工厂供电实习

新疆大学课程设计

题目: 南湖热力公司变电所供配电系统初步设计

指导老师: 赵克刚

学生姓名：卡依沙尔.阿布都

所属院系：电气工程学院

专业：自动化

班级：自动化101

完成日期： 2013年01月03日

目录

1 设计的内容和要求 (4)

1.1 变电站的建设规模 (4)

1.2 设计依据 (4)

1.2 供电协议 (5)

1.2 本区自然条件 (6)

2 负荷计算 (6)

2.1 负荷概述 (6)

2.2 负荷计算 (6)

2.3 2#变压器符合计算 (8)

2.4 1#变压器最后符合计算 (9)

2.4 2#变压器最后符合计算 (10)

2.5 无功率赔偿 (10)

2.6 1并联电路电位器补偿 (10)

3 主要变压器选择 (14)

3.1 变电所变压器容量，台数，型号选择 (14)

3.2 变压器容量 (14)

3.3 变压器台数，型号 (14)

3.4 主变压器确定 (15)

3.5 干式变压器的结构 (15)

3.6 干式变压器结构 (16)

3.7 干式变压器使用注意事项 (16)

4 短路计算 (16)

4.1 短路概述 (17)

4.2 造成短路原因 (17)

4.3 短路危害 (18)

4.4 短路计算 (21)

5 主要电气设备选择 (21)

5.1 电气设备选择的条件 (21)

5.2 发热条件 (21)

5.2 电压损耗条件 (21)

5.2 经济电流密度 (21)

5.2 机械强度 (21)

5.3 高压设备的选择要求 (22)

5.4 配电所高压开关局的选择 (22)

6 供电系统电器原理图及说明 (23)

6.1供电系统电器原理图 (24)

第一章设计的内容和要求

一、变电站的建设规模

乌市南湖热力公司是一所市属企业单位，承担着为南湖附近地区各单位提供

冬季供暖的主要任务。由于新疆处于中国的西北地区，冬季天气较为寒冷，热力

公司能否正常工作，直接影响附近居民的正常生活，在这特殊的地理位置的新疆，热力公司的重要性是显而易见的。乌市南湖热力公司10kv变电所的主要任务就是

为供暖系统提供所需的电力供应。

热力公司是一个较为特殊的用电单位。在冬季：各用电负荷全部都需要正常

工作；在夏季：只需要提供单位正常办公和职工的日常生活所需用电即可。由于

其特殊性和重要性，建设一个能提供较高供电质量和灵活性的变电所为乌市南湖

热力公司提供电力是非常必要的。

二、设计依据

乌市南湖热力公司的用电负荷如下：

三、供电协议

1)在公司西北方8.2公里处有一区域变电站------三宫乡变电站，其电压为

110/38.5/11kV。允许用35kV或10kV两回路向公司供电；在公司正南方

9公里处有35/11kV工厂变电站------红山变电站，可向公司提供10kV备

用电源，其最大容量不超过1500kV A。

2)两个区域降压变电站10kV配出线路上都要求定时限过电流保护装置的整

定时间为3秒。

3)电力局要求10kV侧的功率因数值在0.9以上，0.38kV侧的功率因数值在

0.85以上。

4)供电系统短路技术数据：

①三宫乡区域降压变电所35kV母线数据如下：

三宫乡区域降压变电所10kV母线数据如下：

②红山区域降压变电所10千伏母线数据如下：

四、本地区自然条件

1)气象条件

1最热月平均最高温度为35oc。

2土壤中0.7~1米深处一年中最热月平均最高温度为20oc。

3年雷暴日为30天。

4主导风向夏季为南风。

2)地质及水文条件

5地表面较平坦，土壤主要成分为积土及砂质黏土，层厚为1.6~7米不等。

6地下水位一般为0.7米。

第二章负荷计算

2.1负荷概述

设南湖电力公司变电所提供可靠的电源，负荷的确定是为了正确、合理地选择电气设备和线路，并为无功补偿提高功率因数提供依据，由此再合理选择变压器开关电器等元件。电力负荷及其大小是供电设备设计计算的根本依据，正确合理地进行负荷计算，对于投资的经济性，技术上的安全可靠性以及以后的经济运行和维护等关系重大，在本设计中采用需要系数法来确定计算负荷。

