電力系統(tǒng)分析課程設計---某冶金機械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設計

1、<p>　　課 程 設 計（論 文）</p><p>　　題 目： 某冶金機械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設計 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 .緒 論..........................................................1</p>

2、<p>　　1.1工廠供電設計任務...........................................1</p><p>　　1.2工廠供電設計的一般原則.....................................1</p><p>　　1.3設計的具體內(nèi)容.............................................

3、1</p><p>　　1.4工廠原始資料...............................................2</p><p>　　1.5電力負荷運算...............................................3</p><p>　　2.變電所高壓電器設備類型.......................

4、..................4</p><p>　　2.1主變壓器的選擇.............................................4</p><p>　　2.2架空線路的選擇.............................................6</p><p>　　2.3補償電容的選擇..........

5、...................................7</p><p>　　2.4各車間變電所的選擇.........................................7</p><p>　　3.短路電流計算...................................................8</p><p>　　3

6、.1三相短路電流計算的目的.....................................8</p><p>　　3.2短路電流計算公式...........................................8</p><p>　　3.3各母線短路電流的計算......................................10</p><

7、;p>　　4.主變壓器繼電保護..............................................11</p><p>　　4.1保護要求..................................................11</p><p>　　4.2整定計算..........................................

8、........12</p><p>　　5.變電所設計說明................................................14</p><p>　　5.1設計概述..................................................14</p><p>　　5.2室內(nèi)與室外的布置............

9、..............................15</p><p>　　6.小結..........................................................16</p><p>　　參考文獻........................................................17</p><

10、p><b>　　1緒 論</b></p><p>　　本設計根據(jù)該冶金機械廠的相關資料和實際情況，對該廠的總降壓變電所和高壓供電系統(tǒng)進行設計。本設計首先根據(jù)工廠提供的資料對工廠的負荷情況進行了計算，根據(jù)負荷情況對變壓器的容量和臺數(shù)進行了選擇。該廠電源由某變電所以35kV雙回路架空線引出，本設計選擇在該廠設立總降壓變電所先將電壓降為廠區(qū)供電電壓10kV，在由各車間變電所降為負荷所需電壓。

11、為保證供電系統(tǒng)的可靠性，總降壓變電所采用單母線分段式接線方式，廠區(qū)供電系統(tǒng)采用放射式接線方式。通過計算，本設計對各變電所的主要電氣設備、電纜和母線進行了選擇和校驗，對一次側(cè)主要設備進行了繼電保護整定，對避雷和接地裝置進行了選擇。</p><p>　　1.1工廠供電設計任務</p><p>　　某冶金機械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設計</p><p>　　1.2工廠供

12、電設計的一般原則</p><p>　　工廠供電設計必須遵循以下原則：</p><p>　?。?）工廠供電設計必須遵守國家的有關法令、標準和技術規(guī)范，執(zhí)行國家的有關方針政策，包括節(jié)約能源、節(jié)約有色金屬和保護環(huán)境等技術經(jīng)濟政策；</p><p>　　（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(zhì)量合格、技術先進和經(jīng)濟合理，設計中應采用符合國家標準的效率高

13、、能耗低、性能先進及與用戶投資能力相適應的經(jīng)濟合理的電器產(chǎn)品；</p><p>　?。?）工廠供電設計必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按照負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件，合理確定設計方案；</p><p>　　工廠供電設計應根據(jù)工程特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設與遠期發(fā)展的關系，做到遠近結合，以近期為主，適當考慮擴建的可能性。</p><p>　　1.

