总降压变电所设计工厂供电1设计论文.docx
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总降压变电所设计工厂供电1设计论文
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摘要
为使工厂供电工作很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，本设计在大量收集资料，并对原始资料进行分析后，做出35kV变电所及变电系统电气部分的选择和设计，使其达到以下基本要求：
1、安全在电能的供应、分配和使用中，不发生人身事故和设备事故。
2、可靠满足电能用户对供电可靠性的要求。
3、优质满足电能用户对电压和频率等质量的要求
4、经济供电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，又合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，顾全大局，适应发展。
下原则：
1、遵守规程、执行政策；
遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。
2、安全可靠、先进合理；
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，采用效率高、能耗低和性能先进电气产品。
3、近期为主、考虑发展；
根据工作特点、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，适当考虑扩建的可能性。
4、全局出发、统筹兼顾。
按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。
工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。
工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。
关键词：
节能 配电 安全 合理 发展
摘要I
AbstractIII
1绪论1
1.1设计题目1
1.2设计依据1
1.2.1工厂总平面布置图（略）1
1.2.2全厂各车间负荷情况汇总表。
1
1.2.3供用电协议。
2
1.2.4工厂的负荷性质3
1.2.5工厂的自然条件3
1.3设计任务及设计大纲3
1.3.1高压供电系统设计3
1.3.2总变电所设计3
1.4设计成果4
1.4.1设计说明书4
1.4.2设计图纸4
2供电电压等级选择5
2.1电源电压等级选择5
3全厂负荷计算5
3.1变电所的负荷计算5
3.1.1用电设备的负荷计算5
3.1.2变压器损耗估算6
3.1.3无功功率补偿计算7
3.1.4变压器选择8
4系统主接线方案的选择9
4.1方案1：
单回路高压线路—变压器组、低压单母线分段主接线9
4.2方案2：
双回路高压线路—变压器组、低压单母线分段主接线9
4.3方案的比较与选择10
5变电所位置及变压器、配电装置选择11
5.1变电所位置11
5.2变压器选择11
5.3所用变压器选择11
5.3配电装置选择11
6短路电流计算12
6.1确定计算电路及计算电抗12
6.2最大运行方式下的短路点计算13
6.3最小运行方式下的短路点计算14
7高压电气设备的选择16
7.1 35kV架空线的选择16
7.2 10kV母线的选择16
7.3高压断路器的选择18
7.4高压隔离开关的选择19
7.5电流互感器的选择20
7.6电压互感器的选择22
7.7.10kV高压柜的选择24
8继电保护装置设计25
8.1.继电保护配置25
8.2主变压器保护的继保整定26
9接地及防雷设计28
9.1防雷设计28
9.2接地设计28
致谢30
参考文献目录31
附录1：
设备汇总一览表32
附录2：
所区平面布置图33
1绪论
1.1设计题目
某电机制造厂总降压变电所及高压配电系统设计
1.2设计依据
1.2.1工厂总平面布置图（略）
1.2.2全厂各车间负荷情况汇总表。
车间名称
PekW
Kd
cosφ
电机修理车间
2300
0.6
0.7
机械加工车间
880
0.65
0.65
新品试制车间
650
0.55
0.6
原料车间
550
0.35
0.65
备件车间
560
0.5
0.7
锻造车间
180
0.6
0.65
锅炉房
260
0.9
0.8
空压房
302
0.8
0.65
汽车库
56
0.5
0.7
线圈车间
328
0.55
0.65
半成品试验车间
