电力系统分析课程设计

《电力系统分析课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 》 某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计 课程设计报告 题 目 某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计 课 程 名 称 电力系统分析 目录 1《电力系统分析》课程设计 1一、绪论 二、2工厂供电的设计 22.1工厂供电的意义及要求 42.2工厂供电设计的一般原则 42.3设计的具体内容 42.4工厂原始资料 三、6工厂的电力负荷及其计算 63.3工厂的电力负荷 63.2 车间计算负荷的确定 73.3 工厂计算负荷的确定 93.4 无功功率补偿及其计算 10四、总降压变电所变压器台数和容量的选择 11五、 短路电流计算 115.1 短路电流计算的目的 115.2 短路电流计算的方法和步骤 125.3 该厂供电系统电路及短路等效电路 145.4 短路计算 205.5 短路计算结果 21六、总降压变电所35kV侧一次设备的选择与校验 七、23继电保护装置的整定计算 237.1 总降压变电所35kV变压器的保护 257.2 35kV电力线路保护 27八、防雷保护与接地装置的设计 278.1 变电所防雷保护与防雷装置的选择 278.2 接地装置的设计计算 28 心得体会 决胜全面小康心得体会学党史心得下载党史学习心得下载军训心得免费下载党史学习心得下载 29参考文献 《电力系统分析》课程设计 某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计 一、绪论 随着我国国民经济的飞速发展，工业对电力的需求也越来越迫切。随着中国工业规模的不断扩大，对电力供应的安全性、可靠性提出了更高的要求，因此电力系统与用户直接关联的供电系统尤为重要。作为供电系统的主要组成部分，电气设备的质量及其性能的先进性是决定供电系统安全可靠运行的前提条件之一。本设计根据该冶金机械厂的相关资料和实际情况，对该厂的总降压变电所系统进行设计。本设计首先根据工厂提供的资料对工厂的负荷情况进行了计算，根据负荷情况对变压器的容量和台数进行了选择。该厂电源由某变电所以35kV双回路架空线引出，本设计选择在该厂设立总降压变电所先将电压降为厂区供电电压10kV，在由各车间变电所降为负荷所需电压。为保证供电系统的可靠性，总降压变电所采用单母线分段式接线方式，厂区供电系统采用放射式接线方式。通过计算，本设计对各变电所的主要电气设备、电缆和母线进行了选择和校验，对一次侧主要设备进行了继电保护整定。 工厂供电的设计 2.1工厂供电的意义及要求 电能不仅是人们生活的能源，更重要的是工业生产的主要能源和动力。电能容易从其他一次能源中获得，也容易转化为工业生产中的电能、动能，而且使用方便灵活。电能的输送和分配简单经济是电能的又一优点，通过导线可以直接把电能引至负荷，不像蒸汽机、内燃机那样笨重，更避免了一次能源费时耗力的运输。当代工厂里应用的信息技术、生产自动化技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。因此，电能在当代工业生产有着及其广泛的应用，是工业生产中不可替代的能源。 在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。电能在工业生产中的重要性，在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。 电能不仅是人们生活的能源，更重要的是工业生产的主要能源和动力。电能容易从其他一次能源中获得，也容易转化为工业生产中的电能、动能，而且使用方便灵活。电能的输送和分配简单经济是电能的又一优点，通过导线可以直接把电能引至负荷，不像蒸汽机、内燃机那样笨重，更避免了一次能源费时耗力的运输。当代工厂里应用的信息技术、生产自动化技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。因此，电能在当代工业生产有着及其广泛的应用，是工业生产中不可替代的能源。 在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。电能在工业生产中的重要性，在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。 在工厂中，供电系统起着至关重要的作用。要保证工厂内的正常生活生产秩序、保证人民群众财产，就要有一个可靠稳定的供电系统。一个优质的工厂供电系统必须达到以下基本要求： （1）安全 电能在供应、分配和使用中，要保证输电线路的安全性，设计合理的供电系统，不能够因为供电系统出现人身伤亡事故和设备事故； （2）可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。对于一些要求连续不间断供电的企业，可靠性是第一位的。对于一些负荷，如果由于电力系统故障供电系统突然中断，可能会造成重大设备损坏、大量产品报废很严重的经济财产损失，甚至发生重大的人身伤亡事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失； （3）优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。