四川大学网络学院电气工程发电厂毕业设计.doc

四川大学网络教育学院课 程 设 计 说 明 书课程设计题目： 车间变电所设计 校外学习中心: 学 生 姓 名: 宋川 专 业: 电气工程及其自动化 层 次: 专科 年 级: 14春 学 号: 114114002 一、前 言本设计是根据创越机械厂的供电电源情况及本厂用电容量和负荷性质，同时考虑到工厂的发展规划，按照保障人身和设备的安全、供电可靠、技术先进和经济合理的要求，采用符合国家现行有关标准的效率高、低能耗、性能先进的电气产品等原则进行变电所的电气设计。本设计共分八章，首先根据创越机械厂的负荷情况进行有关计算，确定出变电所的位置在电镀车间的东侧紧靠厂房而建，型式为附设式，而后对变电所主接线方案进行选择。采用单母线接线，考虑到厂里有二级负荷，故除由附近一条10KV的公共电源干线取得工作电源外，可采用高压联络线由邻近单位取得备用电源，再通过对两种方案(方案1：装设一台主变压器，型号为S9-1600/10；方案2：装设两台主变压器，型号为S9-1250/10)的技术经济比较得出两种方案均能满足技术指标要求，但方案1比方案2节省397.405万元，经济指标远优于方案2，最终选择方案1，接着通过短路电流计算选择和校验变电所的一次设备，确定出高压断路器采用SN10-10I/630，隔离开关采用GN86-10/200型，户外采用GW4-15G/200型等设备的型号规格及变电所高低压进出线的型号。为了保证供电的安全可靠性，最后两章论述了本所采用的二次回路方案、继电保护方式及变电所的防雷规划与接地装置的设计。本设计在各位老师的指导下已完成，在此对各位老师表示衷心的感谢，如有不恰之处，请多多指教。二、目 录第一章 负荷计算和无功功率补偿 1第二章 变电所位置和型式的选择 3第三章 变电所主变压器和主接线方案选择 4第四章 短路电流的计算 7第五章 变电所一次设备的选择校验10第六章 变电所进出线和与邻近单位联络线的选择12第七章 变电所二次回路方案的选择与继电保护整定23第八章 变电所的防雷保护与接地装置的设计27主要参考文献29第一章 负荷计算和无功功率补偿一、负荷计算根据设计任务书所给的负荷资料，各厂房和生活区的负荷计算如表1-1所示：表1-1：负荷计算表编号名称类别设备容量Pe/KW需要系数Kdcostan计算负荷P30/KWQ30/kvarS30/KVAI30/A1铸造车间动力4000.30.71.02120122.4照明80.8106.40小计408126.4122.41762672锻压车间动力3000.20.61.336079.8照明60.7104.20小计30664.279.81021563金工车间动力3000.30.61.3390119.7照明100.81080小计31098119.71552354工具车间动力2000.30.61.336079.8照明80.7105.60小计20865.679.81031575电镀车间动力2000.50.71.02100102照明100.81080小计2101081021492266热处理车间动力1500.50.80.757556.3照明50.81040小计1557956.3971477装配车间动力2000.30.651.176070.2照明70.9106.30小计20766.370.2971478机修车间动力1500.20.651.173035.1照明40.8103.20小计15433.235.148739锅炉房动力800.80.71.026465.3照明1.50.7101.050小计81.565.0565.39214010仓库动力300.30.90.4894.32照明20.8101.60小计3210.64.32111711生活区照明3500.80.90.48280134.4310472总计(380V侧)动力2010996.4869.3照明411.5计入KP=0.85Kq=0.900.73846.9782.411661771二、无功功率补偿由表1-1可知，该厂380V侧最大负荷时功率因数只有0.73。根据全国供用电规则规定高压供电的工业用户，功率因数不得低于0.9，否则需增设无功功率的人工补偿装置。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Qc=P30(tan1-tan2)=846.9tan(arccos0.73)-tan(arccos0.92)kvar=432kvar参照并联电容器装置设计规范，选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案2(主屏)1台与方案4(辅屏)3台相组合，总共容量1124448kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧负荷的负荷计算如表1-2所示。表1-2：无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷P30/KWQ30/kvarS30/KVAI30/A380V侧补偿前负荷0.73846.9782.411661771380V侧无功补偿容量-448380V侧补偿后负荷0.93846.9334.4910.51383主变功率损耗13.754.610KV侧负荷总计0.91860.6389944.454.5第二章 变电所位置和型式的选择变电所位置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按功率矩阵法来确定。