冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计本科毕业设计

本科毕业设计（论文）

南方冶金机械修造厂总降压变电所

及高压配电系统设计

摘 要

一间冶金机械修造厂如果对输配电系统进行一个完善的规划，能很好地节约资金、合理规划用地、降低电能损耗、提高电压质量、保证系统的正常运行。本论文对输配电进行全面的设计，内容分四大部分。

第一部分先从论文的背景和目的进行阐述，然后对原始资料来进行初步的分析，再确定好本论文的设计步骤。第二部分确定好冶金厂各部分的负荷，进行精确的计算，通过无功补偿来提高系统的功率因数减少电能的损耗。根据负荷的重要性和负荷的大小进行初步的变压器选择和合理的主接线、供电线路的设计。第三部分主要是确保系统的安全，首先对系统进行精确的短路计算，然后根据所得到的短路电流和冲击电流进行一系列的高低压设备的选择与校验，保证系统的正常运行。第四部分根据设计的要求，最后进行防雷保护措施的选择和接地装置的设计，增加系统的安全性。

在论文的最后还附上设计的图纸和计算过程。

关键词： 负荷计算, 主接线设计，短路计算，配电装置

Abstract

A Metallurgical Machinery factory if the transmission and distribution system have a sound planning, savings can be good, reasonable land use planning, reducing power loss, upgrade quality and ensure the normal operation of systems. In this paper, transmission and distribution of a comprehensive design, content is divided into four parts.

The first part discussed the background and purpose, then the raw data to conduct a preliminary analysis, to determine a good step in the design of this thesis. The second part of the metallurgical have plant to identify good part of the load, an accurate calculation, through the reactive power compensation system to improve the power factor to reduce the power loss. According to load the importance and the size of a reasonable load the main cables, power supply lines and preliminary design of the transformer choice. The third part is to ensure that the safety system, first of all, the system accurate short-circuit, and then be the basis of the current short-circuit current and impact of a series of high and low voltage equipment selection and validation to ensure the normal operation of systems. The fourth part of the design in accordance with the requirements of lightning protection measures for the final selection and ground equipment design, increased system security.

In the final papers also include the design drawings and calculation process.

Key words：Load calculation, Main wiring design, Short-circuit calculation,

Distribution Device

目 录

1 绪 论........................................................................................................................ 1

1.1 论文背景及目的............................................................................................ 1 1.2 论文研究方法................................................................................................ 1 1.3 供电设计的主要内容.................................................................................... 1 2 负荷计算与无功功率补偿...................................................................................... 2

2.1 负荷计算........................................................................................................ 2

2.1.1 负荷计算的意义.................................................................................. 2 2.1.2 按需要系数法确定计算负荷.............................................................. 2 2.1.3 6kV负荷计算 ...................................................................................... 3 2.1.4 NO.1~NO.5变电所380V负荷计算 .................................................. 3 2.2 无功补偿计算................................................................................................ 4

2.2.1 确定补偿容量...................................................................................... 4 2.2.2 补偿后的功率因素.............................................................................. 7

3 变压器选择与主接线方案的设计.......................................................................... 8

3.1 选择降压变压器............................................................................................ 8

3.1.1 35kV/6kV变压器的选择 .................................................................... 8 3.1.2 6kV/380V变压器的选择 .................................................................... 9 3.2 工厂主接线方案的比较.............................................................................. 10

3.2.1 工厂总降压变电所高压侧主接线方式比较.................................... 10 3.2.2 工厂总降压变电所低压侧主接线方式比较.................................... 10 3.2.3 工厂总降压变电所供配电电压的选择............................................ 11 3.3 总降压变电所电气主接线设计.................................................................... 11 3.4 高低压配电柜选择...................................................................................... 11 4 短路电流计算........................................................................................................ 13

4.1 短路计算的意义.......................................................................................... 13 4.2 短路计算...................................................................................................... 13 5 电气设备选择........................................................................................................ 15

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5.1 电气设备选择与校验的条件与项目.......................................................... 15 5.2 设备选择...................................................................................................... 15

5.2.1 断路器的选择.................................................................................... 15 5.2.2 隔离开关的选择................................................................................ 17 5.2.3 高压熔断器选择................................................................................ 18 5.2.4 电压互感器的选择............................................................................ 19 5.2.5 电流互感器的选择............................................................................ 20 5.3 母线与各电压等级出线选择...................................................................... 23

5.3.1 6kV母线的选择 ................................................................................ 23 5.3.2 选择35kV线路导线 ......................................................................... 25 5.3.3 6kV出线的选择 ................................................................................ 26

