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1、毕 业 设 计 论 文 题目：*机械厂35KV变电所的设计 系别： 电气工程系 专业：电力系统及自动化技术 班级： 电力05-2 姓名 ：* 指导教师： *职称：高级工程师 2008年2月28日 摘要毕业设计（论文）任务书电气工程系2008届电力工程及其自动化专业毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目*机械制造厂35KV变电所的设计校内（外）指导教师职 称工作单位及部门联系方式*高工*一、题目说明（目的和意义）：熟悉供配电初步设计的思路与方法，掌握负荷统计、负荷计算、供电方案比较、短路电流计算、电气设备选择、继电保护的选择与整定以及防雷接地等方法，达到培养学生对所学电力系统的基本知识综合运
2、用能力。二、设计（论文）要求（工作量、内容）：一、设计基础资料分析（见附表）；二、高压供配电系统设计：1、 全厂计算负荷的确定2、 供电电压的选择3、 总降压变电所位置及主接线图4、 短路电流计算及高压电气设备选择5、 车间变电所位置和变压器数量、容量的选择6、 继电保护的选择与整定7、 防雷接地设计三、进度表日 期内 容14周（11.2612.2）15周（12.312.9）16周（12.1012.16）17周（12.1712.23）18周（12.2412.30）19周（12.311.6）20周（1.71.13）消化毕业设计任务书的要求，准备设计资料全厂计算负荷的确定、供电电压的选择总降压变电
3、所位置及主接线图短路电流计算及高压电气设备选择车间变电所位置和变压器数量、容量的选择继电保护的选择与整定、防雷接地设计撰写毕业设计说明书完成日期20周（2007年冬季）答辩日期第1、2周（2008春季） 四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量：1 苏文成. 工厂供电. 北京：机械工业出版社，1983.2 于永源，杨绮雯. 电力系统分析. 北京：中国电力出版社，2004.3 范锡普. 发电厂电气部分. 北京：中国电力出版社，2004.4 周泽存，沈其工. 高电压技术. 北京：中国电力出版社，2004.5 相关电气设计手册指导教师签字教研室主任签字主管系领导签字 王峰 07年11月20
4、日 年 月 日 年 月 日注：本任务书要求一式两份，一份系部留存，一份报教务处实践教学科。附表：全厂设备容量及台数统计表配电计算点名称设备台数 n设备容量平方和计算有功功率（kW）Pjs计算无功（kvAR）Pqjs计算视在功率（kVA）Psjs计算 电流（A）功率因数cosTg利用系数KL变压器容量（kVA）三 车 间10278820四车间干线14310700四车间干线2496471一变电所（B1）19485985煅 工（B2）37537327二 车 间（B3）17793555一 车 间（B4）28184922一 车 间（B5）7092565工具机修（B6）8165835空压站煤气站等（B7）
5、45198171高压泵房（B8）3584802给水泵房（B9）3180000污水泵房、照明、其他（B10）3010000全厂总负荷2123262摘 要电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。本设计是针对一家黄河机械制造厂的供配电设计。以发电厂电气部分、高电压技术、继电保护等专业知识为理论依据，主要对该厂变电站高压部分进行毕业设计训练。设计步骤主要包括：负荷统计、负荷计算、方案比较、供电方式确定、短路电流计算、电气设备选择与继电保护整定以及防雷接地等内容。电能是现代工业生产的主要能源和动力.随着现代文明的发展与
6、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。工厂供电系统的核心部分是变电所。因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。关键词 变电站设计；负荷统计；短路电流计算V AbstractAbstractThe electric power profession is the primary industry of national economy, its development relates to national economic construction directly of the rise and fall success or failure, it
