标准件厂冷镦车间10千伏车间变电所及低压配电系统设计.docx

车间变电所及低压配电系统设计The Design of Workshop Substation and Low-voltage Power Distribution System一、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形式,确定变电所主变压器的台数与容量、类型,选择变电所主结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,绘出设计图样。二、原始资料1.车间平面布置图2.车间生产任务及产品规格 本车间主要承担全国机械及电器制造工业的标准螺钉配件生产。标准螺钉元件规格范围为 M3-M16。3.车间设备明细表如附录表1所示。4.车间变电所的供电范围1）本车间变电所设在冷辙车间东北角,除为冷镦车间供电外,尚需为工具、机修车间供电。2）工具车间要求车间变电所低压侧提供四路电源。 3）机修车间要求车间变电所低压侧提供一路电源。 4）工具、机修车间负荷计算表,如附录表2所示。5.车间负荷性质 车间为三班工作制，年最大有功负荷利用小时数为4500h，属于三级负荷。6.供电电源条件1）本车间变电所从本厂35/10kV总降压变电所用电缆线路引进10kV电源。电缆线路长200m。2）工厂总降压变电所10kV母线上的短路容量按200MVA计。3）工厂总降压变电所10kV配电出线定时限过电流保护装置的整定时间Iop=1.5s。4）要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于0.9。5）要求在车间变电所10kV侧计量。7.车间自然条件1）气象资料（1）车间内最热月的平均温度为30度。（2）地中的最热月的平均温度为20度。（3）车间环境，属正常干燥环境。2）地质水文资料 车间原址为耕地，地势平坦。地层以砂粘土为主。地下水位为2.8-5.3m。三、设计要求1.车间的负荷计算及无功补偿 (要求列表)。2.确定车间变电所的所址和型式。3.确定车间变电所主变压器型式、容量和数量。4.短路计算,并选择一次设备 (尽量列表)。5.选择车间变电所高低压进出线。6.选择电源进线的二次回路方案及整定继电保护。7.车间变电所的防雷保护及接地装置的设计。8.确定车间低压配电系统布线方案。9.选择低压配电系统的导线及控制保护设备。10.绘制车间变电所主结线电路图 (A3图样)。四、设计进程安排1.第1周第2周： 熟悉设计任务书、调研、查找资料、写开题报告2.第3周第4周： 负荷计算和无功功率补偿3.第5周第7周： 变电所位置和形式的选择、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择、短路电流的计算4.第8周： 中期检查5.第9周第10周： 变电所一次设备的选择与校验，变电所高、低压线路的选择6.第11周第12周： 变电所电源进线的二次回路方案及整定继电保护7.第13周第14周： 车间变电所的防雷保护及接地装置的设计、选择低压配电系统的导线及控制保护设备8.第15周第16周： 整理资料、绘图、答辩教研室主任签字 时间 年 月 日四、预期结果指导教师签字时 间 年 月 日摘要负荷计算短路电流继电保护AbstractThis design is about the standard cold heading workshop workshop of 10 kV substation and lv power distribution system.From the first workshop to consider the layout,reference to the many factories graphic design plans for the layout of the various parts of the economy and the availability of research.Next entered the factory premises of the power supply design.Start with the start of the calculation,including the computational load and short circuit current calculation of equipment and a stable of well-tested and low-voltage distribution screen choices.Next,a pair of high voltage substations and low-voltage lines into the choice of wit,workshops distribution line design. Substation in the secondary circuit design and relay setting which I consider various aspects of the protection and the protection of equipment choices.Substation design to the natural missed Lightning protection and grounding design.Taking into account the actual layout