工廠供電廠降壓變電所課程設(shè)計

1、工廠供電課程設(shè)計設(shè)計課題:xx機械廠降壓變電所的電氣設(shè)計姓 名:學(xué) 院:專 業(yè):電氣工程及其自動化班 級:09級（3）班學(xué) 號:日 期 2012年 5月1日2012年5月13日 指導(dǎo)教師:目 錄第一章 設(shè)計任務(wù)31.1設(shè)計要求31.2設(shè)計依據(jù)31.2.1工廠總平面圖31.2.2工廠負荷情況41.2.3工廠供電情況51.2.4氣象資料5第二章 負荷計算和無功功率補償52.1負荷計算52.1.1單組用電設(shè)備計算負荷的計算公式52.1.2多組用電設(shè)備計算負荷的計算公式52.2無功功率補償6第三章 變電所位置與形式的選擇7第四章 變電所主變壓器及主接線方案的選擇8第五章 短路電流的計算85.1確定短路

2、基準值85.2計算短路電路中各元件的電抗標幺值85.2.1電力系統(tǒng)85.2.2架空線路85.2.3電力變壓器85.3 k-1點（10.5kv側(cè)）的相關(guān)計算95.3.1總電抗標幺值95.3.2三相短路電流周期分量有效值95.3.3其他短路電流95.3.4三相短路電容95.4 k-2點（0.4kv側(cè)）的相關(guān)計算95.4.1總電抗標幺值95.4.2三相短路電流周期分量有效值95.4.3其他短路電流95.4.4三相短路電容9第六章 變電所一次設(shè)備的選擇校驗96.1 10kv高壓進線和引入電纜的選擇96.1.1 10kv高壓進線的選擇校驗 96.1.2 由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗 106

3、.2 10kv側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗106.2.1 按工作電壓選擇106.2.2按工作電流選擇106.2.3按斷流能力選擇106.2.4隔離開關(guān)、負荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗106.3 380v側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗126.4 高低壓母線的選擇13第七章變電所二次回路方案的選擇與繼電保護的整定137.1 變電所二次回路反感的選擇137.2 主變電所繼電保護裝置137.2.1 主變壓器的繼電保護裝置137.2.2 保護動作的整定147.2.3 過電流保護動作時間的整定147.2.4 過電流保護靈敏度系數(shù)的校驗147.3 裝設(shè)電流速斷保護147.3.1 速斷電流的整定147.3.2 電流速斷保護靈

4、敏度系數(shù)的校驗147.4 作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的繼電保護裝置14第八章 降壓變電所防雷與接地裝置的設(shè)計158.1 變電所的防雷保護158.1.1 直接防雷保護158.1.2 雷電侵入波的防護158.2 變電所公共接地裝置的設(shè)計158.2.1 接地電阻的要求158.2.2 接地裝置的設(shè)計15參考文獻15xx機械廠降壓變電所的電氣設(shè)計第一章 設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計要求要求根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負荷的實際情況，并適當考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的要求，確定變電所的位置和型式，確定變電所主變壓器的臺數(shù)、容量與類型，選擇變電所主接線方案及高低壓設(shè)備和進出線，確定二次回

5、路方案，選擇整定繼電保護，確定防雷和接地裝置。最后按要求寫出設(shè)計說明書，繪出設(shè)計圖紙。1.2設(shè)計依據(jù)1.2.1工廠總平面圖 1.2.2 工廠負荷情況本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負荷利用小時為4500h，日最大負荷持續(xù)時間為6h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級負荷外，其余均屬三級負荷。本廠的負荷統(tǒng)計資料如表1.1所示。表1.1 工廠負荷統(tǒng)計資料廠房編號廠房名稱負荷類別設(shè)備容量/kw需要系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間動力4000.350.65照明50.851.08鍛壓車間動力3200.250.62照明60.781.07金工車間動力2100.280.61照明60.861.06工具車間動力2300.3

6、20.62照明50.881.04電鍍車間動力1500.580.72照明50.871.06熱處理車間動力1000.60.73照明60.881.03裝配車間動力1200.370.65照明50.871.010機修車間動力1300.260.61照明20.91.02鍋爐房動力900.80.74照明10.91.05倉庫動力150.30.82照明20.881.0生活區(qū)照明4500.720.921.2.3 供電電源情況供電電源情況 按照工廠與當?shù)毓╇姴块T簽定的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條10kv的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線牌號為lgj-120，導(dǎo)線為等邊三角形排列

