1、 機械廠35KV總降壓變電所及高壓配電系統設計 院（系、部）：信息工程學院姓 名：啊年 級：2007專 業：電氣工程及其自動化指導教師：教師職稱： 北京目 錄 TOC o 1-2 f h z HYPERLINK l _Toc42479490 第一章 前言1 HYPERLINK l _Toc42479493 第二章 負荷計算及功率因數補償計算3 HYPERLINK l _Toc42479497 第三章 總配電所主接線方案的設計8 HYPERLINK l _Toc42479500 第四章 短路計算10 HYPERLINK l _Toc42479500 第五章 設備的選擇校驗13 HYPERLINK

2、 l _Toc42479500 第六章 防雷與接地17 HYPERLINK l _Toc42479508 參考文獻20第一章 前 言1.1 選題背景電能是現代工業生產的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉換而來，又易于轉換為其它形式的能量以供應用；電能的輸送的分配既簡單經濟，又便于控制、調節和測量，有利于實現生產過程自動化。因此，電能在現代工業生產及整個國民經濟生活中應用極為廣泛。工廠廠區供電設計是整個工廠建設設計中的重要組成部分。供電設計質量, 會直接影響到日后工廠的生產與發展。尤其對那些工業生產自動化程度很高的大型現代化工廠, 如果能有一個高質量的供電系統, 那么, 就有利于企業的

3、快速發展。穩定可靠的供電系統, 有助于工廠增加產品產量, 提高產品質量, 降低生產成本, 增加企業經濟效益。如果供電系統設計質量不高, 將會給企業, 給國家造成不可估量的損失 1 。1.2 供電系統設計的原則工廠供電系統設計必須遵循以下原則：1) 工廠供電設計必須遵循國家的有關法令、標準和規范，執行國家的有關方針、政策，包括節約能源、節約有色金屬等技術經濟政策。2) 工廠供電設計應做到保障人身和設備的安全、供電可靠、電能質量合格、技術先進和經濟合理，設計中應采用符合國家現行有關標準的效率高、能耗低、性能先進的電氣產品。3) 工廠供電設計必須從全局出發，統籌兼顧，按照負荷性質、用電容量、工程特點

4、和地區供電條件，合理確定設計方案。4) 工廠供電設計應根據工程特點、規模和發展計劃，正確處理近期建設與遠期發展的關系，做到遠、近期結合，以近期為主，適當考慮擴建的可能性。1.3 供電系統設計的意義在工廠里，電能雖然是工業生產的主要能源和動力，但是它在產品成本中所占的比重一般很小（除電化工業外）。電能在工業生產中的重要性，并不在于它在產品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業生產實現電氣化以后可以大大增加產量，提高產品質量，提高勞動生產率，降低生產成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現生產過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應突然中斷，則對工業生產可能造成嚴重的后

5、果。因此，做好工廠供電工作對于發展工業生產，實現工業現代化，具有十分重要的意義。本文中的設計是對全廠總配電所及配電系統的設計，通過對各部分的計算，最終選定廠中所需各種設備 2 。1.4 工廠簡介及設計要求1、供電電源及供用用電協議：a.可選用供電電源兩個，一個是從距離廠南側10公里處的220/35KV區域變電所供電，令一個是從廠西側5公里處220/35KV某變電所引入。35KV母線短路數據：系統最大運行方式時區域變電所短路容量為600兆伏安，某變電所250兆伏安；最小運行方式時，區域變電所短路容量為280兆伏安，某變電所150兆伏安,年最大負荷利用小時數為5000 h.b.域變電所35KV配出

6、線路定時限過流保護裝置整定時間為1.5秒，工廠總降不大于1.0秒；c.在總降壓變電所35KV側計量；d.本廠功率因數值應該在0.9以上。2、設計對象概況設計對象是一個機械廠，其主要負荷為機加工車間、裝配車間、配料車間、熱處理車間、鍛工車間、高壓站、高壓水泵房、冷工車間和模具車間。廠區車間分布情況：1-機加工車間、2-裝配車間、3-配料車間、4-熱處理車間、5-鍛工車間6-高壓站、7-高壓水泵房、8-冷工車間、9-模具車間該地區氣象條件：（1）夏季主導風向為東南風；（2）年雷暴日為20天；（3）年最熱月平均最高溫度為30C；C；（5）土壤凍結深度為0.7米。車地質及水文條件：根據勘測部門提供的本

