轧钢厂变电所设计毕业论文.docx
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轧钢厂变电所设计毕业论文
1绪论
1.1本课题的意义
在轧钢厂里，电能虽然说是工业生产的主要能源和动力,但它在工业产品成本中所占的比重一般较小。
众所周知,电能是现代工业生产中的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供现代工厂应用；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节，有利于实现工业生产过程的自动化。
因此,电能在现代工业生产及人民群众生活中的应用极为广泛。
电能的重要性，并不在于它在生产成本中或投资总额中所占比重的多少,而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,提高劳动效率，降低生产成本，减轻劳动强度，改善劳动条件，有利于实现工业生产过程的自动化。
因此，做好工厂供电设计工作对于发展工业生产，实现工业自动化，具有十分重要的意义。
由于节约能源是轧钢厂供电的一个重要方面，而能源节约对于国家经济发展建设具有十分重要的战略意义，因此做好轧钢厂供电工作，对于节约能源、促进国家经济建设发展,也具有十分重大的作用。
工厂供电工作的目的就是为工业生产服务，切实保证轧钢厂生产和生活用电的需求，并做好节能减排工作，就一定要达到安全、可靠、优质、经济的要求。
此外，在供电工作中，合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展[1]。
本次设计是轧钢厂变电所改扩建设计。
轧钢厂规模的不断扩大，轧钢产耗电功率越来越高，保障电能在变配电所中的有效利用,提高电能利用率，提高轧钢厂功率因数,现今轧钢厂生产规模扩大对生产的可靠性要求也十分高，要求能更好的为工业服务,保证生产和生活用电的需要，并做好节能和减排工作，根据轧钢厂供电要求，确保供电在工厂中正常运行.
1.2国内外的发展概况
近年来，我国电力系统建设已经成为一个值得探讨的问题，根据我国变电站的发展情况以及我国的国情来看我国的变电站设计的发展趋势.尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。
在我国在经济技术领域中取得了快速发展，特别是计算机网络技术和通信技术的发展，为我国变电站的发展起到了强有力的推动作用，越来越多的新技术新产品应用到变电站方面，具体来说，使我国变电站设计呈现以下发展趋势：
（1）变电站接线方案趋于简单
随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线简化趋于可能。
简化接线方案集中在这些方面：
我国500kV和330kV电压等级的接线较多采用3/2断路器接线，但现在有些设计院提出,根据工程情况，可采用3/2断路器变压器-母线组接线，可靠性与3/2断路器接线基本相同，却可以降低投资。
（2）大量采用新的电气一次设备
近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、新型设备不断出现,设备趋于无油化，采用SF6气体绝缘的设备价格不断下降,伴随着国产GIS向高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大，许多城网建设工程、用户工程都考虑采用GIS配电装置。
变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式走向无油化、真空开关、SF6开关和机、电组合一体化的小型设备发展。
这些设备运行可靠性高、节省占地面积和空间、施工安装简单、运行维护方便，价格介于常规电气设备与GIS之间,是电气设备今后发展的一个方向，符合我国目前的国情和技术发展方向[2]。
（3）变电站综合自动化技术新动向
变电站综合自动化系统近几年一直是电力建设的一个热点。
伴随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展，变电站综合自动化也采用了新的技术,其技术动向主要为全分散式变电站自动化系统新型的全分散式变电站自动化系统，设计思想上实现了变电站二次系统由面向功能设计向面向对象设计的重要转变。
系统不再单纯考虑某一个量,而是为某一设备配置完备的保护、监控和测量功能装置,以完成特定的功能，从而并保证了系统的分布式开放性。
从技术发展的趋势看，将来的测控设备还将和一次设备完全融合，即实现所谓的智能一次设备，每个对象均含有保护、监控、计费、操作、闭锁等一系列功能及信息库，面向外界的仅是一个通信口，采用全分散式变电站自动化系统将是必然的结果。
1。
3本课题的要求
1.3.1工程概况
某小型轧钢厂原设有总配电所一座，有地区变电所提供两回10kV电缆线路供电。
现因产需要，拟再扩建线材、电炉、型钢三个车间。
