紅光機(jī)械廠降壓變電所的電氣課程設(shè)計報告

1、紅光機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計21 / 24摘 要本設(shè)計根據(jù)紅星機(jī)械廠所取得的電源與本廠用電負(fù)荷的實際情況，適當(dāng)考慮工廠生產(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。通過負(fù)荷計算，短路計算，校驗等等，來確定變電所型式，確定變電所主變壓器的臺數(shù)與容量、類型，選擇變電所主結(jié)線方案與高低壓設(shè)備和進(jìn)出線，確定二次回路方案，確定變電所防雷接地裝置，繪制變電所系統(tǒng)圖，功率因數(shù)需要補(bǔ)償?shù)?.9。 關(guān)鍵詞: 負(fù)荷計算 變壓器 繼電保護(hù) 二次回路目 錄摘要I第1章負(fù)荷計算和無功功率補(bǔ)償11.1 負(fù)荷計算和無功功率計算11.2 無功功率補(bǔ)償5第2章變電所主變壓器和主接線方案的選擇62.1 變電所形式和位置的

2、選擇62.2 變電所主變壓器的選擇62.2.1 只裝一臺主變壓器72.2.2 裝設(shè)兩臺主變壓器72.2.3 兩種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較72.3 變電所主接線方案的選擇7第3章變電所短路電流的計算93.1 確定基準(zhǔn)值103.2 計算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)么值103.3 k-1點的短路電路總電抗標(biāo)么值與三相短路電流和短路容量103.4 k-2點短路電路總電抗標(biāo)么值與三相短路電流和短路容量11第4章變電所一次設(shè)備的選擇和校驗114.1 變電所高壓一次設(shè)備的選擇114.2 變電所高壓一次設(shè)備的校驗124.3 變電所低壓母線的選擇和校驗13第5章變電所高、低壓配電線路的選擇145.1 高、低壓線路導(dǎo)線

3、的選擇14第6章變電所二次回路方案選擇與繼電保護(hù)的整定156.1 二次回路方案選擇156.1.1 二次回路電源選擇156.1.2 高壓斷路器的控制和信號回路156.1.3 電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置166.1.4 電力系統(tǒng)中的自動重合閘裝置166.2 繼電保護(hù)的整定16第7章防雷裝置的確定177.1 防雷裝置確定177.2 雷電侵入波保護(hù)17總結(jié)18參考文獻(xiàn)19附錄20第1章 負(fù)荷計算和無功功率補(bǔ)償1.1 負(fù)荷計算和無功功率計算表1-1 工廠負(fù)荷統(tǒng)計資料工廠編號廠房名稱負(fù)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3000.30.7照明60.812鍛壓車間動力3500.30.65照明80.

4、717金工車間動力4000.20.65照明100.816工具車間動力3600.30.6照明70.914電鍍車間動力2500.50.8照明50.813熱處理車間動力1500.60.8照明50.819裝配車間動力1800.30.7照明60.8110機(jī)修車間動力1600.20.65照明40.818鍋爐房動力500.70.8照明10.815倉庫動力200.40.8照明10.8111 生活區(qū)照明3500.70.9由表1-1中的工廠負(fù)荷統(tǒng)計資料分別計算出各自的計算負(fù)荷和工廠總的計算負(fù)荷：（1）鑄造車間動力部分：照明部分：（2）鍛壓車間動力部分：照明部分：（3）金工車間動力部分：照明部分：（4）工具車間動力

5、部分：照明部分：（5）電鍍車間動力部分：照明部分：（6）熱處理車間動力部分：照明部分：（7）裝配車間動力部分：照明部分：（8）機(jī)修車間動力部分：照明部分：（9）鍋爐房動力部分：照明部分：（10）倉庫動力部分：照明部分：（11）生活區(qū)照明部分：取全廠的同時系數(shù)為：，則全廠的計算負(fù)荷為：工廠總的計算負(fù)荷表見附錄表A。1.2 無功功率補(bǔ)償由以上所求可得變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)：因為供電部門要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時功率因數(shù)不應(yīng)低于0.90。考慮到主變壓器的無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，這里取。則低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為：取 則補(bǔ)償后變電所低壓側(cè)的視在

