供電技術(shù)紅星機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)方案

1、供電技術(shù)課程設(shè)計(jì)紅星機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)原則工廠供電工作要切實(shí)保證工廠生活和生活用電的需要，搞好能源節(jié)約，遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB50052-95供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范、GB50053-9410KV及以下設(shè)計(jì)規(guī)范、GB50054-95低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范等規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，從安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)等考慮角度出發(fā)，合理地處理局部、當(dāng)前 和長(zhǎng)遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部和當(dāng)前利益，又要有全局觀點(diǎn)，能顧全大 局，適應(yīng)發(fā)展。二、設(shè)計(jì)要求根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負(fù)荷的實(shí)際情況，并適當(dāng)考慮到工廠 生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，確定變電所主變壓 器的臺(tái)數(shù)與容量、類型，選擇變電所主接線方

2、案及高低壓斷路器設(shè)備和進(jìn)線， 選擇整定繼電保護(hù)裝置，最后寫出設(shè)計(jì)說(shuō)明書。三、設(shè)計(jì)依據(jù)1 、工廠總平面圖2、工廠負(fù)荷情況：本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4600h,日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為6h，該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬三 級(jí)負(fù)荷。本廠的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如表1所示。3、供電電源情況：本廠可由附近一條10Kv的公用電源干線取得工作電源，該干線的導(dǎo)線牌 號(hào)為L(zhǎng)GJ- 150,導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為2m，干線首端距離本廠約8Km，干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器的斷流容量為500MVA。此斷路器配備有定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)整定的動(dòng)作時(shí)間為 1

3、.7s。為滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由臨近的單位取得備用 電源。已知本廠高壓側(cè)由電氣聯(lián)系的架空線路總長(zhǎng)度為80Km，電纜線路總長(zhǎng)度為25Km。4、氣象資料：本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為 38度，年平均氣溫為23度，年最低氣溫為 -8度，年最熱月平均最高氣溫為 33度，年最熱月平均氣溫為26度，年最熱月 地下0.8m處平均氣溫為25度。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，年雷暴日數(shù)為 20。5、地質(zhì)水文資料：本廠所在地區(qū)平均海拔500M，地層以砂粘土為主，地下水位為 1M。6、電費(fèi)制度： 本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T達(dá)成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計(jì)量電能，設(shè)專用計(jì)量柜，按兩部電費(fèi)制交納電費(fèi)。每月基本電費(fèi)按主變

4、壓器容量計(jì)為18 元/KVA，動(dòng)力電費(fèi)為0.2元/KWh，照明電費(fèi)為0.5元/KWh。工廠最大負(fù)荷時(shí)的功 率因數(shù)不得低于 0.9。此外，電力用戶需按新裝變壓器容量計(jì)算，一次性的向供 電部門交納供電貼費(fèi)：610KV為800元/KVA。四、設(shè)計(jì)內(nèi)容工廠供電設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括工廠變配電所設(shè)計(jì)、工廠高壓配電線路設(shè)計(jì)、 車間低壓配電線路設(shè)計(jì)及電氣照明設(shè)計(jì)等。其基本內(nèi)容如下：1、負(fù)荷計(jì)算全廠總降壓變電所的負(fù)荷計(jì)算，是在車間負(fù)荷計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行?？紤]車 間變電所變壓器的功率損耗，從而求出全廠變電所高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷及總功率因 數(shù)。列出負(fù)荷計(jì)算表、表達(dá)計(jì)算成果。2、工廠總降壓變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)及容量選擇參考電源進(jìn)

5、線方向，綜合考慮設(shè)置總降壓變電所的有關(guān)因素，結(jié)合全廠計(jì) 算負(fù)荷以及擴(kuò)建和備用的需要，確定變壓器的臺(tái)數(shù)和容量。3、工廠總降壓變電所主接線設(shè)計(jì)根據(jù)變電所配電回路，負(fù)荷要求的可靠性級(jí)別和計(jì)算負(fù)荷數(shù)綜合主變壓器 臺(tái)數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對(duì)它的基本要求，既要安全可靠又要靈活 經(jīng)濟(jì)，安裝容易、維修方便。4、短路電流的計(jì)算工廠用電，通常為國(guó)家電網(wǎng)的末端負(fù)荷，其容量運(yùn)行小于電網(wǎng)容量，皆可 按無(wú)限容量系統(tǒng)供電進(jìn)行短路計(jì)算。由系統(tǒng)不同運(yùn)行方式下的短路參數(shù)，求出 不同運(yùn)行方式下各點(diǎn)的三相及兩項(xiàng)短路電流。5、繼電保護(hù)及二次接線設(shè)計(jì)為了監(jiān)視、控制和保證安全可靠運(yùn)行，變壓器、高壓配電線路移向電容 器、高壓電動(dòng)機(jī)、