7、廠工程地質資料得知本廠區地質構造：（1）地表平坦，土壤主要成分為沙質粘土，層厚2.6-5米不等；（2）地耐壓力為25噸/平方米；（3）地下水位普遍為1.9米。第二章 負荷計算及功率因數補償計算2.1 負荷計算2.1.1 負荷計算的意義工廠進行電力設計的基本原始資料是工藝部門提供的用電設備安裝容量，但是這種原始資料要變成電力設計所需要的假想負荷稱為計算負荷，從而根據計算負荷按照允許發熱條件選擇供電系統的導線截面，確定變壓器容量，制訂提高功率因數的措施，選擇及整定保護設備以及校驗供電電壓的質量等，是一件較為復雜的事。電力裝備設計部門對機械設備進行電氣配套設計時總有一定的裕度，即使電動機功率完全門分

8、機械計算的配套要求。在工廠中使用的情況不同，也會影響到電力負荷的大小，但是這種電氣計算負荷還必須認真地確定因為它的濃度程度，直接影響整個工廠供電設計的質量 3 。如計算過高，將增加供電設備的容量，浪費有色金屬，增加初投資。計算過低則可能使供電元件過熱，加速其絕緣損壞增大電能影響供電系統的正常運行。還會給工程擴建將來很大的困難。更有甚者，由于工廠企業是國家電力的主要用戶，以不合理的工廠計算負荷為基礎的國家電力系統的建設，將給國民經濟帶來很大的浪費和危害，而且使電力系統的建設和運行受到影響，給國民經濟帶來很大損失。所以對于本設計來說，負荷計算尤其重要。2.1.2 負荷計算的方法常用負荷計算的方法：

9、(1)需要系數法(2)二項式系數法(3)形狀系數法。在此次設計中，設備臺數較多，各臺設備容量相差不太懸殊，所以考慮采用需要系數法。需要系數法的主要步驟：(1)將用電設備分組，求出各組用電設備的總額定容量。(2)查出各組用電設備相應需要系數及對應的功率因數。(3)用需要系數法求車間或全廠的計算負荷時，需要在各級配電點乘以同期系數K。負荷計算的主要公式有：有功計算負荷（單位為KW） QUOTE 無功計算負荷（單位為KVar） QUOTE 視在計算負荷（單位為KVA）計算電流（單位為A）Un為車間或工廠的用電設備配電電壓（單位為KV）表2-1 車間負荷計算序號車間名稱負荷容量（KW）需要系數（Kx）

10、功率因數tan計算負荷P30Q30S30I301電機修理車間25000.80.8520001240235335752裝配車間22001870233835523配料車間170556710794熱處理車工車間180045075011406高壓站1700850867121418457高壓水泵房160072096018418冷加工車間12002404807299模具車間45036042464410所用電9005406359652.2 功率因數補償計算2.2.1 功率因數對供電系統的影響在工廠供電系統中輸送的有功功率維持恒定的情況下，無功功率增大，即供電系統的功率因數降低將會引

11、起： (1)系統中輸送的總電流增加，使得供電系統中的電氣元件，如變壓器、電器設備、導線等容量增大，從而使工廠內部的啟動控制設備、測量儀表等規格尺寸增大，因而增大了投資費用；(2)由于無功功率的增大而引起的總電流的增加，使得設備及供電線路的有功功率損耗相應地增大；(3)由于供電系統中的電壓損失正比于系統中流過的電流，因此總電流增大，就使的供電系統中的電壓損失增加，使得調壓困難；(4)對電力系統的發電設備來說，無功電流的增大，使發電機轉子的去磁效應增加，電壓降低，過度增大激磁電流，從而使轉子繞組的溫升超過允許范圍，為了保證轉子繞組的正常工作，發電機就不能達到預定的效果 4 。無功功率對電力系統及工

12、廠內部的供電系統都有不良的影響。因此，供電單位和工廠內部都有降低無功功率需要量的要求，無功功率的減少就相應地提高了功率因數。2.2.2 功率因數的補償供電單位在工廠進行初步設計時對功率因數都要提出一定的要求，它是根據工廠電源進線、電力系統發電廠的相對位置以及工廠負荷的容量決定的。根據全國供用電規則的規定，本設計要求用戶的功率因數。供電單位對工廠功率因數這樣高的要求，僅僅依靠提高自然功率因數的辦法，一般不能滿足要求。因此，工廠便需要裝設無功補償裝置，對功率因數進行人工補償。由上表可知，可知該廠380V側最大負荷時的功率因數只有0.74而要求該廠10KV進線側最大負荷時功率因數不低于0.90。考慮

