泵站電氣設備課程設計說明書

1、揚州大學能源與動力工程學院泵站電氣設備課程設計 說明書 專 業(yè)： 熱能與動力工程 班 級： 熱動0701 學 號： 姓 名： 陳 瑤 指導教師： 葛 強 設計日期：2010.06.7-2010.06.14 目錄前 言2第一節(jié)泵站電氣主接線設計5第二節(jié)短路電路元件參數的計算6第三節(jié)泵站一次設備的選擇及校核7第四節(jié)電動機的啟動計算 16第五節(jié)泵站防雷設計 17附錄泵站高壓35kV一次系統(tǒng)圖泵站電氣主接線圖泵站控制室平面布置圖參考資料前 言一、目的要求通過設計鞏固已學知識，培養(yǎng)分析和解決問題的能力，初步掌握低壓泵站電氣部分的設計方法。二、設計原始資料1.全站電氣負荷長江1#泵站設計流量5立方米每秒，

2、泵站設計揚程8.32 米。該站有由上級變電所直接供電,采用架空高壓線輸電，引入35kv電源。泵站內安裝軸流泵5臺，軸功率85kw。另設排水泵8kw，電動葫蘆3kw，檢修動力5kw，平均功率因數0.8，平均效率0.85。泵站照明3.5kw，平均功率0.7。泵站在計費計量點的功率因數不應低于0.9。2.氣象資料海拔高程：1.25m最熱月平均最高氣溫：32.4 極端最高溫度：40.7年最高溫度月：7月最熱月平均氣溫：28.2極端最低溫度：-14雷暴日數：34.4日/年土質：砂質粘土最熱月地面下0.8m處土壤平均溫度：27.7泵站年最大負荷利用小時Tmax=2000h三、設計要求1.根據有關資料進行某

3、低壓泵站電氣部分（含變電所）的初步設計。2.設計應符合國家經濟建設制定的各項方針政策、規(guī)范等要求。3.在滿足供電可靠性、運行靈活性前提下，力爭技術先進，節(jié)省投資和運行費用。4.優(yōu)先采用新技術和指定先進的設備及材料。四、設計步驟（一）熟悉資料，確定設計參數1.泵站總平面圖，站房的土建平面圖、剖面圖。2.主機組的有關技術參數。3.輔機及其它裝備的名稱、數量、用電安裝容量和工作方式。4.供電電源的電壓、供電方式（架空線還是電纜、專用線還是公用線），供電電源線路的回路、長度以及進入泵站的方向。5.電力系統(tǒng)的短路數據或供電電源線路首端斷路器的斷流容量。6.當地氣象、地質資料。（二）電氣主接線設計1.泵站

4、電氣負荷的統(tǒng)計、計算及無功功率補償計算，泵站電氣負荷包括主電動機的計算負荷和站用電的計算負荷。選用異步電動機的泵站應進行無功補償計算。2.確定主變壓器的型式、臺數和容量。3.擬定主接線方案，并進行經濟技術比較。4.繪出電氣主接線圖，圖中應標出各電器元件的主要技術參數。（三）短路電流計算 1.作出計算電路圖和等值電路圖。 2.根據已給數據和已知條件計算系統(tǒng)的短路電流，并列出短路計算表。（四）泵站電氣設備的選擇及校核 1.熟悉電氣設備選擇的一般規(guī)定。 2.電器設備的選擇 需選擇的主要電氣設備包括斷路器、隔離開關、高壓熔斷器、母線、電流互感器、電壓互感器和補償用并聯(lián)電容器。選用屋內成套配電裝置應同時

5、選定開關柜的種類及方案編號。（1）型式的選擇 根據電氣設備的用途、安裝地點、使用條件等情況進行選擇，選設備力求技術先進、價格合理，在同一工程應盡量減少同類設備的品種。（2）按正常工作電壓、電流選擇。（3）按短路條件校驗 校驗時必須正確選擇計算短路點和短路計算時間。（五）泵站電氣設備的布置 泵站電氣設備的布置包括電氣設備的總體布置、控制室布置、屋內配電裝置的布置、站房內其他電氣設備的布置及屋外配電裝置的布置等，應與整個泵房協(xié)調考慮。 1.總體布置 應便于運行維護和檢修，保證運行的安全，便于進出線，節(jié)約占地面積和建筑費用，應考慮無功補償電容器裝設的要求，還要適當考慮發(fā)展的需要。 2.屋內高壓配電裝