7、provides the motive of essential to have for the modern industry, agriculture, science technique and national defense. The design is for a machinery factory in the Yellow River for distribution design. The electric power plants to some, high-voltage technology, such as protection for the theoretical
8、 basis of professional knowledge, high Voltage Substation on the main part of the plant design graduate training. Design steps include: load statistics, the load calculation, the programme, the established power, short-circuit current, the electrical equipment selection and relay coordination and Li
9、ghtning Protection, and so forth. Energy modern industrial production is the major energy and power. With the development of modern civilization and progress, social production and life to the quality of power supply and management of the increasingly high demands. Factories power supply system is t
10、he core of the substation. Therefore, the design and construction of a security, economic substation, is extremely important.Keywords Design the Power substation, Load counts, Short circuit Electric current Secretly scheme against 目 录目 录第1章 绪 论1第2章 负荷计算22.1 负荷计算的意义22.2 负荷的计算方法22.3 负荷计算的应用范围及评价32.4 全
11、厂负荷的计算3第3章 方案设计与论证53.1 本设计的相关资料53.2 供电设计方案63.3 车间变电所93.4 厂区高压配电系统9第4章 总降压变电所位置及主接线图114.1 总降压变电站位置的选择114.2 变电站主接线方式的确定114.3 变电站的平面布置图12第5章 短路电流的计算135.1 短路计算的目的135.2 短路计算的简单分析13第6章 电气设备选择及说明156.1 概述156.2 高压电器选择的标准156.3 35kV侧电气设备选择156.4 10kV侧电气设备选择186.5 该变电站的主接线图18第7章 变电站的继电保护207.1 继电保护207.2 数字保护227.3变
12、电站的总体保护接线图24第8章 变电站的防雷设计258.1 变电站的防雷保护258.2 变电站的进线段保护25致 谢27参考文献28附 录 A错误！未定义书签。附 录 B错误！未定义书签。附 录 C错误！未定义书签。 第1章 绪 论第1章 绪 论电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。电力系统规划设计及运行的任务是：在国民经济发展计划的统筹安排下，合理开发、利用动力资源，用较少的投资和运行成本，来满足国民经济各部门及人民生活不断增长的需要，提供可靠充足、质量合格的电能。所以在本次设计中选择变电站电气部分的初步
13、设计，是为了更多的了解现代化变电站的设计规程、步骤和要求，设计出比较合理变电站。根据设计要求的任务，在本次设计中主要通过负荷统计、负荷计算、方案比较、供电方式确定、短路电流计算、电气设备选择与继电保护整定以及防雷接地等内容。使我对三年来所学的知识更进一步的巩固和加强，并从中获得一些较为实际的工作经验。由于在设计中查阅了大量的相关资料，所以开始逐步掌握了查阅，运用资料的能力，又可以总结三年来所学的电力工业的部分相关知识，为我们日后的工作打下了坚实的基础。3 第二章 负荷计算第2章 负荷计算2.1 负荷计算的意义工厂进行电力设计的基本原始资料是工艺部门提供的用电设备安装容量，但是这种原始资料要变成
