某机械厂供配电设计.docx

某机械厂供配电设计.docx

《某机械厂供配电设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《某机械厂供配电设计.docx（28页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

某机械厂供配电设计

4彥

课程设计（论文）

题目某机械厂供配电系统设计

学院机电与车辆工程学院

专业电气工程与自动化

学生

学号5

指导教师

2016年

前言3

第一章选题背景4

设计的意义4

第二章系统总体方案设计5

2.1设计容及步骤5

第三章负荷计算6

3.1计算负荷及无功功率补偿6

3.2全厂负荷计算：

8

第四章变电所位置和型式的选择11

第五章变电所变压器和主接线方案设计13

5.1主变压器的选择13

5.2变电所主接线方案的选择13

5.3装设一台主变压器的主接线方案13

5.3.1主接线方案的选择14

第六章短路电流的计算15

6.1确定短路计算基准值15

6.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值15

（1）.电力系统的电抗标幺值15

（2）.架空线路的电抗标幺值16

（3）.电力变压器的电抗标幺值16

6.3K-I点（10.5kV侧）的相关计算16

（1）.总电抗标幺值16

（2）.三相短路电流周期分量有效值16

（3）.其他三相短路电流16

（4）.三相短路容量17

6.4K-2点（0.4kV侧）的相关计算17

（1）.总电抗标幺值17

（2）.三相短路电流周期分量有效值17

（3）.其他三相短路电流17

（4）.三相短路容量17

第七章变电所一次设备的选择校验18

7.1IOkV侧一次设备的选择校验18

7.1.1按工作电压选择18

7.1.2按照工作电流选择18

7.1.3按断流能力选择18

7.1.4隔离开关，负荷开关和断路器的短路稳定度校验18

7.2380V侧一次设备的选择校验22

7.3高低压母线的选择24

第八章变压所进出与邻近单位联络线的选择25

8.1IOKV高压进线和引入电缆的选择25

8.1.1IOKV高压进线的选择校验25

8.1.2由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验25

8.2作为备用电源的高压联络线的选择校验26

8.2.1按发热条件选择26

8.2.2校验电压损耗26

第九章降压变电所防雷与接地装置的设计28

9.1变电所的防雷保护28

9.1.1直击雷防护28

9.1.2雷电波入侵的防护28

9.2变电所公共接地装置的设置28

第十章设计总结30

10.1总结30

参考文献31

前言

电能是现代工业生产的主要能源和动力，电能不仅易于转换为其他形式的能量加以运用，而且容易从其他形式的能量转换而来：

电能的输送有利于实现生产过程自动化，因为它的分配十分简单经济，便于控制，调节和测量。

在工厂里面，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是他在生产成本中占得比重却不是很大。

电能在工业生产中十分重要，这并不能从它在产品成本或投资总额中所占比重看出来，而在于工业中实现电气化以后可以大大增加生产，提髙产量，提髙劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动程度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。

从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则可对工业生产带来严重的损失。

那么，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化十分重要。

由于能源节约是工厂供电工作中一个重要项目，而能源节约对于一个国家的能源建设也是具有十分重要的战略意义的。

因此，做好工厂供电工作，对于节约能源，支援国家经济建设，也具有十分重大的作用。

为了让工厂供电工作很好的为工业生产服务，切实保证工业生产和生活用电的需求，我们需努力使其达到安全，可靠，优质，经济这四个要求。

此外,在供配电工作中，应合理的处理局部和全局，当前和长远等关系，既要照顾局部的当前利益，又要有全局观念，顾全大局，适应发展。

第一章选题背景

电能在我们生活中都可以随处可见，它不仅在生活发挥着重要的作用，在工业生产上也必不可少。

随着我国经济的飞速发展，电能的使用已经成为制约经济发展的一个重要因素。

为保证正常的供电需求，各地都在兴建一系列供电装置，国家也投入大规模人力物力修建供电系统，例如三峡大坝水力供电等。

在工业现代化迅速发展的今天，工厂的发展给国家带来巨大利益的同时，其用电负荷也越来越大，特别是负荷容量大、用电设备多。

我们这里的设计针对某机械厂的IOKV供配电系统。

所以本设计主要围绕IOKV的供配电系统的设计思路、设计步骤等进行阐述，并进行了相关设备的计算和检验。

此外，介绍了变电所的主接线是其中的一个至关重要的因素，它决定变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。