6、計算負(fù)荷為：計算電流：變壓器的功率損耗為：變電所高壓側(cè)的計算負(fù)荷為：補(bǔ)償后的功率因數(shù)為：這一功率因數(shù)滿足（大于0.90）要求。無功功率補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和10V側(cè)的計算負(fù)荷如表1-2。表1-2 無功功率補(bǔ)償后工廠的計算負(fù)荷項目計算負(fù)荷380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.75812.20727.601090.001656.00380V側(cè)無功補(bǔ)償容量400.00380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷0.93812.20327.60875.781330.6主變壓器功率損耗8.7643.7910KV側(cè)負(fù)荷總計0.91820.96371.39901.0547.42第2章 變電所主變壓器和主接線方案的選擇2.1 變電所形式和位置的選

7、擇考慮到本廠負(fù)荷較為分散，故變電所采用單獨設(shè)立的方式。變電所設(shè)立位置盡可能靠近負(fù)荷中心，工廠的總平面圖如圖2-1所示圖2-1 工廠總平面圖2.2 變電所主變壓器的選擇根據(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：2.2.1 只裝一臺主變壓器主變壓器容量應(yīng)滿足全部用電設(shè)備總計算負(fù)荷的需要，即，所以此變電所選，即選一臺S91000/10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)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。2.2.2 裝設(shè)兩臺主變壓器應(yīng)滿足：= (132+160+44.4) =336.4因此選兩臺S9630/10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

8、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Dyn11型。2.2.3 兩種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表2-1 兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較比較項目裝設(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)量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)性稍差一些更好一些經(jīng)濟(jì)投資金額投資低投資高從上表2-2可以看出，按技術(shù)指標(biāo)，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，但按經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，則裝設(shè)一臺主變的方案遠(yuǎn)優(yōu)于裝設(shè)兩臺主變的方案，因此決定采用裝設(shè)一臺主變的方案。（說明：如果工廠負(fù)荷近期可有較大增長

9、的話，則宜采用裝設(shè)兩臺主變的方案）2.3 變電所主接線方案的選擇電氣主接線的基本要求：可靠性，靈活性，經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性。本設(shè)計母線選擇方案有兩種。方案：高、低壓側(cè)均采用單母線接線。優(yōu)點：接線簡單清晰，設(shè)備少、投資低，操作方便，便于擴(kuò)展，也便于采用成套配電裝置。另外，隔離開關(guān)僅僅用于檢修，不作為操作電器，不易發(fā)生誤操作。缺點：可靠性不高，不夠靈活。主接線圖如圖2-2。方案：高壓側(cè)采用單母線分段接線。優(yōu)點：用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同母線段引出兩個回路，用兩個電路供電；當(dāng)一段母線故障時，分段斷路器自動切除故障母線保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。缺點：當(dāng)一段母線或母線隔離開

10、關(guān)檢修時該母線各出線須停電；當(dāng)出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越；擴(kuò)建時需向兩個方向均衡擴(kuò)建。主接線圖如圖2-3。以上兩種方案均能滿足主接線要求，采用方案二相對來說需要的斷路器數(shù)量多，接線復(fù)雜，它們的經(jīng)濟(jì)性能較差；采用方案一既滿足負(fù)荷供電要求又較經(jīng)濟(jì)，故本次設(shè)計選用方案。圖2-2 單母線主接線圖圖2-3 單母線分段主接線圖第3章 變電所短路電流的計算本廠的供電系統(tǒng)簡圖如圖3-1所示。采用兩路電源供線，一路為距本廠8km的饋電變電站經(jīng)LGJ-150架空線（系統(tǒng)按電源計），該干線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。下面計算本廠變電所高壓10kV母線上k-1點短路和低壓380

