課程設計-某冶金機械修造廠全廠總壓降變電所及配電系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　課程設計</b></p><p>　　某冶金機械修造廠全廠總壓降變電所及配電系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　現(xiàn)代化工廠的設計是一門綜合性技術，而工廠供電系統(tǒng)是其中重要設計內容之一，本文所探討的就是某冶金機械修造廠全廠總壓降變電所及配電系統(tǒng)設計問題。<

2、;/p><p>　　在文章里，我們認真對工廠所提供的原始資料進行了分析。首先進行電力負荷的運算，根據(jù)功率因數(shù)的要求在低壓母線側進行無功補償，進而對主變和各車間變壓器進行選擇。同時對架空線進行了選擇和校驗。</p><p>　　在文章里，我們對35KV 和6KV母線處發(fā)生短路時的短路電流進行了計算，得到了最大運行方式和最小運行方式下的短路電流。根據(jù)本廠對繼電保護的要求，進行了繼電保護裝置的整定計

3、算。</p><p>　　關鍵詞：電力負荷，變壓器，短路電流，繼電保護</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　設計任務及原始資料</b></p><p><b>　　設計任務</b></p><p><b&g

4、t;　　原始資料</b></p><p><b>　　電力負荷計算</b></p><p>　　變電所高壓電氣設備選型</p><p><b>　　主變壓器的選擇</b></p><p><b>　　架空線路的選擇</b></p><p>&

5、lt;b>　　補償電容器的選擇</b></p><p><b>　　各車間變電所的選擇</b></p><p><b>　　短路電流的計算.</b></p><p>　　三相短路電流的計算目的</p><p><b>　　短路電流的計算公式</b></p

6、><p>　　各母線短路電流的計算</p><p><b>　　主變壓器繼電保護</b></p><p><b>　　保護要求</b></p><p><b>　　整定計算</b></p><p><b>　　變電所設計說明</b>&l

7、t;/p><p>　　設計體會及以后的改進意見</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1．設計任務及原始資料</p><p><b>　　1.1 設計任務</b></p><p>　　完成某冶金機械修造廠全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設計</p>

8、;<p><b>　　1.2 原始資料</b></p><p>　　1. 生產(chǎn)任務及車間組成</p><p>　　本廠主要承擔全國冶金工業(yè)系統(tǒng)礦山、冶煉和軋鋼設備的配件生產(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1萬噸、鑄鐵件3千噸、鍛件1千噸、鉚焊件2千5百噸。</p><p><b>　　本廠車間

9、組成：</b></p><p>　　(1) 鑄鋼車間；（2）鑄鐵車間；（3）鍛造車間；（4）鉚焊車間；（5）木型間</p><p>　　木型庫；（6）機修車間；（7）砂庫；（8）制材場；（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</p><p><b>　　2. 供用電協(xié)議</b>

10、;</p><p>　?。?）工廠電源從電業(yè)部門某220/35千伏變壓所，用35千伏雙回架空線引入本廠，其中一個做為工作電源，一個做為備用電源，兩個電源不并列運行，該變電所距廠東側8公里。</p><p>　?。?）供電系統(tǒng)短路技術數(shù)據(jù)</p><p>　　區(qū)域變電所35KV母線短路數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　工廠與電業(yè)部門所簽訂的共用電

11、協(xié)議主要內容如下：</p><p>　　（3）電業(yè)部門對本廠提出的技術要求</p><p>　?、?區(qū)域變電所35千伏配出線路定時限過流保護裝置的整定時間為2秒，工廠“總降不應大于1.5秒”</p><p>　?、?在總降變電所35千伏側進行計量；</p><p>　?、?本廠的功率因數(shù)值應在0.9以上。</p><p&g

12、t;<b>　　供電系統(tǒng)</b></p><p>　　3. 本廠負荷的性質</p><p>　　本廠為三班工作制，最大有功負荷年利用小時數(shù)為6000小時，屬于二級負荷。</p><p>　　4. 廠的自然條件</p><p><b>　　(1) 氣象條件</b></p><p