6、置的布置 在泵房平面圖上確定高壓成套配電裝置的位置和尺寸。 3.屋外配電裝置的布置 確定配電裝置內各主要元件的相對位置和距離。（六）泵站防雷設計1.泵站配電裝置的防雷措施。2.高壓電動機的防雷措施3.泵房建筑物的防雷措施 （防止直擊雷、感應雷和雷電侵入波的防護措施）五、繪圖和整理說明書第一節(jié) 泵站電氣主接線設計1.負荷統(tǒng)計與計算 P= = 1109.858.3210/5 = 81.54 kW 電動機 P= 81.54/0.85 = 95.93 kW 查相關資料,選Y3-315L6型電動機,額定功率 P= 110 kW,轉速n= 990 r/min,= 94.0%,功率因數= 0.86,定子額定

7、電流 I= 206.7A 所需電機臺數 N= 5 單臺電機輸入有功功率 P=P/= 110/0.940 = 117.0kW 單臺電機輸入功率 S= P/= 117.0/0.86 = 136.1kVA 單臺電機輸入無功功率 Q= S = 136.1= 69.45 kVAR 取補償后,= 0.92 ，則= 0.43 原電動機= 0.86,= 0.59 需補償無功功率為 Q= P5（-）/= 1105（0.59-0.43）/0.940 = 93.6 kVAR 用WBD-0.4/50，總容量438F進行補償,并聯(lián)電容器的容量為50kVA,5路自動調節(jié) 電機輸入總功率 S= NS= 5110.0/0.9

8、4 =585.11 kVAS= 8 /（0.80.85）= 11.76 kVA S= 3 /（0.80.85）= 4.41 kVA S= 5 /（0.80.85）= 7.35 kVA S= 3.5/（0.71）= 5.00 kVA 故 主變總容量 S總容量 = S+ S+ S+ S+S = 11.76+4.41+7.35+5.00+585.11 = 613.63 kVA2.變壓器選擇主變：選擇SCB101000/35/0.4型三相無勵磁干式變壓器聯(lián)結組標號 Yyn10，U%=8，額定容量S=1000 kVA3.電氣主接線圖泵站照明檢修動力電動葫蘆排水泵35kV5臺三相異步電機K20.4kVK3

9、Uk%=0.8SN=1000KVAK第二節(jié) 短路電路元件參數計算1.計算電路圖和等值電路圖如下：2.選定基準值 Sb= 100 MVA ，Ub1= U=37 kV ，Ub2= U= 0.4 kV Sdmax=130MVA，Sdmin=80MVA 則Ib1= Sb/（Ub1）= 100/（37）= 1.6 kA Ib2= Sb/（Ub2）= 100/（0.4）= 144 kA 3.計算各元件電抗標幺值 高壓側總電抗 X*1= Sb/ Sdmax = 100/130 =0.77變壓器 X= U%Sb/（100S）= 8100/（1001）= 84.K1點短路 總電抗 X= X*1= 0.77三相短

10、路電流周期分量有效值I= Ib1/ X= 1.6/0.77 = 2.1 kA 三相短路次暫態(tài)電流和短路穩(wěn)態(tài)電流 = = I= 2.1 kA 三相短路全電流最大有效值 =1.51 = 1.512.1 = 3.2 kA 通過K1點短路沖擊電流為 i= i= 2.552.1= 5.36 kA5.K2點短路 總電抗 X= X*1 +X = 0.77+8 = 8.77三相短路電流周期分量有效值I= Ib2/ X= 144/8.77 = 16.42 kA 三相短路次暫態(tài)電流和短路穩(wěn)態(tài)電流 = = I= 16.42 kA 三相短路全電流最大有效值 =1.09 = 1.0916.42 = 17.90 kA5臺