of the workshop of the grounding of mine equipment selection and design.Finally using CAD to draw the main wiring diagram and workshop floor-plan.Keywords：Load calculation Short circuit current Relay protection 目录第1章 绪论11.1课题研究的背景11.2国内外研究现状11.3课题研究的主要内容2第2章负荷计算和无功功率补偿32.1车间的负荷计算32.1.1冷镦车间设备组负荷计算32.1.2工具、机修车间设备组负荷计算62.1.3车间设备总负荷计算62.2无功功率补偿7第3章变电所位置和形式的选择103.1车间变电所类型选择103.2变电所的所址选择的一般原则10第章变电所主变压器型号、容量与台数的选择124.1车间变电所主变压器型号的确定124.2主变压器容量确定124.3主变压器台数的选择13第5章 变电所主接线设计155.1变配电所主接线方案的设计原则与要求155.2主接线方案的拟定155.2.1一次侧主接线155.2.2二次侧主接线15第6章短路电流的计算166.1短路计算166.2点三相短路时的短路电流和容量的计算176.3点三相短路时的短路电流和容量的计算17第7章 变电所一次设备的选择校验197.110kV侧一次设备的选择和校验197.1.1高压开关柜的选择197.1.2高压断路器的选择和校验207.1.3高压隔离开关的选择和校验207.1.4高压熔断器的选择和校验227.1.5电压互感器的选择和校验227.1.6电流互感器的选择和校验237.1.710kV侧一次设备参数237.2380V侧一次设备的校验237.2.1配电屏的选择247.2.2低压刀开关及低压熔断器、低压断路器的选择和校验247.2.3电流互感器的选择247.2.4380V侧一次设备参数表257.3高低压母线的选择257.4母线的短路稳定度校验267.4.110kV侧母线的校验277.4.2380V侧母线的校验27第8章变电所进出线的选择与校验298.1高低压进出线选择原则298.1.1高压进线298.1.2高压出线298.1.3低压出线298.2 变配电所进出线方式的选择298.3 变配电所进出线导线和电缆型式的选择308.3.1高压电缆线308.3.2低压电缆线308.3.3低压穿管绝缘导线308.3.410kV高压进线的选择和校验308.3.5380V低压出线的选择318.3.5.1冷镦车间各设备组线路选择校验318.3.5.2工具车间各回路线路选择校验318.3.5.3 机修车间的线路选择校验32第9章变电所二次回路方案的选择和继电保护的整定339.1 高压断路器的操动机构控制与信号回路339.2 变电所的电能计量回路339.3 变电所的测量和绝缘监察回路349.4 备用电源349.5 整定继电保护359.6变压器的过负荷保护369.7 变压器的瓦斯保护37第10章变电所的防雷保护与接地装置的设计3810.1 防雷保护3810.2 接地装置38第11章确定车间低压配电系统布线方案4011.1 车间配电级数的选择4011.2 车间配电电压的选择4011.3 车间配电系统接线方案的选择4011.3.1车间配电系统接线方案的选择原则4011.3.2车间低压配电系统主接线的选择4011.4 车间低压配电系统布线41第12章低压配电系统导线的选择4212.1 各导线和电缆的试用范围和选择原则4212.2导线和电缆截面的选择原则4212.3冷镦车间各设备供电导线的选择42第13章 控制保护设备的选择4413.1 高压开关柜4413.2 配电屏44第14章结论与展望4614.1结论4614.2展望46致谢47参考文献48附录49附录A外文翻译49附录B附表57表1冷镦车间设备明细表57表2 工具、机修车间负荷计算表58附录C车间低压配电系统布线图59附录D车间变电所电气主接线图60 第1章 绪论1.1课题研究的背景工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的传输、变换、分配到工厂车间中的每一个用电设备上，随着工业电气自动化技术的发展，工厂用电量快速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等的要求也日益提高，供电设计是否完善，不仅影响工厂的基本建设投资、运行费用和有色金属消耗量，而且也反映到工厂的可靠性和工厂的安全生产上，它与企业的经济效益、设备和人身安全等是密切相关的。本标准件厂主要承担全国机械及电器制造工业的标准螺钉配件生产，建有现代化的冷镦车间、工具车间和机修车间，冷镦车间低压配电系统及车间变电所设计要根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况以及工厂生产的发展前景，以安全、可靠、优质、经济为原则，考虑工厂规模、供电条件、技术要求、自然条件等设计变电所及配电系统。做好该工厂的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。1.2国内外研究现状在国内，变电所的设计中仍然存在很多问题，比如可靠性还欠提高。我国经济的发展给电力行业带来新问题：电力能源的需求持续增长，电网过负荷运行，减少线路的功率损耗，提高电力系统的稳定性等。