某机械厂供配电系统的设计.doc

课 程 设 计 报 告 书所属课程名称 供变电技术 题 目 某机械厂供配电系统的设计 分 院 电 信 分 院 专业班级 电气工程及自动化（电力方向） 学 号 学生姓名 指导教师 课 程 设 计（ 论 文 ）任 务 书专 业电气工程及自动化（电力方向）班级 班 姓名 一、课程设计（论文）题目某机械厂供配电系统的设计二、课程设计（论文）工作： 三、课程设计（论文）的内容要求：设计某一机械厂供配电系统，通过负荷计算和无功功率计算及补偿，选择相应的电气设备，确定变电所二次回路方案选择及继电保护的整定。某机械厂变电所负荷统计资料厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量/kw需要系数功率因数一车间机修车间负荷金属切削机床组90.50.21.730.5通风机30.80.750.82车间计算负荷650.30.63车间计算负荷560.40.64车间计算负荷400.40.75车间计算负荷720.30.76生活区计算负荷3000.50.8高压负荷计算负荷2000.60.6计算负荷1800.50.6设计方法与步骤：负荷计算和无功功率计算及补偿；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；变电所一次设备的选择与校验；变电所高、低压线路的选择；变电所二次回路方案选择及继电保护的整定；学生签名： 评阅人 职称 讲师 目 录前 言3一低压部分4二高压部分5三.短路计算7四电源进线,架空线路选择方案：8五.负荷馈线10六.变电所二次回路方案选择及继电保护的整定12七变电所高、低压电气图17八实训心得19九附录参考文献19前 言 课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。本设计可分为九部分：负荷计算和无功功率计算及补偿；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；变电所一次设备的选择与校验；变电所高、低压线路的选择；变电所二次回路方案选择及继电保护的整定；心得和体会；附参考文献。另外有设计图纸4张（以附图的形式给出），分别是：附图一厂区供电线缆规划图；附图二变电所平面布置图；附图三变电所高压电气主接线图；附图四变电所低压电气主接线图。由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师、同学批评指正！统计负荷量某机械厂变电所负荷统计资料厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量/kw需要系数功率因数一车间机修车间负荷金属切削机床组90.50.21.730.5通风机30.80.750.82车间计算负荷650.30.63车间计算负荷560.40.64车间计算负荷400.40.75车间计算负荷720.30.76生活区计算负荷3000.50.8高压负荷计算负荷2000.60.6计算负荷1800.50.6(一) 负荷计算和无功功率计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。具体步骤如下。一低压部分1. 一车间机修车间负荷（1）. 金属切削机床组P30(11)=90.50.2=18.1KW ;Q30(11)=18.11.73=31.313 KVar （2）.通风机组查附录表，去Kd=0.8,cosA=0.8,tanA=0.75P30(12)=0.823=4.8KW;Q30(12)=4.80.75=3.6Kvar;因此第一车间线路总计算负荷为P30=18.1+4.8=18.7KW;Q30=31.313+3.6=32.4Kvar;S30=(22.9+34.913)=37.4kv.A ;I30=41.75KV.A/(30.38kv)=56.8A;2.二车间计算负荷P30(2)=0.365KW=19.5KW; Q30（2）=19.5tan(arccos0.6)=19.51.33=25.9Kvar; S30(2)=19.5/0.6=32.5KV.A; I30(2)=32.5/(30.38)=49.38A;3.三车间计算负荷P30（3）=0.456KW=22.4KW;Q30(3)=22.4tan(arccos0.6)=22.41.33=29.87Kvar ;S30(3)=22.4/0.6=37.33KV.A ;I30（3）=37.33/(30.38)=56.72A ;4.四车间计算负荷P30(4)=0.440KW=16KW; Q30（4）=16tan(arccos0.7)=161.02=16.32Kvar; S30(4)=16/0.7=22.86KV.A; I30(4)=22.86/(30.38)=34.73A;5. 五车间计算负荷P30(5)=0.372KW=21.6KW; Q30（5）=21.6tan(arccos0.7)=21.61.02=22.03Kvar; S30(5)=21.6/0.7=30.86KV.A; I30(5)=30.86/(30.38)=46.89A;6.