14、电力设计所需要的假设负荷，称为负荷计算，这种电气负荷计算要准确，因为负荷计算值直接影响整个供电设计的质量。2.2 负荷的计算方法 1、“ABC”算法“ABC”法求计算负荷，其特点是：（1）运用概率论的基本原理找出计算负荷与设备之间的关系。（2）利用单元功率的概念和“ABC”列表法，将繁杂的功率运算简化为台数的运算，使运算准确。（3）它的基本计算系数是最大负荷和的平均利用系数，该系数稳定，容易实测取值。 2、二项式法它是用两个系数表征负荷变化规律的方法，其公式：组中x 台容量最大的用电设备的总额定容量（kw）该组中所有用电设备的总额定容量（kw）2.3 负荷计算的应用范围及评价在初步设计阶段，宜
15、采用单位产品耗电量法或生产面积的负荷密度法，估算全厂和车间的负荷，这两种方法来源于实际统计和经验积累，这种方法简单。计算车间干线，支干线的负荷，一般采用二项式法。“ABC”法也把计算负荷看作是评价负荷Ppj与计算负荷对评价负荷差值的叠加，它也是一个差值的估计，由于容量的大小，多少，台数的多少，都会影响到结果，而计算本身也很方便。根据本设计提供的资料分析，该厂的负荷特点选用“ABC”法统计更合适。2.4 全厂负荷的计算 “ABC”计算负荷的公式为： 。式中 D单台等值功率（kw）。一般容量小于50 kw的机床，取D=3 kw改组用电设备的利用系数，以一、二车间为例， “ABC”法的应用。一车间：
16、Q= P tan S=Pcos I=S 二车间：根据经验及统计，C与的关系可按下式确定：当0.3时，C=1.5-1.2，当0.3时，C=2.25-3.5，其它结果见表2.1。 第二章 负荷计算配电计算点名称设备台数 n设备容量平方和计算有功功率（kW）Pjs计算无功（kvAR）Pqjs计算视在功率（kVA）Psjs计算 电流（A）功率因数cosTg利用系数KL变压器容量（kVA）三 车 间10278820四车间干线14310700四车间干线2496471一变电所（B1）19485985煅 工（B2）37537327二 车 间（B3）17793555一 车 间（B4）28184922一 车 间（
17、B5）7092565工具机修（B6）8165835空压站煤气站等（B7）45198171高压泵房（B8）3584802给水泵房（B9）3180000污水泵房、照明、其他（B10）3010000全厂总负荷2123262 附表 黄河机械厂负荷统计表30 第3章 方案设计与论证第3章 方案设计与论证3.1 本设计的相关资料1、设计基础资料表3.1 产品及单耗产品类型单位数量（套）单位重量（kg/套）每公斤重耗电量kWh/kg耗电量（Kwh）特大型套30003001900000中型套20万20.5520500000小型套10万0.3510350000共计217500002、负荷类型本厂除动力站、房部分
18、设备为二级负荷外，其余均为三级负荷。3、电源工厂东北方向6公里处有新建地区降压变电所，110/35/10kV。125MVA变压器一台作为工厂是主电源，允许用35kV或10kV中的一种电压，以一回架空向工厂供电。此外，有正北方向其它工厂引入10kV电缆作为备用电源，平时不准投入，只在该厂的主电源发生故障或检修时提供照明及部分重要负荷用电，输送容量不得超过全厂计算负荷的20%。4、其它设计基础资料（1）35kV侧系统最大三相短路容量 1000MVA 35kV侧系统最小三相短路容量 500MVA（2）供电部门对功率因数要求值 当以35kV供电时 cos=0.9当以10kV供电时 cos=0.95（3
19、）电价：变压器安装容量每14元/ kVA月。电度电价当供电压为：35kV时，=0. 55元/kWh；10 kV时， =0. 58元/kWh。（4）工厂为二班制，全年工作4500h，最大负荷利用4000h（均为统计参数值）。（5）线路的功率损失在发电厂引起的附加投资Zj=1000元/kV图3.1 全厂总平面布置图3.2 供电设计方案一般来说，提高供电电压减少电能损耗，提高电能质量，节约有色金属，却增加了线路和投资费用。负荷大小和距离电源远近对供电电压的选择有很大关系，当电压一定时，能量损耗都和负荷距离成正比。我们可以根据不同的容量和距离选择不同的电压。方案一：变电站35kV供电电压1、利用35k