6 继电保护选择与整定............................................................................................ 33

6.1 35kV侧电压互感器二次回路方案与继电保护的整定 ............................ 33

6.1.1 35kV主变压器保护 .......................................................................... 33 6.1.2 6kV变压器保护 ................................................................................ 36 6.1.3 6kV母线保护 .................................................................................... 37 6.1.4 6kV出线保护 .................................................................................... 37

7 防雷保护与接地装置的设计................................................................................ 40

7.1 防雷保护设计.............................................................................................. 40 7.2 接地装置设计.............................................................................................. 40 结 论............................................................................................................................ 42 参 考 文 献................................................................................................................ 43 致 谢............................................................................................ 错误！未定义书签。 附录A 设计计算书..................................................................................................... 44 附录B 主接线图......................................................................... 错误！未定义书签。

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1 绪 论

1.1 论文背景及目的

电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。在目前各种形式的能源中，电能具有如下特点：易于去其它形式的能源相互转化；输配电简单经济；可以精确控制、调节和测量。因此，电能在工业生产和人民日常生活中得到广泛应用，生产和输配电能的电力工业相应得到极大发展。本论文主要对冶金机械修造厂进行全面的配电系统设计。 1.2 论文研究方法

对与冶金机械修造厂全厂总降压变电所及配电系统设计这个题目，要结合基本理论的系统性与实用性，围绕供电技术的基本知识来确认工程设计的方法。对论文每一步都一定要遵循国家的线性技术标准和设计规范来设计。 1.3 供电设计的主要内容

供电系统的设计是根据电力用户所处地理环境、地区供电条件、工程设计所提的用电负荷资料进行的。供电设计一般分两个阶段，初步设计阶段和施工图设计阶段。初步设计主要落实供电电源及供电方式，确定供电系统的方案；施工图设计阶段一句初步设计的方案具体绘制主接线图。

本篇设计论文的内容有：先完成一篇外文论文的阅读和翻译工作；按照设计所提供的用电设备资料来计算负荷；通过进行无功补偿来提高系统的功率因素；根据负荷等级和计算负荷，选定供电电源、电压等级和供电方式；根据环境和计算负荷来选择变电所位置、变压器数量和容量；确定变配电所的最佳主接线的方案；选择并校验电气设备及配电网络载流导体截面；继电保护系统设计和参数整定计算；对系统进行防雷设计和接地设计；归纳设计的计算部分编成计算书；绘制供电系统主接线图。

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2 2.1 负荷计算 2.1.1 负荷计算的意义

负荷计算与无功功率补偿

计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。由于载流导体一般通电半小时后即可达到稳定的温升值，因此通常取“半小时最大负荷”作为发热条件选择电器元件的计算负荷。有功负荷表示为P30，无功计算负荷表示为Q30，计算电流表示为I30。

用电设备组计算负荷的确定，在工程中常用的有需要系数法和二项式法。需要系数法是世界各个普遍应用的确定计算负荷的基本方法，而二项式法应用的局限性较大，主要应用于机械加工企业。关于以概率轮为理论基础而提出的用以取代二项式发达利用系数法，由于其计算比较繁复而未能得到普遍应用，所以只介绍需要系数法与二项式法。

当用电设备台数多、各台设备容量相差不甚悬殊时，宜采用需要系数法来计算。 当用电设备台数少而容量又相差悬殊时，则宜采用二项式法计算。

根据原始资料，用电设备台数较多且各台容量相差不远，所以选择需要系数法来进行负荷计算[1]。

2.1.2 按需要系数法确定计算负荷

根据原始资料分析，本论文负荷是多组用电设备计算，所以，要根据多组用电设备计算负荷的计算公式来计算。 有功计算负荷的计算公式[9]：

P30?K?p??P30i

(2.1)

式中?P30i—所有设备组有功计算负荷P30之和； K?p—有功符合同时系数，本文资料有提供为0.9 无功计算符合（单位为kVar）的计算公式：

Q30=P30?tg?

