1、酒 泉 職 業 技 術 學 院畢 業 設 計論 文2021 級 電氣自動化技術 專業題 目： 某冶金企業10KV高壓配電所二次回路設計 畢業時間： 二一四年六月 學生 XXX 指導教師： 張XX 班 級： 12電氣班 2021年 6月20日20酒泉職業技術學院 屆各專業畢業論文設計成績評定表班級專業指導教師第一次指導意見年 月 日指導教師第二次指導意見年 月 日指導教師第三次指導意見年 月 日指導教師評語及評分 成績： 簽字蓋章 年 月 日辯論小組評價意見及評分成績： 簽字蓋章 年 月 日教學系畢業實踐環節指導小組意見簽字蓋章 年 月 日學院畢業實踐環節指導委員會審核意見簽字蓋章 年 月 日說

2、明：1.以上各欄必須按要求逐項填寫。2.此表附于畢業論文 (設計)封面之后。畢業設計論文任務書學生:XXX專業班級：12電氣班設計論文題目：某冶金企業10KV高壓配電所二次回路設計1、 設計要求 要求某冶金企業設計的供配電系統，根據該企業所能取得的電源及本廠用電負荷的實際情況，并適當考慮到工廠生產的開展，按照平安可靠、技術先進、經濟合理的要求，確定變電所主接線方案及設備為選擇，二次回路設計等，最后定出設計說明書。2、 設計依據1. 據該企業10Km處有一座35KV變電站，企業有自備電源200KW，正常時由電網供電，電網停電時，由自備電源向關鍵設備供電，但不能向電網倒送電。2. 負荷情況 本工廠

3、目前的負荷有冷加工機床5臺，總容量為1000KW，通風機5臺，總容量為900KW，其中分別為250、150、200、150KW，起重機6臺，總容量為800KW15%，電焊機3臺，總容量為200KW65%，冶煉電爐兩臺1000KW，1000KW，冷卻水供水系統電機150KW、100KW各一臺，50KW兩臺；取同時系數KP=0.8,Kq=0.85,其中類負荷占8%，規劃年限為5年，年負荷增長率3%，規劃年限內平均cos=0.85，年最大利用小時數Tmax=4500h年。3. 環境條件工廠位于平原地區，無污染，其余條件一般。三、設計內容1. 分析原始材料，進行負荷計算。2. 變壓器容量、臺數、型號選

4、擇。3. 確定電氣主接線的最正確方案包括進出線回路數。4. 計算短路電流，列出短路電流計算結果。5. 主要電氣設備選擇與效驗。6. 二次回路的設計。7. 主變壓器、線路繼電保護配置。8. 變電所的防雷措施。 指 導 老 師簽名： 教研室主任簽名： 年 月 日 目 錄摘要2關鍵詞2引言2一、變配電系統21. 變配電所的任務 22. 變配電系統的特點 23. 變配電所的組成 34. 配電線路 45. 二次回路的設計 5二、負荷計算及無功補償計算6三、短路電流計算 151. 短路電流計算152. 操作電源選擇的一般要求 17四、變電所的防雷措施 191. 雷電現象及危害 192. 防雷措施 20五、

5、參考文獻 21六、致謝 22某治金企業10kV高壓變配電所二次回路設計摘要：本文是某治金企業10KV高壓配電所二次回路設計。設計的目的是通過對該電力系統的地理環境、供電條件、供電方式和公用系統等用電負荷資料的分析，為該企業尋找更加完善的供電設計方案。電能是工廠運作的主要能源，對工廠的正常運作有舉足輕重的作用，因此如何進行合理用電、平安用電、節約用電、高質量用電已經成為工廠建設和運行的主要問題之一。工廠的平安正常運作、節電節能、提高工廠用電效率，都必須有一個平安、可靠、經濟、合理的供電系統和使用電能的系統保障，才能實現工廠電能利用、和節省電能的理想化、經濟化。本配電所的初步設計包括了：運用需要系

