某机械厂降压变电所课程设计.doc

课 程 设 计 书
——2010期 末《工 厂供 电》测 试

学 院：信 息 工 程 学 院

姓 名：

学 号：

第一章 设计任务
一．设计题目：xx机械厂降压变电所电气部分初步设计
二．设计要求：根据本厂提供的电源负载情况，确定变压器台数和容量，选择变电所主接线方案和主要电气设备，按要求写出设计说明书和绘出主接线图。
三．已知设计资料：
1．工厂负荷情况
本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600h。均按三级负荷设计，负荷统计资料如附表。
2..供电电源情况
本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。干线导线为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。
3.气象资料
本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-4℃，年最热月平均气温为30℃。
表1.1 工厂负荷统计资料
厂房编号
厂房名称
负荷类别
设备容量/kW
需要系数
功率因数
1
铸造车间
动力
300
0．3
0．7
照明
6
0．8
1．0
2
锻压车间
动力
350
0．3
0．65
照明
8
0．7
1．0
3
电镀车间
动力
150
0．6
0．80
照明
5
0．8
1．0
4
电镀车间
动力
250
0．5
0．8
照明
5
0．4
1．0
5
仓库
动力
20
0．8
0．8
照明
1
0．3
1．0
6
工具车间
动力
360
0．9
0．6
照明
7
0．2
1．0
7
金工车间
动力
400
0．8
0．65
照明
10
0．7
1．0
8
锅炉房
动力
50
0．8
0．8
照明
1
0．3
1．0
9
装配车间
动力
180
0．8
0．7
照明
6
0．2
1．0
10
机修车间
动力
160
0．2
0．65
照明
4
0．8
1．0
生活区
照明
350
0．7
0．9

第二章 负荷计算和无功功率补偿
2.1 负荷计算
2.1.1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）
= tan
c)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）
2.1.2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0.85~0.95
b)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0.9~0.97
c)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2.1所示（额定电压取380V）
表2.1 各厂房和生活区的负荷计算表
编号
名称
类别
设备容量/kW
需要系数

cos
tan
计算负荷
/kW
/kvar
/kVA
/A
1
铸造
车间
动力
300
0．3
0．7
1.02
90
91.8
128.6
194.8
照明
6
0．8
1．0
0
4.8
0
4.8
12.63
小计
306
——

94.8
91.8

2
锻压
车间
动力
350
0．3
0．65
1.17
105
122.85
161.84
244.76
照明
8
0．7
1．0
0
5.6
0
5.6
14.74
小计
358
——

110.6
123

3
电镀车间
动力
150
0．6
0．80
0.75
90
67.5
112.5
170.45
照明
5
0．8
1．0
0
4
0
4
10.53
小计
155
——

94
67.5

4
电镀车间
动力
250
0.5
0.80
0.75
125
93.8
156.25
236.74
照明
5
0．4
1．0
0
2
0
2
5.26
小计
255
——

127
93.8

5
仓库
动力
20
0.8
0.8
0.75
16
12
20
30.3
照明
1
0.3
1.0
0
0.3
0
0.3
0.79
小计
21
——

16.3
12

6
工具车间
动力
360
0.9
0.6
1.33
324
430.92
540
818.18
照明
7
0.2
1.0
0
1.4
0
1.4
3.68
小计
367
——

325.4
430.92

7
金工车间
动力
400
0.8
0.65
1.17
320
374.4
492.31
745.92
照明
10
0.7
1.0
0
7
0
7
18.42
小计
410

327
374.4

8
锅炉
房
动力
50
0.8
0.8
0.75
4
3
5
7.58
照明
1
0.3
1.0
0
0.3
0
0.3
0.79
小计
51
——

4
3.3

9
装配车间
动力
180
0.8
0.7
1.02
144
146.88
205．71
311.68
照明
6
0.2
1.0
0
1.2
0
1.2
3.16
小计
186
——

145.2
146.88

10
机修车间
动力
160
0.2
0.65
1.17
32
37.4
49.23
74.59
照明
4
0.8
1.0
0
3.2
0
3.2
8.42
小计
164
——

35.2
37.4

11
生活区
照明
350
0.7
0.9
0.48
245
117.6
272
413
总计
动力
2220

——
照明
403
计入=0.8, =0.85
0.75

1198
1273
1748
2649
无功功率补偿
变压器低压侧的视在计算负荷

这时变电所低压侧的功率因数为
cos=1198/1748=0.69
要使低压侧功率因数由0.63提高到0.92，低压侧须装设的并联电容器为
Q=1194（tanarccos0.69-tanarccos0.92）=934.63kvar
取Q=935
S==1198
根据课本要求小型工厂的变电所最佳方案为一台变压器

第三章 变电所主变压器及主接线方案的选择
3.1 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选择下列选择方案：
a)装设一台变压器 型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1250KVA>=1198KVA，即选一台S9-1250/10型低损耗配电变压器。
主变压器的联接组均为Yyn0.

