廣西科技大學題目：機械廠高壓供配電系統的電氣設計學院：電氣學院班級：姓名：學號：201100307028時間：2014年06月目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1.工廠的負荷計算和無功補償11.1負荷計算1\o"CurrentDocument"1.2無功補償3\o"CurrentDocument"2供電電源42.1高壓35kV供電的特點4\o"CurrentDocument"2.2供電電源計算43主變壓器容量和各車間變電所變壓器數量和容量，類型的選擇....53.1降壓變電所的電氣設計53.2總平面圖及電力布線圖6\o"CurrentDocument"3.3車間變電所位置和變壓器數量的選擇73.3.1選擇變電所主變壓器容量7\o"CurrentDocument"3.3.2廠區高壓配電線路的計算73.4電力變壓器的選擇8\o"CurrentDocument"4短路電流計算94.1求各元件電抗（用標幺制法計算）9d1點三相短路電流計算9d2點三相短路電流的計算10\o"CurrentDocument"5電氣設備選擇115.1電氣設備選擇115.3防雷與接地12參考文獻12機械廠高壓供配電系統的電氣設計1.工廠的負荷計算和無功補償表1.1負荷大小廠房名稱設備臺數設備容量P30/KWQ30/KvarS30/KVAI30/Acosqtanq△P/kW△Q/kvar變壓器容量一車間701419470183.3505.38767.850.930.39525630二車間1772223612416.16746.341134.040.820.68737800三車間1942511735492.45896.341361.850.820.679451000鍛工車間371755920276958.331456.030.960.310481000工具、機修車間811289496128.96539.13819.120.920.26527630空壓站、煤氣站451266854427871.4313240.980.59441000全廠總負荷604104633882.651866.154307.846545.09-----1.1負荷計算：一車間：無功計算負荷：Q30二P30*tan^=470*0.39二183.3Kvar視在計算負荷：S30二P30/cos^=470/0.93二505.38kVA計算電流：I30二S30/(J3U)=505.38/(名*0.38)=767.85A有功損耗：AP=0.01S30=5KW無功損耗：△Q=0.05S30=25Kvar二車間：無功計算負荷：Q30=P30*tan^=612*0.68=416.16Kvar視在計算負荷：S30二P30/cos^=612/0.82=746.34kVA計算電流：I30=S30/G/3UN)=746.34/(^3*0.38)=1134.04A有功損耗：AP=0.01S30=7KW無功損耗：△Q=0.05S30=37Kvar三車間：無功計算負荷：Q30=P30*tan(p=735*0.67=492.45Kvar視在計算負荷：S30=P30/cosp=735/0.82=896.34kVA計算電流：、=S30/(V3UN)=896.34/G/'3*0.38)=1361.85A有功損耗：△P=0.01S30=9KW無功損耗：△Q=0.05S30=45Kvar鍛工車間：無功計算負荷：O’。=P30*tanp=920*0.3=276Kvar視在計算負荷：S30=P30/cosp=920/0.96=958.33kVA計算電流：I30=S30/U3Un)=958.33/(J3*0.38)=1456.03A有功損耗：△P=0.01S30=10KW無功損耗：△Q=0.05S30=48Kvar工具，機修車間：無功計算負荷：Q30=P30*tanp=496*0.26=128.96Kvar視在計算負荷：S30=P30/cosp=496/0.92=539.13kVA計算電流：I30=S30/(J3Un)=539.13/G''3*0.38)=819.12A有功損耗：△P=0.01S30=5KW無功損耗：△Q=0.05S30=27Kvar空壓站，煤氣站：無功計算負荷：Q30=P30*tanp=854*0.5=427Kvar視在計算負荷：S30=P30/cosp=854/0.98=871.43kVA計算電流：I30二S30/(J3UN)=871.43/Q'3*0.38)=1324.00A有功損耗：AP=0.01S30=9KW無功損耗：△Q=0.05S30=44Kvar全廠總負荷：、取0.95,、取0.97總的有功計算負荷：匕=、*】P30.