6、母線分段斷路器及聯(lián)絡(luò)線斷路器，皆需要設(shè)置相應(yīng)的控制、 信號(hào)、檢測(cè)和繼電器保護(hù)裝置。并對(duì)保護(hù)裝置做出整定計(jì)算和檢驗(yàn)其靈敏系 數(shù)。設(shè)計(jì)包括繼電器保護(hù)裝置、監(jiān)視及測(cè)量?jī)x表，控制和信號(hào)裝置，操控電源 和控制電纜組成的變電所二次接線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖或二次回路展 開圖以及元件材料表達(dá)設(shè)計(jì)成果。、/. 前言工廠供電，就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配問(wèn)題，眾所周知，電能是現(xiàn) 代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力。電能既易于由其他形式能量轉(zhuǎn)換而來(lái)，又易于 轉(zhuǎn)換為 其他形式的能量已供應(yīng)用；它的輸送與分配既簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、 調(diào)節(jié)和測(cè)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。電力系統(tǒng)由各級(jí)電壓的電力線路將發(fā)電廠、變電所和電力

7、用戶聯(lián)系起來(lái)的 一個(gè)發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的整體。變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部 分，它直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間 環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用，電氣主接線是發(fā)電廠變電所的主要環(huán)節(jié)， 電氣主接線的擬定直接關(guān)系著全廠電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保 護(hù)和自動(dòng)裝置的確定，是變電站電氣部分投資的大小的決定性因素。在大型工業(yè)企業(yè)中，一、二級(jí)負(fù)荷約占總負(fù)荷的 60%以上，因此即使是短 時(shí)停電所造成的損失也是很大的。此外，各級(jí)負(fù)荷不能孤立的看待，一個(gè)企業(yè) 中只要有一個(gè)一級(jí)負(fù)荷，則該企業(yè)的總降壓變電所對(duì)于上級(jí)供電部門來(lái)說(shuō)是一 級(jí)負(fù)荷。在掌握了負(fù)荷分級(jí)及其對(duì)供電

8、的要求后，在設(shè)計(jì)新建企業(yè)的供電系統(tǒng) 時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行方案的擬定和分析比較，使確定的供電方案在技術(shù) 經(jīng)濟(jì)上最合理。因此，做好工廠供電工作對(duì)于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分 重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個(gè)重要方面，而能源節(jié)約對(duì)于 國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對(duì)于節(jié)約能 源、支援國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。在設(shè)計(jì)一座降壓變電站時(shí)，首先，根據(jù)主接線的經(jīng)濟(jì)可靠、運(yùn)行靈活的要 求選擇各個(gè)電壓等級(jí)的接線方式，在技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行比較，選取靈活 的最優(yōu)接線方式。其次進(jìn)行短路電流的計(jì)算，根據(jù)各短路點(diǎn)計(jì)算出各點(diǎn)短路穩(wěn) 態(tài)電流和短路沖擊電流。最后根

9、據(jù)各電壓等級(jí)的額定碘鹽和最大持續(xù)工作電流 進(jìn)行設(shè)備選擇，然后進(jìn)行校驗(yàn)。目錄一、負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償61 負(fù)荷計(jì)算62 .無(wú)功功率補(bǔ)償6二、 變電所主變壓器和主結(jié)線方案的選擇71. 變電所主變壓器選擇72 .變壓器主結(jié)線方案的選擇73. 兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 8三、變電所短路電流的計(jì)算81 .繪制計(jì)算電路82 .確定基準(zhǔn)值93 .短路電路中各元件的電抗標(biāo)么值 94. 10.5KV側(cè)k-1點(diǎn)的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量95. 0.4KV側(cè)k-2點(diǎn)的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量10四、變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)111 . 10KV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)112 . 380V

10、側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)11五、變電所二次回路的選擇及繼電保護(hù)的整定111 .二次回路選擇112 .繼電保護(hù)的整定12附錄：參考文獻(xiàn)13 附錄：變電所主接線圖圖紙13一、負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償1 負(fù)荷計(jì)算各廠和生活區(qū)的負(fù)荷計(jì)算如表1所示;表1工廠負(fù)荷計(jì)算表編 號(hào)名稱類型設(shè)備容量Pe/kw需要系數(shù)Kdtan 功率 因數(shù)計(jì)算負(fù)荷P30/kwQ3o/kvarS30/kvaI 30/A1鑄造 車間動(dòng)力3000.31.020.79091.8照明60.8014.80小計(jì)30694.891.81322012鍛壓 車間動(dòng)力3500.31.170.65105122.9照明80.7015.60小計(jì)358110.612