生活区计算负荷P30(6)=0.5300KW=150KW; Q30（6）=150tan(arccos0.8)=1500.75=112.5Kvar; S30(6)=150/0.8=187.5KV.A; I30(6)=187.5/(30.38)=284.9A;因此380V线路上的总计算负荷为（取Kp=0.95,Kq=0.97）;P30=0.95（22.9+19.5+22.4+16+21.6+150）=239.78KW;Q30=0.97（34.913+26+29.87+16.32+22.03+112.5）=234.38Kvar;S30=(239.78+234.38)=335.3KV.A;I30=335.3/(0.383)=509.44A;二高压部分1.高压负荷计算1P30（7）=0.6200=120KW;Q30（7）=120tan(arccos0.6)=1201.33=159.6Kvar;S30(7)=120/0.6=200KV.A;I30(7)=200/(103)=11.55A;2. 高压负荷计算2P30（8）=0.5180=90KW;Q30（8）=90tan(arccos0.6)=901.33=119.7Kvar;S30(8)=90/0.6=150KV.A;I30(8)=150/(103)=8.7A;因此低压侧总计算负荷为（取Kp=0.95,Kq=0.97）;P30=0.95（18.7+19.5+22.4+16+21.6+150）=235.8KW;Q30=0.97（32.4+25.9+29.8+16.3+22+112.5）=231.7Kvar;S30=(235.8+231.7)=330.6KV.A;I30=330.6/(0.43)=502.3A;变压器损耗：PT=0.015330.6=5.01KW;QT=0.06330.6=19.8KVAR;高压侧总计算负荷为：P30=235.8+5=240.8KW;Q30=231.7+19.8=251.5Kvar;即可得总的计算负荷为（取Kp=0.95,Kq=0.97）;P30=0.95（120+90+240.8）=428.3KW;Q30=0.97（159.6119.7251.5）=514.9Kvar;S30=(428.3+514.9)=669.7KV.A;cosA428.3/669.7=0.64;进行无功补偿:(1).高压集中补偿要使cosA=0.9P30=428.3KW;Qc=428.3tan(arccos0.64)- tan(arccos0.9)=306.8Kvar;取Qc=306.8Kvar;S30=428.3+208.1=476.2KV.A;I30=476.2/(103)=27.5A;3.变电所主变压器容量的选择每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：（1）任一台变压器单独运行时，宜满足：（2）任一台变压器单独运行时，应满足：，即满足全部一、二级负荷需求。代入数据可得：=（0.60.7）476.2=（285.7333.3）。而333.3*0.8=267，故每台变压器的容量选为315 ,。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC9系列树脂浇注干式铜线电力变压器。型号：SC9-315/10 ，其主要技术指标如下表所示：变压器型号额定容量/额定电压/kV联 结 组型 号损耗/W空载电流%短路阻抗%高压低压空载负载SC9-315/10315100.4Dyn1165032001.24这个单位变电所虽然是三级负荷但是考虑到现实生活中的实际情况，结合实际用电情况仍然采用两台变压器三.短路计算采用标幺值计算: SN10-10I1630选定其准容量Sd=100MVA其准电压Ud1=Uc1=10.5KV其准电压Ud2=Uc2=0.4KVId1=Sd/(3Ud1)=5.5KAId2=100/(30.4)=144.3KA查表Soc=300MVA电力系统电标标幺值：X*1=Sd/Soc=100/300=0.3架空线路电缆Xo1=0.35km Xo2=0.08kmX*2= Xo1Sd/Soc=(0.356+0.081) 100/10.5=2.0变压器电标标幺值：X*3 =X*4=Uk%Sd/100SN=12.7等效电路图k-1点三相短路和短路容量X*(k-1)=X*1+X*2=0.3+2.0=2.3I(3)k-1=Id1/ X*(k-1)=5.5/2.3=2.4KAI” (3)=I (3)=I (3)k-1=2.4KAi(3)sh=2.55 I” (3)=2.552.4=6.1KAI(3)sh=1.51 I” (3)=1.512.4=3.6KAI(3)k-1= Sd/ X*(k-1)=100/2.3=43.5MVAk-2点三相短路和短路容量X(3)(k-2)=X*1+X*2+X*3+X*4/X5=0.3+2.0+12.7/2=8.7(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Ik-2(2)=Uc2/(3X(k-2)=40/(1.44.33)=16.6KA2)三相短路次暂态电流和稳态电流有效值I” (3)= I(3)=I(3)k-2=16.6KA 3)三相短路冲击电流及其有效值i(3)sh=1.84 I” (3)=1.8415.5A=30.5KAI(3)sh=1.0915.5KA=18.1KA4)三相短路容量S(3)k-2=3Uc2 I(2)k-2=30.415.5=11.5MV.A四电源进线,架空线路选择方案1选择线路截面GGD2型低压开关柜，所选择的主要低压一次设备参见附图四变电所低压电气主接线图。部分初选设备：低压断路器：DW16-200能万能断路器、DW16-400智能断路器 低压熔断器：NT系列 电压互感器：JDZ1系列电流互感器：LMZJ1 、LMZ1 系列 母线型号： TMY-3（8010）+1（606）绝缘子型号：ZA-6Y抗弯强度：3.75kN（户内支柱绝缘子）另外，无功补偿柜选用2个GCJ1-01型柜子，采用自动补偿，满足补偿要求。