某重型机械制造厂35kV总降变电所及高压配电设计

1.某重型机械制造厂35KV总降压变电所电气设计原始资料设计原始资料：（1）工厂总平面布置图（2）生产任务、规模及产品规格：本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的大（3）型电机、变压器、锅炉配件制造任务。年生产规模为制造大型电机配件7500台，总容量为45万kw，制造电机总容量6万kw，制造单机最大容量为5520kV•A；生产电气配件60万件。本厂为某大型钢铁联合企业重要组成部分。（4）工厂各车间负荷情况及转供负荷情况如表1所示。（5）供电协议：1）当地供电部门提供两个供电电源，共设计者选用。从某220/35kV区域变电所提供电源，该变的所距厂南10km。从某220/35kV区域变电所提供电源，该变的所距厂南5km。2）电力系统短路数据如表2所示。3）供电部门提出的技术要求：a)区域变电所35kV馈出线定时限过电流保护整定时间为1.8s，某变电所35kV馈出线过电流保护整定时间为1.1s。b)工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。c)在总降压变电所35kV侧进行计量。d)供电贴费为700元/(kV•A)，每月电费按两部分电价制：基本电费为18元/(kV•A)，动力电费为0.4元/(kV•A)，照明电费为0.5元/(kV•A)。e)工厂负荷性质。本厂大部分车间为一班制，少数车间为两班制或三班制，年最大有功负荷利用小时数为2300h。锅炉房供生产用高压蒸汽，停电会使锅炉发生危险，又由于该厂距离市区较远，消防用水需要厂方自备。锅炉房供电要求有较高的可靠性，其中60%为一、二级负荷。f)工厂自然条件：•气象资料。年最高气温31OC，年平均气温20OC，年最低气温-27OC，年最热月平均最高气温31OC，年最热月地下0.7~1m处平均温度20OC，常年主导风向为南风。年雷暴日37天。•地质水文资料。平均海拔31m，地层以沙质粘土为主且可耕地，自然接地电阻10Ω，地下水位3~5m，地耐压力为20t/m2。2负荷计算2.1负荷分级根据用电设备在工艺生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常可分为三个等级：一级负荷：为中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复带来极大的政治经济损失者。一级负荷要求有两个独立电源供电。本矿属于国有能源部门，其中断供电将有可能造成人员伤亡及重大经济损失，属于一级负荷。二级负荷：为中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱且需较长时间才能恢复或大量产品报废，重要产品大量减产造成较大经济损失者。二级负荷应由两回线路供电，但当两回线路有困难时（如边远地区）允许由一回架空线路供电。三级负荷：不属于一级和二级负荷的一般电力负荷，三级负荷对供电无特殊要求，允许长时间停电，可用单回线路供电。本例属于比较重要的工场，其供配电采用两条进线，下设两个35KV的电力变压器。2.2负荷具体计算目前，负荷计算常用需用系数法、利用系数法和二项式法。本设计采用需用系数法进行负荷计算，步骤如下：需用系数法：用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。(1)用电设备分组，并确定各组用电设备的总额定容量。(2)用电设备组计算负荷的确定。用电设备组是由工艺性质相同需要系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。在一个车间中可根据具体情况将用电设备分为若干组，在分别计算各用电设备组的计算负荷。其计算公式为:NxcaPKP（2-1）tancacaPQ（2-2）22cacacaQPS（2-3）)3(ncacaUSI（2-4）caP、caQ、caS——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷；NP——该用电设备组的设备总额定容量；tan——功率因数角的正切值；nU——额定电压；caI——该用电设备组的计算负荷电流；xK——需要系数，根据资料查得。(3)多组用电设备组的计算负荷在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数K∑。具体计算如下：miiNxicaPKKP1)(i＝1、2、3…，m（2-5）miiNxicaPKKQ1)tan(（2-6）22cacacaQPS（2-7）(3)cacanISU（2-8）式中P、Q、S——为配电干线式变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷；K——同时系数；caI——该干线变电站低压母线上的计算负荷电流;nU——该干线或低压母线上的额定电压;m——该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备组总数；iNxPK、、tan——用电设备组的需要系数、功率因数角正切值、总设备容量；a.电机修理车间计算负荷eP.1=2550kwXK1=0.25cos=0.77tan1=0.8210P.1=XK·eP1=0.25×2550=562.5kw10Q.1=10P.1·tan=562.5×0.82=461.3kva10S.1=10P.1／cos=221010PQ=562.5/0.77=730.5kva10I=10S/3NU=730.5kva/1.732×10000=42.18AeP.2=1190kwXK.2=0.2cos.2=0.53tan.2=1.5810P.2=XK.2·eP.2=0.2×1190=238kw10Q.2=10P.2·tan.2=238×1.58=449kva10S2=10P2／cos2=238/0.53=449kva10I=10S.2/3NU=449kva/1.732×10000=25.92AeP.3=650kwXK.3=0.35cos.3=0.55tan.3=1.5110P=XK.3·eP.3=0.35×650=227.5kw10Q.3=10P.3·tan.5=227.5×1.51=343.5kva10S.3=10P.3／cos.3==227.5/0.55=413.6kva10I.3=10S.3/3NU=413.6kva/1.732×10000=23.88Ab.