鋼鐵廠變配電系統(tǒng)

1、河南科技大學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書課程名稱 專業(yè)課程設(shè)計 題 目 某降壓變電所的電氣設(shè)計 學(xué) 院 車輛與動力工程學(xué)院 班 級 農(nóng)業(yè)電氣化與自動化092班 學(xué)生姓名 焦明祥 指導(dǎo)教師 邱兆美 日 期 2013年3月27日 某廠降壓變電所的電氣設(shè)計摘 要本文主要以電力工程基礎(chǔ)、工廠供電、電力系統(tǒng)分析和繼電保護(hù)等專業(yè)知識為理論依據(jù)，對鋼鐵聯(lián)合企業(yè)總降壓變電站、車間變電所和廠區(qū)配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)原始資料進(jìn)行負(fù)荷和功率因數(shù)計算，由計算的負(fù)荷、功率損耗和無功功率補(bǔ)償進(jìn)行變壓器的選擇；繪制簡易電氣主接線圖進(jìn)行短路電流、短路容量的計算和主要電氣設(shè)備的選擇；最后，對總降壓變電站設(shè)計需要進(jìn)行主要設(shè)備繼電保

2、護(hù)設(shè)計、配電裝置設(shè)計和防雷、接地設(shè)計，并繪制電氣主接線圖。對車間變電所根據(jù)車間負(fù)荷情況，選擇車間變壓器的臺數(shù)、容量，以及變電所位置的原則考慮；對廠區(qū)配電系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)所給資料，列出配電系統(tǒng)結(jié)線方案，經(jīng)過詳細(xì)計算和分析比較，確定最優(yōu)方案。關(guān)鍵詞: 變電所設(shè)計，負(fù)荷計算，短路電流，繼電保護(hù)等目錄第一章緒論1第二章負(fù)荷計算3§2.1計算負(fù)荷3§2.2無功補(bǔ)償5第三章變電所位置、型號及主變壓器的選擇6§3.1變電所位置的選擇原則6§3.2變電所位置的選擇6§3.3主變壓器的選擇7第四章短路電流的計算9§4.1短路計算公式9§4.2短

3、路電流的計算10第五章變壓器一次設(shè)備及高低壓線路的選擇12§5.1一次設(shè)備的選擇及校驗12§5.2線路的選擇13第六章變電所二次回路方案及繼電保護(hù)的整定15§6.1變電所二次回路方案的選擇15§6.2繼電保護(hù)的整定16第七章結(jié)論19參考文獻(xiàn)20第一章緒論電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，工業(yè)生、產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實

4、現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要的戰(zhàn)略意義。 因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大意義，工廠供電系統(tǒng)就是將電力系統(tǒng)的電能降壓再分配電能到各個廠房或車間中去，它由工廠降壓變電所，高壓配電線路，車間變電所，低壓配電線路及用電設(shè)備組成。工廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計，是根據(jù)各個車間的負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負(fù)荷的要求，以及負(fù)荷布局，結(jié)合國家供電情況.解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟(jì)技術(shù)的分配電能問題。 全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計，是根據(jù)各個車間的負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負(fù)荷的要求，以及負(fù)荷布

5、局，結(jié)合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟(jì)的分配電能問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面。1、負(fù)荷計算 求出全廠總降壓變電所計算負(fù)荷及總功率因數(shù)。列出負(fù)荷計算表、表達(dá)計算成果。2、工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺數(shù)及容量選擇,結(jié)合全廠計算負(fù)荷以及擴(kuò)建和備用的需要，確定變壓器的臺數(shù)和容量。3、工廠總降壓變電所主結(jié)線設(shè)計 根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負(fù)荷要求的可靠性級別和計算負(fù)荷數(shù)綜合主變壓器臺數(shù)。 4、工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計算，通常為國家電網(wǎng)的末端負(fù)荷，其容量運行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限容量系統(tǒng)供電進(jìn)行短路計算。由系統(tǒng)不同運行方式下的短路參數(shù)，求出不同運行方式下各點的三相及兩相短路電流。 5、