使用电设备在额定的电压、频率下进行生产，不仅可以避免设备损坏，而且也以提高产品质量，给企业带来利润； （4）经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。 2.2工厂供电设计的一般原则 工厂供电设计必须遵循以下原则： （1）工厂供电设计必须遵守国家的有关法令、标准和技术 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属和保护环境等技术经济政策； （2）工厂供电设计应做到保障人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，设计中应采用符合国家标准的效率高、能耗低、性能先进及与用户投资能力相适应的经济合理的电器产品； （3）工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ； （4）工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。 2.3设计的具体内容 该冶金机械厂总降压变电所及高压配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对电能分配的安全可靠，经济合理的问题。其基本内容有以下几方面： 工厂的负荷计算及无功补偿； 确定工厂总配变电所的所址和型式； （3） 确定工厂总配变电所的所址、形式、主接线方式，确定主变压器的型式、容量和台数； 短路电流计算； 一次设备的选择； 选择工厂电源进线及高压配电线路； 对一次侧进行继电保护整定计算； 2.4工厂原始资料 2.4.1生产任务及车间组成 本厂主要承担冶金系统的配件生产，生产规模为：铸钢件1万吨，铸铁件3千吨，锻件1千吨，铆焊件2千吨。 本厂车间组成如表1所示。 2.4.2设计依据 1）设计总平面布置图 2）全厂各车间负荷如表2所示，各车间均为380V的负荷，但有一部分为高压设备为6kV的负荷。 3）供用电 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 工厂与供电部门所签定的供用电协议主要内容如下： （1）工厂从供电部门用35千伏双回架空线引入本厂，其中一个作为工作电源，一个作为备用电源，两个电源不并列运行。（即不同时工作），供电部门短路容量为200MVA，该变电所距厂东侧8公里。 （2）在本厂的总降压变电所35千伏侧进行计算，本厂的功率因数应大于0.9。 3.本厂负荷性质 本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷。 工厂的电力负荷及其计算 3.3工厂的电力负荷 电力负荷（electric power load）又称电力负载，有两种含义：一是指耗用电能用电设备或用户，另一是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。电力负荷的具体含义视具体情况而定，本章指的是用电设备或用户耗用的功率大小。 计算负荷又称需要负荷或最大负荷Pmax。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用半小时最大平均负荷P30作为按发热条件选择电器或导体的依据。 计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定得过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定得过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷状态下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。但是负荷情况复杂，影响负荷计算的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但仍难准确确定计算负荷的大小。实际上，负荷也不是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织、生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关。因此负荷计算只能力求接近实际。 3.2 车间计算负荷的确定 车间计算负荷是选择工厂内配电线路电缆型号和主要电气设备包括车间变压器的基本依据。我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法、利用系数法和二项式法。需要系数法是国际上普遍采用的确定计算负荷的基本方法，本设计采用需要系数法进行负荷计算。计算的基本公式如下： 有功计算负荷P30为 （2.1） 这里的Kd称为需要系数（demand coefficient），Pe为车间用电设备总容量。 无功计算负荷Q30为 （2.2） 式中，tan 为对应于车间用电设备 的正切值。 视在计算负荷为 （2.3） 式中， 为车间供电设备的平均功率因素。 