11、V母線上k-2點短路的三相短路電流和短路容量。圖 3-1 短路計算電路3.1 確定基準(zhǔn)值取，所以：3.2 計算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)么值（1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)么值： （2）架空線路的電抗標(biāo)么值：查手冊得，因此：（3）電力變壓器的電抗標(biāo)么值：由所選的變壓器的技術(shù)參數(shù)得，因此：可繪得短路等效電路圖如圖3-2所示：圖3-2 短路等效電路圖3.3 k-1點的短路電路總電抗標(biāo)么值與三相短路電流和短路容量（1）總電抗標(biāo)么值：（2）三相短路電流周期分量有效值： （3）其他三相短路電流：（4）三相短路容量：3.4 k-2點短路電路總電抗標(biāo)么值與三相短路電流和短路容量（1）總電抗標(biāo)么值：（2）三相短路電流

12、周期分量有效值：（3）其他三相短路電流：（4）三相短路容量：第4章 變電所一次設(shè)備的選擇和校驗4.1 變電所高壓一次設(shè)備的選擇高壓斷路器不僅能夠通斷正常負(fù)荷電流，而且能接通和承受一定時間的短路電流，并能在保護(hù)裝置作用下自動跳閘切除短路故障。真空斷路器具有體積小、動作快、壽命長、安全可靠和便于維修等優(yōu)點，所以初步選擇真空斷路器。由于工廠的電源進(jìn)線為10kv，所以額定電壓為10kv。因為變電所采用單獨設(shè)立方案，故采用戶式 。由第1章負(fù)荷計算可知，所以綜合考慮，選擇型號為ZN4-10/1250的高壓斷路器。高壓隔離開關(guān)可以隔離高壓電源，以保證其他設(shè)備和線路的安全檢修，由第1章計算結(jié)果可知，故采用型號

13、為GN-10/50的高壓隔離開關(guān)。由所以高壓側(cè)母線載流量要大于47.42A,查資料可知，高壓側(cè)母線型號：LMY-3（404mm）的允許載流量為480A，滿足要求。4.2 變電所高壓一次設(shè)備的校驗根據(jù)高壓一次設(shè)備的選擇校驗項目和條件，在據(jù)電壓、電流、斷流能力選擇設(shè)備的基礎(chǔ)上，對所選的高壓側(cè)設(shè)備進(jìn)行必需的動穩(wěn)定校驗和熱穩(wěn)定度校驗。（1）高壓斷路器的動穩(wěn)定度校驗校驗條件：或由以上短路電流計算得：；查找所選設(shè)備的數(shù)據(jù)資料比較得：高壓斷路器ZN4-10/1250的，滿足要求。 （2）母線的動穩(wěn)定校驗校驗條件：, LMY母線材料的最大允許應(yīng)力。母線的短路電流；三相短路時所受的最大電動力 母線的彎曲力矩：母

14、線的截面系數(shù)：母線在三相短路時的計算應(yīng)力：可得：,滿足動穩(wěn)定性要求。（1）高壓斷路器熱穩(wěn)定性校驗校驗條件：,查閱資料可知高壓斷路器：，將數(shù)據(jù)代入上式，經(jīng)計算高壓電路器滿足熱穩(wěn)定性要求。（2）高壓母線的熱穩(wěn)定性校驗校驗條件：A=，查資料可知鋁母線的C=87，取。母線的截面：A=404=160允許的最小截面：從而，該母線滿足熱穩(wěn)定性要求。4.3 變電所低壓母線的選擇和校驗（1）低壓母線的選擇由第1章計算結(jié)果可知，查資料可知LMY-3(8010)+1806的允許載流量為1427A，滿足要求。（2）低壓母線的動穩(wěn)定性校驗校驗條件：, LMY母線材料的最大允許應(yīng)力。母線的短路電流 ，三相短路時所受的最大

15、電動力 母線的彎曲力矩：母線的截面系數(shù)：母線在三相短路時的計算應(yīng)力：可得：，滿足動穩(wěn)定性要求。（3）低壓母線熱穩(wěn)定性校驗校驗條件：A=查資料可得鋁母線的C=87，取。母線的截面：A=8010=800允許的最小截面：從而，該母線滿足熱穩(wěn)定性要求。第5章 變電所高、低壓配電線路的選擇為了保證供電的安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)，選擇導(dǎo)線和電纜時應(yīng)滿足下列條件：發(fā)熱條件；電壓損耗條件；經(jīng)濟(jì)電流密度；機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗：一般10KV與以下的高壓線路和低壓動力線路，通常先按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線和電纜截面，再校驗其電壓損耗和機(jī)械強(qiáng)度。對于低壓照明線路，因?qū)﹄妷核揭筝^高，通常先按允許電壓損耗進(jìn)行選擇，再校驗其發(fā)

