专科电气自动化供配电课程设计免积分版.doc

专科电气自动化供配电课程设计免积分版452020年6月23日资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。前言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; 电能的输送的分配既简单经济, 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。在工厂里, 电能虽然是工业生产的主要能源和动力, 可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能够大大增加产量, 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, 改进工人的劳动条件, 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。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。工厂供电工作要很好地为工业生产服务, 切实保证工厂生产和生活用电的需要, 并做好节能工作, 就必须达到以下基本要求: 1. 安全 在电能的供应、 分配和使用中, 不应发生人身事故和设备事故。2. 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。3. 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求.4. 经济 供电系统的投资要少, 运行费用要低, 并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。 目录第一章 设计原始资料及任务书 1第二章 全厂负荷统计及主变压器的选择 3第三章 全厂供电系统草图 8第四章 计算短路电流 9第五章 35KV, 6KV供电线路的选择 16第六章 选择电气设备 25附录参考文献第一章 设计原始资料及任务书该厂为大型国有企业。下属企九个车间, 两个车站, 各车间站用设备安装容量见表1.1, 其中水压机钢车间, 煤气氧气站为一级负荷, 其它为二三级负荷。供电电源取自12处一110/35变电所35两段母线, 母线最大运行方式,最小运行方式短路容量分别为=215MVA,和=150,35架空线进线继电保护动作时间为1.5s.5电气设备及主变压器采用户外布置, 6为成套高压开关柜, 户内布置, 长变电所35采用内桥接线, 6kv采用单母线分段接线, 一级负荷分别从6两端目线配出两条回线路, 其余为单回路供电。该地区年最高气温38度。设计任务: 1. 全厂负荷统计, 选择主变压器2. 拟制全厂供电系统草图3. 计算短路电流4. 选择35KV , 6KV供电线路5. 选择电气设备6. 3号图纸绘制供电系统图表1.1 站用电容量安装表负荷名称安装容量( KW) 供电距离( KM) 1金工车间11430.790.820.70 0.82铸钢车间57750.710.810.72 0.63铸铁车间4820.830.830.67 0.424水压机车间18860.700.850.62 0.755冷作车间5850.650.790.78 0.936附件车间1640.550.800.75 0.87热处理车间4760.630.750.88 0.988铸件清理车间4750.590.820.70 0.529机修车间1540.520.770.83 1.1510煤气站12880.800.840.65 1.2211氧气站10830.840.860.59 0.95第二章 全厂负荷统计及主变压器的选择一全厂负荷统计负荷计算是指导体经过一个等效负荷时, 导体的最高温升正好和经过实际的变动负荷时其产生的最高温升相等, 该等效负荷就称为计算负荷。工业企业电力负荷计算的主要目的是: 1.全厂在工程设计的可行性研究阶段要对全厂用电量作出估算以便确定整个工程的方案。2.在设计工厂供电系统时, 为了正确选择变压器的容量, 正确选择各种电气设备和配电网络, 以及正确选择无功补偿设备等, 需要对电力负荷进行计算。确定负荷计算的方法有多种, 包括估算法、 需要系数法、 二项式法和单相复合的计算, 在这里我们采用需要系数法。