机械厂35KV总降压变电所.doc

机械厂35KV总降压变电所
及高压配电系统设计

院（系、部）：
信息工程学院
姓 名：

学 号：

班 级：

专 业：
电气工程及其自动化
指导教师：

北京

目 录
第一章 前言...........................................3
第二章设计任务书 ..............................................3
第三章 设计说明书..............................................5
3.1 负荷计算........................................................5
3.2功率因数补偿计算...............................................6
3.3变压器的选择.....................................................7
3.4 总配电所接线方案的确定..........................................8
3.5短路计算....................................................
第三章 设备的选择与校验供.................................
附录一配电系统主接线图
附录二 设备清单
参考文献 19
21

第一章 前 言
1.1课程设计目的
专业课程设计是学生学完专业基础课后综合应用所学知识、结合工程实际问题的一次重要教学实践，培养学生理论联系实际、技术结合经济、综合考虑问题进行设计的能力。
1.2 意义
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。
工厂厂区供电设计是整个工厂建设设计中的重要组成部分。供电设计质量, 会直接影响到日后工厂的生产与发展。尤其对那些工业生产自动化程度很高的大型现代化工厂, 如果能有一个高质量的供电系统, 那么, 就有利于企业的快速发展。稳定可靠的供电系统, 有助于工厂增加产品产量, 提高产品质量, 降低生产成本, 增加企业经济效益。如果供电系统设计质量不高, 将会给企业, 给国家造成不可估量的损失 [1]

第二章 专业课程设计任务书
一、课程设计目的
专业课程设计是学生学完专业基础课后综合应用所学知识、结合工程实际问题的一次重要教学实践，培养学生理论联系实际、技术结合经济、综合考虑问题进行设计的能力。
二、课程设计题目
机械厂35KV总降压变电所及高压配电系统设计
三、 设计基本条件与要求
依据厂区平面布置图、各车间基本负荷数据资料、区域变电所与本厂供电协议资料及当地气象水文资料，设计本厂总降压变电所及高压配电系统。
1、供电电源及供用用电协议：
a.可选用供电电源两个，一个是从距离厂南侧8公里处的220/35KV区域变电所供电，令一个是从厂西侧5公里处220/35KV某变电所引入。35KV母线短路数据：系统最大运行方式时区域变电所短路容量为600兆伏安，某变电所250兆伏安；最小运行方式时，区域变电所短路容量为280兆伏安，某变电所150兆伏安,年最大负荷利用小时数为5000 h.
b.域变电所35KV配出线路定时限过流保护装置的整定时间为1.5秒，工厂总降应不大于1.0秒；
c.在总降压变电所35KV侧计量；
d.本厂功率因数值应该在0.9以上。
2、设计对象概况
设计对象是一个机械厂，其主要负荷为机加工车间、装配车间、配料车间、热处理车间、锻工车间、高压站、高压水泵房、冷工车间和模具车间。
厂区车间分布情况：
1-机加工车间、2-装配车间、3-配料车间、4-热处理车间、5-锻工车间
6-高压站、7-高压水泵房、8-冷工车间、9-模具车间
车间负荷情况
序号
车间或用电
设备组名称
额定容量（KW）
需要系数Kx
功率因数 COSφ
1
机加工车间
2500
0.8
0.82
2
装配车间
2200
0.85
0.75
3
配料车间
1705
0.25
0.62
4
热处理车间
1450
0.15
0.56
5
锻工车间
1800
0.25
0.6
6
高压站
1700
0.5
0.7
7
高压水泵房
1600
0.45
0.75
8
冷加工车间
1200
0.2
0.5
9
模具车间
450
0.8
0.78
10

所用电
900
0.6
0.85
该地区气象条件：
（1）夏季主导风向为东南风；
（2）年雷暴日为20天；
（3）年最热月平均最高温度为30°C；
（4）土壤0.8-1.2米深处一年最热月平均温度为10°C；
（5）土壤冻结深度为0.7米。
车地质及水文条件：
根据勘测部门提供的本厂工程地质资料得知本厂区地质构造：
（1）地表平坦，土壤主要成分为沙质粘土，层厚2.6-5米不等；
（2）地耐压力为25吨/平方米；
（3）地下水位普遍为1.9米。