16、熱條件和機(jī)械強(qiáng)度。5.1 高、低壓線路導(dǎo)線的選擇 由設(shè)計要求可知高壓側(cè)的導(dǎo)線型號為LGJ-150，高壓側(cè)計算電流，查資料可知所選電纜的允許載流量滿足發(fā)熱條件。進(jìn)入各個車間的導(dǎo)線接線采用TN-C系統(tǒng)；從變電所到各個車間與宿舍區(qū)用埋地電纜供電，電纜采用BLV鋁芯塑料線和BV銅芯塑料線，根據(jù)不同的車間負(fù)荷采用不同的截面。其中導(dǎo)線和電纜的截面選擇滿足條件：（1）線截面的選擇以滿足發(fā)熱條件即，；（2）中性線（N線）截面選擇，這里采用的為一般三相四線，滿足；（3）保護(hù)線（PE線）的截面選擇時，；時，時，（4）結(jié)合計算負(fù)荷，可得到由變電所到各個車間的低壓電纜的型號為：電鍍車間：BV-3150+195 鑄造車

17、間：BLV-3185+195 鍋爐房：BLV-335+125 鍛壓車間：BV-3150+195 金工車間：BLV-3150+195 工具車間：BV-3185+195 熱處理車間：BLV-3150+195 裝配車間：BLV-370+135 機(jī)修車間：BLV-335+125 倉庫：BLV-34+116 生活區(qū)：BLV-3185+195 兩根并聯(lián)：第6章 變電所二次回路方案選擇與繼電保護(hù)的整定6.1 二次回路方案選擇6.1.1 二次回路電源選擇二次回路操作電源有直流電源，交流電源之分。蓄電池組供電的直流操作電源帶有腐蝕性，并且有爆炸危險；由整流裝置供電的直流操作電源安全性高，但是經(jīng)濟(jì)性差。 考慮到交

18、流操作電源可使二次回路大大簡化，投資大大減少，且工作可靠，維護(hù)方便。這里采用交流操作電源。6.1.2 高壓斷路器的控制和信號回路高壓斷路器的控制回路，就是指控制（操作）高壓斷路器分，合閘回路。它取決于操作機(jī)構(gòu)的形式和操作電源的類別。電磁操作只能采用直流操作電源。彈簧操作機(jī)構(gòu)和手動操作機(jī)構(gòu)可交直流兩用。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回路。6.1.3 電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置這里根據(jù)GB/T 50063-2008（電力裝置的電測量儀表設(shè)計規(guī)）的規(guī)要求選用合適的電測量儀表并配用相應(yīng)絕緣監(jiān)視裝置。（1）在工廠的電源進(jìn)線上，或在經(jīng)供電部門同意的電能計量點，必須裝設(shè)計費的

19、有功電能表和無功電能表，而且應(yīng)采用經(jīng)供電部門認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)的電能計量表。為了了解負(fù)荷電流，進(jìn)線上還應(yīng)裝設(shè)一只電流表。（2）10KV的電力變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流表，有功電能表、無功電能表，有功電能表、無功電能表各一只，裝在那一側(cè)視具體情況而定。（3）10KV的配電系統(tǒng)中，應(yīng)裝設(shè)電流表、有功和無功電能表各一只（4）變電所每段母線上：裝設(shè)電壓表測量電壓并裝設(shè)絕緣檢測裝置。（5）380V的電源進(jìn)線和變壓器低壓側(cè)：各裝一只電流表。（6）低壓動力線路：裝設(shè)電流表一只。6.1.4 電力系統(tǒng)中的自動重合閘裝置電力線路中采用自動重合閘裝置，可以大大的提高供電的可靠性，避免因停電而給國民經(jīng)濟(jì)帶來巨大的損失。在二次回路中安