原有的总配电所的供电能力和供电方式已不能适应现有负荷的需要，因此准备在工厂内新建一个35/10kV的总降压变电所。
该变电所除向新建的三个车间供电外同时给工厂原有的总配电所供电.原由地区变电所提供的两回10kV线路该接到总降压变电所的10kV母线上作为总降压变电所的备用电源。
1.3.2设计基础资料
1）全厂用电设备情况:
全厂绝大部分用电设备属二类负荷，工厂有20％的负荷需要有备用电源;本厂为三班工作制，年最大负荷利用小时数为6000小时；工厂负荷中除了380V的低压负荷外，还有10kV的高压负荷。
工厂原总配电所的有功计算负荷为2200kW，无功计算负荷为1000kvar，其它负荷见表1.1。
表1。
1工厂负荷情况表
序号
用电负荷名称
设备容量（kW）
Kd
cosφ
tgφ
1
线材车间
870
0。
35
0.65
1。
17
2
电炉车间
350
0.6
0.8
0。
75
3
型钢车间
900
0。
6
0。
8
0。
75
表1。
2新建各车间的高压负荷
序号
用电负荷名称
设备容量（kW）
Kd
cosφ
tgφ
1
线材车间
3×400
0。
8
0。
8
0。
75
2
电炉车间
3×650
0。
9
0。
87
0。
57
3
型钢车间
2×550
0.8
0.8
0。
75
2）厂的自然条件
当地最热月平均最高气温为30℃；土壤0。
8米深处一年中最热月平均气温为20℃；年雷暴日为34天；土壤冻结深度为0。
8米；土壤性质以砂质粘土为主。
1.3.3．供用电协议：
（1）电源：
原地区变电所在该厂西北方向，由它提供的10kV线路到工厂总降压变电所的距离为2。
5km，而35kV线路来自距本厂北侧9km电力系统的另一个变电所，两个系统变电所均可视为无穷大系统。
为充分利用原有设备,经和供电部门协商，原来给工厂供电的10kV线路作为工厂的备用电源，但是10kV电源和35kV电源不能同时给工厂供电，并且10kV线路只能提供工厂所需的部分电源,不能提供工厂的全部负荷.
（2）电力系统10kV出线端的最大三相短路容量为200MVA,最小三相短路容量为150MVA；
电力系统35kV出线端的最大三相短路容量为500MVA，最小三相短路容量为300MVA；
（3）工厂的35kV和10kV进线按供电部门的要求均需安装用电计量，并规定35kV进线处的功率因数不得低于0。
9,对10kV备用线路的功率因数也不得低于0。
85。
（4）电力系统10kV出线处的继电保护动作时间要求不大于1。
6s；35kV出线处的继电保护动作时间不得大于2。
2s。
2负荷计算与无功补偿
2。
1负荷计算的意义
电力负荷又称负荷，有两种含义：
一是指耗用电能的用电设备或用户,如说重要负荷、一般负荷、动力负荷、照明负荷等.另一种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.要进行轧钢厂的供电设计，必须首先将这些原始资料变成电力设计所需要的假想负荷——即计算负荷，然后根据计算负荷按允许发热条件来确定发电机组和变压器的容量，选择供电系统的导线截面,确定提高功率因数的措施，选择及整定保护设备以及校验供电电压的质量等等。
所以，电力负荷的计算是整个工程供电设计的依据.如负荷计算过低可能使供电元件过热，加速其绝缘损坏，增大电能损耗，影响供电系统的正常工作，甚至影响工程的战时指挥、通信联络等战时作用的发挥。
反之，如果负荷计算过大，将使发电机组和变乐器的容量过大，会使工程的一次性投资增加，过大的设备在长期负荷率严重不足的情况下运行也不经济。
因此，负荷计算的正确与否，将直接关系到工程的供电质量和经济指标，必须认真对待［3]。
2。
2负荷计算的公式
本文采用需要系数法,需用系数法是在大量的测量与统计的基础上，给出各类负荷的需用系数和同时系数，然后把设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。
负荷计算的公式如下：
（1）单组用电设备计算负荷的确定
对于单组用电设备的计算负荷可按下式计算:
（2）多组用电设备计算负荷的确定
对于车间变电所低压母线上，一般有多组用电设备同时工作，由于各个设备最大负荷不是同时出现的，因此在求多组用电设备负荷时需加同时系数，
2.3计算过程
2.3.1线材车间
（1）车间变压器低压侧负荷
已知，则
由于每台变压器单独运行时要满足所有电气设备70%的负荷，故
变压器的容量
所以选2台S9—400/10（Yyn0）变压器，变压器主要技术参数为：
，,，,，则
变压器的损耗
车间变压器高压侧负荷
（2）车间10KV负荷
2。
3.2电炉车间
（1）车间变压器低压侧负荷
已知，则
由于每台变压器单独运行时要满足所有电气设备70％的负荷，故变压器的容量
所以选2台S9—200/10（Yyn0）变压器,变压器主要技术参数为：
，,，则,
变压器的损耗
车间变压器高压侧负荷
车间10KV负荷
2.3。
3型钢车间
