某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计-工厂供电课程设计

　工

　厂

　供

　电

　课

　程

　设

　计

　 姓名:

　学号:

　专业:

　班级:

　某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计

　摘要: :

　工厂供电,就是指工厂所需电能的供应和分配,亦称工厂配电.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,但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可以大大增加产量,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,改善工人的劳动条件,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. 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. 此外,在供电工作中,应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系,既 照顾局部的当前的利益,又要有全局观点,能顾全大局,适应发展. 1 1 、

　工厂供电设计的一般原则

　按照国家标准 GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定,进行设计

　1

　 目录: 1．35KV 变电所电气一次部分初步设计参考资料

　……………………………………3

　1.1 本所设计电压等级

　 ……………………………………………………………3

　1.2 工厂的总平面布置图

　 …………………………………………………………3

　1.3 供用电协议 ………………………………………………………………………3

　1.4 本所地理概况 ……………………………………………………………………3

　1.5 工厂负荷性质

　 …………………………………………………………………4 2、确定全厂计算负荷,编制负荷总表 …………………………………………………4

　2.1 全厂负荷的计算方法 ……………………………………………………………4

　 2.1.1、NO.1 车间

　………………………………………………………………4

　 2.1.2、NO.2 车间……………………………………………………………4

　 2.1.3、NO.3 车间……………………………………………………………4

　 2.1.4、NO.4 车间……………………………………………………………5

　 2.1.5、NO.5 车间……………………………………………………………5

　2.2 无功功率补偿 ……………………………………………………………………7 3、变电所位置和形式的选择 ……………………………………………………………9 4、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择 …………………………………9 5、短路电流的计算 ………………………………………………………………………10

　 5.1 绘制计算电路……………………………………………………………………10

　 5.2 确定短路计算基准值……………………………………………………………10

　 5.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值…………………………………………10

　 5.4 35KV 侧三相短路电流和短路容量………………………………………………11

　 5.5 6KV 侧三相短路电流和短路容量 ………………………………………………11 6、 变电所一次设备的选择校验…………………………………………………………12

　 6.1、35kV 侧一次设备的选择校验 …………………………………………………12

　 6.2 6KV 侧一次设备的选择校验 ……………………………………………………13 6.3 380V 侧一次设备的选择校验 …………………………………………………13 7、变电所高、低压线路的选择

　…………………………………………………………14

　 7.1 导线型号的选择原则 ……………………………………………………………14

　 7.2 导线截面选择原则

　 ……………………………………………………………15

　 7.3 计算母线型号

　 …………………………………………………………………16

　7.3.1、35KV 侧母线的选择

　…………………………………………………16

　7.3.2、6kV 母线的选择 ………………………………………………………17

　 7.3.3、6kV 出线的选择 ………………………………………………………18 8、继电保护的整定

　………………………………………………………………………19

　 8.1、 继电保护装置的任务 …………………………………………………………19

　 8.2、对继电保护的基本要求

　………………………………………………………19

　 8.3、35kV 主变压器保护

　……………………………………………………………20

　 8.4、6kV 变压器保护

　 ………………………………………………………………20

　 8.5、0.38KV 侧低压断路器保护

　……………………………………………………21

　2

　 9、 变压所的防雷保护

　……………………………………………………………………22

　9.1

　防雷装置意义

　…………………………………………………………………22

　9.2

　直击雷的防治

　…………………………………………………………………22

　9.3

　雷电侵入波保护

　………………………………………………………………22

　9.4 变电所公共接地装置的设计……………………………………………………22 10、心得和体会 ……………………………………………………………………………23 参考文献 ……………………………………………………………………………………24 附录 …………………………………………………………………………………………25

　3

　 1 1 ． 35V KV 变电所电气一次部分初步设计参考资料 1 1. .1 1 本所设计电压等级 :220/ / 35 KV

　1 1. .2 2 工厂的总平面布置图

　 1 1. .3 3 供用电协议: :

　(1)、工厂电源从电力系统的某 220/11KV 变电站以 35KV 双回路架空线引进工厂,其中一路作为工作电源,另一路作为备用电源,两个电源不并列运行,系统变电站距工厂东侧 8 千米. (2)、系统运行方式:系统短路容量最大运行方式 Soc.米 ax=200 米 VA,系统短路容量最小运行方式 Soc.米 in=175 米 VA. (3)、供电部门对电厂提出的技术要求:系统变电站 11KV 馈线路定时过电流保护的整定时间为top=2s,工厂总压降变电所保护的动作时间不得大于1.5s;工厂在总压降变电所35KV电源侧进行电能计算;工厂最大功率因素不得低于 0.9(取 0.92)

　4

　 1 1. .4 4 本所地理概况: :