计算电流I30为 （2.4） 式中，UN为用电设备组的额定电压。 根据工厂给出的资料，通过计算整理，得出该工厂各车间的负荷计算表及该工厂6kV高压设备的负荷计算表，结果见表3.1和表3.2。 3.3 工厂计算负荷的确定 工厂计算负荷是选择工厂电源进线及主要电气设备包括主变压器的基本依据，也是计算工厂的功率因素及无功补偿容量的基本依据，确定工厂计算负荷的方法很多，有需要系数法、年产量估算工厂计算负荷和逐级计算法等。根据国际普遍的计算方法和该冶金机械厂的实际情况，本设计采用需要系数法计算工厂的计算负荷。 根据该厂提供的各车间及工厂高压设备负荷数据，运用需要系数法，根据上面给出的公式通过计算、整理得出该工厂的负荷计算表3.3。 表 3.1 各车间380V负荷计算表 序号 车间（单位）名称 设备容量/kW Kd 计算负荷 车间变电所代号 变压器台数及容量/kVA P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A 1 铸钢车间 2000 0.4 0.65 1.17 800 936 1232.77 1870 No.1车变 2×1600 2 铸铁车间 1000 0.4 0.70 1.02 400 408 571.3 867.5 No.2车变 2×800 砂库 110 0.7 0.60 1.23 77 94.71 122.1 194.9 小计(KΣ=0.9) 2110 — — — 429.3 452.439 624.06 955.4 （续表） 序号 车间（单位）名称 设备容量/kW Kd 计算负荷 车间变电所代号 变压器台数及容量/kVA P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A 3 铆焊车间 1200 0.3 0.45 1.98 360 712.8 738.55 1215. No.3车变 2×1000 No.1水泵房 28 0.75 0.8 0.75 21 15.75 26.25 39.6 小计(KΣ=0.9) 1228 — — — 342.9 655.695 688.32 1124 4 空压站 390 0.85 0.75 0.88 331.5 291.72 442 671.5 No.4车变 1×800 机修车间 150 0.25 0.65 1.17 37.5 43.875 57.7 87.7 锻造车间 220 0.3 0.55 1.52 66 100.32 120 182.3 木型车间 185.5 0.35 0.60 1.33 65.05 86.51 108.2 164.8 制材场 20 0.28 0.60 1.33 5.6 7.448 9.33 14.1 综合楼 20 0.9 1 1 18 18 25.5 27.3 小计(KΣ=0.9) 986 — — — 471.3 476.9 686.04 1018 5 锅炉房 1200 0.75 0.80 0.75 225 168.8 1125 427.4 No.5车变 1×400 No.2水泵房 28 0.75 0.80 0.75 21 15.8 26.3 40.0 仓库（1、2） 88.12 0.65 0.65 1.17 26.4 30.9 88.16 61.9 污水提升站 14 0.8 0.80 0.75 9.1 6.8 14 17.3 小计(KΣ=0.9) 430 — — — 253.4 200.1 1128 490.6 表3.2 各车间6kV高压负荷计算表 序号 车间（单位） 名称 高压设备名称 设备容量/kW Kd 计算负荷 P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A 1 铸钢车间 电弧炉 2×1250 0.9 0.87 0.57 2250 1282.5 2589.8 248.9 2 铸铁车间 工频炉 2×300 0.8 0.9 0.48 320 153.6 532.4 34.2 3 空压站 空压机 2×250 0.85 0.85 0.52 425 263.5 479.03 48.1 小计 3600 — — — 2995 1699.6 3241.1 331.4 表3.3 工厂负荷计算表 全厂设备容量/kW Kd 计算负荷 P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A 11154 0.35 0.79 0.78 5773.51 4787.2 7598.83 285.3 3.4 无功功率补偿及其计算 工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负载，还有感性的电力变压器，从而使功率因素降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因素的情况下，尚达不到规定的工厂功率因素要求时，则需考虑增设无功功率补偿装置。假设功率因数由cos 提高到cos ＇，这时在用户需要的有功功率P30不变的条件下，由公式（2.2）和公式（2.3）知无功计算功率和视在功率都有所减小。相应地负荷电流I30也得以减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因素对供电系统大有好处。