35KV企业变电所电气初步设计 毕业设计.docx
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35KV企业变电所电气初步设计毕业设计
35KV企业变电所电气初步设计毕业设计
广西电力职业技术学院
2007级函授大专毕业设计
题目35KV企业变电所电气初步设计二
教学系部广西电力职业技术学院
专业电气
年级2007级
指导教师王亚忠
学生姓名
学号
2009年3月10日
指导教师评阅表
指导教师姓名
王亚忠
职称
副教授
工作单位
广西电力职业技术学院
学生姓名
韦发强
专业
电气
成绩
毕业论文（设计）题目
选题来源
教师自拟课题：
应用型：
科研型：
课题来源
：
学生自拟课题：
应用型：
科研型：
课题来源填单位资助或自拟
评阅内容：
文、理、工、医、管理类可分别按专业特点根据以下相关内容进行评阅。
1.选题的意义如何？
2资料是否可靠？
3论点是否成立？
论述的深度如何？
4是否具有创新性？
5论文或设计的难度如何？
6写作能力、逻辑性和语言表达能力如何？
7.设计、计算、数据图表是否正确？
图纸是否规范？
论文写作是否规范？
8论文或设计是否合格？
是否可提交答辩？
对论文（设计）的详细评语：
指导教师（签名）年月日
专业：
电气工程及其自动化
姓名：
蔡桂潮
前言
来广西电力职业技术学院学习目的，一是为提高自己学历，二是随着科技进步，深感自身所掌握的知识贫乏，已不能更好地适应工作需要，希望通过学习，提高自身的知识文化水平，三是在校学习期间，由于所学理论知识都是书本上的，与实际实践相差很远，结合不深，知识不是掌握得很好，现在，整个学习课程已经全部结束，开始做课程设计。
毕业设计是在全部理论课程及完成各项实习的基础上进行的一项综合性环节，是我们全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计或研究的综合性训练。
通过毕业设计我们把所学的知识系统的联系起来，培养我们综合运用各种知识来解决实际问题的能力，学习更多的设计思维，树立在实际工程基础上的创新观念，更好地把理论和实际结合起来，服务于工作。
设计任务书
设计任务：
35KV企业变电所电气初步设计
一、设计题目：
35KV企业变电所电气初步设计二
二、待建变电所基本资料
1、某企业为保证供电需要，要求设计一座35KV降压变电所，以10KV电缆给车间供电，一次设计并建成。
2、距本变电所7KM处有一系统变电所，用35KV双回架空线路向待设计的变电所供电。
在最大运行方式下，待设计变电所高压母线上的短路功率为990MVA。
3、待设计变电所10KV侧无电源，考虑以后装设两组电容器，提高功率因数，故要求预留两个间隔。
4、本变电所10KV母线到各车间均用电缆供电，其中一车间和二车间为Ⅰ类负荷，其余为Ⅱ类负荷，Tmax=4200h。
各馈线负荷如下表所示：
序号
车间名称
有功功率（KW）
无功功率（KVAR）
1
一车间
1100
471
2
二车间
790
487
3
机加工车间
910
572
4
装配车间
870
491
5
锻工车间
960
276
6
高压站
930
297
7
高压泵房
680
496
8
其他
999
675
5、所用电的主要负荷如下表所示：
序号
设备名称
额定容量（KW）
功率因数
台数
1
主充电机
25
0.88
1
2
浮充电机
5.5
0.85
1
3
蓄电池室通风
3.7
0.88
1
4
屋内配电装置通风
2.1
0.79
2
5
交流电焊机
11.5
0.5
1
6
检修试验用电
20
0.8
1
7
载波
0.96
0.69
1
8
照明负荷
18
9
生活用电
12
6、环境条件
当地海拔高度507.4m，年雷电日36.9个，空气质量优良，无污染，历年平均最高气温29.9℃，土壤电阻率ρ≤500Ω•m。
三、设计内容：
1、电气主接线方案论证；
2、主变容量、形式及台数的选择；
3、所用变容量、台数的选择；
4、短路电流计算；选择导体及主要电气设备；
5、无功补偿分析。
四、设计成果：
1、设计说明书（含计算书）1份；
2、电气主接线图1张（A3图纸）
3、平面布置图1张（A3图纸）
4、35KV进线间隔断面图1张（A3图纸）
专业：
电气工程及其自动化
姓名：
蔡桂潮
专业：
电气工程及其自动化
姓名：
蔡桂潮
第一章电气主接线的设计……………………2
第一节原始资料分析……………………2
第二节电气主接线方案确定…………………………………5
