1、電氣工程1106班電氣工程基礎課程設計某冶金機械修造廠供電系統設計admin2014/1/22中南大學電氣工程基礎課程設計目錄某冶金機械修造廠供電系統設計說明書.3一、概述. 31. 設計目的. 32. 設計內容. 33. 設計要求. 3二、設計基礎資料. 41. 冶金機械修造廠的產品及生產規模. 42. 冶金機械修造廠車間組成. 43. 全廠各車間負荷計算表. 54. 供用電協議. 65.冶金機械修造廠負荷性質. 66.自然條件 6三、工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺數及容量選擇. 51. 總降壓變電所位置. 52. 主變壓器的選擇. 5四、短路電流計算. 91. 基準值的選取. 92.

2、 各元件參數標幺值的計算. 103. 用于設備選擇的短路電流計算. 10五、電氣設備選擇. 121. 電氣設備選擇的一般條件. 122. 各回路的工作電流計算. 133. 斷路器和隔離開關選擇. 144. 導線的選擇. 205. 限流電抗器的選擇. 226. 電壓互感器的選擇. 237. 電流互感器的選擇. 248. 高壓熔斷器的選擇. 269. 支持絕緣子和穿墻套管的選擇. 2610. 消弧線圈的選擇. 2711. 避雷器的選擇. 27六、課程設計體會及建議. 29參考文獻. 29附錄. 30短路電流計算書. 30附圖：110kV 變電所電氣主接線圖（#2 圖紙）. 33某冶金機械修造廠供電

3、系統設計說明書一、 概述1、 設計目的（1） 復習和鞏固電氣工程基礎課程所學知識（2） 培養分析問題和解決問題的能力（3） 將課本理論知識與工程實際相結合，培養工程應用能力（4） 學習和掌握某冶金機械修造廠供電系統設計的基本原理和設計方法2、 設計內容本設計只做電氣部分的初步設計，不作施工設計和土建設計。（1）主變壓器選擇：根據負荷主變壓器的容量、型式、電壓等級等（2）電氣主接線設計：可靠性、經濟性和靈活性（3）配電系統設計：可靠性，開環運行，經濟性，穩定性（4）供、配電系統短路電流計算：不同運行方式（大、小、主）、短路點與短路類型（5）改善功率因素：調整無功出力和適當提高運行電壓（6）主要電

4、氣設備的選擇：斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器、高壓熔斷器、消弧線圈、避雷器等（7）繪制電氣主接線圖3、設計要求（1）負荷計算；（2）工廠總降壓變電所（終端變電站5個）的位置（地理接線圖）和主變壓器的臺數及容量選擇；（3）工廠總降壓變電所主接線設計（電氣一次接線）；（4）廠區高壓配電系統設計；（5）工廠供、配電系統短路電流計算；（6）改善功率因數裝置設計；（7）變電所高、低壓側設備選擇；（8）繼電保護裝置及二次結線的設計；（9）變電所防雷裝置設計（選做）二、 設計基礎資料1、冶金機械修造廠產品及生產規模該廠主要承擔全國冶金工業系統礦山、冶煉和軋鋼設備的配件生產，即以生產鑄造、鍛造、鉚焊

5、、毛坯件為主體，生產規模為：鑄鋼件1萬噸、鑄鐵件3千噸、鍛件1千噸、鉚焊件2千5百噸。2、冶金機械修造廠車間組成（1）鑄鋼車間；（2）鑄鐵車間；（3）鍛造車間；（4）鉚焊車間；（5）木型車間及木型庫；（6）機修車間；（7）砂庫；（8）制材場；（9）空壓站；（10）鍋爐房；（11）綜合樓；（12）水塔；（13）水泵房；（14）污水提升站等，各車間位置見全廠總車間布置圖，如圖1所示。（1）（2）（8）（5）（13）（4）（6）（9）（3）（7）（10）（12）（14）N圖1 全廠總平面圖（11）3、全廠各車間負荷計算表如下（表1、表2）下浮10%表1 各車間380V負荷序號車間或用電單位名稱設備容

6、量（kW）計算負荷變壓器臺數及容量備注（kW）（kVar）（kVA）（1）No.1變電所總和907.21061.421396.291鑄鋼車間25200.40.651.17907.21061.421396.2920.9（2）No.2變電所總和348.3373416.531鑄鐵車間8100.40.71.02291.6297.43416.5320.92砂庫900.70.61.3356.775.5794.48（3）No.3變電所總和335.95640.52723.281鉚焊車間11700.30.451.98315.9625.48700.7310.921水泵房29.70.750.80.7520.0515