　 (1)、气象资料:年最高气温 40℃,年平均气温 15.7℃,年最低气温-11.9℃,年最热月平均最高气温 39.4℃,年最热月平均气温 28.1℃.无霜期 230 天左右,年平均降水量 1200 毫米 (2)、海宁,海盐,平湖海拔最高,4-5 米,嘉善,秀洲区海拔最低,1.-2 米 ,平均海拔 3.88 米.地下水位 42.46 米. 1 1. .5 5 工厂负荷性质: : 本厂为三班工作制,年最大有功利用小时为 6000h,属二级负荷

　 2 2 、确定全厂计算负荷, , 编制负荷总表

　 2 2. .1 1 全厂 负荷的计算方法: :

　有功计算负荷:P30=KdPe

　无功计算负荷:Q30= P30 tan 

　试在计算负荷:S30= P30/ cos 

　 计算电流:I30= S30/( 3 UN)

　 各车间 380V 低压负荷计算 :

　 2.1.1、NO.1 车间: 铸钢车间:设备容量 Pe=2000KW,Kd=0.4, cos  =0.65, tan  =1.17

　 P30=0.4*2000=800Kw

　Q30=800*1.17=936Kvar

　 S30=800/0.65=1230.8 KVA

　 I30=1230.8/( 3 *6)=106.6A 2.1.2、NO.2 车间: 铸铁车间:设备容量 Pe=1000KW,Kd=0.4, cos  =0.7, tan  =1.02

　 P30=0.4*1000=400Kw

　Q30=400*1.02=408Kvar

　 S30=400/0.7=571.4 KVA

　 I30=571.4/( 3 *6)=55A

　沙库:设备容量 Pe=110KW ,Kd=0.7, cos  =0.6, tan  =1.33

　 P30=0.7*110=77Kw

　 Q30=77*1.33=102.4Kvar

　 S30=77/0.6=128.3 KVA

　 I30=128.3/( 3 *0.38)=194.9A 2.1.3、NO.3 车间: 铆焊车间:设备容量 Pe=1200KW,Kd=0.28, cos  =0.45, tan  =1.98

　 P30=0.28*1200=336Kw

　Q30=336*1.98=665.3Kvar

　 S30=336/0.45=746.7KVA

　 I30=746.7/( 3 *0.38)=1134.5A

　NO.1 水泵房:设备容量 Pe=28KW,Kd=0.65, cos  =0.8, tan  =0.75 P30=0.65*28=18.2Kw

　 Q30=18.2*0.75=13.65Kvar

　 S30=18.2/0.8=22.8 KVA

　 I30=22.8/( 3 *0.38)=34.6A 2.1.4、NO.4 车间:

　5

　 空压站:设备容量 Pe=390KW,Kd=0.8, cos  =0.75, tan  =0.88 P30=0.8*390=312Kw

　Q30=312*0.88=274.6Kvar

　 S30=312/0.75=416 KVA

　 I30=416/( 3 *0.38)=632A

　 机 修 车 间 : 设 备 容 量 Pe=150KW,Kd=0.25, cos =0.65, tan =1.17 P30=0.25*150=37.5Kw

　Q30=37.5*1.17=43.9Kvar

　 S30=37.5/0.65=57.7 KVA

　I30=57.7/( 3 *0.38)=87.7A

　 锻造车间:设备容量 Pe=220KW,Kd=0.3, cos  =0.55, tan  =1.52

　 P30=0.3*220=66Kw

　Q30=66*1.52=100.3Kvar

　 S30=66/0.55=120 KVA

　 I30=120/( 3 *0.38)=182.3A

　 木型车间:设备容量 Pe=186KW,Kd=0.3, cos  =0.65, tan  =1.17 P30=0.3*186=55.8Kw

　Q30=55.8*1.17=65.3Kvar

　 S30=55.8/0.65=85.8 KVA

　 I30=85.8/( 3 *0.38)=130.4A

　 制材场:设备容量 Pe=20KW,Kd=0.28, cos  =0.6, tan  =1.33 P30=0.28*20=5.6Kw

　Q30=5.6*1.33=7.5Kvar

　 S30=5.6/0.6=9.3 KVA

　 I30=9.3/( 3 *0.38)=14.1A

　综合楼:设备容量 Pe=20KW,Kd=0.85, cos  =1, tan  =0

　P30=0.85*20=17Kw

　Q30=0

　 S30=17/1=17 KVA

　 I30=17/( 3 *0.38)=25.8A 2.1.5、NO.5 车间:

