某機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計

1、山東理供配電實用技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：某機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計電氣與電子工程學(xué)院2011.11.1設(shè)計題目某機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計設(shè)計要求要求根據(jù)本廠所取得的電源及本廠用電負(fù)荷的實際情況，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，確定變電所的位置與型式，確定變 電所主變壓器的臺數(shù)與容量，選擇變電所主接線方案及高低壓設(shè)備與進(jìn)出線，確定二次 回路方案，選擇整定繼電保護(hù)裝置，確定防雷和接地裝置。最后按要求寫出設(shè)計說明書, 繪制設(shè)計圖紙。設(shè)計依據(jù)1）工廠負(fù)荷情況:本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用時數(shù)為4000h，日最大負(fù)荷持續(xù)時間為4h。該廠除鑄造車間、電

2、鍍車間和鍋爐房屬于二級負(fù)荷外，其余為三級負(fù)荷。低壓動力設(shè)備 均為三相，額定電壓為380V。照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V.本廠的負(fù)荷統(tǒng)計資料如圖所示。2）供電電源情況:按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽訂的供用協(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。該干線的走向參考工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線型號為LGJ-95,導(dǎo)線 為等邊三角形排列，線距為1m干線首端距本廠8km該干線首端所裝高壓斷路器的斷 流容量為500MVA此斷路器配備有定時限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，其定時限過電流 保護(hù)整定的動作時間為1.5s。為滿足工廠二級負(fù)荷的要求，可采用高壓或低壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備

3、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達(dá)150km電纜線路總長度25kn。3）氣象資料:本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為38C,年平均氣溫為23C,年最低氣溫為15C,年最熱月平均最高氣溫為32r，年最熱月平均氣溫為28 r，年最熱月地下0.8m處平均氣溫4）地質(zhì)水文資料:本廠所在地區(qū)平均海拔120m地層為沙粘土為主，地下水位為3m5）電費制度: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)計量電能，設(shè)專用計量柜，按照兩部電費制度繳納電費。每月基本電費按主變壓器容量為4元/kVA，動力電費為0.6元/kWh,照明電費為0.55元/kWh。本廠最大負(fù)荷時的功率因數(shù)不得低于為21 r。年主導(dǎo)

4、風(fēng)向為東北風(fēng)，年雷暴日數(shù)為12。0.9。6）工廠總平面圖見下圖:工廠負(fù)荷統(tǒng)計資料表:序號用電名稱負(fù)荷性質(zhì)設(shè)備容量kW需要系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間動力2300.20.40.650.7照明50.70.91.02鍛壓車間動力3000.20.30.60.65照明60.70.91.03金工車間動力2400.20.30.60.65照明60.70.91.04工具車間動力2000.20.40.60.65照明50.70.91.05電鍍車間動力3200.40.60.70.8照明60.70.91.06熱處理車間動力1800.40.60.70.8照明50.70.91.07裝配車間動力1200.30.40.650.7照明

5、50.70.91.08機(jī)修車間動力1300.20.30.60.7照明40.70.91.09鍋爐房動力800.40.60.60.7照明20.70.91.010倉庫動力250.20.30.60.7照明10.70.91.011宿舍2000.60.81.0總平面圖- -TJTJ四、公共電源干線IYVIIYVII I I?I?工廠宿舍區(qū)廠區(qū)6鄰廠n廠門負(fù)荷中心n:A-0-0北街比例1；2000廠門設(shè)計任務(wù)要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成下列工作量:1設(shè)計說明書包含:1）目錄2） 刖言3) 負(fù)荷計算和無功功率補償4) 變電所位置和型式的選擇5) 變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的確定6) 短路電流計算7) 變電