20、V电压供电的结构图总变电所配电所车间变电所配电所车间变电所变用电设备发电 厂图3.2 35kV设计方案2、利用35kV电压供电的优点：（1）cos要求值低，可以减少提高功率因素的补偿设备投资；（2）线路损失小，年运行费用较节省；（3）电压损失小，调压问题容易解决。3、以35kV电压供电的实际计算从计算负荷并考虑到工厂的扩建，需选择35/10kV，6300KVA变压器一台，建设工厂总将压变电所，因此，由供电系统供给工厂的容量，必须在原有计算负荷的基础上加该变压器的功率损耗。即 35kV侧电流为：考虑本厂负荷增长是逐渐的，为节约有色金属消耗量，根据允许发热选择导线截面，未采用电流经济密度选择导线截
21、面，选择导线LGJ35，=0.85/km。表3.2 方案一中投资概算项目说明单价（万元）数量费用（万元）线路综合投资变压器综合投资变压器进线避雷器及电压互感器功率损失引起发电厂附加投资LGJ35SJL35/10 6300VKVASW2-25/1000A 1000MVAZNO35 JDJJ35 11000元/kw611124.5x6+60=217kw812.22.5221.7共计46.4表3.3 方案一中年运行费项 目说 明费用（万元）线路折旧费电气设备折旧费线路电能损耗费变压器电能损耗费按线路投资5%按设备投资8%0.41.21.690.83共 计4.12万，查出为2300h，取平均值0.05
22、/kwh。 全年小时数8750h方案二：变电站10kV供电电压1、利用10kV电压供电结构图 图3.3 10kV设计方案2、利用10kV电压供电的优点（1）不需要投资建设工厂总降压变电所；（2）占用工厂建设面积较少：根据工厂年用电量为2175万度计算，二部电价制，每用电费差价计算如下：设工厂有效生产时间为10个月，则每月电费差价为：（元）。 故以10kV供电可以减少工作人员。 。用10kV供电时，计算电流为： 为此比较在同一基础之，也按允许发热选择导线截面。选LGJ95，其允许载流量为335A，查出表3.4 方案二投资项目说明单价（万元）数量费用（万元）线路综合投资功率损失引起发电厂附加投资L
23、GJ952.31000元/kwh613.862共计75.8表3.5 方案二年运行费项目说明费用线路折旧费线路电能损失费以投资费5%计0.696.54共计7.23（是根据查出的）第一方案较第二方案投资及年运行费用较少，再从两种方案的电压损失来看，由于因此 ： 对35kV 对10kV 在本厂具体条件下，决定采用第一方案由总降压变电所一级放射的厂区配电方案。计算表明：在正常工作时，以10kV电压供电，电压损失达到极为严重的程度，因此，采用35kV电压供电、建设总降压变电所。3.3 车间变电所车间变电所的位置、变电所变压器的数量和容量，根据车间负荷中心位置，集中程度和选择的其它各项原则，与工艺、土建有
24、关方面协商确定，数量、容量如表3.6.3.4 厂区高压配电系统由于备用电源来自本厂正北方向，进入总降压变电所，所以厂区内高压配电方案受到局限，为便于管理，实现集中控制，并尽可能提高用户用电的可靠性，在本降压变电所馈电线路不多的条件下，首先考虑采用放射式，方案一的供电方式计算结果如表3.7。表3.6 变压器数量及容量变电所名称位置及型式变压器台数容量（kVA）变压器型号B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10三车间位置锻工外附二车间内附一车间内附一车间内附工具机修外附压缩空气站外附锻工外附给水泵房外附露天污水泵房外附露天1100011000180018001630163011000116001
25、10001800S9一1000/10S9一1000/10S9一800/10S9一800/10S9一630/10S9一630/10S9一1000/10S9一1600/10/3.15S9一1000/10S9一800/10表3.7 具体计算结果线路序号线路用途供变计算负荷计算电流归算值截面 选定截面L-1L-2L-3L-4L-5L-6L-7L-8L-9L-10B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10735612496854920657470737589342487416129-168276124183496-44523051.743295055382947422216161616161616162
