某机械厂10KV供电系统设计.doc

2012 届毕业设计说明书 某机械厂10KV供电系统设计 系 、 部： 电气与信息工程系 学生姓名： 指导教师： 职称 讲师 专 业： 班 级： 完成时间： 5月20日 摘 要变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备和线路按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。变电所供配电设计需要考虑很多方面，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况.利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电所的主接线方式，再进行短路电流计算，选择导线，选择变电所高低压电气一次设备等。本变电所的设计包括了：（1）总体方案的确定（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）主接线方案的选择（5）继电保护的选择与整定（6）防雷设计。关键词：变电所，负荷，短路电流，防雷设计AbstractThe substation is an importance part of the electric power system, it is consisted of the electric appliances equipments and circuitry. It obtains the electric power from the electric power system, through its function of transformation and assign, transport and safety. Then transport the power to every place with safe. The design of substation supplypower distribution should consider many problems.Analyse change to give or get an electric shock a mission for carrying and customers carries etc. make good use of customer data proceed then carry calculation, ascertain the correct equipment of the customer. At the same time following the choice of every kind of transformer, then make sure the line method of the substation, then calculate the short-circuit electric current, choosing the style of the wire and once equipment of electric appliances and so on. This first step of design included:(1) ascertain the total project (2) load analysis(3) the calculation of the short-circuit electric current (4) the choice of line project (5) the choice and the settle of the protective facility (6) The design of prevent mineKey words：Substation，Load，Short-circuit electric current，The design of prevent mine目 录1 绪论1 1.1工厂供电的意义和要求1 1.2工厂供电设计的一般原则1 1.3本机械厂变电所的设计内容及步骤22 负荷计算和无功功率补3 2.1 负荷计算 3 2.2 无功功率补偿93变电所主变压器和主结线方案的选择10 3.1主接线的基本要求10 3.2主接线的基本形式与分析10 3.3变电所主变压器的选择11 3.4变电所主结线方案的选择124 短路电流的计算13 4.1 绘制计算电路 13 4.2 确定基准值13 4.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值13 4.4 k-1点三相短路电流计算14 4.5 k-2点三相短路电流计算145 高、低压设备的选择 15 5.1 10kV侧一次设备的选择校验 15 5.2 380V侧一次设备的选择校验16 5.3 高低压母线的选择166 变电所进出线和与邻近单位联络线的选择17 6.1 10KV高压进线和引入电缆的选择 17 6.2 380V低压出线的选择17 6.3 主变压器的继电保护装置187变电所防雷设计19 7.1 防雷的基本知识及设计原则 19 7.2 本次设计所采用的防雷保护208 设计图样23参考文献24致谢26附录27一 绪论1.1、工厂供电的意义和要求工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：（1） 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2） 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3） 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求（4） 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。1.2、工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、GB50053-94 10kv及以下设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1） 遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。（2） 安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。