第三节容量计算…………………………7
第四节无功补偿及负荷计算
第五节变压器的选择
第二章短路电流计算…………………………………10
第一节短路类型…………………10
第二节电路元件参数的计算………………………………………11
第三章电气设备选择…………………………………16
第一节最大持续工作电流计算……………………16
第二节导体的选择………………………16
第三节电器设备的选择
第一章电气主接线的设计
分析任务书给定的原始资料，根据变电所在电力系统中的地位和建设规模，考虑变电所运行的可靠性、灵活性、经济性，全面论证，确定主接线的最佳方案。
第一节原始资料分析
根据原始资料提供信息，可确定：
1.待设计变电所为某企业一座35KV降压变电所。
2.距待设计变电所7KM处有一系统变电所，用35KV双回架空线路向本变电所供电。
3.待设计变电所以10KV电缆给车间供电。
4.在最大运行方式下，待设计变电所高压母线上的短路功率为990MVA。
5.待设计变电所10KV母线到各车间均用电缆供电，其中一车间和二车间为Ⅰ类负荷，其余为Ⅱ类负荷，Tmax=4200h。
6.当地海拔高度507.4m，年雷电日36.9个，空气质量优良，无污染，历年平均最高气温29.9℃，土壤电阻率ρ≤500Ω•m。
下面图表为10KV馈线负荷表及所用电主要负荷表。
各馈线负荷如下表：
序号
车间名称
有功功率（KW）
无功功率（KVAR）
1
一车间
1100
471
2
二车间
790
487
3
机加工车间
910
572
4
装配车间
870
491
5
锻工车间
960
276
6
高压站
930
297
7
高压泵房
680
496
8
其他
999
675
所用电的主要负荷如下表所示：
序号
设备名称
额定容量（KW）
功率因数
台数
1
主充电机
25
0.88
1
2
浮充电机
5.5
0.85
1
3
蓄电池室通风
3.7
0.88
1
4
屋内配电装置通风
2.1
0.79
2
5
交流电焊机
11.5
0.5
1
6
检修试验用电
20
0.8
1
7
载波
0.96
0.69
1
8
照明负荷
18
9
生活用电
12
根据原始资料，待建降压变电站进线为35KV双回路架空线；10KV负荷中，一车间和二车间为Ⅰ类负荷，其余为Ⅱ类负荷，Tmax=4200h。
一类负荷
中断供电将造成人身伤亡或政治、军事、经济上的重大损失的负荷，称为一类负荷；如发生重大设备损坏，产品出现大量废品，引起生产混乱，重要交通枢纽、干线受阻，广播通信中断或城市水源中断，严重环境污染等等；兵工厂、大型钢厂、火箭发射基地、医院等属于一类负荷；对于这类负荷要保证不间断供电。
二类负荷
中断供电将造成严重停产、停工，局部地区交通阻塞，大部分城市居民的正常生活秩序被打乱等；企业工厂、大城镇、农村排灌站等属于二类负荷；对这类负荷在可能的情况下也要保证不间断供电。
从负荷情况看，变电站电气主接线，应满足供电可靠性，运行灵活，结线简单清晰、操作方便。
第二节电气主接线方案确定
变电所的主接线，应根据变电所在电力网中的地位、出线回路线、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便，节约投资和便于扩建等要求。
按《35~110KV变电所设计规范GB50059-92》规范要求，35~110KV线路为两回及以下时，宜采用桥型、线路变压器组成或线路分支接线。
在有一二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器；在变电所装有两台主变压器时，6~10KV侧宜采用分段单母线；线路为12回及以上时，亦可采用双母线。
在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同可互为备用的所用变压器。
主变压器是发电厂和变电站中最重要的设备之一，它在电气设备的投资中所占比例较大，同时与之相配套的电气装置的投资与之密切相关。
因此对主变压器的台数、容量和型式的选择是至关重要的，它对发电厂、变电站的及技术经济影响很大。
同时它也是主接线方案确定的基础。
根据基础资料，待设计变电站有电压等级为35KV/10KV。
有两回35KV架空线做进线，10KV供应9个负荷，其中2个一类负荷，其余均为二类负荷。
在进行设计时，应该侧重于供电的可靠性和灵活性。
由于已确认35KV进线为双回路，按设计原则和基本要求，为了提高供电可靠性、同时节省投资、减少占地面积，主结线候选三个方案。
方案一如下图所示