变电所的设计需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证保护环境、节约资源、易于实现自动化设计方案。在这种要求下，变电所电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。与国外相比，我国主要是旧设备更换新型设备，有人控制变为无人控制。而在国外，高科技的技术和先进的设备已经在工厂配电中运用起来。安全，可靠，经济，优质的宗旨已经得到极度提高。低量的电能损耗和保护装置的高度灵敏性对工厂供电的稳定有了保障。1.3课题研究的主要内容本文共有14章。首先简要介绍本设计概况，接着系统地计算各个车间的电力负荷和无功功率补偿，选择变电所位置和形式、变电所主变压器的类型、台数和容量，设计变电所主接线方案，计算短路电流，选择校验变电所的一次设备、变电所进出线，还进行了变电所二次回路方案的选择和继电保护的整定，变电所的防雷保护与接地装置的设计，车间低压配电系统布线的实施方案，低压配电系统的导线及控制保护设备的选择。第2章负荷计算和无功功率补偿2.1车间的负荷计算2.1.1冷镦车间设备组负荷计算冷镦机Z47-12机组的负荷：由于该组设备为连续工作制，其设备功率为：=1631 kW=496kW查资料 Kd=0.170.2，取Kd=0.2=0.5=1.73= Kd =0.2496 kW=99.2kW = =99.21.73 =171kvar =kVAA本设计的其他机组和设备组的负荷计算都如上例。将冷镦车间分为五个设备组，各个设备组的计算负荷如下列各表所示：表2-1冷镦车间设备组I计算负荷表I表2-2冷镦车间设备组II计算负荷表II表2-3冷镦车间设备组III计算负荷表III表2-4 冷镦车间设备组IV计算负荷表IV续表2-4 IV表2-5 冷镦车间设备组V计算负荷表V2.1.2工具、机修车间设备组负荷计算工具、机修车间的计算负荷如表2-6所示：表2-6 工具、机修车间的计算负荷表2.1.3车间设备总负荷计算在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷并非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应计入一个同时系数。由前面统计的结果，可知各设备组的有功和无功如下：=kVA=569.7 kVA kV =865.6A车间设备总负荷统计如表2-7所示：表2-7车间设备总负荷统计表IIIIIIVV866.52.2无功功率补偿(1)补偿前的变压器低压侧的视在计算负荷为570.3kVA 未进行无功补偿时，变电所低压侧的功率因数为:1=294.3 570.3 kVA =0.52(2)无功补偿容量按规定，变电所高压侧的0.9，在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90，这里取=0.92。要使低压侧功率因数由1=0.52提高到2=0.92，低压侧需装设的并联电容器容量为: 查资料可选用BCMJ0.4-30-3型电容器，其参数如表2-8所示：表2-8 BCMJ0.4-30-3型电容器参数指标产品型号额定电压kV额定容量总电容量uF额定电流A 外形尺寸（mm)安装尺寸(mm)400V，AC，50Hz系列，三相自愈式并联电容器，三角形接线BCMJ0.4-30-30.43059743.3该电容器补偿器额定容量为30kvar，个数n=357 kvar /30 kvar =11.9，取12个。(3)补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：变压器的功率损耗为：kVA=SPTkW332201.001.0)2(30=D 1632205.005.0)2(30kvarkVASQT=D变电所高压侧的计算负荷为： P（1）=294 kW +3 kW =297 kW) kvar+357488()1(30Q-=16 kvar=147 kvar kVAS330)147()297(22)1(30+=kVA =补偿后工厂的功率因数为：cos)1(30)1(30297 kW330 kVA=0.9=SPj(4)车间变电所负荷计算见表2-9：表2-9 车间变电所负荷计算表IIIIIIIVV866续表2-9 866第3章变电所位置和形式的选择3.1车间变电所类型选择(1)车间附设变电所变电所变压器室的一面墙或几面墙与车间建筑的墙共用，变压器室的大门朝车间外开。按变压器位于车间的墙内还是墙外，可分为内附式和外附式。(2)车间内变电所 (3)露天（或半露天）变电所 (4)独立变电所 (5)杆上变电台(6)地下变电所 (7)楼上变电所(8)成套变电所 (9)移动式变电所上述的车间附设变电所、车间内变电所、独立变电所、地下变电所和楼上变电所，均属室内型变电所。露天、半露天变电所和杆上变电台，则属室外型变电所。成套变电所和移动式变电所，则室内型和室外型均有。室内型运行维护方便，占地面积少。在选择工厂总变配电型式时，应根据具体地理环境，因地制宜，技术经济合理时，应优选用室内型,本设计选用车间内变电所。3.2变电所的所址选择的一般原则变配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术分析比较后确定：(1)尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。(2)进出线方便，特别是要便于架空进出线。(3)接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。