在提高功率因素的同时，工厂总降压变电所的主变压器容量可以选的小一些，这不仅可降低变电所的初投资，而且可以减少工厂的电费开支，因此进行无功功率补偿对工厂本身也有一定经济实惠。 通过该厂的负荷计算表可知该厂的功率因素 =0.79，不能达到供电部门的要求。在《供电营业规则》中规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因素应达到下列规定：100kVA及以上高压供电的用户功率因素为0.90以上。”并规定，凡功率因素未达到上述规定的，应增添无功补偿装置。 无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此本设计选用并联电容进行无功补偿。 由该厂的负荷计算表可知，总变压器低压侧的视在计算负荷为4942kVA，因此为进行功率补偿时，主变压器容量应选为5000kVA。此时变电所低压侧的功率因素未0.79。按规定，变电所高压侧的功率因素cos ≥0.9.。考虑到变压器本身的无功功率损耗ΔQT远大于其有功功率损耗ΔPT，一般ΔQT=（4~5）ΔPT，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因素应略高于0.90，这里取cos ＇=0.93。 要使低压侧功率因素由0.79提高到0.93，低压侧需装设的并联电容器容量为 QC = 4787.2×（tanarccos0.76－tanarccos0.96）kvar = 2697.6kvar 取 QC=2700kvar 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 KVA. 因此主变补偿后选择容量变选择7000kVA。 变压器的功率损耗为 ΔPT ≈ 0.015 = 0.015×6139.2kVA =92.1kW ΔQT ≈ 0.06 =0.06×6139.2 kVA=368.4kvar 变电所高压侧的计算负荷为 = 5773.5kW +92.1kW = 5865.6kW =（4787.2—2700）kvar + 368.4kvar =2455.6kvar =109.25A 补偿后工厂的功率因素为 这一功率因素满足供电部门规定的要求。 根据以上计算，本设计从常用并联电容器中选出型号为BWF10.5-120-1的并联电容器13台进行该工厂的无功功率补偿。 四、总降压变电所变压器台数和容量的选择 根据工厂提供的数据，本工厂负荷为二级负荷，且工厂视在计算负荷为4941.9kVA，故本工厂总降压变电所应选择两台主变压器。由于本工厂选用两台主变压器，故每台主变压器的容量SN·T不应小于总的计算负荷S30的60%~70%。但由于本工厂的负荷均为二级负荷，故该工厂的总降压变电所选用两台容量为5000kVA型号为S9-5000/35的变压器，其技术参数见表4.1。 表4.1 S9-5000/35变压器技术参数 额定容量/kVA 额定电压/kV 损耗/kW 阻抗电压（%） 空载电流（%） 联结组别 总体质量/t 备注 高压 低压 空载 短路 5000 35， 38± 2×2.5% 3.15 6.3 10.5 6.50 31.00 7 0.7 Y d11 11.15 沈变 上变 福变 武变 五、 短路电流计算 5.1 短路电流计算的目的 工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。然而由于各种原因（如工作人员误操作、鸟兽跨越在裸露的相线之间）也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路（short circuit）。短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。 短路后，系统中出现的短路电流（short-circuit current）比正常负荷电流大得多。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的电流可产生很大的点动力和很高的温度，而使线路中的原件受到损害。由于短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行和降低产品质量。继电保护装置在发现短路电流后动作，切除故障线路，可造成不同范围的停电。 由此可见，短路的危害是很大的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流计算，以便正确地选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。 为了断则切除短路故障的开关电源、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的原件等，也必须计算短路电流。 5.2 短路电流计算的方法和步骤 进行短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺值法（又称相对单位制法），工程上常用标幺制法。故本设计采用标幺值法进行计算。 1、绘制计算电路图、选择短路计算点。计算电路图上应将短路计算中需计入的所有电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号。