工厂供配电技术课程设计 (1).doc
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湖南理工职业技术学院
工厂供配电技术课程设计
题目：
龙翔机械厂降压变电所的课程设计
年级专业：
风能工程系机电1131班-18
学生姓名：
丁卓毅
指导老师：
周迎春
2015年06月06日
目录
前言··········································3
一、设计任务及资料·······························4
二、负荷计算和无功补偿··························7
三、变电所位置和型式的选择······················9
四、变电所主变压器及主接线方案的选择············9
五、短路电流的计算······························10
六、变电所一次设备的选择与校验··················13
七、变电所高、低压线路的选择····················15
八、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定······19
九、防雷保护和接地装置的设计····················21
十、设计心得体会································22
十一、附录——参考文献····························23
前言
电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换
而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送和分配既简单经济，
又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
在工程机械制造厂里，
电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。
电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。
电能从区域变电站进入机械厂后，首先要解决的就是如何对电能进行控制、变换、分配和传输等问题。
在机械厂，担负这一任务的是供电系统，供电系统的核心部分是变电所。
一旦变电所出了事故而造成停电，则整个机械厂的生产过程都将停止进行，甚至还会引起一些严重的安全事故。
机械厂变电所要很好地为生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
（1）安全
在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2）可靠
应满足电能用户对供电可靠性的要求。
（3）优质
应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
（4）经济
供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少
有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要
照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展
一、设计任务书及资料
（一）设计题目
龙翔机械厂降压变电所的电气设计
（二）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。
（三）设计依据
1、工厂总平面图，如图1所示
图1
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4600h，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于二级负荷外，其余均属于三级负荷。
低压动力设备均为三相，额定电压为380伏。
电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220伏。
本厂的负荷统计资料如表1所示。
表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
Kd
功率因数
cosφ
P30
（KW）
Q30
（Kvar）
S30
（KVA）
I30
（A）
1
铸造车间
动力
380
0.3
0.7
照明
12
0.9
1.0
2
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
照明
10
0.7
1.0
3
金工车间
动力
400
0.2
0.65
照明
10
0.8
1.0
4
工具车间
动力
360
0.3
0.6
照明
10
0.9
1.0
5
电镀车间
动力
280
0.5
0.8
照明
10
0.8
1.0
6
热处理
车间
动力
200
0.6
0.8
照明
5
0.8
1.0
7
装配车间
动力
180
0.3
0.70
照明
5
0.8
1.0
8
机修车间
动力
200
0.2
0.65
照明
5
0.8
1.0
9
锅炉房
动力
100
0.7
0.8
照明
2
0.8
1.0
10
仓库
动力
30
0.4
0.8
照明
2
0.8
1.0
11
生活区
照明
480
0.7
0.9
合计
3、供电电源情况按照工厂与当地供电部门签定的供用电合同规定，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。
该干线的导线型号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端（即电力系统的馈电变电站）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。
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80km，电缆线路总长度为25km。
4、气象资料本厂所在地区的年最高气温为38°C，年平均气温为23°C，年最低气温为-8°C，年最热月平均最高气温为33°C，年最热月平均气温为26°C，年最热月地下0.8m处平均温度为25°C，当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。
5、地质水文资料本厂所在地区平均海拔500m，地层土质以砂粘土为主，地下水位为2m。
6、电费制度本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所的高压侧计量电能，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/KVA，动力电费为0.2元/KW·h.，照明（含家电）电费为0.5元/KW·h.。
工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。
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/KVA。
（四）设计任务
1、设计说明书需包括：
1）前言
2）目录
3）负荷计算和无功补偿
4）变电所位置和型式的选择
5）变电所主变压器台数、容量与类型的选择
6）变电所主接线方案的设计