所以在熟悉变电所的设计要求和设计过程,对从事电力过程设计，故障分析和判断是很有帮助的。

设计的意义：

通过设计，不仅可以系统的复习、巩固工厂供配电的知识,而且提髙了我们的设计能力和创新思维能力，并能对在设计过程中出现的问题学会了分析和处理，为我们今后在工作和学习中提供了极其重要的帮助。

第二章系统总体方案设计

2.1设计容及步骤

1、确定全厂计算负荷，编制负荷总表；合理确定无功补偿。

要求IoKV侧.

2、拟定供配电方案，确定变配电所位置。

3、合理确定变压器台数及数量，选择其规格型号。

4、拟定变电所主接线方案，并选择元件和设备的型号规格。

5、短路电流的计算。

6、变电所一次设备的选择及检验。

7、变压所进出线与邻近单位联络线的选择。

8、变电所防雷与接地装置的设计。

第三章负荷计算

3.1计算负荷及无功功率补偿

确定计算负荷的方法有很多，如二项式法、需要系数法等。

这里我们采用

需要系数法确定计算负荷。

其公式如下：

有功功率：

P^=kdPe

无功功率：

。

30=卩30伽0

视在功率：

SiO=JPj+Qio2

计算电流：

I_$30

3U®N

式中：

kd——该用电设备组的需要系数

Pe——该用电设备组的容量

tan功率因数角的正切值

UN——用电设备的额定电压，单位KV

所以本厂的负荷计算方法如下（以铸造车间为例）：

有功计算负荷：

=200x0.3=6OKW

无功计算负荷:

。

30=/?

3otan^=60X1.02=61.2Kvar

视在计算负荷：

⅛=√Λ√→β√=√60ς+6L2γ=85.71KVA

计算电流^

各车间及生活区负荷计算如表3.1

表3.1电力负荷计算表

厂房编号

车间名称

负荷

类别

设备

容量

∕kw

需

要系数

功率

因数

有功功

率

无功功

率

视在功

率

计算电

流

1

铸造车间

动力

200

0.3

0.7

60

61.2

85.71

130.22

照明

5

0.8

1.0

4

0

4

6.08

2

锻压车间

动力

350

0.3

0.65

105

122.85

161.54

245.43

照明

8

0.7

1.0

5.6

0

5.6

8.51

7

金工车间

动力

300

0.2

0.65

60

70.2

92.31

140.25

照明

10

0.8

1.0

8

0

8

12.15

续表3.1

6

工具车间

动力

150

0.3

0.6

45

59.85

75

113.95

照明

7

0.9

1.0

6.3

0

6.3

9.57

4

电镀车间

动力

200

0.5

0.8

100

75

125

189.92

照明

5

0.8

1.0

4

0

4

6.08

3

热处理车

问

动力

150

0.6

0.8

90

67.5

112.5

170.93

照明

5

0.8

1.0

4

0

4

6.08

9

装配车间

动力

180

0.3

0.7

54

55.08

77.14

117.21

照明

6

0.8

1.0

4.8

0

4.8

7.29

10

机修车间

动力

160

0.2

0.65

32

37.44

49.23

74.80

照明

4

0.8

1.0

3.2

0

3.2

4.86

8

锅炉车间

动力

50

0.7

0.8

35

26.25

43.75

66.47

照明

1

0.8

1.0

0.8

0

0.8

1.22

5

仓库

动力

20

0.4

0.8

8

6

10

15.19

照明

1

0.8

1.0

0.8

0

0.8

1.22

生活区

照明

350

0.7

0.9

245

272.22

117.6

413.60

3.2全厂负荷计算：

取KzP=O.9,KxG=O.95

根据上表可以算出

工Pg=875.5KW,YJQ^i=698.97KVar

工S血二1145.9KVA

式中，工心」是所有设备组的有功计算负荷出。

之和，工Qu是所有设备的无功计算负荷之和。

因此可以求出全厂的总计算负荷为：

PiO=K^YJPyoi=0.9×875.5=787.95KW

03。

=KNQ工Qg•=0.95×69&97=664.02KVar

Sio=√⅛2+‰2=1030.43KVA

S

人（）=-二1565.58A

凤

要使低压侧功率从0.76提髙到0.92,低压侧需要并联电容器，其大小为:

QC=⅛（tanφi-tanφ2）=787.95[tan（arccos0.76）-tan（arccos0.92）]

=787.95×（0.855-0.426）=338.03KVar

取QC=350KVar

经考虑，可选用BGMJO.4-10-3的电容器，其额定电容为198UFo因此，电容个

S歆辭◎因为电容是单相的，所以取3的倍数，即最后取^个,补偿后低压侧的视在计算功率为

S'5U：

2）=√787.952+（664.02-350）2=722.34kvA

变压器的功率损耗：

ΔPτ≈0.01S'3θ⑵=°∙°1×722.34=7.22kW

ΔQτ≈O.O5S'3Oa）=0.05×722.34=36.11kW

变电所髙压侧的计算负荷为：

P30（I）=787.95kW+7.22kW=795.17kW

Q'3（KI）=（664.02-350）kvar+36.11=350.13kvar

S’30⑴=√795.172+350.132=868.84kvA

补偿后的功率因数为：

Cos0=竺JZ=O.916,满足要求

868.84

第四章变电所位置和型式的选择

变电所位置的选择，应该根据要求并经济技术和经济性分析比较后得出的变配电所选址的一般原则来确定。

总的来说，变电所的选址应该尽量靠近负荷中心。

关于工厂的负荷中心，可用负荷指示图或者负荷功率矩法来近似的确定。

这里我们采用负荷功率矩法来确定负荷中心的位置。

在工厂平面图的左下角，作一直角坐标的X轴和Y轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的位置坐标，例如P（xl,yj,p（x2,y2）,p（x3,y3）等，其中P1,P2,P3等代表厂房1、2、3-10号的功率，工厂的负荷中心假设在位置P（X,刃，则总负荷P=P1+P2+P3...+Λ=∑Pi0仿照力学中求重心的力矩方程可得

x-Σ（PiXl）

∑p.

y=∑^2

‘∑R

按照比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置如下表

所示:

表4.1各车间和宿舍区的负荷点的坐标位置

坐标轴

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

X

（Cm）

2.3

4.7

7.1

2.3

4.7

7.1

2.3

4.7

7.1

3.7

Y

（Cm）

5..5

5.5

5.5

3.8

3.8

3.8

2.1

2.1

2.1

&2

由计算结果可知，x=4.89,y=5.47,工厂的负荷中心在2号厂房的东面，考虑到选址的一般原则和进出线和周围的环境，决定在2号厂房的东北方向建立工厂变电所，其型式选择车间附设变电所（即附设式）,参考如下图所示：

图4.1

第五章变电所变压器和主接线方案设计

5.1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：

装设一台变压器，型号为SIl型，而容量根据式子SN.τ>53υ,SN-T为主变压器容量，SM为总的计算负荷。

选取SN.τ=1250kv•A>S30=1030.43kv∙A,即选择了一台Sll-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,考虑由临近单元相连的髙压联络线来承担。

5.2变电所主接线方案的选择

一般大中型企业采用35-1IOkV电源进线时都设置总降压变电所，将电压降至6-1OkV后分配给各车间变电所。

总降压变电所主接线一般有线路一一变压器组，单母线，桥线，外桥线等几种接线方式。

按上面考虑可设计这个主接线方案。

5.3装设一台主变压器的主接线方案

这种主接线由于采用了高压断路器，因此变电所的停送电操作十分方便，而且在发生短路故障时，过电流保护装置动作，断路器自动跳闸，如果短路故障已经消除，则可立即合闸恢复供电。