26、5162525252525252525353525252525252525253535 第4章 总降压变电所位置及主接线图第4章 总降压变电所位置及主接线图4.1 总降压变电站位置的选择1、总降压变电站位置选择的一般原则变电站位置的选择，应根据下列要求并经过经济分析比较后确定：（1）接近负荷中心，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，特别是要便于架空进出线；（3）接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所；（4）设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低成套配电装置的运输。2、负荷示意图负荷指示图是将电力负荷按一定比例用负荷圆的形式在工厂或车间的平面图上，
27、如图所示。各车间的负荷圆的圆心应与车间的负荷中心大致相符。在负荷大体均匀的车间内，这一重心就是车间内，这一重心应偏向负荷集中的一侧。 负荷圆的半径r，由车间的计算负荷得 式中，为车间内的有功计算负荷；k为负荷圆的比例。3、实际运行中的要求（1）因工厂距地区变电所较远，联系不便，为便于检修、维护、管理、控制，进线处应设置油断路器；（2）根据规定，备用电源只有在主电源线路解列及主变压器或检修时才允许投入，因此备用电源进线开关在正常工作时必须断开；（3）变压器二次侧设油断路器，与备用电源进线断路器组成备用电源自动投入装置，当工作母线失去电压时，BZT工作设备自动投入；（4）根据前3项，10kV母线应
28、分段，母线联络开关正常工作时投入，重要二级负荷可接在第二段母线上，期使主电源停止供电时，不使重要负荷供电受到影响；（5）当主电源发生故障时，本变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。4.2 变电站主接线方式的确定本设计采用单母线分段的接线方式，其满足与电源数量和容量。因为段数分的越多，故障时停电范围越小，但使用断路器的数量亦越多，且配电装置和运行也越复杂，通常以23段为宜。这种接线广泛用于小容量发电厂和变电站的610kv接线中。根据本变电站的需要，对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求。在满足技术、经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电可靠，经济合理的主接线方案。此主接线还
29、应具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全，所以选择单母线分段接线，如图4.1所示。图4.1 单母线分段接线接线图4.3 变电站的平面布置图见附录A 第5章 短路电流的计算第5章 短路电流的计算5.1 短路计算的目的在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的是在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。以及选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。5
30、.2 短路计算的简单分析从工厂供电要求来看，计算短路电流大为了选择校验电气设备、载流导体和整定厂内供电系统继电保护装置用的。短路的类型可分为：三相短路用表示，两相短路用表示；单相短路用。单相短路只可能在中性点接地系统中发生，两相短路和单相短路是不对称短路，而三相短路是对称短路。一般情况三相短路是最严重的。因此三相短路只是满足了，其它的短路也就可以了， 计算短路电流如下。 图5.1 短路电流计算为了选择高压电气设备，校验继电保护，需计算处的短路电流但因工厂面积紧凑，例如本设计中至最远车间变电所的距离未超过500m处的短路电流差别极小，故只计算和两点。1、点短路电流已知 时，假设则系统电抗 当 时
31、， 当 时， 架空线电抗 变压器电抗于是 又表5. 1 d1点短路电流项目计算公式=2.55当系统为最大短路容量5.74kA5.74kA14.6 kA372MVA当系统为最小短路容量4.20 kA4.20 kA10.7kA271MVA2、点短路电流假设 表5. 2 d2点短路电流项目计算公式=2.55当系统为最大短路容量3.8kA3.8kA9.69 kA69MVA当系统为最小短路容量3.47 kA3.47 kA9kA64MVA 第6章 电气设备选择及说明第6章 电气设备选择及说明6.1 概述为了保证高压电器的可靠运行，在发生故障时能最快的跳闸及其保护用电设备，因此装设一些电气设备。高压电器应按
32、以下条件性质：1、按正常工作条件包括电压、电流频率、开断电流等选择；2、按短路条件包括动稳定、热稳定和持续时间校验。6.2 高压电器选择的标准表6.1 选择导体和电器时选择和校验的项目电器名称额定电压额定电流额定开断电流短路电流及校验环境条件其他动稳定热稳定断路器隔离开关高压熔断器电流互感器电压互感器母线电缆操作性能操作性能操作性能上、下级间配合二次侧负荷、准确等级二次侧负荷、准确等级注：1.表中 “0”代表校验，校核项目。6.3 35kV侧电气设备选择1、户外高压真空断路器按正常工作条件选择电气设备额定电压和电流选择：Un Uns (;)In Imax (In=20kA; Imax=1.25
