某冶金机械厂总降压变电所及配电系统设计

某冶金机械厂总降压变电所及配电系统设计二、生产任务及车间组成1、本厂产品及生产规模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、锻造、铆焊、毛坯件为主体，生产规模为：铸钢件1万件、铸铁件3千吨、锻件1千吨、铆焊件2千5百吨。2、本厂车间组成（1）铸钢车间；（2）铸铁车间；（3）锻造车间；（4）铆焊车间；（5）木型车间及木型库；（6）机修车间；（7）砂库；（8）制材场；（9）空压站；（10）锅炉房；（11）综合楼；（12）水塔；（13）水泵房；（14）污水提升站等。三、设计依据1全车间各车间负荷计算表如下：2、供用电协议工厂与电业部门所鉴定的供用电协议主要内容如下：（1）工厂拟从电业部门某220/35千伏变压所，用35千伏双回架空线引入本厂，其中一个做为工作电源，一个做为备用电源，两个电源不并列运行，该变电所距厂东侧8公里。（2）供电系统短路技术数据系统运行方式短路容量说明最大运行方式最小运行方式2003maxdS兆伏安1753mindS兆伏安供电系统如图（）（3）电业部门对本厂提出的技术要求①区域变电所35千伏配出线路定时限过流保护装置的整定时间为2秒，工厂“总降”不应大于1.5秒；②在总降压变电所35千伏侧进行计量；③本厂的功率因数值应字0.9以上四、本厂负荷性质本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时。属于二级负荷。五、本厂的自然条件1、气象条件（1）最热月平均最高温度为30℃；（2）土壤中0.7~1米深处一年中最热月平均温度20℃；（3）年雷暴日为31天；（4）土壤冻结深度为1.10米；（5）夏季主导风向为南风。2、地质及水文条件]根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8~5.3米。地耐压力为20吨/平方米。六、设计任务及设计大纲1、总降压变电站设计（1）主结线设计。（2）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。（3）主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号等设备的选择和校验。选用设备型号、数量汇成设备一览表。（4）主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。（5）配电装置设计。（6）防雷、接地设计。2、车间变电所设计根据车间负荷情况，选择车间变压器的台数、容量，以及变电所位置的原则考虑。3、厂区10千伏配电系统设计根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。七、设计成果1、设计说明书内容包括设计过程中涉及的计算、选择、整定等的具体过程，并附有必要的计算表格。2、设计图纸（1）总降压站电气主结线单线图。（2）主变压器保护原理接线图。（3）进线断路器控制及保护原理图。第一章负荷系统计算一负荷计算的意义及方法计算负荷是供电系统设计的基础，负荷计算的的目的是确定供电系统的最大负荷（也称计算负荷）。它是选择供电系统变压器，导线以及开关等电气设备的依据。企业进行电力设计的基本原始资料是工艺部门提供的用电设备的安装容量，这些用电设备品种多，数量大，工作情况复杂。估算的准确程度，影响工厂的电力设计的质量，如估算过高，将增加供电设备的容量，使工厂电网复杂，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量，特别是由于工厂是国家电力的主要用户。不合理的工厂电力需用量是作为基础的国家电力系统的建设，将给国民经济建设带来很大的危害。如估算过低，又会使工厂投入生产后，供电系统的线路及电气设备由于承担不了实际电流而过热，如加速绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正确可靠运行。确定全厂的计算负荷的方法很多，需要系数法是最常用的一种，即先从用电端求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。式中P30i、Qi30为各用电组一、用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大符合P30，用电设备组的设备容量Pe是指用电设备组所以设备的额定容量PN只和即Pe=PN用电设备组的有功计算负荷应为P30=eWLeLPKK式中Pe为设备容量，令eWLeLPKK=Kd，Kd就称为需要系数。实际上，需要系数还与操作人员的技能及生产等多种因素有关。由上式可知需要系数的定义为：Kd=P30/Pe由此可得较需要系数发的确定三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为P30=KdPe在求出有功计算负荷P30后，可按下列各式分别求出其余的计算符合无功计算符合Q30=P30tanΦtanΦ—对应于用点设备组cosΦ的正切值视在计算符合S30=P30/cosΦ计算电流I30=S30/3UNUN——额定电压对单台电机，白炽灯，电热设备，电炉变压器等，设备的额定容量的值就是计算负荷，即：Pe=PN对单台反复短时工作制的设备末期额定容量均作为计算符合，不过对于吊车，如Jc≠25%，电焊机Jc≠100%，则相应的换算为25%或100%的设备容量。对多组用电设备的符合计算则应采用以下步骤：①将用电设备分组，求出各用电设备的总额定容量。②查出各组用电设备响应的需要系数及对应的功率因数则：P301.=Kd1.PN1Q301.=P301.tanΦ1P302.=Kd2.PN2Q302.=P302.tanΦ2于是P30=iP.30Q30=iQ.30S30=230230QP的计算负荷。