某机械制造厂车间变电所及其低压配电系统设计.doc

前言电能是工业生产的主要动力能源，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。现在除个别大型工业联合企业有自备电厂外，绝大多数工厂都是从国家电力系统取得电能的，因此，工厂工业负荷是电力系统的主要用户，工厂供电系统也是电力系统的一个组成部分，保证安全供电和经济运行，不仅关系到企业的利益，也关系到电力系统的安全和经济运行以及合理利用能源。工厂供电设计必须遵循国家的各项方针政策，设计方案必须符合国家标准中的有关规定，同时必须满足以下几项基本要求：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，运行费用低，并尽可能工节约电能和减少有色金属消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部和当前和利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。本说明书为某机械制造厂电修低配系统及车间变电所设计说明，该车间的主变压器容量为630kVA，各电压等级分别为10kV和0.4kV，车间的负荷均属三类负荷，根据设计任务书的要求，本设计的主要内容包括：车间的负荷计算及无功补偿，确定车间变电所的所址和型式，车间变电所的主接线方案，短路电流计算，主要用电设备选择和校验，车间变电所整定继电保护和防雷保护及接地装置的设计等。目录第一章 课程设计任务书31.1设计目的31.2设计内容31.3设计任务书3第二章 设计说明书72.1车间变电所电压等级确定和主接线方案确定72.2电力负荷计算82.3无功补偿及补偿容量确定102.4 变电所主变压器及主接线方案的选择112.5 短路电流计算122.6 选择车间变电所高、低压电气设备142.7 变电所防雷保护及接地装置设计16结论19附录20参考文献20第一章 课程设计任务书1.1设计目的工厂供电课程设计是按教学计划安排在供电课程结束后进行的教学实践环节，设计时间为一周。以加强学生所学供电理论的应用，培养学生综合运用所学知识，决解问题及分析问题的能力。培养学生初步的工程设计能力。通过课程设计是学生初步掌握电气工程设计的步骤及方法，学会编写设计说明书，并按国家标准绘制工程图样。1.2设计内容工厂供电课程设计的任务是将电力系统输送来的电能，经过合理输送变配电方式，输送给每一个用电设备上。以保证电气设备可以获得安全、可靠、高质量的电能。设计方案的完善与否直接影响到供电系统性能和经济性能的优劣。在设计中要遵循国家有关规程和规定。在保证供电可靠性和电能质量的前提下，尽可能做到节省投资，减少有色金属的消耗量，降低运行费用，尽量采用供电新技术和新产品。1.3设计任务书1、设计题目某机械制造产车间变电所及其低压配电系统设计2、设计时间 2013 年 12 月 20日至 2013年 12月 25 日 指导教师 （签名） 年 月 日3、设计基础资料（1）机加车间负荷全部为三级负荷，对供电可靠性要求不高。（2）车间平面布置图如图1-1所示，车间电气设备各细表如表1-1所示，另外车间低压母线转供负荷如表1-2所示。图1-1 机加车间平面布置图表1-1 车间用电设备明细表设备代号设备名称台数单台容量效率功率因数启动倍数备注17普通车床C616A733090816810普通车床C620-137608908161113普通车床CW611003237088082414,15立式车床C516A2382086080316,17平面磨床M7130276088082618,19普通车床C630210125088081620,21摇臂钻床Z352850870825522,23插齿机Y54238092082624,25龙门刨床B201626680860812526,27立式车床C512-1A235708608032831牛头刨床M60504408708263234插床B50203308808263538立式钻床Z5354462509008063940砂轮机S3SL-300215092082654143通风机330880815544吊车5t128208206545表1-2 车间变电所低压转供负荷转供负荷名称额定容量（KW）计算负荷转供距离（KM）Pc（KW）Qc（Kvar）Sc（KVA）机修车间回路14212015回路22518回路33121加工车间回路11023001回路23416回路35020汽车库回路12610015回路22010回路36118泵站回路1402103回路24121回路36118照明回路（三相）回路11002回路215回路312车间变电所电源原始数据如表1-3所示表1-3 车间变电所电源原始数据 设计题目序号总降压变电所车间变电所地区环境最热平均气温（度）车间最大负荷利用小时数H土壤情况自然接地电阻二次母线短路容量（MVA）保护动作时限（s）电源进线电压（KV）电阻率长度KM导线类型U1NU2N地上地下S.maxS.min架空电缆4200150120410043028450010030（3）车间采用三班制。