某电机制造厂总降压变电所及高压配电系统设计.docx
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某电机制造厂总降压变电所及高压配电系统设计
课程设计说明书
（2012/2013学年第一学期）
课程名称《企业供电系统》课程设计
题目：
某电机制造厂总降压变电所及高压配电系统设计
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
设计周数：
设计成绩：
2013年1月18日
一、课程设计原始数据及主要任务
1工厂负荷情况：
本工厂大部分车间为一班制，少数车间为两班制或三班制，年最大负荷利用小时数为2500小时，日最大负荷持续时间为6小时。
该车间铸造车间，电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。
本厂的负荷统计资料表1所示。
2供电电源情况：
本厂可由附近10KV的公用电源干线取得工作电源。
干线首段距离本厂8km。
干线首段所装设的高压断路器断流容量500MVA。
此短路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.3s。
为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。
已知本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。
3气象资料，本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-9℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8米处平均气温为25℃。
当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20.
4根据课题的原始资料①确定负荷等级；②拟定高低压供配电系统；③正确建立负荷统计计算表；④变压器台数，容量，型号选择；⑤设计变电所主接线图；⑥计算短路电流以及主要高压设备器件的选择及校验；⑦CAD绘制供电系统图；⑧写一份完整的设计说明书。
二、课程设计要求
1.符合供配电系统设计规范要求：
功率因数〉0.9；电压损失〈5﹪；
2.满足煤矿对供电的要求。
三、课程设计内容
1.1全厂负荷计算
1.1.1计算负荷的确定
根据要求，按照系数法计算负，得各项数据列表如下（下表数据均为10kV侧）：
用电设备
Pe/kW
Kd
Cosφ
计算负荷
P30/kW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
电机修理车间
2300
0.6
0.7
1380
1407.6
1971.23
113.8
机械加工车间
880
0.65
0.65
572
669.24
880.38
50.8
新品试制车间
650
0.55
0.6
357.5
475.48
594.88
34.3
原料车间
550
0.35
0.65
192.5
225.23
296.28
17.1
备件车间
560
0.5
0.7
280
285.6
399.96
23.1
锻造车间
180
0.6
0.65
108
126.36
166.23
9.6
锅炉房
260
0.9
0.8
234
175.5
292.5
16.9
空压房
302
0.8
0.65
241.6
282.67
371.85
21.5
汽车库
56
0.5
0.7
28
28.56
40
2.3
线圈车间
328
0.55
0.65
180.4
211.07
277.66
16
半成品试验车间
750
0.65
0.75
487.5
429
649.38
37.5
成品试验车间
2564
0.35
0.6
897.4
1193.54
1493.27
86.2
加压站（10KV转供负荷）
274
0.55
0.65
150.7
176.32
231.95
13.4
设备处仓库（10KV转供负荷）
654
0.55
0.75
359.7
316.54
479.15
27.7
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
193.8
合计
7987.4
8218.64
11501.92
664
有功负荷同时系数取
无功负荷同时系数取
7588.03
7927.08
10527.37
607.82
1.1.2变压器损耗估算
ΔPb=1%S30=0.01×10527.37=105.27kw
ΔQb=5%S30=0.05×10527.37=526.37kvar
1.1.3无功功率补偿计算
从设计的要求可知，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
10kV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
计算负荷
P30/kW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
（10kV侧）
10kV侧补偿前
0.72
7588.03
7927.08
10527.37
607.81
需要补偿容量
-5000
变压器损耗
105.27
526.37
10kV侧补偿后
0.913
7693.30
3453.45
8425
138.98
根据设计的要求以及以上计算结果，选取：
并联补偿电容为BWF10.5-100-1型电容器50只。
补偿总容量为100kvar×50=5000kvar。
四、总降压变电所主变压器的选择
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，本设计只选择2台变压器即可满足需要，又因为本厂可由附近10KV的公用电源干线取得工作电源，故选一台C9-10000/10型低损耗配电变压器。
本厂的备用电源为邻近的单位取得，已知电压为35KV,所以再选一台C9-10000-35/10的变压器。
五、总降压变电所主接线图
采用外桥式接线的总降压变电所主接线图
六、短路电流计算
6.1计算等值电路图
系统最大运行方式
系统最小运行方式
线路长
变压器
设基准容量
基准电压
6.2计算电抗
将所有电抗归算到35kV侧：
系统电抗X1*=Xsmax*=SB/Sdmax=100/580=0.172（最大运行方式下）
X1*=Xsmin*=SB/Sdmin=100/265=0.377（最小运行方式下）