在工厂平面图的下边和左侧，任作一直角坐标，测出各车间和宿舍负荷点的坐标位置如图2-1示，根据负荷功率矩法可得负荷中心的坐标为：所以，负荷中心坐标为A(7,4.13)由计算结果可知，工厂负荷中心在5号厂房的东面。考虑到方便进出线用周围环境情况，决定在5号厂房的东侧紧靠厂房处修建工厂变电所，其型式为附设式，如图2-1。第三章 变电所主变压器和主接线方案选择一、变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案：1.装设一台主变压器型式采用S9，主变压器容量选择应满足的条件为：SnS30，同时考虑工厂的生产发展需要，按五年规划，每年负荷增长10，则计算负荷为(1+10%)5S30=1521KVA，即选一台S91600/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由表1-1可知该厂二级负荷有铸造车间176KVA、电镀车间149KVA、锅炉房92KVA，由于二级负荷达417KVA，380KV侧电流达633.6A，距离以较长，因此不能采用低压联络线作备用电源，而采用从邻近单位接高压电源来作为备用电源。2.装设两台主变压器型式亦采用S9，而每台容量按下式选择，按五年规划计算五年后的计算负荷(1+10%)5944.4=1521KVA，即Sn0.7S30 =0.71521KVA =1064.7KVA且SnS30() =(176+149+92)KVA=417KVA因此选两台S91250/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由与其邻近单位相联的高压联络线来承担。3.主变压器互联结组别均采用Yyno二、变电所主接线方案的选择按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种主结线方案：1.装设一台主变压器的主接线方案如图3-1所示(高压侧的主接线)。2.装设两台主变压器的主接线方案如图3-2所示(高压侧的主接线)。3.两种主接线方案的技术经济比较(表3-1)表3-1：两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变的主接线方案装设两台主变的主接线方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性满足要求满足要求供电质量由于一台主变，容量较大，电压损耗略大由于两台主变并列，电压损耗略小灵活方便性只有一台主变，灵活性较差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额参照工厂供电设计指导，由表查得S91600单价为15.18万元，而由表查得变压器的综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为215.18万元=30.36万元由表查得S91250单价为12.4万元，因此两台综合投资为412.4万元=49.6万元，比一台主变方案多投资19.24万元高压开关柜(含计量柜)的综合投资额GG-1A(F)型柜为2.5+1.95+22.54=7.28万元，综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为1.57.28万元=10.92万元本方案采用6台GG-1A(F)型柜，总投资为1.15+2.43+2.5+1.35+2.54+1.95=9.69万元，其综合投资约为1.59.69万元=14.535万元，比一台主变方案多投资3.615万元电力变压器和高压开关柜的年运行费用主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为30.365%+10.926%+(30.36+10.92)6%=4.65万元主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为49.65%+14.5356%+(49.6+14.535)6%=7.2万元,比一台主变方案多投资2.55万元交供电部门的一次性供电贴费按800元/KVA计，贴费为16000.08万元=128万元贴费为212500.08万元=200万元，比一台主变方案多交72万元从上表可知，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，则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，方案1比方案2节省397.405万元，因此决定采用装设一台主变的方案(方案1)。第四章 短路电流的计算一、绘制计算电路(如图4-1所示)二、选择基准设Sd=100MVA，Ud=UN即高压侧Ud1=10.5KV，低压侧Ud2=0.4KV则三、计算短路电路中各元件的电抗标么值如下1.电力系统：X*1= Sd/Sn =100MVA /500MVA =0.22.架空线路：查表得LGJ-150的X0=0.36 /km，而线路长8 km，故 X*2=(0.368) Sd/Ue2=100MVA /(10.5 KV)2=2.63.电力变压器：查表得Uz%=4.5故X*3=Uz%/ 100 Sd/ Se =4.5/100100MVA /1600 KVA=2.8绘制等效电路，如图4-2所示：四、计算k-1点(10.5KV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量1.总电抗标么值X*(k-1)= X*1+ X*2=0.2+2.6=2.82.