第一机械总厂三分厂降压变电所供电设计毕业设计说明书(论文)20909

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1、内蒙古科技大学煤炭学院毕业设计说明书（论文）内蒙古第一机械总厂三分厂降压变电所供电设计一、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，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，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。二、设计依据图1 平面图1工厂总平面图 如图1所示。2工厂负荷情况 本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属

2、二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表l所示。3供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该电源干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首端(即电力系统的馈电变电站)距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线

3、由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，联络线电缆线路总长度为25km。4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-8，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0.8m处平均温度为25。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。5地质水文资料 本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主；地下水位为2m 。6电费制度 本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费：每月基本电费按主变压器容量计为20元/kVA，动力电费为0.4元/kWh，照明电费为0.6元

4、/kWh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性的向供电部门交纳供电贴费：610KV 为800元/（KVA）。 表1 负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量kW需要系数功率因数cos1铸造车间动力3000.30.70照明60.81.02锻压车间动力3500.30.65照明80.81.03金工车间动力4000.20.65照明100.81.04工具车间动力3600.30.60照明70.91.05电镀车间动力2500.50.80照明50.81.06热处理车间动力1500.60.80照明50.81.07装配车间动力1800.30.70照明60.81.

5、08机修车间动力1600.20.65照明40.81.09锅炉房动力500.70.80照明10.81.010仓库动力200.40.80照明10.81.011生活区照明3500.70.9摘 要 本毕业设计为工厂变电所设计，对在工厂变电所设计中的若干问题：负荷计算，三相短路分析，短路电流计算，高低压设备的选择与校验，变压器的继电保护，变电所二次回路及自动装置，防雷与接地，变电所的过电压保护，计量，无功补偿等几方面的设计进行了陈述，并对供电主接线的拓扑结构进行了阐述。 该工厂变电所采用10kV单电源进线，采用并联电容器进行低压集中补偿，对变压器进行过电流，电流速断，瓦斯保护，按三类防雷建筑物设防，采用

6、联合接地系统对建筑物进行保护。 在对供电系统短路计算的基础上，进行电力电缆和电气设备的选择设计，同时也对户外平面布置进行了初步的设计。 关键词 ： 工厂供配电，继电保护，防雷与接地，负荷计算 ABSTRACT This graduation project is designed for the factory transformer substation, to certain questions in factory transformer substation design: the load computation, the analysis of three-phase short-

7、circuits, the short-circuit current computation, the choice and verification of high and low pressure equipment, the transformer relay protection, the secondary circuit of the transformer substation and the automatic device, anti-thunder and the connection to the earth, the transformer substation ov

8、ervoltage protection, the measurement, the idle work compensated and so on, All the above aspects and the structure of the power supply host wiring topology have been stated. The transformer substation with a 10kV single power source coil in it uses main transformer, the biggest computation shoulder

9、s of which is 1636kW.It adopts the shunted capacitor to carry on the low pressure centralism for compensation and sets protection for the transformer by carring on the electric current to it breaking the speed of the flow gas protection, garrisons accerding to the third kind of anti-thunder building

10、s,and users the strong and weak electricity union earth system to carry on the protection to the building. Based on the computation of short-circuits to the power supply system, the project has a choice design of the power cable and the electrical equioment and a preliminary design to the outdoors p

11、lane arrangement at the same time. Keywords ： the power distribution ，supply in factory，the relay protection 前 言毕业设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动

12、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应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。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（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，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。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产

13、可能造成严重的后果。 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。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用 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。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以

14、下基本要求：（1） 安全 （2） 可靠 （3） 优质 （4） 经济 此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局又要考虑细节。本设计中从模拟的红旗机械厂出发，结合实际，统筹兼顾的进行了整个工厂变电所的设计。由于学生知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师、同学批评指正。目 录一、设计要求1二、设计依据1摘 要4ABSTRACT51 负荷计算和无功补偿91.1 负荷计算目的和意义及计算方法91.2 各车间计算负荷91.3 求低压侧总计算负荷132 变电所位置和型式的选择152.1 变电所位置和型式的选择153 变电所主接线方案的设计及电路图183.1

