1、 工厂供电课程设计 设计课题: XX机械厂降压变电所的电气设计 目 录 第一章 设计任务 3 1.1设计要求 3 1.2设计依据 3 1.2.1工厂总平面图 3 1.2.2工厂负荷情况 4 1.2.3工厂供电情况 5 1.2.4气象资料 5 第二章 负荷计算和无功功率补偿 5 2.1负荷计算 5 2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式 5 2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式 5 2.2无功功率补偿 6 第三
2、章 变电所位置与形式的选择 7 第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择 8 第五章 短路电流的计算 8 5.1确定短路基准值 8 5.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值 8 5.2.1电力系统 8 5.2.2架空线路 8 5.2.3电力变压器 8 5.3 K-1点(10.5KV侧)的相关计算 9 5.3.1总电抗标幺值 9 5.3.2三相短路电流周期分量有效值 9 5.3.3其他短路电流 9 5.3.4三相短路电容 9 5.4 K-2点(0.4KV侧)的相关计算 9 5.4.1总电抗标幺值 9 5.4.2三相短路电流周期分量有效值 9 5.4.3其他短路
3、电流 9 5.4.4三相短路电容 9 第六章 变电所一次设备的选择校验 9 6.1 10kV高压进线和引入电缆的选择……………………………………………………9 6.1.1 10kV高压进线的选择校验…………………………………………………… 9 6.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验………………………… 10 6.2 10KV侧一次设备的选择校验 10 6.2.1 按工作电压选择 10 6.2.2按工作电流选择 10 6.2.3按断流能力选择 10 6.2.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验 10 6.3 380V侧一次设备的选择校验 12 6
4、4 高低压母线的选择 13 第七章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 13 7.1 变电所二次回路反感的选择 13 7.2 主变电所继电保护装置 13 7.2.1 主变压器的继电保护装置 13 7.2.2 保护动作的整定 14 7.2.3 过电流保护动作时间的整定 14 7.2.4 过电流保护灵敏度系数的校验 14 7.3 装设电流速断保护 14 7.3.1 速断电流的整定 14 7.3.2 电流速断保护灵敏度系数的校验 14 7.4 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 14 第八章 降压变电所防雷与接地装置的设计 15 8.1 变电所的防雷保护 15
5、8.1.1 直接防雷保护 15 8.1.2 雷电侵入波的防护 15 8.2 变电所公共接地装置的设计 15 8.2.1 接地电阻的要求 15 8.2.2 接地装置的设计 15 参考文献 15 XX机械厂降压变电所的电气设计 第一章 设计任务 1.1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,确定变电所的位置和型式,确定变电所主变压器的台数、容量与类型,选择变电所主接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,确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书,绘出设计图
6、纸。 1.2设计依据 1.2.1工厂总平面图 1.2.2 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4500h,日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外,其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1.1所示。 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 5 铸造车间 动力 380 0.37 0.65 照明 6.8 0.85 1.0 2 锻压车间 动力 360 0.25 0.62 照明 6.7 0.78 1.0 7 金工车间
7、动力 390 0.28 0.61 照明 6.5 0.86 1.0 3 工具车间 动力 280 0.32 0.62 照明 5.7 0.88 1.0 4 电镀车间 动力 180 0.58 0.72 照明 7.3 0.87 1.0 6 热处理车间 动力 190 0.6 0.73 照明 7.6 0.88 1.0 9 装配车间 动力 160 0.37 0.65 照明 5.7 0.87 1.0 10 机修车间 动力 170 0.26 0.61 照明 1.7 0.9 1.0 8 锅炉房 动