由表5-8查得jec=1.15A/mm,因此Aec=19.5/1.15=17mm选截面为25mm,因此即选LJ-25型铝绞线2校验发热条件查附录表20-1得LJ-25的允许截流量Ial=135AI30=19.5A,因此满足发热条件3校验机械强度查附录表18得10KV架空线路铝绞线的最小允许截面Amin=25mm,因此所选LJ-25也是满足机械强度的要求的。高压电缆：由表5-8查得jec=1.73A/mm,因此Aec=19.5A/1.73A/mm=11.27mm选截面为16mm BLV-10000-1164.校验发热条件查附录表20-1得16mm的高压电缆的允许截流量Ial=42AI30=19.5A,因此满足发热条件BLV-10000-1255.校验机械强度查附录表18，得10KV的高压电缆线的最小允许截面Amin=25mm.因此所选的截面不能满足机械强度的要求。改选截面为25mm的高压电缆高压母线Ic=529A（1） 按经济截面选择Sec=Ic/jec=529/1.15=460mm查表选择LYM-806（2） 母线动稳定校验。三相短路电动力Fc(3)=3Kfish(2)l/(a107)=23.2N弯曲力矩按大于2档计算，即M=Fc(3)/10=2.1NmW=bh/6=0.050.004/6=1.710-6m计算应力为e=M/V=1251000/6.4=1.2MPaav=140MPae故母线满足稳定的要求母线热稳定校验;设短路假想时间为1.2SC=171As/mm2 Tima=0.75s A=504=200mm2AAmin=I(3)tima/C=2.40.75/171=12.0mm母线实际截面为A=200mmAmin=12.0mm故母线也满足热稳定的要求。(3)高压电缆的热稳定性校验校验条件： A=允许的最小截面： AAmin=I(3)tima/C=2.40.75/171=12.0mm所选电缆YJV-350的截面 A=18从而，该电缆满足热稳定性要求 。(4)低压母线按经济截面选择TMY母线 A=8010=800Sec=Ic/jec=509.44/1.15=443mm查表选择Fc(3)=580.0N弯曲力矩按大于2档来计算，即M=52.2N.m W=1.110-5m计算应力为=5.0MPa al=140MPa n故母线满足动稳定的要求 母线热稳定校验，设短路假想时间为1.2SC=171As/mm2 Tima=0.75s A=504=200mm2AAmin=I(3)tima/C=16.60.75/171=84.1mm故母线也满足热稳定的要求五.负荷馈线1. 第一车间导线和电缆的计算考虑到工作环境等各方面因素，现拟用BLV-500型铝芯塑料线明敷（1） 相线截面选择查附录表23-1得环境温度为30时明敷的BLV-500型铝芯塑料线为16mm的Ial=74AI30=63.43A,满足发热条件，因此相线截面选 16mm（2） N线截面选择按A00.5Aa，选A0=10mm（3） PE线截面选择由于Aa=16mm，按规定Ape16mm，综合考虑选A=16mm（4） 校验机械强度查附录表19知，按明敷在绝缘支持件上，且支持的间距按最大来考虑，其最小允许截面积为10mm，因此满足机械强度要求（5） 校验电压损耗按A=16MM查附录表3，得明敷的铝芯绝缘线R0=2.21/km，Y0=0.265/KM,因此线路的电压损耗为U=（P30R0L+Q30X0L）/Un=15.75VU%=U/n100%=4.1%I30=11.55A,因此满足发热条件。(3)校验机械强度（1） 查附录表19得最小允许截面积10mm,因而满足机械强度要求（2） 校验电压损耗按A=25mm，当附录表3得R0=1.36，X0=0.277，因此线路电压损耗为U=20.74VU%=0.207%Ual%=5%故满足要求高压负荷2电缆计算根据高压负荷1电缆的校验方法算出的数据就可以得知高压负荷2满足要求高压设备的选择1. 高压断路器的选择由I30=529A,Un=10KV，iSH（3）=4.72KA,试选SW2-35/1000型少油户外高压断路器,又按计算所得的ish(3),I30,Ik(3) ish(3)进行校验其选择校验表如下，断路器数据由附录表12查得2.高压熔断器I=19.5A U=10KV SOC=100MV.A故选RW4-10/1003.高压隔离开关由I30=529A,Un=10KV，ish（3）=4.72KA,I=1.85KA选GN19-10/6304.电压互感器由U=10KV Soc=100MV.A故选JD2-10低压设备选择第一车间选DW15-200(QF)RM10-100(FU)第二车间选DW15-200（QF）RM10-60（FU）第三车间选DW15-200（QF）RM10-60第四车间选DW15-200（QF）RM10-60（FU）第五车间选DW15-200（QF）RM10-60（FU）生活区选DW15-400（QF）RM10-350（FU）六.变电所二次回路方案选择及继电保护的整定（1） 二次回路电源选择二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。 考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。（2） 高压断路器的控制和信号回路高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。