6、所一次設(shè)備的選擇與校驗8) 變電所所址選擇及平面布置圖（不畫剖面圖）9) 專題：變壓器繼電保護(hù)整定計算（或防雷選擇與計算）10） 參考文獻(xiàn)2、設(shè)計圖紙變電所主接線圖一張A3,五、設(shè)計時間2011年11月1日至2011年12月9日六、考核方法成績按五級考核，分為優(yōu)、良、中、及格和不及格。成績包括:設(shè)計說明書50圖紙20答辯30其他沒有說明的事情可根據(jù)具體情況處理。指導(dǎo)教師：鄧洪偉2011年11月1日刖言為使工廠供電工作很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要,并做好節(jié)能工作，本設(shè)計在大量收集資料，并對原始資料進(jìn)行分析后，做出35kV變電所及變電系統(tǒng)電氣部分的選擇和設(shè)計，使其達(dá)到以下

7、基本要求:在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。供電系統(tǒng)的投資少，運行費用低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗此外，在供電工作中，又合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長遠(yuǎn)等關(guān)系，既照顧局部 的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點，顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB50052-95供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、GB50059-9235110kV變電所設(shè)計規(guī)范、GB50054-95低壓配電設(shè)計規(guī)范等的規(guī)定，工廠供電設(shè)計遵循以下原 則:1、遵守規(guī)程、執(zhí)行政策;遵守國家的有關(guān)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬 等技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。2、安全可靠、先進(jìn)合理;做到保障人身和設(shè)備的安全，

8、供電可靠，電能質(zhì)量合格，技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理，采用效 率高、能耗低和性能先進(jìn)電氣產(chǎn)品。3、近期為主、考慮發(fā)展;根據(jù)工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，做到遠(yuǎn)近結(jié)合, 適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能性。4、全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。按負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計方案。工廠供電設(shè) 計是整個工廠設(shè)計中的重要組成部分。工廠供電設(shè)計的質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn)及發(fā) 展。1、安全2、可靠3、優(yōu)質(zhì)4、經(jīng)濟(jì)量滿足電能用戶對供電可靠性的要求。滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求負(fù)荷計算和無功功率補償710變電所主變壓器和主結(jié)線方案的選擇1.負(fù)荷計算2.無功功率補償未定義書簽。1.

9、變電所主變壓器選擇112.變壓器主結(jié)線方案的選擇123.兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較12負(fù)荷計算和無功功率補償1.繪制計算電路.錯誤！未定義書簽。2.確定基準(zhǔn)值.錯誤！未定義書簽。3.短路電路中各元件的電抗標(biāo)么值 .錯誤！未定義書簽。4.10.5KV側(cè)k-1點的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量 錯誤!簽 。5.0.4KV側(cè)k-2點的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量錯誤！簽 。四、變電所一次設(shè)備的選擇校驗.錯誤！未定義書簽。1.10KV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗.錯誤！未定義書簽。2.380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗.錯誤！未定義書簽。五、變電所二次回路的選擇及繼電保護(hù)的整定.錯誤！未定義書簽

10、。1.二次回路選擇.錯誤！未定義書簽。2.繼電保護(hù)的整定.錯誤！未定義書簽。附錄： 參考文獻(xiàn).錯誤！未定義書簽。附錄： 變電所主接線圖圖紙 .錯誤！未定義書簽。變電所短路電流的計算未定義書未定義書14負(fù)荷計算和無功功率補償1.負(fù)荷計算負(fù)荷計算在負(fù)荷計算時，采用需要系數(shù)法對各個車間進(jìn)行計算，并將照明和動力部分分開計算，照明部分最后和宿舍區(qū)照明一起計算。單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算式Sj = Jpj2+Qj2運用公式對各車間進(jìn)行負(fù)荷計算如下表。表1工廠負(fù)荷計算表序號用電名稱負(fù)荷性質(zhì)設(shè)備容量kW需要系數(shù)Kd功率因數(shù)tan計算負(fù)荷P30/kwQt/kvarS30/kvar30/A1鑄造車間動力2300.