此方案：
35KV采用分段，共3台断路器，10KV单母线分段，共23台手车式断路器，即考虑负荷的重要性，将各负荷分两路电源送出。
主变压器2台，且单台变即可满足70%负荷需求，所用变2台。
方案二如下图所示
此方案：
35KV采用两回，共2台断路器，10KV单母线分段，共12台手车式断路器，即各馈线负荷分置10kv母线两段且一条出线送出，主变压器2台，且单台变即可满足70%负荷需求，所用变2台。
方案三如下图所示
此方案：
35KV采用分段，共3台断路器，10KV单母线分段带旁路，共25台断路器，即各负荷均有两路电源，馈线可单独或全部倒出到旁路，便于母线检修。
主变压器2台，且单台变即可满足70%负荷需求，所用变2台。
在主结线方案拟定时，从技术上考虑：
1）保证系统运行的稳定性，不应在本厂发生故障时造成系统的瓦解。
2）保证供电的可靠性及电能质量，特别是对负荷的供电可靠性。
3）运行的安全和灵活性。
包括调度灵活、检修操作安全方便，设备停运或检修时影响范围小。
4）自动化程度。
5）电器设备制造水平、质量和新技术的应用。
6）扩建容易。
以上速条件为参考，且着重考虑对负荷供电的可靠性，对三个方案所对比：
方案一比较方案二：
方案一需要增加断路器和隔离开关相应增多，投资相应增加，但其主要考虑待建站10KV负荷非常重要，为保证其供电可靠性，在日常运行检修管理、发生故障需退出维护检修时方便倒闸操作及发生事故时能较迅速隔离故障点便于恢复供电，适当增加投资可获得较好的运行能力。
方案一虽然建设投资大，但充分考虑了变压器，开关在检修、试验时仍然能保证供电，在以后运行过程中，小负荷时可以切除一台主变运行，降低了损耗。
方案二接线简洁，投资比较小，但其在供电可靠性有较大缺陷。
通过以上方案比较，方案一的供电可靠性、调度运行灵活性、优于方案二，故在方案一/方案二中，选用方案一。
方案一比较方案三：
方案三当中10kv母线带旁路，增加母线及大量隔离开关，断路器也增加2台，其调度灵活性及设备停运或检修时影响范围较小。
但其投资要大幅增加，运行损耗大，接线复杂也导致设备故障点增多。
方案二中采用手车式断路器时，馈出回路母线侧隔离开关可以取消，保留负荷侧隔离开关，即可减少投资，其接线也可满足运行要求。
其较方案三简单的接线方式，较少的设备，对运行可减少误操作的发生概率，设备故障点也大幅较少，检修维护在人力物力财力的投入也有较少。
故技术上考虑方案一。
第三节负荷计算及主变压器选择
在各级电压等级的变电站中，变压器是变电站中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。
如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。
因此，确定合理的变压器的容量是变电站安全可靠供电和网络经济运行的保证。
在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电站的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。
选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电站以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。
在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，而装设两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于70%的全部负荷，并应保证用户的一二级负荷，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%负荷供电。
选择主变压器的相数，单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。
故本次设计的变电站主变压器选用三相变压器。
所用变与主变压器情况比较相似，故所用变亦采用三相变压器。
变压器绕组数的选择，由于主变压器为35KV/10KV,所用变采用10KV0.4KV,故主变及所用变均采用双绕组变压器。
变压器容量的选择。
对于两台变压器的变电所，变压器的额定容量按70%的全部负荷选择，因此变电所的总安装容量为
当一台变压器停运时，可保证对70%的负荷供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%的负荷供电。