（1）车间变压器低压侧负荷
已知，则
由于每台变压器单独运行时要满足所有电气设备70％的负荷，故
变压器的容量
所以选2台S9—500/10（Yyn0）变压器,变压器主要技术参数为:
，,，，则
变压器的损耗
车间变压器高压侧负荷
车间10KV负荷
2.4无功补偿和总降压变压器的选择
由于厂区面积不大，忽略掉10KV配电线路上的功率损失，总降压变压器低压侧的计算负荷可认为是各车间变压器高压侧的计算负荷和原配电所计算负荷之和，故
总降压变压器低压母线上计算负荷
总降压变压器低压侧的功率因数为
因为变压器的无功功率损耗远大于变压器的有功功率损耗，为使功率因数提高到0.9以上，需在轧钢厂配电所总降压变压器高压侧装设并联电容器进行无功补偿，取补偿后低压侧的功率因数为0.92，则需要补偿电容容量
选择BWF10。
5-50-1W型电容器,需电容个数
，取n=30
实际补偿功率为Qc=50×30=1500kvar
补偿后变压器低压侧视在计算负荷为
由于本轧钢厂大部分负荷为二级负荷，故需要选择2台主变压器，主变压器容量
参考《电力工程基础》可以选择2台S9-5000/35（Yyn0）、35/10。
5KV变压器,此变压器的技术参数为，,，，,则变压器的功率损耗为
主变压器高压侧计算负荷为
工厂进线处的功率因数为
满足电力部门要求。
3电气主接线设计
3。
1电气主接线的概述
电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中,为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的电路.对轧钢厂而言,电气主接线在工厂设计时就根据机组容量、工厂规模及工厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面,经综合比较后确定。
它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。
电气主接线又称电气一次接线图[4］。
3.2电气主接线的设计原则
（1）考虑变电所在电力系统的地位和作用
变电所在电力系统的地位和作用是决定主接线的主要因素.变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同,对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。
（2）考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响
对一级用电负荷，必须有两个独立电源供电,且当一个电源失去后，应保证全部一级用电负荷不间断供电；对二级用电负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级用电负荷供电，三级用电负荷一般只需一个电源供电.
（3）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响
发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求.电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如,当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运;当线路故障时是否允切除线路、变压器的数量等,都直接影响主接线的形式［5]。
3.3电气主接线设计的基本要求
3.3.1安全性
①在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。
②在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关。
③在装设高压熔断器的-负荷开关的出线柜母线侧,必须装设高压隔离开关。
3.3。
2可靠性
①变配电所的主接线方案，必须与其负荷级别相适应。
对一级负荷，应由两个电源供电。
对二级负荷，应由两回路或一回6KV以上专用架空线或电缆线供电；其中采用电缆供电时，应采用两根电缆并联供电,且每根电缆应能承受100%的二级负荷。
②变配电所的非专用电源进线侧，应装设带保护短路的断路器或负荷开关—熔断器。
③对一般生产区的车间变电所,宜由工厂总变电所采用放射式的高压配电,以确保供电可靠性，但对辅助生产区及生活区的变电所,可采用树干式配电。
3.3.3灵活性
①变配电所的高低压母线，一般采用单母线或单母线分段接线方式。
②35KV及以上电源进线为双回路时，宜采用桥式接线和线路—变压器。
③变配电所的主接线方案应与主变压器的经济运行要求相适应。
3。
3。
4经济性
①变配电所的主接线在满足运行要求的前提下应力求简单。
②中小型工厂变电所，一般可采用高压少油断路器.③工厂的电源进线上应装设专用的计量柜,其中的电流、电压互感器只供计费的电能表用[6].