8、力 90 0.8 0.74 照明 1.7 0.9 1.0 1 仓库 动力 27 0.3 0.82 照明 1.5 0.88 1.0 生活区 照明 410 0.72 0.92 1.2.3 供电电源情况 供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定,本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-120,导线为等边三角形排列,线距为1.5m;干线首端距离本厂约6km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护,定时限过流保
9、护整定的动作时间为1.6s。为满足工厂二级负荷要求,可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为70km,电缆线路总长度为15km。 1.2.4 气象资料 本厂所在地区的年最高气温为35℃,年平均气温为26℃,年最低气温为-5℃,年最热月平均最高气温为35℃,年最热月平均气温为27℃,年最热月地下0.8米处平均气温为24℃。当地主导风向为东南风,年雷暴日数为15。 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kv
10、ar) = 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,如表所示(额定电压取380V) 编号
11、 名称 类别 设备容量/kW 需要系数 cos tan 计算负荷 /kW /kvar /kVA /A 5 铸造 车间 动力 380 0.37 0.65 1.17 140.6 164.5 —— —— 照明 6.8 0. 85 1.0 0 5.78 0 —— —— 小计 386.8 —— 146.5 164.5 220.3 334.7 2 锻压 车间 动力 360 0.25 0.62 1.27 90 114.3 —— —— 照明 6.7 0.78 1.0 0 5.2 0
12、 —— —— 小计 366.7 —— 95.2 114.3 148.8 226 7 金工 车间 动力 390 0.28 0.61 1.3 109.2 142 —— —— 照明 6.5 0.86 1.0 0 5.6 0 —— —— 小计 396.5 —— 114.8 142 182.6 277.4 3 工具 车间 动力 280 0.32 0.62 1.27 89.6 113.8 —— —— 照明 5.7 0.88 1.0 0 5.0 0 —— —— 小计 285.
13、7 —— 94.6 113.8 148 224.8 4 电镀 车间 动力 180 0.58 0.72 0.96 104.4 100.2 —— —— 照明 7.3 0.87 1.0 0 6.4 0 —— —— 小计 187.3 —— 110.8 100.2 149.4 227 6 热处理车间 动力 190 0.6 0.73 0.94 114 107.2 —— —— 照明 7.6 0.88 1.0 0 6.7 0 —— —— 小计 197.6 —— 120.7
14、 107.2 161.4 245.3 9 装配 车间 动力 160 0.37 0.65 1.17 59.2 69.3 —— —— 照明 5.7 0.87 1.0 0 5.0 0 —— —— 小计 165.7 —— 64.2 69.3 94.5 143.5 10 机修 车间 动力 170 0.26 0.61 1.3 44.2 57.5 —— —— 照明 1.7 0.9 1.0 0 1.5 0 —— —— 小计 171.7 —— 45.7 57.5 73.4 111.
15、6 8 锅炉 车间 动力 90 0.8 0.74 0.91 72 65.5 —— —— 照明 1.7 0.9 1.0 0 1.53 0 —— —— 小计 91.7 —— 73.53 65.5 98.5 149.6 1 仓库 动力 27 0.3 0.82 0.7 8.1 5.7 —— —— 照明 1.5 0.88 1.0 0 1.3 0 —— —— 小计 28.5 —— 9.4 5.7 11 16.7 生活区 照明 410 0.72 0.92 0.43 29
16、5.2 126.9 321.3 488.2 总计(380V侧) 动力 2227 1170.6 1066.9 —— —— 照明 461.2 计入=0.8, =0.85 0.72 936.5 906.9 1304 1981 2.2无功功率补偿: 无功功率的人工补偿装置:主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点,因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。 由表2.1可知,该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.72。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低
17、于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗,因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量: =(tan - tan)=936.5[tan(arccos0.72) - tan(arccos0.92) ] = 504kvar 选PGJ1型低压自动补偿评屏,并联电容器为BW0.4-14-3型,采用(主屏)1台与(辅屏)6台相结合,总共容量为84kvar7=588kvar。补偿前后,变压器低压侧的有功计算负荷基本不变,而无功计算负荷=(906.9-588)kvar=318.9 kvar,视在功率=989.3 kVA,计算电流=1503 A,