③用需要系数法求车间或全厂计算符合时，需要在各级配电点乘以同时系数Ki，Ki取值一般为0.85~0.95，但是他们的连乘积建议不小于0.8，由于愈趋向电流端，负荷愈平稳，所以对应的Ki也愈大，根据以上负荷计算的原则，得到负荷计算表如表1由工厂各车间设备进行工厂负荷统计得计算负荷具体如下表：项目设备容量需用系数功率因数负荷车间号KVAKdCos∮有功功率Kw无功功率Kvar视在功率KVA类型铸钢车间10000.400.70400408571砂车1100.700.6077102.4128小计1110477510.4699铆焊12000.300.153607137991#水泵房280.750.80211528小计1228381728827空压站3900.850.75332292442机修车间1500.250.65385769锻造车间2200.300.6566100120木型车间185.850.350.606587108制材场200.280.60679综合楼200.901.0018018小计985.85525543324锅炉房3000.750.80225169281仓库88.120.300.65263140污水提升站140.650.8097112#水泵房280.750.80211626小计430281223359电弧炉2*12500.900.87225012832590工频炉2*3OO0.800.9148023532空压机2*2500.850.90425264500小计3600315517773621总计9353.855646.24712.27336.7用电名称计算负荷Ⅰ类8009361231Ⅰ类Ⅰ类Ⅱ类Ⅱ类Ⅱ类NO.2NO.3NO.4NO.5NO.120000.400.65铸钢车间千伏高压负荷由以上电力负荷统计表可得：∑P30.i=5646.2Kw∑Q30.i=4712.2Kvar取K∑P=0.92K∑Q=0.95则有有功功率P30=K∑P∑P30.i=0.92×5646.2=5194.4Kw无功功率Q30=K∑Q∑Q30.i=0.95×4712.2=4476.6Kvar视在功率S30=230230QP=6857.4KVA功率因数Cos∮=P30/S30=5194.4/6857.4=0.76第二章功率因数补偿和变压器选择在工厂系统中，绝大多数用电设备都具有电感的特性，这些设备不仅需要从电力系统中吸收有功功率，还要吸收无功功率，以产生这些设备正常工作所必要的交变磁场，然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，就会降低功率因数，因此功率因数是衡量工厂供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标。根据该工厂的实际设计要求，工厂功率因数补偿采用集中补偿为主，对其他电气设备采用就地补偿。一功率因数的分析对于新厂，在最初设计时，补偿容量可按下式确定QC=P30（tan∮–tan∮’）tan∮—补偿前平均功率因数角Cos∮对应的正切值tan∮’——补偿后功率因数角tan∮’对应的正切值P30——设计时求得的平均负荷（KW）由于Cos∮=0.76达不到电业部门对本工厂用电的要求，故要在变压器的低压侧进行无功补偿，这里我取Cos∮’=0.93。要使低压侧功率因数由0.76提高到0.93低压侧需装设的并联电容的容量为QC=P30（tan∮–tan∮’）=5194.4(tanarccos0.76–tanarccos0.93)=2389.2Kvar补偿后变电所低压侧的视在计负荷为30S=230230CQQP=5598.2KVA变压器的功耗为∆△PT≈0.015S30(2)=0.015×5641.5=83.973Kw△QT≈0.06S30(2)=0.06×5641.5=335.9Kvar变电所高压侧的计算负荷为P30(2)=P30+△PT=5278KwQ30(2)=(Q30–QC)+△QT=2423.3KvarS30(2)=2)2(302)2(30QP=5807.7KVA补偿后工厂的功率因数为Cos∮’=P30(2)/S30(2)=0.908二变压器的选择2．1变压器的分类变压器分类方法比较多，按功能分有升压变压器和降压变压器；按相数分有单相和三相两类；按绕组导体的材质分有铜绕组变压器；按冷却方式和绕组绝缘分有油浸式、干式两大类，其油浸式变压器又有油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却方式等，而干式变压器又有绕注式、开启式、冲七式（SF6）等；按用途分又可分为普通变压器和特种变压器。2．2变压器台数的确定在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S9系列或S10系列。变压器需安装在楼内时，则应选择干式变压器。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐蚀型变压器。变压器台数的选择应考虑下列原则：（1）满足用电负荷对可靠性的要求。在有一、二级负荷的变电所中，宜选择两台主变压器，当在技术经济上比较合理时，主变压器也可选择多于两台。三级负荷一般选择一台主变压器，如果负荷较大时，也可选择两台主变压器。（2）对负荷变化较大宜采用经济运行方式的变电所，应选择两台变压器。（3）在选择变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有扩展增容的余地。2．3器容量确定1、单台变压器容量的确定单台变压器的额定容量Sn应能满足全部用电设备的计算负荷Sc,留有余量，并考虑变压器的经济运行，即：Sn=(1.15~1.4)Sc工厂车间变电所中，单台变压器容量不宜超过1000KVA，对装设在二层楼以上的干式变压器，其容量不宜大于630KVA。2、装有两台变压器容量的确定任意一台变压器容量Sn应同时满足下列两个条件：①当任意一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷的60%~70%的要求。Sn=（0.6~0.7）Sc②任一台变压器单独运行时，应能满足全部一、二级负荷Sc(Ⅰ+Ⅱ)的需要Sn≥Sc(Ⅰ+Ⅱ)35KV主变压器的选择型号额定容量/KVA额定电压/Kv损耗/W阻抗电压(%)联结组别尺寸/mm长×宽×高高压低压空载负载7.5Yd113100×2230×3520SZ763003510.5820041000