7、.0425.07（4）No.4變電所總和457.2480.27663.091空壓站3330.850.750.88283.05249.08377.04102機修車間1260.250.651.1731.536.8648.493鍛造車間1980.30.551.5259.490.29108.084木型車間1620.350.61.3356.775.4194.355制材場22.50.280.61.336.38.3810.486綜合樓22.50.91120.2520.2528.64（5）No.5變電所總和271.74213.81345.771鍋爐房2880.750.80.75216162270122水泵房2

8、70.750.80.7520.2515.1925.313倉庫（1、2）79.310.30.651.1723.7927.8436.624污水提升站180.650.80.7511.78.7814.63表2 各車間6kV負荷序號車間或用電單位名稱設備容量（kW）計算負荷說明（kW）（kVar）（kVA）1電弧爐211250.90.870.5720251154.252330.862工頻爐22250.80.90.48360172.8399.323空壓機22880.850.850.62489.6303.55576.064、供用電協議工廠與電業部門所簽訂的供用電協議主要內容如下：（1）工廠電源從電業部門某2

9、20/35kV變壓所，用35kV雙回架空線引入該廠，其中一個作為工作電源，一個作為備用電源，兩個電源不并列運行，該廠變電所距廠東側9公里。（2）供電系統短路技術數據表3 區域變電所35kV母線短路數據系統運行方式短路容量說明最大運行方式最小運行方式供電系統如下圖（圖2）所示：區域降壓變電所 220/35kV本廠總降壓變電所 （待設計）d(3)d(3)l=9km =0.4/km（同上）圖2 供電系統圖（3）電業部門對該廠提出的技術要求² 區域變電所35kV配出線路定時限過流保護裝置的整定時間為2秒，工廠“總降”不應大于1.5秒；² 在總降壓變電所35kV側進行計量；²

10、; 該廠的功率因數值應在0.9以上。5、冶金機械修造廠負荷性質該廠為三班工作制，最大有功負荷年利用小時數為6000小時，屬于二級負荷。6、自然條件（1）最熱月平均最高氣溫為30；（2）土壤中0.71米深處一年中最熱月平均溫度為20；（3）年雷暴日為31天；（4）土壤凍結深度為1.1米；（5）夏季主導風向為南風。2、主變壓器及主接線設計主變壓器的選擇主要根據負荷計算表。因為要求全廠的功率因數在0.9以上，所以要進行無功補償，從而計算出補償后變電所的視在功率。本廠的負荷性質屬于二級負荷，可靠性要求較高，所以主變壓器應選擇兩臺，其中一臺備用。當一臺故障時，另一臺可以馬上投入運行以保證此冶金機械修造廠

11、全廠的供電需求。1、廠用負荷計算380V1號變電所 P1=907.2kw Q1=1061.42 kvarS1=1396.29KV·A2號變電所 P2=348.3kw Q2=373 kvarS2=510.34KV·A3號變電所 P3=335.95kwQ3=640.52 kvar S3=723.28KV·A4號變電所 P4=457.2kwQ4=480.27 kvar S4=663.09KV·A5號變電所 P5=271.74kwQ5=213.81 kvar S5=345.77KV·A總380V P=2320.39kwQ=2769.02 kvar S=

12、3612.71KV·A6KV P=2874.6kw Q=1630.6 kvar S=3304.9KV·A總有功功率P = 5194.99kw總無功功率Q = 4399.62kvar總視在功率S = 6807.69 KV·A全廠功率因數=5194.99/6807.69=0.763<0.9 2、無功補償計算根據本資料所給的條件：工廠最大負荷時的功率因數值在0.9以上，所以必需采用并聯電容器來采取無功補償。供電系統中裝設無功功率補償裝置以后，對前面線路和變壓器的無功功率進行了補償，從而使前面線路和變壓器的無功計算負荷、視在計算負荷和計算電流得以減小，功率因素得以提

13、高。kvar取2400kvar低壓側補償后無功功率：kvar低壓側補償后視在功率：KV·A 變壓器損耗：kvar高壓側有功功率：kw高壓側無功功率：kvar高壓側視在功率：KV·A補償后的功率因數：> 0.92.1主變壓器的選擇由于工廠采用明備用的變壓器選擇方式，每臺變壓器必須承擔100%的工廠總負荷，所以我們選擇型號為SC8-6300/35的變壓器兩臺。一臺工作，一臺備用。表2-1主變型號及參數型號（W）總質量電壓組合(kV)聯結組標號標準節能W%kg高壓低壓SC8-6300/351150096603700080.716900356.3Y,d112.2 架空線路的選

