工廠配電設(shè)計(jì)

1、. 山 東 理 工 大 學(xué)設(shè)計(jì)題目：某機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)學(xué)院：電氣與電子工程學(xué)院班級(jí)：自動(dòng)化0803姓名： 學(xué)號(hào)：0812104055電氣與電子工程學(xué)院2011-11-28目錄 前言一、 負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償二、 變電所位置和型式的選擇三、 變電所主變壓器臺(tái)數(shù)和容量及主接線(xiàn)方案的確定四、 短路電流計(jì)算五、 變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)六、 變電所所址選擇及平面布置圖七、 變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算參考文獻(xiàn)前言工廠供電是一門(mén)比較實(shí)用的課程，很好的掌握這門(mén)課程對(duì)以后的工作很有幫助。課程設(shè)計(jì)可以鞏固本課程理論知識(shí)掌握，還可以使我門(mén)對(duì)這門(mén)課程有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。掌握供配電設(shè)計(jì)的基本方法，通過(guò)解決各種

2、實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的能力，同時(shí)對(duì)電力工業(yè)的有關(guān)政策、方針、技術(shù)規(guī)程有一定的了解，在計(jì)算、繪圖、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)等方面得到訓(xùn)練。本設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)大體可分為理論分析與計(jì)算部分、變電所設(shè)計(jì)部分、電氣設(shè)計(jì)圖部分。理論分析與計(jì)算部分包括負(fù)荷計(jì)算、無(wú)功功率及補(bǔ)償計(jì)算、短路電流的計(jì)算、設(shè)備選擇及校驗(yàn)計(jì)算、配電變壓器保護(hù)定值計(jì)算；變電所設(shè)計(jì)部分包括變電所位置和形式選擇、變電所主接線(xiàn)設(shè)計(jì)、變電所主變壓器臺(tái)數(shù)和容量、變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)、變電所高、低壓線(xiàn)路設(shè)計(jì)、變電所二次回路設(shè)計(jì)及繼電保護(hù)的整定、防雷和接地裝置設(shè)計(jì)；電氣設(shè)計(jì)圖包括變電所平面布置圖、廠區(qū)供電線(xiàn)路規(guī)劃圖、變電所高壓配電主

3、接線(xiàn)圖、變電所低壓配電主接線(xiàn)圖、變電所變壓器保護(hù)二次回路圖。由于本人水平有限，設(shè)計(jì)中錯(cuò)漏難免，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正！ 一、 負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償 1、負(fù)荷計(jì)算（負(fù)荷的計(jì)算需要系數(shù)法、利用系數(shù)法、二項(xiàng)式等幾種）1）廠區(qū)各用電車(chē)間的計(jì)算負(fù)荷，用需要系數(shù)法計(jì)算公式如下：（3）用電車(chē)間負(fù)荷計(jì)算公式：（4）計(jì)算各車(chē)間負(fù)荷1）鑄造車(chē)間動(dòng)力：92kW =107.56kVar; 照明： =7.79kW; =0kVar;2）以上方法計(jì)算出各車(chē)間的負(fù)荷，結(jié)果如下表：序號(hào)用電名稱(chēng)負(fù)荷性質(zhì)設(shè)備容量kW需要系數(shù)功率因數(shù)計(jì)算負(fù)荷1鑄造車(chē)間動(dòng)力2300.40.6592107.56141.5174照明50.917.790.07

4、.7935.4小計(jì)99.79107.56146.82232鍛壓車(chē)間動(dòng)力3000.30.690120150228照明60.919.350.09.3542.5小計(jì)99.35120155.8236.83金工車(chē)間動(dòng)力2400.30.67296120182.3照明60.919.350.09.3542.5小計(jì)81.3596125.8191.24工具車(chē)間動(dòng)力2000.40.680106.67133.4202.7照明50.917.790.07.7935.4小計(jì)87.79106.67138.2210.05電鍍車(chē)間動(dòng)力3200.60.7192256320486.2照明60.919.350.09.3542.5小計(jì)2

5、01.35256325.7494.96熱處理車(chē)間動(dòng)力1800.60.7108110.18154.3234.4照明50.917.790.07.7935.4小計(jì)115.79110.18159.8242.87裝配車(chē)間動(dòng)力1200.40.654856.1273.8112.1照明50.917.790.07.7935.4小計(jì)57.7956.1280.6122.58機(jī)修車(chē)間動(dòng)力1300.30.639526598.8照明40.916.240.06.2428.2小計(jì)45.245268.9104.79鍋爐房動(dòng)力800.60.6486480121.5照明20.913.120.03.1214.2小計(jì)51.126481

