机械厂降压变电所的电气设计.docx

机械厂降压变电所的电气设计.docx

《机械厂降压变电所的电气设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械厂降压变电所的电气设计.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

机械厂降压变电所的电气设计

《供配电系统》

课程设计报告书

课题名称

机械厂降压变电所的电气设计

2015年06月18日

课程设计任务及要求

1设计要求

根据该厂所能取得的电源及该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，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，选择整定继电保护装置。

最后按要求写出设计说明书，绘出设计图。

课程设计分为4个小组，每个班按前26位学号为一组，其余为另一组。

2设计依据

①、工厂总平面图

第1～4组分别按《工厂供电设计指导》图11-1～11-4设计。

②、工厂负荷情况

该厂多数车间为二班制，年最大负荷利用小时为4600h。

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。

该厂的负荷统计资料如表1所示。

第1组按表1数据设计，第2～4组设备容量按表1逐组递增20%，其余相同。

例第2、3、4组铸造车间的动力设备容量分别为260×1.2=312，312×1.2=374，374×1.2=449，其余类推。

③、供电电源情况

按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，该厂可由附近一条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。

该干线的导线型号为LGJ-150，导线为等三角形排列，线距为2m；干线首端距离该厂约8km。

干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MV·A。

此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。

为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。

已知与该厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。

④、气象资料

该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-8℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。

当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20天。

⑤、地质水文资料

该厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。

⑥、电费制度

该厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。

每月基本电费按主变压器容量计为18元/（kV·A），电度电价为0.59元/（kW·h）。

工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90。

此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：

6~10kV为800元/（kV·A）。

3设计任务

要求在规定时间内独立完成下列工作量：

1、设计说明书，内容：

1）前言；

2）目录；

3）负荷计算和无功功率补偿；

4）变电所的位置与型式的选择；

5）及主变压器的台数、容量与类型的选择；

6）变电所主结线方案的设计；

7）短路电流的计算；

8）变电所一次设备的选择与校验；

9）变电所进出线的选择与校验；

10）变电所继电保护的整定；

11）参考文献；

12）变电所主接线图。

绘制的电路图、图形符号及文字符号应符合国家标准，设计报告的格式按照附件“课程设计报告书格式”。

上交文档：

设计说明书打印稿和电子稿各一份，电子稿以“学号姓名”命名。

（一）负荷计算和无功功率补偿

1.负荷计算

表1工厂负荷计算表

编号

厂房名称

负荷类别

设备容量/kW

需要系数Kd

功率因数（cosα）

tanα

计算负荷

P30

/KW

Q30/

kvar

S30/

kVA

I30/

A

1

铸造车间

动力

449.28

0.35

0.7

1.02

157.

25

160.

40

224.

64

341.7

照明

8.64

0.9

1.0

0

7.77

0

7,77

11.8

小计

457.

92

165.02

160.

40

232.

41

353.5

2

锻压车间

动力

380.16

0.3

0.6

1.17

114.

04

133.

42

190.

06

289.1

照明

10.36

0.8

1.0

0

7.25

0

7.25

11.0

小计

390.

52

121.

29

133.

42

197.

31

300.1

3

金工车间

动力

414.72

0.25

0.63

1.17

103.

68

121.

30

164.

57

250.3

照明

12.09

0.7

1.0

0

8.46

0

8.46

12.8

小计

426.

81

112,14

121,

30

173.

03

263.1

4

工具车间

动力

345.60

0.3

0.6

1.33

103.

68

137.

89

172.8

262.8

照明

8.64

0.8

1.0

0

6.91

0

6.91

10,5

小计

354.24

110.

59

137.

89

179.71

273.3

5

电镀车间

动力

311.04

0.5

0.75

0.75

155.52

116.

64

207.

36

315.

4

照明

6.91

0.8

1.0

0

5.52

0

5.52

8.3

小计

317.95

161.

04

116.

64

212.

88

323.7

6

热处理车间

动力

276.48

0.6

0.8

0.75

165.

88

124.

35

207.

25

314.

8

照明

8.64

0.8

1.0

0

6.91

0

6.91

10.5

小计

285.

12

172.79

124.

35

214.

16

325.3

7

装配车间

动力

241.92

0.4

0.7

1.02

96.76

98.69

138.

22

210.2

照明

10.36

0.9

1.0

0

9.33

0

9.33

14.1

小计

252.

28

106.

09

98.

69

147.

