廣大鐵路云南祥云隧道正洞供配電系統(tǒng)設計(高壓進洞)

目錄1.設計任務.................................................................................................31.1設計題目：廣大鐵路云南祥云隧道正洞供配電系統(tǒng)設計（高壓進洞）...............................................................................................32.設計內容.................................................................................................52.1負荷計算.......................................................................................................................22.2短路電流的計算.........................................................................102.3.無功功率的補償........................................................................102.4變壓器的選擇.............................................................................122.4.1變壓器容量的選擇原則：...............................................132.4.2.變壓器類型的選擇原則：................................................82.5導線與電纜的選擇原則.............................................................142.5.1高壓進線的選擇...............................................................142.5.2低壓線路的選擇..............................................................152.5.3母線的選擇......................................................................172.6電氣設備的選擇和校驗.............................................................172.6.1低壓側一次設備的選擇和校驗.......................................212.6.2.繼電保護..........................................................................212.6.3.高壓側設備的選擇和校驗..............................................213配電柜的選擇.......................................................................................23電氣參數(shù).............................................................................................234．防雷器的選擇....................................................................................28第1頁共28頁參考文獻及附表 28第2頁共28頁題目：廣大鐵路云南祥云隧道正洞供配電系統(tǒng)設計（高壓進洞）設計任務1.1設計題目：廣大鐵路云南祥云隧道正洞供配電系統(tǒng)設計（高壓進洞）1.2設計目的通過本課程設計：1掌握變配電所主接線的方案選擇； 2．