750
0.65
0.75
成品试验车间
2564
0.35
0.6
加压站（10KV转供负荷）
274
0.55
0.65
设备处仓库（10KV转供负荷）
654
0.55
0.75
成品试验站内大型集中负荷
3874
0.65
0.75
1.2.3供用电协议。
从某22035KV区域变电站提供电源，该站距离厂南5公里；
从某3510KV变电所，提供10KV备用电源，该所距离厂南5公里。
2）配电系统技术数据。
（1）区域变电站35KV母线短路数据为：
运行方式
电源35千伏母线短容量
说明
系统最大运行方式时
S（3）dmax=580兆伏安
系统最小运行方式时
S（3）dmin=265兆伏安
（2）配电系统
3）供电部门对工厂提出的技术要求：
区域变电站35KV馈电线路定时限过流保护装置的整定时间为1.8秒，要求厂总降压变电所的保护动作时间不大于1.3秒。
工厂在总降压变电所35KV侧计量。
功率因素值应在0.9以上。
1.2.4工厂的负荷性质
本工厂大部分车间为一班制，少数车间为两班或三班制，年最大负荷利用小时数为2500小时。
锅炉房提供高压蒸汽，停电会使锅炉发生危险。
由于距离市区较远，消防用水需要厂方自备。
因此，锅炉房要求较高的可靠性。
1.2.5工厂的自然条件
（1）年最高气温为40℃，年最低气温5℃，年平均气温为10℃。
（2）站所选地址地质以粘土为主，地下水位3-5米。
（3）风向以东南风为主。
1.3设计任务及设计大纲
1.3.1高压供电系统设计
根据供电部门提供的资料，选择本厂最优供电电压等级。
1.3.2总变电所设计
1）主结线设计：
根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，经过概略分析比较，留下2-3个较优方案进行详细计算和分析比较（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。
2）短路电流计算：
根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。
3）主要电气设备选择：
主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号、绝缘子等设备的选择及效验。
选用设备型号、数量、汇总设备一览表。
4）主要设备继电保护设计：
包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。
5）配电装置设计：
包括配电装置形式的选择、设备布置图。
6）防雷、接地设计：
包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。
1.4设计成果
1.4.1设计说明书
包括对各种设计方案分析比较的扼要说明，并附有必要的计算及表格。
1.4.2设计图纸
1）降压变电所电气主结线图。
2）变电所平面布置图
3）主变压器保护原理接线图。
2供电电压等级选择
2.1电源电压等级选择
根据供电协议可知，当地供电部门可提供电源为两种：
主电源为厂南的某22035KV区域变电站提供，10kV备用电源为厂南的某3510KV变电所提供，因此可以考虑本厂总降压变电所主电源采用35kV电压等级，经过变压后采用10kV输送至各个车间变电房降压至0.4kV直供负荷。
同时采用10kV作为保安电源，为锅炉房等一级负荷提供备用电源。
3全厂负荷计算
3.1变电所的负荷计算
3.1.1用电设备的负荷计算
根据设计任务书的要求，按照需要系数法及以下计算公式
得各项数据列表如下（下表数据均为35kV侧）：
用电设备
PekW
Kd
Cosφ
计算负荷
PjkW
QjkVA
SjkVA
IjA
电机修理车间
2300
0.6
0.7
1380
1407.6
1971.23
32.52
机械加工车间
880
0.65
0.65
572
669.24
880.38
14.52
新品试制车间
650
0.55
0.6
357.5
475.48
594.88
9.83
原料车间
550
0.35
0.65
192.5
225.23
296.28
4.89
备件车间
560
0.5
0.7
280
285.6
399.96
6.6
锻造车间
180
0.6
0.65
108
126.36
166.23
2.74
锅炉房
260
0.9
0.8
234
175.5
292.5
4.83
空压房
302
0.8
0.65
241.6
282.67
371.85
6.13
汽车库
56
0.5
0.7
28
28.56
40
0.66
线圈车间
328
0.55