11、電動機總的額定電流 I= 0.20675 = 1.0335 kA 由于1.0335 kA 0.01= 0.179 kA 所以應考慮電動機提供的反饋沖擊電流 i=6.36 kI=6.3611.0335 = 6.57 kA 又i=1.84I=1.8416.42 = 30.21 kA 故通過K2點短路沖擊電流為 i= i+ i= 30.21+6.57 = 36.78 kA 第三節(jié) 泵站一次設備選擇及校核一、根據電流電壓選擇高壓開關柜選擇KYN6140.5 型鎧裝移開式交流金屬封閉的高壓開關柜1.KYN61-40.5型鎧裝移開式高壓開關柜介紹KYN61-40，5鎧裝移開式交流金屬封閉開關設備(以下簡稱

12、開關柜) 適用于三相交流50Hz、35kV單母線及單母線分段電力系統(tǒng)，主要應用于發(fā)電廠、變電所及工礦企業(yè)、高層建筑的變配電中作為接受和分配電能之用，并對電路實行控制、保護和監(jiān)測，滿足，EC60298、GB3906、 DL404等標準的要求，并具備完善的“五防”功能。 配移開式ZN85405(3AV3)型真空斷路器或SF型和FP系列六氟叱硫斷路器，采用熱縮絕緣材料及環(huán)氧涂覆絕緣工藝，優(yōu)化電極形狀，哐體結構緊湊，縮小占地面積；開關柜柜體選用優(yōu)質敷鋁鋅鋼板經數控二金加工成形后，通過高強度螺栓螺母和鉚螺母連接而成，構件表面采司噴塑或鍍鋅工藝；開關柜各功能小室均采用金屬隔板封隔，并設有獨二的壓力釋放通道

13、。1. 環(huán)境溫度：上限+40，下限-5（允許在-30時貯運）；2.海拔高度：不超過1000m；3.日平均相對溫度不大于95%，月平均相對濕度不大于90%；4.地震烈度不超過8度；5.沒有火災、爆炸危險、嚴重污穢、無化學腐蝕及劇烈地震的場所。2.開關柜內各元件的選擇(1)選擇高壓負荷開關：采用 NALF36型負荷開關技術參數：(2)選擇電流互感器： 采用LGB-35型戶內干式電流互感器，額定電流比150/5A，準確級組合為0.5/10P。環(huán)境條件：戶內外均可使用環(huán)境溫度：最高溫度+40，最低溫度-40海拔高度：1000m污穢等級：、級技術參數：額定電壓：35-220kV額定頻率：50Hz額定一次

14、電流：15-2X2000A額定二次電流：1A，5A額定輸出：20VA-50VA準確級：0.2S、0.2、0.5S、0.5或5P、10P級準確限值系數：10、15、20、25、30儀表保安系數：5、10繞組個數：1-6額定一次電流(A)額定二次電流(A)測量級保護級額定短時熱電流(KA)額定動穩(wěn)定電流(KA)線組溫升限值K機械強度N總重(kg)組數準確級儀表保安數(FS)額定輸出(VA)組數準確級準確值系數(ALF)額定輸出(VA)滿匝滿匝LGB-3515-2505(1)二組/0.5或0.5S 0.2或0.2S5或1040(20)二組5P或10P10-3040(20)100I1n250I1n85

15、200060s9015、250125I1n315I1n230031.580600、1250401002750-2150050125型號設備最高電壓(kv)工頻耐受電壓(kv)雷電沖擊耐受電壓(kv)雷電截波試驗電壓(kv)局部放電量(pc)介質損耗因數LGB-22025246010501207100.002LGB-11012623055063210LGB-6672.5160325-10LGB-3540.595185-10(3)選擇電壓互感器:采用 JDZ-35W1型環(huán)氧樹脂澆注全封閉式電壓互感器.JZD-35W1型電壓互感器采用環(huán)氧樹脂全封閉澆注，尺寸小，質量輕，適合任意位置任意方向安裝，額定