　锅炉房:设备容量 Pe=300KW,Kd=0.7, cos  =0.8, tan  =0.75 P30=0.7*300=210Kw

　Q30=210*0.75=157.5Kvar

　 S30=210/0.8=262.5 KVA

　 I30=262.5/( 3 *0.38)=398.8A

　No.2 水泵房:设备容量 Pe=28KW,Kd=0.65, cos  =0.8, tan  =0.75 P30=0.65*28=18.2Kw

　Q30=18.2*0.75=13.7Kvar

　 S30=18.2/0.8=22.8 KVA

　 I30=22.8/( 3 *0.38)=34.6A

　仓库(1、2):设备容量 Pe=88KW,Kd=0.4, cos  =0.65, tan  =1.17 P30=0.4*88=35.2Kw

　Q30=35.2*1.17=41.2Kvar

　 S30=35.2/0.65=54.2KVA

　 I30=54.2/( 3 *0.38)=82.3A

　污水提升站:设备容量 Pe=14KW,Kd=0.75, cos  =0.75, tan  =0.88

　 P30=0.75*14=10.5Kw

　Q30=10.5*0.88=9.2Kvar

　 S30=10.5/0.75=14KVA

　 I30=14/( 3 *0.38)=21.3A

　 表 2-1

　6

　序号 车间名称 设 备 容量/KW Kd cos  tan  计算负荷 车间变电所代号 变压器台数及其容量/KVA P 30 /KW Q 30 /Kvar S 30 /KVA I 30 /A 1 铸钢车间 2000 0.4 0.65

　1.17

　800

　 936

　 1230.8

　106.6

　No.1车变 2*800KVA(S9-800/10(6)) 2 铸铁车间 1000 0.4 0.7

　1.02

　400

　 408

　 571.4

　55

　 No.2车变 2*1250KVA(S9-400/10(6)) 砂库 110 0.7 0.6

　1.33

　77

　102.4

　128.3

　194.9

　小计(K ∑ =0.9)

　 429.3 459.4 628.8 955.4 3 铆焊车间 1200 0.28 0.45

　1.98

　336

　 665.3

　 746.7

　 1134.5

　No.3车变 1*800 KVA(S9-800/10(6)) No.1 水泵房 28 0.65 0.8

　0.75

　18.2

　13.65

　22.8

　 34.6

　 小计(K ∑ =0.9)

　 318.8 611 692.6 1052.3 4 空压站 390 0.75

　0.75

　0.88

　312

　 274.6

　 416

　 40

　No.4车变 1*630KVA(S9-630/10(6)) 机修车间 150 0.25

　0.65

　1.17

　37.5

　 43.9

　 57.7

　 87.7

　 锻造车间 220 0.3

　0.55

　1.52 66

　 100.3

　 120

　 182.3

　 木型车间 186 0.3

　0.65

　1.17

　55.8

　65.3

　 85.8

　130.4

　 制材厂 20 0.28

　0.6

　1.33

　5.6

　7.5

　9.3

　14.1

　综合楼 20 0.85

　1

　0

　17

　 0

　17

　25.8

　小计(K ∑ =0.9)

　 444.5 442.4 627 952.6 5 锅炉房 300 0.7

　0.8

　0.75

　210

　157.5

　262.5

　398.8

　No.5车变 1*400KVA(S9-400/10(6)) No.2 水泵房 28 0.65

　0.8

　0.75

　18.2

　13.7

　22.8

　34.6

　仓库 1、2 88 0.4

　0.65

　1.17

　35.2

　41.2

　54.2

　82.3

　污水提升站 14 0.75

　0.75

　0.88

　10.5

　9.2

　14

　21.3

　小计(K ∑ =0.9)

　 246.5 199.4 317 481.6

　总计 (380V 侧)

　总计算负荷求和 2239.1KW 2648.2Kvar 3496.2KVA 5311.9A 计入 p K  =0.9 q K  =0.95

　2015.2KW 2383.4 Kvar 3121.2KVA 4742.2 A

　 cos  =2015.2/3121.2=0.64 6KV 高压车间负荷计算:

　7

　表 2-2 序号 车间 名称 高 压设备 名称 设 备 容量 Kd cos  tan 

　计算负荷 P 30 /KW

　Q 30 /Kvar

　 S 30 /KVA

　 I 30 /A

　 1 铸 钢车间 电 弧炉 2*1250 0.9 0.87 0.57 2250 1282.5 2586 248.8 2 铸 铁车间 工 频炉 2*200 0.8 0.9 0.48 320 153.6 355.6 34.2 3 空 压站 空 压机 2*250 0.8 0.8 0.75 400 300 500 48.1 小 计 (K ∑=0.9)

　 2673 1562.49 3096.2 297.9

　总计 (6KV 侧)