7、，線距為0.8m；干線首端距離本廠約6km。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為500mva。此斷路器配備有定時限過流保護和電流速斷保護，定時限過流保護整定的動作時間為1.6s。為滿足工廠二級負荷要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長度為70km，電纜線路總長度為15km。1.2.4 氣象資料本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為35，年平均氣溫為26，年最低氣溫為-8，年最熱月平均最高氣溫為35，年最熱月平均氣溫為27，年最熱月地下0.8米處平均氣溫為24。當?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)，年雷暴日數(shù)為15。第二章 負荷計算和無功功率補償2.1負荷計算2.1.1單組

8、用電設(shè)備計算負荷的計算公式a)有功計算負荷（單位為kw） = ， 為系數(shù)b)無功計算負荷（單位為kvar）= tanc)視在計算負荷（單位為kva） =d)計算電流（單位為a） =, 為用電設(shè)備的額定電壓（單位為kv）2.1.2多組用電設(shè)備計算負荷的計算公式a)有功計算負荷（單位為kw）=式中是所有設(shè)備組有功計算負荷之和，是有功負荷同時系數(shù)，可取0.850.95b)無功計算負荷（單位為kvar）=，是所有設(shè)備無功之和；是無功負荷同時系數(shù)，可取0.90.97c)視在計算負荷（單位為kva） =d)計算電流（單位為a） =經(jīng)過計算，得到各廠房和生活區(qū)的負荷計算表，如表所示（額定電壓取380v）編號

9、名稱類別設(shè)備容量/kw需要系數(shù)costan計算負荷/kw/kvar/kva/a1鑄造車間動力4000350651.17140163.85 照明50. 851004.250小計405146.5163.8219.68333.48鍛壓車間動力3200250621.2780101.63照明60781005.20小計32685.2101.6133.68203.117金工車間動力2100280611.358.576.44照明60861005.160小計21663.6676.44101.56254.343工具車間動力2300320621.2773.693.5照明50881004.40小計2357893.51

10、23.1187.14電鍍車間動力1500580720.968783.5照明50871004.350小計15381.3583.5124.45189.016熱處理車間動力100060730.946055.8照明60881005.280小計10665.2855.887.48132.99裝配車間動力1200370651.1744.451.9照明50871004.350小計12548.7551.972.65143.510機修車間動力1300260611.333.847.3照明2091001.80小計13235.647.357.286.92鍋爐車間動力90080740.917265.5照明1091001.

11、530小計9173.5365.598.2148.171倉庫動力15030820.7723.15照明20881000.90小計1772.93.157.2611.03生活區(qū)照明4500.720.920.43324139.32352.3534.8總計（380v側(cè)）動力17651015.03878.42照明493計入=0.8, =0.850.74812.2746.6110317652.2無功功率補償:無功功率的人工補償裝置：主要有同步補償機和并聯(lián)電抗器兩種。由于并聯(lián)電抗器具有安裝簡單、運行維護方便、有功損耗小以及組裝靈活、擴容方便等優(yōu)點，因此并聯(lián)電抗器在供電系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍。由表2.1可知，該廠38

12、0v側(cè)最大負荷時的功率因數(shù)只有0.74。而供電部門要求該廠10kv進線側(cè)最大負荷時功率因數(shù)不低于0.9?？紤]到主變壓器的無功損耗元大于有功損耗，因此380v側(cè)最大負荷時功率因數(shù)應(yīng)稍大于0.9，暫取0.92來計算380v側(cè)所需無功功率補償容量：=(tan - tan)=812.2tan(arccos0.72) - tan(arccos0.92) = 370kvar選pgj1型低壓自動補償評屏，并聯(lián)電容器為bw0.4-14-3型，采用方案（主屏）1臺與方案3（輔屏）4臺相結(jié)合，總共容量為84kvar5=420kvar。補償前后，變壓器低壓側(cè)的有功計算負荷基本不變，而無功計算負荷=（746.6.9-

13、420）kvar=326.5 kvar，視在功率=963.6 kva，計算電流=1330a,功率因數(shù)提高為cos=0.928。在無功補償前，該變電所主變壓器t的容量為應(yīng)選為1600kva,才能滿足負荷用電的需要；而采取無功補償后，主變壓器t的容量選為1250kva的就足夠了。同時由于計算電流的減少，使補償點在供電系統(tǒng)中各元件上的功率損耗也相應(yīng)減小，因此無功補償?shù)慕?jīng)濟效益十分可觀。因此無功補償后工廠380v側(cè)和10kv側(cè)的負荷計算如表所示。無計算負荷功補償后工廠的項目cos計算負荷/kw/kvar/kva/a380v側(cè)補償前負荷0.74812.25746.511031675380v側(cè)無功補償容量

