工厂供电课程设计完整版.doc

工厂供电课程设计完整版442020年5月29日文档仅供参考前言电能是社会主义建设和人民生活不可缺少的重要资源,电力工业在国民经济中占有十分重要的地位,电能时有发电厂供给,因为考虑经济原因,发电厂大多建在动力资源比较丰富的地方,而这些地方又远离大中型城市和工厂企业,这样需要远距离输送,经过升降压变电所进行转接,在进一步的将电能分配给用户和生产企业。由于电力电能的重要特点是不能储存,因此电力电能的生产、输送、分配和使用是同时进行的,于是电力电能从生产到使用构成一个整体,称为电力系统。对电力系统运行的基本要求:1. 保证供电的可靠性电力系统的中断将使生产停顿,生活混乱,甚至危机人身和设备的安全运行,造成十分严重的后果,给国民经济带来严重的损失,因此,对电力系统的运行首先要保证供电的可靠性。2. 保证良好的电能质量3. 提高系统运行的经济性4. 保证电力系统安全运行课程设计:一、设计题目某机械厂降压变电所的电气设计二、设计要求 要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况,并适当考虑到工厂生产的发展,按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求,确定变电所的位置与型式,确定变电所主变压器的台数与容量、类型,选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线,确定二次回路方案,选择整定继电保护装置,确定防雷和接地装置,最后按要求写出设计说明书,绘出设计图纸。三、设计依据1. 工厂总平面图图1 工厂总平面图2. 工厂负荷情况工厂多数车间为两班制,年最大负荷利用小时为6800小时,日最大负荷持续时间为8小时。该厂除特种电机分厂、实验站为一级负荷,铸造分厂、锅炉房属二级负荷外,其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相,额定电压为380V。电气照明及家用电器均为单相,额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表1所示。3. 供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定,本厂可由离厂5km和8km(0.4欧姆/km)两处的35kV的公用电源干线取得工作电源。干线首端所装设的断路器断流容量为800MVA,该电源的走向参看工厂总平面图。表1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类型设备容量/kW额定电压/kV功率因数需要系数1成品试验站动力1 50002 1 102 0.380.82-0.871.370.5-0.6照明6-120.381.00 0.5-0.62电机制造分厂动力7200.380.6-0.681.170.18-0.25照明6-121.00 0.7-0.93新品制造分厂动力8800.380.6-0.71.160.2-0.3照明5-101.00 0.7-0.94特种电机分厂动力5800.380.65-0.721.230.65-照明5-101.00 0.65-0.75铸造分厂动力2900.380.6-0.71.020.5-0.6照明6-121.00 0.7-0.96锻造分厂动力5000.380.62-0.681.170.3-0.35照明5-11.00 0.7-0.97原材料分厂动力2700.380.63-0.721.170.3-0.36照明4-81.00 0.7-0.98机加工分厂动力3800.380.6-0.651.120.22-0.32照明5-101.00 0.7-0.99线圈制造厂动力4200.380.6-0.71.170.2-0.3照明6-121.00 0.7-0.910锅炉房动力600.380.8-0.91.050.6-0.8照明3-51.00 0.7-0.911生活区照明6000.380.9-1.00.50.7-0.84. 气象条件本厂所在地区,年最热月平均最高气温为35C,最热月平均气温为18C,最热月地下0.8m处平均气温为30C。5. 地质水文资料本厂所在地区平均海拔500m,地层以砂粘土为主,地下水位为2m。6. 电费制度 本厂与当地部门达成协议,在工厂变电所高压侧计量电能,设专用计量柜,按两部电费制缴纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/KVA,动力电费为0.9元/kWh,照明电费为0.52元/ kWh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9,另外,电力用户需按新装变压器容量计算,一次性向供电部门缴纳供电贴费610kV为800元/KVA。目录1. 负荷计算和无功功率补偿41.1 负荷计算41.2 无功功率补偿62. 变电所位置和型式选择83. 变电所主变压器台数和容量、类型的选择84. 变电所主接线方案的设计94.1 装设一台主变压器的主接线方案94.2 装设两台主变压器的主接线方案105. 短路电流的计算115.1 计算电路115.2 短路计算基准值115.3 确定元件电抗标幺值115.4 短路点相关计算126. 变电所一次设备的选择和校验136.1 10kv侧一次设备的选择校验136.2 380v侧一次设备的选择和校验146.3 高低压母线的选择157. 变电所进出线的选择和校验157.1 10kv高压进线的选择157.2 380v低压出线的选择167.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验188. 