某工厂35KV降压变电所的电气设计.doc

1、 本科课程设计说明书题 目 某工厂 35KV 降压变电所的电气设计 学 院 工学院 专业名称 电气工程及其自动化 班 级 电气 07-1 班 学 号 姓 名 王莉莉 指导教师 张军国 北京林业大学电气课程设计说明书第页摘要电能是工业生产的主要动力能源，工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的传输、变换、分配到工厂车间中每一个用电设备上。工厂工业负荷是电力系统的主要用户，工厂供电系统也是电力系统的一个组成部分，保证安全供电和经济运行，不仅关系到企业的利益，也关系到电力系统的安全和经济运行以及合理利用能源。工厂供电设计方案必须符合国家标准中的有关规定，同时必须满足安全、可靠、优质、经济的

2、要求。本课程设计为某工厂总降压变电所的设计，该变电所要求的电压等级分别为 35kV 和 6kV，其负荷均为一、二级负荷，根据设计任务书的要求，本设计的主要内容包括：负荷计算及无功补偿，确定变电所的的型式，变电所的主接线方案，短路电流计算，主要用电设备选择和校验，变电所整定继电保护和防雷保护及接地装置的设计等。关键词：工厂，总降压变电所，电气主接线，电气设备，继电保护北京林业大学电气课程设计3目录第 1 章 设计任务书 51.1 设计题目 51.2 设计要求 51.3 设计依据 51.4 设计任务 6第 2 章 负荷计算和无功功率补偿 82.2 负荷计算过程 82.3 补偿电容器的选择 10第

3、3 章 变压器的选择 123.1 变压器的型式选择 123.2 变压器的台数选择 133.3 变压器的容量选择 133.4 变压器接地方式 133.5 功率因数的校验 14第 4 章 电气主接线的设计 164.1 电气主接线概述 164.2 电气主接线的设计原则和要求 164.2.1 电气主接线的设计原则 .164.2.2 电气主接线设计的基本要求 .164.3 电气主接线方案的比较 16第 5 章 短路电流的计算 205.1 短路电流计算概述 .205.1.1 短路的原因 .205.1.2 短路的危害 .205.1.3 短路的类型 .205.2 短路回路参数的计算 205.2.1 标么值 .

4、205.2.2 短路电流的计算 .21第 6 章电气设备选择和校验 256.1 高压电器选择的一般原则 .256.2 各种电气设备的选择 256.2.1 支柱绝缘子 .256.2.3 断路器 .276.2.4 电流互感器 .296.2.5 电压互感器 .306.2.6 熔断器 .316.2.7 隔离开关 .316.2.8 接地开 关 .326.2.9 所用变 .336.2.10 开关柜 .336.3 变电所设备型号总结 34第 7 章 导线的选择与校验 35北京林业大学电气课程设计说明书第页7.1 导线选择的基本原则 357.2 导线的选择与校验 357.2.1 母线 .357.2.2 主变至

5、母线的连线 .367.2.3 6KV 侧输电线路 .377.3 变电所线路型号总结 40第 8 章 变电所的平面布置 418.1 变配电所型式的选择 .418.2 变配电所的总体布置 .41第 9 章 防雷保护与接地装置的设计 439.1 变配电所的防雷措施 439.2 电力线路的防雷措施 439.3 防雷装置的选择 439.3.1.避雷器的安装位置 .439.3.2 避雷器的选择列表 .449.3.3 避雷线的选择 .449.3.4 避雷针的选择 .449.4 变电所公共接地装置的设计 .469.4.1 接地电阻的要求 .469.4.2 接地装置的设计 .46第 10 章 继电保护 4810

