某冶金机械修造厂供配电系统设计毕业论文.doc

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某冶金机械修造厂供配电系统设计毕业论文

目录

前言 1

第一章绪论 2

1.1论文的背景及意义 2

1.2工厂供电设计的一般原则 2

1.3原始资料 3

1.4本次设计的主要内容 5

1.5本章小结 6

第二章负荷计算与无功功率补偿 7

2.1负荷计算的意义 7

2.2计算负荷的确定 7

2.3无功功率补偿 10

2.3.1无功功率补偿的分类 10

2.3.2无功功率补偿的选择与计算 11

2.3.3补偿方式综合比较 14

2.4本章小结 14

第三章降压变电所及变压器的选择 16

3.1变电所所址选择的一般原则 16

3.2降压变电所形式的分类与选择 16

3.3变压器的选择 18

3.3.1变压器的分类 18

3.3.2变压器选择的原则 19

3.4变压器容量确定 19

3.5本章小结 20

第四章总降压变电所主接线设计 22

4.1变电所主接线方案的设计原则与要求 22

4.1.1安全性 22

4.1.2可靠性 22

4.1.3灵活性 23

4.1.4经济性 23

4.2工厂总降压变电所高压侧主接线方式 23

4.3总降压变电所电气主接线设计 25

4.4本章小结 25

第五章短路电流的计算 27

5.1短路计算的意义 27

5.2短路电流计算的方法和步骤 27

5.3短路计算 29

5.3.1确定短路计算基准值 30

5.3.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值 30

5.3.3计算各点短路电路的参数 31

5.4本章小结 35

第六章变电所一次设备的选择校验 36

6.1电气设备选择校验的条件与项目 36

6.2设备选择 37

6.2.1断路器和隔离开关的选择依据 37

6.2.2电压互感器的选择 40

6.2.3电流互感器的选择 41

6.3本章小结 42

第七章变电所高低压线路的选择 45

7.1导线截面的选择原则 45

7.2计算母线型号 45

7.2.135kV侧进线的选择 45

7.2.26kV母线的选择 46

7.2.36kV出线的选择 46

7.3本章小结 48

第八章继电保护和参数整定 51

8.1继电保护装置的任务 51

8.2对继电保护的基本要求 51

8.335kV主变压器保护 52

8.46kV变压器保护 55

8.56kV出线保护 55

8.6本章小结 57

结论 58

总结与体会 59

谢辞 60

参考文献 61

附录 62

附录1英文文献原文 62

附录2英文文献翻译 67

附录335kV及6kv变电所主接线图 80

第II页

第一章绪论

1.1论文的背景及意义

电能是一种清洁的二次能源。

由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。

在目前各种形式的能源中，电能具有如下特点：

易于去其它形式的能源相互转化；输配电简单经济；可以精确控制、调节和测量。

因此，电能在工业生产和人民日常生活中得到广泛应用，生产和输配电能的电力工业相应得到极大发展。

本论文主要对冶金机械修造厂进行全面的配电系统设计。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。

电能在工业生产中的重要性，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，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。

因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义[1]。

1.2工厂供电设计的一般原则

工厂供电设计必须遵循以下原则：

（1）工厂供电设计必须遵守国家的有关法令、标准和技术规范，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属和保护环境等技术经济政策；

（2）工厂供电设计应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，设计中应采用符合国家标准的效率高、能耗低、性能先进及与用户投资能力相适应的经济合理的电器产品；

（3）工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案；

（4）工厂供电设计应根据工程特点、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，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。