0.65
180.4
211.07
277.66
4.58
半成品试验车间
750
0.65
0.75
487.5
429
649.38
10.72
成品试验车间
2564
0.35
0.6
897.4
1193.54
1493.27
24.67
加压站（10KV转供负荷）
274
0.55
0.65
150.7
176.32
231.95
3.82
设备处仓库（10KV转供负荷）
654
0.55
0.75
359.7
316.54
479.15
7.91
成品试验站内大型集中负荷
3874
0.65
0.75
0.88
2518.1
2215.93
3357.20
55.39
合计
7987.4
8218.64
11501.92
189.81
有功负荷同时系数取
无功负荷同时系数取
7588.03
7927.08
10527.37
173.66
3.1.2变压器损耗估算
ΔPb=1%Sj=0.01×10527.37=105.27kw
ΔQb=5%Sj=0.05×10527.37=526.37kvar
3.1.3无功功率补偿计算
从设计任务书的要求可知，工厂35kV高压侧进线在最大负荷时，其功率因素不应小于0.9，考虑到变压器的无功功率损耗ΔQb，远远大于有功功率损耗ΔPb，因此，在变压器的10kV侧进行无功功率补偿时，其补偿后的功率因素应稍大于0.9，现设cosφ=0.95，则
10kV侧在补偿前的功率因素为:
因此，所需要的补偿容量为：
选取
35kV侧在补偿后的负荷及功率因素计算：
满足了设计任务书的要求，其计算数据如下：
项目
cosφ
计算机负荷
PjkW
Qjkvar
SjkVA
IjA
（10kV侧）
10kV侧补偿前
0.657
7588.03
7927.08
10527.37
607.81
需要补偿容量
-5000
变压器损耗
105.27
526.37
35kV侧补偿后
0.922
7693.30
3453.45
8425
138.98
根据设计任务书的要求以及以上计算结果，选取：
补偿总容量为100kvar×50=5000kvar。
3.1.4变压器选择
根据补偿后的总计算负荷（8425kVA），同时考虑工厂5-10年的负荷增长，变压器容量考虑一定的预留，本期工厂负荷能保证变压器运行在60-70%经济负荷区内即可，因此选择型号为：
4系统主接线方案的选择
4.1方案1：
单回路高压线路—变压器组、低压单母线分段主接线
4.2方案2：
双回路高压线路—变压器组、低压单母线分段主接线
4.3方案的比较与选择
根据设计任务书的要求，本厂基本负荷为一班制，少数负荷为两班或三班制，属于二级负荷；同时锅炉房供电可靠性要求高，属于一级负荷。
主接线的设计必须满足工厂电气设备的上述要求，因此：
方案1：
该方案35kV侧为单回路线路-变压器组接线、10kV单母线，与10kV备用电源通过母联连接，正常运行时母联合闸，由主电源供给锅炉房；当主电源故障或主变等设备停电检修退出运行时，母联分闸，由10kV备用电源直供锅炉房及其他重要负荷。
由于本厂基本负荷为二级负荷，对供电可靠性要求不高，采用单回路进线和1台主变基本可满足对二级负荷供电的要求，对于锅炉房等重要负荷采用10kV备用电源作为备用，以保证工厂的重要用电设备不会出现长时间断电，即在任何时候都能满足对二级负荷的供电要求。
方案2：
该方案35kV侧采用从22035kV变电站出双回路电源、高压线路—变压器组接线、10kV侧为单母线分段接线。
方案2的特点就是采用双电源、可靠性高。
其缺点就是设备投资大、运行维护费用高，同时本厂最大负荷利用小时仅为2600小时，相对来说，变压器的利用率低，2台主变的空载损耗将大大超过1台主变的选择。
选择结果：
从上述分析可知，方案1能满足供电要求，同时设备投资、运行维护费用和占地面积、建筑费用等方面均由于方案2，技术和经济的综合指标最优，因此，在本设计中，选用方案1作为本设计的主接线方案。
方案详细的图纸见《3510kV降压变电所电气主接线图》。
5变电所位置及变压器、配电装置选择
5.1变电所位置
根据变电所选址原则：
a.变电所尽量选择在负荷中心，可减少低压损耗；b.便于维修；c.便于进出线；d.节约费用；e.便于运行安全的原则，将3510kV总降压变电所设置在木工车间后侧。
具体位置见附件3《工厂总平面布置图》。
5.2变压器选择
根据设计方案的选择结果，本期只设计1台主变压器即可满足需要，因此变压器选择结果不变，即为：
型号
联接组标号
YN，d11
空载电流%
1.1
额定电压（KV）
高压
低压
35±3×2.5%
10.5
阻抗电压％
高－中
7.5
型号中个符号表示意义：
