1、東 北 石 油 大 學課 程 設 計2013年 11月 24 日東北石油大學課程設計任務書課程 工廠供電課程設計題目 電機修造廠變電所高壓配電系統(tǒng)設計 專業(yè) 電氣工程及其自動化 姓名 學號 100 主要內容：本論文主要依照工廠供電設計必須遵循的一般原則、基本內容和設計流程，對某電機修造廠變電所進行了設計說明，本文按照設計要求，在查閱大量參考資料、手冊后，對負荷計算及無功功率補償計算，變配電所所址和型式的選擇，變電所主變壓器臺數(shù)、容量及類型的選擇，變配電所主結線方案的設計，短路電流的計算，變配電所一次設備的選擇，變配電所二次回路方案的選擇及繼電保護裝置的選擇與整定，變配電所防雷保護與接地裝置的設

2、計等進行了詳細的設計說明。并附有相應的圖表、公式和計算結果。這次設計的變配電所完全滿足設計要求。本設計通過對計算負荷，選出變壓器；通過計算三相短路電流，選出其他保護器件；通過三相短路電流，選擇過電流保護設備；然后選擇二次回路的設備，對一次側設備進行控制、檢測；最后注意安全、接地和防雷的設置。參考資料：1 劉介才.工廠供電 M 北京：機械工業(yè)出版社，2003.44-482 劉滌塵、吳政球.電氣工程基礎M.武漢：武漢理工大學出版 社.2003年3 何仰贊，溫增銀電力系統(tǒng)分析 M 武漢：華中科技大學出版社，20044 張學成.工礦企業(yè)供電設計指導書M.北京：北京礦業(yè)大學出版 社.1998年5 蘇文成

3、.工廠供電M.北京：機械工業(yè)出版社.2004年完成期限 2013.11.18至2013.11.24指導教師專業(yè)負責人2013年 11 月 15 日工廠供電課程設計（報告）目 錄1 設計目的 ··································&

4、#183;·················································&

5、#183;························· 1 2 工廠負荷計算及配電系統(tǒng)的確定 ·····················

6、;················································· 12.1

7、 工廠實際情況 ················································

8、3;·········································· 12.2 工廠負荷計算和無功補償計算 ····&#

9、183;·················································&#

10、183;········ 42.3 變電所高壓配電主接線方案選擇 ······································

11、;····················· 6 3 電氣設備選擇與電器校驗 ··························

12、··················································

13、······ 73.1 變電所高壓配電系統(tǒng)母線的選擇 ························· 錯誤！未定義書簽。3.2 高壓配電系統(tǒng)的校驗 ···········

14、83;································· 錯誤！未定義書簽。 4 變電所高壓配電系統(tǒng)防雷與接地 ············

15、;··················································

16、;······ 104.1 變電所高壓配電系統(tǒng)的防雷 ········································

17、83;························ 104.2 變電所高壓配電系統(tǒng)的接地 ······················&

18、#183;·········································· 11 5 結論 ·····

19、3;·················································

20、3;·················································

21、3;·········· 12 參考文獻 ······································&

22、#183;·················································&

23、#183;······················· 14工廠供電課程設計（報告）1 設計目的本題目主要目的是設計某電機修造廠的變電所高壓配電設計。與原來的課程設計比較，本題不僅設計量大了許多，而且在更個方面的要求也有所加強。雖然變電所的設計在現(xiàn)在已經不是高新的技術，但是作為電氣專業(yè)的學生，本題目還是很全面的包含了一大部分專業(yè)課程學習的內容，而且各個方面都有所深入