1.3原始资料

本设计的原始资料如下：

（1）工厂总平面布置图，如图1.1。

图1.1工厂总平面布置图

（2）工厂生产任务、规模及产品规格：

本厂主要承担全国冶金工业系统矿山、冶炼和轧钢设备的配件生产，即以生产铸造、锻压、铆焊、毛坯件为主体。

年生产规模为铸钢件1000t，铸铁件3000t，锻件1000t，铆焊件2500t。

（3）工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量见表1.1和表1.2。

（4）供用电协议

①工厂电源从供电部门某220/35kV变电站以35kV双回架空线路引入本厂，其中一路作为工作电源，另一路作为备用电源。

两个电源不并列运行。

变电站距厂东侧8km。

②系统的短路数据，如表1.3所示。

其供电系统图如图1.1所示。

表1.1各车间380V负荷计算表

序号

车间（单位）

名称

设备容量

（kW）

Kd

cosφ

tgφ

计算负荷

车间变电所代号

变压器台数及容量（kVA）

P30

（kW）

Q30

（kVar）

S30

（kVA）

I30

（A）

1

铸钢车间

2000

0.4

0.65

No.1

2×___

2

铸铁车间

1000

0.4

0.7

No.2

砂库

110

0.7

0.6

小计（K∑=0.9）

3

铆焊车间

1200

0.3

0.45

No.3

1×____

1#水泵房

28

0.75

0.8

小计（K∑=0.9）

4

空压站

390

0.85

0.75

No.4

机修车间

150

0.25

0.65

锻造车间

220

0.3

0.55

木型车间

186

0.35

0.6

No.4

1×____

制材场

20

0.28

0.6

综合楼

20

0.9

1

小计（K∑=0.9）

5

锅炉房

300

0.75

0.8

No.5

1×____

2#水泵房

28

28

0.8

仓库（1、2）

88

0.3

0.65

污水提升机

14

0.65

0.8

小计（K∑=0.9）

③供电部门对工厂提出的技术要求:

区域变电站35kV馈线电路定时限过流保护装置的整定时间top=2s，工厂总降压变电所保护的动作时间不得大于1.5s。

工厂在总降压变电所35k电源侧进行电能计量。

工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。

（5）厂负荷性质：

本厂为三班工作制，年最大有功利用小时为6000h属二级负荷。

（6）供电贴费为700元/KVA。

每月电费按两部电费制：

基本电费为18元/KVA，动力电费为0.4/kw.h，照明电费为0.5元/kw.h。

表1.2各车间6kV高压负荷计算表

序号

车间（单位）

名称

高压设备名称

设备容量

（kW）

cosφ

tgφ

计算负荷

P30

（kW）

Q30

（kVar）

S30

（kVA）

I30

（A）

1

铸钢车间

电弧炉

2×1250

0.9

0.87

2

铸铁车间

工频炉

2×200

0.8

0.9

3

空压站

空压机

2×250

0.85

0.85

小计

表1.3区域变电站35kV母线短路数据

系统运行方式

系统短路容量

系统运行方式

系统短路容量

最大运行方式

Soc·max=200MVA

最小运行方式

Soc·min=175MVA

图1.1供电系统图

1.4本次设计的主要内容

该冶金机械厂总降压变电所及高压配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对电能分配的安全可靠，经济合理的问题。

其基本内容有以下几方面：

（1）工厂的负荷计算及无功补偿；

（2）确定工厂总配电所的所址和型式；

（3）确定主变压器的型式、容量和台数；

（4）确定变电所主接线方案及高低压配电网的配电方式；

（5）短路电流计算；

（6）选择并校验系统中的高低压电气设备和配电网路导体截面；

（7）继电保护系统设计和参数整定计算。

1.5本章小结

本章节对论文的背景和目的做了必要的阐述，并且给出了这次设计的一般原则。

继而给出了设计的原始资料，最后，列举出了本次设计的主要内容。

第二章负荷计算与无功功率补偿

2.1负荷计算的意义

计算负荷又称需要负荷或最大负荷Pmax。

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，通常采用半小时最大平均负荷P30作为按发热条件选择电器或导体的依据。

计算负荷是供电设计计算的基本依据。

计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。

如果计算负荷确定得过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。

如果计算负荷确定得过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷状态下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾。

由此可见，正确确定计算负荷意义重大。

但是负荷情况复杂，影响负荷计算的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但仍难准确确定计算负荷的大小。

实际上，负荷也不是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织、生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关。

因此负荷计算只能力求接近实际[2]。

2.2计算负荷的确定

车间计算负荷是选择工厂内配电线路电缆型号和主要电气设备包括车间变压器的基本依据。

我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法、利用系数法和二项式法。

需要系数法是最常用的一种，即先从用电端逐级起往电源方向计算，首先按照需要系数法求得各车间低压侧有功及无功计算负荷，加上本车间变电所的变压器有功及无功功率损耗，既得车间变电所高压侧的计算负荷。

其次是将全厂各车间高压侧负荷相加（如有高压用电设备，也加上高压用电设备的计算负荷），同时加上厂区配电线路的功率损耗，再乘以同时系数，便得出工厂总降压变电所低压侧计算负荷，然后考虑无功功率的影响和总降压变电所主变压器的功率损耗，其总和就是全厂的计算负荷。