变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定208.1 变电所二次回路方案的选择208.2 变电所继电保护装置208.3 装设电流速断保护218.4 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置219. 防雷保护与接地装置的设计229.1 变电所的防雷保护229.2 接地装置的设计2310.附录一 参考文献2411. 变压器主接线图251负荷计算和无功功率补偿1.1负荷计算1.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷(单位为KW) = , 为系数b)无功计算负荷(单位为kvar)= tanc)视在计算负荷(单位为kvA)=d)计算电流(单位为A) =, 为用电设备的额定电压(单位为KV)1.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷(单位为KW)=式中是所有设备组有功计算负荷之和,是有功负荷同时系数,可取0.850.95b)无功计算负荷(单位为kvar)=,是所有设备无功之和;是无功负荷同时系数,可取0.90.97c)视在计算负荷(单位为kvA) =d)计算电流(单位为A) =经过计算,得到各厂房和生活区的负荷计算表,如表1.1所示表1.1厂方编号厂方名称负荷类别计算负荷 功率因素costan需要系数Kd(KW)(kva)S30(kva)(A)1成品试验站动力30001200411016445088203529330910.820.871.370.50.6照明10.8010.8281.000.70.92电机制造分厂动力180210.62777280.60.681.170.180.25照明10.8010.8281.000.70.93新品制造分厂动力26430644111600.60.71.160.20.3照明909231.000.70.94特种电机分厂动力40649964316920.650.721.230.650.7照明909231.00070.95铸造分厂动力1741772481430.60.71.020.50.6照明10.8010.8281.000.70.96锻造分厂动力1752042681540.620.681.170.30.35照明909231.000.70.97原材料分厂动力971131483890.630.721.170.30.36照明7.207.2181.000.70.98机加工分厂动力121.61361821050.60.651.120.220.32照明909231.000.70.99线圈制造分厂动力1261471931110.60.71.170.20.3照明10.8010.8281.000.70.910锅炉房动力4850.469400.80.91.050.60.8照明4.504.5111.000.70.911生活区照明480048012630.91.00.50.70.8表1.2(KW)(kva)S30(kvA)(A)一次侧30004110508850.88二次侧3351.7348748367348.7表1.3(KW)(kva)S30(kvA)(A)功率因数一次侧5166.96855.58584858.40.92二次侧26812963399560690.671(0.86)1.2无功功率补偿无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿器和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点,因并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。由负荷计算表1.1知,该厂380V侧最大负荷时功率因数只有0.671。而供电部门要求该厂10KV进侧最大负荷时功率因数不小于0.92,二次侧大于0.86明显不符合要求。考虑主变压器无功损耗远大于有功损耗,因此0.38KV侧最大负荷时功率因数因稍大于0.86。能够取0.95来计算补偿容量: =Pc(2)tan(arccos0.671)-tan(arccos0.86)=1372 (kva)S30=3117 =0.86考虑到各种损耗,取Qb=1500(kva)为无功功率补偿系数,单位为kvar/kW参照图1.1,选PGJ1型低压自动补偿评屏,并联电容器为BW0.4-14-3型,采用其方案1(主屏)1台和方案3(辅屏)4台相结合,总共容量为84kvar5=420kvar。补偿前后,变压器的低压侧的有功计算负荷基本不变,而无功计算负荷减小。视在功率变3117kVA,计算电流=4736A,功率因数提高。在无功补偿前,该变电所主变压器容量应选为4000kVA才能满足负荷用电的要求,而采取无功补偿后,选用3200kVA的就能够满足要求了。同时计算电流也减小了,则供电系统中各元件的功率损耗也相应减小,因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后,工厂0.38KV侧和10KV侧的计算负荷如表1.2所示。图1.1 PGJ型无功功率自然补偿屏接线方案一次侧计算在二次侧补偿后一次侧的功率因数:=0.680.92有以上可知不满足给定条件。我们在一次侧再次进行补偿=Pc(2)tan(arccos0.68)-tan(arccos0.98) =4491.57验证:=0.91同时在二次侧,补偿15000kva,定能满足。