55

224.3

8

机修车间

动力

207.36

0.3

0.7

1.17

62.

20

72.

77

88.85

135.1

照明

6.91

0.8

1.0

0

5.52

0

5.52

8.3

小计

214.27

67.

72

72.

77

94.

37

143.4

9

锅炉房

动力

86.4

0.8

0.75

0.75

69.12

51.

84

92.16

140.1

照明

3.45

0.8

1.0

0

2.76

0

2.76

4.1

小计

89.85

71.

88

51.

84

94.

94

144.2

10

仓库

动力

17.28

0.3

0.8

0.75

5.18

3.88

6.47

4.8

照明

1,72

0.7

1.0

0

1.20

0

1.2

1.8

小计

19

6.38

3.88

7.67

6.6

生活区

照明

345.60

0.7

0.9

0.48

241.92

116.

12

268.80

408.80

总共

（380V）

动力

2730.24

1336.86

1137.30

1822.

83

2766.

30

照明

423.

32

计入K∑P=0.8

K∑q=0.85

0.74

1069.

48

966.70

1441.

62

2192.

91

2.无功功率补偿

由表2可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.74。

而供电部门要求改厂10kV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。

考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：

Qc=P30（tanɚ1-tanɚ2）=1069.48[tan（arccos0.74）-tan（arccos0.92）]kvar

=516.48kvar

选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）1台与方案3（辅屏）3台和方案4（辅屏）2台相组合，总共容量84kvarx4+112kvarx2=560kvar。

（二）变电所

3、1变电所的位置与型式的选择

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，计算公式：

X=P1X1+P2X2+P3X3+..../P1+P2+P3....=∑（PIXI）/∑PI

Y=P1Y1+P2X2+P3Y3+..../P1+P2+P3....=∑（PIYI）/∑PI

X=（457.92x1.3+390.52x1.3+426.81x3.5+354.24x3.5+317.95x4.2+285.12x6.6+214.27x6.6+89.85x6.6+252.28x6.6+19x9.3+345.60x0.7）/（2730.24+423.32）

=3.53

Y=（457.92x5.2+390.52x3.6+426.81x5.2+354.24x3.6+317.95x1.8+285.12x6.3+252.28x4.7+214.27x3.1+89.85x1.5+19x4.7+345.60x0.3）/（2730.24+423.32）

=3.75

由计算结果可知，工厂的负荷中心在4号厂房的（仓库）内中心点偏东北附近。

考虑到周围的环境及进出线方便，决定在4号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，其型式为外附式。

如图1：

图1工厂的负荷中心

3、2变电所主变压器及主接线方案的选择

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考虑有下列两种可供选择的方案：

装设一台主变压器型号采用S9型，而容量根据SN.T>=S30,选SN.T=1250KVA>S30=1185.92KVA,即选用一台S9—1250/10型低损耗配电变压器。

