机械厂的供配电系统设计.doc

2010级供电技术课程设计机械三厂的供配电系统设计姓 名尹志强学 号 20106701院、系、部电气工程系班 号方1010-3完成时间2013年7月2日目录第1章设计任务11.1设计要求11.2设计依据1第2章负荷计算和无功功率补偿22.1负荷计算22.2无功功率补偿4第3章变压器的选择43.1变电所主变压器台数和容量43.2主接线方案的技术经济比较5第4章短路计算64.1绘制计算电路图64.2确定基准值64.3各元件的电抗标幺值64.4k-1点的短路计算74.5k-2点的短路计算7第5章变电所一次设备选择校验85.110kv一次侧设备的选择校验85.2380v侧一次设备的选择校验105.3 高低压母线的选择11第6章 变电所进出线的选择116.110kv高压进线的选择校验116.2电缆的选择校验116.3380v低压出线的选择12第7章变电所防雷与接地装置的设计147.1防直击雷保护147.2雷电侵入波的防护14第8章设计总结15参考文献16附录机械三厂供配电系统设计图17第1章设计任务1.1设计要求根据已知的设计依据，合理设计机械三厂供配电系统，确定该厂变电所变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案、高低压设备和进出线，确定防雷接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘制该厂的主接线图，要求该厂功率因数不低于0.9。1.2设计依据1.本厂负荷情况：本厂车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600小时，日最大负荷持续时间为6小时，该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。2.电源情况：本厂供电电源来自本厂西南方向8km的一条10kv公用电源干线，该干线的导线为lgj-150，导线为等边三角形排列，线距为2m，该干线出口断路器断流容量为500mva，此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s，为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由2km处邻近单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线总长度为25km。3. 气象及地质资料：本厂所在地区的年最高气温为38，年平均气温为23，年最低气温为8，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年雷暴日为30，年最热月地下0.8m处平均温度为25。本厂所在地区平均海拔500米，底层以砂粘土为主，地下水位为20米。4.电费制度当地供电部门要求在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量计为18元/kw.h，照明电费为0.50元/kw.h。本厂负荷统计情况如表1-2所示：各车间负荷情况表序号厂房名称负荷类别pe/kwkdcos1铸造车间动力3000.30.7照明60.812锻压车间动力3500.30.65照明80.713热处理车间动力1500.60.8照明50.814电镀车间动力3600.30.6照明70.915仓库动力200.40.8照明10.816工具车间动力3600.30.6照明70.917金工车间动力4000.20.65照明100.818锅炉房动力500.70.8照明10.819装配车间动力1800.30.7照明60.8110机修车间动力1600.20.65照明40.81生活区照明3500.70.9表1-2 本厂负荷统计表第2章负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。根据本厂负荷统计表1-2，由公式：，算得该厂各车间有功计算负荷，无功计算负荷，视在功率和计算电流值如下表2-1所示：序号厂房名称负荷类别/kw/kvar/1铸造车间动力9091.8128.56195.33照明4.804.87.292锻压车间动力105122.85161.6245.53照明5,605.68.513热处理车间动力9067.5112.5170.93照明4046.084电镀车间动力108143.64179.71273.04照明6.306.35.355仓库动力861015.19照明0.800.81.226工具车间动力108143.64179.71273.04照明6.306.35.357金工车间动力8093.6123.13187.08照明80812.168锅炉房动力3526.2543.7566.47照明0.800.81.229装配车间动力5455.0877.13117.19照明4.804.87.2910机修车间动力3237.4449.2574.83照明3.203.24.86生活区照明245117.6271.76412.9表2-1 各车间计算负荷由2-1可得，所有车间的照明负荷取全厂的同时系数为：,则全厂计算负荷：；。2.2无功功率补偿无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：，这时低压侧的功率因数为：，为使高压侧的功率因数0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.92，取 要使低压侧的功率因数由0.73提高到0.92，则低压侧需装并联电容器容量为：取:，则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：变压器的功率损耗为：变电所高压侧的计算负荷为：； ；补偿后的功率因数为： 满足要求。第3章变压器的选择3.1变电所主变压器台数和容量根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：a)装设一台变压器型号为s9型，其中容量计算根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选，即可选一台s9-1250/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。b)装设两台变压器型号为s9型，而每台变压器容量根据公式（3-1）、（3-2）选择，即 (3-1) (3-2)代入数据可得：=（0.60.7）1052.70=（631.62736.89）。因此选两台s9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。3.2主接线方案的技术经济比较 1.装设一台主变压器的方案：（1）技术指标：供电安全性,满足要求。供电可靠性,基本满足要求。供电质量,由于一台主变，电压损耗较大。灵活方便性,只有一台主变，灵活性稍差。扩建适应性,稍差一些。