13、到主變壓器的無功損耗遠大于有功損耗，因此380V側最大負荷時功率因數應稍大于0.90，贊取0.92來計算380V側所需的無功功率補償容量：=3315kavr采用PGJ1型補償屏，并聯電容器為BWF10.5-120-1W型采用其方案一（主屏）1臺與方案3（輔屏）4臺相組合，總共容量 120*6kvar*5=3600kvar。因此無功補償后工廠380V側和35KV側的負荷計算如下表所示：項目 COS計算負荷 /KW/Kvar/kvA/A380V側補償前負荷14229.2 380V側無功補償容量-3600380V側補償后負荷2725743411280主變壓器功率損耗=111=44310kv側負荷計算

14、7017316874354292.3 變壓器的選擇由于該廠的負荷屬于二級負荷，對電源的供電可靠性要求較高，且集中負荷較大，宜采用兩臺變壓器，以便當一臺變壓器發生故障后檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續供電，故選兩臺變壓器 5 。無功補償器的容量及型號 功率因數的計算 COS=P/S=; tg97。計算無功補償容量 根據功率因數考核基準值的要求，應將本站功率因數補償至。所以補償后的功率因數換算為正切值 tgc。 所以補償電容值為 QC=(tg- tgC（97）=kvar 選用的補償電容型號及臺數： 2250/25 兩套 裝有兩臺主變壓器的變電所每臺容量不應小于總的計算負荷 QUOTE 的6

15、0%，最好為總計算負荷的70%左右，即 QUOTE =(0.6-0.7) QUOTE 同時每臺主變壓器容量 QUOTE 不應小于全部一、二級負荷之和 QUOTE ,即(0.6-0.7) ； （不應小于全部一、二級負荷之和）=7435（0.6-0.7）=（4461-5205）KVA因此選兩臺SL7-6300/35型低損耗配電變壓器。工廠二級的備用電源亦由與鄰近單位相連的高壓聯絡線來承擔。主變壓器的鏈接組別均采用Y/d-11.車間變電所變壓器選擇車間變電所位置一般按下述原則確定：分散設置并接近負荷中心；便于低壓網絡的備用聯絡，節省變壓器及開關等設備的投資。根據廠區平面布置圖提供的車間分布情況及各車

16、間負荷的性質及大小，本廠擬設置六個車間變電所，由于主要車間的負荷均屬于類負荷，故每個車間變電所均設置兩臺變壓器。每臺變壓器的容量按能擔負全部車間負荷來選擇 6 。車間變電所的名稱、位置、型式以及變壓器的容量和臺數如下表所示：第三章 總配電所主結線方案的設計第四章 短路計算4.1 概述工廠供電系統要求正常地不間斷地對用電負荷供電，以保證工廠生產和生活的正常進行。但是由于各種原因，也難免出現故障，而使系統的正常運行遭到破壞。系統中最常見的故障就是短路.發生短路時，因短路回路的總阻抗非常小，故短路電流可能達到很大值。強大的短路電流所產生的熱和電動力效應會使電氣設備遭受破壞，短路點的電弧可能燒毀電氣設

17、備，短路點附近的電壓顯著降低，使供電受到嚴重的影響或中斷。若在發電廠附近發上短路，還可能會使電力系統運行解列，引起嚴重后果。此外，接地短路故障所造成的零序電流會在鄰近的通信線路內產生感應電動勢，干擾通信，亦可能危及人身和設備安全 8 。因此為了限制短路的危害和縮小故障影響的范圍，在供電系統的設計和運行中，必須進行短路電流計算，已解決下列技術問題。1）選擇電氣設備和載流導體，必須用短路電流校驗其熱穩定性和機械強度；2）設置和整定繼電保護裝置，使之正確的切除短路故障；3）確定限流措施，當短路電流過大造成設備選擇困難或不夠經濟時，可采取限制短路電流的措施；4）確定合理的主接線方案和主要運行方式等。4