6、數法進行負荷計算，短路計算,變壓器的選擇及繼電保護和防雷措施等。關鍵詞：負荷計算 短路電流計算 電氣設備選擇 信號回路 繼電保護 防雷措施一、變配電系統電力工業是國民經濟的重要部門之一。它為工業、農業、商業、交通運輸和社會生活提供能源。由于電能能夠方便而經濟地從其他形式的能量中轉換而得。并且方便而經濟地傳輸。以及簡便地轉換成其他形式的能量如變換為機械能、光能、熱能、化學能等以廣泛應用于社會生產的各個領域和社會生活的各個方面。電力工業也因之而成為國民經濟和人們生活現代化的根底。一變配電所的任務變配電所看作是變電所和配電所的合稱。它是電力系統里的一局部，電力系統是由發電廠、變電站、電力線路和用電設

7、備聯系在一起組成的統一整體，各組成局局部別起到生產、轉換、分配、輸送和使用電能的作用。它是電壓變換以及電能接受和分配的場所。變電所由電力變壓器和配電裝置組成。而對于僅裝有受、配電設備，沒有電力變壓器的，那么稱為配電所。二變配電系統的特點1. 變配電系統中，電能的生產、輸送和使用幾乎是同時進行的。 2. 電力系統中額定電壓設置3. 負荷分級及其供電方式為了使供配電系統到達技術上合理和經濟上節約，既能滿足供電可靠和運行維修的平安、靈活、方便，又能使供配電系統投資少，在確定供配電系統之前，要正確地劃分電力負荷的等級。對于工業與民用供電負荷，根據其重要性和短時中斷供電在政治、經濟上所造成的經濟損失和政

8、治影響，可分為三個等級：（1） 一級負荷 （2） 二級負荷 （3） 三級負荷 各級負荷的供電方式，應按照其對供電可靠性的要求、允許停電的時間及用電單位的規模、性質和用電容量，并結合地區的供電條件予以選定。（1） 一級負荷的供電方式，應由兩個獨立電源供電。 （2） 二級負荷的供電方式：應由兩回線路供電。當取得兩回線路有困難時,允許由一回專用線路供電。3 三級負荷對供電方式無特殊要求，但應采取技術措施，盡可能的不斷電以保證居民生活用電。三變配電所的組成變電所一般由電力變壓器、高壓配電室、低壓配電室等局部組成。根據實際需要，有的變電所內還設有高壓電容器補償室、控制室、值班室和其他輔助房間。1. 10

9、KV 終端變電所的型式10KV 終端變電所車間變電所或建筑物變電所按變壓器安裝的位置，一般有以下型：（1） 附設變電所 （2） 車間內變電所 （3） 獨立變電所 （4） 屋外變電所 （5） 桿上變電所2. 配電系統的接線網絡方式1 放射式接線 2 樹干式接線方式 3 環狀式接線 3. 低壓380/220V 配電系統的根本形式仍然是放射式和樹干式兩種，而實際采用的多數是兩種形式的組合，或稱為混合式。供電系統接線網絡方式確實定，根據以上的分析，再結合本企業的實際情況，本設計選用一、二級負荷采用放射式配電網絡，其中一級負荷電源為雙路電源帶末端互投裝置供電.二、配電線路對于10KV 及以下的輸電線路習

10、慣稱為配電線路。根據線路電壓又可將3-10KV 線路稱為高壓配電線路，1KV 以下的配電線路稱為低壓配電線路。一 架空配電線路二 架空線路的結構 1. 架空線路路徑選擇原那么 ：在保證架空線路的導線與各種設施間的最小距離要求的條件下，按線路距離最短的原那么選擇。三 電纜線路1. 電纜的結構 電纜有線芯、絕緣層和保護層三局部組成。2. 電纜的種類及使用范圍3. 目前常用的電力電纜，按其絕緣材料及保護層的不同分為以下幾類：1油浸紙絕緣鉛(鋁)包電力電纜;2聚氯乙烯絕緣、聚氯乙烯護套電力電纜簡稱全塑電纜；3交聯聚乙烯絕緣、聚氯乙烯護套電力電纜；4油浸紙干絕緣電力電纜；5不滴流電力電纜；6橡膠絕緣聚氯

