炼钢厂110kV降压变电所电气一次部分初步设计

炼钢厂110kV降压变电所电气一次部分初步设计专业：供用电技术学号：xxx姓名：xxx指导教师:xxx摘要：依据设计任务书，进行全厂负荷计算，根据计算结果进行主变和车间变压器的选择，确定无功补偿的方案，在厂总平面图的基础上，设计总降压变电所的所址、布置形式和车间变电所的类型及布置方案，在厂区高压配电接线方式确定后，提出两种电气主接线方案，进行技术经济比较后，选择最优方案，对防雷接地的设计也进行了分析和论证，最后进行总降压变电所的短路分析，设计了基于MATLAB/SIMULINK的短路分析模型，并对短路电流波形进行了分析。关键字：负荷计算;变压器;主接线;MATLAB/SIMULINK1负荷计算和无功补偿的计算工厂供电系统负荷计算的目的是确定工厂最大负荷，作为按允许发热条件选择供电变压器、输电线路导线及开关电器等电气设备的依据。电力负荷计算的方法主要有需要系数法和二项式法。需要系数法是国际上通用的确定计算负荷的方法简单实用，对任何性质的企业都适用，特别适用长期工作制用电设备占主要负荷的车间，计算结果基本符合实际。二项式法的应用局限性较大，但在确定设备台数较少而容量差别悬殊的分支干线的负荷计算时比需要系数法要准确而且计算也更简便，计算结果偏大。本次设计采用需要系数法。在供电系统中，由于绝大多数用电设备如变压器、感应电动机等都属于感性负荷，使得系统的自然功率因数偏低，功率因数低将会使电网的功率损耗增大，电压损失增大，还会使供电设备的供电能力降低，因此必须采取人工的补偿措施，提高系统的功率因数。1.1负荷统计依据设计任务书，各车间负荷统计情况如表1所示，负荷性质分析如表2所示。表1全厂各车间负荷统计情况序号电压（kV）车间名称设备容需要系数、功率因数负荷类量（kW）Kdtancos别110高炉炼钢车间45300.30.650.84一210高炉炼铁车间45800.70.650.84一310初轧车间45500.60.70.82一410大型车间45800.50.50.89一510中型车间33200.40.50.89一610中板车间34000.450.60.86一710管材车间32500.750.750.8一810机修车间33600.30.50.89二9380/220锅炉房1510.750.80.78二10380/220化验室，办公室500.60.60.86二表2负荷性质分析结果表负荷类别负荷值（KW）占总负荷百分比（%）一2821088.8二356111.2由表1和表2可以看出，该厂88.8%的负荷为一级负荷，对供电的可靠性要求很高，另外，1到8号车间的进线电压为10kV高压，9和10号车间为小于0.4kV的低压配电。1.2车间负荷计算各车间高压侧负荷计算所依据的公式如下：计算有功功率cdePKP计算无功功率tanccQP计算视在功率22cccSPQ计算电流3ccNSIU下面以1号车间即高炉炼钢车间10kV进线侧的负荷计算为例，其计算的过程如下：由车间原始负荷数据得，设备总容量eP=4530kW，需要系数dK=0.3，cos=0.84，tan=0.65，因此，可得计算负荷：计算有功功率cdePKP=0.3×4530=1359（kW）计算无功功率tanccQP=1359×0.65=883.35(kvar)计算视在功率22221359883.351620.86cccSPQ（kV·A）其他车间的高压侧负荷计算采用天正电气绘图软件进行计算，计算界面见图1。图1天正电气软件负荷计算界面从图1可知，采用天正电气软件计算的结果和笔者手算的结果一致，采用需要系数法计算后，各车间计算负荷统计表如表3所示。1.3总降压变电所10kV母线侧计算负荷（补偿前）。计算依据的公式为:有功功率cpciPKP无功功率cqciQKQ视在功率22cccSPQ自然功率因数21cos1avcavcQP表3各车间计算负荷表（按需要系数法计算）序号电压(kV)车间名称设备容量（kW）计算负荷负荷类别cP(kW)cQ(kvar)cS(kV·A)110高炉炼钢车间45301359883.361620.87一210高炉炼铁车间458032062083.933823.77一310初轧车间455027301911.013332.4一410大型车间458022901145.052560.32一510中型车间33201328664.031484.76一610中板车间34001530918.011784.28一710管材车间32502437.51828.123046.87一810机修车间33601008504.021126.99二9380/220锅炉房151113.2590.6145.03二10380/220化验室、办公室50301834.99二式中pK——有功负荷同时系数，取0.85～0.95；qK——无功负荷同时系数，取0.9～0.97；av——年平均无功负荷系数，取0.76～0.82；av——年平均有功负荷系数，取0.7～0.75；本次设计中取pK=0.95，qK=0.97，av=0.75，av=0.8故cpciPKP=0.95×(1359+3206+2730+2290+1328+1530+2437.5+1008+113.25+30)=15230.1(kW)cqciQKQ=0.97×(883.36+2083.93+1911.01+1145.05+664.03+918.01+1828.12+504.02+90.6+18)=9744.7(kvar)222215230.19744.718080.8cccSPQ(kV·A)2211cos0.830.89744.7110.7515230.1avcavcQP1.4总降压变电所110kV转供负荷计算本设计中转供负荷的计算采用了和车间负荷一样的计算方式，即按需要系数法进行计算，计算过程同样采用了天正电气软件，转供负荷统计情况见表4，转供负荷计算界面如图2。