对于单组用电设备的计算负荷公式如下: 有功功率: 无功功率: 视在功率: 计算电流: 式中: 该用电设备组的需要系数 功率因数角的正切值该用电设备组的额定电压, KV因此本厂的负荷统计如下: 金工车间有功功率: 无功功率: 视在功率: 计算电流: 铸钢车间有功功率: 无功功率: 视在功率: 计算电流: 其它车间的负荷计算和以上的一样, 见表2.1: 表2.1车间负荷计算表计算容量计算电流( A) 序号负荷名称有功( KW) 无功( KVAR) 视在( KVA) 1金工车间902.97 630.28 1101.18 105.96 2铸钢车间4100.25 2968.53 5062.04 487.11 3铸铁车间400.06 268.84 482.00 46.38 4水压机车间1320.20 818.19 1553.18 149.46 5冷作车间380.25 295.11 481.33 46.32 6附件车间90.20 67.65 112.75 10.85 7热处理车间299.88 264.47 399.84 38.48 8铸件清理车间280.25 195.62 341.77 32.89 9机修车间80.08 66.36 104.00 10.01 10煤气站1030.40 665.57 1226.67 118.04 11氧气站909.72 539.80 1057.81 101.79 12合计9794.26 6780.40 二无功补偿由负荷统计表可知道, 全厂总的有功功率, 无功功率, 由于, 取同时使用系数.则全厂总的计算负荷如下:有功功率: 无功功率: 视在功率: 则此时的功率因数为: 取补偿后的功率因数为0.93, 则补偿电容为:补偿电容采用的并联电容器选择,其工作电压为6.3KV,额定容量为100KVAR,额定电容为8.0uF.补偿电容个数:取27个,每相装设9个,此时实际补偿电容三. 选主变压器无功补偿后的全厂总视在功率: 由于本设计接线采用内桥接线方式,选两台主变压器,而且厂中一级负荷所占比重较大, 考虑本厂以后的发展状况, 采用全负载备用工作方式, 即单台变压器工作就能给全厂负载供电。根据变压器的工作环境, 电压等级, 容量选择主变压器的型号是: Sz9-10000/35.其主要数据参数见表1.2表1.2 变压器数据参数表额定容量KVA高压KV高压分接范围( ) 低压KV连接组标号损耗KW空载电流( ) 阻抗电压( ) 空载负载10000354*2.56.3YnD1111.6050.580.87.5该变压器的计算损耗如下: 则变压器高压侧的计算负荷为: 有功功率: 无功功率: 视在功率: 第三章 全厂供电系统草图根据设计要求, 35KV采用内桥接线, 6KV采用单母线分段接线,见图3.1.图3.1.采用内桥接线的特点是: 线路的投切比较方便, 变压器的投切比较复杂。单母线分段接线的特点是: 母线分段后, 对于重要用户可由分别接于两段母线上的两条出线同时供电, 当任一组母线故障或检修时, 重要用户仍可经过正常母线段继续供电, 而两段母线同时故障检修的概率很小, 大大提高了对重要用户的供电可靠性。第四章 计算短路电流 短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备, 以及进行继电保护装置的整定计算。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流经过。对于工厂供电系统来说, 常将电力系统当作无限大容量电源。常见的计算方法有欧姆法( 有称有名单位制法) 和标幺制法( 又称相对单位制法) 。在本设计中取三个短路点, 分别是: 主变压器高压侧, 变压器低压侧以及6KV线路末端。计算方法采用标幺制法, 取,电缆,架空线.一、 最大运行方式。最大运行方式就是两台变压器同时工作, 母联断开时的工作方式。其阻抗图4.1示: 图4.1电路中各主要元件的电抗标幺值如下:电源内阻S: 线路L1,L2: 变压器T1,T2: 金工车间: 铸钢车间: 其余车间的算法一样,见表4.1。表4.1 车间电抗标值统计表序号负荷名称供电距离(KM)电抗标值1金工车间0.80.1612铸钢车间0.60.1213铸铁车间0.420.0854水压机车间0.750.1515冷作车间0.930.1876附件车间0.80.1617热处理车间0.980.1988铸件清理车间0.520.1059机修车间1.150.23210煤气站1.220.24611氧气站0.950.1911. K1点发生短路时的短路电流基准电流: 总电抗: 短路电流次暂态值: 短路冲击电流值: 暂态短路功率: 2K2点发生短路时的短路电流基准电流: 总电抗: 短路电流次暂态值: 短路冲击电流值: 暂态短路功率: 3K3点发生短路时的短路电流基准电流: 金工车间: 总电抗: 短路电流次暂态值: 短路冲击电流值: 暂态短路功率: 其它车间的计算方法一样, 见表4.2.表4.2 最大运行方式各车间短路电流统计表序号负荷名称1金工车间7.78719.85784.9712铸钢车间8.51021.70092.8553铸铁车间8.32721.23390.8594水压机车间8.39721.41291.6215冷作车间7.61619.42083.0986附件车间7.78519.85284.9487热处理车间7.55219.25882.4088铸件清理车间8.17720.85289.2259机修车间7.34518.73080.14510煤气站8.04720.51987.80111氧气站8.24621.02689.973二、 最小运行方式最小运行方式就是一台变压器工作, 另一台备用, 母联闭合, 且一级负荷一路供电时的工作方式。