如果配备自动重合闸装置，则供电可靠性更髙。

但如果变电所只此一路电源进线时，一般也只用三级负荷：

但如果变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时，或另有备用电源时，则可用二级负荷。

如果变电所有两路电源进线，如下图所示，则供电可靠性相应提高，可供二级负荷或少量一级负荷。

IOkVa^

QSI丄竺QS2

5.3.1主接线方案的选择

车间的一，二级负荷所占比重较大，必须两个电源供电时，则应装设两台变压器。

每台变压器均能承担对全部一，二级负荷的供电任务。

如果与相邻车间有联络线时，当车间变电站出现故障时，其一二级负荷可通过联络线保证继续供电，因此选用一台主变压器的主接线方案。

第六章短路电流的计算

6.1确定短路计算基准值

图6.1短路计算电路

取基准容量Sd=IOOMVA,基准电压=.05Un,Ue为短路计算电压,

即高压侧（Λ∣=10.5Kv,低压侧（Λ2=0.4kV,则：

rSd

IOOMKA

Idl=—

-L-5.50kA

√3t∕<ι√3×10.5Z:

V

6.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值

（1）•电力系统的电抗标幺值

已知电力系统的髙压断路器断流容量为500MVA,则:

（2）•架空线路的电抗标幺值

查表得LGJ-150的线路电抗Xo=O.35Q∕km,且架空线路总线路为3km,

则：

x2*=0∙35x3W=O∙95

（3）•电力变压器的电抗标幺值

（4）

查表得变压器的短路电压百分值t∕,%=4.5,则

图6.2短路计算等效电路

6.3K-1点（10.5kV侧）的相关计算

（1）.总电抗标幺值

X∖-1=O.2+0.95=1.15

（2）.三相短路电流周期分量有效值

/⑶一1=_^二5・50kA∕l.15=4.78kA

X

（3）.其他三相短路电流

/“⑶二/：

3）二闍二4.78kA

⅛l=2.55/”⑶=2.55x4.78=12.19kA

/「=1.51厂⑶=1.51x4.78=7.22kA

（4）•三相短路容量

6.4K-2点（0.4kV侧）的相关计算

（1）.总电抗标幺值

X；_2=0.2+0.95+3.6=4.75

（2）.三相短路电流周期分量有效值

/^2=^--144/4.75=30.32kA

XK-2

（3）.其他三相短路电流

yn（3）=Z（3）=Z（S）I=3θ32kA

⅛l=l.84厂⑶=1.84x30.32=55.79kA

1.09/2=1.09X30.32=33.05kA

（4）.三相短路容量

5^--≠-=100MVA∕4.75=21.05MVA

X—2

第七章变电所一次设备的选择校验

7.1IokV侧一次设备的选择校验

7.1.1按工作电压选择

设备的额定电压U应一般不应小于所在系统的额定电压Un,即UNc≥UN,高压设备的额定电压UNC应不小于其所在系统的最高电压UIniα,即UNC≥Umaχ0UN=IOkVtUma=Il.5^,髙压开关设备，互感器及支柱绝缘额定电压UNC=I2^,穿墙套管额定电压UNC=Il.5kv,熔断器额定电压UNC=I2kv0

7.1.2按照工作电流选择

设备的额定电流INC不应小于所在电流的计算电流山，即

INCnI30

7.1.3按断流能力选择

设备的额定开断电流I。

C或者断流容量Soc,对分断流电流的设备来说，不

应小于它可能分断的最大短路有效值I,3>k或者短路容量Sk（S）,即

IoCnIk⑶或者SOCnSk⑶

对于分断负荷设备电流的设备来说，则为

IoCnIoLmaX»

^OLmax为最大负荷电流。

7∙1∙4隔离开关，负荷开关和断路器的短路稳定度校验

R动稳定校验条件:

―汕⑶或者Ima>u

imax,ImaX分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，G⑶，山⑶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：