表4转供负荷统计情况序号工厂名称设备容量（kW）需要系数计算负荷KdcosPcQcSc1石油机械制造厂35000.450.871575.00892.591810.342橡胶厂40000.50.782000.001604.562564.10图2转供负荷计算界面1.5总降压变电所10kV母线侧补偿容量的计按供电部门提出的技术要求，工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9，未补偿前，厂供电系统的自然功率因数为0.85，本设计中选择在总降压变电所的10kV母线侧进行集中补偿，考虑到变压器的无功功率损耗TQ远大于有功功率损耗TP,一般TQ=（4~5）TP,因此在主变压器低压侧补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.9，这里设定补偿后的功率因数为0.95。补偿容量计算公式为b12(tantan)CcQP式中1tan——对应于原来的功率因数cos的正切值；2tan——需要补偿到的功率因数正切值；具体的计算由天正电气软件来实现，计算界面见图3。图3无功补偿和电容器台数计算可见设定补偿后功率因数为0.95时，需要补偿的容量为4041.3(kvar)。1.6补偿装置及台数的选择目前常用的补偿装置有并联电容器、同步调相机、静止补偿器等。在工厂中普遍采用并联电容器，本设计中选择单只容量为50kvar的并联电容器，具体型号为BWF10.5-50-1W型单相并联电容器，台数选择81台，3的倍数，以便于三相均衡分配，全部投入补偿时，补偿容量为4050kvar，可参见图1-3，同时，GB50053-1994规定：电容器组应装设放电装置。由于本设计采用高压集中补偿的无功补偿方式，因此宜选择电压互感器作为放电装置。2变压器的选择2.1变压器的选择原则对于二、三级负荷，变电所只设置一台变压器，其容量应比对应的计算负荷大15%，从其他车间变电所低压母线上取得备用电源；对于一级负荷车间，采用两回独立进线，设置两台变压器，其容量选择应满足一台故障检修时，其余变压器能保证对一级负荷的供电。两台以上变压器工作方式有明备用和暗备用两种，明备用是指一台工作另一台备用，暗备用是指两台变压器同时工作，各承担50%计算负荷，均按70%~80%计算负荷选择变压器容量，则变压器的负荷率=50%/70%=0.7接近于经济负荷率（变压器的经济负荷率为50%）。另外车间变压器单台容量不宜超过2000kV·A，主要受开关电器断流容量限制。2.2总降压变电所主变压器的选择全厂一级负荷所占比重超过了70%，因此应选择2台主变压器，暗备用方式运行。容量按计算负荷的80%计算，即80%×16259.9≈13008(kV·A)，因全厂88.8%的车间为一级负荷，所以变压器的调压方式选择有载调压，有载调压相比无励磁调压，具有在不停电的条件下调压的优点，供电的可靠性强，另外由于总降压变电所需提供的电压等级为110kV和10kV两个等级，所以选择双绕组的变压器即可。由于总降压变电所的电压等级为110kV，为中性点不接地系统，主变压器的连接组别采用YD11，这种连接方式可以有效的削弱一次侧空载电流中的三次谐波及主磁通中的三次谐波分量，使空载电流、主磁通及其感应的电动势均接近于正弦波。综合以上几个参考条件，可以选择2台SFZ11-12500/110型三相双绕组有载调压电力变压器，每台负荷率=16259.9/(2×12500)≈65%，基本满足了变压器经济运行的要求。主变压器详细参数见表5。表5主变压器详细参数台数型号容量kV·A额定电压连接组别损耗(kW)空载电流%阻抗电压%负荷率%高压(kV)低压(kV)空载负载2SFZ11-12500/11012500110±8×1.25%10.511YD1113.459.90.7410.5652.3车间变电所变压器的选择1号车间(高炉炼钢车间)cS=1620.87(kV·A)，该车间属于一级负荷，为确保供电可靠性，选用两台变压器，单台容量按80%的计算负荷选择，即80%×1620.87≈1297(kV·A)，可选用两台S9-1250/10/0.4型低损耗电力变压器，每台负荷率=1620.87/(2×1250)≈64.8%，基本满足了变压器经济运行的要求。2号车间(高炉炼铁车间)cS=3823.77(kV·A)，该车间属于一级负荷，为确保供电可靠性，选用两台变压器，单台容量按80%的计算负荷选择，即80%×3823.77≈3059(kV·A)，可选用两台S9-2500/10/0.4型低损耗电力变压器，S9-3150/10型的不满足电压等级要求，每台负荷率=3823.77/(2×2500)≈76.5%基本满足了变压器经济运行的要求。3号车间(初轧车间)cS=3332.4(kV·A)，该车间属于一级负荷，为确保供电可靠性，选用两台变压器，单台容量按80%的计算负荷选择，即80%×3332.4≈2665.92(kV·A)，可选用两台S9-2500/10/0.4型低损耗电力变压器，每台负荷率=2665.92/(2×2500)≈53.3%，也基本满足了变压器的经济运行要求，一般只有当≤30%时，需要更换变压器。4号车间(大型车间)cS=2560.32(kV·A)，该车间属于一级负荷，为确保供电可靠性，选用两台变压器，单台容量按80%的计算负荷选择，即80%×2560.32≈2048(kV·A)，可选用两台S9-2000/10/0.4型低损耗电力变压器，每台负荷率=2560.32/(2×2000)≈64%，满足了变压器的经济运行要求。5号车间(中型车间)cS=1484.76(kV·A)，该车间属于一级负荷，为确保供电可靠性，选用两台变压器，单台容量按80%的计算负荷选择，即80%×1484.76≈1188(kV·A)，可选用两台S9-1000/10/0.4型低损耗电力变压器，每台负荷率=1484.76/(2×1000)≈74.2%，满足了变压器的经济运行要