掌握負荷計算、短路計算、無功功率補償計算方法 3．掌握導線和元件的選擇與校驗方法 4．掌握低壓配電柜的設計思路或低壓成套設備的選擇方法5．掌握常用繪圖軟件繪制的方法 6．掌握查閱手冊或其它資料的方法1.3設計任務與要求施工工地采用 10KV高壓架空鋁絞線（4Km）從地區(qū)變電所引至施工工地豎井，后采用電纜線（長度為 1Km）引到洞內變壓器，豎井處終端桿上安裝高壓戶外熔斷器保護及避雷器保護， 低壓側采用低壓斷路器保護，正洞內主要用電設備及其參數(shù)見附表。 洞內主要電氣設備離變壓的距離統(tǒng)一定為 100m。要求低壓側最大負荷功率因數(shù)不能低于0.92。各低壓干線的電壓損耗不許超過 5%。負荷統(tǒng)計表負載編 負載名稱 設備容 需要系數(shù) 功率因數(shù)號 量（KW） Kd cos?第3頁共28頁1軸流通風機450.82混凝土噴射750.87機3輸送泵1100.884二襯行走臺7.50.78車5液壓雙液注110.84漿機6電焊機（6）290.350.67全自動數(shù)控5.50.84液壓鋼筋調直切斷機8鋼筋彎曲機2.20.869鋼筋切斷機30.8710無堵塞排污7.50.80.88泵（2）11節(jié)能燈（150）0.0360.9112碘鎢燈（10）10.91第4頁共28頁2系統(tǒng)式主接線圖裝置式主接線圖高壓進線柜高壓配電柜電容柜避雷器及接地保護柜洞外設備洞內設備低壓進線柜變壓器低壓配電柜單獨洞內設備火...線低壓進線柜照明柜動力照明柜設計內容3.1負荷計算負荷計算的目的是：

選用標準型號的計量柜低壓配電柜第5頁共28頁（1）計算供配電系統(tǒng)變壓器的負荷電流及視在功率， 作為選擇變壓器容量的依據(jù)。（2）計算流過各主要電氣設備 (斷路器、隔離開關、母線、熔斷器等)的負荷電流，作為選擇這些設備的依據(jù)。（3）計算流過各條線路(電源進線、高低壓配電線路等)的負荷電流，作為選擇這些線路電纜或導線截面的依據(jù)。（4）為電氣設計提供技術依據(jù)。計算公式：有功功率

P30=Pe Kd(kW)無功功率 Q30=P30 Tan（Kvar）視在功率 S30=P30/Cos(KVA)計算電流 I30=S30/（3 Un)(A)式中，kx為需要系數(shù)；CosΦ為功率因素；TanΦ為功率因素的正切值；UN為用電設備組的額定電壓； 3 1.732（1）軸流通風機:Pc=45 Qc=45 0.75 33.75Sc=45/0.8=56.25 Ic=56.25/(√3 0.38)=85.46（2）混凝土噴射機:Pc=75Qc=750.57=42.75S=75/0.87=86.20Ic=86.20/(√30.38)=130.98c（3）輸送泵:Pc=110Qc=110 0.54=59.40Sc=110/0.88=125 Ic=125/(√3 0.38)=189.92第6頁共28頁二襯行走臺車：Pc=7.5 Qc=7.5 0.81=6.08Sc=705/0.78=9.62 Ic=9.62/(√3 0.38)=14.61液壓雙液注漿機:Pc=11Qc=110.59=6.49cIc=132.14/(√30.38)=200.77S=11/0.84=132.14(6)電焊機:Pc=29 0.35 6=60.9 Qc=60.9 1.33=80.997Sc=60.9/0.6=101.5 Ic=101.5/(√3 0.38)=154.21（7）全自動數(shù)控液壓鋼筋調直切斷機：Pc=5.5Qc=5.50.59=3.245S=5.5/0.84=30.60Ic=30.60/(√30.38)=46.49c（8）鋼筋彎曲機：Pc=2.2 Qc=2.2 0.51=1.122Sc=2.2/0.86=2.56 Ic=2.56/(√3 0.38)=3.89（9）鋼筋切斷機：Pc=3Qc=30.57=1.71S=3/0.87=3.49Ic=3.49/(√30.38)=5.24c（10）無堵塞排污泵：P=7.50.8212Qc=120.54=6.48cSc=12/0.88=13.64Ic=13.64/(√30.38)=20.72（11）節(jié)能燈：Pc=0.0360.90.0324Qc=0S=0.0324/1=0.0324Ic=0.0324/(√30.22)=0.085c（12）碘鎢燈：Pc=0.9 Qc=0Sc=0.9/1=0.9 Ic=0.9/(√3 0.22)=2.36第7頁共28頁P∑=(45+75+110+7.5+11+10.156+5.5+2.2+3+0.0324150+7.5+0.910)0.9=307.314Q∑=(33.75+42.75+59.40+6.08+6.49+13.506+3.245+1.122+1.71+4.05+0150+010)0.9=215.63c22375.41S=307.314215.63結果表達如下表。