表1.2无功功率补偿后工厂的计算负荷项目计算负荷/KW/kvar/kVA/A0.38KV补偿前负荷0.67126812963399560690.38KV补偿前容量-4200.38KV补偿后容量0.862681159131174736主变压器功率损耗0.02=79.90.1=399.510KV侧负荷计算0.92656.1172.3678.339.22.变电所位置与型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心,工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左侧,分别作一直角坐标的轴和轴,然后测出各车间(建筑)和宿舍区负荷点的坐标位置,、分别代表厂房1、2、3.10号的功率,设定(2.5,5.6)、(3.6,3.6)、(5.7,1.5)、(4,6.6)、(6.2,6.6)、(6.2,5.2)、(6.2,3.5)、(8.8,6.6)、(8.8,5.2)、(8.8,3.5),并设(1.2,1.2)为生活区的中心负荷,如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(,),其中P=+=。因此仿照中计算中心的力矩方程,可得负荷中心的坐标: (2-1) (2-2)把各车间的坐标代入(1-1)、(2-2),得到=5.38,=5.38 。由计算结果可知,工厂的负荷中心在6号厂房(工具车间)的西北角。考虑到周围环境及进出线方便,决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所,器型式为附设式。图2.1 按负荷功率矩法确定负荷中心3.变电所主变压器台数和容量类型的选择 根据工厂负荷情况及电源情况,工厂变电所主变压器一般有以下两种方案供选择:1.一台变压器容量根据式, 为主变压器容量,为总计算负荷。选=3000kVA=2781 kVA,及选一台SL-3000/10型配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源,考虑由邻近单位相邻的高压联络线来承担。2.两台变压器容量根据以下两式来确定:因此选两台SL-1500/10型配电变压器。工厂二级负荷的备用电源考虑由邻近单位相邻的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0。4变压器主接线方案的设计4.1装设一台主变压器的主接线方案如图4-1所示图4-1 装设一台主变压器的主接线方案4.2装设两台主变压器的主接线方案 如图4-2所示35kw Y0Y0220/380VS9-630GG-1A(F)GG-1A(F)-0710/0.4kVS9-63010/0.4kV联络线(备用电源)GG-1A(F)-54GG-1A(F)-113、11GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-01GG-1A(F)-113GG-1A(F)-11GG-1A(J)-01GG-1A(F)-96GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54主变主变联络(备用)高压柜列-96图4-2 装设两台主变压器的主接线方案5 短路电流的计算5.1 计算电路5.2 短路计算基准值设基准容量为=100MVA,基准电压。即高压侧为=10.5KV,低压侧为=0.4KV。则:5.3 确定元件电抗标么值电力系统:断路器短路容量为800MVA,则:=100MVA/800MVA=0.125架空线路:查表,LGJ-185的线路阻抗为0.33,则 电力变压器:变压器短路电压百分值,则:则等效电路如下:5.4 短路点相关计算总电抗标么值:三相短路电流周期分量有效值:其它短路电流:三相短路容量:0.38KV侧点相关计算总电抗标么值:三相短路电流周期分量有效值:其它短路电流:三相短路容量:综合以上计算结果得到表5.1短路点三相短路电流/KA三相短路容量/KVA2.842.842.847.844.2950.120.7620.7620.7637.2622.6210.06.变电所一次设备的选择和校验6.1 10kV侧一次设备的选择校验6.1.1按工作电压选则 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压,即,高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压,即。=10kV, =11.5kV,高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV,穿墙套管额定电压=11.5kV,熔断器额定电压=12kV。6.1.2按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流,即6.1.3按断流能力选择设备的额定开断电流或断流容量,对分断短路电流的设备来说,不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量,即或对于分断负荷设备电流的设备来说,则为,为最大负荷电流。6.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件或、分别为开关的极限经过电流峰值和有效值,、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b)热稳定校验条件 对于上面的分析,如表6-1所示,由它可知所选一次设备均满足要求。