机械加工车间计算负荷eP.1=520kwXK.1=0.6cos.1=0.6tan.1=0.8520P.1=XK.1·eP.1=520×0.6=312kw20Q.1=20P1·tan.1=312×0.85=265kva20S.1=20P.1／cos.1=520kva20I.1=20S.1/3NU=828/1.732×10000=80A同理20P.2=200kw20Q.2=156.2kva20S.2=250kva20I.2=20S.2/3NU=14.4A20P.3=220kw20Q.3=354.2kva20S.3=440kva20I.3=20S.3/3NU=25.4Ac.新产品车间计算负荷30P.1=225kw30Q..1=198kva30S.1=300kva30I.1=30S.1/3NU=17.3A30P.2=190.4kw30Q.2=167.5kva30S.2=253kva30I.2=30S.2/3NU=14.6A30P.3=91.2kw30Q.3=82kva30S.3=123kva30I.3=30S.3/3NU=7.1A30P.4=364kw30Q.4=233kva30S.4=433kva30I.4=30S./3NU=25Ad.原料计算负荷40P.1=370.5kw40Q.1=296.4kva40S.1=475kva40I.1=40S.1/3NU=27.4A40P.2=690kw40Q.2=517.5kva40S.2=862.5kva40I.2=40S.1/3NU=49.8Ae.配件计算负荷50P.1=448kw50Q.1=380.8kva50S.1=589.5kva50I.1=50S.1/3NU=34A50P.2=184.8kw50Q.2=243.2kva50S.2=157.1kva50I.2=9Af.锻造车间计算负荷60P=2280kw60Q=2246.4kva60S=3600kva60I=60S/3NU=207.8A根据变压器损耗公式：△P=0.02P10KV△Q=0.1Q10KV则有:△P=248(KW)△Q=600(Kvar)考虑变压器损耗后全变电所计算负荷，即35KV母线处计算负荷：35KVP=12407+248=12655(KW)35KVQ=6005+600=6605(Kva)35KVS=14274(Kva)则自然功率因数：COSα=12655/14274=0.76（已计算出所需数据）以下是用电设备负荷表2-1各车间负荷情况及转供负荷情况序号车间名称设备容量（KW)需用系数计算负荷KdcosφtanφP30(KW)Q30(kvar)S30(KVA)1电机修理车间25500.250.770.82562.5461.3730.511900.20.531.582383764496500.350.551.51227.5343.5413.62机械加工车间5200.60.60.85312265.25205700.350.80.78200156.52508800.250.51.61220354.24403新产品试验车间3000.750.750.882251983003400.560.750.88190167.52531600.570.740.991.2821236500.560.840.643642334334原料车间5700.650.780.8370.5296.447523000.30.80.75690517.5862.55备件车间7000.640.760.85448380.8589.55280.350.760.85184.8243.21576锻造车间36000.80.80.7822802246.43600表2-1各车间负荷情况从表2-1中知本矿变电所的最大连续负荷为15508KW，无功负荷为6321KVar.计算有功负荷时的xK值相应取0.85，计算无功负荷时的xK值相应取0.95。即10KV母线计算负荷：P10KV=15508x0.8=12407（KW），Q10KV=6321x0.95=6005（Kvar）。2.3功率补偿（1）功率补偿因数计算根据本矿变电所负荷统计的结果可知：35KV侧的计算负荷35KVS=12655+6605j，其自然功率因数为0.76，现利用电容器补偿，假设补偿后的功率因数为0.9，根据矿井安装电容器容量公式：12(tantan)CavQPKVaravP—计算负荷；1tan—自然功率因数的正切值；2tan—补偿后的正切值。因此补偿的无功功率为：CQ=12655×(tanarccos0.8—tanarccos0.9=2362KVar)则全所总无功计算负荷为：35KVQ=6605—2362=4243（KVar）3主变器的选择3.1变压器台数的选择(1)对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。(2)对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。(3)对于规划只装设两台主变压器的变电站，其变压器基础宜按大于变压器容量的1～2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。(4)本矿采用两台主变，平时只用一台，一台备用。3.2变压器选择计算由于35KVS=14274(KVA)所以按条件选变压器。N.TS=(0.6-0.7)14274=8564N.TS=S30(1+2)因此每台主变压器的容量应选10000KVA。故经过以上的验证，选用两台35/10kv，额定容量为10000KVA的SF7－10000/35变压器，地面低压变压器选用S9-500,10/0.4KV,所用变压器选用S9-50/35。4电气主接线的设计4.1变电所的主结线方式变电所的主接线是由各种电气设备及其连接线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。它与电源回路数、电压和负荷的大小、级别以及变压器的台数、容量等因素有关，所以变电所的主接线有多种形式。确定变电所的主接线对变