　总计算负荷求和 2970KW 1736.1Kvar 3441.6KVA 331.2A 计入 p K  =0.9 q K  =0.95

　2673KW 1649.3 Kvar 3140.9KVA 302.2 A cos  =2673/3140.9=0.85

　2 2. .2 2

　无功功率补偿

　该厂 380V 侧最大负荷是的功率因数只有 0.74.而供电部门要求该厂 10KV 进线侧最大负荷是功率因数不应该低于 0.9.考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗,因此 380V 侧最大负荷是功率因素应稍大于 0.9,暂取 0.92 来计算 380V 侧所需无功功率补偿容量: Qc= P30( tan  1- tan  2)=2015.2(tan(arccos0.64)-tan(arccos0.92))=1561Kvar 故选 JK 系列无功功率补偿控制器低压配电系统电容器补偿装置的自动调节 ,并联电容器为 HD194-195 型,补偿容量为 1600Kvar. 高压 6KV 侧的无功功率补偿为: Qc= P30( tan  1- tan  2)=2673(tan(arccos0.85)-tan(arccos0.92))=517.9Kvar 故 选 PGJ1 型 低 压 自 动 补 偿 屏 , 并 联 电 容 器 为 BWF6.3-120-1 型 , 总 共 容 量120Kvar*5=600Kvar.

　8

　 因此无功补偿后工厂 380V 侧和 6KV 侧的负荷计算如表 2.2 所示. 表 2-3 无功补偿后工厂的计算的负荷

　项

　目

　cos 

　计算负荷 30 P kW

　30 var Q k 30 S kVA

　30 I A

　380V 侧补偿前负荷 0.76 2015.2 2383.4

　3121.2

　4742.2

　380V 侧无功补偿容量

　 -1561

　 380V 侧补偿后负荷 0.928 2015.2 805.2 2170.1 3297 6kV 侧负荷总计 0.92 2673 1649.3

　3140.9

　302.2

　 6KV 变压器的有功损耗为:ΔPT=0.015*S30=0.015*2170.1=32.5KW

　无功损耗为:ΔQT=0.06*S30=0.06*2170.1=130.2Kvar 所以 6KV 变压器总的有功损耗为:P30=2015.2+32.5+2673=4720.7KW 总的无功损耗为:Q30=805.2+130.2+1649.3=2584.7Kvar 总得视在损耗为:S30=5382KVA 35KV 侧的变压器有功损耗为:ΔPT=0.015*S30=0.015*5382=80.73 KW 无功损耗为:ΔQT=0.06*S30=0.06*5382=323Kvar 35KV 总的有功功率为:P30=4720.7+80.73=4801.4KW 总的无功功率为:Q30==2584.7+323=2907.7Kvar

　 总得视在功率为:S30=5613KVA 计算电流:I30=S30/( 3 *UN)=92.6A

　 3 3 、变电所位置和形式的 选择

　9

　变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心.工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如 P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在 P(x,y),P 为P1+P2+P3+…=∑Pi.

　ii i3 2 13 3 2 2 1 1P) x P (P P Px P x P x Px  

　 (3.1)

　 ii i3 2 13 3 2 2 1 1P) y P (P P Py P y P y Py  

　 (3.2) 表 3.1 各车间和宿舍区负荷点的坐标位置 坐标轴 1.1 1.2 2 3 4 5 X(厘米) 1.5 4.5 6 4.5 7 0.5 Y(厘米) 8.5 8.5 7.5 9.5 9.5 3

　 由计算结果可知,x=4.7, y=7.9 工厂的负荷中心在铸钢车间和铸铁车间的中间.其型式为附设式.变电所平面布置图如附录 1.

　 4 4 、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择

　根据工厂的负荷性质和电源情况,决定先用两台主变压器 每台变压器容量按式i iip yyp和式 . 30 1 2 N TS S选择,所以每台变压器的额定容量为:SN.T=0.7*S30=0.7*5613=3929KVA,所以每台变压器选择为 S9-4000KVA/35KV,主变压器的联结组均采用 Yd11 高压侧主接线图如附录:3; 低压侧主接线图如附录 4;

　 5 5 、短路电流的计算

　10

　 5 5. .1 1

　绘制计算电路

　5 5. .2 2

　确定短路计算基准值

　设100dS MVA ,Ud=Uc=37KV,即高压侧 Ud1=37KV,Ud2=6.3KV, Id1=Sd/( 3 *Ud1)=1.56KA Id2=Sd/( 3 *Ud2)=9.16KA

　 5 5. .3 3

　计算短路电路中各元件的电抗标幺值

　(1)电力系统

　已知 Soc=200 米 VA,故 1 X  =100 米 VA/200 米 VA=0.5 (2)架空线路

　查表 3-1,X0=0.4Ω/千米,而线路长 8 千米. 2 X  =0.4*8*(100/37²)=0.23 (3)电力变压器

　查资料得,得 Uk％=7,故 3 X  =(7/100)*(100*1000/4000)=1.75

　5 5. .4 4

　35V KV 侧三相短路电流和短路容量

　(1) 总电抗标幺值

　11

　 ( 1) 1 2 0.5 0.23 0.73 k X X X      (2)三相短路电流周期分量有效值 1( 1)( 1)1.562.140.73dkkI KAI KAX   (3)其他短路电流 ( 1) 2.14 k I I I KA    2.55 5.45 sh i I KA   