短路计算点应选择得使需要进行短路效验的电器元件有最大可能的短路电流通过。 2、设定基准容量Sd=100MVA和基准电压Ud=Uc（短路计算电压，即1.05UN），并计算基准电流Id。 （5.1） 3、计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值（一般只计算电抗标幺值） （1）电力系统的电抗标幺值 （5.2） 式中，SOC—电力系统出口断路器的断流容量，单位为MVA。 （2）电力线路的电抗标幺值 （5.3） 式中，UC—线路所在电网的短路计算电压，单位为kV，UC=1.05UN. 采用标幺值计算时，无论短路计算点在哪里，线路的电抗标幺值不需换算。 （3）电力变压器的电抗标幺值 （5.4） 式中，Uk%—变压器的短路电压（阻抗电压）百分值； SN —变压器的额定容量。 4、绘制短路回路等效电路，并计算总阻抗（总电抗标幺值）。 5、计算短路电流，分别对各短路计算点计算各短路电流 、 、 、 等。 （5.5） 在无穷大容量系统中，存在下列关系： = = （5.6） 高压电路中的短路冲击电流及其有效值，按下列公式近似计算： （5.7） （5.8） 低压电路中的短路冲击电流及其有效值，按下列公式近似计算： （5.9） （5.10） 5、计算短路容量，三相短路容量按下式计算： （5.11） 5.3 该厂供电系统电路及短路等效电路 该厂电源从位于距该厂东侧8km处的220/35kV变电站以35kV双回路架空线引入工厂，其中一路做为工作电源，另一路作为备用电源，两个电源不并列运行。其供电系统电路图如图5.1所示。该供电系统中，需计算图中的四处短路点的短路电流、短路容量等，以用于确定一次设备，其短路等效电路图如图5.2所示。 图5.1 工厂供电系统电路图 5.4 短路计算 1、取基准容量Sd=100MVA； 2、计算基准电流 3、电力系统的电抗： 4、架空线路电抗：本设计采用表5.1的数据进行架空线路电抗的计算 表5.1 电力线路每相的单位长度电抗平均值 线路结构 线 路 电 压 35kV及以上 6～10kV 220/380V 架空线路 0.40 0.35 0.32 电缆线路 0.12 0.08 0.066 因此 5、变压器电抗： 故可得出短路等效电路图5.2，根据短路图可算出各短路点的总阻抗如下： 6、计算三相短路电流和短路容量 （1）k-1点短路 三相短路电流周期分量有效值 三相短路次暂态电流和稳态电流 三相短路冲击电流及第一个周期短路 三相短路容量 图5.2 短路等效电路图 （2）k-2点短路 三相短路电流周期分量有效值 三相短路次暂态电流和稳态电流 三相短路冲击电流及第一个周期短路 三相短路容量 （3）k-3点短路 三相短路电流周期分量有效值 三相短路次暂态电流和稳态电流 三相短路冲击电流及第一个周期短路 三相短路容量 （4）k-4点短路 三相短路电流周期分量有效值 三相短路次暂态电流和稳态电流 三相短路冲击电流及第一个周期短路 三相短路容量 （5）k-5点短路 三相短路电流周期分量有效值 三相短路次暂态电流和稳态电流 三相短路冲击电流及第一个周期短路 三相短路容量 （6）k-6点、k-9点短路 三相短路电流周期分量有效值 三相短路次暂态电流和稳态电流 三相短路冲击电流及第一个周期短路 三相短路容量 （7）k-7点短路 三相短路电流周期分量有效值 三相短路次暂态电流和稳态电流 三相短路冲击电流及第一个周期短路 三相短路容量 （8）k-8点短路 三相短路电流周期分量有效值 三相短路次暂态电流和稳态电流 三相短路冲击电流及第一个周期短路 三相短路容量 （10）k-10点短路 三相短路电流周期分量有效值 三相短路次暂态电流和稳态电流 三相短路冲击电流及第一个周期短路 三相短路容量 5.5 短路计算结果 根据前面短路计算得出的各种短路情况的数据，经过整理得出该厂的短路计算表见表5.2。 表5.2 短路计算结果表 电路点 三相短路电流/kA 三相短路 容量/MVA k-1 4.86 4.86 4.86 9.81 6.58 277.78 k-2 5.19 5.19 5.19 11.68 7.84 94.34 k-3 54.56 54.56 54.56 122.76 82.39 40.65 k-4 4.05 4.05 4.05 9.11 6.12 44.25 k-5 35.61 35.61 35.61 80.13 53.77 25.91 k-6 1.12 1.12 1.12 2.53 1.69 12.25 k-7 62.49 62.49 62.49 140.59 94.36 45.45 k-8 20.64 20.64 20.64 51.60 31.17 15.02 k-9 1.12 1.12 1.12 2.53 1.69 12.25 k-10 12.43 12.43 12.43 27.97 18.77 9.04 六、总降压变电所35kV侧一次设备的选择与校验 1、35kV供电线路可先按经济电流密度确定经济截面，在校验其他条件。按经济电流密度jec计算经济截面Aec的公式为 （6.1） 式中，I30为线路的计算电流。我国现行的经济电流密度jec规定见表6.8所示。 该工厂为三班工作制，年最大有功利用小时为6000h，进线电缆选用铝芯电缆，由表6.8查的jec=1.54。