33、kA)式中 、分别为电气设备和电网的额定电压（kV），In、Imax分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流（kA）。按短路状态断路热稳定和动稳定的校验校验式， 所以选用ZW7-35系列户外高压真空断路器系三相交流50Hz户外高压开关设备，主要用于40.50kV电网中，作分、合负荷电流、过载电流及短路电流之用，也可以用于其他类似场所，该产品结构设计合理，维护简便。表 6.2 ZW7-35型高压真空短路器的主要技术参数型号额定电压（kV）最高工作电 压（kV）额定电流 （A）额定断开电 流（kA）极限开断电 流（kA）额定断流容量（MVA）ZW7-353540.50150024.8024.8
34、015002、隔离开关隔离开关也是发电厂和变电所中常用的开关电器，它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切断短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。选择GW4-35D型隔离开关适用于频率为50Hz，额定电压为35kV，额定电流600A、1000A的交流电路中作有电压无负载时断开与闭合电路之用，借助连杆可组成三极联动。表 6.3 GW4-35D型高压隔离开关的主要技术参数型号额定电压 （kV）最高工电 压（kV）额定电流 （A）极限通过电流有效
35、值（kV）极限通过电流峰 值（kV）热稳定电流（kV）热稳定电流（kV）GW435D3540.5060042203、高压限流熔断器高压熔断器用来保护电气设备免受过载、短路电流的损害和保护电压互感器，当电流超过额定电流时，自动切断电流.保护电力设施。选择RW10-35型户外高压限流熔断器，其适用于交流50Hz，额定电压10kV-35kV-66kV的输电线和电压互感受器的短路和过载保护。表 6.4 RW1035型户外高压限流熔电器的主要技术参数型号额定电压额定电流三相断流容量RW1035/0.5350.502000RW1035/2352.00600RW1035/3353.006004、电流互感器在
36、装有断路器的回路应安装电流互感器，变压器中性点装设电流互感器，110kV侧及变压器，回路采用三相配置，35kV、10kV采用两相置、母联，亦采用两相配620kV屋内配电装置，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的独立式CT。选择LSJ-35，LSJC-35I，II，III型装入式电流互感器,适用于交流50Hz，额定工作电压35kV的电力系统中，作为电流电能测量及继电保护使用。表 6.5 LSJ35电流互感器的主要技术参数额定一次电流（A）额定二次负荷（Cos=0.8） （欧）0.5 级1 级3 级10 级2000.802.003000.803.004001.205.006000.603.005、电
37、压互感器电压互感器是电力系列中重要的电器设备之一，用来转换电压，目的在于传递电能，而互感器转换电压或电流的目的， 在于测量和监视线路的电压或电流等。选择JDJJ-35型电压互感器为单相三绕组油浸户外式产品。适用于交流50Hz、35kV中性点不直接接地的电力系统，供继电保护和信号装置的电源用。表 6.6 JDJJ35电互感器的主要技术参数型号额定电压一次线圈（V）额定电压二次线圈（V）额定电压辅助线圈（V）额定容量3级（VA）额定容量1级（VA）额定容量0.5级（VA）最 大容 量（VA）JDJJ3535000/100/100/360025015012006、避雷器为了防止过电压，当系统出现过电压时，电阻片呈低电阻，从而保护电器设备，在正常运行状态下，电阻片呈高电阻，避雷器仅流过很小的泄漏电流，起到与系统绝缘的作用。 选择ZnO35型避雷器，其用于保护交流35kV电力系统的输变电设备免受过电压危害。表 6.7 ZnO 避雷器的技术参数型号组合方 式额定电压（kV）灭弧电压（kV）工频放电电压，有效值（kV）冲击放电压，峰值，不大于（kV）残压峰值，不大于（KV）电导电流直流试验电压（kV）电流（A）不小于不大于5kV10kVZnO3523535418298134134148164006006.4 10kV侧电气设备选择1、高压开关柜 选用GM6系列1