6、變電所一次設(shè)備的選擇及校驗 參照短路電流計算數(shù)據(jù)和各回路計算負(fù)荷以及對應(yīng)的額定值，選擇變電所高、低壓側(cè)電器設(shè)備，如隔離開關(guān)、斷路器、避雷器、互感器等設(shè)備，并根據(jù)需要進(jìn)行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗。6.變電所高低壓線路的選擇 7、繼電保護(hù)為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機(jī)、母線分段斷路器及聯(lián)絡(luò)線斷路器，皆需要設(shè)置相應(yīng)的控制、信號、檢測和繼電器保護(hù)裝置。并對保護(hù)裝置做出整定計算。第二章負(fù)荷計算§2.1計算負(fù)荷計算負(fù)荷是用來按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值。由于載流導(dǎo)體一般通電半小時后即可達(dá)到穩(wěn)定的溫升值，因此通常取“半小時最大負(fù)荷”作為發(fā)熱條件選擇

7、電器元件的計算負(fù)荷。有功負(fù)荷表示為P30，無功計算負(fù)荷表示為Q30，計算電流表示為I30。用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定，在工程中常用的有需要系數(shù)法和二項式法。當(dāng)用電設(shè)備臺數(shù)多、各臺設(shè)備容量相差不甚懸殊時，宜采用需要系數(shù)法來計算。當(dāng)用電設(shè)備臺數(shù)少而容量又相差懸殊時，則宜采用二項式法計算。根據(jù)原始資料，用電設(shè)備臺數(shù)較多且各臺容量相差不遠(yuǎn)，所以選擇需要系數(shù)法來進(jìn)行負(fù)荷計算。按需要系數(shù)法確定計算負(fù)荷，主要計算公式有： 有功計算負(fù)荷（）：無功計算負(fù)荷（）：視在計算負(fù)荷（）：計算電流（A）:各車間計算負(fù)荷如下表所示：表2-1各車間計算負(fù)荷車間名稱安裝容量（KW）需要系數(shù)P(KW)Q(kvar)S(KVA)車間

8、變電所代號變壓器臺數(shù)電機(jī)修造車間25050.240.82601.2493777.5NO.11機(jī)械加工車間8860.181.58159.5252298.2NO.21新品試制車間6340.351.51222335.2402NO.31原料車間5140.60.59308.4182358.1NO.41備件車間5620.350.79196.7155.4250.7NO.51鍛造車間1500.241.63657.667.9NO.61鍋爐房2690.730.87196.4170.9260.3NO.71空壓站3220.560.88180.3158.7240.2NO.81汽車庫530.570.930.2127.24

9、0.7NO.91大線圈車間3350.560.63187.6118.2221.7NO.101半成品試驗站12170.30.79365.1288.4465.3NO.111成品試驗站22900.280.75641.2480.9801.5NO.121加壓站2560.640.85163.8139.2215設(shè)備處倉庫5600.60.85336285.6441成品試驗站內(nèi)大型集中負(fù)荷36000.80.8288023043688.2小計141536504.415448.38528.6因為在一定的情況下是不可能發(fā)生所有的用電設(shè)備同時工作的情況,如果按照全部用電設(shè)備的用電負(fù)荷之和來計算全廠計算負(fù)荷的話，勢必會造成

10、,經(jīng)濟(jì)不運行和浪費等,情況,也就是我們常說的大馬拉小車。取全部用電負(fù)荷之和的90%，這樣在一定程度上就避免了大馬拉小車情況的發(fā)生,提高了運行效率,符合了經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)、生活的需要。§2.2無功補(bǔ)償提高功率因數(shù)，可以充分利用系統(tǒng)內(nèi)各發(fā)電變電設(shè)備的容量，增加其輸電能力，減少供電線路導(dǎo)線的截面，節(jié)約有色金屬，減少電力網(wǎng)中的功率損耗和電能損耗，并降低線路中的電壓損失，達(dá)到節(jié)約電能和提高供電質(zhì)量的目的。由上得整個低壓側(cè)的負(fù)荷：則最大負(fù)荷時的功率因數(shù)：而供電部門要求工廠最大負(fù)荷時功率因數(shù)不得低于0.9，需要進(jìn)行無功補(bǔ)償，取功率因數(shù)為0.92進(jìn)行無功補(bǔ)償計算：無功補(bǔ)償容量：選用并聯(lián)電容器取進(jìn)行補(bǔ)償，取補(bǔ)