=0.95*4087=3882.65KW總的無功計算負荷：Q30=Ke*EP30.=0.97*1923.87=1866.15Kvar總的視在計算負荷：S’。=？P2+Q3「二J3882.652+1866.152=4307.84kVA計算電流：、=S30/U3Un)=4307.84/(73*0.38)=6545.09A功率因數cos?=P30/S30=3882.65/4307.84=0.901.2無功補償供電部門對功率因數的要求為：當以35kV供電時，cos①N0.9?？紤]到主變壓器的無功損耗遠大于有功損耗，因此最大負荷功率因素應稍大于0.9,暫取0.92來計算主變壓器低壓側所需無功功率補償容量：Q=p(tan?「tan?2)=3882.65*(tan(arccos0.90)-tan(arccos0.92))=226.45kar取QC=230kar低壓側補償后：S'30=J’3882.652+(1866.15—230)2=4213.30kVAI'30=S'30/U3Un)=4213.30/(?2*0.38)=6401.45A變壓器損耗：△PT=0.01*4213.30=42KW△Qt=0.05*4213.30=210kar35kV側負荷：P'30⑴=3882.65+42=3924.65kwQ'30⑴=1866.15-230+210=1846.15kVAS'=(3924.652+1846.152=4337.18kVA30(1)I'30⑴=S'30⑴/(J3UN)=4337.18/(73*10)=250.41A表1.2無功補償后工廠的計算負荷項目cos計算負荷P3/kWQ30kvarS30「?130A低壓側補償前負荷0.903882.651866.154307.846545.09低壓側無功補償容量-230低壓側補償后負荷0.923882.651636.154213.306401.45主變壓器功率損耗4221035kV側負荷總計0.9043924.651846.154337.18250.412供電電源2.1高壓35kV供電的特點供電電壓較高，線路的功率損耗及電能損耗小，年運行費用較低；電壓損失小，調壓問題容易解決；對cos?的要求較低，可以減少提高功率因數補償設備的投資；需建設總降壓配電所，工廠供電設備便于集中控制管理，易于實現自動化，但要多占一定的土地面積；根據運行統計數據，35kV架空線路的故障率比10kV架空線路的故障率低一半，因而供電可靠性高；有利于工廠進一步擴展。2.2供電電源計算工廠東北方向6km處有一地區降壓變電所，以35kV單回路架空線路供電，由鄰廠10kV電纜線路作為備用電源。根據全廠計算負荷計算情況，S'30=4213.30kV?A，且只有少數負荷為二級負荷，大多數為三級負荷，故廠內總降壓變電所裝設一臺容量為5000kV?A的變壓器，型號為SJL1-5000/35型，電壓為35/10kV，查產品樣本，其有關技術參數為：△P=6.90kW,△Pk=45kW,UK%=7,I0%=1.1,變壓器的功率損耗為：有功功率損耗PT^AP0+APK(S'30/Sn)2=6.9+45X(4213.30/5000)*2=43.1(kW)無功功率損耗QT^AQ0+AQN(S30/SN)2=336.6(kvar)35kV線路功率等于全廠計算負荷與變壓器損耗之和。P30/=P30+APT=4087+43.1=4130.1(kW)Q30/=Q30+AQT=1995.6(kvar)S30/="(P，230+Q,230)=4587(kvar)cosQ/=P30,/S30,=4130.1/4587=0.90I30/=S30,/(V3UN)=75.67(A)考慮到本廠負荷的增長是逐漸的，為了節約有色金屬的消耗量，按允許發熱條件選擇導線截面，而未采用經濟電流密度選擇導線截面。查有關手冊或新產品樣本，選擇鋼芯鋁絞線LGJ-35，其允許電流為170A>I30,=75.67A，滿足要求。該導線單位長度電阻R0=0.85Q/km，單位長度電抗X0=0.36Q/km。3主變壓器容量和各車間變電所變壓器數量和容量，類型的選擇3.1降壓變電所的電氣設計根據運行需要，對總降壓變電所提出以下要求：總降壓變電所裝設一臺5000kV?A、35/10kV的降壓變壓器，與35kV架空線路接成線路變壓器組。為便于檢修、運行、控制和管理，在變壓器高壓側進線處應設置高壓斷路器。根據規定，備用電源只有在主電源線路解列及變壓器有故障或檢修時才允許投入，因此，備用10kV電源進線斷路器在正常工作時必須斷開。變壓器二次(10kV)設置少油斷路器，與10kV備用電源進線斷路器組成備用電源自動投入裝置(APD)。當工作電源失去電壓時，備用電源立即自動投入。變壓器二次10kV母線采用單母線分段。變壓器二次側10kV接在分段I上，而10kV備用電源接在分段II上。單母線分段聯絡開關在正常工作時閉合，重要二級負荷可接在母線分段II上。在主電源停止供電時，不至于使重要負荷的供電受到影響。