11、2.91652517金工 車間動(dòng)力4000.21.170.658093.6照明100.80180小計(jì)4108893.61281946工具 車間動(dòng)力3600.31.330.6108143.6照明70.9016.30小計(jì)367114.3143.61842804電鍍 車間動(dòng)力2500.50.750.812593.8照明50.80140小計(jì)25512993.81602443熱處 理車間動(dòng)力1500.60.750.89067.5照明50.80140小計(jì)1559467.51161769裝配 車間動(dòng)力1800.31.020.75455.1照明60.8014.80小計(jì)18658.855.180.611210機(jī)

12、修 車間動(dòng)力1600.21.170.653237.4照明40.8013.20小計(jì)16435.237.451.4788鍋爐 房動(dòng)力500.70.750.83526.3照明10.8010.80小計(jì)5135.826.344.4675倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力200.40.750.886照明10.8010.80小計(jì)218.8610.716.211生活區(qū)照明3500.70.480.9245117.6272413總計(jì)（380V側(cè)）動(dòng)力22201015.3856.1照明403計(jì)入 K 工 P=0.8 K 工 q=0.850.75812.2727.6109016562. 無(wú)功功率補(bǔ)償由表1可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)的功率因

13、數(shù)只有0.75。而供電部門 要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不應(yīng)低于 0.90?？紤]到主變壓器的 無(wú)功損耗大于有功損耗，因此 380V側(cè)最大負(fù)荷功率因數(shù)應(yīng)稍大于 0.90,暫取 0.92來(lái)計(jì)算380V側(cè)所需無(wú)功功率補(bǔ)償容量：Qc = p0(ta-tan2) =812.2tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)Kvar = 370k var選并聯(lián)電容器為 BW0.4 14 3型，總共容量 84kvar 5=420kvar。因此無(wú)功功率補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和10V側(cè)的負(fù)荷計(jì)算如表2。表2無(wú)功功率補(bǔ)償后工廠的計(jì)算負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷工程cosP30/kwQ30/kvarS30/

14、kvaI30/A380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.75812.2727.610901656380V側(cè)無(wú)功補(bǔ)償容量420380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷0.935812.2307.6868.51320主變壓器功率損耗O.O15S30=130.06S30=5210KV側(cè)負(fù)荷總計(jì)0.92825.2359.690052變電所主變壓器和主結(jié)線方案的選擇1 變電所主變壓器選擇根據(jù)工廠的負(fù)荷性質(zhì)和電源情況，工廠變電所的主變壓器可有下列兩種方案：(1) 裝設(shè)一臺(tái)主變壓器型式采用S9,選SN.T=1000KVAS30=900KVA ,即選一臺(tái)S91000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級(jí)負(fù)荷的備用電源， 由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)

15、絡(luò)線來(lái)承擔(dān)。(注意：由于二級(jí)負(fù)荷達(dá)335.1KVA，380V側(cè)電流達(dá)509A，距離又較長(zhǎng)，因此不能采用低壓聯(lián)絡(luò)線作備用電源。)(2) 裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器型號(hào)采用 S9,而每臺(tái)容量為：Sm.t (0.6 U0.7 )P00kva = (540口 630)kvaSN.t K 綣(口 =( 132+160+44.4) kva=336.4kva因此選兩臺(tái)S9 630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級(jí)負(fù)荷的備用電源由 與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組別均采用Y, yn0。2 變壓器主結(jié)線方案的選擇按上面考慮的兩種主變壓器的方案可設(shè)計(jì)下列兩種主結(jié)線方案:(1) 裝設(shè)一臺(tái)主變壓器的主結(jié)線方案

16、如圖1如圖2比較工程裝設(shè)一臺(tái)主變的方案裝設(shè)兩臺(tái)主變的方案技術(shù)供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質(zhì)量由于一臺(tái)主變電壓損耗大兩臺(tái)并聯(lián)，電壓損耗略小靈活方便性只一臺(tái)主變，靈活性稍差靈活性較好擴(kuò)建適應(yīng)性稍差一些更好一些經(jīng)濟(jì)投資金額投資低投資咼從上表可以看出，按技術(shù)指標(biāo)，裝設(shè)兩臺(tái)主變的主結(jié)線方案略優(yōu)于裝設(shè)一 臺(tái)主變的主結(jié)線方案，但按經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，則裝設(shè)一臺(tái)主變的方案遠(yuǎn)優(yōu)于裝設(shè)兩臺(tái) 主變的方案，因此決定采用裝設(shè)一臺(tái)主變的方案。（說(shuō)明：如果工廠負(fù)荷近期可有較大增長(zhǎng)的話，則宜采用裝設(shè)兩臺(tái)主變的方案）三、變電所短路電流的計(jì)算1 繪制計(jì)算電路LG-150, 8KMS1000:系統(tǒng)10.5KV