负荷计算
1、负荷计算目的
为了合理地选择各级变电所中电力变压器容量，主要电气设备及供配电线路规格是保证供电系统安全可行的重要前提；从而也使电气设备得到充分的利用和发挥良好的经济效益。
电力负荷计算的主要目的是：
1）、为建立项目立项和进行方案设计，扩大初步设计提供用电依据及技术数据。
为国家计划用电及用电规划提供依据。
2）、计算负荷电流及视在功率，作为各级变电所、变压器容量、台数选择的依据。
3）、计算流过各主要电气设备的负荷电流作为高、低压断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、接触器、热断电器、启动控制装置等各种电器的选择依据。
4）、算出流过各条线路的负荷电流，作为高、低压母线、电线、电缆等截面的选择依据。
5）、计算出无功功率，作为提高供电系统功率因数，进行无功补偿，确定补偿容量的依据。
6）、复查运行中的电气设备的安全程度，为调查运行事故的隐患提供依据。
7）按用电单位及区段进行负荷计算，可确定负荷中心和变电所供电半径提供依据。
2、负荷计算内容
1）、确定计算负荷：
计算负荷又称需要负荷或最大负荷。
在配电工程设计中，通常采用30min最大平均负荷，作为按发热条件选择电器和导体的依据。
记作Pjs，Qjs，Sjs来表示。
2）、确定平均负荷：
平均负荷为某一时间内用电设备所消耗的电能与该时间之比。
常选用具有代表性的一昼夜内电能消耗最多的一个班的平均负荷，有时也可算平均负荷。
平均负荷用来计算最大负荷，电能消耗量和无功补偿装置。
记作Pp，Qp，Sp，Ip来表示。
3）、确定尖峰：
尖峰负荷是指单台或多台用电设备持续1S左右的最大负荷电流，一般取启动电动机的启动电流的周期分量，用来计算电压损失，电压波动，选择电器，保护元件等。
在校验瞬动元件时，还应考虑起动电流的非周期分量。
4）、负荷曲线：
表示电力负荷随时间变化的图形称为负荷曲线。
负荷曲线分有功负荷曲线和无功功率负荷曲线两种。
有功负荷曲线的纵座标以有功负荷的千瓦数表示，无功负荷曲线的纵座标以无功负荷的千乏数表示。
根据横座标延续时间，又可分为日负荷曲线和年负荷曲线。
电力负荷的计算方法较多，而且各行各业根据行业特点的不同分别采用不同的计算方法，诸如：
单位产品耗电量法、利用系数单位面积功率法、需用系数法、利用系数法、二项式法等。
在我们的日常工作中常用的是需用系数法和二项式法。
①需用系数法：
计算方法是将设备功率乘以需用系数，直接求出计算负荷。
利用这种方法比较简便；当用电设备台数较少，且各设备的电动机功率级差相当悬殊时，这种计算方法的结果往往偏小，故可作为施工图设计阶段确定变、配电所的电力负荷。
需用系数是指负荷曲线最大有功功率与用电设备的设备功率之比。
即Kx＝（Pjs/Ps）＜1。
利用系数是指负荷曲线的平均有功功率与用电设备的设备功率之比。
即KL＝Pp/Ps。
②二项式法：
计算方法是设计负荷包括用电设备组的平均功率，同时考虑单台大功率设备工作对负荷影响的附加功率，即Pjs=Pp+△P＝KLPs+CPx=bPs+CPx。
这种方法比较简单，但计算结果偏大。
大多适用于施工图设计阶段的各种机械加工厂及各种超重机、电焊设备作配电线路或动力配电箱选型中采用。
下表为负荷计算所需公式及参数列表
名称
公式
备注
用电设备组的容量
—设备的额定容量
－设备组的同时系数
－设备组的负荷系数
－设备组的平均效率
－配电线路的平均效率
－对应用电设备组
的正切值
－用电设备组的平均功率因数
－用电设备组的额定电压
以上参数由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取。
用电设备组有功计算负荷
需要系数
无功计算负荷
视在计算负荷
计算电流
有功负荷的同时系数
无功负荷的同时系数
总的有功计算负荷
总的无功计算负荷
总的视在计算负荷
根据基础资料，各车间总有功功率：
∑P30i＝1100+790+910+870+960+930+680+999＝7239kw
∑Q30i=471+487+572+491+276+297+496+675=3765KVAR
车间有功计算负荷：
=0.9*7239=6515kw
=0.95*3765=3040kvar
所以车间总的视在计算负荷
＝√65152+30402＝7189kva
所用变负荷计算，根据负荷分类
电动机计算容量：
Smj＝Pme/ηmCOSΦme
式中Smj――电动机的计算容量
Pme――电动机的额定功率