15、 主结线的选择原则183.2 变电所主变压器和主结线方案的选择213.3 变电所主接线方案的选择214 短路电流的计算234.1 短路电流计算的目的及方法235 变电所一次设备选择与校验265.1 电气设备选择的一般条件265.2 变电所一次设备的选择校验286 变电所进出线的选择与检验316.1 高压线路导线的选择316.2 低压线路导线的选择317 变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定337.1 二次回路方案选择337.2 继电保护的整定347.3 继电保护和绝缘监查368 防雷保护和接地装置的设计388.1 防雷保护388.2 变电所接地装置与系统39附录及参考资料421 负荷计算和

16、无功补偿1.1 负荷计算目的和意义及计算方法 电力负荷是工厂供电设计中非常重要的一环，它是今后合理选择导线、电缆截面和电器设备型号规格的理论依据。 负荷计算有多种计算方法，本次设计采用设计院常采用的设计方法需要系数法进行负荷计算。1.2 各车间计算负荷1.2.1 铸造车间计算负荷 动力 查表得 取Kd=0.3 cos=0.7 tan=1.02 P=Kd P=0.3300=90kwQ= Ptan=901.02=91.8kvar照明 P= P=6kw 铸造车间的总计算负荷 P= P+ P=906=96 kw Q=91.8 kvar S= = =132.83kvA I = =202.05A1.2.2

17、 锻压车间 动力 查表得 取Kd=0.3 cos=0.65 tan=1.17 P=Kd P=0.3350=105kwQ= Ptan=1051.17=122.85kvar照明 P= P=8kw 锻压车间的总计算负荷 P= P+ P=1058=113 kw Q=122.85 kvar S= = =166.92kvA I = =253.90A1.2.3 金工车间动力 查表得 取Kd=0.2 cos=0.65 tan=1.17 P=Kd P=0.2400=80kw Q= Ptan=93.6kvar照明 P= P=10kw 金工车间的总计算负荷 P= P+ P=8010=90 kw Q=93.6 kva

18、r S= = =129.85kvA I = =197.52A1.2.4 工具车间动力 查表得 取Kd=0.3 cos=0.6 tan=1.33 P=Kd P=0.3360=108kw Q= Ptan=1081.33=143.64kvar照明 P= P=7kw 工具车间的总计算负荷 P= P+ P=1087=115kw Q=143.64 kvar S= = =184kvA I = =279.90A1.2.5 电镀车间动力 查表得 取Kd=0.5 cos=0.8 tan=0.75 P=Kd P=0.5250=125kw Q= Ptan=93.75kvar照明 P= P=5kw 电镀车间的总计算负荷

19、 P= P+ P=1255=130kw Q=93.75 kvarS= = =160.28kvA I = =243.81A1.2.6 热处理车间动力 查表得 取Kd=0.6 cos=0.7 tan=0.75 P=Kd P=0.6150=90kw Q= Ptan=900.75=67.5kvar照明 P= P=5kw 热处理车间的总计算负荷 P= P+ P=905=95kw Q=67.5 kvarS= = =116.54kvA I = =177.27A1.2.7 装配车间动力 查表得 取Kd=0.3 cos=0.65 tan=1.02 P=Kd P=0.3180=54kw Q= Ptan=55.08

20、kvar照明 P= P=6kw 装配车间的总计算负荷 P= P+ P=546=60kw Q=55.08 kvarS= = =81.45kvA I = =123.89A1.2.8 机修车间 动力 查表得 Kd=0.2 cos=0.65 tan=1.17 P=Kd P=0.2160=32kwQ= Ptan =321.17=37.44kvar 照明 P= P=4kw1.2.9 锅炉房动力 查表得 取Kd=0.7 cos=0.8 tan=0.75 P=Kd P=0.750=35kwQ= Ptan =350.75=26.25kvar照明 P= P=1kw 锅炉房的总计算负荷 P= P+ P=351=36

