1、 某冶金机械厂总降压变电所及配电系统设计摘 要随着我国国民经济的飞速发展，工业对电力的需求也越来越迫切。随着中国工业规模的不断扩大，对电力供应的安全性、可靠性提出了更高的要求，因此电力系统与用户直接关联的供电系统尤为重要。作为供电系统的主要组成部分，电气设备的质量及其性能的先进性是决定供电系统安全可靠运行的前提条件之一。本设计根据该冶金机械厂的相关资料和实际情况，对该厂的总降压变电所和高压供电系统进行设计。本设计首先根据工厂提供的资料对工厂的负荷情况进行了计算，根据负荷情况对变压器的容量和台数进行了选择。该厂电源由某变电所以35kV 双回路架空线引出，本设计选择在该厂设立总降压变电所先将电压降
2、为厂区供电电压 10kV，在由各车间变电所降为负荷所需电压。为保证供电系统的可靠性，总降压变电所采用单母线分段式接线方式，厂区供电系统采用放射式接线方式。通过计算，本设计对各变电所的主要电气设备、电缆和母线进行了选择和校验，对一次侧主要设备进行了继电保护整定，对避雷和接地装置进行了选择。关键词：变电所；供电系统；电气设备23Title A Design of High Voltage Power Supply System and Substation for One Metallurgical Machinery Plant AbstractWith the rapid developmen
3、t of Chinese national economy, demand of industrial electricity is also more urgent. With the constant expansion of Chinese industry, the security of electricity supply, higher requirements for reliability, power system and the user therefore directly related to the power supply system is particular
4、ly important. As a major component of power supply system, electrical equipment quality and performance of advanced power supply system is to determine the safe and reliable operation of one of the prerequisites. The design of Metallurgical Machinery Plant under the relevant information and circumst
5、ances, the plants general step down substation and high voltage power supply system design. First, the design of information provided under the plant load factory conditions were calculated, according to load situation on the transformer capacity and numbers were selected. The plant is powered by a
6、substation to 35kV double circuit overhead line extraction, the establishment of the design choices in the plant reduced the total voltage step-down substation plant first supply voltage 10kV, the load is reduced by the plant substation required voltage. To ensure the reliability of power supply sys
7、tem, the total step-down substation single bus segmental wiring, the factory power supply system with radial terminals. By calculating, the design of the main electrical substation equipment, cables and bus selection and validation carried out on the lightning protection and grounding devices of cho
8、ice.Keywords：Substation; Power System；Electrical Equipment4目 次1 绪论 .11.1 工厂供电的意义及要求 .11.2 工厂供电设计的一般原则 .21.3 设计的具体内容 .21.4 工厂原始资料 .32 工厂的电力负荷及其计算 .42.1 工厂的电力负荷 .42.2 车间计算负荷的确定 .42.3 工厂计算负荷的确定 .52.4 无功功率补偿及其计算 .73 降压变电所及变压器的选择 .93.1 总降压变电所所址的选择 .93.2 降压变电所形式的选择 .93.3 厂区供电电压的选择 .103.4 总降压变电所变压器台数和容量的选择
9、 .113.5 车间变电所变压器选择 .114 总降压变电所主接线方案及供电线路的设计 .134.1 总降压变电所的任务和类型 .134.2 变电所主接线方案的设计原则与要求 .134.3 主接线方案的选择 .144.4 厂区配电线路的设计 .154.5 总降压变电所二次回路操作电源设计 .155 短路电流计算 .175.1 短路电流计算的目的 .1755.2 短路电流计算的方法和步骤 .175.3 该厂供电系统电路及短路等效电路 .195.4 短路计算 .195.5 短路计算结果 .266 一次设备的选择与校验 .276.1 一次设备的选择校验的条件与项目 .276.2 一次设备效验公式 .