根据设计，两台主变压器分别供有不同的负荷，在此设计中忽略了部分负荷，根据工程技术的要求选取以下负荷：

2.2负荷计算

负荷计算的方法有需要系数法、二项式等几种。本设计由于设备台数比较多，而单台设备容量相差不大所以采用需要系数法确定。主要计算公式有：

有功功率：P

30 = P e〃K

d

无功功率: Q30 = P30〃tgφ视在功率: S30 = P30/Cosφ

计算电流: I 30 = S 30/

3

U N

1#变压器负荷计算 住宅区部分

如上表可知：

Kw

P e 33084837687=+++=

Kw

P K P

e x c

2313307.0=?=?=

var

95.33445.1231K tg P Q c c =?=Φ?= KVA

Q P S c c c 88.40695

.3342312

222=+=+=

A

U S I r

c c 19.61838

.0388.4063=?=

=

水泵车间 KW

P K P e x c

2362958.0=?=?=

var

04.15164.0236K tg P Q C C =?=Φ?=

KVA Q P S c c c 19.28004

.151236

2

2

22=+=+=

A U S I r

c c 80.17638

.0337.1163=?=

=

办公楼

KW P K P e x c

4.991427.0=?=?=

var 63.6162.04.99K tg P Q c c =?=Φ?=

KVA Q P S c c c 96.11663

.614.992

222=+=+=

A U S I r

c c 70.1173

38.096.1163==

=

食堂 KW P K P e x c

2.1231548.0=?=?= var 4.9275.02.123K tg P Q c C =?=Φ?=

KVA Q P S c c c 84.1534.922.1232

222=+=+=

A U S I r

c c 74.2336581793

.084.1533==

=

仓库 KW P K P e x c

4.74938.0=?=?=

var 13.4662.04.74K tg P Q c c =?=Φ?=

KVA Q P S c c c 54.8713

.464.742

222=+=+=

A U

S I r

c c 8.1323

38.04.873==

=

2#变压器负荷计算

输煤带 KW P K P e x c

502502.0=?=?=

var 857.150K tg P Q c c =?=Φ?=

KVA Q P S c c c 6.9885

502

222=+=+=

A U S I r

c c 38.266581793

.036.173==

=

引风机 KW P K P e x c

4.1646.0274=?=?=

var 3.12375.04.164K tg P Q c c =?=Φ?=

KVA Q P S c c c 5.2053.64.82

222=+=+=

A U S I r

c c 22.3123

38.05.2053==

=

出渣 KW P K P e x C

2383407.0=?=?=

var 5.17875.0238K tg P Q c c =?=Φ?=

KVA Q P S c c c 5.2975.1782382

222=+=+=

A U S I r

c c 4523

38.05.2973===

水处理 KW P e

274849595=++=

KW P K P e x c 8.1917.0274=?=?=

var 44.1538.08.191K tg P Q c c =?=Φ?=

KVA Q P S c c c 62.24544

.1538.1912

222=+=+=

A U S I r

c c 18.3733

38.062.2453==

=

1#变压器最后计算负荷

KW P c 6.687)4.742.1234.99236231(9.0=++++?=

var 84.651)13.464.9263.6104.15195.334(95.0K Q c =++++?=

KVA Q P S c c c 46.94784

.6516.6872

2

2

2

=+=+=

A U S I r

c c 52.14393

38.046.9473===

2#变压器最后计算负荷

KW P c 78.579)8.1912384.16450(9.0=+++?= var 23.513)44.1535.1783.12385(95.0K Q c =+++?=

KVA Q P S c c c 31.77423

.51378.5792

222=+=+=

A U S I r

c c 43.11763

38.03.7743==

=

2.3无功功率补偿

所谓无功功率补偿是把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量在相互转化，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。

根据辽宁工学院综合楼的具体情况，及其无功补偿方法的技术、经济比较选用电力电容器补偿中的并联补偿方法。并联补偿时把电容器并接到被补偿设备的电路上，以提高功率因数，这种方法称为并联电容器补偿，这种方法适用于用电单位。

2.4并联电力电容器补偿

如图3-1所示为并联电力电容器补偿的原理图。由图可见电力电容器在图中所示位置进行无功补偿时，线路WL1输送无功功率仍为无功功率，即L Q Q =，而变压器输送的无功功率则为C L Q Q Q -=，线路WL1输送的无功功率则为