三相短路电流周期分量有效值I (3)k-1= Id1 / X*(k-1)=5.5KA /2.8=1.96 KA3.其它短路电流I (3) = I(3)= I(3)k-1=1.96 KAi(3)sh = 2.55 I(3) =2.551.96KA=5.0KAI (3)sh = 1.51 I(3) =1.511.96KA=2.96KA 4.三相短路容量S(3)k-1= Sd / X*(k-1)= 100MVA /2.8=35.7 MVA五、计算k-2点(0.4KV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量1.总电抗标么值X*(k-2)= X*1+ X*2+ X*3=0.2+2.6+4.5=7.32.三相短路电流周期分量有效值 I (3)k-2= Id2 / X*(k-2)=144KA /5.6=25.7 KA3.其它短路电流I(3) = I (3)= I(3)k-2=25.7 KAi(3)sh = 1.84I(3) =1.8425.7KA=47.3KA I (3)sh = 1.09 I(3) =1.0925.7KA=28.01KA4.三相短路容量S(3)k-2= Sd / X*(k-2)= 100MVA /5.6=17.85MVA以上计算结果综合如表4-1所示表4-1：短路计算结果短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/KVAI (3)kI(3)I (3)i(3)shI (3)sh S(3)kK-11.961.961.9652.9635.7K-225.725.725.747.328.0117.85第五章 变电所一次设备的选择校验一、10KV侧一次设备的选择校验(见表5-1所示)：表5-1：10KV侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电压电流A断流能力动稳定度(KA)热稳定度其它装置地点条件参数UNI30I (3)ki(3)shI (3)2t ima数据10KV92.371.96KA5.0KA1.9621.9=7.3一次设备型号规格高压少油断路器SN10-10I/63010KV63016KA40KA1622=512高压隔离开关GN86-10T/20010KV20025.5KA1025=500高压熔断器RN2-1010KV0.550KA电压互感器JDJ-1010/0.1KV电流互感器LQJ-1010KV100/52250.1KA=31.8(900.1)21=81二次负荷电压互感器JDZJ-1010/0.1/0.1/3KV避雷器FS4-1010KV户外式高压隔离开关GW4-15G/20015KV200表5-1所选设备均满足要求。二、380V侧一次设备的选择校验(见表5-2所示)：表5-2：380V侧一次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UNI30I (3)ki(3)shI (3)2t ima数据380V1383A25.7KA47.3KA25.720.7=462.3一次设备型号规格额定参数UNIN IimaxI2tt低压断路器DW15-1500/3电动380V1500A40KV低压断路器DZ20 -630380V630A(大于I30)一般30KA低压断路器DZ20 -220380V200A(大于I30)一般25KA低压刀开关HD13 -1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V160/5A 100/5A表5-2所选设备均满足要求。三、高低压母线的选择参照880264电力变压器室布置标准图集的规定，10KV母线选用LMY-3(404)，即母线尺寸为40mm4mm；380V母线选用LMY-3(12010)+806，即母线尺寸为120mm10mm，中性母线尺寸为80mm6mm。第六章 变电所进出线和与邻近单位联络线的选择一、10KV高压进线和引入电缆的选择1.10KV高压进线的选择校验根据资料情况，高压进线可采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10KV公用干线。按发热条件选择。取I30 =I1N.T =92.37A及室外环境温度33，查表得，初选LJ-16，其35时的Ial95AI30，满足发热条件。校验机械强度查表得，最小允许截面Amin =35mm2，因此LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。由于此线路很短，电压损耗很小，可忽略不计，故不需校验电压损耗。2.由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验根据工作环境及要求，采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。按发热条件选择。由I30 =I1N.T =92.37A及室外环境温度25，查GB50217-94电力工程电缆设计规范，初选35mm2的交联电缆，其Ial=105AI30，满足发热条件。校验短路热稳定。查表得，满足短路热稳定的最小截面式中的C值由表查得。因此YJL22-10000-335电缆满足要求。二、380V低压出线的选择1.馈电给1号车间(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。按发热条件选择。由I30 =267A及室外环境温度25，查表得，初选缆芯截面为185mm2的聚氯乙烯电缆，其Ial= 273AI30，满足发热条件。