14、 -420380v側(cè)補償后負荷0.928812.2326.5875.41330主變壓器功率損耗0.01=8.7.0.05=43.810kv側(cè)負荷計算0.92820.7370.3900.351.9第三章 變電所位置與形式的選擇變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負荷中心，工廠的負荷中心按負荷功率矩法來確定。在工廠平面圖的下邊和左側(cè)，分別作一直角坐標的軸和軸，然后測出各車間（建筑）和宿舍區(qū)負荷點的坐標位置，、分別代表廠房1、2、3.10號的功率，設(shè)定（1.5，1.5）、p2(1.5,3.1)、（1.5，4.7）、（3.8，1.5）、（3.8，3.1）、（3.8，4.7）、（3.8，6.8）、（7.9，1.

15、8）、（7.2，3.3）、（6.5，5.5），并設(shè)（9.5，6.9）為生活區(qū)的中心負荷，如圖3-1所示。而工廠的負荷中心假設(shè)在p(,),其中p=+=。因此仿照力學(xué)中計算中心的力矩方程，可得負荷中心的坐標： (3-1 ) （3-2）把各車間的坐標代入（3-1）、（3-2），得到=5.42，=4.28 。由計算結(jié)果可知，工廠的負荷中心在5號廠房（鑄造車間）的東南角?？紤]到周圍環(huán)境及進出線方便，決定在5號廠房的北側(cè)緊靠廠房建造工廠變電所，器型式為附設(shè)式。圖3-1 按負荷功率矩法確定負荷中心第四章 變電所主變壓器及主接線方案的選擇裝設(shè)兩臺變壓器，每臺主變壓器的容量不小于總計算負荷的60%70%；102

16、4 kva=（540630）kva每臺主變壓器的容量不小于全部一二級負荷之和；=(110.8+146.5+73.5) kva=443.2kva因此選兩臺s9-630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔。主變壓器的聯(lián)結(jié)組均為yyn0 。第5章 短路電流的計算 5.1 確定短路計算基準值設(shè)基準容量=100mva，基準電壓=1.05，為短路計算電壓，即高壓側(cè)=10.5kv，低壓側(cè)=0.4kv，則 （5-1） （5-2）5.2 計算短路電路中個元件的電抗標幺值5.2.1電力系統(tǒng)已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量=500mva，故=100mva/500

17、mva=0.2 （5-3）5.2.2架空線路查表得lgj-120的線路電抗，而線路長6km，故 （5-4）5.2.3 電力變壓器查表得變壓器的短路電壓百分值=4.5，故=7.14 （5-5）式中，為變壓器的額定容量5.3 k-1點（10.5kv側(cè)）的相關(guān)計算5.3.1總電抗標幺值=0.2+1.9=2.1 （5-6）5.3.2 三相短路電流周期分量有效值 （5-7）5.3.3 其他短路電流 （5-8） （5-9） （5-10）5.3.4 三相短路容量 （5-11）5.4 k-2點（0.4kv側(cè)）的相關(guān)計算5.4.1總電抗標幺值 （5-12）5.4.2三相短路電流周期分量有效值 （5-13）5.4

18、.3 其他短路電流 （5-14） （5-15） （5-16）5.4.4三相短路容量 （5-17）以上短路計算結(jié)果綜合圖表所示。短路計算點三相短路電流三相短路容量/mvak-12.622.622.626.683.9647.6k-225.425.425.446.727.717.6第六章 變電所一次設(shè)備的選擇校驗6.1 10kv高壓進線和引入電纜的選擇6.1.1 10kv高壓進線的選擇校驗采用lgj型鋼芯鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kv公用干線。a).按發(fā)熱條件選擇由=236.4=72.8a及室外環(huán)境溫度35°，查表得，初選lgj-35,其35°c時的=149a>,滿足發(fā)熱條件

19、。b).校驗機械強度查表得，最小允許截面積=35，而lgj-35滿足要求，故選它。由于此線路很短，故不需要校驗電壓損耗。6.1.2 由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗 采用yjlv22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的四芯(加銅芯)電纜之間埋地敷設(shè)。a)按發(fā)熱條件選擇由=36.4a及土壤環(huán)境24°，查表得，初選纜線芯截面為35的交聯(lián)電纜，其=110a>,滿足發(fā)熱條件。b)校驗熱路穩(wěn)定按式，a為母線截面積，單位為；為滿足熱路穩(wěn)定條件的最大截面積，單位為；c為材料熱穩(wěn)定系數(shù)；為母線通過的三相短路穩(wěn)態(tài)電流，單位為a；短路發(fā)熱假想時間，單位為s。本電纜線中=2470，=0.5+0.