18、功率因数提高为cos==0.947。 在无功补偿前,该变电所主变压器T的容量为应选为1600kVA,才能满足负荷用电的需要;而采取无功补偿后,主变压器T的容量选为1250kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少,使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小,因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表所示。 无计算负荷功补偿后工厂的 项目 cos 计算负荷 /KW /kvar /kVA /A 380V侧补偿前负荷 0.72 936.5 906.9 1304 1981 380V侧无功补偿容量 -588
19、 380V侧补偿后负荷 0.947 936.5 318.9 989.3 1503 主变压器功率损耗 0.015=15 0.06=59 10KV侧负荷计算 0.93 951.5 377.9 1024 59 第三章 变电所位置与形式的选择 变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心,工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左侧,分别作一直角坐标的轴和轴,然后测出各车间(建筑)和宿舍区负荷点的坐标位置,、、分别代表厂房1、2、3...10号的功率,设定(1.5,4.7)、P2(1.5,3.1)、(1.5,1.5)、(3.8,6.8)、(3.8
20、4.7)、(3.8,3.1)、(3.8,1.5)、(7.9,4.8)、(7.2,3.3)、(6.5,1.8),并设(9.5,6.9)为生活区的中心负荷,如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(,),其中P=+++=。因此仿照《力学》中计算中心的力矩方程,可得负荷中心的坐标: (3-1) (3-2) 把各车间的坐标代入(3-1)、(3-2),得到=5.39,=4.4 。由计算结果可知,工厂的负荷中心在5号厂房(铸造车间)的东南角。考虑到周围环境及进出线方便,决定在5号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所,器型式为附设式。 第四章 变电所主变压器及主
21、接线方案的选择 装设两台变压器,每台主变压器的容量不小于总计算负荷的60%~70%; 1024 KVA=(614.4~716.8)KVA 每台主变压器的容量不小于全部一二级负荷之和; =(110.8+146.5+73.5) KVA=330.8 KVA 因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源,考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0 。 第五章 短路电流的计算 5.1 确定短路计算基准值 设基准容量=100MVA,基准电压==1.05,为短路计算电压,即高压侧=10.5kV,低压侧=0.4kV,则
22、 (5-1) (5-2) 5.2 计算短路电路中个元件的电抗标幺值 5.2.1电力系统 已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA,故 =100MVA/500MVA=0.2 (5-3) 5.2.2架空线路 查表得LGJ-120的线路电抗,而线路长6km,故 (5-4) 5.2.3电力变压器 查表得变压器的短路电压百分值=4.5,故 =7.14 (5-5) 式中,为变压器的额定容量 5.3 k-1点(10.5kV侧)的相关计算 5.3.1总电抗标幺值 =0.2+1
23、9=2.1 (5-6) 5.3.2 三相短路电流周期分量有效值 (5-7) 5.3.3 其他短路电流 (5-8) (5-9) (5-10) 5.3.4 三相短路容量 (5-11) 5.4 k-2点(0.4kV侧)的相关计算 5.4.1总电抗标幺值 (5-12) 5.4.2三相短路电流周期分量有效值 (5-13) 5.4.3 其他短路电流 (5-14) (5-15) (5-16) 5.4.4三相短路容量
24、 (5-17) 以上短路计算结果综合图表所示。 短路计算点 三相短路电流 三相短路容量/MVA k-1 2.62 2.62 2.62 6.68 3.96 47.6 k-2 25.4 25.4 25.4 46.7 27.7 17.6 第六章 变电所一次设备的选择校验 6.1 10kV高压进线和引入电缆的选择 6.1.1 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==236.4=72.8A及室外环境温度35°,查表得,初选LGJ-35,其35°C
25、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=35,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。 6.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJLV22-10000型交联聚乙烯绝缘的四芯(加铜芯)电缆之间埋地敷设。 a)按发热条件选择 由==36.4A及土壤环境24°,查表得,初选缆线芯截面为35的交联电缆,其=110A>,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