14、3設計的具體內(nèi)容</p><p>　　該冶金機械廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設計，是根據(jù)各個車間的負荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結合國家供電情況，解決對電能分配的安全可靠，經(jīng)濟合理的問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面：</p><p>　　工廠的負荷計算及無功補償；</p><p>　　確定工廠總配變電所的所址和型式；</p><

15、p>　　（3） 確定工廠總配變電所的所址、形式、主接線方式，確定主變壓器的型式、容量和臺數(shù)；</p><p><b>　　短路電流計算；</b></p><p><b>　　一次設備的選擇；</b></p><p>　　選擇工廠電源進線及高壓配電線路；</p><p>　　對一次側(cè)進行繼電保護

16、整定計算；</p><p>　　工廠總配變電所防雷保護及接地裝置的設計。</p><p><b>　　1.4工廠原始資料</b></p><p>　　1.4.1. 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

17、1萬噸、鑄鐵件3千噸、鍛件1千噸、鉚焊件2千噸。</p><p><b>　　本廠車間組成：</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

18、；（14）污水提升站等</p><p>　　設計總平面布置圖，如下圖所示。</p><p>　　1.4.2. 供用電協(xié)議</p><p>　?。?）工廠從供電部門用35千伏雙回架空線引入本廠，其中一個作為工作電源，一個作為備用電源，兩個電源不并列運行。（即不同時工作），供電部門短路容量為200MVA，該變電所距廠東側(cè)8公里。</p><p>

19、　?。?）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協(xié)議主要內(nèi)容如下：</p><p>　?。?）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&g

20、t;<p>　　② 在總降變電所35千伏側(cè)進行計量；</p><p>　　③ 本廠的功率因數(shù)值應在0.9以上。</p><p><b>　　供電系統(tǒng)</b></p><p>　　1.4.3. 本廠負荷的性質(zhì)</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。<

21、;/p><p><b>　　1.5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伏負荷</b></p><p>　　各車間6kV變壓負載</p><p>　　說明：No1,No2,No3車間變電所設置兩臺變壓器外，

22、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。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(zhì)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

23、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 = 5477kw</p><p>　　總無功功率 ∑Q = 5110.2kvar</p><p>　　總視在功率 ∑S = 6397.2KV·A</p><p>

24、　　全廠功率因數(shù) =5477/6397.2=0.856<0.9 </p><p><b>　　所以要進行無功補償</b></p><p>　　Qc=∑P(arctan cos0.856-arctan cos0.92)=2716.55kvar</p><p>　　取Qc=2800kvar</p><p>　　低壓

25、側(cè)補償后無功功率：</p><p>　　Q1=∑Q-Qc =5110.2-2800=2310.2kvar</p><p>　　低壓側(cè)補償后視在功率：</p><p>　　=5944.3kva</p><p><b>　　變壓器損耗：</b></p><p>　　△P=0.015S2=0.015*5

26、944.3=89.2kw</p><p>　　△Q=0.06S2=0.06*5944.3=356.7kvar</p><p><b>　　高壓側(cè)有功功率：</b></p><p>　　P2=∑P+△P=5477+89.2=5566.2kw</p><p><b>　　高壓側(cè)無功功率：</b><

27、/p><p>　　Q2=Q1+△Q=2310.2+356.7=2666.9kvar</p><p><b>　　高壓側(cè)視在功率：</b></p><p>　　=6026.6KV·A</p><p><b>　　補償后的功率因數(shù)：</b></p><p>　　cosφ=P

28、2/S2=5566.2/5944.3=0.936>0.9</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><p>　　2.2 架空線路的選擇</p><p&

29、gt;　　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： </p><p>　　Ig=S2/Un=6026.6/(*35)=99.53A</p><p>

30、　　因為本廠為三班工作制，最大有功負荷年利用小時數(shù)為6000小時。屬于二級負荷，所以選取經(jīng)濟電流密度：</p><p><b>　　Jgc=0.9</b></p><p><b>　　導線的經(jīng)濟截面積：</b></p><p>　　Sj=Ig/Jgc=99.53/0.9=110.6mm^2</p><p

31、>　　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900C 。其中</p><p><b>　　長時允許電流：</b></p><p>　　I’y=Iy=365.1A</p><

32、p>　　線路承受的最大負荷電流就為Ig=99.53A<365.1A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>　　Igmax=Ig=99.53A</p><p>　　線路電壓損耗百分比： </p><p>　　=Igma

