某冶金机械制造厂总降压变电所及配电系统设计(编辑修改稿)

某冶金机械制造厂总降压变电所及配电系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

00 1 空压站 390 442 2 机修车间 150 3 锻造车间 220 66 120 4 术型车间 5 5 制材场 20 6 综合楼 20 1 0 18 0 7 小计 (5) No5变电所 1X400 1 锅炉房 300 225 2 2水泵房 28 21 3 仓库 (1， 2) 4 污 水 提 升站 14 5 小计 6 5 2 8 说明： No1,No2,No3车间变电所设置两台变压器外，其余设置一台变压器。 表 各车间 6KV高压负荷 序 号 车间或电 单位名称 设备 容量 (千瓦 ) xK cos tg 计 算 负 荷 说 明 P (千瓦 ) Q (千乏 ) S ( 千伏安 ) 1 电弧炉 2X 1250 2025 2 工频炉 2 X 300 480 3 变压机 2 X 250 425 500 4 小计 3155 无功功率补偿 工厂中由 于有大量的电动机、电焊机及气体放电灯等感性负荷，从而使功率因数降低。 如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提供其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑人工补偿．要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于 ，我们取 cosφ’ = 补偿前功率因数： 1cos PS  () 1 4 9 1 2 .4c o s 0 .7 66 4 4 0 .1PS    tg 补偿后 功率因数： 根据系统要求，变压器高压侧的功率因数应大于。 因此变电所低压侧补偿后的功率因数可取： cos 1 = 则有 1tg = 故补偿容量： 30 1 2()cQ P tg tg= () 取标准值 CQ =2700kvar 224 9 1 2 . 4 ( 4 1 6 4 . 6 2 7 0 0 ) 5 1 2 6 . 2S k V A    根据上面的计算可以初步选出主变压器： 可选变压器 S96300/35 6300NS kVA %  9   补偿后总降压变电所低压侧计算负荷： 有功功率补偿前后不变： 3 0 3 039。 4 9 1 2 .4P P kW 无功功率变化为： 3 0 3 039。 41 64 .6 27 00 14 64 .6 v a rCQ Q Q k     视在功率变化为： 2 2 2 23 0 3 0 3 039。 39。 39。 4 9 1 2 . 4 1 4 6 4 . 6 5 1 2 6 . 2S P Q k V A     其中 Qc为无功补偿。 3023039。 4 9 1 2 .4c o s 0 .9 5 839。 5 1 2 6 .2PQ    损耗计算： 变压器是一种能量转换装置，在转换能量过程中必然同时产生损耗。 变压器的损耗可以分为铁损耗和铜损耗。 变压器的基本铁损耗就是主磁通在铁心中引起的磁滞损耗和涡流损耗。 变压器的基本铜损耗是指电流流过时所产生的直流电阻损耗。 我们可以同过查询变压器得到空载损耗和短路损 耗，也就是铁损耗和铜损耗。 通过查阅文献 [3， 40— 43]，可得功率损耗公式： 2b Fe CuP P P    () FeP — 铁损耗 CuP — 铜损耗 bP — 有功功率损耗 β — 负载系数 负载系数可以通过系统最大工作电流与变压器最大工作电流的比计算得出，通过查阅变压器的数值可以得出： 225 1 2 6 .23 5 3 0 .8 163003 5 3NII   7. 9 0. 81 34 .5 30 .5bP k W     无功功率的计算： 一台变压器的空载无功功率的损耗计算公式为： 10% 100NSQI () 0%I — 变压器空载电流。 10 2 (% ) 100Nd SQU () (%)dU 变压器阻抗电压。 根据上面 2个公式相加便得出无功功率损耗如下： 0 % ( % )1 0 0 1 0 0NNbdSSQ I U   () 0 6 3 0 0 6 3 0 0% ( % ) 0 . 