（3） 近期为主、考虑发展；应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。（4） 全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。1.3本机械厂变电所的设计内容及步骤全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据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。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。其基本内容有以下几方面。1.3.1、负荷计算全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算结果。1.3.2、工厂供、配电系统短路电流计算工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短 路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。1.3.3、变电所高、低压侧设备选择参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果1.3.4、变电所防雷装置设计参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地二、负荷计算和无功功率补2.1、负荷计算 目前设计单位进行电力负荷计算主要采用的方法有：（1）单位指标法（单位面积耗电量法、单位产品耗电量法）;（2）需要系数法;（3）二项式系数法;（4）利用系数法;因为单位指标法简单和利用系数法复杂，因此设计将要选用需要系数法或者是二项式法；又因为结合本工程的实际情况，我选用了需要系数法这种负荷计算方法。2.1.1、按需要系数法确定计算负荷:(Kx为需要系数)（1）先求各组的计算负荷:单组的有功计算负荷: 单组的无功计算负荷: 单组的视在计算负荷：单组的计算电流：（2）再求总的计算负荷(）总的有功计算负荷为：总的无功计算负荷为: 以上两式中的和分别表示所有各组设备的有功和无功计算负荷之和。总的视在计算负荷 总的负荷电流 2.1.2、按逐级计算法确定工厂的计算负荷 供配电系统的负荷计算的步骤应从负载端开始，逐级上推，到电源进线端为止。首先确定各用电设备的用电容量，然后将用电设备按需要系数表上的分类方法分成若干组，进行用电设备组的负荷计算；将配电干线上各用电设备组的计算负荷相加后乘以最大负荷同期系数，即得配电干线上的计算负荷；采用同样的方法确定车间变电所低压母线上的计算负荷，根据低压母线的计算负荷就可以选择电力变压器、低压侧主开关和低压母线等，由于低压配电线路一般不长，线路的功率损耗可略去不计。下面按需要系数法计算。 机加工一车间各回路负荷 NO.1供电回路（动力）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： NO.2供电回路（动力）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： NO.3供电回路（动力）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： NO.4供电回路（动力）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： NO.5供电回路（动力）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 铸造车间各回路负荷 NO.6供电回路（动力）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： NO.7供电回路（动力）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： NO.8供电回路（动力）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： NO.9供电回路（照明）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 铆焊车间各回路负荷： NO.10供电回路（动力）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： NO.11供电回路（动力）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： A NO.12供电回路（照明）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 电修车间各回路负荷：. NO.13供电回路（动力）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： NO.14供电回路（动力）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： NO.15供电回路（照明）： 需要系数： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 表1 机加工一车间和铸造、铆焊、电修等车间负荷计算表编号名称类别供电回路代号设备容量Pe/KW需要系数Kd 计算负荷P30/KWQ30/KvarS30/KVAI30/A1机加工一车间动力No.1供电回路1040.70.950.3372.824.076.7116.5No.2供电回路82.90.20.51.7316.628.733.250.4No.3供电回路157.70.20.51.7331.554.663.095.7No.4供电回路22.50.20.51.734.57.89.013.7No.5供电回路38.60.20.51.737.713.415.423.42铸造车间动力No.6供电回路1600.40.71.026465.391.4138.9No.7供电回路1400.40.71.025657.180.0121.5No.8供电回路1800.40.71.027273.4102.8156.2照明No.9供电回路80.8106.406.49.73铆焊车间动力No.10供电回路1500.30.452.04589.199.8151.6No.11供电回路1700.30.452.051101113.1171.9照明No.12供电回路70.8105.605.68.54电修车间动力No.13供电回路1500.30.51.73457890.0136.8No.14供电回路1460.30.561.48446578.5119.3照明No.15供电回路100.81080812.2总计(380V侧)动力1501.70.671.12586.1657.4880.71338.2照明25计入Kp=0.8Kq=0.850.641.19468.9558.8729.51108.32.2、无功功率补偿 由表1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因素只有0.64。