16、頻率50Hz，額定電壓35kV戶內裝置的電力系統(tǒng)中作電氣測量與保護之用。技術參數:負荷的功率因數cos額定一次電壓（V）額定二次電壓（V）準確級及相應輸入輸出極限輸出（kVA）額定絕緣水平(kV)0.2級0.5級1級3500010045100200100040.595200(4)選擇避雷器：采用Y5WZ-42/134型氧化鋅避雷器避雷器額定電壓有效值54KV，系統(tǒng)標稱電壓有效值35KV，避雷器持續(xù)運行電壓有效值41KV，直流參考電壓U1mA不小于73KV，2000方波通流容量 150A，4/10沖擊電流峰值 65KA，最大殘壓峰值：斗波沖擊電流下 154 KV 雷電沖擊電流下 134 KV 操

17、作沖擊電流下 114 KV0.75直流參考電壓下最大泄漏電流 50 (5)選擇高壓斷路器：采用ZN85-40.5型戶內高壓真空斷路器ZN85-40.5/T2000-31.5型戶內高壓真空斷器（以下簡稱斷路器），適用于三相交流50Hz，額定電壓40.5KV電力系統(tǒng)中，可供工礦企業(yè)、發(fā)電廠及變電站作為分合負荷電流、過載電流、故障電流之用。斷路器與操動機構采用上下布置結構，有效地降低了斷路器的深度。三相滅弧室和相聯(lián)帶電體由三只獨立的環(huán)氧樹脂絕緣筒相隔離，構成復合絕緣結構，斷路器滿足正常運行條件下的空氣距和爬電距要求，并有效地減小了斷路器的體積。主導電回路真空滅弧室和動靜導電聯(lián)接安裝在絕緣筒內，使相間

18、距僅為300mm。主回路電氣連接全部采用固定式連接，具有很高的可靠性。絕緣筒安裝在斷路器框架上方。為這種新型斷路器專門設計的彈簧操動機構，安裝在斷路器框架內，其結構特點更適合斷路器的上下布置形式，并成為斷路器整體結構中不可分割的一部分。機構設計簡單，輸出曲線及其性能更適合40.5kV真空斷路器的特點和要求?？傮w布局合理、美觀、簡潔。體積小巧、操作靈活，具有電氣性能可靠、使用壽命長、檢修方便、機構免維護的特點。該斷路器適用于頻繁操作及多種場合和運行條件比較苛刻的場所。二、選擇低壓開關柜 選擇GCS型低壓抽出式開關柜1.GCS型低壓抽出式開關柜介紹(1)用途GCS型裝置適用于發(fā)電廠、變電所、石油化

19、工部門、廠礦企業(yè)、高層建筑等低壓配電系統(tǒng)中作為動力、配電和電動機控制中心、電容補償等的電能轉換、分配與控制之用。(2)主要技術參數見表。額定工作電壓（主回路）380V （ 660V ）額定絕緣電壓660V （ 1000V ）額定工作電流水平母線 4000A垂直母線1000A裝置內母線額定短時耐受電流30 、 50 、 80kA(ls)裝置內母線額定峰值耐受電流63 、 105 、 176KA（0.ls ）外殼防護等級IP30 、 IP40(3)結構特點3.1 電動機控制柜（MCC）分功能單元室、母線室和電纜室三個間隔，各功能單元相互獨立、提高了整柜運行的安全可靠性。3.2 每柜的功能單元抽屜可

20、達 22 個、功能單元回路數以及電氣運行參數與其他同類柜相比有顯著的提高。3.3 受電柜、動力饋電柜（PC）、電動機控制柜（MCC）全系列母線短時耐受電流的能力均達到 80KA （有效值） 176KA （峰值）的水平。 3.4 裝置的外形尺寸見下表，可根據線路方案和安裝現場隨意選擇。高 x 寬 x 深高 x 寬 x 深高 x 寬 x 深高 x 寬 x 深2200x1000x10002200x800x10002200x600x10002200x400x10002200x1000x8002200x800x8002200x600x800200x400x8002200x1000x6002200x800