7 7 . 5 5 1 6 . 51 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0NNbd SSQ I U k V a r        补偿后的功率因素： 总降压变电所高压母线计算负荷 3 0 3 0 3 039。 4 9 1 2 . 4 3 0 . 5 4 9 4 2 . 9P P P k W      3 0 3 0 3 039。 1 4 6 4 . 6 5 1 6 . 6 1 9 8 1 . 1 8Q Q Q k V a r      223 0 3 0 3 0 5 3 2 5 .2S P Q kV A   高压侧平均功率因数为： 3 2 5 9 5 0c o s 1  SPp 满足要求。 一般此类系统采用并联电容器进行补偿。 即在 6kV 母线上每相设计 3 个型号为(额定容量为 100kVar)的并联电容补偿器。 11 第四章 主变压器的选择与 主接线方案的设计 主变压器的选择 一般正常环境的变电所，可以选用油浸式变压器，且应优先选用 S S11等系列变压器。 在多尘或由腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用 S9M、 S11M。 R等系列全密封式变压器。 多层或高层建筑内的变电所，宜选用 SC9等系列环氧树脂注干式变压器或 SF6充气型变压器。 根据本论文给出的条件我们可以选用油浸式变压器 [2]。 35kV/6kV变压器的选择 主变压器台数应根据负荷特点和经济运行的要求进行选择。 当符 合下列条件之一时，宜装设两台以上主变压器。  有大量一级或二级负荷  季节性符合变化较大，适于采用经济运行方式。  集中符合较大，例如大于 1250kVA时 本冶金厂最大视在功率达到 ，且属于 2级负荷，应装设 2台变压器。 由于本厂有 2回 35kV进线，即有两个进线电源，根据前面所选择的主结线方案，如果采用2台变压器，则能满足供电可靠性、灵活性的要求。 如果装设 1台变压器，投资会节省一些，但一旦出现 1台主变故障，将会造成全厂失压从而造成巨大的损失。 为避免前述情况的出现，充分利用双电源的作用，所以选择安装 2台主变。 对于 380kV的系统中，我们可以从资料的图中得出车间 1里面有 2个配电所，其他 4个车间都只有 1个配电所，因此我们可以根据每个车间的符合来选择变压器来进行降压 [4]。 考虑到经济运行、将来扩建、可靠性等因素，所以本方案选择安装 2台型号为 S96300/35的主变压器，即使其中一台变压器检修另外一台主变也可供全厂负荷。 6kV/380V变压器的选择 通过上面负荷计算，我们可以得到 380V那 5个车间的最大视在功率： S30NO。 1=，可以选择 2个 S9630/10(6)变压器，分别装进车间 1的 2个配电房； S30NO。 2=，可以选择 1个 S9800/10(6)变压器装进车间 2的配电房； S30NO。 3=，可以选择 1个 S9800/10(6)变压器装进车间 3的配电房； S30NO。 4=，可以选择 1个S9800/10(6)变压器装进车间 4的配电房； S30NO。 5=，可以选择 1个 S9400/10(6)变压器装进车间 5的配电房。 工厂主接线方案的比较 工厂总降压变电所高压侧主接线方式 比较 从原始资料可知工厂的高压侧仅有 2回 35kV进线，其中一回架空线路作为工作电源，另一回线路作为备用电源，两个电源不并列运行，且线路长度较短，只有 8km。 因此将可供选择的方案有如下三种： 12 单母线分段。 该接线方式的特点是结线简单清晰、运行操作方便、便于日后扩建、可靠性相对较高，但配电装置占地面积大，断路器增多投资增大。 根据本厂的实际情况进线仅有2回，其中一回为工作，另一回备用，扩建可能性不大。 故此没有必要选择单母线分段这种投资相对较大的接线方式； 内桥。 该接线方式的特点是需用断路器和其它设备少 ，占地面积和所需投资相对较少，但可靠性不太高；适用于输电线路较长，故障机率较高，而变压器又不需经常切换时采用。 