　 1.51 3.23 sh I I KA    (4)三相短路容量

　1( 1)1001370.73dkkS MVAS MVAX   5 5. .5 5

　6 6V KV 侧三相短路电流和短路容量

　(1)总电抗标幺值 ( 2) 1 2 31.75 1.750.5 0.23 1.6051.75 1.75k X X X X       (2)三相短路电流周期分量有效值 2( 2)( 2)9.165.71.605dkkI KAI KAX   (3)其他短路电流 ( 2) 5.7 k I I I KA    2.55 14.51.51 8.6shshi I KAI I KA     (4)三相短路容量

　12

　 2( 2)10062.31.605dkkS MVAS MVAX   短路的计算结果: 表 5-1

　短路计算点 三相短路电流/kA 三 相 短 路容量/米 VA (3)kI "(3)I

　(3)I  (3)shi (3)shI S N

　k-1 2.14KA 2.14 KA 2.14 KA 5.45 KA 3.23 KA 137 k-2 5.7 KA 5.7 KA 5.7 KA 14.5 KA 8.6 KA 62.3

　 6 6 、

　变电所一次设备的选择校验

　6 6. .1 1 、 35V kV 侧一次设备的选择校验

　表 6.1

　35kV 侧一次设备的选择校验 选择校验项目 电

　压 电

　流 断

　流 能

　力 动

　稳 定

　度 热

　稳 定

　度 其

　他 装置地点条件 参数 NU I 30

　(3)KI (3)shi (3)2imaI t

　数据 35KV 92.6A 2.14KA 5.45KA 3.23KA

　一 次 设备型号规格 额定参数

　 高压少油断路器SW3-35 35kV 630A 6.6kA 17KA 6.6KA (4S)

　高压隔离开关 GW4-40.5 35kV 630-4000A

　50-125KA 20-50 (4S)

　高压熔断器 RW5-35/100 35kV 100A

　 电 压 互 感 器JDJ2-35 35/0.1kV

　电 流 互 感 器LCZ-35 35Kv 100/5A

　31.8KA 81 二 次 负荷 0.6Ω 避 雷 器Y5CZ4—42/117 35kV

　 雷 击 冲击 电 流下 惨 压134KV

　13

　6 6. .2 2

　6 6V KV 侧一次设备的选择校验

　表 6.2

　6KV 侧一次设备的选择校验 选择校验项目 电

　压 电

　流 断

　流 能

　力 动

　稳 定

　度 热

　稳 定

　度 其

　他 装置地点条件 参数 NU 30I (3)KI (3)shi (3)2imaI t

　数据 6KV 302.2A 5.7KA 14.5KA 8.6KA

　 一次设备型号规格

　 额定参数

　 高 压 断 路 器ZN7-600/6KV 6KV 630A

　 高压熔断器 RN1-6 6KV 0.5A

　 电流互感器 LA-10 10KV 300/5

　 电 压 互 感 器JDZB-6 6KV

　隔离开关 GN19-10/1000 10KV

　1000

　 80

　3969

　 避 雷 器HY5W4—7.6/3 10KV

　6 6. .3 3

　380V V 侧一次设备的选择校验

　表 6.3 380V 设备选择 选择校验项目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度

　14

　 装置地点条件 N U (kV) I 30 (A) I k (kA) i sh (kA) I 0ti 米 a (kA) 380V 1124A 10.48kA 18.8kA 163kA 额定参数 N U (kV) I N (A) I oc (kA) i 米 ax (kA) I t2 t(kA) 变压器低侧断路器 DW15-1500/3D 380 1500 40 — — 低压刀开关 HD13-1500/30 380 1500 25 — — 主变低压电流互感 器 L 米ZJ1—0.5 380 1500/5 — — — 电流互感器 L 米Z1-0.5 500V 100/5

　7 7 、变电所高、低压线路的选择

　7 7. .1 1

　导线型号的选择原则

　工厂户外架空线路一般采用裸导线,其常用型号适用范围如下:

　绞线(LJ):户外架空线路采用的铝绞线导电性能好,重量轻,对风雨作用的抵抗力较强,但对化学腐蚀作用的抵抗力较差,多用在 10kV 及以下线路上,其杆距不超过 100～125 米.

　芯铝绞线(LGJ):此种导线的外围用铝线,中间线芯用钢线,解决了铝绞线机械强度差的缺点.由于交流电的趋肤效应,电流实际上只从铝线通过,所以钢芯铝绞线的截面面积是指铝线部分的面积.在机械强度要求较高的场所和 35kV 及以上的架空线路上多被采用.

　绞线(TJ):铜绞线导电性能好,对风雨及化学腐蚀作用的抵抗力强,但造价高,且密度过大,选用要根据实际需要而定.