6、.1 继电保护的任务、基本要求 4810.2 电力变压器的保护 4810.2.1 电力变压器的保护配置 .4810.2.2 电力变压器的整定计算 .4810.3 6KV 线路的保护 5210.3.1 6KV 线路的保护配置 5210.3.2 6KV 线路保护的整定计算 5310.4 6KV 电容器组的继电保护 5410.4.1 电容器组的保护配置 .5410.4.2 电容器组的继电保护整定计算 .54个人体会 56参考文献 57北京林业大学电气课程设计5第 1 章 设计任务书1.1 设计题目某工厂 35KV 降压变电所的电气设计1.2 设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况

7、，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案及电气设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。1.3 设计依据1 工厂总平面图该工厂变电所位置已经选定，具体平面图如下图所示。2 工厂负荷情况本变电所中，35KV 侧 Tmax=7300h ，6KV 侧 Tmax=4500h，同时系数 Kt=0.8，需要系数Kd=0.9， =0.75，线路电抗 xo=0.4/km 。负荷统计资料如下表 1.1 所示。北京林业大学电气课程设计说明书第页表 1.1 工厂负荷统计资料3 供电电源

8、情况该变电所由区域变电所二路线长 3km 的 35kV 架空线（1#、2#线）供电。变电站 35kV 母线最大运行三相短路容量：Skmax=800MVA,Skmin=600MVA 。断路器定时限过电流保护的整定时间为1.8s。与本变电所高压侧有电气联系的的架空线路总长度为 12km，电缆线路总长度为 1.5km。4 气象资料本变电所所在地区年最热月平均最高气温为 35，年平均气温为 25，年最高气温为 40。5 地质水文资料本变电所所在地区平均海拔 1000m 以下，土壤的土质为黄土。1.4 设计任务1 设计说明书 需包括：1） 目录。2） 负荷计算。负 荷 名 称额 定 容 量（KW）额 定

9、 电 压（KV）负 荷 特 性Cos供电线路长度(m)负荷等级1# 出线 860 6 0.8 200 二级负荷2# 出线 400 6 0.82 250 二级负荷3# 出线 760 6 0.75 100 二级负荷4# 出线 1600 6 0.8 80 二级负荷水源变电所 1200 6 0.85 200 一级负荷生活区变电所 2000 6 0.8 90 二级负荷锅炉变电所 1100 6 0.8 100 一级负荷污水处理电源 1200 6 0.8 80 二级负荷原液车间变电所 2000 6 0.8 200 一级负荷试验站变电所 2000 6 0.8 200 二级负荷北京林业大学电气课程设计73） 无

10、功功率补偿。4） 变电所主变压器台数和容量、类型的选择。5） 变电所主接线方案的设计。6） 短路电流计算。7） 变电所一次设备的选择与检验。8） 变电所进出线的选择与检验。9） 变电所继电保护的整定。10）防雷保护和接地装置的设计。11）变电所的平面布置。12）附录参考文献。2 设计图样 需包括：变电所主接线图 1 张（A2 图样）变电所平面图 1 张（A2 图样）北京林业大学电气课程设计说明书第页第 2 章 负荷计算和无功功率补偿目前负荷计算常用需要系数法、二项式法和利用系数法,前二种方法在国内设计单位的使用最为普遍。此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法和

11、ABC法等. 常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时，应将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需用系数 Kd，然后按照上述公式求出该组用电设备的计算负荷。2.2 负荷计算过程1#出线： 221cos10.8tan.7530.964dNPKKW2#出线 221cos10.8tan.69KWPKNT349.303#出线 221cos10.75tan.830.964dNPKKW4#出线 221cos10.8tan.7530.964dNPKKW北京林业大学电气课程设计9水源变电所 221cos10.85tan.630.9dNPKKW生活区变电所 221cos10.8tan.