21、x60012.開關柜內各元件的選擇(1)選擇干路低壓斷路器：DW15系列智能型萬能式斷路器殼架等級額定電流imm,1500A額定電流In 630A、800A、1000A、1250A、1500A、2000A殼架等級額定電流Inm，1500A 額定極限路分斷能力Icu(kA) 80， CO2=0.2F 額定運行短路分斷能力Ics(kA) 50 額定短時耐受電流icw(kA) 50 Is延時0.4s長延時：2h，不動短延時：1h動作: 整定時間（S）, 15, 30, 60, 120, 240, 480動作時間（S）, 8.4, 16.9, 33.7, 67.5, 135, 270本脫扣器的保護器特

22、性在低倍數電流時為反限，其FT=（8Ir)2ta,ta,為一般延時設計時間，當過流8Ir1時，應自動轉換為定時限特性，其定時限特性如下：延時時間(s) 0.1, 0.2, 0.3, 0.4可返回時間(s) 0.06, 0.14, 0.23, 0.35(2)選擇熔斷器：采用NT1-250A型品牌飛凰型號NT1額定電壓380-660V（V）額定電流250A（A）外形尺寸135*68*20*48*60*6（mm）NT型低壓高分斷能力熔斷器是一種新型熔斷器，具有體積小、重量輕、功耗小、分斷能力高的特點，廣泛用于電器設備的過載和短路保護之用。(3)選擇隔離開關：采用HH15(QSA)系列隔離開關熔斷器組

23、HH15(QSA)系列隔離開關熔斷器組主要用于交流頻率50-60Hz、工作額定電壓AC600V以下及DC220V/440V、額定工作電流63A630A的配電電路和電動機電路中，特別是高短路電流電路中的電源開關，并作電路保護之用。適用于各種柜式、抽屜式電氣控制成套裝置中。技術參數額定電壓(V)380VAC/660VAC, 220VDC/440VDC極數3P適配熔斷器（未含）NT1-80A-250A機械壽命12000次(4)選擇低壓刀開關：采用HD（S）13系列。 一、適用范圍HD系列單投刀開關、HS系列雙投刀開關適用于交流50Hz、額定電壓380V, 直流220V，額定電流至1500A的成套配電

24、系統(tǒng)裝置中，用作手動不頻繁接通與分斷交、直流電路或用作為電氣隔離之用。二、主要技術參數1, 額定電壓為交流380V、直流220V。2, 額定電流為100、200、400、600、1000、1500A。3, 主要技術性能參數見表。額定電流（A）10020040060010001500通斷能力（5個操作循環(huán)）AC 380V、COS=0.720.810020040060010001500DCT=0.010.011S 220V 10020040060010001500機械壽命（次）100001000010000500050005000電壽命（次）100010001000500500500Is短時耐受電

25、壓（KA）61020253040動穩(wěn)定電流峰值（KA）杠桿操作203040506080手柄式1520304050-操作力（N）300300300300400400(5)選擇電容補償器：WBD-0.4/50 自動調節(jié)產品型號額定電容(KVAR)額定電流(A)總電容量(F)WBD-0.4/505072.2219(6)選擇接觸器：CDC1-250適用于交流50Hz主電路中、電壓至380V電力系統(tǒng)中，供作為功率因數補償裝置中額定容量至100kvar的自愈式低電壓并聯(lián)電容器的接通和分斷之用。接觸器帶有抑制涌流裝置，能有效地減小合閘涌流對電容器的沖擊和抑制開斷時的過電壓?；緟担盒吞朇DC1-250 額

26、定電壓 380V 最大控制功率 132KW 額定工作電流 245A (7)軟啟動器： CR1-225 軟啟動器額定電流 225 A 被控制電動機額定功率 110 KW 額定工作電壓 400 V 額定工作頻率 50HZ 額定沖擊耐受電壓 8 KV 額定絕緣電壓 690 V 額定控制電源電壓 400 V 頻率50 HZ 極數 三極(8)選擇電機過流保護裝置：WJB-300/5Z(9)選擇熱繼電器：CDR1-120/F(10)選擇電流互感器：BH-0.66系列(11)選擇支路斷路器：CM1L-400M/4330(12)選擇防雷接地裝置：FYS-0.22(13)母線選擇：TMYT=2000h 根據課本