由公式6.1计算得架空线路的经济截面 因此选用截面为95mm2，型号为LGJ-95的钢芯铝绞线，LGJ-95的允许载流量Ial=335A﹥I30=71.84A，因此满足发热条件。 2、35kV母线的选择 由《发电厂电气主系统》图6.3查出铝矩形导体的经济电流密度jec=0.68，故母线的经济截面 故35kV母线选用25×5mm2单条竖放矩形导体，其载流量为350A，比I30大，因此满足要求。 表6.8 导线和电缆的经济电流密度 线路类别 导线材质 年最大有功负荷利用小时 3000h以下 3000～5000h 5000h以上 架空线路 铜 3.00 2.25 1.75 铝 1.65 1.15 0.90 电缆线路 铜 2.50 2.25 2.00 铝 1.92 1.73 1.54 3、根据前面的计算数据，经过综合判断，本设计的总降压变电所35kV侧选用中型屋外式配电装置，并对该装置所用到的电气设备进行了效验。其主要电气设备的参数见表6.3，35kV侧一次设备选择效验表见表6.4。 表6.3 35kV屋外配电装置主要电气设备参数 名称 型号 主要技术数据 断路器 40 GI-E 16 UN=40.5kV，IN=1600A，Ioc=16kA 电流互感器 LCZ-35 I1N/I2N=20~1000A/5A 电压互感器 JDJ2-35 U1N/U2N=35kV/0.1kV JDJJ2-35 熔断器 RN5-35 UN=35kV，IN=100A，Ioc=17kA RW10-35/2 UN=35kV，IN=2A，Ioc=16.5kA 表6.4 35kV侧一次设备选择校验表 选择效验项目 电压 电流 断流能力 动稳定性 热稳定性 装置地点条件 参数 UN I30 数据 35kV 71.84A 4.86kA 9.81kA 17.71kA 设备型号 参数 UN IN Ioc/Soc imax 断路器40 GI-E 16 40.5kV 1600A 16kA — — 电流互感器LCZ-35 35kV 1000/5A — 130kA 900kA 熔断器RN5-35 35kV 100A 900MVA — — 电压互感器JDJ2-35 35/0.1kV — — — — 4、各车间变电所二次侧一次设备的选择与效验 低压开关设备的选择与校验，主要指低压断路器、低压刀开关、低压刀熔开关以及低压负荷开关的选择与校验。本设计中个车间变电所二次侧均采用低压短路器作为开关电器，并对其进行选择、整定与校验，其结果见表6.7。 表6.6 10kV侧一次设备选择校验表 选择效验项目 电压 电流 断流能力 动稳定性 热稳定性 装置地点条件 参数 UN I30 数据 10kV 285.3A 5.19kA 11.68kA 20.20kA 设备型号 参数 UN IN Ioc/Soc imax 断路器SN10-10Ⅱ 10kV 1000A 31.5kA 80kA 31.5kA 电流互感器LAJ-10 10kV 20~800/5A — 181kA 3600kA 电压互感器JDJ2-35 10/0.1kV — — — — 继电保护装置的整定计算 为了保证工厂供电系统的安全运行，避免过负荷和短路引起的过电流对系统的影响，因此在工厂的总降压变电所和厂区供电系统中有不同类型的继电保护装置。为了保证对保护装置的选择性、速动性、可靠性和灵敏性的基本要求，就需要对继电保护装置进行整定计算，来达到目的。本章对该工厂的总降压变电所和厂区供电系统的主要保护装置进行整定计算。 7.1 总降压变电所35kV变压器的保护 本设计的总降压变电所采用S9-5000/35型电力变压器，该变压器的额定容量为5000KVA，所以本设计选择对该变压器装设差动保护和瓦斯保护。本设计变压器保护均选用GL-15/10型继电器进行保护，采用两相两继电器式接线，其接线形式见图7.1所示，反时限过电流保护的原理图见附录C。下面分别对继电保护进行整定计算。 1、差动保护 差动保护能正确区分被保护元件保护区内、外故障，并能瞬时切除保护区内的故障。变压器差动保护用来反映变压器绕组，引出线及套管上各种短路故障，是变压器的主保护。本设计差动保护选用BCH-2型继电器，原理接线图见附录C，变压器各侧有关数据见表7.1。 从表7.1可以看出，变压器二次侧电流I2大于一次侧电流I1，所以选较大者10.5kV侧为基本侧。BCH-2型继电器的平衡绕组WbⅠ接于10.5kV的基本侧，平衡绕组WbⅡ接于35kV侧。 计算差动保护基本侧动作电流，在决定一次动作电流时应满足下列三个条件：（1）躲过变压器励磁涌流的条件 Iop1=KrelITN，d=1.3×274.9A=357.4A （2）躲过电流互感器二次短线不应误动作的条件 Iop1=KrelIL，max=1.3×450A=585A （3）躲过外部穿越性短路最大不平衡电流的条件 式中 Krel，Kst—可靠系数与电流互感器的同型系数，Krel取1.3，Kst取1； ITN，d，IL，max—变压器于基本侧的额定电流与最大负荷电流； ， —改变变压器分接头调压引起的相对误差与整定匝数不同于计算匝数引起的相对误差。 去0.1， 去初步0.05进行计算； —在最大运行方式下，变压器二次母线上短路，归算于基本侧的三相短路电流次暂态值。 