校验电压损耗由于此线路很短，不需校验电压损耗。校验短路热稳定。查表得，满足短路热稳定的最小截面因为A156满足发热条件。(2)电压损耗校验由图2-1所示，在平面图上量得变电所到2号厂房距离约为80m，查工厂供电设计指导表8-41得：70mm2的铝芯电缆的R0=0.54/Km，X0=0.07/Km，且P30=64.2KW，Q30=79.8KVar，则即满足允许电压损耗5的要求。(3)短路热稳定度校验因为AI30=235A满足发热条件。(2)电压损耗校验由图2-1所示，在平面图上量得变电所到3号厂房距离约为108m，查工厂供电设计指导表8-41得：150mm2的铝芯电缆的R0=0.25/Km，(75)X0=0.07/Km，且P30=98KW，Q30=119.7KVar，则即满足允许电压损耗5的要求。(3)短路热稳定度校验由上得知因为AAmin，不满足短路热稳定要求，所以改选缆芯为240mm2的聚氯乙烯电缆，中性线按选择，则金工车间的电缆型号为VLV22-1000-3240+1120的四芯电缆。4.工具车间(4号厂房)的线路选择VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。(1)按发热条件选择由I30=157A及年最热月地下0.8m处土壤平均温度为25，查GB50217-94电力工程电缆设计规范，初选其截面积为70mm2，其Ial=157A=I30满足发热条件。(2)电压损耗校验由图2-1所示，在平面图上量得变电所到4号厂房距离约为14m，查工厂供电设计指导表8-41得：70mm2的铝芯电缆的R0=0.54/Km，(75)X0=0.07/Km，且P30=65.6KW，Q30=79.8KVar，则即满足允许电压损耗5的要求。(3)短路热稳定度校验由上得知因为AI30=226A满足发热条件，按规定中性线和保护线也选为150 mm2与相线截面积相同，即选用BV-1000-1150 mm2，塑料导线5根穿内径90mm的硬塑管。(2)检验机械强度查表8-34，得知最小允许截面为Amin=1.0mm2，因此上面所选150mm2的相线满足机械强度要求。(3)电压损耗校验所选穿管线估计长度为50m，查工厂供电设计指导表8-38得： R0=0.14/Km，(75)X0=0.08/Km，且P30=108KW，Q30=102KVar，则即满足允许电压损耗5的要求。6.热处理车间(6号厂房)的线路选择VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。(1)按发热条件选择由I30=147A及年最热月地下0.8m处土壤平均温度为25，查GB50217-94电力工程电缆设计规范，初选其截面积为70mm2，其Ial=157AI30=147A满足发热条件。(2)电压损耗校验由图2-1所示，在平面图上量得变电所到6号厂房距离约为80m，查工厂供电设计指导表8-41得：70mm2的铝芯电缆的R0=0.54/Km，(75)X0=0.07/Km，且P30=79KW，Q30=56.3KVar，则即满足允许电压损耗5的要求。(3)短路热稳定度校验由上得知因为AI30=147A满足发热条件。(2)电压损耗校验由图2-1所示，在平面图上量得变电所到7号厂房距离约为108m，查工厂供电设计指导表8-41得：70mm2的铝芯电缆的R0=0.54/Km，(75)X0=0.07/Km，且P30=66.3KW，Q30=70.2KVar，则即满足允许电压损耗5的要求。(3)短路热稳定度校验由上得知因为AI30=73A满足发热条件。(2)电压损耗校验由图2-1所示，在平面图上量得变电所到8号厂房距离约为70m，查工厂供电设计指导表8-41得：70mm2的铝芯电缆的R0=1.51/Km，(75)X0=0.075/Km，且P30=33.2KW，Q30=35.1KVar，则即满足允许电压损耗5的要求。(3)短路热稳定度校验由上得知因为AI30=140A满足发热条件。(2)电压损耗校验由图2-1所示，在平面图上量得变电所到9号厂房距离约为70m，查工厂供电设计指导表8-41得：70mm2的铝芯电缆的R0=0.54/Km，(75)X0=0.07/Km，且P30=65.05KW，Q30=65.3KVar，则即满足允许电压损耗5的要求。(3)短路热稳定度校验由上得知因为AI30=17A满足发热条件。(2)电压损耗校验由图2-1所示，在平面图上量得变电所到10号厂房距离约为60m，查工厂供电设计指导表8-41得：4mm2的铝芯电缆的R0=9.45/Km，(75)X0=0.093/Km，且P30=10.6KW，Q30=4.32KVar，则即满足允许电压损耗5的要求。(3)短路热稳定度校验由上得知因为AI30=472A，满足发热条件。(2)校验机械强度查得最小允许截面Amin=16mm2，因此LJ-240满足机械强度要求。(3)电压损耗校验由图2-1所示，在平面图上量得变电所到生活区负荷中心距离约为150m，查工厂供电设计指导表8-38得：R0=0.14/Km，(75)X0=0.3/Km(按线间几何均距0.8m计)，又P30=280KW，Q30=134.4KVar，则即满足允许电压损耗5的要求。中性线采用LJ-120铝绞线。三、作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相近约2 km的邻近单位变配电所的10K母线相联。