三、课程设计具体内容
1.负荷的计算、短路电流的计算；
2．总体供配电系统方案的确定；
3．母线、导线及开关设备的选择及校验；
4．功率因数补偿方案的确定；
四、课程设计提交验收的材料
1.设计说明书
2.供配电系统主结线图
3.设备清单
第三章 设计说明书
第一节负荷计算及功率因数补偿计算
3.1 负荷计算
3.1.1 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电力设计所需要的假想负荷——称为计算负荷，从而根据计算负荷按照允许发热条件选择供电系统的导线截面，确定变压器容量，制订提高功率因数的措施，选择及整定保护设备以及校验供电电压的质量等，是一件较为复杂的事。
3.1.2 负荷计算的方法
常用负荷计算的方法：(1)需要系数法(2)二项式系数法(3)形状系数法。
在此次设计中，设备台数较多，各台设备容量相差不太悬殊，所以考虑采用需要
系数法。负荷计算的主要公式有：
（1） 有功计算负荷（单位为KW）
（2） 无功计算负荷（单位为KVar）
（3） 视在计算负荷（单位为KVA）
（4） 计算电流（单位为A）
Un为车间或工厂的用电设备配电电压（单位为KV）

表2-1 车间负荷计算

序号
车间名称
负荷容量（KW）
需要系数（Kx）
功率因数
tan∮
计算负荷
P30
Q30
S30
I30
1
电机修理车间
2500
0.8
082
0.698
2000
1396
2439
3706
2
装配车间
2200
0.85
0.75
0.88
1870
1649
2493
3788
3
配料车间
1705
0.25
0.62
1.26
426.25
540
688
1045
4
热处理车间
1450
0.15
0.56
1.48
217.5
322
388
590
5
锻工车间
1800
0.25
0.6
1.33
450
600
750
1140
6
高压站
1700
0.5
0.7
1
850
867
1214
1845
7
高压水泵房
1600
0.45
0.75
0.88
720
635
960
1459
8
冷加工车间
1200
0.2
0.5
1.73
240
415
480
729
9
模具车间
450
0.8
0.78
0.8
360
288
462
702
10
所用电
900
0.6
0.85
0.62
540
335
635
965
K∑p=0.9 K∑q=0.95
0.73

6906
6695
9619

3.2 功率因数补偿计算
3.2.1 功率因数对供电系统的影响
在工厂供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下，无功功率增大，即供电系统的功率因数降低将会引起： (1)系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了投资费用；(2)由于无功功率的增大而引起的总电流的增加，使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大；(3)由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流，因此总电流增大，就使的供电系统中的电压损失增加，使得调压困难；(4)对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，使发电机转子的去磁效应增加，电压降低，过度增大激磁电流，从而使转子绕组的温升超过允许范围，为了保证转子绕组的正常工作，发电机就不能达到预定的效果 [4] 。
3.2.2 功率因数的补偿
供电单位在工厂进行初步设计时对功率因数都要提出一定的要求，本设计要求用户的功率因数cosΦ ≥ 0.9，需要对功率因数进行人工补偿。
由上表可知，可知该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.73而要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，赞取0.92来计算380V侧所需的无功功率补偿容量：
==
=3524kavr
采用PGJ1型补偿屏，并联电容器为BWF10.5-120-1W型采用其方案一（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总共容量 120*6kvar*5=3600kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和35KV侧的负荷计算如下表所示：

项目

COSφ
计算负荷
/KW
/Kvar
/kvA
/kA
380V侧补偿前负荷
0.73
6906
6695
9619
14.61
380V侧无功补偿容量

-3600

380V侧补偿后负荷
0.929
6906
3095
7568
11280
主变压器功率损耗

=111
=443

10kv侧负荷计算
0.92
7017
3168
7568
429
3.3 变压器的选择
3.3.1主变压器台数的选择
由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，且集中负荷较大，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器 。
3.3.2变电所主变压器容量的选择
无功补偿器的容量及型号
功率因数的计算
COSφ=P/S=6906/9619=0.72; tgφ=0.96。
计算无功补偿容量
根据功率因数考核基准值0.9的要求，应将本站功率因数补偿至0.9。所以补偿后的功率因数换算为正切值 tgφc=0.484。
所以补偿电容值为
QC=α(tgφ- tgφC)P=0.7×（0.96-0.484）×6906=2301kvar
选用的补偿电容型号及台数： TBB10.5-2250/25 两套

装有两台主变压器的变电所每台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，即
≈(0.6-0.7) =7568（0.6-0.7）=（4541-5298）KVA
因此选两台SL7-6300/35型低损耗配电变压器。工厂二级的备用电源亦由与邻近单位相连的高压联络线来承担。
主变压器的链接组别均采用Y/d-11.
3.3.3车间变电所变压器选择
车间变电所位置一般按下述原则确定：分散设置并接近负荷中心；便于低压网络的备用联络，节省变压器及开关等设备的投资。
根据厂区平面布置图提供的车间分布情况及各车间负荷的性质及大小，本厂拟设置六个车间变电所，由于主要车间的负荷均属于Ⅰ类负荷，故每个车间变电所均设置两台变压器。每台变压器的容量按能担负全部车间负荷来选择 [6] 。
车间变电所的名称、位置、型式以及变压器的容量和台数如下表所示