　腐钢芯铝绞线(LGJF):具有钢芯铝绞线的特点,同时防腐性好,一般用在沿海地区、咸水湖及化工工业地区等周围有腐蚀性物质的高压和超高压架空线路上.

　 工厂供电系统中常用电力电缆型号及适用范围如下:

　15

　 浸纸绝缘铝包或铅包电力电缆(如铝包铝芯ZLL型,铝包铅芯ZL型).它具有耐压强度高,耐热能力好,使用年限长等优点,使用最普遍.这种电缆在工作时,其内部浸渍的油会流动,因此不宜用在有较大高度差的场所.如 6～10kV 电缆水平高度差不应大于 15 米,以免低端电缆头胀裂漏油.

　浸纸滴干绝缘铅包电力电缆.可用于垂直或高落差处,敷设在室内、电缆沟、隧道或土壤中,能承受机械压力,但不能承受大的拉力.

　料绝缘电力电缆.这种电缆重量轻、耐腐蚀,可以敷设在有较大高度差,甚至是垂直、倾斜的环境中,有逐步取代油浸纸绝缘电缆的趋向.目前生产的有两种:一种是聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套的全塑电力电缆(VLV 和 VV 型),已生产至 10kV 电压等级.另一种是交联聚乙烯绝缘、聚氯乙烯护套电力电缆(YJLV 和 YJV 型),已生产至 110kV 电压等级.

　 工厂常用绝缘导线型号及选择

　工厂车间内采用的配电线路及从电杆上引进户内的线路多为绝缘导线.配电干线也可采用裸导线和电缆.绝缘导线的线芯材料有铝芯和铜芯两种.塑料绝缘导线的绝缘性能好,价格较低,又可节约大量橡胶和棉纱,在室内敷设可取代橡皮绝缘线.由于塑料在低温时要变硬变脆,高温时易软化,因此塑料绝缘导线不宜在户外使用.

　车间内常用的塑料绝缘导线型号有:BLV 塑料绝缘铝芯线,BV 塑料绝缘铜芯线,BLVV(BVV)塑料绝缘塑料护套铝(铜)芯线.BVR 塑料绝缘铜芯软线.

　常用橡皮绝缘导线型号有:BLX(BX)棉纱编织橡皮绝缘铝(铜)芯线,BBLX(BBX)玻璃丝编织橡皮绝缘铝(铜)芯线,BLXG(BXG)棉纱编织、浸渍、橡皮绝缘铝(铜)芯线(有坚固保护层,适用面宽),BXR 棉纱编织橡皮绝缘软铜线等.上述导线中,软线宜用于仪表、开关等活动部件,其他导线除注明外,一般均可用于户内干燥、潮湿场所固定敷设.

　 7 7. .2 2

　导线截面选择原则

　导线电缆截面的选择要求必须满足安全、可靠和经济的条件,其选择原则为:

　16

　 1)、按允许载流量选择导线和电缆的截面

　通过导线或电缆的最大负荷电流不应大于其允许载流量.

　2)、按允许电压损失选择导线和截面

　在导线和电缆(包括母线)通过正常最大负荷电流(即计算电流)时,线路上产生的电压损失不应超过正常运行时允许的电压损失.

　3)、按经济电流密度选择导线和电缆截面

　经济电流密度是指使线路的年运行费用支出最小的电流密度.按这种原则选择的导线和电缆截面称为经济截面.

　4)、按机械强度选择导线和电缆截面

　这是对架空线路而言的.要求所选的截面不小于其最小允许截面.对电缆不必校验其机械强度.

　5)、满足短路稳定度的条件

　架空线路因其散热性较好,可不作稳定性校验,绝缘导线和电缆应进行热稳定校验,母线也要校验其热稳定. 选择导线截面时,要求在满足上述五个原则的基础上选择其中截面数最大的那个值.

　 7 7. .3 3 计算母线型号

　7.3.1、35KV 侧母线的选择

　 根据计算负荷所得,降压变电所高压侧:

　S30=5613kVA,P30=4801.4Kw, Q30=2907.7kVar

　30max3geSIU (5.26)

　30max561392.593 3 35gSIU    查资料并考虑到经济输送功率的要求,选择线径为 50 米米 2 的导线,因此选择 LGJ-70

　17

　 热稳定校验:根据选择好的导体界面 S,还应校验其在短路条件下的热稳定.

　min dzIS S tC  (5.29) minS—根据热稳定决定的导体最小允许截面. C—热稳定系数. I —稳态短路电流. dzt—短路电流等值时间. 2min2.14 2.23785dzIS t mmC   