(4)设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。(5)不应设在有剧烈振动或高温的场所，无法避开时，应有防振和隔热的措施。(6)不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧。(7)不应设在厕所、浴室和其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。(8)不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方。当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。(9)不应设在地势低洼和可能积水的场所。变电所的位置选择应根据选择原则，经技术、经济比较后确定。根据接近负荷中心，偏向电源侧的选择方法。本车间变电所已给出，位于车间的东北角。第章变电所主变压器型号、容量与台数的选择4.1车间变电所主变压器型号的确定在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S9系列或S11系列。S11型与S9型配电变压器主要性能比较，S11型配电变压器在技术性能上有4大进步：(1)空载电流平均下降6080；(2)空载损耗平均下降2035；(3)总重量平均下降810；(4)噪声只有4050dB。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器；供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器。 由于S11系列变压器油箱采用全密封结构，变压器不与空气接触，运行可靠性比S9系列变压器高，而且两者价格相差不大，所以本设计选择S11系列三相油浸式自冷电力变压器。4.2主变压器容量确定确定总降压变电所主变压器的容量，要依据其所供的负荷容量和负荷等级来求。对于装设一台主变压器的变电所，主变压器容量应不小于总的计算负荷，即 （4-1）即570 kVA对于装设两台主变压器的变电所，每台主变压器的容量应不小于总的计算负荷的60%70%，一般取最大值，留有一定裕量。同时每台主变压器容量应不小于所有一、二级负荷的总和，即 （60%70%） （4-2） （4-3）按装设一台算变压器容量最大为570 kVA。所以主变压器容量确定为630kVA。 4.3主变压器台数的选择选择主变压器台数时应考虑下列原则：(1)应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一级、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一级、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。(2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大，采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。(3)除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。 (4)在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。根据设计要求和主变压器台数选择原则，可选两种方案。方案1：选一台S11-630/10三相油浸式电力变压器。方案2：选两台S11-315/10三相油浸式电力变压器。S11-630/10 电力变压器参数见表4-1：表4-1 S11-630/10电力变压器参数产品名称三相油浸式变压器产品型号S11-630/10报 价7.5万/台连接组别Dyn11/Yyn0冷 却 形 式液/油浸式绕 组 数 目三绕组防潮 方 式全密封式冷 却 方 式油浸自冷(J)电 压 比10kV/0.4kV额 定 容 量630kVA额 定 功 率50HZ短 路 阻 抗4.5%空 载 损 耗0.81kW负 载 损 耗6.21kW尺 寸 大 小195512351882总 重2195kGS11-315/10 电力变压器参数见表4-2：表4-2 S11-315/10电力变压器参数产品名称三相油浸式变压器产品型号S11-315/10报 价4.3万/台连接组别Dyn11/Yyn0冷 却 形 式液/油浸式绕 组 数 目三绕组防潮 方 式全密封式冷 却 方 式油浸自冷(J)电 压 比10kV/0.4kV额 定 容 量315kVA额 定 功 率50HZ短 路 阻 抗4%空 载 损 耗0.48KW负 载 损 耗3.65KW续表4-2产品名称三相油浸式变压器产品型号S11-315/10尺 寸 大 小11807101280总 重1220KG两种主变选择方案比较见表4-3：表4-3 两种主变选择方案比较-从上表可以看出，按技术指标，装设一台主变的主结线方案和装设两台主变的主接线方案相差不大，但按经济指标，装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案。第5章 变电所主接线设计5.1变配电所主接线方案的设计原则与要求变配电所主接线，应根据变配电所所在供电系统中的地位，进出线回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全，可靠，灵活，经济等要求。