13、>　?、?最熱月平均最高溫度為30℃；</p><p>　?、?土壤中0.7~1米深處一年中最熱月平均溫度為20℃；</p><p>　?、?年雷暴日為31天；</p><p>　?、?土壤凍結深度為1.10米；</p><p>　?、?夏季主導風向為南風。</p><p>　　(2) 地質及水文條件&

14、lt;/p><p>　　根據(jù)工程地質勘探資料獲悉，廠區(qū)地址原為耕地，地勢平坦，底層以砂質粘土為主，地質條件較好，地下水位為2.8~5.3米。地耐壓力為20噸/平方米。</p><p><b>　　1.3電力負荷計算</b></p><p>　　表1-1全廠各車間負荷計算表</p><p><b>　　各車間380伏

15、負荷</b></p><p>　　各車間6000V負荷計算</p><p>　　說明：No1,No2,No3車間變電所設置兩臺變壓器外，其余設置一臺變壓器。</p><p>　　2.變電所高壓電氣設備選型</p><p>　　2.1 主變壓器的選擇：</p><p>　　主變壓器的選擇主要根據(jù)負荷計算表。

16、因為要求全廠的功率因數(shù)在0.9以上，所以要進行無功補償，從而計算出補償后變電所的視在功率。本廠的負荷性質屬于二級負荷，可靠性要求較高，所以主變壓器應選擇兩臺，其中一臺備用。當一臺故障時，另一臺可以馬上投入運行以保證此冶金機械修造廠全廠的供電需求。</p><p>　　2.1.1 無功補償計算</p><p>　　總有功功率 ∑P = 5452.386kw</p><

17、p>　　總無功功率 ∑Q = 4485.965kvar</p><p>　　總視在功率 ∑S = 7060.623 KV·A</p><p>　　全廠功率因數(shù) =5452.386/7060.623=0.772<0.9 </p><p><b>　　所以要進行無功補償</b></p><p>

18、<b>　　kvar</b></p><p><b>　　取2400kvar</b></p><p>　　低壓側補償后無功功率：</p><p><b>　　kvar</b></p><p>　　低壓側補償后視在功率：</p><p><b>

19、　　KV·A </b></p><p><b>　　變壓器損耗：</b></p><p><b>　　kvar</b></p><p><b>　　高壓側有功功率：</b></p><p><b>　　kw</b></p>

20、<p><b>　　高壓側無功功率：</b></p><p><b>　　kvar</b></p><p><b>　　高壓側視在功率：</b></p><p><b>　　KV·A</b></p><p><b>　　補

21、償后的功率因數(shù)：</b></p><p><b>　　> 0.9</b></p><p>　　2.1.2 主變壓器的選擇</p><p>　　主變壓器選擇要求 ，故選擇型號為SC8-6300/35的變壓器兩臺。一臺工作，一臺備用。</p><p>　　表2-1主變型號及參數(shù)</p><

22、;p>　　2.2 架空線路的選擇</p><p>　　2.2.1根據(jù)經(jīng)濟電流密度選擇導線截面積</p><p>　　因為工業(yè)電源從電業(yè)部門某220/35千伏變電所用35千伏雙回架空線引入本廠，其中一個做工作電源，一個做備用電源，兩個電源不并列運行。</p><p>　　架空線最大工作電流： A </p><p>　　因為本廠為三班工

23、作制，最大有功負荷年利用小時數(shù)為6000小時。屬于二級負荷，所以選取經(jīng)濟電流密度：</p><p><b>　　導線的經(jīng)濟截面積：</b></p><p>　　選LGT-120型鋁導線。</p><p>　　2.2.2長時允許電流校驗導線截面積</p><p>　　LGT-120型鋁導線，長期允許工作電流，最高允許溫度為

24、900C 。其中</p><p><b>　　長時允許電流：</b></p><p>　　線路承受的最大負荷電流就為符合要求。</p><p>　　2.2.3電壓損失校驗</p><p>　　雙回路供電，每條導線上的最大負荷電流：</p><p>　　線路電壓損耗百分比：</p>&