20、2+0.05=0.75s，終端變電所保護動作時間為0.5s，斷路器斷路時間為0.2s，c=77，把這些數(shù)據(jù)代入公式中得<a=35。因此jl22-10000-3 35電纜滿足要求。6.2 10kv側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗6.2.1按工作電壓選則 設(shè)備的額定電壓一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓，即，高壓設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于其所在系統(tǒng)的最高電壓，即。=10kv， =11.5kv，高壓開關(guān)設(shè)備、互感器及支柱絕緣額定電壓=12kv，穿墻套管額定電壓=11.5kv，熔斷器額定電壓=12kv。6.2.2按工作電流選擇設(shè)備的額定電流不應(yīng)小于所在電路的計算電流，即6.2.3按斷流能力選擇設(shè)備的額定開斷電流或斷

21、流容量，對分斷短路電流的設(shè)備來說，不應(yīng)小于它可能分斷的最大短路有效值或短路容量，即或?qū)τ诜謹嘭摵稍O(shè)備電流的設(shè)備來說，則為，為最大負荷電流。6.2.4 隔離開關(guān)、負荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗a)動穩(wěn)定校驗條件或、分別為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值，、分別為開關(guān)所處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值。b)熱穩(wěn)定校驗條件 對于上面的分析，如表6-1所示，由它可知所選一次設(shè)備均滿足要求。1. 10kv側(cè)變壓器線路上一次設(shè)備的選擇校驗 如下圖選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件參數(shù)數(shù)據(jù)10kv72.82a2.62ka6.68ka一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)高壓少油斷器sn10-10i

22、/63010kv630a16ka40ka高壓隔離開關(guān)10kv200a-25.5ka高壓熔斷器rn2-1010kv0.5a50ka-電壓互感器jdzj-1010/0.1-電流互感器laj-1010kv200/5-2.10kv側(cè)進線上變壓器部分設(shè)備的選擇校驗 如下圖選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件參數(shù)數(shù)據(jù)10kv36.4a2.62ka6.68ka一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)高壓隔離開關(guān)10kv200a-25.5ka高壓斷路器sn10-10i/63010kv630a16ka40ka高壓熔斷器rn2-1010kv0.5a50ka-電壓互感器jdj-1010/0.1-3, 備用電源線

23、路上的設(shè)備的選擇與校驗 因為備用電源僅僅給二級負荷供電，而二級負荷電流分別為 鑄造車間333.4a，電鍍車間為189.0a，鍋爐房為148.1a.則二級負荷總的電流為：333.4a+189.0a+148.1a=670.5a而變壓器的變比為10kv/0.4kv，所以高壓側(cè)電流為670.5/25=26.8所以我們選擇的導(dǎo)線型號為lgj-35.則備用電源線路上的各元件的選取如下表：選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件參數(shù)數(shù)據(jù)10kv26.8a2.62ka6.68ka一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)電流互感器laj-1010kv100/5-高壓隔離開關(guān)10kv200a-25.5ka導(dǎo)線lg

24、j-3510kv137a-高壓斷路器sn10-10i/63010kv630a16ka40ka6.3 380v側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗編號名稱裝置地點條件電纜低壓斷路器校驗斷路器與電纜配合計算電流尖峰電流短路電流截面積允許載流量型號1鑄造車間33399925.4185368dw16-630400/1400/304.5*368=16561.35*1005=1356.78鍛壓車間20360925.4120252dw16-630250/1000/301134915.37金工車間25476225.4150290dw16-630315/1260/3013051121.83工具車間18756125.415029

25、0dw16-630315/1260/301305911.34電鍍車間18956725.4120252dw16-630250/1000/301134919.46熱處理車13236925.4120252dw16-630250/1000/301134992.39裝配車間14443225.470184dw16-630160/640/30828583.210機修車間8726125.450142dw16-630160/640/30640449.68鍋爐房14844425.470184dw16-630160/640/308284051 倉庫13325.42590dw16-630100/300/3040569

