課程設(shè)計(jì)某冶金機(jī)械修造廠全廠總壓降變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)某冶金機(jī)械修造廠全廠總壓降變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 現(xiàn)代化工廠的設(shè)計(jì)是一門(mén)綜合性技術(shù)，而工廠供電系統(tǒng)是其中重要設(shè)計(jì)內(nèi)容之一，本文所探討的就是某冶金機(jī)械修造廠全廠總壓降變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題。 在文章里，我們認(rèn)真對(duì)工廠所提供的原始資料進(jìn)行了分析。首先進(jìn)行電力負(fù)荷的運(yùn)算，根據(jù)功率因數(shù)的要求在低壓母線側(cè)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，進(jìn)而對(duì)主變和各車間變壓器進(jìn)行選擇。同時(shí)對(duì)架空線進(jìn)行了選擇和校驗(yàn)。在文章里，我們對(duì)35KV 和6KV母線處發(fā)生短路時(shí)的短路電流進(jìn)行了計(jì)算，得到了最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式下的短路電流。根據(jù)本廠對(duì)繼電保護(hù)的要求，進(jìn)行了繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算。關(guān)鍵詞：電力負(fù)荷，變壓器，短路電流，繼電

2、保護(hù)目 錄1. 設(shè)計(jì)任務(wù)及原始資料1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1.2 原始資料1.3 電力負(fù)荷計(jì)算2. 變電所高壓電氣設(shè)備選型2.1 主變壓器的選擇2.2 架空線路的選擇2.3 補(bǔ)償電容器的選擇2.4 各車間變電所的選擇3. 短路電流的計(jì)算.3.1 三相短路電流的計(jì)算目的3.2 短路電流的計(jì)算公式3.3 各母線短路電流的計(jì)算4. 主變壓器繼電保護(hù)4.1 保護(hù)要求4.2 整定計(jì)算5. 變電所設(shè)計(jì)說(shuō)明設(shè)計(jì)體會(huì)及以后的改進(jìn)意見(jiàn)參考文獻(xiàn)1設(shè)計(jì)任務(wù)及原始資料1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)完成某冶金機(jī)械修造廠全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2 原始資料1. 生產(chǎn)任務(wù)及車間組成本廠主要承擔(dān)全國(guó)冶金工業(yè)系統(tǒng)礦山、冶煉和軋鋼設(shè)備的配件

3、生產(chǎn)，即以生產(chǎn)鑄造、鍛造、鉚焊、毛坯件為主體，生產(chǎn)規(guī)模為：鑄鋼件1萬(wàn)噸、鑄鐵件3千噸、鍛件1千噸、鉚焊件2千5百噸。本廠車間組成：(1) 鑄鋼車間；（2）鑄鐵車間；（3）鍛造車間；（4）鉚焊車間；（5）木型間木型庫(kù)；（6）機(jī)修車間；（7）砂庫(kù)；（8）制材場(chǎng)；（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2. 供用電協(xié)議（1）工廠電源從電業(yè)部門(mén)某220/35千伏變壓所，用35千伏雙回架空線引入本廠，其中一個(gè)做為工作電源，一個(gè)做為備用電源，兩個(gè)電源不并列運(yùn)行，該變電所距廠東側(cè)8公里。（2）供電系統(tǒng)短路技術(shù)數(shù)據(jù)區(qū)域變電所35KV母線短路數(shù)據(jù)如下：工廠

4、與電業(yè)部門(mén)所簽訂的共用電協(xié)議主要內(nèi)容如下：系 統(tǒng) 運(yùn) 行 方 式短 路 容 量說(shuō) 明最大運(yùn)行方式兆伏安35KV最小運(yùn)行方式兆伏安35KV（3）電業(yè)部門(mén)對(duì)本廠提出的技術(shù)要求 區(qū)域變電所35千伏配出線路定時(shí)限過(guò)流保護(hù)裝置的整定時(shí)間為2秒，工廠“總降不應(yīng)大于1.5秒” 在總降變電所35千伏側(cè)進(jìn)行計(jì)量； 本廠的功率因數(shù)值應(yīng)在0.9以上。 供電系統(tǒng)3. 本廠負(fù)荷的性質(zhì)本廠為三班工作制，最大有功負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù)為6000小時(shí)，屬于二級(jí)負(fù)荷。4. 廠的自然條件 (1) 氣象條件 最熱月平均最高溫度為30； 土壤中0.71米深處一年中最熱月平均溫度為20； 年雷暴日為31天； 土壤凍結(jié)深度為1.10米； 夏季