其阻抗图如图4.2所示: 图4.2电路中各主要元件的电抗标幺值除电源内阻不一样外, 其余的同最大运行方式时一样, 这里不再计算电源内阻S: 1K1点发生短路时的短路电流基准电流: 总电抗: 短路电流次暂态值: 两相短路电流: 2K2点发生短路时的短路电流基准电流: 总电抗: 短路电流次暂态值: 两相短路电流: 3K3点发生短路时的短路电流基准电流: 金工车间: 总电抗: 短路电流次暂态值: 两相短路电流: 其它车间的计算方法一样, 见表4.3表4.3 最小运行方式各车间短路电流统计表序号负荷名称1金工车间4.7514.1142铸钢车间5.0944.4123铸铁车间5.1944.4984水压机车间5.0144.3425冷作车间4.9214.2626附件车间4.9884.3207热处理车间4.8964.2408铸件清理车间5.1384.4509机修车间4.8124.16710煤气站4.7784.13811氧气站4.9114.253第五章 35KV, 6KV供电线路的选择为了保证供电系统安全、 可靠、 优质、 经济地运行, 对导线和电缆截面进行选择时其选择方法如下: :在本设计中, 为了保证导线和电流选择的可靠安全和经济, 我们分别对架空线按允许载流量、 允许电压损失、 经济电流密度、 机械强度进行计算, 选出截面积最大值为架空线的截面积。对电缆按允许载流量、 允许电压损失、 经济电流密度、 热稳定性进行计算, 选出截面积最大值为电缆的截面积。从经济和技术方面考虑, 由于35KV电压等级较高, 输电距离较长, 选择架空线, 6KV电压等级低, 输电距离较短, 选择电缆且地中直埋。一、 35KV架空线选择1、 按允许载流量选择35KV架空线上流过的计算电流为: 选择LGJ-50型钢芯铝绞线, 25时, 其允许载流量为220A, 当环境温度为38时, 其允许载流量因此, 满足要求。2、 按允许电压损失选择35KV架空线的允许电压损失5%, 供电距离12km, 初设。则: 选择LGJ-95型钢芯铝绞线, 若架空线的几何均距为2500mm, 则其单位长度阻抗分别为: 实际的电压损失为: 因此满足要求。3、 按经济电流密度选择35KV架空线上流过的计算电流为: 由于为大型国有企业, 其年最大负荷利用小时数在5000以上, 且选用裸铝导线, 则其经济电流密度。因此选择LGJ-185型钢芯铝绞线。4、 按机械强度选择 由于35KV架空线采用钢芯铝绞线, 因此在满足机械强度的条件其最小截面积为: 因此在同时满足以上四个要求的条件下, 选择35KV架空线的型号为: LGJ-185。架空线的几何均距为2500mm, 其单位长度阻抗分别为: 则35KV架空线的线路损耗为: 二、 6KV电缆的选择 6KV电缆的铺设方式选择地中直埋,于该地区年最高温度为38, 则其地中的温度大约为15.金工车间的电缆选择: 1、 按允许载流量选择金工车间电缆上流过的计算电流为: 此选择截面积为35mm2的聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆。其15地中直埋时的允许载流量为: ,满足要求。2、 按允许电压损失选择6KV电缆的允许电压损失为5%, 供电距离0.8km, 初设。则: 选择截面积为16mm2的聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆, 其单位长度阻抗分别为: 实际的电压损失为: 因此满足要求。3、 按经济电流密度选择该车间电缆上流过的计算电流为: 由于为大型国有企业, 其年最大负荷利用小时数在5000以上, 且铝电缆, 则其经济电流密度。因此选择截面积为16mm2的聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆.4、 按热稳定性选择聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆铝线的热稳定系数C=100, 短路电流的假想时间tima=1.0+0.2=1.2s, 短路电流的稳态值则导线的最小允许截面: 选择截面积为120mm2的聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆.因此在同时满足以上四个要求的条件下, 选择金工车间6KV电缆线是截面积为120mm2的聚氯乙烯绝缘及护套铝芯电力电缆.铸钢车间的电缆选择: 按允许载流量选择铸钢车间电缆上流过的计算电流为: 选择截面积为180mm2的交联聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆。其15地中直埋时的允许载流量为: 满足要求。1、 校验电压损失6KV电缆的允许电压损失为5%, 供电距离0.6km, 截面积为180mm2的交联聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯电力电缆, 其单位长度阻抗分别为: 实际的电压损失为: 因此满足要求。2、 校验经济电流密度该车间电缆上流过的计算电流为: 由于为大型国有企业, 其年最大负荷利用小时数在5000以上, 且铝电缆, 则其经济电流密度。