24、。尤其是繼電保護的問題，有了更加深入的學習。雖然本題沒有對變電站綜合自動化有所研究，但是對日后向這個方面的學習和發(fā)展打下了堅實的基礎。通過這次設計不僅進一步加強專業(yè)知識的學習，拓寬知識面，提高理論知識水平。而且擴寬了就業(yè)面，提高就業(yè)能力，提高了獨立思考和分析問題的能力。2工廠負荷計算及配電系統(tǒng)的確定21 工廠實際情況（1） 電機修造廠總平面圖（圖2-1）圖2-1 某電機修造廠總平面布置圖（2） 工廠生產任務、規(guī)模及產品規(guī)格1工廠供電課程設計（報告）本廠承擔某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)各附屬廠的電機、變壓器修理和制造任務。年生產規(guī)模為修理電機7500臺，總容量為45萬KW；制造電機總容量為6萬KW，制造單

25、機最大容量為5520KW；修理變壓器500臺；生產電氣備件為60萬件。是大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)重要組成部分。 （3）工廠各車間負荷計算表2工廠供電課程設計（報告）（4） 供用電協(xié)議 當?shù)毓╇姴块T可提供兩個供電電源，供設計部門選定： 從某220/60kV區(qū)域變電所提供電源，此站距廠南側4.5公里。 為滿足二級負荷的需求，從某60/10.5kV變電所，提供10kV備用電源，此所距廠南側4公里。 電力系統(tǒng)短路數(shù)據，如表2-2所示。其供電系統(tǒng)圖，如圖2-2所示。表2-2 區(qū)域變電站60kV母線短路數(shù)據kVj圖2-2 供電系統(tǒng)圖 供電部門對工廠提出的技術要求： 區(qū)域變電所60kV饋電線的過電流保護整定時間t1

26、.8s，要求工廠總降壓變電所的過電流保護整定時間不大于1.3s。 在企業(yè)總降壓變電所60kV側進行電能計量。 該廠的總平均功率因數(shù)值應在0.9以上。（5） 工廠負荷性質本廠大部分車間為一班制，少數(shù)車間為兩班或三班制，年最大有功負荷利用3工廠供電課程設計（報告）小時數(shù)為2200h。鍋爐房供生產用高壓蒸汽，停電會使鍋爐發(fā)生危險。又由于該廠距離市區(qū)較遠，消防用水需廠方自備。因此，要求供電具有一定的可靠性。（6） 本廠自然條件 氣象資料 最熱月平均最高溫度35攝氏度，土壤中0.7-1米深處一年中最熱月平均溫度為20攝氏度，土壤凍結深度為1.10米，夏季主導風向為南風，最高氣溫+40度，最低-40度，導

27、線復冰時氣溫-5度，最大風速時氣溫-5度，最大風速25米/秒，導線復冰時風速10米/秒，最高最低氣溫時風速0米/秒，復冰厚度10毫米，年雷暴日數(shù)31.5日。 地質水文資料 該廠區(qū)地層以砂粘土為主，地質條件較好，地下水位2.8-5.3m，地耐壓力為15噸/平方米。2.2負荷和無功補償?shù)挠嬎恪＃?）負荷計算的方法有功計算負荷為P30=KdPe (3-1)式中，Pe為設備容量。無功計算負荷為Q30=P30tan (3-2)式中，tan為對應于用電設備組cos的正切值。視在計算負荷為S30=22P30+Q30 (3-3)總的計算電流為 I30=式中，UN為額定電壓380V。 S303UN (3-4)4

28、工廠供電課程設計（報告）（2）負荷計算。取Kp = 0.92; Kq = 0.95根據上表可算出：P30i = 6520kW; Q30i = 5463kvar則 P30 = KPP30i = 0.92×6520kW = 5999kWQ30 = KqQ30i = 0.95×5463kvar = 5190kvarS30=22P30+Q30 7932KV·AI30 = S30/3UN 94.5ACOS = P30/S30 = 5999/7932 0.75（3）功率補償由于本設計中上級要求COS0.9,而由上面計算可知COS=0.75<0.9，因此需要進行無功補償。