5、主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)。 (2) 地質(zhì)及水文條件 根據(jù)工程地質(zhì)勘探資料獲悉，廠區(qū)地址原為耕地，地勢(shì)平坦，底層以砂質(zhì)粘土為主，地質(zhì)條件較好，地下水位為2.85.3米。地耐壓力為20噸/平方米。 1.3電力負(fù)荷計(jì)算表1-1全廠各車間負(fù)荷計(jì)算表各車間380伏負(fù)荷序號(hào)車間或電單位名稱設(shè)備容量(千瓦) 計(jì) 算 負(fù) 荷變壓器臺(tái)數(shù)及容量備注P(千瓦)Q(千乏)S(千伏安)(1)No1變電所2X12501鑄鋼車間20000.40.651.17720842.41107.70.9(2)No2變電所2X5001鑄鐵車間10000.40.71.02400408571.42砂庫(kù)1100.70.61.3377102.4128.3

6、3小計(jì)429.3459.36629.730.9(3)No3變電所2X8001鉚焊車間12000.30.451.98360712.880021水泵房280.750.80.752115.7526.253小計(jì)342.9655.7739.90.9(4)No4變電所1X10001空壓站3900.850.750.88331.5291.74422機(jī)修車間1500.250.651.1737.543.957.73鍛造車間2200.30.551.5266100.31204術(shù)型車間185.850.350.61.3365.0586.5108.45制材場(chǎng)200.280.61.335.67.459.336綜合樓200.9

7、10180187小計(jì)523.65529.85744.95(5)No5變電所1X4001鍋爐房3000.750.80.75225168.75281.2522水泵房280.750.80.752115.7526.253倉(cāng)庫(kù)(1，2)88.120.30.651.1726.43630.9340.674污水提升站140.650.80.759.16.82511.3755小計(jì)281.536222.255358.692各車間6000V負(fù)荷計(jì)算序號(hào)車間或電單位名稱設(shè)備容量(千瓦)計(jì) 算 負(fù) 荷說(shuō) 明P(千瓦)Q(千乏)S(千伏安)1電弧爐2 X 12500.90.870.5722501282.52586.22工頻

8、爐2 X 3000.80.90.48480230.4533.333變壓機(jī)2 X 2500.850.850.62425263.55004小計(jì)31551776.43620.7說(shuō)明：No1,No2,No3車間變電所設(shè)置兩臺(tái)變壓器外，其余設(shè)置一臺(tái)變壓器。2.變電所高壓電氣設(shè)備選型 2.1 主變壓器的選擇：主變壓器的選擇主要根據(jù)負(fù)荷計(jì)算表。因?yàn)橐笕珡S的功率因數(shù)在0.9以上，所以要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，從而計(jì)算出補(bǔ)償后變電所的視在功率。本廠的負(fù)荷性質(zhì)屬于二級(jí)負(fù)荷，可靠性要求較高，所以主變壓器應(yīng)選擇兩臺(tái)，其中一臺(tái)備用。當(dāng)一臺(tái)故障時(shí)，另一臺(tái)可以馬上投入運(yùn)行以保證此冶金機(jī)械修造廠全廠的供電需求。 無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算總有功功

9、率 P = 5452.386kw 總無(wú)功功率 Q = 4485.965kvar 總視在功率 S = 7060.623 KV·A 全廠功率因數(shù) =5452.386/7060.623=0.772<0.9 所以要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償kvar取2400kvar低壓側(cè)補(bǔ)償后無(wú)功功率： kvar低壓側(cè)補(bǔ)償后視在功率： KV·A 變壓器損耗： kvar高壓側(cè)有功功率： kw高壓側(cè)無(wú)功功率： kvar高壓側(cè)視在功率： KV·A補(bǔ)償后的功率因數(shù)：> 0.9 主變壓器的選擇主變壓器選擇要求 ，故選擇型號(hào)為SC8-6300/35的變壓器兩臺(tái)。一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。表2-1主變型號(hào)及參