11、30.651.176980.73106.15161.3照明50.81.004046.12鍛壓車間動力3000.30.61.3390119.7150228照明60.81.004.804.87.33金工車間動力2400.30.61.337295.76120182照明60.81.004.804.87.34工具車間動力2000.30.61.336079.8100151.9照明50.81.004046.15電鍍車間動力3200.50.71.02160163.2228.57347.3照明60.81.004.804.87.36熱處理車間動力1800.50.71.029091.8128.57195.3照明50

12、.81.004046.17裝配車間動力1200.40.651.174856.1673.85112.2照明50.81.004046.1有功計算負(fù)荷P =Pe*Kd無功計算負(fù)荷 Q = P * tanO視在計算負(fù)荷S =PCOS8機(jī)修車間動力1300.30.61.333951.876598.8照明40.81.003.203.24.99鍋爐房動力800.50.61.334053.266.7101.3照明20.81.001.601.62.410倉庫動力250.30.61.337.59.97512.519照明10.81.000.800.81.211宿舍2000.71.001400140212.7合計18

13、51.5802.212271865有功負(fù)荷同時系數(shù)取kiP=0.95無功負(fù)荷同時系數(shù)取ks = 0.9580976211111688說明：考慮到發(fā)展性原則以及安全性原則，本表中所有需要系數(shù)均取最大值，所有功率因數(shù)均取最小值。變壓器損耗估算 P b=1%S30=0.0X 1111=11.11kwA Qb=5%l30=0.05X 1688=84.4kvar2無功功率補償由表1可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷是的功率因數(shù)只有0.728.而供電部門要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷是功率因數(shù)不應(yīng)該低于0.90?？紤]到變壓器的無功功率損耗A Qb遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有功功率損耗A Pb,因此，在變壓器的10kV側(cè)進(jìn)行無功功

14、率補償時，其補償后的功率因素應(yīng)稍大于0.9，現(xiàn)設(shè)cos=0.97，則10kV側(cè)在補償前的功率因素為：cos1 =卩30冷30=809/1111=0.728因此，所需要的補償容量為:Qc = P30(tgS30=868.7KVA即選 一臺S9-100/10（6）型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負(fù)荷的備用電源，由與鄰近單位相聯(lián)的低壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。（2）裝設(shè)兩臺主變壓器型號采用S9系列的變壓器，而每臺容量為：SN.T止（0.6:0.7）x868.7kva =（520:608）SN.T70（1燈=（132 + 160 + 44.4）kar =336.4kar變電所主變壓器選擇因此選每臺臺變壓器的容量為

15、630kar因此選兩臺S9-630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負(fù)荷的備用電源由與鄰近單位相聯(lián)的低壓聯(lián)絡(luò)線承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組別均采用Y, yn002.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)計下列兩種主結(jié)線方案:(1)裝設(shè)一臺主變壓器的主結(jié)線方案(2)裝設(shè)兩臺主變壓器的主結(jié)線方案10KV裝設(shè)一臺主變的主結(jié)線方案裝設(shè)兩臺主變的主結(jié)線方案變壓所主接線圖如下圖:如圖1如圖2S9-80010/0.4KVS9-800S9-800、10/0.4KV10/0.4KV廠10KV變配電所總體布置如下:高低壓側(cè)均為單母線分段的變電所主接線圖480048003000300030001200值

16、班室LpNONONO.NO.204205206207低壓配電室4-1200 室內(nèi)型，兩臺變壓器(3)兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表3兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較円比較項目裝設(shè)一臺主變的方案裝設(shè)兩臺主變的方案技術(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)里由于一臺主變電壓損耗大兩臺并聯(lián)，電壓損耗略小靈活方便性只一臺主變，靈活性稍差靈活性較好擴(kuò)建適應(yīng)性稍差一些幾乎不能再擴(kuò)建更好一些經(jīng)濟(jì)投資金額投資低投資高從上表可以看出，裝設(shè)兩臺主變的主結(jié)線方案略優(yōu)于裝設(shè)一臺主變的主結(jié)線方案, 裝設(shè)一臺主變的方案不能滿足發(fā)展的需要，因此決定采用裝設(shè)兩臺主變的方案。四.變電所短路電流的計算繪制短路