根据本厂特点输电线路仅 8km，出现故障的机率相对较低，因此该接线方式不太合适。 外桥。 该接线方式的特点是需用断路器和其它设备少，占地面积和所需投资相对较少，但可靠性不太高；适用于较短的输电线路，故障机率相对较低，而变压器又需经常切换，或系统有穿越功率流经就较为适宜。 而输送本厂电能的输电线路长度仅 8km，出现故障的机会较少，因此，该接线方式比较合适。 通过上述接线方式比较，选择外桥的接线方式 [4]。 工厂总降压变电所低压侧主接线方式比较 考虑到本厂低压侧的负荷较大和出线较多，以及便于日后馈线的增扩，决定选择有汇流母线的接线方式，具体方案论证如下： A、单母线。 具有接线简单清晰、设备少、投资相对小、运行操作方便，易于扩建等优点，但可靠性和灵活性较差，故不采用； B、单母线隔离开关分段。 具有单母线的所有优点，且可靠性和灵活性相对有所提高，用隔离开关分段虽然节约投资，但隔离开关不能带负荷拉闸，对日后的运行操作等带来相当多的不便，所以不采用； C、单母线用断路器分段。 具有单母线隔离开 关分段接线的所有优点，而且可带负荷切合开关，便于日后的运行操作，可靠性和灵活性较高。 经综合比较，选择方案 3作为工厂总降压变电所低压侧主接线方式 [4]。 工厂总降压变电所供配电电压的选择 目前，此类降压变电所的低压侧常用电压等级一般为： 10kV和 6kV两个，但考虑到本厂低压侧有 6kV的负荷，如采用 10kV的电压等级，还需进行二次降压，这样会增加一套降压设备，投资增大，不符合经济原则。 所以，在本设计中选择只用 6kV的电压等级，将 35kV的电压降为 6kV等级的电压使用即可。 选择这种变压的供配电方式 既可以节省投资，又能够降低损耗。 而对于 380V的 5个车间，分别根据容量来选择 6kV的电压降为 380kV的变压器。 总降压变电所电气主接线设计 总降压变电所 35kV侧（高压侧）采用外桥接线方式， 2台主变，一台运行另一台热备用（定期切换，互为备用，不并列运行）； 6kV侧（低压侧）由运行的主变供电，采用单母（开关）分段的接线方式，经开关供 9路出线负荷，其中 6路通过变压器将 6kV降到 380V。 13 根据上述对于变电所高压侧、低压侧主结线方式的比较讨论；变压器的选择，确定了总降压变电所的主接线图见附录 C。 高低压配电柜选择 本次设计的高低压配电柜分别选择为： 35kV线路上的电压互感器可选择 JYN35,112。 35kV线路上的电流互感器可选择 JYN35,43。 35kV主变压器低压侧的 6kV出线端电流互感器可选择 JYN210。 6kV变压器低压侧的 380V出线端电流互感器可选择 PGL205。 6kV母线上的电压互感器可选择 GG1A(F)54。 14 第五章 短路电流计算 三相短路电流计算的目的 短路电流将引起下列严重后果：短路电流往往会有电弧产生，它不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤 害周围人员。 巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。 短路也同时引起系统电压大幅度降低，特别是靠近短路点处的电压降低得更多，从而可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏。 网络电压的降低，使供电设备的正常工作受到损坏，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏，如电动机过热受损等。 短路计算的目的主要有以下几点： 1．用于变压器继电保护装置的整定。 2．选择电气设备和载流导体。 3．选择限制短路电流的方 法。 4．确定主接线方案和主要运行方式。 短路电流计算 表 51 电力系统各元件电抗标幺值计算公式 设备 计算电抗公式 无穷大电源 d/SSX D 变压器 )/S% /1 0 0 ) ( S(UXT ( N )dkT  输电线 )/(X2avdLL USX 注： dS 为系统无限大电源处不同运行方式时的短路容量 短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则 [5]：。