按发热条件选择工厂二级负荷容量共417KVA，由I30 =24.1A及环境温度(年最热月平均气温)26，查表得，初选截面为25 mm2的交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，其Ial 90 AI30，满足发热条件。校验电压损耗由表查得缆芯25 mm2的铝芯电缆的R0=1.54/km(缆芯温度按80计)，X0=0.12/km，而二级负荷的P30=(126.4+108+65.05)=299.45kw，Q30=(122.4+102+65.3)=289.7kvar，线路按2Km计，因此因此满足允许电压损耗5%的要求。校验短路热稳定按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯为25 mm2的交联电缆是满足热稳定要求的。而邻近单位10KV的短路数据不知，因此该联络线的短路热稳定校验无法进行计算。综合以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表6-1所示。表6-1：变电所进出线和联络线的型号规格线路名称导线或电缆的型号规格10KV电源进线LJ-35铝绞线(三相三线架空)主变引入电缆YJL22-10000-325交联电缆(直埋)380V低压出线至1号车间VLV22-1000-3240+1120的四芯塑料电缆(直埋)至2号车间VLV22-1000-3240+1120的四芯塑料电缆(直埋)至3号车间VLV22-1000-3240+1120的四芯塑料电缆(直埋)至4号车间VLV22-1000-3240+1120的四芯塑料电缆(直埋)至5号车间BV-1000-14铜芯线5根穿内径90mm硬塑管至6号车间VLV22-1000-3240+1120的四芯塑料电缆(直埋)至7号车间VLV22-1000-3240+1120的四芯塑料电缆(直埋)至8号车间VLV22-1000-3240+1120的四芯塑料电缆(直埋)至9号车间VLV22-1000-3240+1120的四芯塑料电缆(直埋)至10号车间VLV22-1000-3240+1120的四芯塑料电缆(直埋)至生活区3LJ-240+1LJ-120(三相四线架空)与邻近单位10KV联络线YJL22-10000-325交联电缆(直埋)第七章 变电所二次回路方案的选择与继电保护整定一、高压断路器的操动机构控制与信号回路断路器采用手力操动机构，其控制与信号回路如图7-1所示。二、变电所的电能计量回路变电所的高压侧装投专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并据以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部分加封和管理。三、变电所的测量和绝缘监察回路变电所的高压侧装有电压互感器避雷柜，其中电压互感器为3个JDZJ-10型，组成Yo/Yo/(开口三角形)的结线，用以实现电压测量和绝缘监察，其结线图见图7-2所示。作为备用电源的高压联络线上，装有三相有功电度表、三相无功电度表和电流表。结线如图7-3 所示。高压进线上，亦装有电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装有三相四线有功电度表。低压并联电容器组线路上，装有无功电度表。每一回路均装有电流表。低压母线装有电压表。仪表的准确度等级按规范要求。四、变电所的保护装置1.主变压器的继电保护装置装设瓦斯保护当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯，应动作于高压侧断路器。装设定时限过电流保护采用DL型电磁式两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。过电流保护动作电流的整定：最大负荷电流为：保护的一次起动电流按躲过线路最大负荷电流整定：K w可靠系数，取1K rel自起动系数，取1.2K re返回系数，取0.8 KiCT变比100/5过电流保护动作时间的整定：因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过流保护的动作时间为t1t2+0.5=0+0.5=0.5s(10倍动作电流动作时间)，即整定为最短的0.5S。过电流保护灵敏系数的检验：因此其保护灵敏度为：Sp=890A/278A=3.21.5满足灵敏系数1.5的要求。装设电流速断保护：因其是终端负荷，过电流动作时限为0.5s，故可不装设电流速断保护。2.作为备用电源的高压联络线的继电保护装置装设定时限过电流保护：亦采用DL、电磁式过电流继电器两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。过电流保护动作电流的整定：IL. max= 2I 30 ，取I 30 =0.692.37A=55.4A，K rel=1.2，K w=1，K re =0.8，Ki=50/5=10，KT=10/0.4=25，因此动作电流为：I op=（Krel K w / K re Ki）Ik. max=(1.21/0.810) 255.4A=17.9A。 过电流保护动作时间的整定：按终端保护考虑，动作时间整定为0.5S。过电流保护灵敏系数：因无邻近单位变电所10KV母线经联络线至本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏系数，从略。装设电流速断保护：因无邻近单位变电所10KV母线经联络线至本厂变电所高低压母线的短路数据，无法整定计算和检验灵敏系数，从略。3.变电所低压侧的保护装置低压总开关采用DW15-1500/3型低