負 載 額定 需要 工 作 功 率 計算 計 算 視在 計算名稱容量系數(shù)電壓因數(shù)有功無功功率電流（KW）（K）（KV）cos?(KW)(Kvar(KVA(A)))軸流450.380.84533.7556.285.4通風56機混凝750.380.877542.7586.2130.土噴098射機輸送1100.380.8811059.40125189.泵92二襯7.50.380.787.56.089.6214.6行走1臺車液壓110.380.84116.49132.200.第8頁共28頁雙液1477注漿機電焊290.350.380.660.980.99101.154.機（6）7521全自動數(shù)控液30.646.4壓鋼5.50.380.845.53.24509筋調直切斷機鋼筋彎曲2.20.380.862.21.1222.563.89機鋼筋切斷30.380.8731.713.495.24機無堵塞排13.620.77.50.80.380.88126.4842污泵2）第9頁共28頁節(jié)能燈0.0360.90.2210.0300.030.08（15024245）碘鎢燈（10）1+0.90.2210.900.92.36總計304.2311.218.0385.368146643.2.無功功率的補償設計要求達到的功率因數(shù)為 0.92以上，需要進行無功補償。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)中應用最為普遍。 考慮到主變壓器的無功損耗元大于有功損耗，因此 380V側最大負荷時功率因數(shù)應稍大于 0.92，補償前功率因數(shù)cos P/Sc 311.814/385.64 0.80856采用低壓補償，可取補償后為 0.94則需補償功率QC P (tan`tan) 311.814(tanarccos tanarccos0.94) 115.37kvar并聯(lián)電容器取型號BZMJ0.4-30-3（309頁表A-2）型4個補償后功率因數(shù)2222COSP/PQ-QC.C311.814/311.814218.06-1200.954第10頁共28頁滿足要求3.3短路電流的計算短路電流計算的目的和步驟短路電流計算的目的是為了正確選擇和校驗電氣設備，以及進行繼電保護裝置的整定計算。當電源運行狀態(tài)變化時，短路電流發(fā)生顯著變化，選擇設備時，需要知道通過該設備最大可能的三相短路電流，因此要按最大運行方式計算短路電流；校驗繼電保護裝置的靈敏度時，按最小運行方式短路時的靈敏系數(shù)是否合格，需算出最小運行方式下的短路電流。短路電流計算的方法，常用的有歐姆法和標幺值法。取基準容量Sd=100MVA，基準電壓Ud=Uav，兩個等級為Ud1=10.5KV，Ud2=0.4KV系統(tǒng)S*X1 Sd Soc 100 1000 0.1線路QF1*X0L1X1L2SdUd120.3840.08110010.521.45X2變壓器T1*Uk%100SdSN4.51001000.411.25X3第11頁共28頁K1點三相短路時的短路電流和容量的計算計算短路回路總阻抗標幺值*X1*X2*1.55Xk1計算K1點所在電壓級的基準電流Id1 Sd 3Ud1 100 3 10.5 5.49計算K1點短路電流各量Ik*11Xk1*0.64Ik1Id1Ik*13.51ish.k12.55Ik18.59Ish.k11.51Ik15.3Sk1SdXk1*1001.5564.51K2點三相短路時的短路電流和容量的計算計算短路回路總阻抗標幺值*XK1*X3*1.5511.2512.8Xk2計算K1點所在電壓級的基準電流Id2Sd3Ud210030.4144.33計算K1點短路電流各量*Ik2ish.k2