11、乙烯護套電力電纜；供電系統電纜線路確實定：根據以上的分析，又結合了本企業的實際情況，本設計選用聚氯乙烯絕緣電力電纜VLV及硬銅母線TMY型號的不同截面積的電纜線路。表母線的機械性能和電阻率母線名稱母線型號最小抗拉強度N/mm2)最小伸長率()20 最大電阻率( mm 2/m)銅母線TMY25560.01777 圖一三、二次回路的設計 一 二次回路概述 在變電所中通常將電氣設備分為一次設備和二次設備兩大類，一次設備指直接生產，輸送，分配電能的設備，主電路中的變壓器，高壓斷路器，隔離開關，電抗器，并聯補償電力電容，電力電纜，送電線以及母線等設備都屬于一次設備，對一次設備的工作狀態進行監視，測量，控

12、制，保護的輔助電氣設備稱為二次設備。二次回路電源分為交流電源和直流電源兩類，按功能分為控制回路，合閘回路，信號回路，測回路，保護回路以及遠動裝置回路。(二) 二次回路方案選擇1. 高壓斷路器的操作機構控制與信號回路2. 變電所的測量回路和絕緣監察回路10千伏母線的絕緣監察裝置及電壓測量回路。本設計絕緣監察裝置我們采用一個三相五心柱三線圈電壓互感器接成的電路，這類電壓互感器二次側有兩組線圈，一個接成星形，在它的引出線上接三只電壓表，系統正常運行時，反映各個相電壓，在系統發生一相接地時，那么對應相的電壓表指零，另兩只表計數升高到線電壓，另一組接成開口三角形，接成零序電壓過濾器，在開口處接一個過電壓

13、繼電器，系統正常運行時，三相電壓對稱，開口兩端電壓接近于零，繼電器不動作，在系統發生一相接地時，接地相電壓為零，另兩個相差120度的相電壓疊加，那么使開口處現近100V的零序電壓，使電壓繼電器動作，發生警報的燈光與音響信號。 (三) 備用電源自動投入裝置在工廠系統中，為了保證不間斷供電，常采用備用電源自動投入裝置APD，當工作電源不管出于何種電源失電時，備用電源自動投入裝置能夠將失去的電源切斷，隨即將另一電源接通，因而保證本廠二級負荷與三級負荷不間斷供電，提高供電可靠性。因為為滿足本廠二級負荷要求，本廠采用聯絡線由鄰近的單位取得備用電源。二、負荷計算及無功補償計算(一) 負荷曲線(二) 負荷曲

14、線簡介 電力負荷隨時間變化情況的圖形稱為負荷曲線。(三) 日負荷曲線 負荷曲線可通過測量運行中用電設備的負荷值來繪制。日負荷曲線有兩種，分別是平滑曲線和階梯曲線：平滑曲線是逐點描繪的負荷曲線,如圖2.1a),階梯曲線如圖2.1b) 圖二 四、具體負荷計算一負荷計算定義及意義計算負荷的定義即根據的工廠的用電設備安裝容量確定的、預期不變的最大假想負荷，其熱效應與同時間內實際變動負荷產生的熱效應相等。負荷計算的定義即求取計算負荷的過程稱為負荷計算。二負荷計算方法與過程我國目前普遍采用確實定計算負荷的方法有：1單位指標法單位面積耗電量法、單位產品耗電量法；2需要系數法；3二項式系數法；4利用系數法。結

15、合本企業的實際情況，本設計選用了需要系數法這種負荷計算方法。1. 按需要系數法確定計算負荷:1先求各組的計算負荷:單組的有功計算負荷:單組的無功計算負荷: 單組的視在計算負荷：􀏉單組的計算電流：2再求總的計算負荷(是同期系數)􀏂總的有功計算負荷為： 􀏉總的無功計算負荷為: 以上兩式中的和分別表示所有各組設備的有功和無功計算負荷之和。總的視在計算負荷總的負荷電流(3) 企業負荷計算如下： 冷加工機床的計算負荷，查附表1，取需要系數和功率因數為Kd=0.2，cos=0.5，tan=1.73，得：=Kd Pe=0.2×1000=200K

16、wQ301=p301=tan=1.73×200=346KvarS301=400Kvar=607A 通風機的計算負荷。查附表1，取需要系數和功率因數為Kd=0.8，cos=0.8，tan=0.75，得：P302=Kd Pe=0.8×900=720KwQ302=p302=tan=0.75×720=540KvarS302=900Kvar1367.4A 起重機的計算負荷，查附表1，取需要系數和功率因數為Kd=0.15，cos=0.5，tan=1.73，得：P303=Kd Pe=0.15×800=120KwQ303=p303=tan=120×1.73=2