26、年最熱月地下0.8米處平均溫度為24度，vlv22-1000型導(dǎo)線，上述各車間的均符合要求生活區(qū)饋電給生活區(qū)的線路 采用blx-1000型鋁芯橡皮絕緣線架空敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇 由i30=534.8a及室外環(huán)境溫度（年最熱月平均氣溫）27，初選bx-1000-1240，其30時ial615a>i30,滿足發(fā)熱條件。2）效驗機械強度 查表可得，最小允許截面積amin=10mm2，因此blx-1000-1240滿足機械強度要求。6.4 高低壓母線的選擇查表得到，10kv母線選lmy-3(404mm),即母線尺寸為40mm4mm;380v母線選lmy-3（12015）+806，即相母線尺寸

27、為120mm10mm，而中性線母線尺寸為80mm6mm。第七章 變電所二次回路方案的選擇與繼電保護的整定7.1變電所二次回路方案的選擇 a)高壓斷路器的操作機構(gòu)控制與信號回路 斷路器采用手動操動機構(gòu)，其控制與信號回路如工廠供電設(shè)計指導(dǎo)圖6-12所示。c)變電所的測量和絕緣監(jiān)察回路 變電所高壓側(cè)裝有電壓互感器避雷器柜。其中電壓互感器為3個jdzj10型，組成y0/y0/的接線，用以實現(xiàn)電壓側(cè)量和絕緣監(jiān)察，其接線圖見工廠供電設(shè)計指導(dǎo)圖6-8。作為備用電源的高壓聯(lián)路線上，裝有三相有功電度表和三相無功電度表、電流表，接線圖見工廠供電設(shè)計指導(dǎo)圖6-9。高壓進線上，也裝上電流表。低壓側(cè)的動力出線上，均裝有

28、有功電度表和無功電度表，低壓照明線路上裝上三相四線有功電度。低壓并聯(lián)電容器組線路上，裝上無功電度表。每一回路均裝設(shè)電流表。低壓母線裝有電壓表，儀表的準確度等級按符合要求。7.2 變電所繼電保護裝置7.2.1主變壓器的繼電保護裝置 a）裝設(shè)瓦斯保護。當變壓器油箱內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，瞬時動作于信號；當產(chǎn)生大量的瓦斯時，應(yīng)動作于高壓側(cè)斷路器。 b）裝設(shè)反時限過電流保護。采用gl15型感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電器式結(jié)線，去分流跳閘的操作方式。7.2.2護動作電流整定 其中，可靠系數(shù)，接線系數(shù)，繼電器返回系數(shù)，電流互感器的電流比=100/5=20 ，因此動作電流為： 因此過電流保護動作電

29、流整定為6a。7.2.3過電流保護動作時間的整定 因本變電所為電力系統(tǒng)的終端變電所，故其過電流保護的動作時間（10倍的動作電流動作時間）可整定為最短的0.5s 。7.2.4過電流保護靈敏度系數(shù)的檢驗其中，=0.86625.4ka/(10kv/0.4kv)=0.88ka，因此其靈敏度系數(shù)為： 滿足靈敏度系數(shù)的1.5的要求。7.3裝設(shè)電流速斷保護 利用gl15的速斷裝置。7.3.1速斷電流的整定：利用式，其中，因此速斷保護電流為速斷電流倍數(shù)整定為 7.3.2、電流速斷保護靈敏度系數(shù)的檢驗利用式，其中，因此其保護靈敏度系數(shù)為 >1.5從工廠供電課程設(shè)計指導(dǎo)表6-1可知，按gb5006292規(guī)定，電流保護的最小靈敏度系數(shù)為1.5，因此這里裝設(shè)的電流速斷保護的靈敏度系數(shù)是達到要求的。但按jbj696和jgj/t1692的規(guī)定，其最小靈敏度為2，則這里裝設(shè)的電流速斷保護靈敏度系數(shù)偏底。7.4作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的繼電保護裝置采用gl15型感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分跳閘的操作方式。a)過電流保護動作電流的整定,利用式，其中=2，取， =1，=0.8， =50/5=20，因此動作電流為： 因此過電流保護動作電流整定為9a。b)過電流保護動作電流的整定按終端保護