表7.1 S9-5000/35型变压器差动保护数据 数据名称 各侧数据 35kV 10.5kV 变压器额定电流 82.5A 274.9A 电流互感器接线方式 Δ Y 电流互感器变比计算值 33.3A 55A 选择电流互感器标准变比 200/5 600/5 电流互感器二次连接臂电流 3.57A 2.29A 选取上述条件计算值中最大的作为基本侧的一次动作电流，即Iop1取585A。 差动继电器基本侧的动作电流为 式中 KTAy，Kcon—基本侧的电流互感器变比与其接线系数。 该继电器在保持 时其动作安匝数为 为了平衡得更精确，是不平衡电流影响更小，可将接于基本侧平衡绕组WbⅠ作为基本侧动作匝数的一部分，选取差动绕组Wb与平衡绕组WbⅠ的整定匝数Wd，set=6匝，WbⅠ，set=6匝，即Wop，set=Wd，set +WbⅠ，set=12匝。 确定费平衡绕组匝数 I1（WbⅡ+Wd，set）=I2（WbⅠ，set+ Wd，set） 选整定匝数WbⅡ,set=2匝，其相对误差为 要求相对误差的绝对值不超过0.05，故满足要求，不必重新计算动作电流值。 确定短路绕组匝数，就是要确定短路绕组的插头的插孔。它有四组插孔，短路绕组匝数越多，躲过励磁涌流的性能越好，但当内部故障电流中有较大非周期分量时，BCH-2型继电器动作时间要延长，因此，对励磁涌流倍数大的中、小容量变压器，当内部故障时短路电流非周期分量衰减较快，对保护动作时间要求较低，故多选用插孔C2-C1或D2-D1。本设计宜选用C1-C2插孔拧入螺钉，接通短路绕组。 该继电保护整定计算为单电源应以最小运行方式下10kV侧两相短路反应到电源进行效验，10.5kV侧母线两端短路归算到35kV侧流入继电器的电流为 35kV电源侧BCH-2型继电器的动作电流为 则差动保护装置的最小灵敏系数为 可见，满足灵敏性要求. 2、瓦斯保护 瓦斯保护又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的相当灵敏的保护装置，按GB50062—1992规定，800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器，均装设瓦斯保护。故该厂总降压变电所主变压器应装设瓦斯保护。 7.2 35kV电力线路保护 该工厂有35kV进线线路两条，一条为工作电源，另一条为备用电源。本设计35kV线路保护选用DL-10型继电器，采用两相两继电器式接线，其接线形式见图7.1所示。35kV线路采用的保护有过电流保护、电流速断保护和过负荷保护，其接线图见附录C，下面进行保护的整定计算。 图7.1 两相两继电器式接线图 1、过电流保护的整定计算 该线路的I30=285.3A，本设计的线路过电流保护的整定值取I30的2倍，故IL·max=2I30=570.6A。电流互感器变比为100/5，故整定电流 所以动作电流整定为43A。根据工厂的相关资料，该过电流保护的动作时间为2s。 2、电流速断保护的整定计算 该线路三相短路电流周期分量有效值Ik·max=4860A，根据电流速断保护的整定计算公式得动作电流 因此，电流速断保护的动作电流为84A。 3、过负荷保护 线路的过负荷保护一般对可能经常出现过负荷的电缆线路予以装设，一般延时动作于信号。由于本工厂负荷较大，容易出现过负荷现象，故本设计选用过负荷保护，过负荷保护的动作电流 故过负荷保护的整定值为18.5A，动作时间取15s。 八、防雷保护与接地装置的设计 8.1 变电所防雷保护与防雷装置的选择 1、变电所防雷保护 变电所及其屋外配电装置，应装设避雷针来防护直击雷。由于该厂变电所35kV采用屋外配电装置，故屋外配电装置和变电所均需装设避雷针进行直击雷防护。变电所屋顶为平屋顶，宜用避雷带做接闪器。根据它的防雷等级确定其引下线间距小于18m，避雷网格小于10m×10m或12m×8m，至少设两处防雷接地测试点，其屋顶防雷平面图见附录D。 为了防止雷电侵入波对变电所内电气装置特别是对主变压器产生危害，应该在变电所以下位置装设避雷器： （1）高压架空线路的终端杆装设阀式避雷器，且由于该工厂需要一段引入电缆，故在架空线终端装设的避雷器要与电缆头处的金属外皮相连并一同接地； （2）每组高压母线上都应装设阀式避雷器。变电所内所有阀式避雷器应以最短的接地线与配电装置的主接地网相连。 2、防雷装置的选择 （1）接闪器及其引下线的选择 按GB 50057-1994规定，本设计避雷带均直径为16mm的圆钢。 （2）避雷器的选择 该变电所采用电站型碳化硅阀式避雷器，其中35kV侧采用磁吹阀式避雷器，10kV侧采用普通阀式避雷器。其技术特性见表8.1所示。 8.2 接地装置的设计计算 因该工程未给出自然接地体的相关数据，因此该变电所采取人工接地体的形式，对各高低压设备及变电所的其他设施进行接地保护。按《工厂供电》附录表24可确定此变电所公共接地装置的接地电阻应满足以下两个条件： RE≤120V/IE （1） RE≤4Ω （2） 表8.1 电站型碳化硅阀式避雷器的技术特性 系统额定电压（有效值/kV） 避雷器额定电压（有效值/kV） 波前冲击放电的波前陡度（kV/μs） 工频放电电压（有效值/kV） 1.2/50μs冲击放电电压（峰值/kV） 波前冲击放电电压（峰值/kV） 额定放电电流5kA下残压（波形8/20μs，峰值/kV） 不小于 不大于 不大于 不大于 不大于 10 12.7 63 26.0 31.0 45.0 56.3 45.0 35 41.0 34.3 70 85 112 130 108 本设计总降压变电所的接地电阻要求RE≤4Ω。