27、102頁圖5-6查得J=1.3A/，; 由母線的經濟截面公式 = 三、電氣設備校核計算（1）變壓器的校核=1000 kVA ， 選取SCB10-1000/35/0.4型變壓器符合條件（2）高壓斷路器的校核35KV =31.5KA =2.1KA 選取ZN85-40.5型高壓熔斷器校核如下：計算數據ZN-40.5/1600-25參數 KV35 KV35 KA0.0126 KA2.0 KA2.1 KA31.5 KA5.36 KA31.52.1244故此真空斷路器符合要求（3）高壓負荷開關的校核35KV =31.5KA =2.1KA 選取NALF36型高壓負荷開關校核如下：故NALF36型高壓負荷開關

28、符合要求計算數據ZN-40.5/1600-25參數 KV35 KV35 A12.6 A40 KA5.36 KA31.544（4）低壓斷路器校核經校驗選取DW15-1500/3型智能型萬能式斷路器符合條件（5）低壓隔離開關的校核 第四節(jié) 電動機的啟動計算取，標幺值的下腳標注（*）全部省略；額定容量 kw VcossinAr/min r/min1103800.860.51206.799094.0%4.61.21000（1）求系統(tǒng)各元件阻抗： 主變阻抗： 電動機啟動時阻抗： 其他負荷阻抗為: (2)、求電動機啟動時功率因數： (3)、求啟動時電動機和其他負荷等效電阻：=0.307 cos=0.86

29、= 72.1230.68 查課本125頁圖6-3所示曲線得 T=1.07 (4)、求啟動時母線電壓： 設串聯(lián)修正系數t=1經過上述計算得，該電動機啟動方式為降壓軟啟動，選用軟啟動器型號為CR1-225第五節(jié) 泵站防雷設計1.泵站配電裝置的防雷保護泵站配電裝置中出現雷電過電壓有兩個來源：（1）雷電直擊變電所；（2）沿輸電線入侵的雷電過電壓波。（1）配電裝置的直擊雷防護由于建筑物采取防雷措施，戶內配電裝置不考慮直擊雷的防護。配電裝置的雷電侵入波保護是利用避雷器及與避雷器相配合的進線保護段來實現的。戶外配電裝置必須裝設避雷針或避雷線對直擊雷進行防護，使需要保護的設備和設施處于其保護范圍之內，在建筑物

30、采取了防雷措施后，戶內配電裝置一般不再考慮直擊雷防護。直擊雷的防護大多采用避雷針，按照安裝方式的不同可分為獨立避雷針和架構避雷針兩種。規(guī)程規(guī)定：35KV及以下的配電裝置應采用獨立避雷針防護。此時應考慮避雷針和相鄰電氣設備、架構等空中距離，以及避雷針的接地體與被保護物的接地體之間的地中距離，如果距離不夠在避雷針遭雷擊時，也會出現反擊，因此我國要求空中距離不小于5m，地中距離不小于3m。并按公式 0.2+0.1h 0.3 進行校核。式中 -獨立避雷針的沖擊接地電阻（）；h -相鄰被保護設備的高度（m）。 （2）配電裝置的雷電侵入波防護配電裝置中必須裝設避雷器，以限制侵入波過電壓的幅值。但由于避雷器允許通過的沖擊電流有限，如果進線端受到直接雷擊，雷電流將大大超過它的允許電流值，可能引起避雷器的損壞以致爆炸。每段母線裝設避雷器Y5WZ-42/134。變壓器中性點采用全絕緣，不設保護裝置。未沿全線架設避雷線的35kV輸電線路，在靠近配電裝置1-2km的線段上架設避雷線，此段線路即為進線段。避雷線防止該段輸電線遭受直擊雷，對于進線段以外的線路遭受直擊雷時，由于進線段本身波阻抗的作用，使進入配電裝置的雷電流幅值收到限制，而導線上沖擊電暈的作用，使雷電波的陡度減小。2.高壓電動機的防雷措施電動