S：
三相F：
风冷却Z：
有载调压7：
性能水平号10000：
额定容量35：
电压等级
5.3所用变压器选择
为保证变电所正常运行，需要设置所用变压器。
根据常规，本所所用变压器可以选择为：
SC9-301010±5%0.4kVY,y11阻抗电压4%，布置在10kV柜内。
5.3配电装置选择
根据供电电压等级选择的结果：
进线电源采用35kV，经过变压器降为10kV供给各车间配电所，从经济性和运行维护等方面考虑，35kV配电装置采用户外常规布置，10kV采用户内配电装置。
6短路电流计算
6.1确定计算电路及计算电抗
6.1.1计算电路图
设基准容量
基准电压
6.1.2归算前的等值电路图
6.1.3计算电抗
将所有电抗归算到35kV侧：
系统电抗X1*=Xsmax*=SBSdmax=100580=0.172（最大运行方式下）
X1*=Xsmin*=SBSdmin=100265=0.377（最小运行方式下）
架空线路电抗X2*=XL*=XOL（SBVB12）=0.4×5×100372=0.146
变压器电抗X3*=XT1*=（SS%100）×（SBST1）
=（7.5100）×（10010）=0.75
6.1.4归算后的等值电路图
6.2最大运行方式下的短路点计算
6.2.1 d1点的短路电流计算
10kV母线侧没有电源，无法向35kV侧提供短路电流，即可略去不计，则d1点短路电流标幺值为：
Id1*〞＝==3.145
换算到35kV侧0秒钟短路电流有名值
I″=Id1*〞×=3.145×=4.908kA
根据《电力工程电气设计手册》的相关规定，
远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数Kch=1.8，当不计周期分量的衰减时，
短路电流全电流最大有效值
Ich=×I″=×4.908=7.41kA
当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流
ich=
Kch×I″=
×1.87×I″=2.55×I″=2.55×4.908=12.515kA
短路容量S=
UB×I″=
×37×4.908=314.52MVA
6.2.2 d2点的短路电流计算
10kV母线侧没有电源，无法向35kV侧提供短路电流，即可略去不计，则d2点短路电流标幺值为：
Id1*〞＝==0.936
换算到10kV侧0秒钟短路电流有名值
I″=Id1*〞×=0.936×=5.15kA
根据《电力工程电气设计手册》的相关规定，
远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数Kch=1.8，当不计周期分量的衰减时，
短路电流全电流最大有效值
Ich=×I″=×5.15=7.78kA
当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流
ich=
Kch×I″=
×1.87×I″=2.55×I″=2.55×5.15=13.133kA
短路容量S=
UB×I″=
×10.5×5.15=93.66MVA
6.3最小运行方式下的短路点计算
6.3.1 d1点的短路电流计算
同上所得，则d1点短路电流标幺值为：
Id1*〞＝==1.912
换算到35kV侧0秒钟短路电流有名值
I″=Id1*〞×=1.912×=2.983KA
根据《电力工程电气设计手册》的相关规定，
远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数Kch=1.8，当不计周期分量的衰减时，
短路电流全电流最大有效值
Ich=×I″=×2.983=4.505kA
当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流
ich=
Kch×I″=
×1.87×I″=2.55×I″=2.55×2.983=7.61kA
短路容量S=
UB×I″=
×37×2.983=191.16MVA
6.2.2 d2点的短路电流计算
10kV母线侧没有电源，无法向35kV侧提供短路电流，即可略去不计，则d2点短路电流标幺值为：
Id1*〞＝==0.785
换算到10kV侧0秒钟短路电流有名值
I″=Id1*〞×=0.785×=4.317KA
根据《电力工程电气设计手册》的相关规定，
远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数Kch=1.8，当不计周期分量的衰减时，
短路电流全电流最大有效值
Ich=×I″=×4.317=6.519kA