车间负荷情况
计算负荷
车间变电所代号
变压器台数及容量
序号
车间或用电设备组名称
额定容量（KW）
需要系数kx
功率因数cos¢
功率因数tan¢
KW

P30
Kvar

Q30
Kva

S30
A

I30

1
机加工车间
2500
0.8
082
0.698
2000
1396
2439
3706
第一

车间

变电

所
2X2000
2
装配车间
2200
0.85
0.75
0.88
1870
1649
2493
3788
7
高压水泵房
1600
0.45
0.75
0.88
720
635
960
1459
小结

6300

2790
3045
4130
6275
3
配料车间
1705
0.25
0.62
1.26
426.25
540
688
1045
第二车间变电所
1X1250
4
热处理车间
1450
0.15
0.56
1.48
217.5
322
388
590
小结

3155

643.75
862
1076
1635
5
锻工车间
1800
0.25
0.6
1.33
450
600
750
1140
第三车间变电所
1X800
6
高压站
1700
0.5
0.7
1
850
867
1214
1845
第四车间变电所
1X1250
8
冷加工车间
1200
0.2
0.5
1.73
240
415
480
729
第五车间变电所
1X1250
9
模具车间
450
0.8
0.78
0.8
360
288
462
702
小结

1650

600
703
924
1403
10
所用电
900
0.6
0.85
0.62
540
335
635
965

总计
15505

K∑p=0.9 K∑q=0.95
0.73

6906
6695
9619
14614

第二节 ，总体供电方案的确定

第三节短路计算
3.2 短路计算
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。短路计算常用的方法有两种：有名值法和标幺值法。
对于低压回路中的短路，由于电压等级较低，一般用有名值法计算短路电流。对于高压回路中的短路，由于电压等级较多采用有名值法计算时，需要多次折算，非常复杂。为了计算方便，在高压回路短路中，通常采用标幺值法计算短路电流。故本次设计选择标幺值法进行短路电流计算。
1、 绘制计算电路（如图4-1）

图4-1
2、确定基准值
设=100MVA,=， =36.75kv， =10.5kv， =0.4kv
1.57KA
5.5KA
==144 KA

(三) 计算短路中各元件的电抗标幺值
1电力系统
100MVA/600MVA=0.17
2架空线路 查表得LGJ-150的而线路长10km，故
（0.3610）100MVA/=0.27
3电力变压器 查表得7%(短路阻抗值，下同) 故
(7/100)100MVA/6.3MA=0.87
4）车间变电所的电抗标幺值
第一车间变电所 查表得％=4.5%
=0.03
因此绘制等效电路如图

（四） 计算k-1点的短路电路总抗及三项短路电流和短路容量
1总电抗标幺值
0.44
2三相短路电流周期分量有效值

3.6KA
3其他短路电流
3.6KA
9.18KA
5.4 KA
4三相短路容量
227MVA
（五） 计算k-2点的短路电路总电抗及三项短路电流和短路容量
1总电抗标幺值
0.87
2三相短路电流周期分量有效值
6.3 KA
3其他短路电流
6.3KA
16.1KA
9.5KA
4三相短路容量
114.9MVA
（六） 计算k-3点的短路电路总电抗及三项短路电流和短路容量
1总电抗标幺值
0.9
2三相短路电流周期分量有效值
160KA
3其他短路电流
160KA
241KA
408KA
4三相短路容量
111MVA
以上数据综合如下表

短路计算点
三相短路电流/KA
三相短路容量/MVA

k-1
3.6KA
3.6KA
3.6KA
9.18KA
5.4KA
227MVA
k-2
6.3KA
6.3KA
6.3KA
16KA
9.5KA
115MVA
k-3
160 KA
160 KA
160 KA
408KA
241 KA
111 MVA

第四节 设备的选择与校验
4.1短路校验
4.1.1 短路热稳定校验
短路热稳定校验就是要求所选的电器，当短路电流通过它时，其最高温度不
应超过制造厂规定的短路时发热允许温度，即：
I2Rtj≤It2Rt
或
I2tj≤It2t
式中 I2Rtj——短路电流所产生的热量；
I2Rt ——电器在短路时的允许发热量,制造厂通常以t秒（通常为1，4，5 秒）内通过的电流It所产生的热量表示；
tj——短路延续时间,秒

tj=td+0.05秒
=tb+tfd+0.05秒

式中 td——短路延时时间
tb——主保护动时间
tfd——断路器分闸时间
如果缺乏断路器分闸时间数据，当主保护为速动时，短路电流可取下列数
据；
对于快速及中速短路器，td =0.15秒。
对于低速断路器 td =0.2 秒。
此外当td＞1秒时，可认为td= tj
4.1.2 动力稳定校验
电动力稳定是指电器承受短路电流引起机械效应的能力，在校验时，用短路电流
的最大幅值与制造厂规定的最大允许电流进行比较
即： ich ≤ imax