　2 2min 37 50 S mm mm   满足要求. 7.3.2、6kV 母线的选择 电缆应按下列条件选择: 明敷的电缆,一般采用裸钢带铠装或塑料外护层电缆.在易受腐蚀地区应选用塑料外护层电联.在需要使用钢带铠装电缆时,宜选择用二级外护层式. 直埋敷设时,一般选用钢带铠装电缆.在潮湿或腐蚀性土壤的地区,应带有塑料外护层.其他地区可选用黄麻外护层. 电力电缆除充油电缆外,一般采用三芯铝芯电缆

　在 35kV 及以下、持续工作电流在 4000 及以下的屋内配电装置中,一般采用矩形母线. 已知:6kV 母线最大负荷电流可达 608A,所以选择 L 米 Y-50  5 的铝母线,相间距离0.35m  ,3.65fN ,107 10 E Pa  ,50 h mm ,5 b mm  热稳定校验:母线最小截面积[4]:

　mink SQ KSC 2min175 250k SQ KS mmC  满足要求

　18

　 所以选用 L 米 Y-50  5(截面积为 250 米米)的铝母线是符合要求的.

　 7.3.3、6kV 出线的选择 对 NO.1 车间 6kV 进线进行电缆选择:

　 S30=1230.8KVA

　P30=800KW

　 Q30=936Kvar 工作电流: I30=106.6A 选择 VLV22-6000 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆. 母线距离厂房约 150 米,由30107 I A 可知,可初步选取缆芯截面250mm

　R=0.76Ω/千米

　 X=0.079Ω/千米

　( ) (720 0.76 0.15 842.4 0.079 0.15)15.36ePR QXU VU        

　% 5%UUU   满足要求. 热稳定校验: min7.18 1.711085dzIS t mmC  

　2 2min 110 150 S mm mm   满足要求. 所以 50 米米 2 的截面积不符合,要选择 150 米米 2. 所以, 选择 VLV22-6000 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆是满足需求的,根据原始资料所提供的环境信息,可以选择直接埋地敷设. 同理得其他车间,综合考虑及查表, 线路名称 导线或电缆的型号规格 35kV 进线 LGJ-70 铝绞线 6kV 母线 L 米 Y-50  5 硬型钢母线 6kV 至 1 号车间 VLV22-6000 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆

　19

　 变 压器 进线 至 2 号车间 VLV22-6000 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆 至 3 号车间 VLV22-6000 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆 至 4 号车间 VLV22-6000 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆 至 5 号车间 VLV22-6000 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆 6kV 铸钢车间 VLV22-6000 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆 6kV 铸铁车间 VLV22-6000 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆 6kV 空压站 VLV22-6000 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆

　 8 8 、继电保护的整定

　 8 8. .1 1 、

　继电保护装置的任务

　继电保护装置是按照保护的要求,将各种继电器按一定的方式进行连接和组合而成的电气装置,其任务是:

　(1) 故障时动作于挑闸 在供配电系统出现故障时,反应故障的继电保护装置动作,使最近的断路器跳闸,切除故障部分,使系统的其他部分恢复正常运行,同时发出信号,提醒运行值班人员及时处理.

　(2)在电气元件出现异常运行工况时,及时发出报警信号,提醒工作人员注意并加以排除,以避免发展为事故.

　8 8. .2 2 、对继电保护的基本要求: :

　(1)选择性 当供配电系统发生故障时,离故障点最近的保护装置动作,切除故障,而系统的其他部分仍然正常运行.满足这一要求的动作,称为“选择性动作”.如果系统发生故障时,靠近故障点的保护装置不动作(拒动作),而离故障点远的前一级保护装置动作(超级动作),这叫做“失去选择性”.

　(2)可靠性 保护装置在应该动作时,就应该动作,不应该拒动作.而在不应该动作时,就不应该误动作.保护装置的可靠程度,与保护装置的元件质量、接线方案以及安装、整定和运行维护等多种因素有关.

　20

　 (3)速动性 为了防止故障扩大,减小故障的危害程度,并提高电力系统的稳定性,因此在系统发生故障时,继电保护装置应尽快地动作,切除故障.

　(4)灵敏度 这是表征保护装置对其保护区内故障和不正常工作状态反应能力的一个参数.如果保护装置对其保护区内极其轻微的故障都能及时地反应动作,则说明保护装置的灵敏度高.灵敏度用“灵敏系数”(sensitive coefficient)来衡量.

　 此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置;在低压侧采用相关断路器实现三段保护.