C

T L Q Q Q Q -+=，因此，电源只需向电力负荷提供）（C L Q Q J -+=P S 的功率。

图3-1 并联电力电容器补偿的原理图

通过以上可知并联电力电容器降低了通过输电线路及变压器的功率（或电流），同时也减少了对发电机无功功率的需求量。 2.5无功补偿容量的计算

根据设计要求与实际需要变电所的功率因数达到0.9，所以对无功进行补偿。

1#变压器的负荷补偿：

KW P c 6.687= var 64.651=c Q KVA

S c 46.947=

功率因数：

73.046

.9476.6871===

Φ∑

∑S P Cos

736.01=ΦCos ，现将其提高到0.90。

KVA

tg tg P Q NC 55.302)48.092.0(6.687)(21=-?=Φ-Φ=∑

经过补偿后：

KVA Q Q P S NC c c NC 2.771)55.30264.651(6.687)(2

2

2

2

=-+=-+=

90

.02

.7716.687==

ΦCos

2#变压器的负荷补偿

KW P 78.579=∑

var 23.513K Q c = KVA

S c 31.774=

功率因数为：

75

.031

.77478.5791===

Φc

c S P Cos

76.01=ΦCos 现欲将提高到0.90。

KVA

tg tg P Q NC 2.231)48.088.0(78.579)(21=-?=Φ-Φ?=∑

经过补偿后：

KVA Q Q P S NC c c NC 74.644)2.23123.513(78.579)(2

2

2

2

=-+=-+=

90

.074

.64478.579==

ΦCos

表2-1 南湖热力公司负荷一览表

第三章主变压器选择

在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。在输配电系统中，变压器起到桥梁作用，变压器是借助电磁感应原理，以相同的频率，交换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。

3.1变电所变压器容量、台数、型号选择

3.2变压器容量

变压器空载运行时需用较大的无功功率，这些无功功率需由供电系统供给，变压器容量如选的过大，不但增加投资，而且使变压器长期处于轻载运行，出现“大马拉小车”现象，使空载的损耗增加，功率因数降低，网络损耗增加。若容量选的小，会使变压器长期过负载，易损坏设备。

变压器的最佳负载率在40%-70%之间，负载过高，损耗明显增加，另一方面，由于变压器容量裕度小，负载稍有增长，便需要增容，更换大容量的变压器，势必增加投资，且影响供电。总之选择变压器的容量，要以现有的负荷为依据.

3.3主变压器台数和型号

1．台数

变压器的台数应根据负荷的特点和经济运行进行选择，要由负荷大小，对供电的可靠性和电能质量的要求来决定，并兼顾节约电能、降低运行造价、维护设备等因素，确定变压器台数应综合考虑，进行认真的技术经济比较。

按负荷的等级和大小来说，对于带一、二级负荷的变电所，当一、二级负荷较多时，应选两台或两台以上变压器，如只有少量的一、二级负荷并能从相邻的变电所取得低压备用电源，可以只采用一台变压器。

对于像辽南湖热力公司来说主要负荷是二、三类负荷，二级负荷主要是消防电梯、应急照明等负荷；而三级负荷主要是电力设备和普通照明，根据需要拟装设两台变压器。

2．型号

主变压器的型号选择主要考虑以下因素：1）.变电所的所址选择；2）.建筑物的防火等级；3）.建筑物的使用功能；4）.主要用电设备对供电的要求；5）.当地供电部门对变电所的管理体制等。

设置在一类高、低压主体建筑中的变压器，应选择干式、气体绝缘或非可燃性液体绝缘的变压器；二类高、低压主体建筑也宜如此，否则应采取相应的防火措施。

主变压器安装在地下时，根据消防要求，不得选用可燃性油变压器，地下层一般比较潮湿，通风条件不好，也不宜选用空气绝缘的干式变压器，而宜采用环氧树脂浇注型或者六氟化硫型变压器，综合所述结合校的具体情况选型为SCB9-1000/10KV变压器。

3.4主变压器确定

位于南湖热力公司地下变电所的主变压器型号为环氧树脂浇注型，其技术参数如表2-1所示。

3.5干式变压器的结构

为了确保供电安全，迫切需要即可深入负荷中心又无燃烧危险的变压器，而当今，随着社会进步，干式变压器得到了广泛的应用，根据国家标准《干式变压器》定义，所谓干式变压器，就是指铁心和绕组不浸入液体中的变压器。