6、.9124.510倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力250.30.67.51012.519照明10.911.560.01.567.1小計(jì)9.061013.522.311宿舍照明2000.81277.130.0277.13421.1總計(jì)動(dòng)力1125.76978.561580.132393.8照明??；1013.2929.613752089.12、無(wú)功功率補(bǔ)償計(jì)算1）、變壓器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷 有計(jì)算負(fù)荷表知；1125.76kW；978.56kVar;1580.13kVA; 2393.8A2）低壓側(cè)功率因數(shù)0.713）無(wú)功補(bǔ)償容量為使高壓側(cè)的功率因數(shù)0.90，則低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)高于0.90，?。?。要使低壓側(cè)的功率

7、因數(shù)由0.71提高到0.95，則低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為：746.5kVar取為750 kVar；則補(bǔ)償后變電所的視在計(jì)算負(fù)荷為：=1125.76kW228.56kWar1148.7kVA4)變壓器的功率損耗 有功損耗：17.23kW 無(wú)功損耗：68.92kvar5）變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷 1142.99kW 297.48kvar 1181.07kVA 1794.45A補(bǔ)償后的功率因數(shù)為：0.970.90, 滿(mǎn)足要求。6)年耗電量估算 年有功電能消耗量及年無(wú)功電能耗電量可由下式計(jì)算得到：年有功電能消耗量： 年無(wú)功電能耗電量： 綜合本廠情況，年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4000h，取年平均有功負(fù)荷系

8、數(shù)為0.72，取年平均無(wú)功系數(shù)為0.78。由此可得： 年有功耗電量： 年無(wú)功耗電量： 三、變電所的位置和形式選擇由于本廠有二級(jí)重要負(fù)荷，考慮到對(duì)供電可靠性的要求，采用兩路進(jìn)線(xiàn)，一路經(jīng)10kV公共市電架空進(jìn)線(xiàn)（中間有電纜接入變電所），另一路引自鄰廠高壓聯(lián)絡(luò)線(xiàn)。1、變電所選址的一般原則（1）盡量接近負(fù)荷中心，以降低低壓配電系統(tǒng)的電能損耗，電壓損耗和有色金屬消耗量。（2）僅出現(xiàn)方便，特別是要便于架空線(xiàn)進(jìn)出線(xiàn)。（3）接近電源側(cè)，特別是工廠的總降壓變電所和高壓配電所。（4）設(shè)備運(yùn)行方便，貼別是要考慮電力變壓器和高低壓成套配電裝置的運(yùn)輸(5)不宜設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場(chǎng)合，無(wú)法遠(yuǎn)離時(shí)，不宜設(shè)在污染源的下

9、風(fēng)側(cè)。（6）不宜設(shè)在有劇烈震動(dòng)或高溫的場(chǎng)所，無(wú)法避免時(shí)，應(yīng)有防震和隔熱的措施。（7）不宜設(shè)在廁所、浴室或其他積水場(chǎng)所的正下方，且不易于上述場(chǎng)所相貼臨。（8）不宜設(shè)在有爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中。（9）不宜設(shè)在地勢(shì)低洼和可能積水的場(chǎng)所。2、按負(fù)荷功率矩法確定負(fù)荷中心綜上所述，變電所位置如下圖所示某機(jī)械廠總平面圖四、變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)和容量 （1）變電所主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇 由主變壓器選擇的原則：1）應(yīng)滿(mǎn)足用電負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求。2）對(duì)季節(jié)性負(fù)荷或晝夜負(fù)荷變動(dòng)較大而宜采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的變電所，可考慮采用兩臺(tái)變壓器。 綜合本廠的情況，考慮到二級(jí)負(fù)荷的供電安全可靠，故選擇兩臺(tái)變壓器。 （2）變電所主變壓器容

10、量的選擇 每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：1) 任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，以滿(mǎn)足總計(jì)算負(fù)荷的大約60%70%的需要，即：=（0.60.7）2) 任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足全部一、二級(jí)負(fù)荷的需要。即 代入數(shù)據(jù)可得：=（0.60.7）1181.07=(708.64826.85)由于二級(jí)負(fù)荷為556.2=556.2因此初步確定每臺(tái)主變壓器容量為800。另外，考慮到本廠的氣象資料（年平均氣溫為），所選變壓器的實(shí)際容量：也滿(mǎn)足使用要求，同時(shí) 又考慮到未來(lái)510年的負(fù)荷發(fā)展，初步取=1000。 綜上，我們選擇的變壓器型號(hào)為，其主要技術(shù)指標(biāo)如下表：變壓器型號(hào)額定容量/。額定電壓連接組型號(hào)損耗/kW