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）变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定
11）防雷保护和接地装置的设计
12）附录——参考文献
2、设计图纸需包括
1）变电所主接线图1张。
2）变电所平1张*。
3）其他，如某些二次回路接线图等*。
（五）设计时间
自2015年6月1日至2015年6月6日（1周）
二、负荷计算和无功补偿
表2龙翔机械厂负荷计算表
厂房编号
厂房名称
负荷
类别
设备容量
（KW）
需要系数
Kd
功率因数
cosφ
功率因数
tanφ
P30
（KW）
Q30
（Kvar）
S30
（KVA）
I30
（A）
1
铸造车间
动力
380
0.3
0.7
1.02
114
116.28
照明
12
0.9
1.0
0
10.8
0
小计
392
114.8
116.28
163.4
248.2
2
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
1.17
105
122.85
照明
10
0.7
1.0
0
7
0
小计
360
112
122.85
166.2
252.5
3
金工车间
动力
400
0.2
0.65
1.17
80
93.6
照明
10
0.8
1.0
0
8
0
小计
410
88
93.6
128.4
195.08
4
工具车间
动力
360
0.3
0.6
1.33
108
143.64
照明
10
0.9
1.0
0
`9
0
小计
370
117
143.64
185.2
281.3
5
电镀车间
动力
280
0.5
0.8
0.75
140
105
照明
10
0.8
1.0
0
8
0
小计
290
148
105
181.4
275.6
6
热处理
车间
动力
200
0.6
0.8
0.75
120
90
照明
5
0.8
1.0
0
4
0
小计
205
124
90
153.2
232.7
7
装配车间
动力
180
0.3
0.70
1.02
54
55.08
照明
5
0.8
1.0
0
4
0
小计
185
58
55.08
80
121.5
8
机修车间
动力
200
0.2
0.65
1.17
40
46.8
照明
5
0.8
1.0
0
4
0
小计
205
44
46.8
64.2
97.5
9
锅炉房
动力
100
0.7
0.8
0.75
70
52.5
照明
2
0.8
1.0
0
1.6
0
小计
102
71.6
52.5
88.7
134.2
10
仓库
动力
30
0.4
0.8
0.75
12
9
照明
2
0.8
1.0
0
1.6
0
小计
32
13.6
9
16.3
24.7
11
生活区
照明
480
0.7
0.9
0.48
336
161.28
372.7
566.2
合计
动力
2480
1227
996.03
照明
556
K∑p=0.8
计入
K∑q=0.85
0.76
981.6
846.6
1296
1969
1、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
0.76．而供电部门要求该厂10KV侧最大负荷时的功率因数不应低于0.9。
考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时的功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
QC=P30（tanφ1-tanφ2）=981.6[tan（arccos0.76）-tan（arccos0.92）]kvar=374kvar
参照图2-6，选PGJ1型低压自动补偿屏*，并联的日期为BW0.4-14-3型,采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总容量84kvar×5=420kvar。
因此，无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表3所示.
表3无功补偿后工厂的计算负荷
项目
cosφ
计算负荷
P30/（KW）
Q30/（Kvar）
S30/（KVA）
I30/（A）
380V侧补偿前负荷
0.76
981.6
846.6
1296
1969
380V侧无功补偿容量
-420
380V侧补偿后负荷
0.917
981.6
426.6
1070
1626
主变压器功率损耗
0.015s30=16
0.06s30=64
10KV侧负荷总计
0.94
965.6
362.6
1031
59.5
三、变电所位置和型式的选择
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，计算公式为式（3-2）和式（3-3）。
（3-2）
（3-3）
由计算结果可知，工厂的负荷中心在5号厂房（仓库）的东南角（参看图11-3）。
考虑到周围环境及进出线方便，决定在5号厂房（仓库）的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，其型式为附设式。
四、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：
装设两台主变压器型号亦采用S9型，而每台变压器容量按式（3-5）和式（3-6）选择，即
且
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，亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
主变压器的联结组均采用Yyn0。
2、变电所主接线方案的选择
主接线方案：
装设两台主变压器的主接线方案如图2所示（低压侧主接线从略）。
图2装设两台主变压器的主接线方案（附高压柜列图）
五、短路电流的计算
1、绘制计算电路如图3所示
图3短路计算电路
2、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
3、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值。
（1）电力系统已知，故
（2）架空线路查表8-37得LGJ-150的,而线路长8km,故
（3）电力变压器查表3-1，得UZ%=4.5，故
因此，短路计算等效电路图如图4所示。
图4短路计算等效电路
3、计算k-1点（10.5KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量：
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
4、计算k-2点（0.4KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量：
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
以上短路计算结果综合如表4所示。
（说明：
工程设计说明书中可只列出短路计算结果。
）
表4短路计算
短路计算点
三相短路电流（KA）
三相短路容量（MVA）
K-1
1.96
1.96
1.96
5.0
2.96
35.7
K-2
19.7
19.7
19.7
36.2
21.5
13.7
六、变电所一次设备的选择与校验
1、10KV侧一次设备的选择校验如表5所示.