11、償容量：,滿足要求。第三章變電所位置、型號及主變壓器的選擇§3.1變電所位置的選擇原則變電所位置的選擇，應(yīng)根據(jù)下列要求并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較后確定：1)盡量接近負(fù)荷中心，以降低配電系統(tǒng)的電能損耗、電壓損耗和有色金屬消耗量。2)進(jìn)出線方便，特別是要便于架空進(jìn)出線。3)接近電源側(cè)，別是工廠的總降壓變電所和高壓配電所。4)設(shè)備運輸方便，特別是要考慮電力變壓器和高低壓成套配電裝置的運輸。5)不應(yīng)設(shè)在有劇烈運動或高溫的場所，無法避開時應(yīng)有防震和隔熱措施。6)不應(yīng)設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場所，無法遠(yuǎn)離時，不應(yīng)設(shè)在污染源的下風(fēng)側(cè)。7)不應(yīng)設(shè)在廁所、浴室和其他經(jīng)常積水場所的正下方，且不應(yīng)與上述場所相貼

12、鄰。不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險環(huán)境的正上方或者正下方。當(dāng)與有爆炸或火宅危險環(huán)境的建筑物相毗連時，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB50058-1992爆炸物和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范的規(guī)定。8)不應(yīng)設(shè)置在地勢低洼和可能積水的場所。§3.2變電所位置的選擇變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心，工廠的負(fù)荷中心按負(fù)荷功率矩法來確定。在工廠平面圖的左下側(cè)，分別作一直角坐標(biāo)的x軸和y軸，然后測出各車間變電所的坐標(biāo)位置，P1、P2、P12分別代表車間1、2、11號的功率，設(shè)定P1（11.8,3.4）、P2(9.8，2.6)、P3(6.7,2.6)、P4(7.8,2.6)、P5(9.6，4.6)、P6(10.6，

13、5.6)、P7（8.9,3.6）、P8(8.6，4.3)、P9(4.7,2.8)、P10(11,3.6)、P11(11.8，1.8)、P12(11.8，5)，可得負(fù)荷中心的坐標(biāo)：由計算結(jié)果知，工廠的負(fù)荷中心在車間變電所9附近，因此在車間變電所9側(cè)面建造工廠變電所，型式為附設(shè)式。§3.3主變壓器的選擇由于工廠總負(fù)荷容量較大，對電源的供電可靠性要求較高，宜采用兩臺變壓器，以便當(dāng)一臺變壓器發(fā)生故障后檢修時，另一臺變壓器能對二級負(fù)荷繼續(xù)供電，故選兩臺變壓器，。當(dāng)裝有兩臺變壓器時，每臺主變壓器的容量應(yīng)滿足以下兩個條件：1） .任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足總負(fù)荷的70%的需要，即2） 任一臺變

14、壓器單獨運行時，應(yīng)滿足全部一、二級負(fù)荷的需要。故選擇主變壓器型號為S9系列，兩臺，額定容量為6300KVA。§3.4變電所主接線的選擇本課程設(shè)計采用單母線分段接線，當(dāng)一條母線發(fā)生故障時，分段斷路器自動切除故障段，保證正常向母線不間斷供電，電氣主接線圖如下所示：圖3-1電氣主接線圖第四章短路電流的計算§4.1短路計算公式表4-1短路電流計算公式參數(shù)名稱有名值標(biāo)幺值說明功率S一般取電壓U一般取電流I電抗X為標(biāo)幺值變壓器電抗線路電抗為線路每公里電抗值系統(tǒng)等值電抗為了選擇高壓電氣設(shè)備，整定繼電保護(hù)，必須進(jìn)行短路電流計算。短路電流計算電路及短路點的設(shè)置如下圖所示（以變電所1為例）：圖

15、4-1短路電流計算電路§4.2短路電流的計算1.總降壓變35KV母線短路電流a.確定標(biāo)幺值基準(zhǔn)：b.計算各主要元件的電抗標(biāo)幺值：系統(tǒng)阻抗（最大運行方式)35KV線路阻抗：c.三相短路電流和短路容量1) .總阻抗標(biāo)幺值：2) .三相短路電流周期分量有效值：.三相短路容量：b.計算各主要元件的電抗標(biāo)幺值：系統(tǒng)阻抗（最小運行方式)35KV線路阻抗：c.三相短路電流和短路容量3) .總阻抗標(biāo)幺值：4) .三相短路電流周期分量有效值：.三相短路容量：三相短路電流和短路容量計算結(jié)果如下表：表4-335KV側(cè)三相短路電流和短路容量短路點計算最大運行方式5.0312.835.53322最小運行方式3