而供电部门要求该厂10KV进线最大负荷时的功率因素不应地于0.91。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时的功率因素应稍大于0.91，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量:选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其（主屏）1台与（辅屏）4台相组合，总容量。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表：表2 无功补偿后工厂的计算负荷项目计算负荷P30/KWQ30/KvarS30/KVAI30/A380V侧补偿前负荷0.64468.9558.3729.51108.3380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.96468.9138.3488.9742.8主变压器功率损耗0.015S30=7.30.06S30=29.310KV侧负荷总计0.94476.2167.6504.829.1三、变电所主变压器和主结线方案的选择3.1主接线的基本要求主接线是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。它是电气设备选择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。概括地说，对一次接线的基本要求包括安全、可靠、灵活和经济四个方面。（1）安全性安全包括设备安全及人身安全。一次接线应符合国家标准有关技术规范的要求，正确选择电气设备及其监视、保护系统，考虑各种安全技术措施。（2）可靠性不仅和一次接线的形式有关，还和电气设备的技术性能、运行管理的自动化程度因素有关。（3）灵活性用最少的切换来适应各种不同的运行方式，适应负荷发展。（4）经济性在满足上述技术要求的前提下，主接线方案应力求接线简化、投资省、占地少、运行费用低。采用的设备少，且应选用技术先进、经济适用的节能产品。总之，变电所通过合理的接线、紧凑的布置、简化所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全的运行，避免不必要的定期检修，达到降低投资的目的。3.2主接线的基本形式与分析主接线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种。（1）单母线接线这种接线的优点是接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置；缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障检修，均需要使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。适用范围：适应于容量较小、对供电可靠性要求不高的场合，出线回路少的小型变配电所，一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。如图4-1所示图1 单母线不分段主接线3.3、变电所主变压器的选择 根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器有下列两种方案：（1）装设一台主变压器型式采用S9，而容量根据选择，即选一台S9-630/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。（2）装设两台主变压器 型式也采用S9，每台容量按式SNT（0.60.7）S30选择，即 因此选两台S9-400/10型低损耗配电变压器。主变压器的联结组别均采用Yyn0。3.4、变电所主结线方案的选择 图2单母线的主接线方案四、短路电流的计算4.1、绘制计算电路图3短路计算电路4.2、 确定基准值 设Sd=100MVA，Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则 4.3、计算短路电路中各元件的电抗标幺值 （1）电力系统 （2）架空线路 由LGJ-150的，而线路长0.3km,故 （3）电力变压器 有，故 因此绘等效电路，如图4所示。图4 等效电路4.4、 k-1点三相短路电流计算计算k-1点（10.5kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 （1）总电抗标幺值 （2）三相短路电流周期分量有效值 （3）其他短路电流 （4）三相短路容量 4.5、 k-2点三相短路电流计算计算k-2点（0.4kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 （1）总电抗标幺值 （2）三相短路电流周期分量有效值 （3）其他短路电流 （4）三相短路容量 表3 短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAI(3)k19.29.29.223.513.9167.2k218.718.718.734.420.413.0五、高、低压设备的选择5.1 、10kV侧一次设备的选择校验表4 10kV侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度台数装置地点条件参数UNI302tima数据10kV36.4A (I1NT)9.2kA235kA9.221.9=160.8一次设备型号规格额定参数UNINIocimaxt高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kV40kA1622=5122高压隔离开关GN-10/20010kV200A25.5kA1025=5005高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA2电压互感器JDJ-1010/0.1kV1电压互感器JDJZ-1010/0.1/0.1kV1电流互感器LQJ-1010kV100/5A31.8KA813避雷器FS4-1010kV2户外式高压隔离开关GW4-15G/20015kV200A1表4所选设备均满足要求。