17、計算電路圖4短路計算電路1.確定短路計算基準(zhǔn)值設(shè) Sd=1OOMVA，Ud=UC=1.05UN，即高壓側(cè) Udi=10.5kV，低壓側(cè) Ud2=0.4kV，則id1=F=晉込=5.5kAV3Ud1J3X10.5kV0e系統(tǒng)500MVALGJ-95 6KMK-1T1T22.計算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值(1)電力系統(tǒng) 已知Soc=500MVA故Xr=100MVA/500MVA =0.2(2)架空線路LGJ-95的X0=0.36，而線路長6km故X2=0.36x6 =2.16(3)電力變壓器 查表2-8，得 Uz%=4.5，故3.10KV側(cè)三相短路電流和短路容量三相短路電流周期分量有效值Id1其

18、他短路電流三相短路容量SdkJ)4. 380KV側(cè)三相短路電流和短路容量(1)總電抗標(biāo)幺值Id2 =Sd100MVA=144kAX便JOOMVA 100630kVA 7.1因此繪短路計算等效電路如圖5.2所示。(1)總電抗標(biāo)幺值Xk)=X1+ X2= 0.2 + 2.16 =2.36I(3)Ik 4*X5(ka)(3) _ I C -I(k-1)=2.33kAiS3)=2.551嚟=1.511”(3)= 2.55X2.33kA =5.94kA= 1.51X2.33kA =3.52kA(2)三相短路電流周期分量有效值I( 3)Ik-2XSy =X1+X2+X3= 0.2 +2.16 + 3.55

19、 = 5.91Id2五變電所一次設(shè)備的選擇校驗1.10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 如表6.1所示。表5 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電壓電流斷流 能力動穩(wěn) 定度熱穩(wěn) 定度其他裝置地點條件參數(shù)UNINI(3)IKisfI昊Ltima數(shù)據(jù)1050.22.335.944.7次 設(shè)備 型號 規(guī)格額定參數(shù)高壓少油斷路器SN10-10I/63010kV630A16kA40Ka512咼壓隔離開關(guān)GN-10/20010kV200A25.5Ka500高壓熔斷器RN2-10/0.510kV0.5A50kA電壓互感器JDJ-1010/0.1kV電流互感器LQJ-1010Kv100/5A31.8Ka81二次

20、負(fù)荷0.6Q避雷器FS4-1010kV戶外式高壓 隔離開關(guān)GW4-15G/20012kV400A25Kv500表5所選一次設(shè)備均滿足要求。(3)其他短路電流(3)(4)三相短路容量以上計算結(jié)果綜合如表:ish.Ish= 1.841= 1.091sk,=5.1=II(3L)= 24.37kA= 1.84x24.37kA = 44.84kA“=1.09x24.37kA = 26.56kASd*X2k_2)= MVA=16.9MVA5.91短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAIk3)I(3)I(3)IOCiS3)Is?UNk-12.332.332.335.943.5242.37k-224

21、.3724.3724.3744.8426.5616.9表5.1短路的計算結(jié)果2.380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 如表6所示。表6 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電壓電流斷流 能力動穩(wěn) 定度熱穩(wěn) 定度其他裝置地點條件參數(shù)UN130iK3)iS3)IUima數(shù)據(jù)380126724.3744.84433.4次 設(shè)備 型號 規(guī)格額定參數(shù)低壓斷路器DW15-1500/3D380V1500A40kA低壓斷路器DZ20-1500380V1500A30kA低壓斷路器DZ20-1500380V1500A25kA低壓刀開關(guān)HD13-1500/30380V1500A電流互感器LMZJ1-0.5500V150

22、0/5A電流互感器LMZ1-0.5500V100/5160/5表6所選一次設(shè)備均滿足要求。六變電所進(jìn)出線的選擇1. 10kV高壓進(jìn)線的選擇（1）10kV高壓進(jìn)線的選擇校驗采用LJ-50型鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kV公用干線。1）按發(fā)熱條件選擇 由 I30 =l1NT=50.2A 及室外環(huán)境溫度 30C，初選LJ-16，其30攝氏度時的 lai=99Al30滿足發(fā)熱條件。查表得最小允許截面 Amin= 35mm2，因此按發(fā)熱條件選擇的LJ-16不滿足機(jī)械強(qiáng)度要求，故改選LJ-50 0由于此線路很短，不需校驗電壓損耗。3）校驗短路熱穩(wěn)定按式6C=M計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面-.(3)JtjmaJ