年最大有功负荷利用小时数为5500h。（4）供电电源条件：1）从本厂35/10KV总降压变电所用架空线引进10kV电源，该变电所距本车间南0.3Km。2）电力系统短路数据见表1-3设计题目序号2。3）供电部门提出的要求如下。a、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tP=1.3sb、车间最大负荷是功率因数不得低于0.9。c、在车间变电所10KV侧进行计量。d、供电贴费为700元/（KVA），每月电费按两部电价制：基本电费为18元/(kVA)，动力电费为0.4元/(kV/h)，照明电费为0.5元（KW/h）。（5）工厂自然条件：1）气象资料。年度最高气温38度，年平均气温35度，年度最低气温8度，年最热月平均最高气温30度，年最热月地下0.71m处平均温度20度，常年主导风向为东南风；年雷暴日10天；土壤冻结深度1.10m。2）地质水文资料。平均海拔200m，底层以沙质粘土为主，地下水位35m，地耐压力为20t/m2。图1-2所示为车间变电所电源供电系统图图1-2 车间变电所电源供电系统图4、设计内容及要求（1）设计内容1）由总降压变电所的配出电压和用电设备的电压要求，参考国家规定的标准电压等级确定车间变电所的电压级别；2）计算负荷采用需用的系数法，计算出单台设备支线、用电设备组干线和车间变电所低压母线和进线的计算负荷；3）由计算负荷结果，确定补偿方式，计算出补偿容量，选择电容器个数电容器柜个数；4）按对负荷可靠性要求，确定车间变电所电气主接线；5）按车间变电所低压母线的计算负荷，确定变电器的容量和台数；6）导线截面积的选择，支线和干线按发热条件选择，进线电缆按经济电流密度选择，按允许发热，电压损失短路的热进行效验；7）短路电流的计算，绘制计算电路和等值电路图，确定短路点，计算出个短路点的最大和最小短路电流及短路容量；8）车间变电所低压母线按发热条件选择，按短路的热和力效验；9）按国家规定的标准符号和图幅，用铅笔画出车间变电所的电气主接线图、车间配电系统图和配电平面图。（2）设计要求1）按章节编制出设计说明书，说明书要用钢笔在规定的用纸上，说明书要用仿宋体字，字迹要工整，清晰，图纸上的字必须用仿宋字，说明书要简明扼要，计算要有公式依据，结果要列表记入，必要的数据及资料要注明出处。提倡用计算机绘图和打印设计说明书。2）设计图样要符合国家标准，采用新标准电气图形符号和文字符号，图样上的字必须用仿宋字。3）按教学大纲要求，课程设计应包括和设计内容相关的英文资料翻译一份。4）要列出参考书目（文献）。5）要有设计结论（或总结或体会）。第二章 设计说明书2.1车间变电所电压等级确定和主接线方案确定 （1）根据已知机械加工产车间负荷均为三级负荷，对供电可靠性要求不高，因此可采用线路变压器界限方式。它的优点是接线简单、使用设备少和建设投资省；其缺点是供电可靠性较差。当供电线路，变压器及其低压母线上发生短路或任何高压设备检修时，全部负荷均要停止供电。这种接线适合于三级负荷的变电所。为保证对少量二级负荷供电，可在变压器低压侧引入其他变电所联络线作为备用电源。选择主接线方案如图2-1所示。图2-1 车间变电所线路-变压器组主接线图 （2）车间变电所高压侧根据电源条件选定为10KV，低压侧额定电压为380V，因此选减压变压器额定电压为10/0.4kV。 （3）机加车间低压配电网络接线方式的选择，低压配电网络接线方式有放射式、树干式、环式和链式。低压配电网络接线设计应满足用电设备对供电可靠性和电能质量的要求，同时应注意接线简单，操作方便，具有一定灵活性，适应性广和使用上变化和设备检修的需要，配电系统层次一般不超过三级。 根据GB50052-1995供配电系统设计规范的规定，由于机加车间的电机容量不大又集中，对供电可靠性要求又不高，因此低压配电网络接线可采用树干式或链式接线。车间配电网络接线图如图2-2所示。图2-2 车间低压配电网络接线图 各配电箱所接电气设备如表1-1所示。表2-1 配电箱及配电箱所接电气设备序号配电箱序号配电箱所接电气设备序号配电箱序号配电箱所接电气设备序号AL136，37，38，39AL68，9，10AL228，29，30，31，32，33AL722，23，39，40AL321，24，25，26，27，28AL818，19，28，42，43AL411，12，13，16，17，41AL91，2，3，4，5，6AL514，152.2电力负荷计算1. 