17、0.4KV2.確定基準(zhǔn)值設(shè)Sd =100MVA,Ud =Uc,即高壓側(cè) 也=10.5KV,低壓側(cè)Ud2 =0.4KV,則SdI di5.5KA3Ud!|d2 二 =144KA3d23. 短路電路中各元件的電抗標(biāo)么值(1) 電力系統(tǒng)X； =1000MVA/500MVA =0.2(2) 架空線路 查表，得LG 150的X。=0.36/km,而線路長(zhǎng)8km,故X2 =(0.36 8)1100MVA(10.5KV)2= 2.6(3) 電力變壓器查表，得Uz%=4.5,故w* 4.5 100 MVAX3 二=4.5100 1000 KVA1230.2 2.6 4.5因此繪等效電路，如圖3所示;圖3等效電

18、路4. 10.5KV側(cè)k-1點(diǎn)的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量(1) 總電抗標(biāo)么值X2 =0.2 2.6 =2.8(2)三相短路電流周期分量有效值I驚二*=1.96 KA鄧d)(3)其他短路電流(3)(4)I (3) =1：)=1=1.960 iS3)=2.551=5.0KAI S3)=1.51=2.96KA三相短路容量SK3)1X 鄧)=35.7MVA5. 0.4KV側(cè)k-2點(diǎn)的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量(5)總電抗標(biāo)么值X (k _2) = X1X2 X3 =7.3(6)三相短路電流周期分量有效值*=19.7KA7k J)其他短路電流(3)= l(3)=化=19.7KA

19、iS? =1.841 一36.2KAlS3)=1.09I=21.5KA(8)三相短路容量S化二 S . Xy =13.7MVA以上綜合計(jì)算結(jié)果如表4所示;表4短路計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/KA三相短路容量/MVAIkI “I OOishI shSkk-11.961.961.9652.9635.7k-219.719.719.736.221.513.7四、變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)1. 10KV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)工程電壓斷流能力動(dòng)穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點(diǎn)條件UnI 30Ikish(l(3)2t.ima數(shù)據(jù)10KV57.7A1.96KA5.0KA7.3額定參數(shù)UnInIocimax低壓斷

20、路器DW15-1500/310KV630A16KA40KA5122. 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)工程電壓電流斷流能力動(dòng)穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點(diǎn)條件參數(shù)UnI30Ikish(I )2t qq/ ima數(shù)據(jù)380V總 1320A19.7KA36.2KA272額定參數(shù)UnInIoci maxIt2t n低壓斷路器DW15-1500/3380V1500A40KA低壓斷路器DZ20-630380V630AI 30一般 30KA低壓斷路器DZ20-200380V200AI 30一般 25KA低壓刀開關(guān) HD13-1500/30380V1500A電流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A電流

21、互感器LMZJ-0.5500V160/5A、100/5A通過(guò)對(duì)10KV側(cè)及380V側(cè)的一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)，查表可得，10KV母線 選擇 LMY-3 ( 40*4mm )，即母線尺寸為 40mm*4mm ； 380V母線選擇 LMY- 3(120*10)+80*6，即母線尺寸為120mm*10mm，中性線母線尺寸為80mm*6mm。五、變電所二次回路的選擇及繼電保護(hù)的整定1.二次回路選擇(1)二次回路電源選擇二次回路操作電源有直流電源和交流電源?？紤]到交流操作電源可 使二次回路大大簡(jiǎn)化，投資減少。且工作可靠、維護(hù)方便，這里采用 交流操作電源。(2) 高壓斷路器的控制和信號(hào)回路高壓斷路器的控制回路取決于操作機(jī)構(gòu)的形式和操作電源的類別。 結(jié)合上面設(shè)備的選擇和電源選擇，采用彈簧操作機(jī)構(gòu)的斷路器控制和 信號(hào)回路。(3) 電測(cè)量?jī)x表與絕緣監(jiān)視裝置在二次回路中安裝自動(dòng)重合閘裝置、備用電源自動(dòng)投入裝置2. 繼電保護(hù)的整定繼電保護(hù)要求具有選擇性、速動(dòng)性、可靠性及靈敏性。(1)主變壓器的繼電保護(hù)裝置裝設(shè)瓦斯保護(hù)：當(dāng)變壓器油箱內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)， 瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)；當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，應(yīng)動(dòng)作于高壓側(cè)斷路器。裝設(shè)反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)：采用 GL15型感應(yīng)式過(guò)電流繼電器，兩相 兩繼電器式結(jié)線，去分流跳閘的操作方式。(2