海天机械厂35kV供配电系统设计.docx
《海天机械厂35kV供配电系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《海天机械厂35kV供配电系统设计.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
海天机械厂35kV供配电系统设计
摘要
此机械制造长属于大型企业，是35KV总降，一条进线对应一个变电所。
为了方便设计说明，选了一个金工车间进行具体的计算设计。
这个车间有很多的设备，而且几组设备是并行的流水线。
首先进行负荷计算，再参考电源进线方向，确定变压器的台数和容量。
根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。
按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。
用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。
参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。
进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。
进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。
最后根据总降压变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。
关键词：
负荷计算；短路计算；高、低压设备选择；继电保护
ABSTRACT
Thismachinerymanufacturinglongbelongtolargeenterprise,isa35KVtotalfallintolinecorrespondstoasubstation.Inordertofacilitatethedesigndescriptions,chooseametalworkingshopspecificcalculationdesign.
Thisworkshophasalotofequipment,andseveralgroupsofequipmentisparallellines.First,thenloadcalculationreferencepowerintoline,determinethedirectionoftransformercapacityandtheNumbers.Accordingtothesituationfrominsidetheplantloadtechnicalandeconomicalrationalitysurefactorydistributionvoltage.Accordingtotheloadcalculationworkoutthepowerfactorofgeneralvoltagesubstation,throughthelook-uptabletoaskoutorcomputationalpowersupplydepartmentsrequirementsneededwithoutpowernumericalcompensation.Generalvoltagesubstationwithmainandequipmentandmaterialscharttableandinvestmentestimateexpressdesignresults.Referencethisareaofgeologicalmaterials,designmeteorologicallightningprotectiondevice.Thescopeofprotectionofdirectlightningcalculation,avoidtoproducecounterattackphenomenonaccordingtothespacedistancecalculations,thebasicparametersofthelightningarresterschoiceofelectricshockwavelightningarresterspecifications,anddetermineitswiringparts.Forcoronaarcingvoltage,frequencydischargingvoltageandmaximumallowedtoinstallgroundingresistanceandimpactfrominspectioncalculated.Finally,accordingtothegeneralvoltagesubstationchange,powerdistributionequipmentlayoutdesignintegratedthedesignandcalculationresults,accordingtorelevantstateregulationssets,thevariable,powerdistributiondeviceinsidetheoveralllayoutandconstructiondesign.
Keywords:
loadcalculation;Shortcircuitcalculation;Highandlowvoltageequipmentschoice;Relayprotection
引言
本变电站设计说明书是根据浙江水利水电专科学校电气工程系毕业设计任务书《海天通用机械制造公司供配电系统电气设计》编拟的。
本次设计的主要内容是海天通用机械制造公司供配电系统电气设计的电气一次部分。
在本次的设计中本着贯彻国家国民经济发展的方针政策，安全经济合理的基础上，积极采用新技术，综合考虑发展要求，按5～10年发展规划设计。
本次设计针对性强，涉及内容广泛，是大学三年所学专业知识的大综合，通过本次设计，对发电厂及电力系统专业的主要课程有一个较为全面，系统的掌握，增强了理论联系实际的能力，提高了工程意识，锻炼了独立分析和解决电力工程设计问题的能力，为将来的实际工作奠定了必要的基础。
目前，35kV地区变电所的设计逐步向小型化，智能化方向发展，无人值守变电站已经很普遍，微机保护被广泛采用，成套式的设备得到广泛的应用，变电所的自动化程度得到了很大程度的提高。
遥控，遥测，遥信等技术的应用使变电站的自动化程度更进一步。
本设计遵照《35-110kV变电站设计规范》的要求尽量采用经过生产实践验证过的先进设备，如六氟化硫、真空断路器等，在继电保护方面由于课程学习知识上的不足，还是采用了传统的电磁式保护。
本次设计中，得到了刘吉来老师的全面辅导和热情帮助，使得本次设计得以顺利完成，对刘老师表示衷心感谢！
本次设计由于设计资料不足以及能力有限，因此疏漏和错误在所难免，敬请各位老师批评指正。
1.负荷计算及变压器的选择
1.1负荷计算的内容和目的
计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。
在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。
一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。
在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。
常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。
平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。
1.2负荷计算的方法
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。