16、.127.9563.432200第五章變壓器一次設(shè)備及高低壓線路的選擇§5.1一次設(shè)備的選擇及校驗1按工作電壓選擇設(shè)備的額定電壓一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓UN，即UN。2按工作電流選擇設(shè)備的額定電流一般不應(yīng)小于所在電路的計算電流I30，即I30。 3按斷流能力選擇設(shè)備的額定開斷電流，對分?jǐn)喽搪冯娏鞯脑O(shè)備來說，不應(yīng)小于它可能分?jǐn)嗟淖畲蠖搪酚行е担础?. 按短路的動熱穩(wěn)定度校驗1）動穩(wěn)定校驗條件 或 、分別為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值，、分別為開關(guān)所處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值。 2）熱穩(wěn)定校驗條件 對應(yīng)上面的分析，如下表所示，由它可知所選一次設(shè)備均滿足要求。表5-135

17、KV側(cè)電氣設(shè)備的選擇計算數(shù)據(jù)斷路器隔離開關(guān)電流互感器電壓互感器避雷器3535353535KW100060016.510004550§5.2線路的選擇135kV高壓進(jìn)線的選擇校驗 采用LGJ型鋼芯鋁絞線架空敷設(shè)，接往35kV公用干線。 1） 按發(fā)熱條件選擇表5-2我國現(xiàn)行經(jīng)濟(jì)電流密度規(guī)定導(dǎo)線材料年最大利用小時小于3000h3000-5000h大于5000h鋁線1.651.150.9銅線3.002.251.75鋁芯電纜1.921.731.54銅芯電纜2.502.252.00線路計算電流根據(jù)年最大利用小時為2300h，由上表得，因此，導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)截面為，選用與60接近而又偏小的標(biāo)準(zhǔn)截面50，

18、即選LGJ-50。查附錄表A-8知，LGJ-50型鋼芯鋁絞線的允許載流,因此發(fā)熱條件滿足要求。2） 校驗機(jī)械強(qiáng)度 ）表5-3架空線路按機(jī)械強(qiáng)度要求的最小允許導(dǎo)線截面（單位：mm2）導(dǎo)線種類35KV及以上線路6-10KV居民區(qū)6-10KV非居民區(qū)1KV以下低壓線路一般1KV以下低壓線路與鐵路交叉式鋁及鋁合金線3535251635鋼芯鋁絞線3525161616鋼線3525161616由上表得，35KV鋼芯鋁絞線的最小允許截面Amin=35mm2，而LGJ-50滿足要求，故選它。由于此線路很短，故不需要校驗電壓損耗。第六章變電所二次回路方案及繼電保護(hù)的整定§6.1變電所二次回路方案的選擇斷

19、路器采用手力操動機(jī)構(gòu)，其控制與信號回路如下圖所示：圖6-1手力操動機(jī)構(gòu)的斷路器控制回路及其信號系統(tǒng)合閘時，推上操作機(jī)構(gòu)手柄使斷路器合閘。這時斷路器的輔助觸點QF34閉合，紅燈RD亮，指示斷路器已經(jīng)合閘。由于該回路有限流電阻R2，跳閘線圈YR雖有電流通過，但電流很小，不會動作。紅燈RD亮，還表明跳閘回路及控制回路的熔斷器FU1、FU2是完好的，即紅燈RD同時起著監(jiān)視跳閘回路完好性的作用。分閘時，扳下操作機(jī)構(gòu)手柄使斷路器分閘。斷路器的輔助觸點QF34斷開，切斷跳閘回路，同時輔助觸點QF12閉合，綠燈GN亮，指示斷路器已經(jīng)分閘。綠燈GN亮，還表明控制回路的熔斷器FU1、FU2是完好韻，即綠燈GN同時