因此因此经济截面积和所选截面积相差不大, 满足经济电流密度要求。3、 校验热稳定性铝线的热稳定系数C=100, 短路电流的假想时间tima=1.0+0.2=1.2s, 短路电流的稳态值则导线的最小允许截面: 因此满足热稳定性的要求, 其余车间电缆的选择同金工车间的选择一样, 其余各车间的电缆选择见表5.1( 除铸钢车间使用交联聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯电力电缆外, 其余都使用聚氯乙烯绝缘及护套铝芯电力电缆) 。表5.1 各车间电缆选择统计表序号负荷名称截面积( mm2) 1金工车间1202铸钢车间2403铸铁车间1204水压机车间1205冷作车间1206附件车间1207热处理车间1208铸件清理车间1209机修车间12010煤气站12011氧气站120120mm2的聚氯乙烯绝缘及护套铝芯电力电缆的单位长度阻抗分别为: 180mm2的交联聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯电力电缆的单位长度阻抗分别为: 由于其线路损耗损耗的计算方法和35KV的计算方法一样, 这里不再叙述, 见表5.2: 表5.2 各车间线路损耗统计表序号负荷名称供电距离(KM)1金工车间0.88.082.342铸钢车间0.651.2535.023铸铁车间0.420.810.244水压机车间0.7515.084.375冷作车间0.931.800.526附件车间0.80.080.027热处理车间0.981.310.388铸件清理车间0.520.510.159机修车间1.150.100.0310煤气站1.2215.304.4411氧气站0.958.862.5712总计103.1850.08第六章 选择电气设备电气设备的选择时供配电系统设计的重要内容之一。安全、 经济、 合理是选择电气设备的基本要求, 应根据实际工程情况保证安全、 可靠的前提下, 选择合适的电气设备, 尽量采用新技术, 节约投资。电气设备选择的一般原则为: 按正常工作条件下选择额定电流、 额定电压及型号, 按短路情况下校验开关的开断能力、 短路热稳定和动稳定。一、 35KV架空线上设备 1、 断路器由于35KV处的最高正常工作电流为, 且户外布置。选择断路器为户外高压SF6断路器, 型号是: LW-35/1600-25, 其主要技术数据如下: 额定工作电压(KV)额定工作电流( A) 额定开端电流(KA)额定动稳定电流( KA) 额定热稳定电流( KA) 额定热稳定时间( S) 3516002563254短路热稳定校验: 短路电流的稳定值, 短路电流的假想时间tima=1.5+0.2=1.7s, 则: 因此, 满足热稳定要求。短路动稳定校验: 由于短路电流的冲击值ish=6.207KA63KA,因此满足动稳定要求.开关设备断流能力校验: 由于该处三相短路电流的最大值是: 因此满足开关设备断流能力要求。2、 隔离开关由于35KV处的最高正常工作电流为, 且户外布置。选择的隔离开关型号为: GW2-35G, 其主要技术数据如下: 额定工作电压( KV) 额定工作电流( A) 极限经过电流峰值( KA) 热稳定电流( KA) 热稳定时间( S) 配用操动机构型号3560042204CS11-G短路热稳定校验: 短路电流的稳定值, 短路电流的假想时间tima=1.5+0.2=1.7s, 则: 因此, 满足热稳定要求。短路动稳定校验: 由于短路电流的冲击值ish=6.207KA42KA,因此满足动稳定要求.3、 避雷器根据电压等级和工作环境选择磁吹阀式避雷器, 型号为: FCZ3-35, 其主要技术数据如下: 额定电压( KV) 灭弧电压( KV) 工频放电电压( 有效值) ( KV) 冲击放电电压峰值不大于( KV) 电导电流不小于不大于直流试验(KV)电流( uA) 3541708511250250-4004、 电压互感器由于该互感器用于运行监视, 选择准确度为1级, 根据电压等级和工作环境, 选择单相双线圈油浸式户外电压互感器, 型号为: JD6-35, 其主要技术数据如下: 额定工作电压( V) 额定频率( Hz) 二次线圈的额定容量(VA)二次线圈极限容量( VA) 线圈连接组标号一次线圈二次线圈350001005025010001/1-125、 熔断器该熔断器用于保护电压互感器, 由于35KV处的最高正常工作电流为, 且户外布置。因此选择的高压限流熔断器的型号是: RXW0-35/0.5, 其主要技术数据如下: 额定工作电压( KV) 额定工作电流( A) 额定断流容量( MVA) 重量( kg) 350.5100023熔断容量校验: 由于该熔断器安装处的三相短路容量: 因此满足要求。二、 6KV电缆线上开关柜 1、 进线柜 由于工作电压为6KV, 且进线处的计算电流为: 根据电压等级和额定工作电流, 选择进线柜的型号为: JYNC-10-23, 其内部接线图如图所示, 主要技术数据如下: 。