本设计采用需要系数法确定。
主要计算公式有：
有功功率：
P30=Pe·Kd
无功功率:
Q30=P30·tgφ
视在功率:
S3O=P30/Cosφ
计算电流:
I30=S30/
UN
1.2.1金工车间电力负荷计算
表1-1金工车间电力负荷计算结果汇总表
序号
设备名称
用电设备容量（Kw）
需要系数Kd
COSθ
tgθ
电力负荷计算结果
P30（kw）
Q30（kvar）
S30（KV.A）
I30（A）
1
车床
7.125
0.7
0.75
0.88
4.99
4.39
6.65
10.08
2
铣床
12.8
0.7
0.75
0.88
8.96
7.88
11.95
18.11
3
摇臂钻
6.925
0.7
0.75
0.88
4.85
4.27
6.47
9.8
4
铣床
9.8
0.7
0.75
0.88
6.86
6.04
9.15
13.86
5
铣床
8.7
0.7
0.75
0.88
6.09
5.36
8.12
12.3
6
砂轮机
3.2
0.7
0.75
0.88
2.24
1.97
2.97
4.5
7
砂轮机
1
0.7
0.75
0.88
0.7
0.62
0.93
1.41
8
磨床
9.2
0.7
0.75
0.88
6.44
5.67
8.59
13.01
9
磨床
14.3
0.7
0.75
0.88
10.01
8.81
13.35
20.2
10
磨床
13.3
0.7
0.75
0.88
9.31
8.19
12.41
18.8
11
车床
10.125
0.7
0.75
0.88
7.09
6.24
9.45
14.32
12
磨床
15.75
0.7
0.75
0.88
11.03
9.71
14.71
22.29
13
立床
63
0.7
0.75
0.88
44.1
38.81
58.81
89.09
14
立床
38.7
0.7
0.75
0.88
27.09
23.84
36.12
30.79
15
车床
20.15
0.7
0.75
0.88
14.11
12.42
18.81
28.5
16
摇臂钻
10.5
0.7
0.75
0.88
7.35
6.49
9.8
14.85
17
龙门刨
85.4
0.7
0.75
0.88
59.78
52.61
79.71
120.77
18
铣床
8.7
0.7
0.75
0.88
6.09
5.36
8.12
12.3
19
镗床
9.3
0.7
0.75
0.88
6.51
5.73
8.68
13.15
20
铣床
9.8
0.7
0.75
0.88
6.86
6.04
9.15
13.86
21
桥式起重机
23.2
0.7
0.75
0.88
16.24
14.29
21.65
32.8
22
桥式起重机
29.5
0.7
0.75
0.88
20.65
18.17
27.53
41.71
小计
287.35
252.91
金工车间总计算负荷，取同时系数0.9
258.62
227.62
344.5
521.97
1.2.2其他负荷计算
P30=K∑p
P30.i=0.9（100+80+20+20）=198kw
Q30=K∑q
Q30.i=0.9（110+90+20+15）=211.5kvar
S30=
=289.7kVA
I30=S30/（
UN﹚=440.2A
COSθ=P30/S30=0.683
1.2.3全厂负荷计算
P30=K∑p
P30.i=430.76kw
Q30=K∑q
Q30.i=416.36kvar
S30=
=599.09kvA
I30=S30/（
UN﹚=907.7A
COSθ=P30/S30=0.72
1.3变压器的选择
1.3.1设计原则
主变压器在电气设备投资中所占的比例较大，同时与之相对应的配电装置，特别是大容量，高电压的配电装置的投资很大。
因此，主变压器的选择对发电厂、变电站的技术经济影响较大。
《35～110KV变电所设计规范》：
第3.1.1条:
主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。
第3.1.2条:
在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上变压器。
第3.1.3条:
装有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60%的全部负荷，并保证用户的一、二级负荷。
第3.1.4条:
具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三线圈的变压器。
第3.1.5条:
电力潮流变化大和电压偏移大的变电所，如经计算普通变压器不能满足电力系统和用户对电能质量的要求时，应采用有载调压变压器。
1.3.2主变压器台数的选择
由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。
1.3.3变电所主变压器容量的选择
装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件：
①任一台单独运行时，要满足60%-70%的总负荷要求
SNT=（0.6-0.7）S30′
②任一台单独运行时，要满足全部一、二级负荷的要求
SNT≥S30′（Ⅰ+Ⅱ）
得SNT=（0.6-0.7）S30′=426.79*（0.6～0.7）=255.6KVA～298.75VA
SNT≥S′30（Ⅰ+Ⅱ）=263.42KVA
根据上述条件，可选两台容量均为315KVA的变压器，具体型号为SL315-35。
2.电气主接线设计
2.1电气主接线设计的基本要求
电气主接线是变电站电气部分主体结构，是电力系统网络的主要组成部分，正确选择各电压级主接线形式直接影响变电站运行的可靠、灵活和经济性，并对电器选择，配电装置布置，继电保护，自动装置和控制方式的拟订，都有决定性的关系。
主接线的设计是一个综合性问题，必须在满足国家技术经济政策的前提下，力争使其技术先进，经济合理，安全可靠。
对电气主接线设计的基本要求是1）根据系统和用户的要求，保证必要的供电可靠性和电能质量；2）具有运行、维护的灵活性和方便性；3）在满足可靠性和灵活性前提下做到经济性，令投资省，电能损失小和占地面积尽可能小；4）具有将来发展和扩建的可能性。
2.2变配电所主接线的选择原则
1.当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。
2.当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。
3.当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。
4.为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。
5.接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。
6.6～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。
7.采用6～10KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。
8.由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。
9.变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。
当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。