1Xk2*0.078Id3Ik*2144.330.07811.2571.84Ik220.71Ish.k21.09Ik212.27Sk2SdXk*210012.87.81253.4變壓器的選擇在進行負荷統(tǒng)計及無功補償后，就可根據(jù)補償后的容量進行變壓器的選擇。 變壓器的選擇包括容量、臺數(shù)、類型的選擇。第12頁共28頁3.4.1變壓器容量的選擇原則 ：選擇1臺變壓器時容量應滿足：SNTS30選擇2臺變壓器時每臺容量應同時滿足：SNT(0.6~0.7)S30SNT S30式中，S30為變壓器低壓側負荷計算容量， SNT為所要選擇的變壓器容量，S30 為部的一二級負荷和。3．選擇l臺配電變壓器容量時應考慮容量上限， 一般不超過12502000KVA。4．適當考慮負荷的發(fā)展。3.4.2. 變壓器類型的選擇原則：．一般情況選擇雙繞組三相變壓器，并選用SL7、S7、S9等低損耗電力變壓器‘251。2．多塵或腐蝕場所選擇防塵防腐型變壓器如 SLl4等系列全密封式變壓器。3．高層建筑選用不燃或難燃型變壓器如 SCL系列環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器或SF6型變壓器。4．多雷地區(qū)宜選用防雷型變壓器如 Sz變壓器。5．電壓偏移大的電壓質量要求高的場所選用有載調壓型變壓器如SZL7、Sz9系列變壓器。第13頁共28頁綜合以上考慮，選擇2臺接線方式為Yyn0的S11-M630的變壓器3.5導線與電纜的選擇原則為了保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質、經(jīng)濟的運行，進行導線和電纜截面時必須滿足一些條件 :1）發(fā)熱條件導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時的發(fā)熱溫度，不應超過其正常運行時的最高允許溫度。（2）電壓損耗條件導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的電壓損耗，不應超過其正常運行時允許的電壓損耗。對于工廠內較短的高壓線路，可不進行電壓損耗檢驗。3）機械強度導線（包括裸線和絕緣導線）截面不應小于其最小允許截面。對于電纜，不必校驗其機械強度，但需要檢驗其短路熱穩(wěn)定性。母線也應檢驗短路時的穩(wěn)定度。對于絕緣導線和電纜，還應滿足工作電壓的要求。根據(jù)設計要求和有關資料的考證， 10kv電路，通常先按發(fā)熱條件來選擇截面，在校驗電壓損耗和機械強度。低壓照明線路，因為其對電壓水平要求較高，因此通常先按允許電壓損耗進行選擇，再校驗發(fā)熱條件和機械強度。3.5.1高壓進線的選擇10kv高壓進線的選擇與校驗采用LJ性鋁絞線，架空敷設，接往10kv公用干線。查相關資料，10kv鋁及鋁合金最小截面為35平方毫米，不滿第14頁共28頁足機械強度的要求，故選 LJ-50型鋁絞線,線間幾何距為1m時R 0.64 /Km X 0.355 /Km 要求電壓損失很小。石家莊月最熱平均溫度為32度，溫度系數(shù)Kal0al0.92查表A-11可知允許載流量為215電壓損耗R02X020.640.355QiLi98.0640.9375U%PiLi10102311.814410210UN2i110UN2i110檢驗發(fā)熱情況311.814KWQ98.06KvarSP2Q2326.87IS326.872151.92197.83UN18.87310機械強度50>35綜上，滿足要求電纜選擇與校驗I 18.87A查表得18.87A<31A（6mm2電纜35度時安全載流量）選用3 6mm2 6mm2的橡套鋁芯電纜可以滿足要求。3.5.2 低壓線路的選擇線長100m，按允許載流量選擇導線。本方案選用銅導線軸流通風機計算電流 Ic 85.46A,選擇截面積3 25 16型，350C時允許載流量為Ial 95>85.46滿足第15頁共28頁混凝土噴射機計算電流 Ic 130.98A,選擇截面積3 50 25型，350C時允許載流量為Ial 144>130.98滿足輸送泵計算電流 Ic 189.92A,選擇截面積3 95 50型，350C時允許載流量為Ial 224>189.92滿足二襯行走臺車計算電流 Ic 14.6A,選擇截面積3 2.5 2.5型，350C時允許載流量為Ial 24>14.6滿足液壓雙液注漿機計算電流 Ic 200.77A,選擇截面積3 95 50型，350C時允許載流量為Ial224>200.77滿足電焊機計算電流Ic154.21A,選擇截面積37035型，350C時允許載流量為Ial184>154.21滿足全自動數(shù)控液壓鋼筋調直切割機計算電流Ic46.49A,選擇截面積31010型，350C時允許載流量為Ial56>46.49滿足鋼筋彎曲機計算電流Ic3.89A,選擇截面積32.52.5型，350C時允許載流量為Ial24>3.89滿足鋼筋切斷機計算電流Ic5.24A,選擇截面積32.52.5型，350C時允許載流量為Ial24>5.24滿足第16頁共28頁無堵塞排污泵計算電流 