干式变压器的结构与油浸式变压器的差别不大，采用晶粒取向电工钢片，轭和柱采用

45全斜接缝，心柱用钢带或自干型绝缘粘带绑扎，也有用粘结剂将铁心胶合，铁心为防止因凝结而引起锈蚀，在铁心表面涂有耐热的防锈覆盖漆或树脂，容量较大时，铁芯中要有气道，气道尺寸为15-20mm，而干式变压器的绕组材料是铜箔或铝箔，有时也采用铜线绕制，而低压线圈（1000V及以下），用铜箔（或铝箔）与预浸环氧树脂的绝缘材料紧密绕制，采用缠绕玻璃纤维加强树脂包封，经过工艺处理后，使高低压线圈各自成为一个坚固的整体，不但具有很强的承受短路能力，而且经过冷热循环试验，证明了线圈具有耐潮、耐裂、阻燃和自熄功能。

由于干式变压器的适用材料不同，其绝缘等级也不同，绝缘材料等级与绝缘材料最高允许温度见表3-2。

3.6干式变压器的特点

1.占地面积小，不必单独建设变压器室，它可以和10kV的高压柜，380/220V 的低压配电柜装在一个室内。

2.运行、维修量小。

3.具有耐热、防尘、耐潮的特点，适合于安装负荷中心，对系统经济运行节电起到了一定作用。

4.损耗小、噪声小。

5.绝缘性好，局部放电量小，耐雷电冲击力强。

6.机械强度高,抗温度变化，抗短路能力强。

7.价格昂贵。

8.寿命期后，不易回收，污染环境。

3.7干式变压器的使用注意事项

1.干式变压器选择不同的外壳，是由所处的环境和防护要求而定。

2.干式变压器绕组的绝缘，很大程度影响变压器的安全和使用寿命。

3.自然空气冷却和强迫空气冷却。

4．干式变压器的过载能力与环境温度、载前的负荷情况、变压器的绝缘散热情况和发热时间常数有关。

第四章短路计算

选择电气设备、整定继电保护、确定电气主接线方案、考虑限制短路电流的措施及分析电力系统是短路计算的最终目的。所谓短路是指不同电位导电部分之间的不正常短接，既有相与相之间导体的金属性短接或者经小阻抗的短接，也有中性点直接接地系统或三相四线制系统中单相或多相接地（或接中性线）。

4.1短路概述

电力系统的状态有三种：正常运行状态、不正常运行状态、短路故障。在电气设计和运行中，不仅要考虑系统正常运行状态，而且要考虑它发生故障时的情况，最严重的故障是电路乃至系统发生短路。电力系统正常运行时，其相与相之间，中性点接地系统的中性线与相线之间，都是通过负荷或阻抗连接的。

4.2造成短路原因

电力系统发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘被损坏。绝缘损坏大多是由于未及时发现和消除设备的缺陷，以及设计、制造、安装和运行不当所致，如由于设备长期运行，绝缘自然老化或由于设备本身绝缘强度不够而被正常电压击穿；设备绝缘正常而被内部人员违反操作规程和安全规程，造成误操作而引发短路。电力系统的其他某些故障也可能导致短路，如输电线路断线和倒杆事故等。此外，飞禽及小动物跨接裸导体，老鼠咬坏设备、导线的绝缘，都可能造成短路。

4.3短路危害

1.电力系统发生短路时，网络总阻抗减小很多，短路回路中的短路电流可能超过该回路的正常工作电流十几倍甚至几十倍，如6—10kV的大容量装置，短路电流可达到几万甚至几十万安。

2.选的各种电气设备应有足够的热稳定度。

3.短路电流通过导体时，同时也使导体受到很大的电动力作用、使导体发生变形，甚至损坏。因此，电气装置中所选的各种电气设备还应有足够的电动(机械)稳定度。

4.短路必将造成局部停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大、给国民经济造成的损失也越大。

5.短路也同时引起系统网络电压降低．特别是靠近短路点处降低得更多，短路点的电压为零，结果可能导致非故障范围部分或全部用户的供电破坏。当电压降低到额定值的80％左右时，电磁开关有可能断开，因而中断供电；当电压下降到30％一40％。并持续达1s以上时，电动机可能停止转动，使工厂产品报废，甚至造成人身伤亡事故。直到短路故障被切除后，非故障系统网络电压才能得以恢复。