10.当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。
2.3主接线方案的选择
对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6—10KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。
总降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。
主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。
1、一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图如下这种主结线，其一次侧的QF10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。
这种主结线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。
如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11，投入QF10（其两侧QS先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电，这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。
2、一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图（下图），这种主结线，其一次侧的高压断路器QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器QF11和QF12的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式结线。
这种主结线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。
但与内桥式结线适用的场合有所不同。
如果某台变压器例如T1停电检修或发生故障时，则断开QF11，投入QF10（其两侧QS先合），使两路电源进线又恢复并列运行。
这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。
当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网的穿越功率不通过进线断路器QF11、QF12，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。
3、一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主电路图（见下图）
这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所
4、一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图采用双母线结线较之采用单母线结线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用与电力系统的枢纽变电所。
本次设计的电机修造厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较短（2.5km）,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。
采用一、二侧单母线分段的总降压变电所主结线（即全桥式结线）。
本设计的接线选择如下：
因为桥式接线的供电可靠性高，运行灵活性好，适用于一，二次负荷。
其中内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和检修的可能性就较多。
但变电所的变压器不需要经常进行切换操作以适应高负荷的35KV及以上总降压变电所，该厂为三班制生产，所以变压器总变电所采用内桥式接线方案。
因为单母线接线方式的供电和灵活性较高，可给二，三级负荷供电。
因此该厂的各车间用单母线分段接线。
2.4高低压开关柜的选择
高压设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。
高压刀开关柜的选择应满足变电所一次电路图的要求，并各方案经济比较优选出开关柜型号及一次结线方案编号，同时确定其中所有一次设备的型号规格。
工厂变电所高压开关柜母线宜采用LMY型硬母线
高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等。
高压开关柜有固定式和手车式（移可式）两大类型。
35KV配电装置的选择
⑴35KV出线侧
35KV出线控制采用成套开关柜，GBC-35手车式高压开关柜。
该产品使用与40.5KV及以下三相交流50Hz电力系统中，作为发电厂，变电所及工矿企业的配电接受与分配电之用；对电路具有控制、保护和监测功能。
⑵正常使用条件：
A：
海拔不超过1000
B：
周围空气温度：
上限：
+40℃
下限：
-10℃
C：
环境湿度度：
日平均相对湿度不大于95%
月平均相对湿度不大于90%
D：
地震：
地震强度不超过8度
E：
没有火灾.爆炸物品,严重污染,化学腐蚀及剧烈震荡的场所.
由当地使用环境可知，满足设备的使用条件。
GBC-35手车式高压开关柜
方案号
7.1
7.2
33
38
主接电路
主要电器及设备
真空断路器
ZN12-40.5/1600-25
1
1
电流互感器
LCZB-35
3
3
熔断器
RN2-35
隔离开关
GN19-35/1250-20
2
2
2
1
电压互感器
JDZ-35
1
接地开关
JN11-35
1
用途
电缆进出线
右联络柜
左联络柜
计量柜
高压断路器的校验
ZN12-40.5/1600-25
序号
ZN12-40.5/1600-25
选择要求
装设地点电气条件
结论
项目
数据
项目
数据
1
U
40.5kV
≥
U
35kV
合格
2
I
1250A----2500A
≥
I
16.8A
合格
3
I
25kA
≥
I
21.98kA
合格
4
I
63kA
≥
I
16.27kA
合格
5
I
25
×4kA
s=2500（KA2*S）
≥
I
×t
20
×1.6kA
s
合格
电流互感器的校验
LCZB-35
序号
LCZB-35
选择要求
装设地点电气条件
结论
项目
数据
项目
数据
1
U
35kV
≥
U
35kV
合格
2
I
200A
≥
I
16.8A
合格
3
Kes*21/2I1N
28.3kA
≥
I
21.98kA
合格
4
（Kt*I1N）2*t
63kA
≥
I
16.27kA
合格
高压隔离开关的校验
序号
GN19-35/1250-20
选择要求
装设地点电气条件
结论
项目
数据
项目
数据
1
U
35kV
≥
U
35kV
合格
2
I
1250A
≥
I
16.8A
合格
3
I
80kA
≥
I
23.54K
合格
4
I
*4
31.5
×4kA
s=2500（KA2*S）
≥
I
×t
21.6
21.6
×1.6kA
s
合格
电压互感器的校验
电压互感器的额定电压35KV，满足
=35KV
由于电压互感器一、二次侧都有熔断器保护，因此，不需要校验动、热稳定度。
低压配电装置的选择
低压配电柜选择GGD1型低压固定式配电屏柜，其方案号如下：
低压开关柜的选择
方案号
05﹙A﹚
51﹙A﹚
主接电路图
刀开关
HD13BX-1000/31
1
刀开关
HD13BX-600/31
1
断路器
DW15-1000/3□
1
电流互感器
LMZ1-0.66□/5
1
升级会员 