当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流
ich=
Kch×I″=
×1.87×I″=2.55×I″=2.55×4.317=11.008kA
短路容量S=
UB×I″=
×10.5×4.317=78.51MVA
以上计算结果列表如下：
运行方式
短路点
IdkA
ichkA
IchkA
SdMVA
最大
运行方式
D1
4.908
12.515
7.41
314.52
D2
5.15
13.133
7.78
93.66
最小
运行方式
D1
2.983
7.61
4.505
191.16
D2
4.317
11.008
6.519
78.51
7高压电气设备的选择
7.1 35kV架空线的选择
考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以35kV架空线相应的Igmax=1.05Ie
即：
Igmax=1.05×=1.05×=0.173kA
根据设计条件Tmax=2500h取J=1.3
则导体经济截面面积S=IgmaxJ=1731.3=133.08mm2。
7.1.1．选择导线（按照经济电流密度）：
选择LGJ-15020钢芯铝绞线，其室外载流量为Ij1=306A，面积为
S=145.68mm2,导线最高允许温度为70℃，根据工作环境温度为30℃，查综合修正系数K=0.94，
Ij1xz=KIj1=0.94×306=287.64A＞Igmax，满足电流的要求。
7.1.2．热稳定校验（按最大运行方式d2点短路）：
根据设计任务书的条件，变电所的继保动作时限不能大于1.3秒，即top=1.3s，断路器开短时间tos=0.2s，非周期分量等效时间tos=0.05s，则：
短路假想时间tima=top+tos+ts=1.3+0.2+0.05=1.55s。
架空线最小截面积
Smin===73.69<133.08mm2
S＞Smin，满足热定的要求。
7.2 10kV母线的选择
考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以35kV架空线相应的Igmax=1.05Ie
即：
Igmax=1.05×=1.05×=0.527kA
7.2.1选择母线（按照最大工作电流）：
选择80×8单条矩形铝导体平放作母线，面积为S=6400mm2，平放时，长期允许载流量为Ia1=1249A，导体最高允许温度为70℃，根据工作环境温度为30℃的条件，查综合修正系数K=0.94：
Ie=k×Ia1=0.94×1249=1174.06A＞Igmax,满足载流量的要求。
7.2.2．热稳定的校验（按最大运行方式d2点短路）：
根据设计任务书的条件，配电所的继保动作时限不能大于1.3秒，即top=1.3s，断路器开短时间toc=0.2s，非周期分量等效时间ts=0.05s,则:
短路假想时间tima=top+toc+ts=1.3+0.2+0.05=1.55s。
母线最小截面积
Smin===73.69<640mm2
S＞Smin，满足热定的要求。
7.2.3．动稳定校验：
取跨距，相间距离，
硬铝最大允许应力，
抗弯矩
相间电动力
最大相应力
＞，满足动稳定的要求。
7.3高压断路器的选择
根据设计任务书的条件，变电所的继保动作时限不能大于1.3秒，即，断路器开短时间，非周期分量等效时间，则：
短路假想时间
。
7.3.1．安装在变压器35kV高压侧的断路器
7.3.1.1．35kV断路器参数选择
额定电压选择：
Un≥Uns=35kV
最高工作电压选择：
Ualm≥Usm=Un×1.15=35×1.15=38.5kV
额定电流选择：
Ie≥Igmax
考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax=1.05Ie即：
Igmax=1.05×=1.05×=0.173kA
额定开断电流选择（按最大运行方式d2点短路）：
Ik=I″
即：
Ik=5.15kA
额定短路关合电流选择：
iNcl≥ish
即：
iNcl≥13.133kA
根据以上数据可以初步选择SW2－35型少油式断路器其参数如下：
额定电压：
UN=35kV
最高工作电压Ualm=38.5kV
额定电流Ie=600A
7.3.1.2．35kV断路器校验
校验热稳定：
I2tt≥Qk
计算时间tima=1.55s
Qk=Ik2×dz=5.152×1.55=41.11kA2·S
I2rt
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