间 几何均距0.8m计)。又 P30 (200.1 184)kW 384.1kW，Q3063.6+86.8 kvar=150

19、.4kvar，线路长度按4km计，因此按式(3-9)，得U 384.1kW2.07 4+150.4kvar 0.38 43409V10kV.U 00340.9V 10000V100°。3.4°。 U al 005°。满足允许电压损耗 5%的要求。(3) 短路热稳定度校验因为邻近某60/10.5kV变电所电源10.5kV侧的短路数据不知，因此该联络线 的短路热稳定度校验计算无法进行，只有暂缺。综合以上所选电机修造厂变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表3-2所示表3-2电机修造厂变电所进出线和联络线的型号规格线路名称导线或电缆的型号规格35kV电源进线LJ-3

20、5铝绞线(三相三线架空)10kV咼压 出线至1号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1 X 150 四芯电缆（直埋）至2号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1X 150 四芯电缆（直埋）至3号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1X 150 四芯电缆（直埋）至4号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1X 150 四芯电缆（直埋）至5号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1X 150 四芯电缆（直埋）至6号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1X 150 四芯电缆（直埋）至7号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1X 150

21、 四芯电缆（直埋）至8号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1X 150 四芯电缆（直埋）至9号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1X 150 四芯电缆（直埋）至10号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1X 150 四芯电缆（直埋）至11号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1X 150 四芯电缆（直埋）10kV至12号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1X 150 四芯电缆（直埋）咼压出线至13号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1 X 150 四芯电缆（直埋）至14号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1X 15

22、0 四芯电缆（直埋）至15号厂房YJL22-10000-3 X 300+ 1X 150 四芯电缆（直埋）至塑料制品厂3X LJ-50 + 1 X LJ-35（三相四线架空）与邻近35/10kV变电所10kV联络线LJ-16铝绞线(三相三线架空)4防雷与接地4.1 变电所高压配电系统的防雷保护(1) 直击雷防护在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装 置相连。由于变电所有露天配电装置，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括整个变电所。按规定，独立避雷针的接地装 置接地电阻Re 10 。通常采用36根长2.5m、© 50mmi

23、l勺钢管，在装避雷针的 杆塔附近作一排或多边形排列，管间距离 5m,打入地下，管顶距地面0.6m。接地 管间用40mM 4mm的镀锌扁钢焊接相连。引下线用 25mm< 4mm的镀锌扁钢，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 接相连。避雷针采用© 20m m的镀锌圆钢，长11.5m。独立避雷针的接地装置与 变电所公共接地装置应有3m以上距离。在35kV架空进行上，架设12kM的避雷线，以消除近区进线上的雷击闪络， 避免其引起的雷电侵入波对变电所电气装置的危害。(2) 雷电侵入波的防护 在35kV电源进线的终端杆上装设FZ-35型阀式避雷器。

24、引下线采用 25m材 4mm的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端螺栓连接。 在35kV高压配电室内装设有 JYN1-35-102型开关柜，其中配有FZ-35型避 雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。 在10kV高压配电室内装设有 GG-1A(F)-55型开关柜，其中配有FS4-10型避雷器。主要保护10kV侧出线上的各种一次设备4.2变电所高压配电系统公共接地装置的设计(1)接地电阻的要求应满足以下条件：按资料上的表，此变电所的公共接地装置的接地电阻Re 10Re 250V IE 250V 20 A 12.5式中IU n l oh 35l c

25、ab 35kV 60km 35 4km on AE20 A350350(由于题目没有给出35kV电网中架空线路和电缆线路总长度，所以我假设35kV电网中架空线路总长度loh为60km 35kV电网中电缆线路总长度 Gb为4km)因此公共接地装置接地电阻Re 10(2)接地装置的设计单根垂直管形接地体的接地电阻 农 一100 m 40l 2.5m采用长2.5m、© 50mm勺钢管14根，沿变电所三面布置，管距5mm垂直打 入地下，管顶离地面0.6m。管间用40mrK 4mm勺镀锌扁钢焊接相连。变电所的变 压器室有两条接地干线，35kV、10kV配电室各有一条和两条接地干线与室外公共 接