29、綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器進行高壓集中補償?？蛇x用BWF6.3-100-1W型的電容器，其額定電容為2.89µFQc = 5999×（tanarc cos0.75tanarc cos0.92）Kvar=2735Kvar 取Qc=2800 Kvar因此，其電容器的個數(shù)為： n = Qc/qC = 2800/100 =28而由于電容器是單相的，所以應為3的倍數(shù)，取28個 正好變壓器的功率損耗為：（P18 估算PT（0.01-0.02） QT（0.05-0.08） PT = 0.015 S30 = 0.015 * 6564= 98.5 KwQT = 0.06 S30= 0.06

30、 * 6564 = 393.8 Kvar變電所高壓側計算負荷為：P30= 5999+ 98.5 = 6098 KwQ30= (5463-2800 )+ 393.8= 3057 KvarS30 = (P302 + Q302) 1/2= 6821 KV .A無功率補償后，工廠的功率因數(shù)為：cos= P30/ S30= 6098 / 6821= 0.9cos= P30/S30= 0.90.9因此，符合本設計的要求5工廠供電課程設計（報告）2.3變電所高壓配電主接線方案選擇由于需要裝設兩臺主變壓器，所以可設計下列兩種主結線方案：（1） 一條電源進線的主結線方案（2） 兩條電源進線的主結線方案（3） 兩

31、種主結線方案的技術經濟比較（表2-3）表2-3 兩種主結線方案的比較從表2-3可以看出，雖然按經濟指標，一條電源進線的主接線方案遠優(yōu)于兩條電源進線的主接線方案，但是按技術指標，兩條電源進線的主接線方案優(yōu)于一條電源進線的主接線方案。為了給工廠的正常生產提供更加穩(wěn)定、可靠的電源，所以決定采用兩條電源進線的主接線方案。6工廠供電課程設計（報告）3電氣設備選擇與電器校驗3.1變電所高壓配電系統(tǒng)母線的選擇按規(guī)定60kV級的變電所的高壓母線應按發(fā)熱條件進線選擇，并校驗其短路穩(wěn)定度。（1） 60kV母線的選擇校驗 按發(fā)熱條件選擇由I30=I1NT=104A及室外環(huán)境溫度35，查資料，初選硬鋁母線LMY-3（

32、25×3），其35時Ial233A>I30，滿足發(fā)熱條件。 動穩(wěn)定度校驗 母線在三相短路時所受的最大電動力為 (3)2l F(3)=ish10-7NA2 a=(19.46103)20.9m10-7NA2368.95N 0.16m 母線在F(3)作用時的彎曲力矩為F(3)l368.95N0.9mM=33.2Nm 1010 母線的截面系數(shù)為b2h(0.025m)0.003mW=3.1210-7m3 662 故母線在三相短路時所受到的計算應力為c=M33.2Nm6=5310Pa=53MPa -73W3.1210m而硬鋁母線（LMY）的允許應力為al=70MPa>c=53MPa，

33、由此可見該母線滿足短路動穩(wěn)定度的要求。 熱穩(wěn)定度校驗計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面(3)Amin=Itima0.95s=7.63103A85.5mm2 2C87As/mm式中tima變電所60kV側縱聯(lián)差動保護動作時間按0.7s整定，再加上斷 7工廠供電課程設計（報告）路器斷路時間0.2s，再加0.05s。由于母線的實際截面為A=253mm2=75mm2>Amin，因此該母線滿足短路熱穩(wěn)定度要求。（2） 10.5kV母線的選擇校驗采用硬鋁母線LMY-3(60×6)50×5。（其選擇和計算方法同前，從略） 所以電機修造廠高壓母線選擇如表3-1所示表3-1電機修造廠高壓母線

34、選擇3.2變電所高壓配電系統(tǒng)的校驗。 采用LJ型鋁絞線架空敷設，與相距約4km的某60/10.5kV變電所的10.5kV母線相聯(lián)。（1） 按發(fā)熱條件選擇工廠二級負荷容量共503kVA，I30=503kVA/310.5kV27.7A及室外環(huán)境溫度為35，查表，初選LJ-16，其35時的Ial93.5A>I30，滿足發(fā)熱條件。（2） 校驗電壓損耗由表查得纜芯為16mm2的鋁絞線的R0=2.07km，X0=0.38km（按線間幾何均距0.8m計）。150.4kvar，線路又P30=(200.1+184)kW=384.1kW，Q30=(63.686.8)kvar)長度按4km計，因此按式(3-9