表6-1 10 kV一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kV57.7A()1.96kA5.0kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630kA16kA40 kA高压隔离开关-10/20010kV200A-25.5 kA二次负荷0.6高压熔断器RN2-1010kV0.5A50 kA-电压互感器JDJ-1010/0.1kV-电压互感器JDZJ-10-电流互感器LQJ-1010kV100/5A-=31.8 kA=81避雷针FS4-1010kV-户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA6.2 380V侧一次设备的选择校验同样,做出380V侧一次设备的选择校验,如表6-2所示,所选数据均满足要求。 表6-2 380V一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度其它装置地点条件参数-数据380V总1317.6A19.7kA36.2kA-一次设备型号规格额定参数-低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA-低压断路器DW20-630380V630A(大于)30Ka(一般)-低压断路器DW20-200380V200A(大于)25 kA-低压断路HD13-1500/30380V1500A-电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A-6.3 高低压母线的选择查表得到,10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3(1 )+806,即相母线尺寸为120mm10mm,而中性线母线尺寸为80mm6mm。7.变压所进出线的选择和校验7.1 10kV高压进线的选择7.1.1 10kV高压进线的选择校验采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设,接往10kV公用干线。a).按发热条件选择由=57.7A及室外环境温度33,查表得,初选LGJ-35,其35C时的=149A,满足发热条件。b).校验机械强度查表得,最小允许截面积=25,而LGJ-35满足要求,故选它。由于此线路很短,故不需要校验电压损耗。7.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。a)按发热条件选择由=57.7A及土壤环境25,查表得,初选缆线芯截面为25的交联电缆,其=149A,满足发热条件。b)校验热路稳定按式,A为母线截面积,单位为;为满足热路稳定条件的最大截面积,单位为;C为材料热稳定系数;为母线经过的三相短路稳态电流,单位为A;短路发热假想时间,单位为s。本电缆线中=1960,=0.5+0.2+0.05=0.75s,终端变电所保护动作时间为0.5s,断路器断路时间为0.2s,C=77,把这些数据代入公式中得,满足发热条件。 b)校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为288m,而查表得到120的铝芯电缆的=0.31 (按缆芯工作温度75计),=0.07,又1号厂房的=94kW, =91.8 kvar,故线路电压损耗为=5%。c)断路热稳定度校验不满足短热稳定要求,故改选缆芯截面为240的电缆,即选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆,中性线芯按不小于相线芯一半选择,下同。7.2.2 电机制造分厂馈电给2号厂房(锻压车间)的线路,亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设(方法同上,从略)。7.2.3 芯片制造分厂馈电给3号厂房(热处理车间)的线路,亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设(方法同上,从略)。7.2.4 特种电机分厂馈电给4号厂房(电镀车间)的线路,亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设(方法同上,从略)。7.2.5 铸造分厂馈电给5号厂房(仓库)的线路,由于仓库就在变电所旁边,而且共一建筑物,因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根(包括3根相线、1根N线、1根PE线)穿硬塑料管埋地敷设。a)按发热条件需选择由=16.2A及环境温度26,初选截面积4,其=19A,满足发热条件。 b)校验机械强度查表得,=2.5,因此上面所选的4的导线满足机械强度要求。c) 所选穿管线估计长50m,而查表得=0.85,=0.119,又仓库的=8.8kW, =6 kvar,因此I30,满足发热条件。2)效验机械强度 查表可得,最小允许截面积Amin=10mm2,因此BLX-1000-1240满足机械强度要求。3)校验电压损耗 查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离600m左右,而查表得其阻抗值与BLX-1000-1240近似等值的LJ-240的阻抗=0.14,=0.30(按线间几何均距0.8m),又生活区的=245KW,=117.6kvar,因此=5%满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回BLX-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-175橡皮绝缘线。重新校验电压损耗,完全合格。7.