本设计采用需要系数法进行负荷计算，计算的基本公式如下：

有功计算负荷为

（2.1）

这里的称为需要系数（demandcoefficient），为车间用电设备总容量。

无功计算负荷为

（2.2）

式中，为对应于车间用电设备的正切值。

视在计算负荷为

（2.3）

式中，为车间供电设备的平均功率因素。

计算电流为

（2.4）

式中，为用电设备组的额定电压。

根据工厂给出的资料，通过计算整理，得出该工厂6kV高压设备的负荷计算表及各车间的负荷计算表，结果见表2.1和表2.2。

表2.1各车间6kV负荷结果表

序号

车间（单位）

名称

高压设备名称

设备容量

（kW）

cosφ

tgφ

计算负荷

P30

（kW）

Q30

（kVar）

S30

（kVA）

I30

（A）

1

铸钢车间

电弧炉

2×1250

0.9

0.87

0.57

2250

1282.5

2586.2

248.9

2

铸铁车间

工频炉

2×200

0.8

0.9

0.48

320

153.6

335.6

34.2

3

空压站

空压机

2×250

0.85

0.85

0.62

425

263.5

500

48.1

小计

3400

2995

1699.6

3443.6

331.4

6kv母线上母线的有功、无功、视在功率如下：

表2.2各车间380V负荷结果表

序号

车间（单位）

名称

设备容量

（kW）

Kd

cosφ

tgφ

计算负荷

车间变电所代号

P30

（kW）

Q30

（kVar）

S30

（kVA）

I30

（A）

1

铸钢车间

2000

0.4

0.65

1.17

720

842.4

1108.2

1684

No.1

2

铸铁车间

1000

0.4

0.7

1.02

360

367.2

514.2

781

No.2

砂库

110

0.7

0.6

1.33

69.3

92.2

115.3

175

小计（K∑=0.9）

0.68

429.3

459.4

628.8

955

3

铆焊车间

1200

0.3

0.45

1.98

324

641.5

718.4

1091

No.3

1#水泵房

28

0.75

0.8

0.75

18.9

14.2

23.6

35.9

小计（K∑=0.9）

0.46

342.9

655.7

739.9

1124

4

空压站

390

0.85

0.75

0.88

298.4

263.1

397.7

604

No.4

机修车间

150

0.25

0.65

1.17

33.75

39.48

51.9

78.9

锻造车间

220

0.3

0.55

1.52

59.4

90.3

108

104.2

木型车间

186

0.35

0.6

1.33

58.6

77.9

97.5

148.1

No.4

制材场

20

0.28

0.6

1.33

5.04

6.7

8.38

12.7

综合楼

20

0.9

1

0

16.2

0

16.2

24.6

小计（K∑=0.9）

0.70

471.3

477.5

670.9

1019

5

锅炉房

300

0.75

0.8

0.75

202.5

151.9

253.1

384.5

No.5

2#水泵房

28

28

0.8

0.75

18.9

14.2

23.6

35.9

仓库（1、2）

88

0.3

0.65

1.17

23.76

27.8

36.6

55.5

污水提升机

14

0.65

0.8

0.75

8.19

6.14

10.24

15.6

小计（K∑=0.9）

0.78

253.4

200

322.8

490.4

这样380V低压母线上低压母线的有功、无功、视在功率为：

2.3无功功率补偿

工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负载，还有感性的电力变压器，从而使功率因素降低。

如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因素的情况下，尚达不到规定的工厂功率因素要求时，则需考虑增设无功功率补偿装置。

假设功率因数由cos提高到cos＇，这时在用户需要的有功功率P30不变的条件下，由公式（2.2）和公式（2.3）知无功计算功率和视在功率都有所减小。

相应地负荷电流I30也得以减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因素对供电系统大有好处。

在提高功率因素的同时，工厂总降压变电所的主变压器容量可以选的小一些，这不仅可降低变电所的初投资，而且可以减少工厂的电费开支，因此进行无功功率补偿对工厂本身也有一定经济实惠[3]。

2.3.1无功功率补偿的分类

无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种。

由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。

并联电容器的补偿方式，有以下三种：

（1）高压集中补偿电容器集中装设在变配电所的高压电容器室内，与高压母线相联。

按GB50053-1994《10kV及以下变电所设计规范》规定：

高压电容器组宜采用中性点不接地的星形接线，容量较小时（450kvar及以下）则可用三角形，如图2.1。

（2）低压集中补偿电容器集中装设在变电所的低压配电室或单独的低压电容器室内，与低压母线相联。

低压电容器组一般采用三角形接线，利用白炽灯或专用的放电电阻放电，如图2.2。

（3）低压分散补偿电容器分散装设在低压配电箱旁或与用电设备并联。

低压电容器组一般采用三角形接线，直接利用用电设备（如感应电动机）本身的绕组放电，如图2.3。

2.3.2无功功率补偿的选择与计算

（1）高压集中补偿采用并联电容器在总压降变电所的6kV侧进行无功补偿，将功率因数提高到0.9。

考虑到主变压器的无功功率损耗远大于有功损耗，因此最大负荷时功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算所需无功功率补偿容量。