架空线路电抗X2*=XL*=XOL（SB/VB12）=0.4×5×100/372=0.146
变压器电抗X3*=XT1*=（SS%/100）×（SB/ST1）
=（7.5/100）×（100/10）=0.75
6.3最大运行方式下的短路点计算
6.3.1d1点的短路电流计算
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
6.3.2d2点的短路电流计算
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
6.4最小运行方式下的短路点计算
6.4.1 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
6.4.2 d2点的短路电流计算
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
七、高压电气设备的选择及校验
7.1高压断路器的选择
根据设计的要求，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
。
7.1.1．安装在变压器10kV高压侧的断路器
7.1.1.1．10kV断路器参数选择
额定电压选择：
Un≥Uns=10kV
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×
=0.152kA
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SW2－10型少油式断路器
7.1.1.2．10kV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=6.62×4=174.24kA2·S
即I2tt>Qk，满足要求。
11.2.2.1.1.8．检验动稳定：
ish≤ies
即：
ish=ich=13.133≤ies=idw=17kA,满足要求
故10kV进线侧断路器选择户外SW2－10型少油式断路器能满足要求。
7.2高压隔离开关的选择
7.2.1.10kV侧隔离开关
额定电压选择：
Un≥Vns=10kV
额定电流选择：
Ie≥Igmax
考虑到隔离开关是与相应的断路器配套使用，所以相应回路的Ie应与断路器相同，即：
Ie=600A
根据以上数据可以初步选择GW4－10II（D）W型隔离开关。
7.2.2.校验热稳定（下列时间均取自对应断路器，后备保护取2S）：
即I2tt≥Qk
计算时间tjs=td+tb=0.05+2=2.05S
Qk=Ik2×dz=5.152×2.05=54.37kA2·S
I2rt=400×4=1600kA2·S
即I2tt≥Qk，满足要求。
7.2.3．检验动稳定：
ish≤ies
即：
ish=ich=13.133≤ies=idw=50kA,满足要求
7.3电流互感器的选择
根据设计条件，配电所的继保动作时限不能大于1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10kV高压进线侧的电流互感器
电流互感器的一次额定电压选择必须满足：
Ug≤Un=10kV
7.3.1.2.10kV主变侧电流互感器的一次回路额定电流选择
电流互感器的一次额定电流选择必须满足：
Ig.max≤In
In—电流互感器的一次额定电流Igmax—电流互感器一次最大工作电流
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
因此电流互感器的一次额定电流可选用与此匹配的等级In=200A。
7.3.1.3.准确度选择
按照常规设计，一般二次绕组准确度选择：
计量绕组0.2S级、测量绕组0.5级，保护绕组10P级。
7.4.1.5.型号、参数选择
根据上述选择，最终10kV主变侧电流互感器型号及参数为：
户外油浸式LB-10kV0.2S30VA/0.530VA/3*10P30VA200/5A。
7.5电压互感器的选择
7.5.1.10kV电压互感器的参数计算与选择
7.5.1.1.一次额定电压选择
一次额定电压为Un=35kV，允许一次电压波动范围为U=35kV±10%。
7.5.1.2.二次额定电压选择
根据一次绕组接入方式为接入相电压上，电压互感器测量、计量和保护绕组二次额定电压为Un’=0.1/
kV，单相接地绕组二次额定电压为Un’=0.1kV。
10kV电压互感器型号及参数为：
户外油浸式JDJJ2-10kV19.5/
：
0.1/
：
0.1/
：
0.1kV0.530VA/10P30VA/10P30VA。
7.5.10kV高压柜的选择
根据上文所述：
10kV采用户内高压开关柜，选择型号为KYN28A-12的手车式开关柜，高压断路器等主要电气设备安装手车上，高压断路器等设备需要检修时，可随时拉出手车，然后推入同类备用手车，即可恢复供电。
柜体规格为800×1700×2300。
八.防雷设计
1）为了保护10kV进线设备和变压器，在10kV线路进线和母线PT处各安装一套避雷器。
2）为了保护10kVPT，在10kVI、II段母线PT处各安装一套避雷器。
3）避雷器的安装点与35kV进线设备和变压器的之间的距离不大于15m。
4）35kV所选择的避雷器为Y10W1-51/125型氧化锌无间隙避雷器，10kV所选择的避雷器为HY5WZ-17/45型氧化锌无间隙避雷器其技术数据如下：
额定电压
灭弧电压
冲击放电电压幅值
50kV雷电冲击电流下的残压
35kV
51kV
125kV
不大于50kV
10
17
45
不大于17kV
九、CAD配电系统图
十、心得体会
通过1星期的紧张工作，最后完成了我的设计任务。
通过本次课程设计的学习，我深深的体会到设计课的重要性和目的性所在。
本次设计课不仅仅培养了我们实际操作能力，也培养了我们灵活运用课本知识，理论联系实际，独立自主的进行设计的能力。
它不仅仅是一个学习新知识新方法的好机会，同时也是对我所学知识的一次综合的检验和复习，使我明白了自己的缺陷所在，从而查漏补缺。
希望学校以后多安排一些类似的实践环节，让同学们学以致用。
在设计中要求我要有耐心和毅力，还要细心，稍有不慎，一个小小的错误就会导致结果的不正确，而对错误的检查要求我要有足够的耐心，通过这次设计和设计中遇到的问题，也积累了一定的经验，对以后从事工作会有一定的帮助。
课程设计
评语
课程设计
成绩
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