ηm－－电动机的效率，取0.85
COSΦme――电动机的额定功率因数，
电焊机计算容量：
Shj＝She√∈
式中Shj――电焊机计算容量
She――电焊机额定容量
∈――电焊机的暂载率，取0.65
纯有功负荷计算容量等于其额定容量
根据基础资料，所用变计算容量所得：
主充电机25kw
Smj＝Pme/ηmCOSΦme＝25/0.85*0.88＝33kva
Q=PtgΦ=25*0.54=13.5kvar
浮充电机
Smj＝Pme/ηmCOSΦme＝5.5/0.85*0.85＝7.6kva
Q=PtgΦ=5.5*0.62=3.41kvar
蓄电池室通风
Smj＝Pme/ηmCOSΦme＝3.7/0.85*0.88＝5kva
Q=PtgΦ=3.7*0.54=2kvar
屋内配电装置通风
Smj＝Pme/ηmCOSΦme＝2.1*2/0.85*0.79＝6.9kva
Q=PtgΦ=2.1*2*0.78=3.3kvar
交流电焊机
Shj＝She√∈＝11.5*√0.65＝9.3kva
Q=PtgΦ=11.5*1.73=20kvar
检修试验用电――按电机类计算
Smj＝Pme/ηmCOSΦme＝20/0.85*0.8＝29
Q=PtgΦ=20*0.75=15kvar
载波――按电机类计算
Smj＝Pme/ηmCOSΦme＝0.96/0.85*0.69＝1.64
Q=PtgΦ=0.96*1.05=1kvar
照明负荷――按纯有功负荷计算
S＝e＝18kva
生活用电――按纯有功负荷计算
S＝e＝12kva
所用变计算容量
Ss＝33+7.6+5+6.9+9.3+29+1.64+18+12＝122kva
Qjs=∑Q*0.95=1+15+20+3.3+2+3.41+13.5=55kvar
综合上述计算：
待建所总计算负荷为
S30’=S30+SS=7189+122=7311KVA
I30’=S30’/√3UN=422.1A
COSф=P30/S30=0.90
第四节无功补偿及负荷计算
为了提高对电能利用应对系统进行无功功率补偿。
首先，对设备进行无功功率补偿；然后再选择变压器的容量。
一.无功功率补偿
考虑到变压器的无功损耗，将功率因数提高到0.95，则对电容器进行如下计算：
cos
=0.9，cos
’=0.95
tan
=0.48,tan
’=0.33
根据公式：
QC=P30’（tan
-tan
’）[2]（3-1）
其中：
QC——静电电容器补偿容量，（KVAR）；
PZ——此组设备有功功率计算负荷，（KW）。
代入数据得：
QC=989KVAR
选用10块CLMD43/100KVAR型电容器，每个电容器的容量为100KVAR。
接线方式：
选用三角形接线方式。
如图3-1所示。
因此，此电容柜的设备容量为1000KVAR。
经人工补偿后：
有功功率：
Pm=6515KW
无功功率：
Qm=QZ-QC
=3040+55-1000=2095KVAR
电容柜接线方式
视在功率：
Sm=
=6844KVA
功率因数：
cos
=
=0.952
满足功率因数0.95需要。
第五节变压器的选择
代建所主变压器总容量6844KVA,且有一类二类负荷，选择两台主变压器。
若每台变压器的容量要求能带全部负荷的70%--80%计算
Sb＝0.7Sm＝4790.8KVA
Ss=122KVA
总降压站主变压器2×S7－5000/35/10
所用变2×S9－125/10/0.4
根据《变电所设计技术规程》规定，本变电所要供给ⅠⅡ类的企业负荷，故采用2台所用变压器，并装设备用电源自动投入装置.
下表为主变及所用变型号技术参数：
型号
Type
额定容量
RatedCapacity
（kVA）
空载损耗
N0-loadLoss
（W）
负载损耗
LoadLoss
（W）
阻抗电压
Impedance
（%）
空载电流
No-loadCurrent（%）
S7-5000/35
5000
5400
33000
7
08
S9-125/10
125
340
1800
4
1.5
第二章短路电流计算
第一节短路的类型
电力系统的设计和运行都必须考虑到可能发生的故障和不正常运行的情况，因此，必须进行短路电流的计算，将短路电流限制在一定的范围内。
短路故障是指电网中不同相的导线直接金属性的连接或小阻抗连接在一起。
最为严重的是三相短路。
短路的原因大致是由于电气设备的绝缘因陈旧老化而损坏，或电气设备受
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