工厂供电课程设计机械厂降压变电所的电气设计.doc

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31.1设计要求31.2设计依据31.2.1工厂总平面图31.2.2工厂负荷情况41.2.3工厂供电情况51.2.4气象资料5第二章 负荷计算和无功功率补偿52.1负荷计算52.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式52.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式52.2无功功率补偿6第三章 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85.1确定短路基准值85.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值85.2.1电力系统85.2.2架空线路85.2.3电力变压器85.3 K-1点（10.5KV侧）的相关计算95.3.1总电抗标幺值95.3.2三相短路电流周期分量有效值95.3.3其他短路电流95.3.4三相短路电容95.4 K-2点（0.4KV侧）的相关计算95.4.1总电抗标幺值95.4.2三相短路电流周期分量有效值95.4.3其他短路电流95.4.4三相短路电容9第六章 变电所一次设备的选择校验96.1 10kV高压进线和引入电缆的选择96.1.1 10kV高压进线的选择校验 96.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 106.2 10KV侧一次设备的选择校验106.2.1 按工作电压选择106.2.2按工作电流选择106.2.3按断流能力选择106.2.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验106.3 380V侧一次设备的选择校验126.4 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137.1 变电所二次回路反感的选择137.2 主变电所继电保护装置137.2.1 主变压器的继电保护装置137.2.2 保护动作的整定147.2.3 过电流保护动作时间的整定147.2.4 过电流保护灵敏度系数的校验147.3 装设电流速断保护147.3.1 速断电流的整定147.3.2 电流速断保护灵敏度系数的校验147.4 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158.1 变电所的防雷保护158.1.1 直接防雷保护158.1.2 雷电侵入波的防护158.2 变电所公共接地装置的设计158.2.1 接地电阻的要求158.2.2 接地装置的设计15参考文献15XX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3800.370.65照明6.80.851.02锻压车间动力3600.250.62照明6.70.781.07金工车间动力3900.280.61照明6.50.861.03工具车间动力2800.320.62照明5.70.881.04电镀车间动力1800.580.72照明7.30.871.06热处理车间动力1900.60.73照明7.60.881.09装配车间动力1600.370.65照明5.70.871.010机修车间动力1700.260.61照明1.70.91.08锅炉房动力900.80.74照明1.70.91.01仓库动力270.30.82照明1.50.881.0生活区照明4100.720.921.2.3 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kvar）= tanc)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0.850.95b)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0.90.97c)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）编号名称类别设备容量/kW需要系数costan计算负荷/kW/kvar/kVA/A5铸造车间动力3800370651.17140.6164.5照明6.80. 851005.780小计386.8146.5164.5220.3334.72锻压车间动力3600250621.2790114.3照明6.70781005.20小计366.795.2114.3148.82267金工车间动力3900280611.3109.2142照明6.50861005.60小计396.5114.8142182.6277.43工具车间动力2800320621.2789.6113.8照明5.70881005.00小计285.794.6113.8148224.84电镀车间动力1800580720.96104.4100.2照明7.30871006.40小计187.3110.8100.2149.42276热处理车间动力190060730.94114107.2照明7.60881006.70小计197.6120.7107.2161.4245.39装配车间动力1600370651.1759.269.3照明5.70871005.00小计165.764.269.394.5143.510机修车间动力1700260611.344.257.5照明1.7091001.50小计171.745.757.573.4111.68锅炉车间动力90080740.917265.5照明1.7091001.530小计91.773.5365.598.5149.61仓库动力27030820.78.15.7照明1.50881001.30小计28.59.45.71116.7生活区照明4100.720.920.43295.2126.9321.3488.2总计（380V侧）动力22271170.61066.9照明461.2计入=0.8, =0.850.72936.5906.9130419812.2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)=936.5tan(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,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/A380V侧补偿前负荷0.72936.5906.913041981380V侧无功补偿容量-588380V侧补偿后负荷0.947936.5318.9989.31503主变压器功率损耗0.015=150.06=5910KV侧负荷计算0.93951.5377.9102459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）、（3.8，4.7）、（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=（614.4716.8）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 （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+1.9=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 （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/MVAk-12.622.622.626.683.9647.6k-225.425.425.446.727.717.6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35C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；短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中=2470，=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。6.4 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（12015）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。第七章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定7.1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 断路器采用手动操动机构，其控制与信号回路如工厂供电设计指导图6-12所示。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。其中电压互感器为3个JDZJ10型，组成Y0/Y0/的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察，其接线图见工厂供电设计指导图6-8。作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电度表和三相无功电度表、电流表，接线图见工厂供电设计指导图6-9。高压进线上，也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。每一回路均装设电流表。低压母线装有电压表，仪表的准确度等级按符合要求。7.2 变电所继电保护装置7.2.1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。7.2.2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6A。7.2.3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 。7.2.4过电流保护灵敏度系数的检验其中，=0.86625.4kA/(10kV/0.4kV)=0.88KA，因此其灵敏度系数为： 满足灵敏度系数的1.5的要求。7.3装设电流速断保护 利用GL15的速断装置。7.3.1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 7.3.2、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GB5006292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JBJ696和JGJ/T1692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。7.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置采用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， =1，=0.8， =50/5=20，因此动作电流为： 因此过电流保护动作电流整定为9A。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。第八章 降压变电所防雷与接地装置的设计8.1变电所的防雷保护8.1.1 直接防雷保护 在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻（表9-6）。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长11.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。8.1.2 雷电侵入波的防护 a)在10KV电源进线的终端杆上装设FS410型阀式避雷器。引下线采用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。 b）在10KV高压配电室内装设有GG1A（F）54型开关柜，其中配有FS410型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。 c）在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。8.2 变电所公共接地装置的设计8.2.1接地电阻的要求按工厂供电设计指导表9-6。此边点所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件： 8.2.2接地装置的设计 采用长2.5m、50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5 m，垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm4mm的镀锌扁刚焊接相接。变电所的变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25 mm 4 mm的镀锌扁刚。变电所接地装置平面布置图如图9-1所示。接地电阻的验算： 满足欧的接地电阻要求，式中,查工厂供电设计指导表9-10”环行敖设”栏近似的选取。参考文献1. 刘介才-工厂供电设计指导2. 刘介才-工厂供电