3.4电气主接线方案选择
本次设计采用单母线分段接线方案。
单母线分段接线方式就是双电源分别进线在1-2段上,通过母联开关联络。
每一回路连到一段母线上，并把引出线均分到每段母线上.两段母线用隔离开关、断路器等开关电器连接形成单母线分段接线。
由于单母线分段便于分段检修母线，减小母线故障影响范围,提高了供电可靠性和灵活性，故本次轧钢厂变电所的设计采用单母线分段接线方案。
电气主接线图见附录。
4短路电流的计算
4。
1短路电流产生原因
电气设备载流部分的绝缘损坏,造成绝缘损坏的原因有很多,主要有以下几点：
（1）由于设备长期运行，绝缘自然老化,被正常电压击穿.
（2）设备质量低劣,绝缘强度不够,被正常电压击穿.
（3）设备绝缘满足要求,但被过电压击穿。
（4）设备绝缘受外力损伤,造成短路,像被老鼠咬坏绝缘这类。
再有，自然界的各种动物跨接到裸露的载流导体，以及大风、风雪、冰雹、地震等自然灾害也是引起故障短路的常见因素[7]。
4。
2短路计算过程
本次设计采用标么值法标么值一般又称为相对值，是一个无单位的值,通常采用带有*号的下标以示区别，标么值乘以100,即可得到用同一基准值表示的百分值。
在标么值计算中。
首先要选定基准值。
虽然基准值可以任意选取，但实际计算中往往要考虑计算的方便和所得到的标幺值清晰可见，如选取基值功率为100MVA和短路点所在网路的平均额定电压为基准电压。
等效电路如图4.1所示。
图4.1主接线等效电路图
4.5。
1求各元件电抗标幺值
设，又知道Ud1=37kv，Ud2=10.5kv,Ud3=0。
4kv得
（1）电力系统电抗标幺值
当Skmax=500MVA，
当Skmin=300MVA,
（2）架空线WL等效电抗标幺值
（3）主变压器T1，T2电抗标幺值
（4）车间变压器T3，T4电抗标幺值
4。
5。
2系统最大运行方式下三相短路电流及短路容量的计算
图4。
2系统最大运行方式下等效电抗
（1）K1点短路的短路电流和短路容量计算
（2）K2点短路的短路电流和短路容量的计算
（3）K3点短路的短路电流和短路容量的计算
系统最小运行方式下短路电流和短路容量的计算方法同上，将结果汇于表4。
1
短路计算点
运行方式
三相短路电流/KA
短路容量/MVA
IK
ish
Ish
SK
K1
最大
3。
37
8。
59
5.09
216.0
最小
2。
62
6.68
3.96
167.8
K2
最大
4。
73
12.06
7。
14
85。
98
最小
4.24
10.81
6.57
77.16
K3
最大
23.41
59.7
35。
35
16。
23
最小
22.92
58.45
35.53
15。
88
表4。
1系统最小运行方式短路电流和短路容量表
5高低压电气设备的选择与校验
工厂总降压变电所的各种高压电气设备，主要指6~10KV以上的断路器，隔离开关，负荷开关，熔断器，互感器,电抗器，母线，电缆,支持绝缘子以及穿强套管等。
各电气设备的选择同样必须执行国家的有关技术经济政策,并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当留有发展余地,以满足电力系统安全经济运行的需要。
5。
1电气设备选择的基础知识
5.1。
1一般原则
（1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要。
（2）应按当地环境条件校核。
（3）应力求技术先进和经济合理。
（4）扩建工程应尽量使新老电器型号一致。
（5）选择导体时应尽量减少品种。
4。
1.3电器选择的基本要求
（1）技术条件:
选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压和过电流的情况下保持正常运行。
①长期工作条件:
1）电压：
选用的电器在允许最高工作电压Umax不低于该回路的最高运行电压Ug，即
Umax≥Ug
2）电流：
选用的电器额定电流不得低于所在回路在各种可能方式下的持续工作电流Ig，即：
②短路稳定条件:
校验的一般原则：
1）电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动稳定校验。
校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相严重时，则应按严重情况校验.