10、數(shù)型號(hào)（W）總質(zhì)量電壓組合(kV)聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能W%kg高壓低壓SC8-6300/351150096603700080.716900356.3Y,d112.2 架空線路的選擇根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面積因?yàn)楣I(yè)電源從電業(yè)部門(mén)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(gè)做工作電源，一個(gè)做備用電源，兩個(gè)電源不并列運(yùn)行。架空線最大工作電流： A 因?yàn)楸緩S為三班工作制，最大有功負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù)為6000小時(shí)。屬于二級(jí)負(fù)荷，所以選取經(jīng)濟(jì)電流密度：導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)截面積：選LGT-120型鋁導(dǎo)線。長(zhǎng)時(shí)允許電流校驗(yàn)導(dǎo)線截面積LGT-120型鋁導(dǎo)線，長(zhǎng)期允許工作電流，最高允許溫度為900C

11、。其中長(zhǎng)時(shí)允許電流：線路承受的最大負(fù)荷電流就為符合要求。電壓損失校驗(yàn)雙回路供電，每條導(dǎo)線上的最大負(fù)荷電流： 線路電壓損耗百分比：=1.574%<5%符合要求功率因數(shù)校驗(yàn)35KV最小允許截面積為10,滿足負(fù)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(shù)滿足要求2.3 補(bǔ)償電容的選擇為了提高功率因數(shù)，安裝并聯(lián)電容器，用于無(wú)功補(bǔ)償。補(bǔ)償無(wú)功后可以提高電壓、降低線損、減少電費(fèi)支出、節(jié)約能源、增加電網(wǎng)有功容量傳輸、提高設(shè)備的使用效率。本設(shè)計(jì)中本廠的功率因數(shù)值應(yīng)在0.9以上，必須6KV母線上并聯(lián)電力電容器，使變電所35KV處的功率因數(shù)得到提高到0.9，需要補(bǔ)償?shù)目傠娏﹄娙萜魅萘?/p>

12、為2400kvar, 所以選24臺(tái)BWF-6.3-100-1w的電容器。表2-2電容器參數(shù)型號(hào)額定電壓額定容量標(biāo)算電容CBWF-6.3-100-1w6.3KV100Kvar2.89uF 注：B并聯(lián)電容器，W浸漬劑為烷基苯，F(xiàn)聚丙烯薄膜和電容器紙復(fù)合介質(zhì)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(hào)車間型號(hào)電壓組合(kV)損耗(kW)阻抗電壓(%)聯(lián)接租標(biāo)號(hào)總質(zhì)量(kg)軌距(mm)高壓高壓空載負(fù)載NO.1S9-125060.41.95012.0004.5Y,yn03477820NO.2S9-50060.40.9605.1004.5Y,yn01625660NO.3S9-80060.4

13、1.4007.5004.5Y,yn02920820NO.4S9-100060.41.70010.3004.5Y,yn03260820NO.5S9-40060.40.8004.3004.0Y,yn013876603短路電流計(jì)算3.1 三相短路電流計(jì)算的目的短路電流將引起下列嚴(yán)重后果：短路電流往往會(huì)有電弧產(chǎn)生，它不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍設(shè)備和傷害周圍人員。巨大的短路電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，一方面會(huì)使導(dǎo)體大量發(fā)熱，造成導(dǎo)體過(guò)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(chǎn)生很大的電動(dòng)力作用于導(dǎo)體，使導(dǎo)體變形或損壞。短路也同時(shí)引起系統(tǒng)電壓大幅度降低，特別是靠近短路點(diǎn)處的電壓降低得更多，從而