25、lt;p>　　=1.574%<5%</p><p><b>　　符合要求</b></p><p>　　2.2.4功率因數(shù)校驗</p><p>　　35KV最小允許截面積為10,滿足負荷要求。</p><p>　　35KV架空線的損耗：</p><p>　　35kv架空線電路電源入口處的

26、功率因數(shù)</p><p><b>　　滿足要求</b></p><p>　　2.3 補償電容的選擇</p><p>　　為了提高功率因數(shù)，安裝并聯(lián)電容器，用于無功補償。補償無功后可以提高電壓、降低線損、減少電費支出、節(jié)約能源、增加電網(wǎng)有功容量傳輸、提高設備的使用效率。本設計中本廠的功率因數(shù)值應在0.9以上，必須6KV母線上并聯(lián)電力電容器，使變電

27、所35KV處的功率因數(shù)得到提高到0.9，需要補償?shù)目傠娏﹄娙萜魅萘繛?400kvar, 所以選24臺BWF-6.3-100-1w的電容器。</p><p><b>　　表2-2電容器參數(shù)</b></p><p>　　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合介質</p><p>　　2.4 各車間變電所的選擇<

28、/p><p>　　表2-3 各變電所變壓器選擇型號</p><p><b>　　3．短路電流計算</b></p><p>　　3.1 三相短路電流計算的目的</p><p>　　短路電流將引起下列嚴重后果：短路電流往往會有電弧產(chǎn)生，它不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍設備和傷害周圍人員。巨大的短路電流通過導體時，一方面會

29、使導體大量發(fā)熱，造成導體過熱甚至熔化，以及絕緣損壞；另一方面巨大的短路電流還將產(chǎn)生很大的電動力作用于導體，使導體變形或損壞。短路也同時引起系統(tǒng)電壓大幅度降低，特別是靠近短路點處的電壓降低得更多，從而可能導致部分用戶或全部用戶的供電遭到破壞。網(wǎng)絡電壓的降低，使供電設備的正常工作受到損壞，也可能導致工廠的產(chǎn)品報廢或設備損壞，如電動機過熱受損等。</p><p>　　短路計算的目的主要有以下幾點：</p>

30、<p>　　1．用于變壓器繼電保護裝置的整定。</p><p>　　2．選擇電氣設備和載流導體。</p><p>　　3．選擇限制短路電流的方法。</p><p>　　4．確定主接線方案和主要運行方式。</p><p>　　3.2 短路電流計算公式</p><p>　　表3-1：電力系統(tǒng)各元件電抗標幺值計算

31、公式：</p><p>　　注：為系統(tǒng)無限大電源處不同運行方式時的短路容量</p><p>　　3.3 各母線短路電流的計算</p><p>　　3.3.1各母線短路電流計算過程</p><p><b>　　如圖1，圖2所示：</b></p><p><b>　　取</b>&

32、lt;/p><p>　　當系統(tǒng)處于最大運行方式時：</p><p>　　無窮大系統(tǒng)電源電壓保持不變，電源相電壓標幺值為1.0</p><p>　　當35KV母線點發(fā)生三相短路時：</p><p><b>　　所以</b></p><p>　?。?）當6.3KV母線點發(fā)生三相短路時：</p>

33、<p><b>　　同理可得：</b></p><p>　　2.當系統(tǒng)處于最小運行方式時：</p><p>　　(1)當35KV母線點發(fā)生三相短路時：</p><p>　?。?）當6.3KV母線點發(fā)生三相短路時：</p><p><b>　　同理可得：</b></p>&

34、lt;p>　　3.3.2 各母線短路電流列表</p><p>　　表3-2各短路點短路電流計算：</p><p>　　4．主變壓器繼電保護</p><p><b>　　4.1保護要求</b></p><p>　　4.1.1繼電保護的定義</p><p>　　繼電保護技術是一種電力系統(tǒng)安全保障

35、技術，是指安裝在電力系統(tǒng)各電氣元件上，能在指定的保護區(qū)域內迅速地，準確地反應電力系統(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)出信號的一種自動裝置保護。</p><p>　　4.1.2繼電保護的作用</p><p>　　繼電保護的主要作用是：在電力系統(tǒng)范圍內，按指定保護區(qū)實時地檢測各種故障和不正常運行狀態(tài)，及時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