或： Ich ≤ Imax

式中 Ich，ich —— 短路冲击电流及其有效值；
Imax，imax——电器极限通过电流的最大值及有效值。
4.2气设备的校验与定型
4.2.1 母线选择校验
1、10KV母线选择校验
（1） 母线形式确定
由于正常工作时流经母线的电流

因此应选择矩形铝导体。
（2） 母线截面积选择
按经济电流密度选择，Tmax=5000h，铝导体经济电流密度1.15A/mm2，
截面则应选择Sj=Ig/1.15=555.35 /1.15=482.91mm2;
本方案按按经济电流密度选择母线型号： LMY-63×8
（3） 热稳定校验
t取1，70℃时C=87
∴Smin=3180/87=36.55 mm2
所选导体截面504 mm2>36.7 mm2,故满足热稳定条件。
2、35KV母线选择校验
35KV母线采用户外布置，选择软导体较为经济，便于施工。
（1） 型式选择
选择钢芯铝绞线。
（2） 截面选择

按经济电流密度选择，Tmax=5000h，铝导体经济电流密度1.15A/mm2，
截面则应选择Sj=Ig/1.15=162.66/1.15=141.44 mm2;
经查表即选取LGJ-150/8。
（3） 截面热稳定校验

∴
Sj> Smin即满足热稳定要求。
4.2.2熔断器的选择与校验
35KV熔断器选择的选择

通过熔断器的最大长期工作电流为

熔件的额定电流为
应满足
短路冲击电流有效值（熔断器的额定开断电流，）
10KV熔断器选择的基本条件遇见算方法同上

另外由于跌开式高压熔断器的切断短路电流的能力使用额定断流容量来表示的，所以应计算短路容量，短路电路应采用冲击电流的有效值。
经计算采用RW5-35/100-400型跌开式高压熔断器与RW5-10/100-400跌开式高压熔断器。

5.2.3隔离开关的选择
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。
(1)35KV隔离开关的选择
根据隔开发展和应用情况，选取隔离开关型式为GW4-35T/630A户外双柱隔离开关。
其铭牌参数如下： 额定工作电压35KV=Ug; 额定工作电流630A>Ig=162.66A;
(2) 10KV 隔离开关选择
GN19-10C/1000型
其额定工作电压为10KV，满足要求额定工作电流1000A > I g =573.17A
4.2.4变电所各车间负荷及计算电流如下表所示：

表 5.2.3 变电所各车间负荷及计算电流及其选择导线截面和其载流量

车间名称
车间负荷（KW）
计算电流(A)
导线型号（铝绞线）
导线截面（mm2）
导线数量
（根）
允许载流
量
(A)
结论
机加工车间
2000
3575
LJ—300
300
6
680×6
合格
装配车间
1870
3552
LJ—300
300
6
680×6
合格
高压水泵房
720
1459
LJ—300
300
3
680×3
合格

4.2.5 380V 侧低压母线的选择
1) 各车间变电所计算电流计算如下：
表 5.2.4 各车间变电所计算电流

序号
车间负荷(KW)
计算电流（A）
NO.1
4131
1459
NO.2
579
1621
NO.3
450
1140
NO.4
850
1845
NO.5
540
1234

2) 根据计算电流选择母线截面及其载流量（见下表）：
表 5.2.5选择导线截面及其载流量
序号
导线类型
导线截面
导线数量
允许载流量
结论
NO.1
矩形铝母线
100×8
1
1542
合格
NO.2
矩形铝母线
100×10
1
1728
合格
NO.3
矩形铝母线
63×10
1
1168
合格
NO.4
矩形铝母线
125×10
1
2089
合格
NO.5
矩形铝母线
80×10
1
1427
合格
附录一、系统主接线图
附录二、设备清单
参考文献
1.刘学军.工厂供电设计指导.中国电力出版社.北京:2008
2.马桂荣 王全亮.工厂供配电技术.北京理工大学出版社.北京:2010
3.苏文成.工厂供电.机械工业出版社.北京:2004
4.孟祥萍.工业企业供电实用技术.机械工业出版社·2009.6
5.鞠平.电力工程.机械工业出版社.2009.1