装设一台主变压器的主接线方案
第四章 短路电流的计算
5.1 绘制计算电路 500MVA
K-1
K-2
LGJ-150,8km
10.5kV
S9-1000
0.4kV
(2)
(3)
(1)
～
∞系统

图5-1 短路计算电路
1.求K-1电的三相短路电流和短路容量
（1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗

1）电力系统的电抗
已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA，故
X=

2)架空线路
查表得LGJ-150的线路电抗，而线路长8km，故

3)计算K-1点短路的等效电路
=0.22+2.88=3.1
（2）计算三相短路电流的短路容量
1）三相短路电流周期分量有效值

2）三相短路次暂态电流和稳态电流

3）三相短路冲击电流及第一个周期全电流有效值

4 ）三相短路容量
（
2．求K-2点的短路电流和短路容量
1）电力系统的电抗
X=3.2
2)架空线路
X=4.18
3）电力变压器的电抗
X=X=6
3）K-2点的总电抗
= 3.2+ 4.18+(6/2)=7.5
2）计算三相短路电流和短路容量
1）三相短路电流周期分量有效值

2）三相短路次暂态电流和稳态电流

3） 三相短路冲击电流及第一个周期全电流有效值

5.5.4三相短路容量

以上短路计算结果综合图表5-1所示。
表5-1 短路计算结果
短路计算点
三相短路电流
三相短路容量/MVA

k-1
2
2
2
5.1
3.02
36.4
k-2
36.8
36.8
36.8
67.7
40.1
25.5

第五章 变电所一次设备的选择校验
5.1 10kV侧一次设备的选择校验
5.1.1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。
5.1.2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
5.1.3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。
5.1.4 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
、分别为开关的极限通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
10kV
57.7A
()
2kA
5.1kA

一次设备型号规格
额定参数

高压少油断路器SN10-10I/630
10kV
630kA
16kA
40 kA

高压隔离开关-10/200
10kV
200A
-
25.5 kA

选用2个
高压熔断器RN2-10
10kV
0.5A
50 kA
-
-

电压互感器JDJ-10
10/0.1kV
-
-
-
-

电压互感器JDZJ-10

-
-
-
-

电流互感器LQJ-10
10kV
100/5A
-

=31.8 kA

=81

避雷针FS4-10
10kV
-
-
-
-

户外隔离开关GW4-12/400
12kV
400A
-
25kA

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2469A
36.8kA
67．7kA

-
一次设备型号规格
额定参数

-
低压断路器DW15-1500/3D
380V
1500A
40kA
-
-
-

电流互感器LMZJ1-0.5
500V
1500/5A
-
-
-
-
电流互感器LMZ1-0.5
500V
100/5A
160/5A
-
-
-
-
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（12010）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。
高压进线和引入电缆的选择
5.1.5 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35°C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。
5.1.2 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；为母线通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<A=25。
因此JL22-10000-3 25电缆满足要求。
5.2 380低压出线的选择
5.2.1铸造车间
馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。
a）按发热条件需选择 由=207.43A，查表，初选缆芯截面120，其=212A>，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
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。
5.2.2 锻压车间
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）。
5.2.3 电镀车间
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）。
5.2.4 电镀车间
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）。
5.2.5 仓库
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

<=5%
故满足允许电压损耗的要求。
5.2.6 工具车间
馈电给6号厂房（工具车间）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）。
5.2.7金工车间
馈电给7号厂房（金工车间）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）。
5.2.8锅炉房
馈电给8号厂房（锅炉房）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）。
5.2.9装配车间
馈电给9号厂房（装配车间）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）。
5.2.10机修车间
馈电给10号厂房（机修车间）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）。
5.2.11 生活区
馈电给生活区的线路 采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。
1）按发热条件选择 由I30=413A及室外环境温度（年最热月平均气温）30℃，初选BLX-1000-1240，其33℃时Ial≈455A>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

<=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。
6.1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
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。
6.2 变电所继电保护装置
6.2.1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。
6.2.2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。
6.2.3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 。
6.2.4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。
6.3装设电流速断保护
利用GL15的速断装置。
6.3.1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2～8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《工厂供电课程设计指导》表6-1可知，按GB50062—92规定，电流保护的最小灵敏度系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。但按JBJ6—96和JGJ/T16—92的规定，其最小灵敏度为2，则这里装设的电流速断保护灵敏度系数偏底。
6.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置
6.4.1装设反时限过电流保护。
亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。
a)过电流保护动作电流的整定,利用式，其中 =2，取=
0.6×52A=43.38A，， =1，=0.8， =50/5=10，因此动作电流为：
因此过电流保护动作电流整定为7A。
b)过电流保护动作电流的整定
按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。
c)过电流保护灵敏度系数
因无临近单位变电所10kV母线经联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，只有从略。
6.4.2装设电流速断保护
亦利用GL15的速断装置。但因无临近单位变电所联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，也只有从略。
6.4.3变电所低压侧的保护装置
a）低压总开关采用DW15—1500/3型低压短路器，三相均装设过流脱钩器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路。脱钩器动作电流的整定可参看参考文献和其它有关手册。
b）低压侧所有出线上均采用DZ20型低压短路器控制，其瞬间脱钩器可实现对线路的短路故障的保护，限于篇幅，整定亦从略。