11、空載電流(%)短路阻抗高壓低壓空載負(fù)載1000100.4Dyn11170092001.75備注五、變電所主接線(xiàn)選擇 工廠變配電所主接線(xiàn)有以下基本要求：安全，可靠，經(jīng)濟(jì)，靈活。裝有兩臺(tái)主變壓器的小型變電所主接線(xiàn)選擇主要有以下三種（1）高壓無(wú)母線(xiàn)、低壓?jiǎn)文妇€(xiàn)分段的變電所主接線(xiàn)圖（圖1） 這種主接線(xiàn)的供電可靠性高，當(dāng)任一主變壓器或任一電源進(jìn)線(xiàn)停電檢修或發(fā)生故障時(shí)，該變電所通過(guò)閉合低壓母線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)，即可迅速恢復(fù)對(duì)整個(gè)變電所的供電。如果兩臺(tái)主變壓器高壓側(cè)斷路器裝設(shè)互為備用的備用電源自動(dòng)投入裝置，則任一主變壓器高壓側(cè)斷路器因電源斷電（失壓）而跳閘時(shí)，另一主變壓器高壓側(cè)的斷路器在備用電源自動(dòng)投入裝置作用下自

12、動(dòng)合閘，恢復(fù)整個(gè)變電所的供電。這時(shí)該變電所可供一二級(jí)負(fù)荷。（2）高壓采用單母線(xiàn)、低壓?jiǎn)文妇€(xiàn)分段的變電所主變壓器（圖2） 這種主接線(xiàn)適用于裝有兩臺(tái)及以上主變壓器或具有多路高壓出線(xiàn)的變電所，其供電可靠性也較高。任一主變壓器檢修或發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)切換操作，即可迅速恢復(fù)對(duì)整個(gè)變電所的供電。但在高壓母線(xiàn)或電源進(jìn)線(xiàn)進(jìn)行檢修或發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)變電所仍要停電。這時(shí)只能供電給三級(jí)負(fù)荷。如果有與其他變電所相連的高壓或低壓聯(lián)絡(luò)線(xiàn)時(shí)，則可供一、二級(jí)負(fù)荷。（3）高低壓側(cè)均為單母線(xiàn)分段的變電所主接線(xiàn)圖（圖3） 這種主接線(xiàn)的兩段高壓母線(xiàn)，在正常時(shí)可以接通運(yùn)行，也可以分段運(yùn)行。任一臺(tái)主變壓器或任一電源進(jìn)線(xiàn)停電檢修或發(fā)生故障時(shí)

13、，通過(guò)切換操作，均可以迅速恢復(fù)整個(gè)變電所供電。因此，其供電可靠性相當(dāng)高，可供一、二級(jí)負(fù)荷。 以上三種方案均能滿(mǎn)足主接線(xiàn)要求，但考慮到主接線(xiàn)安全，可靠，經(jīng)濟(jì)，靈活基本要求。采用第二種方案。六、短路電流的計(jì)算 本廠的供電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖（一）所示。采用兩路電源供線(xiàn)，一路為距本廠8km的饋電變電站經(jīng)LGJ-95（額定載流27566.32 A）架空線(xiàn)（系統(tǒng)按電源計(jì)），該干線(xiàn)首段所裝高壓斷路器的斷流容量為；一路為鄰廠高壓聯(lián)絡(luò)線(xiàn)。下面計(jì)算本廠變電所高壓10kV母線(xiàn)上k-1點(diǎn)短路和低壓380V母線(xiàn)上k-2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量，如圖1所示短路點(diǎn)。1、 求k-1點(diǎn)的三相短路電流和短路容量（=10.5kV）

14、 （1）計(jì)算短路電路中各元件的電抗及總電抗 1）電力系統(tǒng)的電抗：由條件知高壓斷路器的斷流容量為。 因此： 2）架空線(xiàn)路的電抗由表知 ，因此 3）繪k-1點(diǎn)短路的等效電路，如圖3-6a所示，圖中標(biāo)出各元件的序號(hào)（分子）電抗值（分母），并計(jì)算其總電抗為 (2)計(jì)算三相短路電流和短路容量 1）三相短路電流在周期分量有效值2）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流3）三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路全電流有效值4）三相短路容量2、求k-2點(diǎn)的短路電流和短路容量（）（1）計(jì)算短路電路中各元件的電抗及總電抗1）電力系統(tǒng)的電抗2）架空線(xiàn)路的電抗3）電力變壓器的電抗：有附錄表5查的，因此4）繪k-2點(diǎn)短路的等效電路圖如