由计算负荷可知：

=5211.9kW=4334.6kvar

取=0.92=0.95则：

有功功率=0.92×5211.9=4794.9kw

无功功率=0.95×4334.6=4117.9kvar

视在功率=6320.5kVA

功率因数=0.76

则所需无功功率补偿容量：

=2057.8kvar

补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为

=5218.7KVA

变压器的功耗为=78.3kW

=313.1Kvar

变压所高压侧的计算负荷为=4973.2kw

=2373.27Kvar

=5510.2KVA

补偿后工厂的功率因数为=0.903＞0.9满足要求。

根据以上计算，本设计从常用并联电容器中选出型号为BWF6.3-100-1的并联电容器21台进行该工厂的无功功率补偿。

由于6kv侧采用分段制母线连接，故将其分别接入两段母线。

并联电容器BWF6.3-100-1，单价：

850RMB数量：

21总金额为：

850×21=17850RMB

（2）低压分组补偿结合就地补偿采用并联电容器在低压配电室的380V侧进行无功补偿，将功率因数提高到0.85；采用并联电容器在6kV母线侧对电弧炉、空压机分别进行补偿，将功率因数提高到0.9。

考虑到无功功率损耗远大于有功功率损耗，因此380侧功率因数暂取0.88,6kV侧功率因数暂取0.92来计算所需无功功率补偿。

由表2.1可知：

①NO.1车间：

则所需要的无功功率补偿容量：

=453.1kvar

补偿后NO.1车间的视在计算负荷为：

=818.5kVA

变压器的损耗为：

=12.3kW

=49.1kvar

NO.1车间的计算负荷为：

853.5kVA

补偿后的功率因数为：

0.858＞0.85满足要求

节约的变压器损耗=1108.2×0.015—818.5×0.015=4.35kW

根据以上计算，从常用并联电容器中选出型号为BSMJ0.4-25-3的并联电容器18台进行该工厂的无功功率补偿。

将其接入380V母线。

并联电容器BSMJ0.4-25-3，单价：

170RMB数量：

18总金额为：

170×18=3060RMB

同理可得：

②NO.2车间满足要求

节约的变压器损耗=2kw

需要常用并联电容器中选出型号为BSMJ0.4-25-3的并联电容器10台进行该工厂的无功功率补偿。

单价：

170RMB数量：

10总金额为：

170×10=1700RMB

③NO.3车间满足要求

节约的变压器损耗=5.3kw

需要常用并联电容器中选出型号为BSMJ0.4-25-3的并联电容器20台进行该工厂的无功功率补偿。

单价：

170RMB数量：

20总金额为：

170×20=3400RMB

④NO.4车间满足要求

节约的变压器损耗=2kw

需要常用并联电容器中选出型号为BSMJ0.4-25-3的并联电容器9台进行该工厂的无功功率补偿。

单价：

170RMB数量：

9总金额为：

170×9=1530RMB

⑤NO.5车间满足要求

节约的变压器损耗=0.55kw

需要常用并联电容器中选出型号为BSMJ0.4-25-3的并联电容器3台进行该工厂的无功功率补偿。

单价：

170RMB数量：

3总金额为：

170×3=540MB

⑥电弧炉满足要求

需要常用并联电容器中选出型号为BWF6.3-100-1的并联电容器3台进行该工厂的无功功率补偿。

单价：

850RMB数量：

3总金额为：

850×3=2550MB

⑦空压机满足要求

需要常用并联电容器中选出型号为BWF6.3-25-1的并联电容器3台进行该工厂的无功功率补偿。

单价：

850RMB数量：

3总金额为：

850×3=2550MB

减小变压器有功损耗总量为：

4.35+5.3+2+2+0.55=14.2kw

由原始材料知：

本厂为三班工作制，年最大有功利用小时为6000h属二级负荷，动力电费为0.4/kw.h。

故按一年算，节约的经济成本为：

14.2×6000×0.4=34080RMB

2.3.3补偿方式综合比较

比较结果如表2.3所示。

结论：

由于采用低压分组补偿结合就地补偿，每年可节约34080RMB的用电成本，节能效果比高压集中补偿好，所以采用低压分组补偿结合就地补偿的方式进行无功功率补偿。

2.4本章小结

本章介绍了工厂电力负荷的概