供用电工程最终版.doc

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《供用电工程》课程设计说明书

__________________________

机械厂供配电设计

院、部：

电气工程及其自动化

学生姓名：

蒋佳

指导教师：

桂友超职称讲师

专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气本1001班

完成时间：

2013.12.10

供用电系统课程设计

一．设计任务书

（一）设计题目

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属与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

（三）设计依据

1、工厂总平面图

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2500h，日最大负荷持续时间为5h。

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。

低压动力设备均为三相，额定电压为380V。

电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。

本厂的符合统计资料如表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

功率因数

铸造车间

动力

380

0.3~0.4

0.65~0.70

照明

0.7~0.9

1.0

锻压车间

动力

350

0.2~0.3

0.60~0.65

照明

0.7~0.9

1.0

金工车间

动力

370

0.2~0.3

0.60~0.65

照明

0.7~0.9

1.0

工具车间

动力

360

0.25~0.35

0.60~0.65

照明

0.7~0.9

1.0

电镀车间

动力

250

0.4~0.6

0.70~0.80

照明

0.7~0.9

1.0

热处理车间

动力

160

0.4~0.6

0.70~0.80

照明

0.7~0.9

1.0

装配车间

动力

170

0.3~0.4

0.65~0.75

照明

0.7~0.9

1.0

机修车间

动力

150

0.2~0.3

0.60~0.70

照明

0.7~0.9

1.0

锅炉房

动力

0.6~0.8

0.70~0.80

照明

0.7~0.9

1.0

仓库

动力

0.3~0.4

0.80~0.90

照明

0.7~0.9

1.0

生活区

照明

230

0.7~0.8

0.9~1.0

备

注

表中生活区的照明负荷中含家用电器。

3、供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供电协议规定，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-150，导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约7km。

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硫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。

已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为50km，电缆线路总长度为20km。

4、气象资料本厂所在地区的年最高气温为350C，年平均气温为230C，年最低气温为-80C，年最热月平均最高气温为330C，年最热月平均气温为260C，年最热月地下0.8m处平均温度为250C。

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，地层以沙粘土为主；地下水位为1m。

6、电费制度本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15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

要求在规定时间内独立完成下列工作量：

1、设计说明书需包括：

1）前言。

2）目录。

3）负荷计算和无功功率补偿。

4）变电所位置和型式的选择。

5）变电所主变压器台数和容量、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和校验。

10）变电所继电保护的方案选择。

11）附录——参考文献。

2、设计图样需包括：

1）变电所主结线图1张（A4图样）。

2）变电所平、剖面图1张（A4图样）。

（五）设计时间

前言 1

一负荷计算和无功功率补偿 2

1．负荷计算 2

2.无功功率补偿 3

二变电所位置和形式的选择 3

三变电所主变压器及主接线方案的选择 4

1．变电所主变压器的选择 4

2.变电所主接线方案的选择 4

3.两种主接线方案的技术经济比较 4

四短路电流的计算 5

1.绘制计算电路图 5

2.确定短路计算基准值 6

3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值 6

4.计算k-1点（10.5kv侧）的短路电流及三相短路电流和短路容量 7

5.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 7

五变电所一次设备的选择校验 8

1．10kV侧一次设备的选择校验 8

2.380V侧一次设备的选择校验 9

3.高低压母线的选择 10

六变电所进出线及与邻近单位联络线的选择 10

1.10KV高压进线和引入电缆的选择 10

2.380V低压出线的选择 11

3.作为备用电源的高压联络线的选择校验 13

七变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 14

1.高压短路器的操作机构控制与信号回路 14

2.变电所的电能计量回路 14

3.变电所的测量和绝缘监察回路 14

4.变电所的保护装置 14

八结束语 16

九附录------主要参考文献 17

前言

本次课程设计的题目是XX机械厂降压变电所的电气设计。

通过具体的工厂供电课程设计，初步掌握民用建筑供配电系统设计的基本方法，更好的将上个学期所学的供配电系统的理论知识和实践相结合，并进一步提高供配电系统的运行、管理和工程设计能力以及分析和解决问题的能力。

本次供用电系统课程设计的任务是某机械厂降压变电所的电气设计。

模拟的中小型工厂6~10/0.4kv,容量为800~2000kVA的降压变电所。

要求根据厂子所能取得的电源及厂子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，进行工厂的电气设计。

本次设计是由以下几个步骤完成的。

先计算各厂房的负荷确定无功功率补偿，根据负荷确定变电所的位置与型式，再确定变电所主变压器的台属与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

