供电技术设计报告

一、目的和要求1、课程设计的目的和要求目的：通过课程设计进一步提高收集资料、专业制图、综述撰写的能力，培养理论与实际应用结合的能力，开发独立思考的能力，寻找并解决工程实际问题的能力，为以后的毕业设计与实际工作打下坚实的基础。要求：（1）自学供配电系统设计规范，复习电力系统的基本概念和分析方法。（2）要求初步掌握工程设计的程序和方法，特别是工程中用到的电气制图标准，常用符号，计算公式和编程技巧（3）通过独立设计一个工程技术课题，掌握供配电系统的设计方法，学会查询资料，了解电力系统中常用的设备及相关参数。（4）在设计过程中，要多思考，多分析，对设计计算内容和结果进行整理和总结。2、设计原则（1）必须遵守国家有关电气的标准规范。（2）必须严格遵守国家的有关法律、法规、标准。（3）满足电力系统的基本要求（电能质量、可靠性、经济性、负荷等级）。（4）必须从整个地区的电能分配、规划出发，确定整体设计方案。3、设计具体内容该35/6KV电力系统初步设计，是根据该厂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）全产负荷统计，计算功率因素补偿，选择主变压器。（2）拟制全产供电系统接线草图。（3）选择6KV供电线路和主要供电设备。（4）计算6KV母线的短路电流。（5）确定变压器的基本保护方案和整定1条出线的过流保护装置。二、设计主要内容1、全厂负荷统计负荷计算是指导体通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时其产生的最高温升相等，该等效负荷就称为计算负荷。工厂电力负荷计算的主要目的是：（1）全厂在工程设计的可行性研究阶段要对全厂用电量进行估算以便确定整个工程的方案。（2）在设计工厂供电系统时，为了正确选择变压器的容量，正确选择各种电气设备和配电网络，以及正确选择无功补偿设备等，需要对电力负荷进行计算。确定负荷计算的方法有多种，包括估算法、需用系数法、二项式法和单相复合的计算，在此次设计中采用需用系数法。对于单组用电设备的计算负荷公式如下：（1）有功功率：P=Kd*∑Pe；（2）无功功率：Q=P*tan∮；（3）视在功率：S=√（P²+Q²）；式中：Kd——该用电设备组的需用系数tan∮——功率因数角的正切值所以本厂的负荷统计如下：表(1)：本厂车间相关量装机容量（KW）需用系数Kdcos∮tan∮供电距离（KM）1车间6000.650.780.800.52车间7000.650.780.800.43车间8000.650.780.800.64车间10000.650.780.800.75车间12000.650.780.800.96车间14000.650.780.800.8由表(1)可计算出1车间:有功功率：P=Kd*∑Pe=0.65×600=300KW无功功率：Q=P*tan∮=300×0.80=240KVAR视在功率：S=√（P²+Q²）=384.12KVA2车间：有功功率：P=Kd*∑Pe=0.65×700=455KW无功功率：Q=P*tan∮=455×0.80=364KVAR视在功率：S=√（P²+Q²）=582.68KVA其他车间的负荷计算方法如上，见表（2）:负荷名称有功功率（KW）无功功率（KVAR）视在功率（KVA）1车间300240384.122车间455364582.683车间520416665.924车间650520832.415车间780624998.896车间9107281165.36合计361528924629.382、功率因数补偿由负荷统计表可知道，全厂总的有功功率P=3615KW，无功功率Q=2892KVAR，由原始数据可知全厂需用系数Kl=0.45，该厂自然功率因数cos∮=0.68，不能达到供电部门的要求。在《供电营业规则》中规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因素应达到下列规定：100kVA及以上高压供电的用户功率因素为0.90以上，并规定凡功率因素未达到上述规定的，应增添无功补偿装置。”，所以取补偿后的功率因数为0.94，且补偿电容为:Qc=P[tan(arccos0.68)-tan(arccos0.94)]=1171.26KVA补偿电容采用的并联电容器选择BWF—6.3—100—1W，其工作电压为6.3KV,额定容量为100KVAR，额定电容为8.0uF。补偿电容个数：n=1176.26/100=11.71，取12个，每相装4个，实际补偿电容12×100=1200KVAR。3、选择主变压器无功补偿后的全厂总视在功率:S=√P²+（Q-Qc）²=3991.38KVA，因为本设计接线采用内桥接线方式,因此选两台主变压器,。根据变压器的工作环境，电压等级，容量选择主变压器的型号是：SC10-10000/35的变压器（一台工作，一台备用）。其主要参数如表（3）所示：表（3）：SC10-10000/35的变压器参数表额定容量KVA高压（KV）高压分接范围（%）低压（KV）连接组标号损耗（KW）空载电流（%）阻抗电压（%）空载负载1000035±4×2.5%6.3YND1111.6050.580.87.5该变压器的计算损耗如下：△Pt=△P0+△Pk(S/Snt)²=19.66KW△Qt=Snt[(I0%/100)+（Uk%/100）×（S/Snt）²]=199.48KVAR则变压器高压侧的计算负荷为：有功功率：P（高）=P+△Pt=3615+19.66=3634.66KW无功功率：Q（高）=Q+△Qt-Qc=1891.48KVAR视在功率：S（高）=4097.37KV4、拟制全产供电系统接线草图根据设计要求，35KV采用内桥接线，6KV采用单母线分段接线，见下图：654321123456车车车车车车车车车车车车间间间间间间间间间间间间Y▽Y▽采用内桥接线的特点是：线路的投切较方便，变压器的投切比较复杂。单母线分段接线的特点是：母线分段后，对于重要用户可由分别接于两段母线上的两条出线同时供电，当任一组母线故障或检修时，重要用户仍可通过正常母线段继续供电，而两段母线同时故障检修的概率很小，大大提高了对重要用户的供电可靠性。