（5）本總降壓變電所的操作電源來自備用電源斷路器前的所用變壓器。當主電源停電時，操作電源不至于停電。3.2總平面圖及電力布線圖:根據前面已確定的供電方案，結合本廠廠區平面示意圖，考慮到總降壓變電所盡量接近負荷中心，且遠離人員集中區，不影響廠區面積的利用，有利于安全等因素，擬將總降壓變電所設在廠區東北部，如圖2.1所示。10kV備用電源進線35kV倉庫10/0.4kV10kV備用電源進線35kV倉庫10/0.4kV10/0.4kV一車間□10/0.4kVT3-1000xzx10/0.4kV^T2-800二車間鍋爐房10/0.4kV丁禳°L.6云總平面圖及電力鍋爐房空壓站10/0.4kVT5-630布線圖―t_工具、機修3.3車間變電所位置和變壓器數量的選擇3.3.1選擇變電所主變壓器容量時應遵守下列原則：僅裝一臺主變壓器的變電所主變壓器的額定容量snt應滿足全部用電設備總視在計算負荷S30的需要，即SNTNS30。裝有兩臺主變壓器且為暗備用的變電所所謂暗備用，是指兩臺主變壓器同時運行，互為備用的運行方式。此時，每臺主變壓器容量SNT應同時滿足以下兩個條件：任一臺變壓器單獨運行時，可承擔60%?70%的總視在計算負荷S’。，即S凹二(0.6?0.7)S30任一臺變壓器單獨運行時，可承擔全部一、二級負荷S(I+II),即S=S(1+11)。30NT30對接有大量一、二級負荷的變電所，宜采用兩臺變壓器，可保證一臺變壓器發生故障或檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續供電。對只有二級負荷的變電所，如果低壓側有與其他變電所相聯的聯絡線作為備用電源，也可采用一臺變壓器。對季節性負荷或晝夜負荷變動較大的變電所，可采用兩臺變壓器，實行經濟運行方式。對負荷集中而容量相當大的變電所，雖為三級負荷，也可采用兩臺或兩臺以上變壓器，以降低單臺變壓器容量。車間變電所的位置、變壓器數量和容量可根據廠區平面布置圖提供的車間分布情況和車間負荷的中心位置、負荷性質、負荷大小等，結合各項選擇原則，與工藝、土建有關方面協商確定。本廠擬定車間變壓器的數量為一臺。另外，在確定變電所主變壓器臺數時，應適當考慮未來5?10年負荷的增長。3.3.2廠區高壓配電線路的計算為便于管理，實現集中控制，盡量提高用戶用電的可靠性，在本總降壓變電所饋電線路不多的前提條件下，首先考慮采用放射式配電方式，如圖2.1所示。由于廠區面積不大，各車間變電所與總降壓變電所距離較近，廠區高壓配電網采用直埋電纜線路。由于線路很短，電纜截面按發熱條件進行選擇，然后進行熱穩定度校驗。以一車間變電所T1為例，選擇電纜截面。根據提供的一車間視在計算功率S30⑴=504kV?A，其10kV的計算電流為"0⑴=S30⑴/(V3U)=505.38/(/3*10)=29.18A查有關產品樣本或設計手冊，考慮到為今后發展留有余地，選用ZLQ20-3X25型鋁芯紙絕緣鋁包鋼帶鎧裝電力電纜，在U=10kV時，其允許電流值為80A,大于計算電流值，合格。N因廠區不大，線路很短，線路末端短路電流與始端短路電流相差無幾，因此接10kV母線上短路時（k-2點）的短路電流進行校驗，得Smin=18/c"tima=3.32X103/87XJ0.7=18.7mm2<25mm2合格其他線路的電纜截面選擇類似，其計算結果（省）3.4電力變壓器的選擇目前，變電所廣泛使用的雙繞組三相電力變壓器都采用R10容量系列的降壓變壓器（配電變壓器）。這種變壓器按調壓方式可分為無載調壓和有載調壓兩大類；按繞組絕緣及冷卻方式可分為油浸式、干式和充氣式（SF6）等，其中油浸式變壓器又可分為油浸自冷式、油浸風冷式、油浸水冷式和強迫油循環冷卻式等?，F場使用的6?10kV配電變壓器多為油浸式無載調壓變壓器。近年來，D,yn11聯接的配電變壓器已開始得到了推廣應用。與Y,yn0聯接的變壓器相比，D，yn11聯接的變壓器有以下特點：（1）D,yn11聯接變壓器的3n次（n為正整數）諧波勵磁電流僅在其三角形接線的一次繞組內（高壓側）形成環流，不至注入公共的高壓電網中去，這較之Y，yn0聯接的變壓器更有利于抑制高次諧波電流。