采用需用系数法对车间用电设备进行负荷计算表2-2 各支线负荷计算机熔断器和导线截面积选择设备名称单台容量（kW）计算电流（A）启动电流 (KA)熔断器选择导线截面积允许载流量穿钢管管径普通车床CW611023.649.69 0.4*198.7100/50105525平面磨床M21207.215.70 0.4*86.3750/202.51815普通车床C620-35.62511.71 0.4*70.2650/202.51815镗床T689.821.64 0.4*119.0350/302.51815普通车床C620-17.616.02 0.4*96.1150/302.51815摇臂钻床Z358.518.10 0.4*99.5750/202.51815滚齿机Y364.18.26 0.4*49.5550/102.52215吊车5t28.280.39 0.4*361.75200/100259832牛头刨床B66536.32 0.4*37.9050/102.51815立式铣床X53T13.829.42 0.4*117.6650/302.51815液压牛头刨床B6901123.47 0.4*129.1150/3043020立式钻床Z5120.61.22 0.4*7.9450/302.51815立式钻床Z5354.6259.76 0.4*58.5650/102.52215滚齿机W1Y3J2246.37 0.4*139.10100/502.51815立式车床C516A3883.92 0.4*251.76120/1002.51815万能铣床X62W9.820.65 0.4*82.6250/302.51815龙门刨床B201666.8145.70 0.4*364.25200/1505015250砂轮机S3SL-3001.53.02 0.4*19.9450/52.51815通风机2.24.63 0.4*27.7950/52.51815插床B503248.52 0.4*51.1150/102.51815（2）干线负荷计算及截面积选择表2-3 车间用电设备从低压配电屏引出 序号车间名称供电回路代号额定容量计算负荷计算负荷KWPc/KWQc/KvarSc/KVAI(30)A1工具一车间回路1522156 85.2 回路2644075 114.7 回路3562361 92.0 2工具二车间回路1481851 77.9 回路2572663 95.2 回路3602364 97.6 3材料库回路115616 24.5 回路220922 33.3 回路312413 19.2 4照明回路（三相）回路1121620 30.4 回路2221426 39.6 回路371718 27.9 总计446.8425217477 725.0 取Kp=0.9,Kq=0.95382.5206.15435 660.2 2.3无功补偿及补偿容量确定（1）低压母线计算负荷。低压母线的计算负荷为各回路干线负荷之和，应计及同时系数（或称为参差系数或称为综合系数）。根据上述表格得 ，由于车间负荷功率因数小于0.9，因此应在变压器低压母线上进行集中无功补偿。集中补偿便于维护和管理，采用电力电容器进行补偿。1）补偿容量的确定2)选择补偿装置选择PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）一台,总共容量84kvar。如图2-3所示。补偿后变电所变压器一次侧计算负荷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：变电所高压侧的计算负荷为补偿后工厂的功率因数为图2-3 PGJ1型低压无功功率补偿装置原理接线图2.4 变电所主变压器及主接线方案的选择根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量，有下列两种方案：1.装设一台主变压器型号为S9型，而容量根据式稳定合格，为主变压器容量，选=630KVA=435KVA，查表2-5即选一台S9-630/10/0.4-Yyn0型低损耗配电变压器。2.装设两台变压器型号为S9型，暗备用，低压侧采用单母线分段主接线，有KVA表2-4 