10、276.3 一次设备的选择与校验 .286.4 电缆、母线的选择 .307 继电保护装置的整定计算 .347.1 总降压变电所 35/10kV 变压器的保护 .347.2 35kV 电力线路保护 .367.3 10kV 电力线路保护 .388 防雷保护与接地装置的设计 .398.1 变电所防雷保护与防雷装置的选择 .398.2 接地装置的设计计算 .39结 论 .41致 谢 .42参 考 文 献 .43附录 A 总降压变电所平面布置图 .44附录 B 10kV 开关柜室平面图 .45附录 C 二次保护原理图 .46附录 D 变电所防雷平面布置图 .47附录 E 变电所接地平面布置图 .4801
11、 绪论从十九世纪七十年代开始，人类开始了以电能的广泛使用为显著特点的第二次工业革命。这个时期的电力工业和电器制造业迅速发展起来，同时为社会创造了巨大的社会财富，也极大地提高了人们的生活水平，更为以后电子计算机的问世奠定了基础。1831 年，法拉第发现了电磁感应定律，它揭示了电、磁现象之间的相互联系，为以后发电机的发明、电能的大规模生产和传输以及电能的广泛应用提供了重要理论基础。随着电能在社会各个方面的广泛应用，人类社会从此进入了电气化时代，电能成为主要的能源，并极大地促进了社会生产力的发展。1.1 工厂供电的意义及要求电能不仅是人们生活的能源，更重要的是工业生产的主要能源和动力。电能容易从其他
12、一次能源中获得，也容易转化为工业生产中的电能、动能，而且使用方便灵活。电能的输送和分配简单经济是电能的又一优点，通过导线可以直接把电能引至负荷，不像蒸汽机、内燃机那样笨重，更避免了一次能源费时耗力的运输。当代工厂里应用的信息技术、生产自动化技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。因此，电能在当代工业生产有着及其广泛的应用，是工业生产中不可替代的能源。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
13、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。在工厂中，供电系统起着至关重要的作用。要保证工厂内的正常生活生产秩序、保证人民群众财产，就要有一个可靠稳定的供电系统。一个优质的工厂供电系统必须达到以下基本要求：（1）安全 电能在供应、分配和使用中，要保证输电线路的安全性，设计合理的供电系统，不能够因为供电系统出现人身伤亡事故和设备事故；（2）可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。对于一些要求连续不间断供1电的企业，可靠性是第一位的。对于一些负荷，如果由于电力系统故障供电系统突然中断，可能会造成重大设备损坏、大量产品报废很严重的经济财产
14、损失，甚至发生重大的人身伤亡事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失；（3）优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。使用电设备在额定的电压、频率下进行生产，不仅可以避免设备损坏，而且也以提高产品质量，给企业带来利润；（4）经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。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
15、，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 设计的具体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
16、定工厂总配变电所的所址和型式；（3） 确定工厂总配变电所的所址、形式、主接线方式，确定主变压器的型式、容量和台数；（3） 短路电流计算；（4） 一次设备的选择；2（5） 选择工厂电源进线及高压配电线路；（6） 对一次侧进行继电保护整定计算；（7） 工厂总配变电所防雷保护及接地装置的设计。1.4 工厂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。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
17、车间负荷情况及车间变电所的容量见表 2.1 和表 2.2。4、供用电协议1）工厂电源从供电部门某 220/35kV 变电站以 35 kV 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 1.1 所示。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
18、二级负荷。图 1.1 工厂总平面布置图表 1.1 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 Socmax=200MVA 最小运行方式 Socmin=175MVA铆 焊 车 间 N0.3变 电 所 机 修 车 间空 压 站 No.4变 电 所 综 合 楼锻 造 车 间铸 钢 车 间No.1变 电 所 No.1变 电 所 铸 铁 车 间No.2变 电 所 木 型 车 间 木 型 库制 材 场锅 炉 房No.5变 电 所 水 塔水 泵 房 北35kV电 源 进 线32 工厂的电力负荷及其计算2.1 工厂的电力负荷电力负荷（electric
19、power load）又称电力负载，有两种含义：一是指耗用电能用电设备或用户，另一是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负荷（轻载） 、重负荷（重载） 、空负荷（空载） 、满负荷（满载）等。电力负荷的具体含义视具体情况而定，本章指的是用电设备或用户耗用的功率大小。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
20、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 车间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
21、计算负荷的方法有需要系数法、利用系数法和二项式法。需要系数法是国际上普遍采用的确定计算负荷的基本方法，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 P30 为（2.1）ed30PK这里的 Kd 称为需要系数（demand coefficient） ，P e 为车间用电设备总容量。4无功计算负荷 Q30 为（2.2）tanP30式中，tan 为对应于车间用电设备 的正切值。cos视在计算负荷为（2.3）cosPS30式中， 为车间供电设备的平均功率因素。cos计算电流 I30 为（2.4）N30USI式中，U N 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
22、出该工厂各车间的负荷计算表及该工厂 6kV 高压设备的负荷计算表，结果见表 2.1 和表 2.2。2.3 工厂计算负荷的确定工厂计算负荷是选择工厂电源进线及主要电气设备包括主变压器的基本依据，也是计算工厂的功率因素及无功补偿容量的基本依据，确定工厂计算负荷的方法很多，有需要系数法、年产量估算工厂计算负荷和逐级计算法等。根据国际普遍的计算方法和该冶金机械厂的实际情况，本设计采用需要系数法计算工厂的计算负荷。根据该厂提供的各车间及工厂高压设备负荷数据，运用需要系数法，根据上面给出的公式通过计算、整理得出该工厂的负荷计算表 2.3。表 2.1 各车间 380V 负荷计算表计算负荷序号车间（单位）名称设备容量/kWKd costanP30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A车间变电所代号变压器台数及容量/kVA1 铸钢车间 2000 0.4 0.65 1.17 800 936 1230.8 1870 No.1 车变 21600铸铁车间 1000 0.4 0.70 1.02 400 408 571.4 867.5砂库 110 0.7 0.60 1.33 77 102.4 128.3 194.92小计(K =0.9) 2110 429.3 459.4 628.8 955.4No.2 车变 2800（续表）