表510KV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
其它
装置地点条件
参数
UN
IN
数据
10KV
57.7A
（I1N·T）
1.96KA
5.0KA
1.962×1.9=7.3
一次设备型号规格
额定参数
UN·E
IN·E
IOC
imax
I2t·t
高压少油断路器SN10-10Ⅰ/630
10KV
630A
16KA
40KA
162×2=512
高压隔离开关GN
10KV
200A
－
25.5KA
102×5=500
高压熔断器RN2-10
10KV
0.5A
50KA
－
－
电压互感器JDJ-10
10/0.1KV
－
－
－
－
电压互感器JDZJ-10
KV
－
－
－
－
电流互感器LQJ-10
10KV
100/5A
－
225××0.1=31.8
（90×0.1）2×1=81
二次负荷
0.6Ω
避雷器FS4-10
10KV
－
－
户外隔离开关GW4-12/400
12KV
400A
－
25KA
102×5=500
表5所选一次设备均满足要求。
2、380V侧一次设备的选择校验，如表6所示。
表6380V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
装置地点条件
参数
UN
I30
数据
380V
总1320A
19.7KA
36.2KA
19.72×0.7=272
一次设备型号规格
额定参数
UN·E
IN·E
IOC
imax
I2t·t
低压断路器DW15-1500/3D
380V
1500A
40KA
－
－
低压断路器DZ20-630
380V
630A
（大于I30）
30KA
（一般）
－
－
低压断路器DZ20-200
380V
200A
（大于I30）
25KA
（一般）
－
－
低压刀开关
HD13-1500/30
380KV
1500A
－
－
－
电流互感器LMZJ1-0.5
500V
1500/5A
－
－
－
电流互感器LMZ1-0.5
500V
100/5A
160/5A
－
－
－
表6所选一次设备均满足要求。
3、高低压母线的选择参照表5-28,10KV母线选LMY-3（40×4），即母线尺寸为40mm×4mm；380V母线选LMY-3（120×10）+80×6，即母线尺寸为120mm×10mm，而中性线尺寸为80mm×6mm。
.
七、变电所进出线及与邻近单位联络线的选择
1、10KV高压进线和引入电缆的选择
（1）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=57.7A及室外环境温度33℃，查表8-36初选LJ-16，其35℃时的Ial=93.5A≥I30，满足发热条件。
2）校验机械强度查表8-34，最小允许截面Amin=35mm2，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，所以不需要校验电压损耗。
（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直接埋地敷设。
1）按发热条件选择由I30=I1N.T=57.7A及土壤温度25℃，查表8-44，初选缆芯截面为25mm2的交联电缆，其Ial=90A＞I30，满足发热条件。
2）校验短路热稳定度按式（5-41）计算满足短路热稳定度的最小截面
Amin==1960×mm2=22mm2＜A=25mm2
式中C值由表5-13差得；按终端变电所保护动作时间0.5s，加断路器断路时间0.2s，再加0.05s计，故=0.75s。
因此YJL22-10000-3×25电缆满足短路热稳定条件。
2、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VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。
1）按发热条件选择由I30=210A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表8-43初选缆芯截面120mm2，其Ial=212A＞I30，满足发热条件。
2）校验电压损耗由图11-3所示工厂平面图量得变电所至1号厂房的距离约为100m，而由表8-42查得1200mm2的铝芯电缆的R0=0.31Ω/km（按缆芯工作温度75℃计），X0=0.07Ω/km，又1号厂房的P30=114.8kw，Q30=112.68kar，因此按式（8-14）得：
<
故满足允许电压损耗的要求。
3）短路热稳定度校验按式（5-41）计算满足短路热稳定度的最小截面
Amin==19700×mm2=224mm2
由于前面按发热条件所选120mm2的缆芯截面小于Amin，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为240mm2的电缆，即选VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。
（2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设。
（方法同上，从略）。
（3）馈电给3号厂房（热处理车间）的线路亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设。
（方法同上，从略）。
（4）馈电给4号厂房（电镀车间）的线路亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设。
（方法同上，从略）。
（5）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（见表8-30）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。
1）按发热条件选择由I30=16.2A及环境温度（年最热月平均气温）为26℃，查表8-41，相线截面初选4mm2，其Ial≈19A＞I30，满足发热条件。
按规定，N线和PE线截面也都选4mm2，与相线截面相同。
即选BLV-1000-1×4mm2塑料导线5根穿内径25mm的硬塑料管埋地敷设。
2）校验机械强度查表8-35，最小允许截面Amin=2.5mm2，因此上面所选4mm2的导线满足机械强度要求。
3）校验电压损耗所选穿管线，估计长50m，而由查表8-39查得R0=8.55Ω/km，X0=0.119Ω/km，又仓库的P30=13.6kw，Q30=9kar，因此：
<
故满足允许
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