2）用熔断器保护的电器可不校验热稳定。
当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定.用熔断器保护的电压互感器，可不验算动、热稳定.
（2）短路的热稳定校验：
（3）短路的动稳定校验：
5.2主变压器35ＫＶ侧电气设备的选择与校验
主变压器35KV侧计算电流，故断路器选用SW2-35/1000型，隔离开关选用GW4-35G/1000型，电流互感器选用LCW－35型，电压互感器和避雷针分别选用JDJJ—35型和FZ—35型.各35KV电气设备参数见表5.1。
安装地点电气条件
设备型号规格
项目
数据
项目
SW2—35/1000断路器
GW4—35G/600隔离开关
LCW—35电流互感器
UN/KV
35
UN/KV
35
35
35
I30/A
82
IN/A
1000
600
100/5
IK/KA
3。
37
Ioc/KA
16。
5
SK/MVA
216。
0
Soc/MVA
1000
ish/KA
8。
57
imax/KA
45
50
3.372×1。
9
=19.3
16.52×4=1089
142×5=980
（65×0.1）2×1
=42。
25
表5。
1主变压器35KV侧电气设备有关参数
5。
3主变压器10KV侧电气设备选择
主变压器10KV侧计算电流，选择GG—1A（F）-04型高电压开关柜，各设备有关参数见表5.2.
安装地点电气条件
设备型号规格
项目
数据
项目
SN10—10I/630断路器
SN8-10T/600隔离开关
LAJ-10电流互感器
UN/KV
10
UN/KV
350
10
10
I30/A
275
IN/A
630
600
300/5
IK/KA
4。
73
Ioc/KA
16
SK/MVA
85.95
Soc/MVA
300
ish/KA
12.06
imax/KA
40
52
4.732×1。
4
=26。
85
162×4=1024
202×5=2000
（100×0。
3）2×1
=900
表5。
2主变压器10KV侧电气设备有关参数
5.3车间10KV馈电线路电气设备的选择
线材车间的计算负荷
，其计算电流,选择SN10-10I/630型断路器,GN8—10T/200隔离开关，LAJ—10型电流互感器,各设备参数见表5.3。
安装地点电气条件
设备型号规格
项目
数据
项目
SN10—10I/630断路器
SN8—10T/200隔离开关
LAJ—10电流互感器
UN/KV
10
UN/KV
350
10
10
I30/A
97.3
IN/A
630
200
300/5
IK/KA
23.41
Ioc/KA
16
SK/MVA
16。
23
Soc/MVA
300
ish/KA
59.7
imax/KA
40
25.5
23。
412×0。
7
=383
162×4=1024
102×5=500
（100×0.3）2×1
=900
表5.310KV馈电线路电气设备有关参数
6导线和电缆的选择与校验
导线和电缆的选择必须满足安全，可靠，经济的条件。
进行导线和电缆截面选择时必须按照下列选择原则：
①按允许载流量选择导线和电缆截面,导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。
以防止导线因过热而引起绝缘损坏或老化。
这就要求通过导线或电缆的最大负荷电流不应大于其允许载流量。
②按允许电压损失选择导线和电缆截面，导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗，以保证电压质量。
③按经济电流密度选择导线和电缆截面,经济电流密度是指使线路的年运行费用支出最小的电流密度。
按这种原则选择的导线和电缆截面称为经济截面.对于35kV及以上的高压线路及电压在35kV以下但距离长，电流大的线路,宜按经济电流密度选择，对10kV及以下线路,通常不按此原则选择。
④按机械强度选择导线和电缆截面，导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。
对于电缆,不必校验其机械强度,但需校验其短路热稳定度。
母线也应校验短路时的稳定度.对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求[9］。
6.1主变压器高压侧导线截面的选择
6。
1。
1按经济电流密度选择导线截面
主变压器高压侧计算电流，由于年最大负荷利用小时数Tmax=6000h，查孙丽华《电力工程基础》表3—3得导线的经济电流密度jec=0。
9A/mm2，则导线的经济截面积为
选LGJ—70钢芯铝绞线。
6。
1。
2按发热条件校验.
30oC时LGJ—70钢芯铝绞线允许载流量，满足发热条件.
6。
1.3校验机械强度。
35KV钢芯铝绞线的最小允许截面为35mm2，因此LGW-70满足机械
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