21、kw Q=26.25 kvarS= = =44.55kvA I = =67.77A1.2.10 仓库动力 查表得 取Kd=0.4 cos=0.8 tan=0.75 P=Kd P=0.420=8kw Q= Ptan=80.75=6kvar照明 P= P=1kw1.2.11 生活区总计算负荷 P= P=350kw Q= Ptan=3500.35=122.5kvar1.3 求低压侧总计算负荷从以上计算中得出：有功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷1420.28再乘以同时系数=0.95, =0.97此时功率因素0.9, 所以要进行无功功率补偿1.3.1 求补偿容量由于本设计中cos=0.766237.6

22、8A铸造车间：BLX-70 =206A195.56A锅炉房： BLX-16 =79A66.55A锻压车间：BLX-150 =226A245.82A金工车间：BLX-70 =206A187.3A工具车间：BLX-120 =280A273.36A热处理车间：BLX-70 =206A171.13A装配车间：BLX-35 =129A117.33A机修车间：BLX-185 =800A746.76 并联Ial=746.76/2=373.38仓库：BLX-2.5 =25A13.45A宿舍区：BLX-10 =6035 A另外，送至各车间的照明线路采用：铜芯聚氯乙烯绝缘导线BLV型号。7 变电所二次回路方案的选

23、择及继电保护的整定7.1 二次回路方案选择7.1.1 二次回路选择二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。 考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。7.1.2 二次回路方案二次回路图是电力系统安装、运行的重要图样资料，一般有3种；电路原理图、展开图和安装接线图。而最常用的就是二次回路原理展开图。二次回路展开图有如下特点：1） 查线方便，避免了展开图和安装图相互对照使用的麻烦，可一图多用。2） 读图方便，容易掌握3） 分析问题快而准

24、。该图不但能清楚地分析工作原理，而且把每个设备端子的来龙去脉标示清楚。4） 这种二次回路展开原理图能够帮我们迅速排除故障，有一定的使用价值，推广运用它，会给运行、检修、试验人员带来很大方便。二次回路图如下（图7-1）图7-17.1.3 高压断路器的控制和信号回路高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合式）、备用电源自动投入装置（APD）。7.2 继电保护的整定继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保

25、护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。7.2.1变压器继电保护变压器的继电保护是

26、利用当变压器内外发生故障时，由于电流、电压、油温等随之发生变化，通过这些突然变化来发现、判断变压器故障性质和范围，继而作出相应的反应和处理。电力变压器是电力系统中使用相当普遍和十分重要的电气设备。虽然它有别于发电机，是一种静止的电气设备，结构比较可靠，发生故障的机会相对较少。但它一旦发生故障将会给供电的可靠性和系统的正常运行带来严重的后果。为了保证变压器的安全运行、防止故障的扩大，按照变压器可能发生的故障，装设灵敏、快速、可靠和选择性好的保护装置是十分必要的。1瓦斯保护瓦斯保护(包括重瓦斯、轻瓦斯保护)用来反应变压器油箱内的故障(包括油面降低)。容量为0.8MVA及以上的油浸式变压器和0.4M

27、VA及以上的室内油浸式变压器均应装设瓦斯保护。其中，轻瓦斯保护作用于信号，重瓦斯保护作用于跳开变压器各侧断路器。2纵联差动保护或电流速断保护纵联差动保护或电流速断保护用来反应变压器油箱内或其引出线的短路故障。对63MVA以下的厂用工作变压器，并联运行的变压器和10MVA以下的厂用备用变压器、单独运行的变压器，当后备保护的时限大于0.5s时，应装设电流速断保护作为快速保护。当所装设电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，应装设纵联差动保护。对高压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重差动保护(在纵联差动保护对单相接地短路的灵敏性不符合要求时，应增设零序差动保护)。3过电流保护或负序电流保护过电

28、流保护用来反应外部相间短路引起的变压器过电流，同时是变压器内部相间短路的后备保护。当采用一般过电流保护而灵敏度不能满足要求时，可采用复合电压起动的过电流保护或负序电流保护。4零序电流保护在电压为110kV及以上中性点直接接地电网中的变压器上，一般应装设零序电流保护，主要用来反应变压器外部接地短路引起的变压器过电流，同时作为变压器内部接地短路的后备保护。 5过负荷保护过负荷保护用来反应变压器的对称过负荷。容量为0.44MVA及以上的变压器，数台并列运行或单独运行且作为其它负荷的备用电源时，应装设过负荷保护。对于自耦变压器或多线圈变压器，其过负荷保护应能反应公共线圈及各侧的过负荷，过负荷保护动作后