现初步考虑围绕变电所周围一圈直径50mm、长2.5的钢管接地体，每隔5m打入一根，管子之间用40×4mm2的扁钢焊接相联。该变电所土质属于砂质粘土，插《工厂供电》附录表25得砂质粘土的电阻率 =100·m，求得单根钢管接地电阻 RE（1）≈100/2.5Ω=40Ω 根据RE（1）/ RE=40/4=10，考虑到管子之间的电流屏蔽效应和变电所布局，初选28根接地体。 以n=28和a/l=5m/2.5m=2去查《工厂供电》附录表26.2，可得ηE≈0.58。因此可得 随意满足要求。接地装置平面布置图见附录。 心得体会 在本次课程设计开始之前，我们搜集了许多相关的资料，参考了以前学过的变电所主结线图，作了充分的准备，然而在着手设计时，又出现了许多未预料的问题，如数据的计算的选取，主接线图形式的选取等等，但在思考和老师的帮助之后还是做了妥善的解决。 通过对总图的设计、负荷计算、无功补偿的计算、短路电流的计算及设备的选型等一系列问题的处理，使我们对这门课有了更全面系统的认识。工厂供电就是从全局考虑电能的输送分配，电能在电网中运输及线路计算等，它有利于节约能源，避免浪费，确保工厂生产和生活用电的要求。 通过本次课程设计，也使我们深刻体会到电力系统这个方面的重要和强大。通过亲手做设计，使自己的实践动手能力有了一个很大的提高，为自己将来的设计工作作好了充分的准备。 总之，在本次设计中，我们发现了许多以往学习中的不足，也让我们巩固了许多以往掌握不太牢固的知识，学到了很多的东西。 参考文献 [1] 作者.书名[M].出版地:出版者，出版年. [2] 国名或地区(加圆括弧)原作者.书名[M].译者.出版地:出版社,出版年. [3] 作者.篇名[J].期刊名,出版年,卷（期）: [4] 作者.篇名[N].报纸名,年-月-日（版次）. [5] 作者.篇名[A].编著者.论文集名[C].出版地:出版者,出版 年. [6] 作者.题名[D].保存地:保存单位,年份. [7] 标准编号-发布年,标准名称[S]. [8] 作者.电子文献名.[电子文献及载体类型标识].电子文献出处或可获得地址. 附录： � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED Visio.Drawing.11 \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED Visio.Drawing.11 \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � 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No.11 (同No.2) No.4 GG-1A(F)-03 GN8-10/200 -10/630 SN10 100/5 LQJ-10 No.5 (同No.4) GG-1A(F)-03 _1234568042.unknown _1234568039.vsd � � � � � � TA1 TA2 KA1 KA2 I> I> _1234568040.unknown _1234568038.unknown _1234568035.unknown _1234568036.unknown _1234568034.unknown _1234568029.unknown _1234568031.unknown _1234568032.unknown _1234568030.unknown _1234568027.unknown _1234568028.unknown _1234568026.unknown _1234568021.unknown _1234568023.unknown _1234568024.unknown _1234568022.unknown _1234568019.unknown _1234568020.unknown _1234568018.unknown _1234568009.unknown _1234568013.unknown _1234568015.unknown _1234568016.unknown _1234568014.unknown _1234568011.unknown _1234568012.unknown _1234568010.unknown _1234568005.unknown _1234568007.unknown _1234568008.unknown _1234568006.unknown _1234568003.unknown _1234568004.unknown _1234568002.unknown _1234567993.unknown _1234567997.unknown _1234567999.unknown _1234568000.unknown _1234567998.unknown _1234567995.unknown _1234567996.unknown 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