由此可见。短路的后果是十分严重的，且短路所引起的危害程度，与短路故障的地点、类型及持续时间等因素有关。为了保证电气设备安全可靠运行，减轻短路的影响，除应努力设法消除可能引起短路的一切因素外，一旦发生短路，应尽快切除故障部分，使系统的电压在较短的时间内恢复到正常值。为此，需要进

行短路电流计算，以便正确地选择具有足够的动稳定性和热稳定性的电气设备，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。

4.4短路计算

根据实际情况及图纸的要求分析辽宁工学院综合楼变电所的设计，短路计算

计算短路前给定电力系统馈线出口短路器2QF 为2N12-10I 型。计算方法采用比较简洁常用的标幺值计算。

确定基准值

取 MVA S d 100=，KV U U Nav d 5.1011==，KV U U Nav d 4.022==，而 KA KV MVA U S I d d d 5.5)5.103/(100)3/(11=?== KA KV MVA U S I d d d 144)4.03/(100)3/(22=?== 计算短路回路中主要元件的电抗标幺值 电力系统

根据有关资料，KA I OC 5.31=，则

MVA

I U

S OC N

OC 5505.311033=??=

?= 18

.0550/100/**

1====MVA MVA S S X

X OC D SD

架空线路

由资料可知：KM X o /4.0Ω=，则

81

.1)

5.10/(1005)/4.0(/2

2*

*2

=??Ω===KV MVA Km m U

L X X X

NAVI

SD o WLD

电力变压器

有资料得：5%=K U ，则

51/100)100/5(/)100%(*

*4

*

3=====MVA MVA S S U X X

X N D k Td

做出等值电路图并化简电路，求出3k 点及其4k 点短路回路阻抗标幺值，根据计算电路图及其回路中个主要元件的电抗标幺值做出等值电路图。

99

.181.118.0*2

*

1*

5*

)3(=+=+==-∑X

X X X k

49

.42/581.118.0//*4

*

3*2

*

1*6

*

)

4(=++=++==-∑X

X X

X X

X

k

求出3k 点三相短路电流和短路容量

如图所示4-2 3k 点供电系统的等值电路图的短路回路。

图4-2 3k 点供电系统的等值电路图的短路回路

5.099.1/1/1*

)

3(3*

===∑-d d k X I

KA

KA X I I d d k 76.299.1/5.5/*

1)

3(3===∑-

KA

I I I k k 76.2)

3(3)

3()

3(''3===-∞

-

KA

KA I i sh 09.776.257.257.2'

'=?== KA

KA I

I sh 22.476.253.153.1'

'=?==

MVA

MVA X S S k d k 25.5099.1/100/*

)3()

3(3===-∑-

求出4k 点三相短路电流和短路容量

如图4-3 4k 点供电系统的等值电路图的短路回路

图4-3 4k 点供电系统的等值电路图的短路回路

KA

KA X I I d d k 07.3249.4/144/*

2)

3(4===∑-

KA

I I I k k 07.32)

3(4)

3('

')4()

3(===-∞

-

KA

KA Z i sh 01.5907.3284.181.1'

'=?== KA

KA I

I sh 96.3407.3209.109.1'

'=?==

MVA

MVA X

S S k d k 27.2249.0/100/*

)

4()

3(4===-∑-

在工程设计中，往往还要列短路计算表，如下图所示。

5.1 电气设备选择的条件

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和

电缆截面计算时必须满足下列条件。

5.2发热条件

导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。

5.3 电压损耗条件

导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。

5.4 经济电流密度

35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。

5.5 机械强度

导线截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

一般10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。对长距离大电流及35KV

以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。

补偿功率因素后的线路计算电流。

5.6 高压设备的选择要求

高压设备选择的要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。

高压刀开关柜的选择应满足变电所一次电路图的要求，并各方案经比较优选出开关柜型号及一次接线方案编号，同时确定其中所有一次设备的型号规格。

5.7 配电所高压开关柜的选择

高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等。

高压开关柜有固定式和手车式两大类型。由于本设计是10KV电源进线，则可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择KYN-12型。