29、发出信号。对无人值班的变电站，过负荷保护动作后，可起动自动减负荷装置，必要时跳开断路器。6过励磁保护过励磁保护用于大容量变压器，反应变压器过励磁(实际工作磁密超过额定工作磁密)且动作于信号或跳开变压器。7.3 继电保护和绝缘监查这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。a) 10KV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。b) 变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。c) 电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。d) 380V的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。e) 低压动力线路：装

30、设电流表一只。电测量仪表与绝缘监视装置1、考虑到系统运行时会产生各种形式的短路，因此厂区线路上应设有反时限过流保护。反时限过流保护如下图（按集中表示法绘制）图7-2工作原理由于小电流接地系统发生单相接地时，仍能满足三相用电设备的要求，因而可不装设继电保护装置来中断供电，而只装设绝缘监察装置，发出信号，以利于值班人员及时采取措施，消除故障。 绝缘监察装置由三相五柱式电压互感器、电压表和电压继电器组成，三块电压表监测三相对地电压，开口三角形连接的绕组和电压继电器构成零序电压过滤器。 当系统发生单相接地时，接地相对地电压降低(完全接地时为零)，完好的两相电压升高，从三块电压表的读数，即可判断出故障相

31、，同时，开口三角形出口出现零序电压，起动电压继电器，发出信号。 2、反时限过流保护由两个GL25型电流继电器和开关元件以及仪表器件组成3、原始资料提供系统的保护动作时限为1.7秒，本厂反时限过流保护保护动作时限应为1.0秒，与系统保护动作时限差一个时间级差der t der t=0.7秒4、本设计高、低压均设有短路器，故变压器不再加其他保护措施5、绝缘监察装置采用一个三相五柱式电压互感器和2快电压表组成8 防雷保护和接地装置的设计8.1 防雷保护 8.1.1 进出线的防雷保护1、：3kv10kv配出线的防雷保护当变电所3kv10kv配出线路上落雷时，雷电入侵波会沿配出线侵入变电所，对配电装置及

32、变压器绝缘构成威胁。因此在每段母线上和每路架空线上应装设阀型避雷器。对于有电缆段的架空线路，避雷器应装在电缆与架空线的连接处，其接地端应与电缆金属外壳相连。若配出线上有电抗器时，在电抗器和电缆头之间，应装一组阀型避雷器，以防电抗器端电压升高时损害电缆绝缘。8.1.2 配电网的防雷保护 1.与架空线连接的3kv10kv配电变压器，其3kv10kv侧应用阀型避雷器保护，并尽量靠近变压器装设，其接地线应与变压器低压侧中性点（或中性点不接地的电力网中，中性点击穿保险器的接地端）以及金属外壳连在一起接地。2.多雷区的3kv10kv,y,yn0和y,y接线的配电变压器，除在高压侧装设避雷器外，宜在低压侧装

33、设一组220v避雷器、440v压敏电阻、或击穿保险器，以防反变换波和低压侧雷电侵入波击穿高压侧绝缘。低压中性点不接地的配电变压器，应在中性点装设击穿保险器。3.3kv10kv柱上断路器和负荷开关，应用阀型避雷器或空气间隙保护。经常断路运行而又带电的柱上断路器、负荷开关或隔离开关，应在带电侧装设避雷器或保护间隙，其接地线应与柱上断路器等的金属外壳连接，且接地电阻不应超过10欧姆。a)3kv10kv架空配电线路不装设避雷线。b)为了提高3kv10kv钢筋混凝土电杆配电线路的绝缘水平，可采用瓷横担或高一级电压的绝缘子。c)低压架空线路接户线的绝缘子铁脚宜接地，接地电阻不宜超过30欧姆。土壤电阻率在200欧姆m及以下的铁横担钢筋混凝土杆线路，在入口处宜将绝缘子铁脚与该接地