（2）经济指标：电力变压器的综合投资额，查得s9-1250/10的单价为15万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为2*15=30万元，且每月基本电费按主变压器容量计为18元/kw.h。2.装设两台主变压器的方案：（1）技术指标：供电安全性，满足要求。供电可靠性，满足要求。供电质量，由于两台主变并列，电压损耗较小。灵活方便性，由于有两台主变，灵活性较好。扩建适应性，更好一些。（2）经济指标：电力变压器的综合投资额，查得s9-630/10的单价为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元，且每月基本电费按主变压器容量计为18元/kw.h。从上文可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远优于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变压器主接线方案，主接线图见附录。第4章短路计算4.1绘制计算电路图绘制短路计算电路图如图4-1所示。500mvak-1k-2lgj-150,8km10.5kvs9-12500.4kv(2)(3)(1)系统图4-1 短路计算电路4.2确定基准值设基准容量=100mva，基准电压=1.05，为短路计算电压，即高压侧=10.5kv，低压侧=0.4kv，则；4.3各元件的电抗标幺值1.电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量为，根据标幺值法算出电力系统的电抗标幺值为 。2.架空线路查表得lgj-150的线路电抗为，而线路的长度为8km，故可算出3.电力变压器查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故可算出电力变压器的电抗标幺值为=3.6式中，为变压器的额定容量。因此绘制短路计算等效电路如图4-2所示。k-1k-2图4-2 短路计算等效电路4.4k-1点的短路计算1.总电抗标幺值 2. 三相短路电流周期分量有效值 3.其他短路电流 4. 三相短路容量4.5k-2点的短路计算1.总电抗标幺值2.三相短路电流周期分量有效值3.其他短路电流 4.三相短路容量 总上绘制短路计算表，如表4-1所示。表4-1短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/mvak-11.961.961.965.02.9635.7k-222.522.522.541.424.515.6第5章变电所一次设备选择校验5.110kv一次侧设备的选择校验1.按工作电压选则 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kv， =11.5kv，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kv，穿墙套管额定电压=11.5kv，熔断器额定电压=12kv。2.按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即3.按断流能力选择设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。4.隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件或、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值。b)热稳定校验条件 对于上面的分析，如表5-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。表5-1 10 kv一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kv72.2a()1.96ka5.0ka1.961.9=7.30一次设备型号规格额定参数高压少油断路器sn10-10i/630qf010kv630ka16ka40 ka高压少油断路器sn10-10i/630qf/qf10kv630ka16ka40 ka户外隔离开关gw4-12/40012kv400a-25.5 ka二次负荷0.6户内隔离开关gn8-10/60010kv400a-20ka高压熔断器rn2-1010kv0.5a50 ka-电压互感器jszj-1010kv-电压互感器jsjw-1010kv-电流互感器lqj-1010kv100/5a-=31.8 ka=815.2380v侧一次设备的选择校验根据以上方法同样可以做出380v侧一次设备的选择校验，如表5-2所示，所选数据均满足要求。表5-2 380v一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其它装置地点条件参数-数据380v总1607.58a22.5ka41.4ka-型号规格额定参数-低压断路器qf1 dw15-200380v200a20ka200a-低压断路器qf2 dw15-400380v300a25ka400a-低压断路器qf3 dw15-200380v200a20ka200a-低压断路器qf4 dw15-400380v300a25ka400a-低压断路器qf5 dw15-200380v200a20ka200a-低压断路器qf6 dw15-200380v200a20ka200a-低压断路器qf7 dw15-200380v200a20ka200a-低压断路器qf8 dw15-200380v200a20ka200a-低压断路器qf9 dw15-200380v200a20ka200a-低压断路器qf10 dw15-200380v200a20ka200a-低压断路器qf11 dw15-200380v200a20ka200a-电容器bwf04-16-1/3-5.3 高低压母线的选择查表得到，10kv母线选lmy-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380v母线选lmy-3（10010）+806，即相母线尺寸为100mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。线距，档距为，档数大于2则最大动力： 所以，高压母线满足要求。同理，低压母线满足要求。第6章 变电所进出线的选择6.110kv高压进线的选择校验采用lgj型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kv公用干线。a).按发热条件选择由=61.69a及室外环境温度33，查表得，初选lgj-35,其35c时的=149a,满足发热条件。b).校验机械强度查表得，最小允许截面积=25，而lgj-35满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。