(1)主接线方案的技术指标：供电的安全性，主接线方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况。供电的可靠性，主接线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应性方面的情况。供电的电能质量主要是指电压质量，含电压偏差、电压波动及高次谐波等方面的情况。运行的灵活性和运行维护的方便性。(2)主接线方案的经济指标：线路和设备的综合投资额变配电所的年运行费供电贴费线路的有色金属消耗量5.2主接线方案的拟定5.2.1一次侧主接线由于本设计中车间变电所主变压器只选择了一台，所以一次侧采用线路-变压器组单元接线。5.2.2二次侧主接线由于一次侧采用线路-变压器组单元接线，属于单电源供电，所以二次侧主接线采用单母线不分段接线。并且单母线不分段接线具有接线简单清晰，使用设备少，较为经济等特点，它适用于对供电连续性要求不高的三级负荷用户，本设计车间属于三级负荷，满足要求，主接线图见附录D。第6章短路电流的计算6.1短路计算计算短路电流主要是选择和校验电气设备，以及为了继电保护的整定与灵敏度校验。变电所短路电流的计算因考虑到有多个电压等级，故一般用标幺值法。(1)确定基准值(2)计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值电缆线路的电抗标幺值可按表6-1取其电抗平均值。表6-1电力线路每相的单位长度电抗平均值,因此 电力变压器的电抗标幺值绘制短路等效电路图如图6-1所示：图6-1短路等效电路图6.2点三相短路时的短路电流和容量的计算(1)计算短路回路总阻抗标幺值(2)计算点所在电压级的基准电流(3)计算点处短路电流各值6.3点三相短路时的短路电流和容量的计算 (1)计算短路回路总阻抗标幺值(2)计算点所在电压级的基准电流(3)计算点短路电流各值6-2表6-2短路计算结果第7章 变电所一次设备的选择校验7.110kV侧一次设备的选择和校验表7-1 装设地点条件7.1.1高压开关柜的选择高压开关柜应满足GB3906-19913-35 kV交流金属封闭开关设备标准的有关要求，柜体由壳体、电器元件、各种机构及连线等组成，柜内有断路器、隔离开关、互感器等设备。(1)选择开关柜的型号主要根据负荷等级选择开关柜的型号，一般一、二级负荷选择移开式开关柜，如, , 型开关柜，三级负荷选择固定式开关柜，如KGN-10, GG-1A（F）型开关柜。GG-1A（F）型防误高压开关柜是户内固定式，具有防误操作闭锁装置的高压开关柜。适用于三相交流50Hz单母线和单母线分段系统，作为接受与分配额定电压3-10千伏，额定电流最大至1000A，10kV额定开断电流最大至31.5kA。用于工矿企业变、配电站的交流50Hz，3-10kV的三相单母线系统中，接受和分配电能之用。GG-1A（F）型高压开关柜上加装闭锁装置而成满足能源部提出的“五防”要求，即：防止带负荷分合隔离开关。 防止误入带电间隔。 防止误分合断路器。 防止带电挂接地线。 防止带接地线合闸。本设计属于三级负荷，所以选用GG-1A（F）型开关柜合适。(2)选择开关柜回路方案号本设计是电缆进线，查表选择回路方案号11和54。(3)计量柜选GG-1A（J）型，方案号03。7.1.2高压断路器的选择和校验高压断路器不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用，切断过负荷电流和短路电流，它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力，可分为：油断路器、六氟化硫断路器、真空断路器、压缩空气断路器等。GG-1A（F）型防误高压开关柜的主开关采用SNl0-10型系列少油断路器。根据装设地点条件选择SN10-10I/630型断路器，查电气设备手册选择断路器参数如表7-2：表7-2 断路器技术参数型号技术参数额定电流（A）额定开断电流（kA）极限通过电流(kA)2秒热稳定电流（kA）630164016额定电压：，考虑变压器事故过负荷的能力40%。额定电流：本变电所最大长期工作电流，即。满足要求。断流能力校验：，额定开断电流，满足要求。温度校验：SN10-10I/630断路器允许使用环境温度：-40-40，10kV变电所车间内最热月平均温度为30，地中最热月平均温度为20，符合要求。通过以上校验可知,10kV侧选SN10-10I/630断路器完全符合要求。7.1.3高压隔离开关的选择和校验高压隔离开关的功能主要是隔离高压电源、道闸操作、开合小电流电路，以保证其他设备和线路的安全检修，但隔离开关没有专门的灭弧装置，因此不能用来开断负荷电流或短路电流，与断路器配合操作时，必须遵循“先通后断”的原则。常用高压隔离开关参数如表7-3所示：表7-3户内高压隔离开关隔离开关全型号额定电压( kV)最大工作电压( kV )额定电流(A)极限通过电流热稳定电流峰值（kA）有效值（kA）5秒GN6-6T/200,GN8-6T/20066.920025.514.710GN6-6T/400,GN8-6T/40066.9400402511GN6-6T/600,GN8-6T/600106.9600523020GN6-10T/200,GN8-10T/2001011.520025.524.710GN6-10T/400,GN8-10T/4001011.5400402514GN6-10T/600,GN8-10T/6001011.5600523020GN6-10T/1000,GN8-10T/10001