在绘图中要标明设备型号和材质，使图纸可以清晰的表现出本次设计的要求。

本设计最重要的原则和方法是在设计中一定要遵守国家的现行技术标准和设计规范，所以其中的供电设计有关的材料选择都是按照这个标准所进行的。

（一）负荷计算和无功功率补偿

1．负荷计算

各厂房和生活区的负荷计算如表2所示。

表2XX机械厂负荷计算表

编号

名称

类别

设备容量

Pe/kW

需要系数

计算负荷

P30/kw

Q30/kvar

S30/kVA

I30/A

锻压车间

动力

350

0.3

0.65

1.17

105

123

照明

0.8

1.0

小计

360

113

123

167

254

铸造车间

动力

380

0.3

0.7

1.02

114

116.3

照明

0.7

1.0

5.6

小计

388

119.6

116.3

167

254

工具车间

动力

360

0.3

0.6

1.33

108

144

照明

0.9

1.0

8.1

小计

369

116.1

144

185

281

金工车间

动力

370

0.2

0.65

1.17

86.6

照明

0.8

1.0

6.4

小计

378

80.4

86.6

118

179

热处理车间

动力

160

0.6

0.80

0.75

照明

0.8

1.0

4.8

小计

166

100.8

124

188

电镀车间

动力

250

0.5

0.80

0.75

125

93.8

照明

0.8

1.0

小计

260

133

93.8

163

248

机修车间

动力

150

0.2

0.65

1.17

35.1

照明

0.8

1.0

小计

155

35.1

装配车间

动力

170

0.3

0.70

1.02

照明

0.8

1.0

5.6

小计

177

56.6

117

仓库

动力

0.3

0.80

0.75

3.6

2.7

照明

0.7

1.0

14.7

小计

18.3

2.7

锅炉房

动力

0.7

1.02

45.5

46.4

照明

0.8

1.0

0.8

小计

46.3

46.4

100

生活区

照明

230

0.7

0.9

0.48

161

77.3

179

272

总计（380V侧）

动力

2267

979.1

849.2

照明

315

计入K=0.8

K=0.85

0.74

783.3

721.8

1065

1618

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.而供电部门要求该厂10kv进线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（tan1-tan2）=783.3[tan（arccos0.74）-tan（arccos0.92）]kvar=378kvar

所以选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）4台相组合,总共容量。

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

计算负荷

P30/kw

Q30/kvar

S30/kVA

I30/A

380V侧补偿前负荷

0.74

783.3

721.8

1065

1618

380V侧无功补偿容量

-420

380V侧补偿后负荷

0.933

783.3

301.8

839.4

1275

主变压器功率损耗

0.015S30=13

0.06S30=50

10kv侧负荷总计

0.92

796.3

351.8

871

（二）变电所位置和形式的选择

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,计算公式如下:

经过测量在工厂平面图上各P点坐标如下所示:

P1（2.5,5.7）P2（3.6,3.6）P3（5.6,1.4）P4（4,6.7）P5（6.2,6.7）P6（6.2,5.1）P7（6.2,3.4）P8（8.6,6.7）P9（8.6,5）P10（8.6,3.4）P11（1.2,1.2）

P值在表1里已经算出,将数值代入以上公式计算后得:

X=4.7

Y=4.2

所以负荷中心的点P坐标为P（4.7,4.2）

由计算结果可知,工厂的负荷中心在7号厂房（机修车间）的西北角,考虑到周围环境及进出线的方便,决定在7号厂房（机修车间）的西侧紧靠厂房建造工厂变电所.形式为附设式。

（三）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

根据工厂的附和性质和电源情况,工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案:

（1）装设一台主变压器型号采用S9型,容量根据公式,选择,即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。

至于工厂耳级负荷所需的备用电源,考虑由于邻近单位相联的高压联络线来承担。

（2）装设两台主变压器型号亦采用S9型,而每台变压器容量按公式选择即:

因此选择两台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

按上面考虑的两种主变压器方案可设计两种主接线方案

（1）装设一台主变压器的主接线方案

（2）装设两台主变压器的主接线方案

3.两种主接线方案的技术经济比较

如表4所示

表4两种主接线方案的比较

比较项目

装设一台主变的方案

装设两台主变的方案

技术指标

供电安全性

满足要求

供电可靠性

基本满足要求

满足要求

供电质量

由于一台主变,电压损耗较大

由于两台主变并列,电压损耗略小

灵活方便性

只一台主变灵活性稍差

由于有两台主变,灵活性较好

扩建适应性

稍差一些

更好一些

经济指标

电力变压器的综合投资额

由表查得S9-1000/10的单价约为15.1万,而又知变压器的综合投资约为其设备单价地倍,因此其综合投资约为

万元=30.2万元

S9-630/10的单价约为10.5万元,因此两台变压器的综合投资约为万元=42万元,比一台主变压器方案多投资11.8万元

高压开关柜（含计量柜）的综合投资额

GG-1A（F）型柜可按每台4万元计.其综合投资可按设备价的1.5倍计,因此高压开关柜的综合投资约为

万元=24万元

本方案采用6台GG-1A（F）柜,其综合投资约为61.54万元=36万元,比第一台主变方案多投资约12万元

电力变压器和高压开关柜的年运行费

主变的折旧费=30.2万元0.05=1.51万元;高压开关柜的折旧费=24万元万元;变配电设备的维修管理费=（30.2+24）万元万元。

因此主变和高压开关设备的折旧和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）万元=6.2万元（其余项目从略）