14、擇根據經濟電流密度選擇導線截面積因為工業電源從電業部門某220/35千伏變電所用35千伏雙回架空線引入本廠，其中一個做工作電源，一個做備用電源，兩個電源不并列運行。架空線最大工作電流：A 因為本廠為三班工作制，最大有功負荷年利用小時數為6000小時。屬于二級負荷，所以選取經濟電流密度：導線的經濟截面積：選LGT-120型鋁導線。長時允許電流校驗導線截面積LGT-120型鋁導線，長期允許工作電流，最高允許溫度為900C。其中長時允許電流：線路承受的最大負荷電流就為符合要求。電壓損失校驗雙回路供電，每條導線上的最大負荷電流：線路電壓損耗百分比：=1.500%<5%符合要求功率因數校驗35KV

15、最小允許截面積為10,滿足負荷要求。35KV架空線的損耗：35kv架空線電路電源入口處的功率因數滿足要求2.3 補償電容的選擇為了提高功率因數，安裝并聯電容器，用于無功補償。補償無功后可以提高電壓、降低線損、減少電費支出、節約能源、增加電網有功容量傳輸、提高設備的使用效率。本設計中本廠的功率因數值應在0.9以上，必須6KV母線上并聯電力電容器，使變電所35KV處的功率因數得到提高到0.9，需要補償的總電力電容器容量為2400kvar, 所以選24臺BWF-6.3-100-1w的電容器。表2-2電容器參數型號額定電壓額定容量標算電容CBWF-6.3-100-1w6.3KV100Kvar2.89u

16、F注：B并聯電容器，W浸漬劑為烷基苯，F聚丙烯薄膜和電容器紙復合介質2.4 各車間變電所的選擇表2-3 各變電所變壓器選擇型號車間型號電壓組合(kV)損耗(kW)阻抗電壓(%)聯接租標號總質量(kg)軌距(mm)高壓低壓空載負載NO.1S9-160060.42.40014.5004.5Y,yn03420660NO.2S9-40060.40.8004.3004.0Y,yn01220260NO.3S9-80060.41.4007.5004.5Y,yn02000430NO.4S9-100060.41.70010.3004.5Y,yn02280520NO.5S9-40060.40.8004.3004.

17、0Y,yn012202603短路電流計算3.1 三相短路電流計算的目的短路電流將引起下列嚴重后果：短路電流往往會有電弧產生，它不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍設備和傷害周圍人員。巨大的短路電流通過導體時，一方面會使導體大量發熱，造成導體過熱甚至熔化，以及絕緣損壞；另一方面巨大的短路電流還將產生很大的電動力作用于導體，使導體變形或損壞。短路也同時引起系統電壓大幅度降低，特別是靠近短路點處的電壓降低得更多，從而可能導致部分用戶或全部用戶的供電遭到破壞。網絡電壓的降低，使供電設備的正常工作受到損壞，也可能導致工廠的產品報廢或設備損壞，如電動機過熱受損等。短路計算的目的主要有以下幾點：1用于變壓

18、器繼電保護裝置的整定。2選擇電氣設備和載流導體。3選擇限制短路電流的方法。4確定主接線方案和主要運行方式。3.2 短路電流計算公式表3-1：電力系統各元件電抗標幺值計算公式：設備計算電抗公式無窮大電源變壓器輸電線注：為系統無限大電源處不同運行方式時的短路容量3.3 各母線短路電流的計算各母線短路電流計算過程如圖1，圖2所示：取1. 當系統處于最大運行方式時：無窮大系統電源電壓保持不變，電源相電壓標幺值為1.02. 當35KV母線點發生三相短路時：所以（2）當6.3KV母線點發生三相短路時：同理可得：2.當系統處于最小運行方式時：(1)當35KV母線點發生三相短路時：（2）當6.3KV母線點發生

19、三相短路時：同理可得：各母線短路電流列表表3-2各短路點短路電流計算：短路點短路類型三相短路（KA）最大運行方式2.1854.389最小運行方式1.9984.2434主變壓器繼電保護4.1保護要求繼電保護的定義繼電保護技術是一種電力系統安全保障技術，是指安裝在電力系統各電氣元件上，能在指定的保護區域內迅速地，準確地反應電力系統中各元件的故障或不正常工作狀態，并作用于斷路器跳閘或發出信號的一種自動裝置保護。繼電保護的作用繼電保護的主要作用是：在電力系統范圍內，按指定保護區實時地檢測各種故障和不正常運行狀態，及時地采取故障隔離或警告措施，力求最大限度地保證用戶安全連續用電。在現代的電力系統中，如果