5、选择6KV供电线路和主要供电设备1、选择6KV供电线路为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，由于35KV电压等级较高，输电距离较长，选择架空线。6KV电压等级低，输电距离较短，选择电缆且地中直埋,于该地区年最高温度为38℃，则其地中的温度大约为15℃。2、选择主要供电设备电气设备的选择时供配电系统设计的重要内容之一。安全、经济、合理是选择电气设备的基本要求，应根据实际工程情况保证安全、可靠的前提下，选择合适的电气设备，尽量采用新技术，节约投资。电气设备选择的一般原则为：按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号，按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。2.1、35KV架空线上设备(1)断路器：由于35KV处的最高正常工作电流为Ica=S（高）/√3Un=67.59A，且户外布置。选择断路器为户外高压SF6断路器，型号是：LW-35/1600-25，其主要技术数据如下：额定工作电压（KV）额定工作电流（A）额定开端电流（KA）额定动稳定电流（KA）额定热稳定电流（KA）额定热稳定时间（S）3516002563254(2)隔离开关：由于35KV处的最高正常工作电流为Ica=67.59A，且户外布置。选择的隔离开关型号为：GW2-35G，其主要技术数据如下：额定工作电压（KV）额定工作电流（A）极限通过电流峰值（KA）热稳定电流（KA）热稳定时间（S）配用操动机构型号3560042204CS11-G(3)避雷器：根据电压等级和工作环境选择磁吹阀式避雷器，型号为：FCZ3-35，其主要技术数据如下：额定电压（KV）灭弧电压(KV)工频放电电压（KV）冲击放电电压峰值不大于（KV）电导电流不小于不大于直流实验（KV）电流（uA）3541708511250250-400(4)电压互感器:由于该互感器用于运行监视，选择准确度为1级，根据电压等级和工作环境，选择单相双线圈油浸式户外电压互感器，型号为：JD6-35，其主要技术数据如下：额定工作电压（V）额定频率（HZ）二次线圈的额定容量（VA）二次线圈极限容量（VA）线圈连接组标号一次线圈二次线圈350001005025010001/1-12(5)熔断器：该熔断器用于保护电压互感器，由于35KV处的最高正常工作电流为Ica=67.59A，且户外布置。因此选择的高压限流熔断器的型号是：RXW0-35/0.5，其主要技术数据如下：额定工作电压（KV）额定工作电流（KA）额定断流容量（MVA）重量（kg）350.51000232.2、6KV电缆线上开关柜（配套，相关设备参数略）6、计算6KV母线的短路电流短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。对于工厂供电系统来说，常将电力系统当作无限大容量电源。常用的计算方法有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。在本设计中有三个短路点，分别是：主变压器高压侧，变压器低压侧以及6KV线路末端，本设计要求计算6KV母线的短路电流。计算方法采用标幺制法，取Sd=100MVA，电缆X=100/500=0.2Ω/Km。各车间电缆的电抗标幺值如下:1车间：X1=XL×（Sd/Uav²）=0.2×0.5×（100/6.3²）=0.2522车间：X2=0.2×0.4×（100/6.3²）=0.202其余车间电抗标幺值计算方法如上，结果如下表：负荷名称供电距离(Km)电抗标幺值1车间0.50.2522车间0.40.2023车间0.60.3024车间0.70.3525车间0.90.4546车间0.80.403当在6KV母线上（各个车间）发生短路时的短路电流：基准电流：Id=Sd/√3Uav=100/(√3×6.3)=9.16KA1车间总电感：X1’=X+X1=0.2+0.252=0.452短路电流次暂态值：I1=Id/X1’=20.27KA短路冲击电流值：Ish=√2Ksh×I2=2.55×20.27=51.69KA2车间总电感：X2’=X+X2=0.2+0.202=0.402短路电流次暂态值：I2=Id/X2’=22.79KA短路冲击电流值：Ish=√2Ksh×I2=2.55×22.79=58.15KA其它车间的计算方法如，见下表：负荷名称短路电流次暂态值（KA）短路冲击电流值(KA)1车间20.2751.692车间22.7958.153车间18.2546.534车间16.5942.325车间14.0135.726车间15.1938.747、确定变压器的基本保护方案和整定1条出线的过流保护装置在本设计中，该厂有两个电源进线，所以单侧电源网络的相间电流、电压保护不能满足系统运行的要求，对于高压侧为35KV及以上的工厂总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护。在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护，在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护。1、变压器的瓦斯保护(气体保护)瓦斯保护，又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。按GB50062—92规定，800kV·A及以上的一般油浸式变压器和400kV·A及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。为了使油箱内产生的气体能够顺畅地通过气体继电器排往油枕，变压器安装应取1%～1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有2%～4%的倾斜度。当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。这时上触点接通而接通信号回路，发