18、.2 短路計算 短路電流計算的目的是為了正確選擇和校驗電氣設備，以及進行繼電保護裝置的整定計算。短路計算常用的方法有兩種：有名值法和標幺值法。對于低壓回路中的短路，由于電壓等級較低，一般用有名值法計算短路電流。對于高壓回路中的短路，由于電壓等級較多采用有名值法計算時，需要多次折算，非常復雜。為了計算方便，在高壓回路短路中，通常采用標幺值法計算短路電流。故本次設計選擇標幺值法進行短路電流計算。繪制計算電路（如圖4-1）圖4-12、確定基準值 設=100MVA,=， =36.75kv， =10.5kv， =144 KA計算短路中各元件的電抗標幺值1電力系統2架空線路 查表得LGJ-150的而線路長

19、10km，故10）100MVA/3電力變壓器 查表得7%(短路阻抗值，下同) 故 (7/100)4）車間變電所的電抗標幺值第一車間變電所 查表得=4.5%= 因此繪制等效電路如圖 計算k-1點的短路電路總抗及三項短路電流和短路容量1總電抗標幺值2三相短路電流周期分量有效值3其他短路電流 5.4 KA4三相短路容量227MVA計算k-2點的短路電路總電抗及三項短路電流和短路容量1總電抗標幺值2三相短路電流周期分量有效值6.3 KA3其他短路電流4三相短路容量計算k-3點的短路電路總電抗及三項短路電流和短路容量1總電抗標幺值2三相短路電流周期分量有效值160KA3其他短路電流160KA241KA4

20、08KA4三相短路容量111MVA以上數據綜合如下表 短路計算點三相短路電流/KA三相短路容量/MVAk-1227MVAk-216KA115MVAk-3160 KA160 KA160 KA408KA241 KA111 MVA 第五章 設備的選擇與校驗5.1 設備的選擇校驗要求為了保證一次設備安全可靠的運行，必須按下列條件選擇和校驗 9 ：1.應滿足正常運行檢修短路和過電壓情況下的要求并考慮遠景發展。2.應滿足安裝地點和當地環境條件校核。3.應力求技術先進和經濟合理。4.同類設備應盡量減少品種。5與整個工程的建設標準協調一致。6.選用的新產品均應具有可靠的試驗數據并經正式簽訂合格的特殊情況下選用

21、未經正式鑒定的新產品應經上級批準。技術條件：選擇的高壓電器，應能在長期工作條件下和發生過電壓、過電流的情況下保持正常運行。1.電壓 選用的電器允許最高工作電壓不得低于該回路的最高運行電壓。選用的電器額定電流不得低于所在回路在各種可能運行方式下的持續工作電流。5.2 設備校驗的一般原則1.電器在選定后應按最大可能通過的短路電流進行動熱穩定校驗，校驗的短路電流一般取最嚴重情況的短路電流。2.用熔斷器保護的電器可不校驗熱穩定。3.短路的熱穩定條件 短路熱穩定校驗短路熱穩定校驗就是要求所選的電器，當短路電流通過它時，其最高溫度不應超過制造廠規定的短路時發熱允許溫度，即：I2RtjIt2Rt或 I2tj

22、It2t式中 I2Rtj短路電流所產生的熱量； I2Rt 電器在短路時的允許發熱量,制造廠通常以t秒（通常為1，4，5 秒）內通過的電流It所產生的熱量表示；tj短路延續時間,秒tj=td秒 =tb+tfd秒式中 td短路延時時間tb主保護動時間tfd斷路器分閘時間如果缺乏斷路器分閘時間數據，當主保護為速動時，短路電流可取下列數據；對于快速及中速短路器，td 秒。對于低速斷路器 td =0.2 秒。此外當td1秒時，可認為td= tj5.2.2 動力穩定校驗電動力穩定是指電器承受短路電流引起機械效應的能力，在校驗時，用短路電流的最大幅值與制造廠規定的最大允許電流進行比較即： ich imax或

23、： Ich Imax式中 Ich，ich 短路沖擊電流及其有效值； Imax，imax電器極限通過電流的最大值及有效值。 5.3電氣設備的校驗與定型 5.3.1 母線選擇校驗1、10KV母線選擇校驗 （1） 母線形式確定 由于正常工作時流經母線的電流因此應選擇矩形鋁導體。 （2） 母線截面積選擇 按經濟電流密度選擇，Tmax=5000h，鋁導體經濟電流密度1.15A/mm2， 截面則應選擇Sj=Ig/1.15= /1.15=mm2; 本方案按按經濟電流密度選擇母線型號： LMY-638 （3） 熱穩定校驗 t取1，70時C=87 Smin=3180/87=36.55 mm2所選導體截面504