　 8 8. .3 3 、 35V kV 主变压器保护

　装设电流速断保护: 利用 GL15 型继电器的电流速断装置来实现 (1)过电流保护动作电流的整定:

　 1.3, 0.8,rel reK K   1wK ,100/5 20 i K   .max 30 2.5 2.5 92.6 231.5 L I I     故其动作电流:1.3 1231.5 18.80.8 20op I A   动作电流整定为 19A. (2)过电流保护动作时限的整定 由于此变电所为终端变电所,因此其过电流保护的 10 倍动作电流的动作时限整定为 0.5s . 8 8. .4 4 、6 6V kV 变压器保护

　在本设计中,6kV 变压器分别有、S9—630/10(6)、S9—800(6)、S9—1250(6). 我们对 S9—630/10(6)、S9—800/10(6)进行保护设计 ①瓦斯保护

　21

　 当变压器邮箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时,瞬时动作于信号;当因严重故障产生大量瓦斯时,则动作并跳闸. ②装设电流速断保护 利用 GL15 型继电器的电流速断装置来实现.根据公式(6.3)可得, 电流整定为: 1.5 110.44 1000 3.363000.38qbI A    取 4qbI A  电流速断保护灵敏系数检验,根据公式(6.4)得: min310.38 1000 90322kI A     14 300 1200qbI A    .min.190327.5 21200kpqpISI    满足规定的灵敏系数要求. 同理 GL15 型继电器对 S9—1250(6)也满足要求.

　8 8. .5 5 、0 0. . 38V KV 侧低压断路器保护

　整定项目: (a)瞬时过流脱扣器动作电流整定: 满足(0) op rel pkI K I 

　 relK:对万能断路器取 1.35;对塑壳断路器取 2～2.5. (b)短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定:

　22

　 满足: ( ) op s rel pkI K I  relK取 1.2. 另外还应满足前后保护装置的选择性要求,前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差 0.2s(0.4s,0.6s). (c)长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定: 满足:( ) 30 op l relI K I 

　relK取 1.1. (d)过流脱扣器与被保护线路配合要求: 满足:( ) op l ol alI K I 

　olK:绝缘导线和电缆允许短时过负荷倍数 (e)热脱扣器动作电流整定: 满足:30 op TR relI K I 

　relK取 1.1,一般应通过实际运行进行检验.

　9 9 、

　变压所的防雷保护

　9 9. .1 1

　防雷装置意义

　雷电引起的大气过电压会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害,因此,在变电所必须采取有效的防雷措施,以保证电器设备的安全.下面分情况对防雷装置进行选择. 9 9. .2 2

　直击雷的防治

　根据变电所雷击目的物的分类,在变电所的中的建筑物应装设直击雷保护装置.在进线段的1 千米长度内进行直击雷保护.防直击雷的常用设备为避雷针.所选用的避雷器:接闪器采用直径 10mm 的圆钢;引下线采用直径 6mm 的圆钢;接地体采用三根 2.5 米长的50 50 5 mm mm mm  的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接. 9 9. .3 3

　雷电侵入波保护

　23

　 由于雷电侵入波比较常见,且危害性较强,对其保护非常重要.对变电所来说,雷电侵入波保护利用阀式避雷器以及与阀式避雷器相配合的进线保护段;为了其内部的变压器和电器设备得以保护,在配电装置内安放阀式避雷器. 9 9. .4 4

　变电所公共接地装置的设计

　(1)接地电阻的要求

　,本变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件 :

　 R 4E  且

　120 120R 4.427EEV VI    式中

　 10(80 35 25)27350EI A A   因此公共接地装置接地电阻应满足R 4E  (2)接地装置的设计

　采用长 2.5 米、  50 米米的镀锌钢管数,按式(9.24)计算初选 16 根,沿变电所三面均匀布置(变电所前面布置两排),管距5米,垂直打入地下,管顶离地面0.6米.管间用 40mm 4mm的镀锌扁钢焊接相连.变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地线与室外公共接地装置焊接相连.接地干线均采用采用 25mm 4mm的镀锌扁钢.变电所接地装置平面布置图如附录 1 所示. 接地电阻的演算: (1)R100 2.5R 3.8516 0.65EEl m mn n      满足R 4E 的要求.

　10 、心得和体会

　24

　 课程设计是检验我们本学期学习的情况的一项综合测试,通过这次课程设计,使我得到了很多的经验,并且巩固和加深以及扩大了专业知识面,锻炼综合及灵活运用所学知识的能力,正确使用技术资料的能力.知识系统化能力得到提高,设计过程中运用了很多的知识,因此如何将知识系统化就成了关键.如本设计中用到了工厂供电的绝大多数的基础理论和设计方案,因此在设计过程中侧重了知识系统化能力的培养,为今后的工作和学习打下了很好的理论基础. 这样一次课程设计,让我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力.也增强了自己的独立思考能力,虽然遇到很多的问题,但是在自己慢慢地思考再加上老师同学们的指导,还是完成了任务要求.

　参考文献

　[1]《工厂供电》刘介才 主编

　[2]《工厂供电设计》李刘介才 主编 [3]《工厂供电》苏文成 主编 [4] 全球机械网 [5] 发电厂电气主系统

　25

　附录 1 1 : :

　变电所平面布置图

　26

　附录 2:

　厂区电缆规划图

　 附录 3:

　高压接线柱图

　27

　附录 4:

　28

　 低压接线图