36、的電力系統(tǒng)中，如果沒有專門的繼電保護裝置，要想維持系統(tǒng)的正常運行根本不可能。</p><p>　　4.1.3繼電保護裝置性能：</p><p>　　繼電保護裝置是保障電網(wǎng)可靠運行的重要組成部分，一般由感受元件、比較元件和執(zhí)行元件組成。 </p><p>　　繼電保護裝置必須具備以下4項基本性能： </p><p><b>　?、凫`敏

37、性。 </b></p><p>　　靈敏性表示保護范圍內發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)時，繼電保護裝置的反應能力，通常以靈敏系數(shù)表示。在設備或線路的被保護范圍內發(fā)生金屬性短路時，保護裝置應具有必要的靈敏系數(shù)。 </p><p><b>　?、诳煽啃浴?</b></p><p>　　在規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了屬于其應該動作的故障時，保護裝置不

38、應拒動作；而在任何不屬于其應該動作的情況下，保護裝置不應該誤動作。 </p><p><b>　　③快速性。 </b></p><p>　　為防止故障擴大，減輕其危害程度，加快系統(tǒng)電壓的恢復，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置應盡快動作，切除故障。 ④選擇性。 </p><p>　　在可能的最小區(qū)間切

39、除故障，保證最大限度地向無故障部分繼續(xù)供電。即首先由距故障點最近的斷路器動作切除故障線路，盡量減小停電范圍，保證系統(tǒng)中無故障部分仍能正常運行。 </p><p>　　4.1.4對繼電保護裝置的要求</p><p>　　(1)變壓器的電流速斷保護：瓦斯保護不能反映變壓器外部故障。因而對于較小容量的變壓器需要在電源側裝設電流速斷保護，作為電源側繞組、管套及引出線故障的主要保護，并用過電流保護作

40、為變壓器內部故障的后備保護。</p><p>　　(2)變壓器的過電流保護：為了反映變壓器外部短路引起的過電流并作為變壓器主保護的后備保護，變壓器還要裝設過電流保護。</p><p>　　(3)過負荷保護：為了防止長期過負荷而引起的過電流，變壓器要裝設過負荷保護。</p><p>　　4.1.4本廠對繼電保護的要求</p><p>　　根據(jù)實

41、際情況，本廠的繼電保護要求有以下三點：</p><p><b>　　(1)電流速斷保護</b></p><p><b>　　(2)過電流保護</b></p><p><b>　　(3)過負荷保護</b></p><p><b>　　4.2整定計算</b>&

42、lt;/p><p>　　4.2.1 有關參數(shù)計算下表所示：</p><p>　　表4-1各參數(shù)值計算表：</p><p>　　表4-2 電流互感器的參數(shù)</p><p>　　4.2.2電流速斷保護的動作電流整定：</p><p>　　其中為可靠系數(shù)：取=1.3；</p><p><b>　

43、　為接線系數(shù)z=1</b></p><p>　　為變壓器低壓側母線三相短路時最大短路電流;</p><p><b>　　為電流互感器變比。</b></p><p><b>　　取，</b></p><p><b>　　I段靈敏度校驗：</b></p>

44、<p>　　原則：按保護安裝處的最小運行下兩相短路電流校驗；</p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　4.2.3過電流保護的動作電流整定：</p><p>　　按照躲過最大負荷電流整定計算來得到電流繼電器的整定值</p><p>　　其中： 為電機的自動啟動系數(shù)。</p>

45、<p>　　整定值為6A，動作時限t=2.0S</p><p>　　根據(jù)小運行方式下，被保護線路末端發(fā)生短路的情況進行校驗</p><p><b>　?、蚨戊`敏度校驗：</b></p><p>　　其中：為折算到高壓側的低壓側兩相短路電流最小短路電流值。</p><p><b>　　故符合要求。&

46、lt;/b></p><p>　　4.2.4 過負荷保護</p><p>　　動作于發(fā)出信號，時限一般取4~15s。動作電流按下式整定：</p><p>　　式中——可靠系數(shù)，視變壓器過負荷能力而定，可取1.05~1.15； </p><p>　　——繼電器返回系數(shù)，取0.8~0.85；</p><p&g