15、圖所示，計(jì)算其總電抗為（2）計(jì)算三相短路電流和短路容量 1）三相短路電流在周期分量有效值 2）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流3）三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路全電流有效值4）三相短路容量八、 變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)1、 變電所高壓一次設(shè)備的選擇一次設(shè)備按功能分主要有以下幾類(lèi)：（1）變換設(shè)備 電力變壓器、電壓互感器、電流互感器、變頻機(jī)。（2）控制設(shè)備 高低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備（3）保護(hù)設(shè)備 熔斷器、避雷器（4）補(bǔ)償設(shè)備 電容器（5）成套設(shè)備 高壓開(kāi)關(guān)柜、低壓配電屏、動(dòng)力和照明配電箱。2、變電所高壓一次設(shè)備的校驗(yàn) 1）設(shè)備的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定校驗(yàn)（1）一般電器的動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)校驗(yàn)條件：由以上短路電流計(jì)算得。并查找所

16、選設(shè)備的數(shù)據(jù)資料比較的：高壓斷路器 ，滿(mǎn)足條件；電流互感器 LZZQB6_10-0.5-200/5 ，滿(mǎn)足條件； JN-3-10/25接地開(kāi)關(guān) ，滿(mǎn)足條件。（2）絕緣子動(dòng)態(tài)穩(wěn)定度校驗(yàn)校驗(yàn)條件：（為絕緣子的最大允許負(fù)荷，三相短路時(shí)作用與絕緣子上的力）母線(xiàn)采用平放在絕緣子上，則：（其中a=200mm;l=900mm）,a為兩導(dǎo)體間的軸線(xiàn)距離；l為導(dǎo)體的兩相鄰支點(diǎn)間距離。所以：3.75kN滿(mǎn)足要求。（3）母線(xiàn)的動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)校驗(yàn)條件： 式中，為母線(xiàn)材料的最大允許應(yīng)力（Pa），硬銅母線(xiàn)（TMY），=140MPa，硬鋁母線(xiàn)（LMY），=70MPa；10kV母線(xiàn)短路電流三相短路時(shí)所受的最大電動(dòng)力：母線(xiàn)的彎曲

17、力度：母線(xiàn)截面系數(shù)：母線(xiàn)在三相短路時(shí)的計(jì)算應(yīng)力：可得，滿(mǎn)足動(dòng)穩(wěn)定性要求。2）高壓設(shè)備的熱穩(wěn)定度校驗(yàn)（1）一般電器的熱穩(wěn)定度校驗(yàn)校驗(yàn)條件： 式中， 為電器的熱穩(wěn)定電流；t為電器的熱穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)間。常用高壓斷路器的和t可查附錄表8。高壓斷路器：=20kA,t=4s;接地開(kāi)關(guān)：=25kA，t=4s。2.01kA，將數(shù)據(jù)代入上式，經(jīng)計(jì)算以上電器均滿(mǎn)足熱穩(wěn)定性要求。（2）高壓母線(xiàn)熱穩(wěn)定度校驗(yàn)校驗(yàn)條件：查產(chǎn)品資料，的銅母線(xiàn)的,取=0.75s。母線(xiàn)截面：A=504=200允許的最小截面積：從而，該母線(xiàn)滿(mǎn)足熱穩(wěn)定性要求。（3）高壓電纜的熱穩(wěn)定度校驗(yàn)校驗(yàn)條件：允許的最小截面積：所選電纜YJV-350的截面A=50

18、 從而，該電纜滿(mǎn)足熱穩(wěn)定性要求。3)變電所電壓一次設(shè)備的選擇低壓側(cè)采用的也是天津長(zhǎng)城電器有限公司生產(chǎn)的GGD2型低壓開(kāi)關(guān)柜，所選擇的主要低壓一次設(shè)備參見(jiàn)附圖四變電所低壓電氣主接線(xiàn)圖。部分初選設(shè)備：低壓斷路器：NA1 型智能萬(wàn)能斷路器、TMS30型塑殼無(wú)飛弧智能斷路器 低壓熔斷器：NT系列電壓互感器：JDZ1系列電流互感器：LMZJ1 、LMZ1 系列 母線(xiàn)型號(hào)： TMY-3（8010）+1（606）絕緣子型號(hào)：ZA-6Y抗彎強(qiáng)度：3.75kN（戶(hù)內(nèi)支柱絕緣子）另外，無(wú)功補(bǔ)償柜選用2個(gè)GCJ1-01型柜子，采用自動(dòng)補(bǔ)償，滿(mǎn)足補(bǔ)償要求。4）變電所低壓一次設(shè)備的校驗(yàn)由于根據(jù)低壓一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)項(xiàng)目和條件進(jìn)行的低壓一次側(cè)設(shè)備選擇，不