17、08KvarS303=240Kvar365A 電焊機的計算負荷，查附表1，取需要系數和功率因數為Kd=0.5，cos=0.4，tan=2.29，得：P304=Kd Pe=0.5×200=100KwQ304=p304=tan=2.29×100=229KvarS304=250Kvar=381A 冶煉電爐的計算負荷，查附表1，取需要系數和功率因數為Kd=0.75，cos=0.95，tan=0.33，得：P305=Kd Pe=0.75×2000=1500KwQ305=p305=tan=495KvarS305=1580Kvar=2408A 冷卻水供水系統電機的計算負荷，查附

18、表1，取需要系數和功率因數為Kd=0.15，cos=0.5，tan=1.73，得：P306=Kd Pe=53KwQ306=p306=tan=91KvarS306=105Kvar=160A(4) 企業的總計算負荷，同時系數Kp=0.8，Kq=0.85，所以企業的計算負荷為：P30=KpPei=0.8×2640=2112Q30=KqQei=1622KvarS30=2663Kvar=4058A(5) 配電系統負荷計算確實定結合本工程的實際情況，按照以上同樣的計算負荷的方法，將以表的形式列出：如下表所示􀏂用電負荷設備總容量Kw需要系數功率因數有功功率Kw無功功率Kvar視在

19、功率Kvar計算電流A冷加工機床1000Kw0.20.5200Kw346Kvar400Kvar607A通風機700Kw0.80.8720Kw540Kvar900Kvar1367A起重機800Kw0.150.5120Kw208Kvar240Kvar356A電焊機200Kw0.50.4100Kw229Kvar250Kvar381A治煉電爐2000Kw0.750.951500Kw495Kvar1580Kvar2408A冷卻水供水系統電機350Kw0.150.553Kw91Kvar105Kvar160A乘以同時系數有功同時系數(k1)無功同時系數k2有功功率同時無功功率視在功率(KVA)計算電流A0.

20、80.852112Kw1622Kvar2669Kvar4058A2. 無功功率補償最大負荷時的功率因數為：=2112/2669=0.79 根據供電部門提供的有關規定，工業企業平均功率因數如果達不到要求，須進行無功功率的補償。由附錄二查表得并聯電容器的無功補償率。又因補償后的功率因數為0.9，所以通過查表的。=2669x0.48=1281.12Kvar補償電容器的型號為：BWF10.5-100-1W型號中字母含義：B-并聯電容器；W-十二烷基苯；F-紙、薄膜復合；W-戶外型。考慮三相均衡分配應裝設16個，每相7個，每個容量為100kvar,自動補償的容量應該為1600KVar。􀏂

21、; 3. 電力變壓器臺數的選擇1選擇主變壓器臺數時應考慮以下原那么：􀏁應滿足用電負荷對供電可靠性要求；􀏁對季節性負荷或晝夜負荷變動較大宜于采用經濟運行方式變電所，也可考慮用兩臺變壓器； 除上述情況外，一般車間變電所宜采用一臺變壓器。但是負荷及中而容量相當大的變電所，雖為三級負荷，也可以采用兩臺或以上變壓器； 在確定變電所主變壓器臺數時，應適當考慮負荷的開展，留有一定的余地。本變配電所中供電的鑄鋼車間、金工車間、氧氣站為一級負荷，組裝車間為二級負荷，其余車間為三級負荷。所以應裝設兩臺變壓器，這樣才能滿足需求。4. 變電所主變壓器容量選擇􀏁1只

22、裝一臺主變壓器的變電所主變壓器容量設計中，一般可概略地當作額定容量應滿足全部用電設備總計算負荷的需要，即 2裝有兩臺主變壓器的變電所每臺變壓器的容量一般可概略地當作額定容量應同時滿足以下兩個條件：任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足總計算負荷的大約60%-70%的需要，即=(0.60.7)=(15002000)Kvar任意臺單獨運行時，應滿足一，二級負荷的需要，即 。綜上所述，裝設兩臺主變壓器，滿足以下兩個條件： 。結合以上原那么及本設計的原始數據計算得：=(1000 600 1000 ) 。所以選用S9 型銅線電力變壓器，容量為1600KVA 。詳細型號為S9-1600/10 型，額定容量1600