两种主接线方案的比较比较项目方案1：装设一台主变的方案方案2：装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求基本满足要求供电质量一台主变，电压损耗较大两台主变并列，电压损耗较小灵活方便性一台主变，灵活性小有两台主变，灵活性较好扩建适应性留有扩建余地小扩建适应性好经济指标电力变压器的综合投资额查得S9-630的单价为7.47万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为2*7.47=14.94万元查得S9-315的单价为4.3万元，因此两台变压器的综合投资约为4*4.3=17.2万元，比一台主变方案多投资2.26万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查得5-15得JYN2-10型柜可按每台4.5万元计，其综合投资可按设备的1.3倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4*1.3*4.5=23.4万元本方案采用6台JYN2-10柜，其综合投资可按设备的1.3倍计，综合投资约为6*1.3*4.5=35.1万元，比一台主变方案多投资11.7万元电力变压器和高压开关柜的年运行费查表3-2，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年:14.94*0.11=1.643万元23.4*0.12=2.808万元总计：4.451万元查表3-2，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年:17.2*0.11=1.892万元35.1*0.12=4.212万元总计：6.104万元.比一台主变方案多投资1.653万元交给供电部门的一次性供电贴费主变容量每KVA为800元，供电贴费=630KVA*0.8万元/KVA=504万元供电贴费=2*315KVA*0.8万元=504万元，两种方案供电贴费相等从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。2.5 短路电流计算1、短路计算图2-4 供电系统计算电路图图2-5 供电系统等值电路图采用标幺制法进行三相短路计算，基准值取:S=100 MVA,U=10.5 kV, U=0.4 kV确定基准值 由 S=100 MVA,U=10.5 kV, U=0.4 kV 基准电流 电源内阻 线路 变压器 2） 计算K1点和K2点短路电流为短路电流计算结果如表所示高压冲击系数Ksh=1.8，低压冲击系数Ksh=1.6， 短路容量为：表2-5 短路电流计算结果 短路点运行方式 K1 K2最大运行方式短路电流（KA） 4.84222.7083最小运行方式短路电流（KA）4.29421.982冲击电流（KA）12.3251.32 最大短路容量（MVA）88.0415.742.6 选择车间变电所高、低压电气设备1.选择母线截面积车间低压母线，可以选择LMY型矩形铝母线，按经济电流密度选择。一直母线计算电流，根据年最大负荷小时数，差的经济电流密度，因此经济截面积（mm2）。选LMY型硬铝母线1008。在环境温度为时竖放 A，平放减少8%， A。可见，母线允许载流量大于母线计算电流对母线坐热稳定校验，假想时间为（s）则热效应允许最小截面积为（mm2）因为实选母线截面积 mm2 ,所以热稳定合格。2.对母线作动稳定校验。母线采用平行放置，根据低压配电屏结构尺寸确定a=0.25m，l=0.9m。计算应力为a=0.25, b=0.1, h=0.008 (硬铝母线)合格.2.进线电缆热稳定校验10kV交联聚乙烯绝缘电缆热稳定系数为137铜线。按热稳定要求重选交联聚乙烯电缆YJL22-1000- ,允许载流量474A 电缆不作动稳定校验。3.车间变电所高压电气设备的选择表2-6 车间变电所变压器进线侧计算数据计算数据真空断路器ZN-12-40.5高压熔断器UNW（kv）10UN（kV）10UN（kV）10I30(A)44.48IN(A)400IN(A)0.5Ik(kA)4.84I(kA)17.3I(kA)100Sk(MVA)88.04S(MVA)150S(MVA)500ish(kA)12.35imax(kA)22imax(kA)160I2teq30.45It2tt302 表2-7 普通阀型避雷器技术数据型号额定电压（kV）灭弧电压（kV）工频放电电压冲击放电电压冲击残压（kV）不小于不大于FS不大于FZ不大于FSFU3KA5KA50KA10KAFS-1010122631504515504550（1）选择避雷器FS-10或FZ-10(2) 选择电压互感器：JSJW-10/0.1/0.1/3(3) 高压电流互感器选择：选LAJ-10或LQJ-10(4) 选择避雷器FS-10或FZ-10表2-8 车间低压侧电气设备的选择，低压侧计算数据UNW(V)380(A)1180.11(kA022.71(MVA)15.74(kA)51.32(KA2s)5、高压开关柜选择查工厂常用电气设备手册，选用北京华东有限公司生产的JYN2-10型金属铠装中置抽出式（手车式）开关柜。根据车间变电所主接线选择开关柜编号方案如下表所示。