14、可能導(dǎo)致部分用戶或全部用戶的供電遭到破壞。網(wǎng)絡(luò)電壓的降低，使供電設(shè)備的正常工作受到損壞，也可能導(dǎo)致工廠的產(chǎn)品報(bào)廢或設(shè)備損壞，如電動(dòng)機(jī)過(guò)熱受損等。短路計(jì)算的目的主要有以下幾點(diǎn)：1用于變壓器繼電保護(hù)裝置的整定。2選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)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(yùn)行方式。3.2 短路電流計(jì)算公式表3-1：電力系統(tǒng)各元件電抗標(biāo)幺值計(jì)算公式：設(shè)備計(jì)算電抗公式無(wú)窮大電源變壓器輸電線注：為系統(tǒng)無(wú)限大電源處不同運(yùn)行方式時(shí)的短路容量3.3 各母線短路電流的計(jì)算各母線短路電流計(jì)算過(guò)程如圖1，圖2所示：取1. 當(dāng)系統(tǒng)處于最大運(yùn)行方式時(shí)：無(wú)窮大系統(tǒng)電源電壓保持不變，電源相電壓標(biāo)幺值為1.0(1

15、) 當(dāng)35KV母線點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)：所以（2）當(dāng)6.3KV母線點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)：同理可得：2.當(dāng)系統(tǒng)處于最小運(yùn)行方式時(shí)：(1)當(dāng)35KV母線點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)：（2）當(dāng)6.3KV母線點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)：同理可得： 各母線短路電流列表表3-2各短路點(diǎn)短路電流計(jì)算： 短路點(diǎn)短路類型三相短路（KA）最大運(yùn)行方式2.1854.389最小運(yùn)行方式1.9984.2434主變壓器繼電保護(hù)4.1保護(hù)要求繼電保護(hù)的定義 繼電保護(hù)技術(shù)是一種電力系統(tǒng)安全保障技術(shù)，是指安裝在電力系統(tǒng)各電氣元件上，能在指定的保護(hù)區(qū)域內(nèi)迅速地，準(zhǔn)確地反應(yīng)電力系統(tǒng)中各元件的故障或不正常工作狀態(tài)，并作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置保護(hù)。

16、繼電保護(hù)的作用 繼電保護(hù)的主要作用是：在電力系統(tǒng)范圍內(nèi)，按指定保護(hù)區(qū)實(shí)時(shí)地檢測(cè)各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)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(xù)用電。在現(xiàn)代的電力系統(tǒng)中，如果沒(méi)有專門(mén)的繼電保護(hù)裝置，要想維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行根本不可能。繼電保護(hù)裝置性能：繼電保護(hù)裝置是保障電網(wǎng)可靠運(yùn)行的重要組成部分，一般由感受元件、比較元件和執(zhí)行元件組成。 繼電保護(hù)裝置必須具備以下4項(xiàng)基本性能： 靈敏性。 靈敏性表示保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)裝置的反應(yīng)能力，通常以靈敏系數(shù)表示。在設(shè)備或線路的被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)具有必要的靈敏系數(shù)。 可靠性。 在規(guī)定的保護(hù)范

17、圍內(nèi)發(fā)生了屬于其應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)，保護(hù)裝置不應(yīng)拒動(dòng)作；而在任何不屬于其應(yīng)該動(dòng)作的情況下，保護(hù)裝置不應(yīng)該誤動(dòng)作。 快速性。 為防止故障擴(kuò)大，減輕其危害程度，加快系統(tǒng)電壓的恢復(fù)，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)盡快動(dòng)作，切除故障。 選擇性。 在可能的最小區(qū)間切除故障，保證最大限度地向無(wú)故障部分繼續(xù)供電。即首先由距故障點(diǎn)最近的斷路器動(dòng)作切除故障線路，盡量減小停電范圍，保證系統(tǒng)中無(wú)故障部分仍能正常運(yùn)行。 對(duì)繼電保護(hù)裝置的要求(1)變壓器的電流速斷保護(hù)：瓦斯保護(hù)不能反映變壓器外部故障。因而對(duì)于較小容量的變壓器需要在電源側(cè)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，作為電源側(cè)繞組、管套及引出線故障的主要保護(hù)，