5.2、380V侧一次设备的选择校验表5 380V侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度台数装置地点条件参数UNI302tima数据380V总742.8A18.7kA34.4kA18.720.7=244.8一次设备型号规格额定参数UNINIocimaxt低压断路器DW151500/3380V1500A40kV1低压断路器DZ20630380V630A(大于I30)一般30kA16低压刀开关HD131000/30380V1000A7低压刀开关HD131500/30380V1500A1电流互感器LMZJ10.5500V1500/5A1电流互感器LMZ10.5500V630/5A1电流互感器LMZ10.5500V100/5A16表5所选设备均满足要求。5.3、高低压母线的选择 参照表5-25，10KV母线选LMY3（404），即母线尺寸为40mm4mm；380V母线选LMY3（808）+505，即相母线尺寸为80mm6mm，中性母线尺寸为50mm5mm。六、变电所进出线和与邻近单位联络线的选择6.1、10KV高压进线和引入电缆的选择6.1.1、 10KV高压进线的选择和校验 采用LJ型铝绞线敷设，接往10KV公用干线。1）按发热条件选择。由I30=36.4A及室外环境温度年最热月平均最高气温为33。C，查表8-35, 初选LJ16，其在35。C时的Ial=93.5I30,满足发热条件。2）校验机械强度。查表8-33，最小截面Amin=35mm2，因此LJ16不满足机械强度要求，故改选LJ35。由于此线路很短，不需要校验电压损耗。6.1.2 、由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择。由I30=36.4A及土壤温度25。C查表8-43，初选缆芯为25mm2的交联电缆，其Ial=90AI30，满足发热条件。2)校验短路稳定。计算满足短路热稳定的最小截面Amin=103mm225 mm2，因此25mm2不满足短路稳定要求，故选择YJL22100003120电缆。6.2、380V低压出线的选择（1） 馈电给机加工一车间的线路采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择。由I30=287A及地下0.8m土壤温度25。C查表，初选缆芯截面为240mm2，其Ial=319AI30，满足发热条件。2）校验电压损耗。因未知变电所到机加工一车间的距离，因此未能校验电压损耗。3）短路热稳定度的校验。满足短路热稳定度的最小截面Amin=213mm2所选240mm2的缆芯截面大于Amin，满足短路热稳定度的要求，因此选择VLV2210003240+1120的四芯电缆（中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同）。（2）馈电给铸造车间的线路采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。（方法同上）缆芯截面240mm2聚氯乙烯电缆，即VLV2210003240+1120的四芯电缆。（3）馈电给铆焊车间的线路采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。（方法同上）缆芯截面300mm2聚氯乙烯电缆，即VLV2210003300+1150的四芯电缆。（4）馈电给电修车间的线路采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。（方法同上）缆芯截面300mm2聚氯乙烯电缆，即VLV2210003300+1150的四芯电缆。6.3、主变压器的继电保护装置1）装设反时限过电流保护。 采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。过电流保护动作电流的整定。IL.max=2IiN.T=2630/(1.73210)=72.7AKrel=1.3 Kw=1 Kre=0.8 Ki=100/5=20 Iop=1.3172.7/(0.820)=5.9A因此整流为6A。过电流保护动作时间的整定。整定高最小动作时间为0.5s。过电流保护灵敏系数的检验。Ik.min=IK-2(2)/KT=0.86618.7/(10/0.4)=648AIop.1= IopKi/Kw=620/1=120A, 因此保护灵敏系数为Sp=648/120=5.41.5, 满足灵敏系数1.5的要求。3）装设电流速断保护。利用GL15的速断装置。速断电流的整定。Ik.max= Ik-2(3)=18.7kA , Krel=1.5 , Kw=1 , Ki=100/5=20 KT =10/0.4=25 ,因此速断电流为：Iqb=1.5118700/(2025)=56.1A速断电流倍数整定为Kqb=Iqb/Iop =56.1/6=9.35 电流速断保护灵敏系数的检验。 Ik.min=IK-1(2) =0.8669.2kA=8.0kA,Iqb.1=IqbKi/KWw=56.120/1=1122A,因此其保护灵敏系数为：Sp=8000/1122=7.12 , 满足电流速断灵敏系数为2的要求。7 变电所防雷设计7.1 防雷的基本知识及设计原则1、雷电活动的一般规律性（1）热而潮湿的地区要比冷而干燥的地区雷电活动多。 （2）雷电活动与地理纬度有关，赤道雷电活动最高，由赤道分别向北，南逐渐递减。在我国大致是：华南西南长江流域华北东北西北。（3）山区雷电活动多于平原，陆地多于湖海。（4）雷电活动多在78月份，活动的时间大部分 在1422时。各地区雷暴的极大值和极小值，多出现在相同的年份。2、雷电活动的选择性（1）、土壤电阻率相对小，有利于电荷很快积聚的地方易受雷击。（2）、地下埋有导电矿藏（今属矿，盐矿）的地区，易受雷击； （3）、空旷地中的孤立建筑物或建筑群中高耸建筑物易受雷击；（4）、屋顶为金