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S91250/10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，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。