12、7530.9dNPKKW锅炉变电所 221cos10.8tan.7530.9dNPKKW污水处理电源 221cos10.8tan.7530.9dNPKKW原液车间变电所 221cos10.8tan.7530.9dNPKKW试验站变电所 221cos10.8tan.75北京林业大学电气课程设计说明书第页30.92018dNPKKW负荷计算结果如下表 2.1：表 2.1 负荷计算表P30=11808KW，Q30=8787.168Kvar2.3 补偿电容器的选择1 功率因数指标由供配电工程设计指导的第二章第二节得知：用户供电系统在最大负荷时的功率因数应满足当地供电部门要求，无明确要求时：高压用户的功

13、率因数应为 0.9 以上，低压用户的功率因数应在 0.85 以上。由以上资料得知，本降压变电所为高压用户，由于题目中无明确的功率因数要求，所以我们认为，该工厂期望补偿功率因数为 0.9 以上。2 补偿方式1） 高压集中补偿高压集中补偿是将并联电容器安装在总降压变电所二次侧（610kv 侧）或变配电所的一次侧（610kv 侧） 。这种补偿方式能补偿 10kv 母线前线路上的无功功率，而此母线后的区域没有得到无功补偿，所以补偿效果较差。但这种补偿方式的初投资少，便于运行维护，还可以根据负荷实际变化情况调节补偿电容(通过调节并联电容器的个数)。2） 低压集中补偿这种补偿方式是将并联电容器组装设在变电

14、所的 0.4kv 低压母线上，它的补偿区域为低负荷名称 额定容量（KW） 额定电压 （KV） 负荷特性 cos tan 供电线路长 度(m) P30(KW) Q30(Kvar)1# 出线 860 6 0.8 0.75 200 774 580.52# 出线 400 6 0.82 0.70 250 360 2523# 出线 760 6 0.75 0.88 100 684 601.94# 出线 1600 6 0.8 0.75 80 1440 1080水源变电所 1200 6 0.85 0.62 200 1080 669.6生活区变电所 2000 6 0.8 0.75 90 1800 1350锅炉变电

15、所 1100 6 0.8 0.75 100 990 742.5污水处理电源 1200 6 0.8 0.75 80 1080 810原液车间变电所 2000 6 0.8 0.75 200 1800 1350试验站变电所 2000 6 0.8 0.75 200 1800 1350北京林业大学电气课程设计11压母线前含变压器的所有区域。3） 低压分散补偿 （就地补偿 ）这种方式是将并联电容器装在需要补偿的设备附近，与该设备一起投切。这种补偿方式可补偿安装位置前线路及变压器上的无功功率，可以看出这种补偿方式的补偿范围最大，效果也较好，但这种补偿方式的投资较大。由以上资料得知，由于本设计是把 35KV

16、电压变为 6KV 电压，因此选用高压集中补偿方式。这种补偿方式能补偿 6kv 母线前线路上的无功功率，并且这种补偿方式的初投资少，便于运行维护，还可以根据负荷实际变化情况调节补偿电容。3 补偿电容器的选择变电所对功率因数有这样高的要求，仅仅依靠提高自然功率因数的办法，一般不能满足要求。因此，变电所需装设无功补偿装置，对功率因数进行人工补偿。计算过程如下：KWPKNT 4.96180.30 var732.7kQ并联前： 30122220.5946.cos 0.78(.7)(870.34)P1tan.8并联后：，2cos0.92tan0.48所以，需要补偿的无功功率 3012(tt).7596.4

17、(082.4)25.96varcQP k因此选补偿电容器的型号为：BWF6.3-80-1W(B:并联变容器，W：十二烷基苯（液体介质） ，F：纸薄膜复合（固体介质） ，W(末尾) ：户外型，额定电压： 6.3KV，额定容量：80Kvar，相数：1)。221 6()80()7.5var.3NccUQk北京林业大学电气课程设计说明书第页25.9631.047n所以电容器的个数选 33 只。第 3 章 变压器的选择电力变压器是供配电系统中实现电能输送、电压变换，满足不同电压等级负荷要求的核心器件，并影响电气主接线的基本形式和变电所总体的布置形式。供配电设计时，应经济合理的选择变压器的型式、台数及容量