18、并用過(guò)電流保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)。(2)變壓器的過(guò)電流保護(hù)：為了反映變壓器外部短路引起的過(guò)電流并作為變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)，變壓器還要裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)。(3)過(guò)負(fù)荷保護(hù)：為了防止長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷而引起的過(guò)電流，變壓器要裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。本廠對(duì)繼電保護(hù)的要求根據(jù)實(shí)際情況，本廠的繼電保護(hù)要求有以下三點(diǎn)：(1)電流速斷保護(hù)(2)過(guò)電流保護(hù)(3)過(guò)負(fù)荷保護(hù)4.2整定計(jì)算 有關(guān)參數(shù)計(jì)算下表所示：表4-1各參數(shù)值計(jì)算表：參數(shù)名稱計(jì)算參數(shù)值35KV側(cè)6.3KV側(cè)變壓器額定電流A電流互感器的接線方式Y(jié)電流互感器一次電流A577.35A電流互感器型號(hào)LRD-35，200/5LRD-6.3,600/5電流互感器變

19、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(shù)型號(hào)額定電壓額定頻率額定二次電流電流比負(fù)荷準(zhǔn)確級(jí)次LRD-35,200/535KV50HZ5A200/50.80.2LRD-6.3,600/535KV50HZ5A600/50.80.2電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流整定：其中為可靠系數(shù)：取=1.3；為接線系數(shù)z=1為變壓器低壓側(cè)母線三相短路時(shí)最大短路電流;為電流互感器變比。取，I段靈敏度校驗(yàn)：原則：按保護(hù)安裝處的最小運(yùn)行下兩相短路電流校驗(yàn)； 符合要求。過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流整定：按照躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定計(jì)算來(lái)得到電流繼電器

20、的整定值其中： 為電機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)系數(shù)。整定值為6A，動(dòng)作時(shí)限t=2.0S根據(jù)小運(yùn)行方式下，被保護(hù)線路末端發(fā)生短路的情況進(jìn)行校驗(yàn)段靈敏度校驗(yàn)：其中：為折算到高壓側(cè)的低壓側(cè)兩相短路電流最小短路電流值。故符合要求。 過(guò)負(fù)荷保護(hù) 動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)，時(shí)限一般取415s。動(dòng)作電流按下式整定： 式中可靠系數(shù)，視變壓器過(guò)負(fù)荷能力而定，可取1.051.15； 繼電器返回系數(shù)，取0.80.85； 變壓器額定電流。5.變電所設(shè)計(jì)說(shuō)明5.1設(shè)計(jì)概述本設(shè)計(jì)為35KV壓降變電所及配電系統(tǒng)的一次設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是針對(duì)生產(chǎn)規(guī)模為：鑄鋼件1萬(wàn)噸、鑄鐵件3千噸、鍛件1千噸、鉚焊件2千5百噸的冶金機(jī)械修造廠而設(shè)計(jì)的。變電所內(nèi)一次設(shè)備主要

21、：有兩臺(tái)主變壓器(型號(hào)為SC8-6300/35)、各車間變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、所用變壓器、避雷器、高壓開(kāi)關(guān)進(jìn)線柜等。設(shè)計(jì)主要遵循中華人民共和國(guó)建設(shè)部發(fā)布的35kv110kv變電所設(shè)計(jì)規(guī)范以及其他相關(guān)法律法規(guī)。5.2 室內(nèi)布置整個(gè)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(nèi)裝設(shè)有低壓配電屏，主變保護(hù)屏，中央信號(hào)，中央信號(hào)繼電器及電鍍表屏，主變控制屏，中央信號(hào)布置在北側(cè)，正對(duì)著值班人員。兩段母線的配電裝置分別設(shè)在兩個(gè)單獨(dú)的房間內(nèi)，兩個(gè)配電室之間通過(guò)雙開(kāi)鋼門(mén)相連接，另外兩個(gè)配電室還有一個(gè)外形式雙開(kāi)鋼門(mén)。電容器應(yīng)單獨(dú)布置在一個(gè)房間內(nèi)。5.3 室外布置35KV電源進(jìn)線由變電所東側(cè)的區(qū)域降壓變電所通過(guò)架空線引進(jìn)，配電裝置采用低壓布置，避雷器、電源變壓器以及保護(hù)用的熔斷器，低壓布置在母線兩端，避雷器、電源變壓器布置在主控制器的東側(cè)，6KV高壓電纜從主變電所引來(lái)，低電壓電纜經(jīng)過(guò)穿墻套管進(jìn)人主控制室，配電裝置間隔為5米，進(jìn)線