JYN2-10型高压开关柜编号03、30203634电缆进线及电压互感器电压测量及避雷器节车间主变压器右联络SN10-10真空断路器111FCD3-10避雷器11RN3-10高压熔断器11JDZ6-10电压互感器33JDZJ6-10LZZB6-10电流互感器333LZZOB6-10外形尺寸（宽深高，mmmmmm）1000*1500*2200(采用SN10-106、低压配电屏的选择查工厂常用电气设备手册，低压配电屏选择GCK3(GCL-S)型低压抽出式开关柜，作为发电厂变电所三相交流50Hz，380V，额定电流为3150A及以下低压配电系统。根据车间变电所低压配电线路设计方案选低压开关柜一次线路方案示例如下图所示。选择变电所位置要从安全运行角度出发，达到较好技术经济性能，经过技术经济比较后确定。一般满足接近中心负荷，进出线方便、接近电源侧的议案球。本车间变电所已确定在西北角。变电所的形式和布置。变电所的形式根据用电负荷的状况和周围环境情况确定。根据当压配电室相邻并友们相通。2.7 变电所防雷保护及接地装置设计1.直击雷保护在变电所屋顶装置避雷针或避雷带，并引出两根底线与变电所公共接地装置连接，由于变电所高低压电气设备均在室内，因此不必设置独立的避雷针。防雷引下线，应优先利用自然引下线，还可以利用建筑物的钢柱、消防梯、金属烟囱作自然引下线。人工防雷引下线采用圆柱或扁钢，优先采用圆钢，其截面积应满足规范要求，引下线沿建筑物外墙明敷设，并经最短路径接地。要求接地电阻为。GCK3一次线路方案编号0313131313131313235151电缆进线WL1馈电WL2馈电WL3馈电WL4馈电WL5馈电WL6馈电WL7馈电WL8照明功率因数自动补偿功率因数自动补偿125072.3230312334721818034794192192LMZJ1-0.5电流互感器3AE1000-1600-S断路器111ME630断路器ME1000断路器S1-125断路器11S2-160断路器S3-250断路器11S5-400断路器111DCHR1-00-1熔断刀开关1QSA400-630熔断刀开关11NT00-160/A熔断器2424JKC1-/3接触器88BCMJ-0.4.30-3电容器88LMZK2-0.66电流互感器3333333133图2-6 低压开关柜一次线路法案示例2.雷电侵入波的保护在10kV高压侧配电室装有HYSWS2-7/50型避雷器，引下线采用25mm4mm镀锌扁钢。下与公共接地网焊接，上与避雷器接地端螺栓连接。3变电所公共接地装置的设计(1）接地电阻要求：变电所公共接地电阻应满足：即去公共接地装置电阻(2）接地装置的设计，采用长2.5m、50mm镀锌钢管30根，沿变电所三面均匀分布布置，变电所前两面布置二排，管距5m垂直打入地下，管顶离地面0.6m。管间用40mm4mm镀锌扁钢焊接相连。变电所的变压器室有一条接地干线与室外公共接地装置连接。接地干线均采用25mm4mm镀锌扁钢。4.公共接地装置计算（1）单根垂直接地体电阻估算。沙质粘土取土壤电阻率，人工水平接地体电阻，估算垂直人工接地体根数n，已知自然接地体电阻15，则需要人工接地体电阻为 考虑到管间屏蔽作用，并使接地体均匀，可按偶数倍布置接地体，可选n=30根，再作复合接地体电阻计算： 所以满足要求。（2）校验钢质接地线短路热稳定，低压母线上单相接地短路电流计算如下：1）零序阻抗为 变压器阻抗为 3)低压母线阻抗母线3（1008）+636.3的零序阻抗为，母线长度取10m。4)低压电缆线路零序阻抗：同上手册，截面积最大150mm2，长度取100m。 总零序阻抗为 低压电缆线路的单相接地短路电流为低压母线上单相接地短路电流为 钢质接地线热稳定系数C=70，低压侧短路电流持续时间为0.4s，则接地线最小截面积为，所以热稳定合格。结论经过这次的课程设计，我对autocad有了初步的了解，画图的技术还是比较差的，有待提高，图若是有画的不好的地方请老师谅解，这是第一次画图。通过这次设计，让我了解了进行一个设计项目的过程和要注意的事项，设计是一个比较繁琐的过程，许多的细节问题还要联系实际情况来考虑，当外部条件变化时，有一些相应的参数值将跟着变化，这就对我们的设计的精密度提出了更高的要求。这次设计锻炼了我的实践操作的能力，让我了解到在学习中自己还有很多不足和弱点，可以及时针对不足加以弥补，更加牢固地掌握所学知识和技能。相信在以后的学习中，只要努力就一定可以获得更大的进步！附录1、车间变电所电气主接线（见图2-7）2、机加车间电气平面布置图（见图2-8）参考文献1刘介才.工厂供电M.北京：机械工业出版社，20112刘介才.工厂供电设计指导M.北京：机械工业出版社，19993刘学军.工厂供电设计指导M.北京：中国电力出版社，20084刘介才编.实用供配电技术手册M.中国水利水电出版社, 2002.17215王荣潘主编.工厂供电设计与实验M.天津大学出版社,1989.10136何金良等.电力系统接地技术M.科学出版社，2007.2图2-7 车间变电所电气主接线图图2-8 机加车间电气平面布置图21