至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

装设两台主变压器型号亦采用S9型，而每台变压器容量根据SN.T≈（0.6~0.7）S30和SN.T>=S30（I+II）选择，即

SN.T≈（0.6~0.7）S30=（0.6~0.7）x1185.92=（711.55~830.14）kVA

且SN.T>=S30（I+II）=（232.41+212.88+94.94）=540.23kVA

因此选两台S9—800/10型低损耗配电变压器。

工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

主变压器的联接组均采用Yyno。

（三）短路电流的计算

a）绘制计算电路，如图

图2短路计算电路

b）确定短路计算基准值

设Sd=100MVA,Ud=Uc=1.05UN,即高压侧Ud1=10.5KV,低压侧Ud2=0.4KV,则

Id1=Sd/（√3）Ud1=5.5kA

Id2=Sd/（√3）Ud2=144kA

c）计算短路电路中各元件的电抗标幺值

电力系统

X1*=100MVA/500MVA=0.2

架空线路

X2*=（0.36x8）x（（100/10.5）x（100/10.5））=2.6

电力变压器

X3*=（4.5/100）x（100MVA/1250KVA）=3.6

因此绘短路计算等效电路如图5所示：

图3短路计算等效电路

d）短路计算结果

表2短路计算结果

短路

计算点

三相短路电流/kA

三相短路容量/MVA

IK（3）

I’’（3）

I（3）

ish（3）

Ish（3）

SK（3）

K-1

1.96

1.96

1.96

5.0

2.96

35.7

K-2

22.5

22.5

22.5

40.73

24.53

15.63

变电所一次设备的选择与校验

e）10KV侧一次设备的选择校验，如表3：

表310KV侧一次设备的选择校验

选择校验项目

电压

电流

断流能力

动稳定度

热稳定度

其他

装置地点条件

参数

UN

IN

IK（3）

ish（3）

I^（3）2xtmin

数据

10KV

57.69

（I1N.T）

1.96KA

5.0KA

1.96x1.96x1.9=7.3

一

次

设

备

型

号

规

格

额定参数

UN.e

IN.e

I

imax

It^2.tmin

高压少油断路器SN10-10II/

10kv

630A

16KA

40KA

16x16x2=512

高压隔离开关GN6/8-10/200

10kv

200A

-

25.5KA

10x10x5=500

高压熔断器RN2-10

10kv

0.5A

50KA

-

-

电压互感器JDJ-10

100KV

-

-

-

-

电压互感器JDZJ-10

（10/√3）x（0.1/√3）x（0.1/√3）

-

-

-

-

电流互感器LQJ-10

10kv

20A

-

31.8KA

81

二次负荷0.6

避雷器FS4-10

10KV

-

-

-

-

户外隔离开关GW4-12/400

12KV

400A

-

25KA

500

表3所选一次设备均满足要求。

f）380V侧一次设备的选择校验，如表4：

表4380V侧一次设备的选择校验

选择校验项目

电压

电流

断流能力

动稳定度

热稳定度

其他

装置地点条件

参数

UN

IN

IK（3）

ish（3）

I^（3）2xtmin

数据

380v

1740.49

22.5KA

40.73KA

22.5x22.5x0.7=354.37

一

次

设

备

型

号

规

格

额定参数

UN.e

IN.e

I

imax

It^2.tmin

低压断路器DW15-1500/3D

380v

1500A

40KA

-

-

-

低压断路器DZ20-630

380v

630A

30KA

-

-

-

低压断路器DZ20-200

380v

200A

25KA

-

-

低压刀开关HD13-1500/30

380V

1500A

-

-

-

电流互感器LMZJ1-0.5

500V

300A

-

-

-

电流互感器LMZ1-0.5

500V

20A

32A

-

-

-

-

表4所选一次设备均满足要求。

（四）高低压母线的选择

10KV母线选LMY-3（40x4）,即母线尺寸为40mmx4mm:

380V母线选LMY-3（120x10）+80x6，即相母线尺寸为120mmx10mm,而中性线母线尺寸为80mmx6mm。

变电所进出线的选择与校验

a）10KV高压进线的选择校验

采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10KV公用干线。

①、按发热条件选择由I30=I1N.T=57.69A及室外环境温度33℃，初选LJ-16，其35℃时的Ial=93.5A>I30,满足发热条件。

②、校验机械强度最小允许截面Amin=35mm^2,因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。

由于此线路很短，不需校验电压损耗。

b）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直接埋没敷设。

①、按发热条件选择由I30=I1N.T=57.69A及土壤温度25℃，初选缆芯截面为25mm^2的交联电缆，其Ial=90A>I30,满足发热条件。

②、校验短路热稳定计算满足短路热稳定的最小截面

Amin=I（√tima）/C=1960x（√0.75）/77=22mm^2

因此YJL22-10000-3x25电缆满足短路热稳定条件。

c）380V低压出线的选择

①、馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1250型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

按发热条件选择由I30=353.5A及地下0.8土壤温度为25℃，初选缆芯截面300mm^2,其Ial=365A>I30,满足发热条件。

校验电压损耗变电所至1号厂房距离约为68m，300mm^2的铝芯电缆的R0=0.16，X0=0.07，又1号厂房的P30=165.02kW，Q30=160.40kvar,得：

ΔU=（165.02x（0.16x0.1）+160.40x（0.07x0.1））/0.38=9.90V

ΔU%=9.90/380=2.60%<5%=ΔUal%

故满足允许电压损耗的要求。

短路热稳定度校验计算满足短路热稳定的最小截面

Amin=I（√tima）/C=22500x（√0.75）/77=253.06mm^2

由于前面按发热条件所选300mm^2的缆芯截面大于Amin,故满足要求,采用VLV22-1250-4的四芯交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

②、馈电给2号厂房（锻压车间）的线路采用VLV22-1250-3x300+1x150的四芯交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

③、馈电给3号厂房（金工车间）的线路采用VLV22-1250-3x300+1x150的四芯交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