24、mm236.7 mm2,故滿足熱穩定條件。 2、35KV母線選擇校驗35KV母線采用戶外布置，選擇軟導體較為經濟，便于施工。 （1） 型式選擇 選擇鋼芯鋁絞線。 （2） 截面選擇按經濟電流密度選擇，Tmax=5000h，鋁導體經濟電流密度1.15A/mm2， 截面則應選擇Sj=Ig/1.15=/1.15= mm2; 經查表即選取LGJ-150/8。 （3） 截面熱穩定校驗 Sj Smin即滿足熱穩定要求。 5.5.2 隔離開關的選擇 隔離開關也是發電廠和變電所中常用的開關電器，它需與斷路器配套使用。但隔離開關無滅弧裝置，不能用來接通和切斷負荷電流和短路電流。(1)35KV隔離開關的選擇根據隔開

25、發展和應用情況，選取隔離開關型式為GW4-35T/630A戶外雙柱隔離開關。 其銘牌參數如下： 額定工作電壓35KV=Ug; 額定工作電流630AIg;(2) 10KV 隔離開關選擇GN19-10C/1000型 其額定工作電壓為10KV，滿足要求額定工作電流1000A I g5.5.3變電所各車間負荷及計算電流如下表所示：表 5.1 變電所各車間負荷及計算電流及其選擇導線截面和其載流量車間名稱車間負荷（KW）計算電流(A)導線型號（鋁絞線）導線截面（mm2）導線數量 （根）允許載流量 (A)結論機加工車間20003575LJ30030066806合格裝配車間18703552LJ30030066

26、806合格高壓水泵房7201459LJ30030036803合格5.5.4 380V 側低壓母線的選擇1) 各車間變電所計算電流計算如下： 表 5.2 各車間變電所計算電流序號車間負荷(KW)計算電流（A）4131145957916214501140850184554012342) 根據計算電流選擇母線截面及其載流量（見下表）： 表 5.3 選擇導線截面及其載流量序號導線類型導線截面導線數量允許載流量結論矩形鋁母線100811542合格矩形鋁母線1001011728合格矩形鋁母線631011168合格矩形鋁母線1251012089合格矩形鋁母線801011427合格第六章、防雷與接地6.1 防

27、雷雷電所引起的大氣過電壓將會對電器設備和變電所的建筑物產生嚴重的危害，因此，在變電所中，必須采取有效的防雷措施，以保證電器設備的安全 12 。運行經驗證明，當前變電所中采用的防雷保護措施是可靠的，但是雷電參數和電器設備的沖擊放電特性具有統計性，故防雷措施也是相對的，而不是絕對的。但是，隨著人們對雷電的進一步認識和掌握，以及雷電保護設備特性的不斷改善，變電所的防雷保護必將更為經濟合理。下面對防雷裝置進行選擇 13 。6.1.1 防雷設備防雷的設備主要有接閃器和避雷器。避雷器是用來防止雷電產生的過電壓波沿線路侵入變配電所或其它建筑物內，以免危及被保護設備的絕緣。避雷器應與被保護設備并聯，裝在被保護

28、設備的電源側。當線路上出現危及設備絕緣的雷電過電壓時，避雷器的火花間隙就被擊穿，或由高阻變為低阻，使過電壓對大地放電，從而保護了設備的絕緣。避雷器的型式，主要有閥式和排氣式等 14 。6.2 防雷措施為防御直接雷擊，在總降壓變電所內設置避雷針。根據戶內外配電裝置及建筑的面積及高度，設置四支避雷針 15 。高壓側選擇兩個避雷器，型號為FZ-35，在低壓側選擇兩個避雷器，型號為FZ-10避雷器可安全保護整個變電所不受直接雷擊。6.3 接地總降壓變電所接地采用環形接地網，用直徑50mm長250cm鋼管作接地體，埋深1m，用扁鋼連接。參 考 文 獻1.劉學軍.工廠供電設計指導.中國電力出版社.北京:20082.馬桂榮 王全亮.工廠供配電技術.北京理工大學出版社.北京:20103.蘇文成.工廠供電.機械工業出版社.北京:20046.劉介才.工廠供電設計指導.機械工業出版社.北京:2005“那破玩意兒，有什么用啊，連大學畢業證都成費紙了，還拿初中畢業證嚇唬