23、KVA，額定變比為10.5/6.3KV，高壓分接頭范圍±2×2.5，聯結組別為DYN11，空載損耗為2KW，負載損耗為11KW，空載電流為2.5，阻抗電壓為5。五、短路電流計算(一) 短路電流計算1. 求k-1點的三相短路電流和短路容量1計算短路電路各元件的電抗及總電抗選定斷路器為SN10-10型。容量，因此架空線路的電抗：由圖四1.1得，因此繪制k-1點短路的等效電路，如圖四 1.2所示，圖上標出各元件的序號分子和電抗值分母，并計算其總電抗為：（2） 計算三相短路電流和短路容量三相短路電流周期分量有效值為：三相短路次暫態電流和穩態電流：三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電

24、流有效值為： 三相短路容量為：2. 求k-2點的三相短路電流和短路容量：取1計算短路電路中各元件的電抗及總電抗。電力系統的電抗：架空線路的電抗： 繪制k-2點短路算的等效電路，如圖四 1.2所示，并計算其總阻抗為; 2計算三相短路電流和短路容量三相短路電流周期分量有效值為 三相短路次暫態電流和穩態電流為： 三相短路沖擊電流及第一周期短路全電流有效值為： 三相短路容量為： 圖四 1.1 圖四 1.2短路計算點三相短路電路(KA)三相短路容量MVAK-11.631.631.634.162.4629.6K-229.829.829.854.832.520.6(二) 操作電源選擇的一般要求1. 交流操作

25、繼電保護一般采用電流互感器二次去分跳閘的間接動作方式 對于僅裝設瞬時過電流保護的高壓電容器等，也可采用直接動作方式。此適用于交流操作的短路保護裝置；斷路器采用手動或彈簧操動機構。2. 需要交流操作保護裝置除上述短路保護外一般可由電壓互感器或所用變壓器二次側取得電壓；零序電流保護也可直接由變壓器低壓側取得電壓。此適用于變壓器的其氣體保護、Y，yn0接線的變壓器低壓側中性線上的零序電流保護及中性點非直接接地系統地接地保護；斷路器采用手動或彈簧操動機構。3. 直流操作電源一般設置兩套晶閘管整流設備交流電源分別取自所用變壓器和外接系統電源，且能相互切換；晶閘管整流設備的容量，除滿足控制、保護、信號及電

26、池或電容器充電的需要外，其中一套應保證最大一臺斷路器合閘電流的要求；此適用于需直流操作電源的保護、控制和信號回路；斷路器采用電磁操動機構，采用彈簧操動機構的斷路器也可適用。4. 繼電保護和自動裝置繼電保護裝置是指能反響電氣設備發生故障或不正常工作狀態而作用于跳閘或發生信號的自動裝置。其主要作用是：通過預防事故或縮小事故范圍來提高系統運行的可靠性，最大限度地保證可靠地供電。繼電保護裝置必須滿足選擇性、快速性、靈敏性、可靠性等四項根本要求。1過電流保護裝置定時限保護：一般采用DL型繼電器，起動以后，保護裝置地動作時間與短路電流數值大小無關，要到達預定時間才能動作。保護時限的整定系用時間繼電器來獲得

27、。反時限保護：一般采用GL型繼電器，起動后，保護裝置的動作時間電流的大小成反比，短路電流越大，動作時間越短。2繼電保護裝置的整定計算610KV線路應裝設：過電流保護、電流速斷保護、單相接地保護。過電流保護的起動電流整定必須滿足兩個條件：在正常線路最大負荷時，保護裝置不應動作，即應避開正常的最大負荷電流；當下一級保護切除后，本保護應可靠返回。變壓器一般裝設有過電流保護、電流速斷保護、過負荷保護和瓦斯保護等。變壓器過電流保護的整定原那么與線路過電流保護的整定原那么相同，按躲開變壓器一次側可能出現的最大負荷電流來整定。過電流保護：采用兩相兩繼電器式接線，電流互感器TA的變比為300/5A。動作電流： 式中：Krel可靠系數；過電流保護，DL型取1.2，GL型取1.