④、馈电给4号厂房（工具车间）的线路采用BV-1250型5根（包括3根相线、1根N线、一根PE线）穿硬塑料管埋没敷设。

按发热条件选择由I30=273.3A及环境温度（年最热月平均气温）26℃，相线截面初选185mm^2,其Ial=280A>I30,满足发热条件。

按规定，N线和PE线也都选为185mm^2，与相线截面相同，即选用BV-1250-1x185mm^2塑料导线5根穿内径100mm的硬塑管埋没敷设。

校验机械强度最小允许截面积Amin=1mm^2,因此上面所选185mm^2的导线满足机械强度要求。

校验电压强度所选穿管线，估计长50m，R0=0.12，X0=0.081，又工具车间的P30=110.59kW，Q30=137.89kvar，因此

ΔU=（110.59x（0.12x0.05）+137.89x（0.081x0.05））/0.38=3.21V

ΔU%=3.21/380=0.85%<5%=ΔUal%

故满足允许电压损耗的要求。

⑤、馈电给5号厂房（电镀车间）的线路采用VLV22-1250-3x300+1x150的四芯交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

⑥、馈电给6号厂房（热处理车间）的线路采用VLV22-1250-3x300+1x150的四芯交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

⑦、馈电给7号厂房（装配车间）的线路采用VLV22-1250-3x300+1x150的四芯交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

⑧、馈电给8号厂房（机修车间）的线路采用VLV22-1250-3x300+1x150的四芯交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

⑨、馈电给9号厂房（锅炉房车间）的线路采用VLV22-1250-3x300+1x150的四芯交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

⑩、馈电给10号厂房（仓库）的线路采用VLV22-1250-3x300+1x150的四芯交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

⑾、馈电给生活区的线路采用BLX-1250型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。

按发热条件选择由I30=408.80A及室外环境温度为33℃，初选BLX-1250-1x240，其33℃时的Ial=455A>I30,满足发热条件。

校验机械强度最小允许截面积Amin=10mm^2,因此BLX-1250-1x240满足机械强度要求。

校验电压强度变电所至生活区距离约为102m，240mm^2的铝芯电缆的R0=0.14，X0=0.16，又生活区的P30=241.92kW，Q30=116.12kvar,得：

ΔU=（241.92x（0.14x0.2）+116.12x（0.16x0.2））/0.38=27.60V

ΔU%=3.21/380=7.26%>5%=ΔUal%

不满足允许电压损耗要求。

为了确保生活用电的电压质量，决定采用四回BLX-1250-1x120的三相架空线路对生活区供电。

PEN线均采用BLX-1250-1x70橡皮绝缘线。

重新校验电压损耗，完全合格。

（五）作为备用电源的高压联络线的选择校验

采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋没敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10kv母线相联。

按发热条件选择工厂二级负荷容量共540.23kVA，I30=540.23/（10x√3）=31.19A,而最热月土壤平均温度为25℃，初选缆芯截面为240mm^2的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆,其中Ial=292A>I30,满足发热条件。

校验电压损耗铝芯电缆的R0=1.54，X0=0.12，而二级负荷的P30=397.94kW，Q30=328.88kvar,得：

ΔU=（397.94x（0.17x2）+328.88x（0.087x2））/10=19.25V

ΔU%=19.25/10000=0.19%<5%=ΔUal%

由此可见该电缆满足允许电压损耗要求。

短路热稳定校验按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯240mm^2的交联电缆是满足短路热稳定要求的。

由于邻近单位10kV的短路数据不详，因此该联络线的短路热稳定校验无法进行，只有短缺。

（六）变电所的保护装置

a）主变压器的继电保护装置

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；当因严重故障产生大量瓦斯时，则动作于跳闸。

1.装设反时限过电流保护

采用G60L型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。

⑴、过电流保护动作电流的整定

IL.max=2I1N.T=2x1250/（10x√3）=144.33A,Krel=1.3,Kre=0.8,Ki=100/5=20,因此动作电流为

Iop=1.3x1x144.33/（0.8x20）=11.72A

因此过电流保护动作电流Iop整定为12A。

⑵、过电流保护动作时间的整定由于本变电脑所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间可整定为最短的0.5s。

⑶、过电流保护灵敏系数的校验

Ik.min=0.866IK（3）/KT=0.866x22.5/（10/0.4）=0.779kA,IOP.1=IOPKi/Kw=12x20/1=240A,因此其保护灵敏系数为

Sp=779/240=3.32>1.5

满