(2.2)

式中tg?—对应于用电设备组功率因数cos?的正切值，本设计资料有提供。 视在计算负荷（单位为kVA）的计算公式：

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S30?P302?Q302

(2.3)

计算电流（单位为A）的计算公式：

2.1.3 6kV负荷计算

6kV车间包括铸钢车间、铸铁车间、空压站，我们可以根据需要系数法计算各车间的有功功率、无功功率、容量与工作电流。计算过程在附录A设计计算书中。把所有结果归纳得出下面的表2.1。

2.1.4 NO.1~NO.5变电所380V负荷计算 380V变电所包括：

1号车间：铸钢车间。 2号车间：铸铁车间、砂库。 3号车间：铆焊车间、1#水泵房。

4号车间：空压站、机修车间、锻造车间、木型车间、制材场、综合楼。 5号车间：锅炉房、2#水泵房、仓库（1、2）、污水提升机。

根据以上的公式，我们可以算出各车间变电所的负荷，计算过程在附录A设计计算书中。结果所得工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量见表2.2。

表2.1 各车间6kV负荷结果表 设备容序车间（单位） 高压设量 号 名称 备名称 (kW) 1 2 3 铸钢车间 铸铁车间 空压站 小计 电弧炉 工频炉 空压机 2×1250 2×200 2×250 0.9 0.8 0.85 0.87 0.9 0.85 0.57 0.48 0.62 Kd cosφ tgφ P30 (kW) 2025 288 382.5 2695.5 Q30 (kVar) 1154.3 138.2 237.2 1529.6 S30 (kVA) 2330.9 319.46 450.05 3099.3 I30 (A) 224.3 30.7 43.3 298.2 计算负荷 I30?S30UN?3 (2.4)

3

表2.2 各车间380V负荷结果表

计算负荷 设备序车间（单位） 容量 号 名称 (kW) 1 铸钢车间 铸铁车间 2 砂库 小计（K∑=0.9） 车间变压器台变电I30 (A) 号 1684 781 175 955 1091 35.9 1124 604 78.9 104.2 148.1 12.7 No.4 24.6 1019 384.5 35.9 55.5 15.6 490.4 No.5 1×____ 1×____ No.4 No.3 1×____ No.2 1×____ No.1 2×____ 数及容量所代（kVA） Kd cosφ tgφ P30 (kW) Q30 (kVar) S30 (kVA) 2000 1000 110 1200 28 390 150 220 186 20 20 300 28 88 14 0.4 0.4 0.7 0.3 0.75 0.65 0.7 0.6 0.45 0.8 1.17 1.02 1.33 1.98 0.75 720 360 69.3 842.4 1108.2 367.2 92.2 514.2 115.3 628.8 718.4 23.6 739.9 397.7 51.9 108 97.5 8.38 16.2 670.9 253.1 23.6 36.6 10.24 322.8 429.3 459.4 324 18.9 641.5 14.2 铆焊车间 3 1#水泵房 小计（K∑=0.9） 342.9 655.7 空压站 机修车间 锻造车间 4 木型车间 制材场 综合楼 小计（K∑=0.9） 0.85 0.75 0.25 0.65 0.3 0.35 0.28 0.9 0.75 28 0.3 0.65 0.55 0.6 0.6 1 0.8 0.8 0.65 0.8 0.88 298.4 263.1 1.17 33.75 39.48 1.52 1.33 1.33 0 59.4 58.6 5.04 16.2 90.3 77.9 6.7 0 471.3 477.5 锅炉房 2#水泵房 5 仓库（1、2） 污水提升机 小计（K∑=0.9） 0.75 202.5 151.9 0.75 18.9 14.2 27.8 6.14 200 1.17 23.76 0.75 8.19 253.4 2.2 无功补偿计算 2.2.1 确定补偿容量

根据本资料所给的条件：工厂最大负荷时的功率因数值在0.9以上，所以必需采

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用并联电容器来采取无功补偿。

供电系统中装设无功功率补偿装置以后，对前面线路和变压器的无功功率进行了补偿，从而使前面线路和变压器的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流得以减小，功率因素得以提高[2]。

补偿前功率因数：

P SP4912.4cos?1???0.76

S6440.1cos?1?(2.5)

补偿后功率因数：

tg?1?0.85

根据系统要求，变压器高压侧的功率因数应大于0.9。因此变电所低压侧补偿后的功率因数可取：

cos?2?0.95tg?2?0.329

补偿容量：

Qc?P30(tg?1?tg?2)

(2.6)

取标准值Qc=2700kvar。

根据上面的计算可以初步选出主变压器： 可选变压器S9-6300/35 。

7SN?6300kVA I%?0.

PFe?7.9 P5Cu?34.

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：

P'30?P30?4912.4kW

无功功率变化为：Q'30?Q30?QC?4164.6?2700?1464.6kvar

视在功率变化为：S'30?P'302?Q'302?4912.42?1464.62?5126.2kVA

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