额定电压( KV) 6额定工作电流( A) A及以下真空断路器ZN12-10电流互感器LZZBJ10-10AZN12-10断路器的主要技术数据如下: 额定工作电压(KV)额定工作电流( A) 额定开端电流(KA)额定动稳定电流( KA) 额定热稳定电流( KA) 额定热稳定时间( S) 1012502563254 短路热稳定校验: 短路电流的稳定值, 短路电流的假想时间tima=1.0+0.2=1.2s, 则: 因此, 满足热稳定要求。短路动稳定校验: 由于短路电流的冲击值ish=23.004KA63KA,因此满足动稳定要求.开关设备断流能力校验: 由于该处三相短路电流的最大值是: 因此满足开关设备断流能力要求。2、 电压互感器柜根据电压等级, 选择的单相电压互感器柜的型号为: JYN3-10/65, 其内部接线图如图所示, 主要技术数据如下: 额定电压( KV) 6高压熔断器RN2-10电压互感器JDZJ高压避雷器FCD3RN2-10高压熔断器的主要技术数据如下: 额定工作电压( KV) 额定工作电流( A) 额定断流容量( MVA) 重量( kg) 100.5100018熔断容量校验: 由于该熔断器安装处的三相短路容量: 因此满足要求。3、 电缆出线柜由于各车间电缆的最高工作电流为487.11A, 因此根据电压等级和工作电流选择电缆出线柜型号为: JYN2-10(Z)/4,其内部接线图如图, 所示, 主要技术数据如下: 额定电压( KV) 6额定工作电流( A) 630真空断路器ZN22-10电流互感器LZZQB6-10接地开关JN3-10ZN22-10断路器的主要技术数据如下: 额定工作电压(KV)额定工作电流( A) 额定开端电流(KA)额定动稳定电流( KA) 额定热稳定电流( KA) 额定热稳定时间( S) 106302050204短路热稳定校验: 各车间短路电流的最大稳定值, 短路电流的假想时间tima=1.0+0.2=1.2s, 则: 因此, 满足热稳定要求。短路动稳定校验: 由于各车间短路电流的最大冲击值ish=21.7KA63KA,因此满足动稳定要求.开关设备断流能力校验: 由于该处三相短路电流的最大值是: 因此满足开关设备断流能力要求。4、 母联柜由于6KV母线上的最高工作电流为1031.66A, 因此根据电压等级和工作电流选择的母联开关柜的型号为: JYN2-10(Z)/37和JYN2-10(Z)/40., 其内部接线图如图所示, 主要技术数据如下: 型号JYN2-10(Z)/37JYN2-10(Z)/40额定电压( KV) 66额定工作电流( A) 12501600真空断路器ZN12-10电压互感器LMZB6-10RN2-10高压熔断器的主要技术数据如下: 额定工作电压( KV) 额定工作电流( A) 额定断流容量( MVA) 重量( kg) 100.5100018短路热稳定校验: 母线短路电流的稳定值, 短路电流的假想时间tima=1.0+0.2=1.2s, 则: 因此, 满足热稳定要求。短路动稳定校验: 由于短路电流的冲击值ish=23.004KA63KA,因此满足动稳定要求.开关设备断流能力校验: 由于该处三相短路电流的最大值是: 因此满足开关设备断流能力要求。附录 全厂负荷统计表序号负荷名称安装容量( KW) 计算容量计算电流( A) 供电距离( km) 有功( KW) 无功(KVAR)视在( KVA) 1金工车间11430.790.820.70902.97630.281101.18105.960.82铸钢车间57750.710.810.724100.252968.535062.04487.110.63铸铁车间4820.830.830.67400.06268.84482.0046.380.424水压机车间18860.700.850.621320.20818.191553.18149.460.755冷作车间5850.650.790.78380.25295.11481.3346.320.936附件车间1640.550.800.7590.2067.65112.7510.850.87热处理车间4760.630.750.88299.88264.47399.8438.480.988铸件清理车间4750.590.820.70280.25195.62341.7732.890.529机修车间1540.520.770.8380.0866.36104.0010.011.1510煤气站12880.800.840.651030.40665.571226.67118.041.2211氧气站10830.840.860.59909.72539.801057.81101.790.9512计算负荷8814.836102.3610721.0113无功补偿240014变压器损耗56.756749.5815线路损耗270.67384.3716最后统计0.9029142.2574536.3110140.67参考文献1、 工厂供电 刘介才编2、 电气设备手册3、 煤矿电工手册( 四分册下) 4、 电力工程手册5、 供电技术 王崇林等编6、 供配电技术 居荣等编7、 常见供配电设备选型手册.第三分册: 高压电器8、 常见供配电设备选型手册.第四分册: 高压成套开关设备