Ic 10.36A,選擇截面積3 2.5 2.5型，350C時允許載流量為Ial 24>10.36滿足節(jié)能燈計算電流 Ic 12.75A,選擇截面積3 2.5 2.5型，350C時允許載流量為Ial 24>12.75滿足碘鎢燈計算電流 Ic 23.6A,選擇截面積3 4 4型，350C時允許載流量為Ial 32>23.6滿足3.5.3 母線的選擇Ic=Sc/(Un*√3)=743A<898A選取50*3.6TMY母線力的校驗（3）*h*k）=10522<140MP滿足Fc*l*6/（b2熱的校驗S=50*3.6=180（3）Sth.min=I*√1/171=85<180滿足熱的校驗3.6電氣設備的選擇和校驗3.6.1 低壓側一次設備的選擇和校驗有低壓斷路器、電流互感器、刀開關、等。（1）電流互感器的選擇0.5 級用于測量 二次側電流表三個，消耗功率 9VA，回路采用BV-500-1*2.5mm的銅芯塑料線，單向長度為 2m。軸流通風機Ic=85.46A Ic<In 選取一次側額定電流為 100A，型號為LMZJ1-0.5第17頁共28頁imax=37.5kA Ith=15KA Tth=1sS2n=10VA。1：準確度校驗SSI2NI2N(RR)2iWLXC355[32(532.5)0.1]6.15VASN10VA滿足準確度2：動穩(wěn)定度校驗imax=37.5>ish=17.93滿足3：熱穩(wěn)定度校驗滿足熱穩(wěn)定度。同理可以確定混凝土噴射機、輸送泵、二襯行走臺車、液壓雙液注漿機、電焊機、全自動數(shù)控液壓鋼筋調直切割機、鋼筋彎曲機、鋼筋切斷機、無堵塞排污泵、節(jié)能燈、碘鎢燈可用 LMZJ1-0.5150A型（2）刀開關的選擇HD17-100380V型號（3）斷路器的選擇與校驗架殼電流>脫扣電流、脫扣電流>計算電流、分斷電流>最大短路電流軸流通風機計算電流85.46A，選CM2-125H型電流整定125>100>85.46 分斷能力70KA>20.71KA靈敏度校驗KsIKmin1.3Iop合格混凝土噴射機計算電流 130.98A，選CM2-225L型電流整定225>140>130.98 分斷能力35KA>20.71KA第18頁共28頁靈敏度校驗KsIKmin1.3Iop合格輸送泵計算電流 189.92A，選CM2-225L型電流整定225>200>189.92 分斷能力70KA>20.71KA靈敏度校驗KsIKmin1.3Iop合格二襯行走臺車計算電流14.6A，選CM2-63M型電流整定63>20>14.6分斷能力50KA>20.71KA靈敏度校驗KsIKmin1.3Iop合格液壓雙液注漿機計算電流200.77A，選CM2-400L型電流整定400>225>200.77分斷能力50KA>20.71KA靈敏度校驗KsIKmin1.3Iop合格電焊機計算電流 154.21A，選CM2-225L型電流整定225>160>154.21 分斷能力35KA>20.71KA靈敏度校驗KsIKmin1.3Iop合格全自動數(shù)控液壓鋼筋調直切割機計算電流46.49A，選CM2-63H型電流整定63>50>46.49分斷能力70KA>20.71KA第19頁共28頁靈敏度校驗KsIKmin1.3Iop合格鋼筋彎曲機計算電流 3.89A，選CM2-63L型電流整定63>10>3.89 分斷能力35KA>20.71KA靈敏度校驗KsIKmin1.3Iop合格鋼筋切斷機計算電流 5.24A，選CM2-63L型電流整定63>10>5.24 分斷能力35KA>20.71KA靈敏度校驗KsIKmin1.3Iop合格無堵塞排污泵計算電流10.36A，選CM2-63M型電流整定63>16>10.36分斷能力50KA>20.71KA靈敏度校驗KsIKmin1.3Iop合格節(jié)能燈計算電流 12.75A，選CM2-63M型電流整定63>16>12.75分斷能力50KA>20.71KA靈敏度校驗KsIKmin1.3Iop合格碘鎢燈計算電流 23.6A，選CM2-63M型電流整定63>25>23.6 分斷能力50KA>20.71KA第20頁共28頁靈敏度校驗KsIKmin1.3Iop合格3.6.2. 繼電保護聯(lián)結組別Yd11過電流保護動作電流Iop Krel Kw（1.5~3）IN Kre Ki選取 DL型電流繼電器