26、地装置焊接相连，电容器室有两条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接 地干线均采用25mm： 4mm勺镀锌扁钢。变电所接地装置平面布置图如图 3-15所示。接地电阻的验算：ReRe(1)404.40n14 0.65满足Re 10的接地电阻要求。式中n= 0.65在资料中查表近似地选取。图15电机修造厂总降压变电所接地装置平面布置图5结论我做的是某电机修造厂全厂变电所高压配电系统的设计 .通过这次毕业设计, 我加深了对工厂供电知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤， 作为大学阶段一次重要的学习经历我感觉自己受益非浅，同时深深的感觉的自己 的学习能力在不断提高。这次设计使我对工厂供电有

27、了新的认识，事实上这次设计对我们的锻炼是多 方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了作图，说明书编辑，各种 信息的分析等多方面的能力。电机修造厂变电所的设计已经按照设计原则要求设计完了，虽然能够满足设 计任务书的要求，但是笔者认为还要提高和改进的地方还有很多，比如说在变电 所微机保护和综合自动化、电气安全、节能等方面还有很多需要以后补充和提高 的地方。在细节方面，还有许多需要精雕细琢的地方，这次没有能够深入下去。 希望以后有机会能够进一步。笔者认为变电所设计以后的发展方向应该是朝着微机综合自动化发展的。变 电站微机综合自动化可实现继电保护、电网安全监控、电量和非电量监测、设备 参数自动

28、调整、中央信号、电压无功综合控制、电能自动分时统计、事故跳闸过 程参数自动记录、事件按时排序、事故处理提示、快速处理事故、微机控制免维 护直流电源供电和微机运行一体化功能，实现变电所无人值班。这方面在国外现 在发展得已经相当的成熟了，而我国虽然虽然也发展了几十年了，但是现在还是 没有普遍应用开来。造成我国变电所微机综合自动化发展缓慢的主要原因是该系 统价格较高，只要大型的变电所才有条件安装。以后需要解决的问题就是要设法 降低其投资额，以便应用在小型的变电所中。参考文献1 刘介才. 工厂供电 M 北京：机械工业出版社， 2003.44-482 刘涤尘、吴政球 .电气工程基础 M. 武汉：武汉理工

29、大学出版 社.2003年3 何仰赞，温增银电力系统分析 M 武汉：华中科技大学出版社， 20044 张学成.工矿企业供电设计指导书 M. 北京：北京矿业大学出版 社.1998年5 苏文成.工厂供电 M. 北京：机械工业出版社 .2004年同济大学电气工程系工厂供电M.北京：中国建筑工业出版社.1981年7 苏文成 .工厂供电 M. 北京：机械工业出版社 .2004年8 工厂常用电气设备手册编写组 .工厂常用电气设备手册（补充本） .北京：水利电力出版社.19909 JGJ16-2008 民用建筑电气设计规范10 GB50054-95 低压配电设计规范11 GB50052-95 供配电系统设计规

30、范12 GB50217-2007 电力工程电缆设计规范13 GB50060-923110KV高压配电装置设计规范东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称工厂供电课程设计题目名称某电机修造厂全厂变电所咼压配电系统的设计学生姓名学号0217指导教师姓名职称序号评价项目指标满分评分1工作量、工作态 度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工 作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出 勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。202课程设计质量课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析 问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规 范，图表完备正确。453创新工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或 有一定应用价值。54答辩能正确回答指导教师所提出的问题。30总分评语：指导教师:年 月 日0.025m0.003m 小 “c =33.12 10 m 6故母线在三相短路时所受到的计算应力为° M 33.2N J 353 106Pa 53MPaW 3.12 10 7 m3而硬铝母线（LMY的允许应力为a丨70MPac 53MPa ,由此可见该母线满足短路动稳定度的要求 热稳定度校验 计算满足短路热稳定的最小截面