23、1.652 2_2Amin=1 處-=2330-mm = 34.4mm v A =50mmC87式中C值由附表7查得；tima按終端變電所保護(hù)動作時間1.5s，加斷路器斷路時間0.1s，再加0.05s計，故。tima=1-652）校驗機(jī)械強(qiáng)度因此LJ50-3天50電纜滿足短路熱穩(wěn)定條件。2. 380V低壓出線的選擇由于本設(shè)計中含有十個車間外加一個工廠，眾多線路校驗比較麻煩，而且各個工廠功率相近，再考慮到發(fā)展性原則，為方便各個車間以后擴(kuò)建，所以，本處只校驗5號車間電鍍車間進(jìn)行選線。（1）饋電給5號車間（鑄造車間）的線路 采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇由 130=

24、354.6A 及地下0.8m土壤溫度2C，查表，初選芯線截面 185mm2，其打=540A13。，滿足發(fā)熱條件。2）校驗電壓損耗由圖3.1所示工廠平面圖量得變電所至5號廠房距離約為30m而查得 185mm2的銅芯絕緣導(dǎo)線 R。=0.12C/km （按纜芯工作溫度65度），X=0.18Q/km，又5號廠房的 P30=164.8kW，Q30=163.2kvar，因此按式U( (p p qXqX) )得:UN,164.8kWx (0.12* 0.03)0 +163.2kW 咒(0.18 0.03)0n,U =- = 3.88V0.38kV3 88V2%=茹100%=吩=5%故滿足允許電壓損耗的要求。

25、3）短路熱穩(wěn)定度校驗按式$C=M計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面I_-.譏ima- src .652 crc 2Amin = l；-= 24370 X-mm = 279.5mmC112由于前面按發(fā)熱條件所選 185mm2的纜心截面小于 Amin，所以 滿不足短路熱穩(wěn)定要求,故選芯截面為 300mm2的線，即選BLX-300型橡皮絕緣銅線.所以 所有車間和宿舍區(qū) 選用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。線路名稱導(dǎo)線或電纜的型號規(guī)格10kV電源進(jìn)線LJ-50鋁絞線（三相三線架空）至1號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。表5.1變電所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格七變壓所的防雷

26、保護(hù)1.防雷裝置意義雷電引起的大氣過電壓會對電器設(shè)備和變電所的建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，因此，在 變電所必須采取有效的防雷措施，以保證電器設(shè)備的安全。下面分情況對防雷裝置進(jìn)行 選擇。2.直擊雷的防治根據(jù)變電所雷擊目的物的分類，在變電所的中的建筑物應(yīng)裝設(shè)直擊雷保護(hù)裝置。在進(jìn)線段的1km長度內(nèi)進(jìn)行直擊雷保護(hù)。防直擊雷的常用設(shè)備為避雷針。 所選用的避雷器: 接閃器采用直徑10mm的圓鋼；引下線采用直徑6mm的圓鋼；接地體采用三根2.5m長的50mm X 50mm 5mm的角鋼打入地中再并聯(lián)后與引下線可靠連接。3.雷電侵入波保護(hù)由于雷電侵入波比較常見，且危害性較強(qiáng)，對其保護(hù)非常重要。對變電所來說，雷 電侵

27、入波保護(hù)利用閥式避雷器以及與閥式避雷器相配合的進(jìn)線保護(hù)段；為了其內(nèi)部的變 壓器和電器設(shè)備得以保護(hù)，在配電裝置內(nèi)安放閥式避雷器。至2號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至3號廠房米用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至4號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至5號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至6號廠房米用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至7號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至8號廠房米用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至9號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至10號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至生活區(qū)米用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。與鄰近單位380V聯(lián)絡(luò)線采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。380V低壓出線4.變電所公共接地裝置的設(shè)計(1)接地電阻