Krel=1.2Kre=0.85Kw=1 取最大負荷電流Imax=1.5（1+0.3）I30 1.5 1.3 18.87 36.80Iop=1.2 1 36.80/（0.85 100/5）=2.60A可選取型號為 DL-31/6電流繼電器，線圈串聯(lián)，整定動作電流為 3A過電流保護一次測動作電流為Iop1KiIop.KA2036AKw1.0校驗保護靈敏度保護線路1WL的靈敏度，按線路1WL末端最小兩相短路電流校驗， 即IK2.minKS 1.5Iop1線路2WL的后備保護靈敏度，用線路2WL末端最小兩相短路電流校驗，即KSIK2.min1.2Iop1符合要求。3.6.3高壓側設備的選擇和校驗（1）高壓斷路器的選擇與校驗第21頁共28頁線路計算電流 Ic=18.87A，可選擇 ZN28-12/630（表A-4）真空斷路器校驗序號ZN28-12/630選擇裝設點結論項目數(shù)據(jù)要求項目數(shù)據(jù)1Un12KV≥UnS10KV合格2IC630A≥IN18.87A合格3ICS25KA≥I(3)K10.38KA合格4imax63KA≥ish8.59合格KA5I225KA≥253.8合格（）thtthi3tima滿足條件2）高壓隔離開關的選擇與校驗其與斷路器串用，可選擇GN19-12/630型（表A-5）校驗imax50KAi(3)sh17.08KAI2thth2024I(3)2tima6.72(1.10.1)t序號GN19-12/630選擇裝設點結論要求項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)1imax50KV≥i(3)17.08KV合格sh第22頁共28頁2I21600A≥253.8A合格thtthitima滿足條件3）電壓互感器的選擇每路出線裝設三相有功和無功電能表及功率表一只，每個電壓線圈消耗的功率為1.5VA。安裝4只電壓表，3只接于各相，另一只用于測量線電壓，每只電壓表消耗功率 4.5VA，互感器側線圈消耗功率 2.0VA由表A-8可選3只JDZJ-10型0.5 級二次繞組額定負荷 50VA（單相）變比1000/ 3：100/ 3:100/3V最大相負荷SaSVSaSkvSVSabSacSkv331S0.5[SSS4S]0.5SSSSV（WWhVarh）V（WWhVarh）kv34.50.5(4.544.5)20.54.5425.42503合格配電柜的選擇電氣參數(shù)1、 額定電壓380V。2、最高工作電壓380V。3、額定絕緣電壓690。4、額定電流<4000A。5、額定短路開路電流50KA。6、額定短時電流50KA。7、額定峰值耐受電流105KA。8、防護等級IP30設備使用環(huán)境和條件，考慮到配電柜安裝環(huán)境根據(jù)要求第23頁共28頁1、 周圍空氣溫度不高于+45度，不低于-20度，20小時內平均氣溫不高于35度。2、 戶內安裝使用，使用地點的海拔高度不超過 2000米。3、 周圍空氣相對濕度在最高 +40度時不超過50%，較低溫度允許有較大相對濕度。4、 設備安裝與垂直斜面度不超過 5%。通過查《實用電工電子技術手冊》 P700選擇高壓型柜號 P743選擇低壓柜分別為：6.2高壓進線柜選用標準柜，型號為 KYN3-10，單手車五防式進線柜。主要電氣設備型號如下：主開關:SN10-10操動機構：CD10、CT8電流互感器：LFSQ-10、LMZ-10電壓互感器：JDZJ-10高壓熔斷器：RN1-19、RN2-10避雷器：HY5WS-12.7/4512.7KV接地開關：JN-10寬*高*深：1000*1800*22006.3高壓配電柜KYN44(KYN28)-12型鎧裝移開式交流金屬封閉開關設備本開關設備適用于3.6～12kV三相交流50Hz單母線及單母線分段系統(tǒng)的成套配電裝置，本開關設備符合 GB3906，DL404標準及國際IEC298。本開關柜可配用 VD4型、VB2型、VS1型、HVF（韓國現(xiàn)代）、EV12型真空斷路器，具有防止帶負荷推拉斷路器手車、 防止誤分合斷路器、防止接地開關處于閉合位置關合斷路器、防止誤入帶電隔離室、防止在帶電時誤合第24頁共28頁使用條件1、環(huán)境溫度-10℃至+40℃2、海拔高度：不超過 1000m3、濕度相對濕度：日平均值不大于 95%，月平均不大于 90%4、地震烈度不超過 8度；5、周圍空氣應不