20、沒有專門的繼電保護裝置，要想維持系統的正常運行根本不可能。繼電保護裝置性能：繼電保護裝置是保障電網可靠運行的重要組成部分，一般由感受元件、比較元件和執行元件組成。繼電保護裝置必須具備以下4項基本性能：靈敏性。靈敏性表示保護范圍內發生故障或不正常運行狀態時，繼電保護裝置的反應能力，通常以靈敏系數表示。在設備或線路的被保護范圍內發生金屬性短路時，保護裝置應具有必要的靈敏系數。可靠性。在規定的保護范圍內發生了屬于其應該動作的故障時，保護裝置不應拒動作；而在任何不屬于其應該動作的情況下，保護裝置不應該誤動作。快速性。為防止故障擴大，減輕其危害程度，加快系統電壓的恢復，提高電力系統運行的穩定性，在系統發

21、生故障時，保護裝置應盡快動作，切除故障。選擇性。在可能的最小區間切除故障，保證最大限度地向無故障部分繼續供電。即首先由距故障點最近的斷路器動作切除故障線路，盡量減小停電范圍，保證系統中無故障部分仍能正常運行。對繼電保護裝置的要求(1)變壓器的電流速斷保護：瓦斯保護不能反映變壓器外部故障。因而對于較小容量的變壓器需要在電源側裝設電流速斷保護，作為電源側繞組、管套及引出線故障的主要保護，并用過電流保護作為變壓器內部故障的后備保護。(2)變壓器的過電流保護：為了反映變壓器外部短路引起的過電流并作為變壓器主保護的后備保護，變壓器還要裝設過電流保護。(3)過負荷保護：為了防止長期過負荷而引起的過電流，變

22、壓器要裝設過負荷保護。本廠對繼電保護的要求根據實際情況，本廠的繼電保護要求有以下三點：(1)電流速斷保護(2)過電流保護(3)過負荷保護4.2整定計算有關參數計算下表所示：表4-1各參數值計算表：參數名稱計算參數值35KV側6.3KV側變壓器額定電流A電流互感器的接線方式Y電流互感器一次電流A577.35A電流互感器型號LRD-35，200/5LRD-6.3,600/5電流互感器變比200/5=40600/5=120二次回路額定電流180/40=4.5A577.35/120=9.344A表4-2 電流互感器的參數型號額定電壓額定頻率額定二次電流電流比負荷準確級次LRD-35,200/535KV

23、50HZ5A200/50.80.2LRD-6.3,600/535KV50HZ5A600/50.80.2電流速斷保護的動作電流整定：其中為可靠系數：取=1.3；為接線系數z=1為變壓器低壓側母線三相短路時最大短路電流;為電流互感器變比。取，I段靈敏度校驗：原則：按保護安裝處的最小運行下兩相短路電流校驗；符合要求。過電流保護的動作電流整定：按照躲過最大負荷電流整定計算來得到電流繼電器的整定值其中：為電機的自動啟動系數。整定值為6A，動作時限t=2.0S根據小運行方式下，被保護線路末端發生短路的情況進行校驗段靈敏度校驗：其中：為折算到高壓側的低壓側兩相短路電流最小短路電流值。故符合要求。過負荷保護動

24、作于發出信號，時限一般取415s。動作電流按下式整定：式中可靠系數，視變壓器過負荷能力而定，可取1.051.15；繼電器返回系數，取0.80.85；變壓器額定電流。5.變電所設計說明5.1設計概述本設計為35KV壓降變電所及配電系統的一次設計，該設計是針對生產規模為：鑄鋼件1萬噸、鑄鐵件3千噸、鍛件1千噸、鉚焊件2千5百噸的冶金機械修造廠而設計的。變電所內一次設備主要：有兩臺主變壓器(型號為SC8-6300/35)、各車間變壓器、斷路器、隔離開關、所用變壓器、避雷器、高壓開關進線柜等。設計主要遵循中華人民共和國建設部發布的35kv110kv變電所設計規范以及其他相關法律法規。5.2 室內布置整個主控制室和高壓配電室坐北朝南，這樣便于主控制室采光。主控制室內裝設有低壓配電屏，主變保護屏，中央信號，中央信號繼電器及電鍍表屏，主變控制屏，中央信號布置在北側，正對著值班人員。兩段母線的配電裝置分別設在兩個單獨的房間內，兩個配電室之間通過雙開鋼門相連接，另外兩個配電室還有一個外形式雙開鋼門。電容器應單獨布置在一個房間內。5.3 室外布置35KV電源進線由變電所東側的區域降壓變電所通過架