（2）D，yn11聯接變壓器的零序阻抗較Y，yn0聯接變壓器的小得多，故低壓側單相接地短路電流比Y，yn0聯接變壓器大得多，因而有利于低壓側單相接地短路故障的保護和切除。（3）D，yn11聯接變壓器承受不平衡負荷的能力遠大于Y，yn0聯接變壓器。Y，yn0聯接變壓器要求中性線電流不超過二次繞組額定電流的25%，嚴重制約接用單相負荷的容量，而D，yn11聯接變壓器低壓側的中性線電流允許達到相電流的75%以上，因此，對負荷不平衡的供電系統來說，優先選用D,yn11聯接的變壓器。（4）D,yn11聯接變壓器一次繞組的絕緣強度是按線電壓來設計的，這是因為其一次側發生單相接地短路時，其他兩相電壓將升高為線電壓，而Y，yn0聯接變壓器一次繞組的絕緣強度是按相電壓來設計的，因此，D，yn11聯接變壓器的制造成本高于Y，yn0聯接變壓器。4短路電流計算4.1效電路圖按照短路電流的標幺制法進行計根據計算電路作出計算短路電流的等效電路圖如附圖4.1所示4.1求各元件電抗（用標幺制法計算）設基準容量S=100MV-Ad基準電壓Ud1=35kv,Ud2=10.5kA而基準電流Id1=Sd/Ud1=100/（J3*35）=1.65kAId2=Sd/Ud2=100/（的*10.5）=5.50kAa、電力系統電抗當S⑶=1000MV?A時，X*=S/S（3）=100/1000=0.1k,maxl.maxdk,max當S⑶=500MV-A時，X*=S/S（3）=100/500=0.2k,minl.mindk,minb、架空線路電抗X*=0.36*6*100/352=0.182c、主變壓器電抗，查表得Uk%二7X*=Uk%Sd/100S「7*100*103/100*5000=1.44.2d1點三相短路電流計算系統最大運行方式時，總電抗標幺值X令二X*+X*=0.1+0.18=0.28乙(d1)l.max2系統最小運行方式時，總電抗標幺值X奪=X*+X*=0.2+0.18=0.38乙(d1)l.min2因此，系統最大運行方式時，三相短路電流及短路容量各為I⑶=1/Xe=1.65/0.28=5.89kAd1d1乙(d1)I⑶=I"(3)=I⑶=5.89kA3d1i3=2.55Id3)=2.55*5.89=15.02kAI⑶=1.51*5.89=8.89kAshS(3)=S/X卡=100/0.28=357.14MV-Ad1d乙(d1)而最小運行方式時，三相短路電流及短路容量各為I⑶=I/X=1.65/0.38=4.34kAd1d1乙(d1)I⑶=I"(3)=I⑶=4.34kA3d1i3=2.55Id3)=2.55*4.34=11.067kAI⑶=1.51*4.34=6.55kAshS(3)=S/X令=100/0.38=263.16MV-Ad1d乙(d1)4.3d2點三相短路電流的計算系統最大運行方式時X=X*+X*+X*=0.1+0.18+1.4=1.68乙(d2)1.max23系統最小運行方式時X=X*+X*+X*=0.2+0.18+1.4=1.78乙(d2)1.min23因此，系統最大運行方式時，三相短路電流及短路容量各為I⑶=I/X專=5.50/1.68=3.27kAd2d2乙(d2)I⑶=I"(3)=I⑶=3.27kA3d2ih=1.847（3）=1.84*3.27二6.02kAI（3）=1.09*3.27二3.56kAS（3）=S/X尋二100/1.68二59.52MV-Ad2d乙（d1）因此，系統最小運行方式時，三相短路電流及短路容量各為I⑶二I/Xe=5.50/1.78=3.09kAd2d2乙（d2）I⑶=I”（3）=I⑶=3.09kA3d2i（3）=1.841（3）=1.84*3.09二5.69kAI（3）=1.09*3.09二3.37kAS（3）二S/X卡二100/1.78二56.18MV-Ad2d乙（d1）5電氣設備選擇5.1電氣設備選擇主變壓器35kV側電氣設備。f設備名稱及型號計算".f高壓斷路器SW2-35/100隔離開關JDJJ-35電壓互感器LCW-35電流互感器LCW-35避雷器/（MV?A）U二35kv35kv35kv35kv35kv35kvI30二SN/UNj250.41A1000A600A300/5I搭二5.89KA24.8KASd3）二357.14MV-A1500MV-Ai⑶=15.02KAsh63.4KA50KA主變壓器10kV側設備(主變壓器低壓側及備用電源進線)該設備分別組裝在兩套高壓開關柜GN6-10T(F)中。其中10kV母線按經濟電流密度選為LMY3(50X5)鋁母