35、)，得U=384.1kW(2.074)150.4kvar(0.384)340.9V 10kVU=(340.9VV)1003.4<Ual8 =5滿足允許電壓損耗5工廠供電課程設計（報告）的要求。（3） 短路熱穩(wěn)定度校驗因為鄰近某60/10.5kV變電所電源10.5kV側的短路數(shù)據不知，因此該聯(lián)絡線的短路熱穩(wěn)定度校驗計算無法進行，只有暫缺。綜合以上所選電機修造廠變電所進出線和聯(lián)絡線的導線和電纜型號規(guī)格如表3-2所示表3-2電機修造廠變電所進出線和聯(lián)絡線的型號規(guī)格9工廠供電課程設計（報告）4防雷與接地4.1 變電所高壓配電系統(tǒng)的防雷保護（1） 直擊雷防護在變電所屋頂裝設避雷針或避雷帶，并引出兩

36、根接地線與變電所公共接地裝置相連。由于變電所有露天配電裝置，應在變電所外面的適當位置裝設獨立避雷針，其裝設高度應使其防雷保護范圍包括整個變電所。按規(guī)定，獨立避雷針的接地裝置接地電阻RE10。通常采用36根長2.5m、50mm的鋼管，在裝避雷針的桿塔附近作一排或多邊形排列，管間距離5m，打入地下，管頂距地面0.6m。接地管間用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼焊接相連。引下線用25mm×4mm的鍍鋅扁鋼，下與接地體焊接相連，并與裝避雷針的桿塔及其基礎內的鋼筋相焊接，上與避雷針焊接相連。避雷針采用20mm的鍍鋅圓鋼，長11.5m。獨立避雷針的接地裝置與變電所公共接地裝置應有3m以上距離

37、。在35kV架空進行上，架設12kM的避雷線，以消除近區(qū)進線上的雷擊閃絡，避免其引起的雷電侵入波對變電所電氣裝置的危害。（2） 雷電侵入波的防護 在35kV電源進線的終端桿上裝設FZ-35型閥式避雷器。引下線采用25mm×4mm的鍍鋅扁鋼，下與公共接地網焊接相連，上與避雷器接地端螺栓連接。 在35kV高壓配電室內裝設有JYN1-35-102型開關柜，其中配有FZ-35型避雷器，靠近主變壓器。主變壓器主要靠此避雷器來保護，防護雷電侵入波的危害。 在10kV高壓配電室內裝設有GG-1A(F)-55型開關柜，其中配有FS4-10型避 10工廠供電課程設計（報告）雷器。主要保護10kV側出線

38、上的各種一次設備。4.2變電所高壓配電系統(tǒng)公共接地裝置的設計（1） 接地電阻的要求 按資料上的表，此變電所的公共接地裝置的接地電阻應滿足以下條件： RE10RE250VIE=250V20A=12.5UN(loh+35lcab)35kV(60km+354km)=20A 350350式中 IE=（由于題目沒有給出35kV電網中架空線路和電纜線路總長度，所以我假設35kV電網中架空線路總長度loh為60km，35kV電網中電纜線路總長度lcab為4km。）因此公共接地裝置接地電阻RE10（2） 接地裝置的設計 單根垂直管形接地體的接地電阻RE(1)l=100m=40 2.5m采用長2.5m、50mm的鋼管14根，沿變電所三面布置，管距5mm，垂直打入地下，管頂離地面0.6m。管間用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼焊接相連。變電所的變壓器室有兩條接地干線，35kV、10kV配電室各有一條和兩條接地干線與室外公共接地裝置焊接相連，