（3） 电测量仪表与绝缘监视装置这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。a) 10KV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。b) 变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。c) 电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。d) 380V的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。e) 低压动力线路：装设电流表一只。（4） 电测量仪表与绝缘监视装置在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合式）、备用电源自动投入装置（APD）。（二）继电保护的整定 继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。1)变压器继电保护变电所内装有两台10/0.4315的变压器。低压母线侧三相短路电流为I(3)k=16.6KA，高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。a)过电流保护动作电流的整定： ，故其动作电流： 动作电流整定为3A。b)过电流保护动作时限的整定由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为。c)电流速断保护速断电流倍数整定取，故其速断电流为： 因此速断电流倍数整定为：。2）10KV侧继电保护在此选用GL-25/10型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短路电流为2.4kA；变比为200/5A保护用电流互感器动作电流为9A。下面对高压母线处的过电流保护装置进行整定。（高压母线处继电保护用电流互感器变比为200/5A）整定的动作电流取，故， 根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为3A 。整定的动作时限：母线三相短路电流反映到中的电流： 对的动作电流的倍数，即： 由反时限过电流保护的动作时限的整定曲线确定的实际动作时间：=0.6s。的实际动作时间：母线三相短路电流反映到中的电流： 对的动作电流的倍数，即： 所以由10倍动作电流的动作时限曲线查得的动作时限：。3）0.38KV侧低压断路器保护整定项目：(a)瞬时过流脱扣器动作电流整定：满足 ：对万能断路器取1.35；对塑壳断路器取22.5。(b)短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足: 取1.2。另外还应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差0.2s(0.4s,0.6s)。(c)长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足： 取1.1。(d)过流脱扣器与被保护线路配合要求：满足： ：绝缘导线和电缆允许短时过负荷倍数(对瞬时和短延时过流脱扣器，一般取4.5；对长延时过流脱扣器，取1.11.2)。(e)热脱扣器动作电流整定：满足： 取1.1，一般应通过实际运行进行检验。可根据以上整定要求，参考相关产品资料对低压侧的NA1和TMS30系列低压断路器进行整定，在此不详述。七变电所高、低压电气图八实训心得通过本次的工厂供配电课程设计，自己在多方面都有很大的提高，比如专业知识的系统巩固、CAD软件的使用和查阅相关书籍、资料的能力等等，把理论知识和实际工厂设计要求紧密联系起来。课程设计过程中，注重的是理论知识的系统化能力训练。刚开始时因为不熟悉以前学习过得知识，一些计算的细节总会忽视，导致计算错误而不得不重复计算多次，所以前两天进度非常缓慢，停留于负荷的计算。随着对以前知识的回忆加深，后面的一些计算如无功补偿、短路电流计算就少走了不少弯路。完成计算后就是供电线路的系统图绘制，其中涉及后CAD软件及其他一些绘图工具，期间也有不少问题不懂的则查阅相关书籍或上网搜索资料如筑龙网等等。在本次的课程设计中，自学能力也提高不少，思考问题、解决问题。总的来说工厂供电课程设计的完成使我收益匪浅，无论是理论知识、解决问题的能力，对以后的学习、生活都有很大的提高。九附录参考文献1. 工厂供电 2005年7月第4版 机械工业出版社 刘介才 编2. 中小型变电所实用设计手册 2000年5月第1版 中国水利水电出版社 雷振山 编3. 实用供配电技术手册 2002年1月第一版 中国水利水电出版社 刘介才 编4. 常用供配电设备选型手册 1998年2月第一版煤炭工业出版社 王子午 徐泽植 编5. 10kV及以下供配电设计与安装图集中册 2002年1月第一版 煤炭工业出版社 王子午 陈昌 编6. 工厂常用电气设备手册下册补充本（一），（二） 2003年二月第一版 中国电力出版社 7. 建筑工程常用材料设备产品大全 1992年10月第一版 中国建筑工业出版社 8. 工业与民用配电设计手册第二版 1994年12月第一版 中国电力出版社 9. 现代建筑电气设计实用指南 2000年1月第一版 中国水利水电出版社10. 建筑电气设计与施工 2000年9月第一版 中国建筑工业出版社