主变的折旧费=42万元万元;高压开关柜的折旧费=36万元万元;变配电设备的维修管理费=（42+36）万元万元。

因此主变和高压开关设备的折旧和维修管理费=（2.1+2.16+4.68）万元=8.94万元,比一台主变方案多耗资2.74万元

供电贴费

按主变容量每KVA900元计,供电贴费=1000KVA万元/KVA=90万元

供电贴费=2万元=113.4万元,比一台主变方案多交23.4万元

从上表可以看出按技术指标,装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案,但按经济指标,则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案,根据实际情况考虑决定采用装设一台主变的方案。

（四）短路电流的计算

1.绘制计算电路图

如图2所示

2.确定短路计算基准值

设Sd=100MVA,Ud=Uc=1.05UN,

即高压侧Ud1=10低压侧Ud2=0.38

3.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:

（2）架空线路的电抗标幺值:

使用LGJ-150线距为1.5m查表可知线路电抗X0=0.34/km,而线路长7km

（3）电力变压器的电抗标幺值

查表,S1000/10Yyn0接法得UZ%=4.5,故

绘制短路计算等效电路如图所示

4.计算k-1点（10.5kv侧）的短路电流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

在无限大容量系统中:

短路冲击电流:

短路冲击电流有效值:

（4）三相短路容量

5.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

在无限大容量系统中:

短路冲击电流:

短路冲击电流有效值:

（4）三相短路容量

以上结果如表5所示

表5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

k-1

2.3

5.9

3.47

41.7

k-2

20.9

38.5

21.5

14.5

（五）变电所一次设备的选择校验

1．10kV侧一次设备的选择校验

如表6所示

表610kV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

数据

10kV

57.7A

2.3kA

5.9kA

2.321.9=10.1

一次设备型号规格

额定参数

高压少油断路器

SN10-10I/630

10kv

630A

16kA

40kA

高压隔离开关GN-107/400

10kv

400A

40kA

高压熔断器RN2-10

10kv

0.5A

50kA

电压互感器JDZ-10

10/0.1kv

电压互感器JDZ6-10

电流互感器LQJ-10

10kv

5~100A

二次负荷0.6

避雷器FS4-10

10kv

户外式隔离开关GW4-40.5

35kv

630A

50kA

表6所选择的一次设备均满足要求.

2.380V侧一次设备的选择校验

如表7所示

表7380V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

数据

380V

总1275A

20.9kA

38.5kA

20.920.7=305.8

一次设备型号规格

额定参数

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

380v

1500A

电流互感器LMZJ1-0.5

500v

1500/5A

电流互感器LMZJ1-0.5

500v

100/5A

160/5A

表7所选一次设备均满足要求.

3.高低压母线的选择

按照表6~10kv变电所高低压LMY型硬铝母线的常用尺寸所来看

选择10kv母线为LMK-3（404）.即相母线尺寸为40mm4mm;

选择380v母线为LMY-3（12010）+806.即相母线尺寸为120mm10mm,而中性母线尺寸为80mm6mm.

（六）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）按发热条件选择由及室外环境温度33C，查表初选LJ-25，其35C时的，满足发热条件。

2）校验机械强度查表得，最小允许截面，因此按发热条件选择的LJ-25不满足机械强度要求，故改选LJ-35。

由于此线路很短，不需要校验电压损耗。

（2）由高压配电室至主变的一端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）按发热条件选择由及土壤温度25C查表初选缆芯截面为25mm2的交联电缆，其，满足发热条件。

2）校验短路热稳定按下式计算满足短路热稳定的最小截面

式中C值由表5-13查得；tima按终端变电所保护动作时间0.5S，加断路器时间0.2S，再加0.05S计，故tima=0.75S。

因此YJL22-10000-325电缆不满足短路热稳定条件。

应选择YJL22-10000-335电缆

2.380V低压出线的选择

（1）馈电给1号厂房（锻压车间）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）按发热条件选择由及地下0.8m土壤温度为25C，查表初选缆芯截面为185mm2，其，满足发热条件。

2）校验电压损耗由所给工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为68m，而由表查得185mm2的铝芯电缆的（按缆芯工作温度75C计），，又1号厂房的，因此按式得：

故满足允许电压损耗的要求。

3）短路热稳定度校验按下式计算满足短路热稳定的最小截面

由于前面按发热条件所选185mm2的缆芯截面小于，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-

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