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL2210000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆,直接埋地敖设,与相距约2Km的临近单位变配电所的10KY母线相连。7.3.1按发热条件选择 工厂二级负荷容量共335.1KVA,最热月土壤平均温度为25。查表8-43,初选缆心截面为25的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆,其满足要求。7.3.2校验电压损耗 由表8-41可查得缆芯为25的铝(缆芯温度按80计),而二级负荷的,线路长度按2km计,因此 由此可见满足要求电压损耗5%的要求。7.3.3短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路电流校验,由前述引入电缆的短路热稳定校验,可知缆芯25的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知,因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行,只有暂缺。 以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表 7-1所示。表7-1 进出线和联络线的导线和电缆型号规格线 路 名 称导线或电缆的型号规格10KV电源进线LGJ-35铝绞线(三相三线架空)主变引入电缆YJL2210000325交联电缆(直埋)380V低压出线至1号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆(直埋)至2号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆(直埋)至3号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆(直埋)至4号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆(直埋)至5号厂房BLV100014铝芯线5根穿内径25硬塑管至6号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆(直埋)至7号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆(直埋)至8号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆(直埋)至9号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆(直埋)至10号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆(直埋)至生活区四回路,每回路3BLX-1000-1120+1BLX-1000-175橡皮线(三相四线架空线)与临近单位10KV联络线YJL2210000316交联电缆(直埋)8.变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定8.1变电所二次回路方案的选择 a)高压断路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用手动操动机构,其控制与信号回路如图6-12所示。 b)变电所的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜,装设三相有功电度表和无功电度表,分别计量全厂消耗的有功电能表和无功电能,并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。c)变电所的测量和绝缘监察回路 变电所高压侧装有电压互感器避雷器柜。其中电压互感器为3个JDZJ10型,组成Y0/Y0/的接线,用以实现电压侧量和绝缘监察,其接线图见图6-8。作为备用电源的高压联路线上,装有三相有功电度表和三相无功电度表、电流表,接线图见图6-9。高压进线上,也装上电流表。低压侧的动力出线上,均装有有功电度表和无功电度表,低压照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上,装上无功电度表。每一回路均装设电流表。低压母线装有电压表,仪表的准确度等级按符合要求。8.2 变电所继电保护装置8.2.1主变压器的继电保护装置 a)装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时,瞬时动作于信号;当产生大量的瓦斯时,应动作于高压侧断路器。 b)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。8.2.2护动作电流整定 其中,可靠系数,接线系数,继电器返回系数,电流互感器的电流比=100/5=20 ,因此动作电流为: 因此过电流保护动作电流整定为10A。8.2.3过电流保护动作时间的整定 因本变电所为电力系统的终端变电所,故其过电流保护的动作时间(10倍的动作电流动作时间)可整定为最短的0.5s 。8.2.4过电流保护灵敏度系数的检验其中,=0.86619.7kA/(10kV/0.4kV)=0.682,因此其灵敏度系数为: 满足灵敏度系数的1.5的要求。8.3装设电流速断保护 利用GL15的速断装置。8.3.1速断电流的整定:利用式,其中,因此速断保护电流为速断电流倍数整定为(注意不为整数,但必须在28之间)8.3.2、电流速断保护灵敏度系数的检验利用式,其中,因此其保护灵敏度系数为1.5从工厂供电课程设计