20、裝自動重合閘裝置（ARD）（機(jī)械一次重合式）、備用電源自動投入裝置（APD）。因為一次重合式ARD比較簡單經(jīng)濟(jì)，而且基本上能滿足供電可靠性的要求。6.2 繼電保護(hù)的整定繼電保護(hù)要求具有選擇性，速動性，可靠性與靈敏性。由于本廠的高壓線路不很長，容量不很大，因此繼電保護(hù)裝置比較簡單。對線路的相間短路保護(hù)，主要采用帶時限的過電流保護(hù)和瞬時動作的電流速斷保護(hù)；對線路的單相接地保護(hù)采用絕緣監(jiān)視裝置，裝設(shè)在變電所高壓母線上，動作于信號。繼電保護(hù)裝置的接線方式采用兩相星型接線方式。繼電保護(hù)裝置的操作方式采用交流操作電源供電中的“去分流跳閘”操作方式（接線簡單，靈敏可靠）；帶時限過電流保護(hù)采用反時限過電流保護(hù)

21、裝置。型號都采用GL-25/10 。其優(yōu)點是：繼電器數(shù)量大為減少，而且可同時實現(xiàn)電流速斷保護(hù)，可采用交流操作，運行簡單經(jīng)濟(jì)，投資大大降低。此次設(shè)計對變壓器裝設(shè)過電流保護(hù)、速斷保護(hù)裝置；在低壓側(cè)采用相關(guān)斷路器實現(xiàn)三段保護(hù)。第7章 防雷裝置的確定7.1 防雷裝置確定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。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長度進(jìn)行直擊雷保護(hù)，防直擊雷的常用設(shè)備為避雷針。7.2 雷電侵入波保護(hù)由于雷電侵入波比較常見，且危

22、害性較強(qiáng)，對其保護(hù)非常重要。對變電所來說，雷電侵入波保護(hù)利用閥式避雷器以與與閥式避雷器相配合的進(jìn)線保護(hù)段；為了其部的變壓器和電器設(shè)備得以保護(hù)，在配電裝置安放閥式避雷器?？?結(jié)這次工廠供電的小學(xué)期做的紅光機(jī)械廠降壓變電所設(shè)計，不僅讓我們重新學(xué)習(xí)了課本知識，還讓我們了解了更多關(guān)于工廠供電課外的知識，增加了我們的實踐能力，拓展了我們的視野。由于這次小學(xué)期實踐時間有點緊，不過在老師和同學(xué)的幫忙下，最后還是完成了這次小學(xué)期。所以我真的非常感我們的知道老師，和幫助我的朋友。通過我們一步步的討論和研究，讓我們的方案更加的成熟。在這次設(shè)計實踐中，我們不僅僅用了工廠供電知識，還用到了電力工程上有關(guān)母線的知識，繼

23、電保護(hù)的二次回路設(shè)計和保護(hù)設(shè)備整定值等等。在以前的學(xué)習(xí)中我只知道看書本，只是很膚淺地了解供電的一些知識。通過這次設(shè)計實踐，我對一些之前不太了解的知識，現(xiàn)在有了更加深入的了解。對于一些不太熟悉的公式，現(xiàn)在都運用自如了?？傊?，此次設(shè)計實踐的完成帶給我了很大的收獲，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了扎實的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 介才.工廠供電M.:機(jī)械工業(yè),2009.2 介才.工廠供電實用手冊M.:中國電力,2001.3 怡.電力系統(tǒng)分析M.:中國電力,2003.4 從愛，徐中立.電力工程M.:機(jī)械工業(yè),1992.5 顧選能.變壓器基礎(chǔ)知識M.:機(jī)械工業(yè),1993.6 介才.工廠供電設(shè)計指導(dǎo)M.:中國電力,1998.7 白玉敏.電纜的安裝敷設(shè)與運行維護(hù)M.:機(jī)械工業(yè),1998.8 介才.工廠供電設(shè)計指導(dǎo)M.:中國電力,1998.9 周勵志.常用電器選擇與計算手冊M.:科學(xué)技術(shù),1999.10 介才.電力工程設(shè)計手冊M.:中國水利水電,2002.附 錄附錄表A編號名稱