47、t;　　——變壓器額定電流。</p><p><b>　　5.變電所設計說明</b></p><p><b>　　5.1設計概述</b></p><p>　　本設計為35KV壓降變電所及配電系統(tǒng)的一次設計，該設計是針對生產(chǎn)規(guī)模為：鑄鋼件1萬噸、鑄鐵件3千噸、鍛件1千噸、鉚焊件2千5百噸的冶金機械修造廠而設計的。變電所內一次

48、設備主要：有兩臺主變壓器(型號為SC8-6300/35)、各車間變壓器、斷路器、隔離開關、所用變壓器、避雷器、高壓開關進線柜等。設計主要遵循中華人民共和國建設部發(fā)布的《35kv~110kv變電所設計規(guī)范》以及其他相關法律法規(guī)。</p><p><b>　　5.2 室內布置</b></p><p>　　整個主控制室和高壓配電室坐北朝南，這樣便于主控制室采光。主控制室內裝

49、設有低壓配電屏，主變保護屏，中央信號，中央信號繼電器及電鍍表屏，主變控制屏，中央信號布置在北側，正對著值班人員。兩段母線的配電裝置分別設在兩個單獨的房間內，兩個配電室之間通過雙開鋼門相連接，另外兩個配電室還有一個外形式雙開鋼門。電容器應單獨布置在一個房間內。</p><p><b>　　5.3 室外布置</b></p><p>　　35KV電源進線由變電所東側的區(qū)域降

50、壓變電所通過架空線引進，配電裝置采用低壓布置，避雷器、電源變壓器以及保護用的熔斷器，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，6KV高壓電纜從主變電所引來，低電壓電纜經(jīng)過穿墻套管進人主控制室，配電裝置間隔為5米，進線相間距離為1.3米，最大允許尺度為0.7米。</p><p>　　圖3-3 電氣主接線圖</p><p>　　設計體會及今后的改進意見</p>

51、<p>　　這次課程設計歷時兩個星期左右，通過這兩個星期的學習，我們收獲很大。</p><p>　　1、通過這次課程設計，我們加深了對工廠供電相關知識的理解，基本上掌握了進行一次設計所需的步驟，如總降壓變電所的設計，我們由課題分析、查資料著手，然后進行設計、整理說明書直至最后完成整個設計。作為大學階段一次重要的學習經(jīng)歷，我們受益匪淺，深深感覺到我們自主學習、獨立思考、分析問題解決問題的能力得到了提高。

52、</p><p>　　2、在設計之前，我們所學的知識是比較離散的，只是有些模糊的概念而已，通過這次設計，我們對工廠供電系統(tǒng)的設計以及所涉及的相關知識有了一個較為全面和深入的理解，也加深了對電氣設備選擇的了解。這次設計有很多需要計算的地方，如容量、負荷的計算等，我們查閱相關書籍，仔細分析，相互討論，認真思考，最終完成了計算。</p><p>　　3、這次的課程設計離不開團隊的力量，設計工作是

53、一個團隊的工作，團隊需要個人，個人離不開團隊，必須發(fā)揚團隊協(xié)作的精神。大家分配任務，積極查找相關資料，并且每天聚在一起討論各種方案的可行性。在課程設計中，只有一兩個人知道原理是遠遠不夠的，必須每個人都知道。小組的協(xié)調工作，使我們的團隊意識和分工合作能力得到了鍛煉。這些都將對我們今后的學習和工作帶來很大的幫助。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p&

54、gt;　　1．黃純華，《工廠供電》 ，天津大學出版社</p><p>　　2．馬松玲，《建筑電氣工程》，機械工業(yè)出版社</p><p>　　3．熊信銀，《發(fā)電廠電氣部分》，中國電力出版社</p><p>　　4．谷水清，《電力系統(tǒng)繼電保護》，中國電力出版社</p><p>　　5．華智明，《電力系統(tǒng)》，重慶大學出版社</p>&