20、起著監(jiān)視控制回路完好性的作用。在斷路器正常操作分、合閘時，由于操作機(jī)構(gòu)輔助觸點QM與斷路器輔助觸點QF56都是同時切換的，總是一開一合，所以事故信號回路總是不通的，不會錯誤地發(fā)出事故信號。當(dāng)一次電路發(fā)生短路故障時，繼電保護(hù)裝置動作，其出口繼電器KM觸點閉合，接通跳閘線圈YR的回路(QF34原已閉合)，使斷路器跳閘。隨后QF34斷開，使紅燈RD滅，并切斷YR的跳閘電源。與此同時，QF12閉合，使綠燈GN亮。這時操作機(jī)構(gòu)的操作手柄雖然仍在合閘位置，但其黃色指示牌掉落，表示斷路器自動跳閘。同時事故信號回路接通，發(fā)出音響和燈光信號。這事故信號回路是按“不對應(yīng)原理”接線的，由于操作手柄仍在合閘位置，其輔

21、助觸點QM閉合，而斷路器已事故跳閘，其輔助觸點QF56也返回閉合，因此事故信號回路接通。當(dāng)值班員得知事故跳閘信號后，可將操作手柄扳下至分閘位置，這時黃色指示牌隨之返回，事故信號也隨之解除?？刂苹芈分蟹謩e與指示燈GN和RD串聯(lián)的電阻R1和R2，主要用來防止指示燈燈座短路時造成控制回路短路或斷路器誤跳閘。2絕緣監(jiān)察回路絕緣監(jiān)視裝置用于小接地電流的電力系統(tǒng)中，以便及時發(fā)現(xiàn)單相接地故障，以免單相接地故障發(fā)展為兩相接地短路，造成停電事故。635kV系統(tǒng)的絕緣監(jiān)視裝置，可采用三個單相雙繞組電壓互感器和三只電壓表進(jìn)行測量，也可以采用一個三相五芯柱三繞組電壓互感器測量。當(dāng)一次電路某一相發(fā)生接地故障時，電壓互感

22、器二次側(cè)的對應(yīng)相的電壓表指零，其他兩相的電壓表讀數(shù)則升高到線電壓。由指零電壓表的所在相即可得知該相線發(fā)生了單相接地故障。但是這種絕緣監(jiān)視裝置不能判明是哪一條線路發(fā)生了故障，因此它是無選擇性的，只適用于出線不多的系統(tǒng)及作為有選擇性的單相接地保護(hù)的一種輔助裝置。§6.2繼電保護(hù)的整定繼電保護(hù)裝置的.基本要求：1)選擇性：當(dāng)供電系統(tǒng)某部分發(fā)生故障時繼電保護(hù)裝置應(yīng)使距離故障點的斷路器動作將故障部分切除縮小停電范圍保障無故障部分運行。2)快速性：快速切斷短路故障可以減輕短路電流對電氣設(shè)備的破壞程度可以迅速恢復(fù)供電正常的過程減小對用戶的影響。3)靈敏性：靈敏性是指對被保護(hù)電氣設(shè)備可能發(fā)射的故障和

23、不正常運行發(fā)生的反應(yīng)能力。4)可靠性：當(dāng)發(fā)生故障時要求保護(hù)裝置動作可靠即在應(yīng)動作時不能拒動而在不動作時不會誤動作。主變壓器保護(hù)根據(jù)規(guī)程規(guī)定400kVA變壓器應(yīng)設(shè)下列保護(hù)：1.瓦斯保護(hù)防御變壓器內(nèi)部短路和油面降低輕瓦斯動作于信號重瓦斯動作于跳閘。2.電流速斷保護(hù)防御變壓器線圈和引出線的多相短路動作于跳閘3.過電流保護(hù)防御外部相同短路并作為瓦斯保護(hù)及電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)動作于跳閘。4.過負(fù)荷保護(hù)防御變壓器本身的對稱過負(fù)荷及外部短路引起的過載。（1） 電流速斷保護(hù) 保護(hù)裝置的動作電流應(yīng)躲過變壓器二次側(cè)母線的最大三相短路電流，即 IOP=KrelIK2.max= IOP.K=KW/Ki IOP=靈敏度校驗按變壓器一次側(cè)的最小兩相短路電流來校驗，,滿足要求。（2） 過電流保護(hù) 1. ，其中可靠系數(shù)，繼電器返回系數(shù)，接線系數(shù)，電流互感器電流比，,則,因此過電流保護(hù)動作電流整定為5A。2. 動作時間變壓器過電流保護(hù)的動作時間，也按階梯原則整定。但對車間變電所來說，由于它屬于電力系統(tǒng)的終端