18、，并使所选变压器的总拥有费用最小。3.1 变压器的型式选择变压器的型式选择是指确定变压器的相数、绕组型式、绝缘及冷却方式、联结组标号、调压方式等。并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品。从供配电工程设计指导的表 3-10得知，变压器的不同型式有不同的适用范围。其具体内容如表 3.1 所示。表 3.1 变压器的型式选择序号 类型 适用范围 备注三相 一般工业与民用供配电工程1 相数单相 单台单相负荷较大的场所宜选用双绕组 一般工业与民用供配电工程2 绕组型式 三绕组 用于有 3 种电压的变电所中，通过主变压器各侧绕组的功率均达到变压器容量的15%以上一般正常环境的变电所 S11、S15

19、等型油浸式 在具有化学腐蚀性气体、蒸气或具有导电及可燃粉尘、纤维会影响变压器安全运行的场所，应选择密封式S11-M.R 等型3绝缘及冷却方式 干式 用于防火要求较高或潮湿、多尘环境的变电所，多层或高层主体建筑内的变电所SCB10 环氧树脂浇铸式、SGB10 非包封线圈式Yyn0低压中性线电流（含 3n 次谐波电流）不超过相绕组额定电流的 25%，且一相负荷电流在满载时不超过额定电流时10（6）/0.4KV 变压器Yzn11 用于多雷区及土壤电阻率较高的山区 10（6）/0.4KV 变压器Dyn111） 在 TN 及 TT 系统接地型式的低压电网中，单相负荷不平衡时2） 电压配电系统中 3n 次

20、谐波电流较大时3） 需要提高低压侧单相接地故障保护灵敏度时10（6）/0.4KV 变压器4联结组标号Yd11 用于 35KV 总降压变电所 35/10.5（6.3）KV变压器无载调压 一般工业与民用供配电工程 10（6）/0.4KV 变压器5 调压方式 有载调压 35KV 变电所的主变压器 电网电压偏差不能满足北京林业大学电气课程设计13用户对电压要求严格的 10KV 及以下配电变压器要求时采用以表 3.1 作为依据，结合本厂的情况，具体的变压器型式选择如表 3.2 所示。表 3.1 本工厂变压器的型式选择序号 类型 最终选择1 相数 三相2 绕组型式 双绕组3 绝缘及冷却方式 油浸式4 联结

21、组标号 Yd115 调压方式 有载调压3.2 变压器的台数选择由供配电工程设计指导的表 3-11 可知，由于本厂含有大量一级或二级负荷，故本厂选用两台变压器。3.3 变压器的容量选择由供配电工程设计指导的表 3-12 可知，变电站的容量选择有以下选择条件：变压器的容量 首先应保证在计算负荷 下变压器能长期可靠运行。且在一台变压器故障时，NS30S也能满足全部一、二级负荷的需要。对于两台等容量的变压器， 且 。307.6SSN)21(30N由于本厂的负荷全部为一、二级，故，其中KVASN 04.175.1%03QP04.1753.294.96223 因此，要求所选变压器的容量为 12500KVA

22、。综合以上各种条件，查供配电工程设计指导的附录光盘中附录二：变压器及箱式变电站部分得到本设计所用的变压器的型号： SZ9-12500/35,。其中，S 表示三相；Z 表示有载调压；9表示设计序号；12500 为额定容量，单位为 KVA；35 表示额定电压，单位为 KV。但值得注意的是，该变压器常用的联结组标号为“Ynd11 ”， “n”表示带中性线， “11”表示变压器二次侧的线电压 Uab滞后一次侧线电压 UAB330 度（或超前 30 度） 。因此本设计中也采用这样的联结组标号。3.4 变压器接地方式北京林业大学电气课程设计说明书第页中性点运行方式选择主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及