33、x*L(ro cosφ-x0 sinφ)/Un=1.54%<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10mm^2,滿足負荷要求。</p><p>　　35KV架空線的損耗：</p><p>&

34、lt;b>　　= 63kw</b></p><p><b>　　=97.3kvar</b></p><p>　　35kv架空線電路電源入口處的功率因數(shù)</p><p>　　P=P2+=5566.2+63=5629.2kw</p><p>　　Q=Q2+=2666.9+97.3=2764.2kvar<

35、;/p><p>　　S==6271.3kVA</p><p>　　cosφ=P/S=0.912>0.9</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、

36、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?800kvar, 所以選28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——

37、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(zhì)</p><p>　　2.4 各車間變電所的選擇</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

38、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

39、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><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。</

40、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>　　

41、如圖3-1，圖3-2所示：</p><p><b>　　取</b></p><p>　　當系統(tǒng)處于最大運行方式時：Sdmax=200MVA</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&g

42、t;　　所以</b></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><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

43、點發(fā)生三相短路時：</p><p><b>　　同理可得：</b></p><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

44、><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(nèi)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：

45、在電力系統(tǒng)范圍內(nèi)，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>

46、;<p>　　繼電保護裝置必須具備以下4項基本性能： </p><p><b>　?、凫`敏性。 </b></p><p>　　靈敏性表示保護范圍內(nèi)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(nèi)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>　

47、?、诳煽啃?。 </b></p><p>　　在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了屬于其應該動作的故障時，保護裝置不應拒動作；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>　?、劭焖傩?。 </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

48、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

49、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(cè)裝設電流速斷保護，作為電源側(cè)繞組、管套及引出線故障的主要保護，并用過電流保護作為變壓器內(nèi)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

50、負荷保護。</p><p>　　4.1.5本廠對繼電保護的要求</p><p>　　根據(jù)實際情況，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>　

51、　(3)過負荷保護</b></p><p><b>　　4.2整定計算</b></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

52、：</p><p>　　其中為可靠系數(shù)：取=1.3；</p><p><b>　　為接線系數(shù)z=1</b></p><p>　　為變壓器低壓側(cè)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，<

53、;/b></p><p><b>　　I段靈敏度校驗：</b></p><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

54、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><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>

55、　　其中：為折算到高壓側(cè)的低壓側(cè)兩相短路電流最小短路電流值。</p><p><b>　　故符合要求。</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；

56、 </p><p>　　——繼電器返回系數(shù)，取0.8~0.85；</p><p>　　——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

57、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2千噸的冶金機械修造廠而設計的。變電所內(nèi)一次設備主要：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>　　5.2 室內(nèi)與室外的布置</

58、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(nèi)裝設有低壓配電屏，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(cè)，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(nèi)，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(nèi)。</p><p>　　35KV電源進線由變電所東側(cè)的區(qū)

59、域降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(cè)，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><b>　　6.小結</b&g

60、t;</p><p>　　通過這次的課程設計，讓我對于課本上的知識有了進一步的理解與認識。了解了許多關于對工廠供電設計的知識，掌握了設計電路的基本步驟，也加深了對電氣設備選擇的了解。對于設計中出現(xiàn)的大量的運算，也通過查詢相關的書籍或詢問他人的方式，再經(jīng)過仔細的運算之后得到較準確的數(shù)據(jù)結果。</p><p>　　從知道課題開始，不斷的查詢資料，培養(yǎng)了自己各個方面的能力，無論是對于設計或者自己

61、獨立思考問題的方面，都有了很大一部分的提高。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]朱一綸.電力系統(tǒng)分析[M].北京:機械工業(yè)出版社,2012</p><p>　　[2]于永源等編.電力系統(tǒng)分析[M].北京：中國電力出版社，2007</p><p>　　[3]《工廠常用電氣設備手冊》編寫