I*2t=ι∞G）2tιma

7.1.4.1短路动稳定度的校验条件

（I）断路器，负荷开关，隔离开关，电抗器的动稳定电流的峰值iπwc应不小于

可能的最大的短路冲击电流心，或其动稳定电流有效值ImlIX应不小于可能的最

（2）电流互感器大多数给出动稳定倍数Kc=imax∕√2IIN,其动稳定度校验条件Kcs×√2IIN≥ish,式中，IIN为电流互感器的额定一次电流。

7.1.4.2断路器，负荷开关，隔离开关，电抗器的热稳定度校验

断路器，负荷开关，隔离开关，电抗器的热稳定度校验条件为I.2t≥IXG）2tima,式中，h为其热稳定电流，t为其热稳定时间，为其通过电流的三相短路

稳态电流，Ga为短路发热假想电流。

验条件为（KtIIN）2t≥Pj200Iltna式中，I∣N为电流互感器额定一次电流母线，电缆

的短路热稳定度，可按其满足热稳定度的最小截面Amm来校验，即

r<3）（

AhAmin=LQ式中，A为母线，电缆的导体截面积，C为导体的短路热稳定系数，35千伏高压侧的短路计算值，Ilς=4.78K∙A,Ish=7.22KA,ish=12.19KAO

过程：

SW2-35/630型高压断路器

校验：

额定工作电压35kv≥线路工作电压35kv

额定工作电流630Λ≥线路计算电流130.22A

额定动稳定电流峰值17kA≥ish（3）=12.19kA

4S热稳定电流是6.62×42≥4.78×1.12

GW5-35G/630-72型髙压隔离开关

校验：

额定工作电压35kv≥线路工作电压35kv

额定工作电流630Λ≥线路计算电压130.22A

额定动稳定电流峰值72kA≥ish（3）=12.19kA

LCW-35型电流互感器

校验：

额定工作电压35kv≥线路工作电压35kv

额定工作电流500A≥线路计算电压130.22A

额定动稳定电流峰值210kA≥ish（3）=12.19kA

热稳定合格

校验：

额定工作电压35kv≥线路计算电压35kv

IS热稳定电流是（65+0.1）2×1=4328.0IKA≥4.78×1.12

经计算以上设备合格

对于上面的分析，如表3所示，由它可知所选一次设备均满足要求。

表7.1IOkV一次侧设备的选择校验

选择校验

项目

电压

电流

断流能力

动态稳定

度

热稳定度

其他

装置

地点

条件

参

数

UN

Ik

IkG）

I』〉

I⑶2

IXtima

数

据

IOkV

57.7A

（1∣]N∙T]）

2.6IKA

3.94kA

2.612×1.5

=10

续表7.1.1

次

设

备型

规格

额定

参数

UN.c

UNY

Ig

•

InlaX

ι2.t

高压

少油

断路

S-

SNlO-

101/2

00

IOkV

630kA

16kA

40kA

162×2=

512

髙压隔离开关GN68-10/20

0

IOkV

200A

25.5kA

102×5

=500

二次负荷

0.6

高压熔断

S-

RN2-

10

IOkV

0.5A

50kA

电压

互感

S-

JDJ-

10

10/0.IkV

续表7.1.2

电压互感器JDZJ-

10

IO0.1

∕⅞lkv√3

电流

互感

器

LQJ-

10

IOkV

110/5A

220×√2

xO」=31.8

KA

（90×OJ）2

×1=81

避雷

针

FS4-

10

IOkV

户外

隔离

开关

GW-

12/40

0

12kV

400A

25kA

102×5

=500

7.2380V侧一次设备的选择校验

同样■做岀380V侧一次设备的选择校验■如表4所示■所选数据均满足要求.

表7.2380V—次侧的选择校验

选择校验

电压

电流

断流能力

动态稳定

热稳定度

其他

项目

度

续表7.2.1

装置

地点

条件

参

数

U、

I,

Iko）

Ish⑶

IXG）21

XOCIlma

数

据

380v

总

1616.86A

25.22kA

27.49kA

25.222×

0.7=445

次

设

备型号规格

额定

参数

5γ

5γ

IOC

•

ImaN

I2tI

低压

断路

器

DW15-

1500/

30

38Okv

150OkA

40kA

低压

断路

器

DW20-

630

38OkV

630A

（大于

】30）

30kA

（一般）

低压

断路

器

DW20-

200

38OkV

200A

（大于

k）

25kA

续表7.