23、供电的可靠性，主要分为以下几种：（1）中性点直接接地（2）中性点不接地（3）中性点经消弧线圈接地（4）中性点经电阻接地1）中性点经高电阻接地；2）中性点经低电阻接地从工业与民用配电设计手册第二章第三节可知，对于该工厂的 35KV 系统，当单相接地故障电容电流不超过 10A 时，应采用不接地方式。当超过 10A 又需在接地故障条件下运行时，应采用经消弧线圈接地方式。查工业与民用配电设计手册的第 152 页可知，本工厂的单相接地电容电流计算如下： AlUINC 1029.7%)13(350).12(%)1(350)(21 其中 架空线路的长度1l电缆线路的长度2故采用中性点不接地的方式。3.5 功

24、率因数的校验校验如下：查资料得：空载损耗 POT=16KW，短路损耗 PCu.NT=63KW，空载电流百分值 IOT%=0.7，短路电压百分值 UK%=8。2()cTOCuNTS得 21750436()1.9TPKW而 var5.870.10%SIQNTOT北京林业大学电气课程设计15var102510810%KSUQNTKNT 75.4387.5()97.22 2 2303030()(6.1)(709.347.83.56)TTCSP=11048.6KVA Igmax，满足要求。max1250.6.3gI A校验热稳定： SKQt 228.107).8(4.7AIt 259可以看出 ， ，所以

25、满足要求。2tIt6.2.3 断路器高压断路器不仅能通断正常的负荷电流，而且能接通和承担一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。高压断路器的型式可按使用场合分为户内和户外两种，也可以按断路器采用的灭弧介质分为压缩空气断路器、油断路器、真空断路器、SF6 断路器等多种型式。目前， 35KV 及以下变配电所中广泛采用户内型真空断路器，配用弹簧操动机构或永磁操动机构。其型号表示为：型号设计序号额定电压/额定电流额定短路开断电流。高压断路器的选择条件见表 6.2。表 6.2 高压断路器的选择条件序号 选择项目 具体条件1 额定电压 允许最高工作电压不应低于所在线路的最高运行电压

26、2 额定电流 应大于该回路的最大持续工作电流3 额定频率 等于电网工频 50HZ4 额定短路开断电流 应大于安装地点的最大短路电流的有效值5 额定峰值耐受电流 不应小于安装地点的最大短路冲击电流6 额定短时耐受电流应满足条件 ，短路电流热效应为ttQI2，式中，It、t 为断路器额定短时耐受电)05.()3kt流（KA） （与额定短路开断电流值相同） 、时间（4s） ； 为安装)3(kI地点的最大短路电流的有效值；tk 短路持续时间，tk=tp+tb，tp宜取后备保护动作时间（s） ，tb 为断路器全分段时间（s） ，对一北京林业大学电气课程设计说明书第页般断路器取 0.2s；tk1s 时，

27、kttIQ2)3(35KV 侧断路器选择 SN10-35最大持续工作电流max1250.6.3gI A校验如表 6.3。表 6.3 35KV 侧断路器校验序号 选择项目 安装地点数据 断路器数据 结论1 额定电压 Um=35KV UN=35KV UN=Um ，合格2 额定电流 Igmax=216.5A IN=1250A IN Igmax ，合格3 额定频率 50HZ 50HZ 合格4 额定短路开断电流 =7.324KA)3(kIIoc=20KA Ioc ,合格)3(k5 额定峰值耐受电流 =18.68KA)(shi imax=50KA imax ,合格)(sh6额定短时耐受电流,即热稳定校验

28、SKAQt28.107).034SKAtI221604,合格ttQI26KV 侧断路器选择 SN10-10最大持续工作电流AIg 954.126350.1max校验如表 6.4。表 6.4 6KV 侧断路器校验序号 选择项目 安装地点数据 断路器数据 结论1 额定电压 Um=6.3KV UN=10KV UNUm ，合格2 额定电流 Igmax=1262.954A IN=2000A IN Igmax ，合格3 额定频率 50HZ 50HZ 合格4 额定短路开断电流 =10.72KA)3(kIIoc=43.3KA Ioc ,合格)3(k北京林业大学电气课程设计295 额定峰值耐受电流 =27.34