6.2电缆的选择校验由高压配电室至主变压器的一段引入电缆，采用yjl22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。a)按发热条件选择由=60.78a及土壤环境25，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=149a,满足发热条件。b)校验热路稳定按式，a为电缆截面积，单位为；为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为；c为材料热稳定系数；为母线通过的三相短路稳态电流，单位为a；短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中=1960a，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，c=84，把这些数据代入公式中得因此yjl22-10000-3 25电缆满足要求。6.3380v低压出线的选择1.铸造车间1号厂房铸造车间的线路采用vlv22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。 由=202.62a及地下0.8m土壤温度为25，查表，初选缆芯截面150，其=203.67a，满足发热条件。经过校验电压损耗和短路热稳定度校验，确定导线选择vlv22-1000-3150+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆。2. 锻压车间2号厂房锻压车间的线路，亦采用vlv22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上）。3. 热处理车间3号厂房热处理车间的线路，亦采用vlv22-1000-3120+170的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上）。4.电镀车间4号厂房电镀车间的线路，亦采用vlv22-1000-3300+1150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上）。5.仓库5号厂房仓库的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线blv-1000型5根（包括3根相线、1根n线、1根pe线）穿硬塑料管埋地敷设。 按发热条件需选择，由=16.41a及环境温度26，初选截面积4，其=19a，满足发热条件。经过校验电压损耗和机械强度校验，确定导线选择blv-1000-14铝芯线5根穿内径25硬塑管 。 6.工具车间6号厂房工具车间的线路亦采用vlv22-1000-3300+1150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上）。7.金工车间7号厂房金工车间的线路亦采用vlv22-1000-3150+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上）。8.锅炉房8号厂房锅炉房的线路 亦采用vlv22-1000-325+125的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上）。9.装配车间9号厂房装配车间的线路亦采用vlv22-1000-370+135的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上）。10.机修车间10号厂房机修车间的线路亦采用vlv22-1000-325+125的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上）。11.生活区生活区的线路采用blx-1000型铝芯橡皮绝缘线明敷。1）按发热条件选择由i30=412.9a及室外环境温度（年最热月平均气温）33，初选blx-1000-1240，其33时ial455ai30,满足发热条件。2）效验机械强度查表可得，最小允许截面积amin=10mm2，因此blx-1000-1240满足机械强度要求。3）校验电压损耗,查表得其阻抗值与blx-1000-1240近似等值的lj-240的阻抗=0.14，=0.30（按线间几何均距0.8m），又生活区的=245kw，=117.6kvar，因此9.6%5%不满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回blx-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。pen线均采用blx-1000-170橡皮绝缘线。变压所进出线的导线和电缆型号规格如表6-1所示。表6-1变压所进出线的导线和电缆型号规格线 路 名 称导线或电缆的型号规格10kv电源进线lgj-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆yjl2210000325交联电缆（直埋）380v低压出线至1号厂房vlv2210003150+195四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房vlv2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房vlv2210003120+170四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房vlv2210003300+1150四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房blv100014铝芯线5根穿内径25硬塑管至6号厂房vlv2210003300+1150四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房vlv2210003150+195四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房vlv221000325+125四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房vlv221000370+135四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房vlv221000325+125四芯塑料电缆（直埋）至生活区四回路，每回路3blx-1000-1120+1blx-1000-175橡皮线（三相四线架空线）第7章变电所防雷与接地装置的设计7.1防直击雷保护在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