29、KA)3(shi imax=130KA imax ,合格)3(sh6额定短时耐受电流,即热稳定校验 SKAQt 2837.9).01(0SKAtI2274603.,合格ttQI26.2.4 电流互感器电流互感器把大电流变换为小电流，便于连接测量仪表和继电器，使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘，并且扩大仪表、继电器等二次设备应用的电流范围，使仪表、继电器等二次设备的规格统一，利于批量生产。电流互感器的准确度级别有 0.2，0.5,1.0，3.0，10 等级。测量和计量仪表使用的电流互感器为0.2 级，电流、电压测量用的电流互感器允许使用 1.0 级，对非重要的测量允许使用 3.0 级。电流互感

30、器的型号由字母符号及数字组成，通常表示电流互感器绕组类型、绝缘种类、使用场所及电压等级等。字母符号含义如下：第一位字母：L电流互感器。第二位字母：M母线式(穿心式 )；Q 线圈式； Y低压式；D 单匝式； F多匝式；A 穿墙式；R 装入式；C 瓷箱式。第三位字母： K塑料外壳式；Z浇注式；W户外式；G改进型；C 瓷绝缘；P中频。第四位字母：B 过流保护；D 差动保护；J 接地保护或加大容量；S 速饱和；Q 加强型。字母后面的数字一般表示使用电压等级。电流互感器的选择条件如下表 6.5 所示。表 6.5 电流互感器的选择条件序号 选择项目 具体条件1 额定电压 与所在线路的额定电压相符2 额定一

31、次电流 不小于线路最大持续工作电流3 额定动稳定电流 不小于使用地点的最大短路冲击电流4额定短时热稳定电流应满足条件 ，短路电流热效应为ttQI2，tk 的选取同断路器)05.()3kt根据上述条件和短路电流计算结果 35KV 侧选 LCW35（油浸式户外型电流互感器，L: 电流互感器，C: 瓷箱式，w:户外，35：额定工作电压（KV） ；6KV 侧选 LZZQB-10（以环氧树脂作主绝缘并加强外绝缘的电流互感器） 。其技术数据如表 6.6 所示。北京林业大学电气课程设计说明书第页表 6.6型号 额定电流比(KA) 级次组合热稳定电流KA动稳定电流KA35kV 侧 LCZ35 300/5 0.

32、2/3 20(1S) 306kV 侧 LZZBJ-10 1500/5 0.2/5 40(4S) 100注：级次组合就是指两个精度不同的绕组的组合，一个测量级和一个保护组的组合。例如0.5/3 表示其中一个绕组的精度等级是 0.5 级，另一个绕组的精度等级是 3 级。35KV 侧电流互感器选 LCZ35最大持续工作电流： max1250.6.3gI A校验如下表 6.7 所示。表 6.7 35KV 侧电流互感器校验序号 选择项目 装置地点数据 互感器数据 结论1 额定电压 Um=35KV UN=35KV UNUm ，合格2 额定一次电流 Igmax=216.5A I1N=300A I1N Igmax ，合格3 额定动稳定电流 =18.68KA)3(shi imax=30KA imax ,合格)3(sh4额定短时（1S）热稳定电流 SKAQt28.107).04SKAtI22401,合格ttQI26KV 侧电流互感器选 LZZQB-10最大持续工作电流 AIg 954.126350.1max校验如表 6.8 所示。表 6.8 6KV 侧电流互感器校验序号 选择项目 装置地点数据 互感器数据 结论1 额定电压 Um=6KV UN=10KV UNU m ，合格2 额定一次电流 Igmax=1262.954A I1N=1500A I1N Igmax ，合格