机械厂变电所及其低压配电系统设计

机械厂变电所及其低压配电系统设计题目机械厂变电所及其低压配电系统设计学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化承担指导任务单位电气工程系导师姓名导师职称讲师一、设计内容1由总降压变电所的配出电压和用电设备的电压要求，参考国际规定的标准电压等确定车间变电所的电压级别。2计算负荷采用需用的系数法，计算出单台设备支线、用电设备组干线和车间变电所低压母线和进线的计算负荷。3由计算负荷结果，确定补偿方式，计算出补偿容量，选择电容器个数。4按对负荷可靠性要求，确定车间变电所电气主接线。5按车间变电所低压母线的计算负荷，确定变电器的容量和台数。6导线截面积的选择，支线和干线按发热条件选择，进线电缆按经济电缆密度选择，按允许发热，电压损失和短路的热进线校验。7短路电流计算，绘制计算电路和等值电路图，确定短路点，计算出各短路点的最大和最小短路电流值及短路容量。8车间变电所低压母线按发热条件选择，按短路的热合力校验。9按国家规定的标准符号和图符，用CAD画出车间变电所的电气主接线图、车间配电系统和配电平面图。二、设计要求1说明书要简明扼要，计算要有公式根据，结果要列表计入，必要数据及资料要注明出处。2设计图样要符合国家标准，采用图形符号和文字符号。3按教学大纲要求，必要设计应包括和设计内容相关的英文资料翻译一份。4要列出参考书目文献。5要有设计结论或总结或体会。三、设计基础资料1机加车间负荷全部为三级负荷，对供电可靠性要求不高。2车间平面布置图如附录下图1所示。车间电气设备各细表如附录B中表1所示另外车间低压母线专供负荷如附录B中表2所示车间变电所电源原始数据如下所示1车间采用三班制。年最大有功负荷利用小时数为5500H。2供电电源条件1从本厂35/10KV总降变电所用架空线引进10KV电源，该变电所距本车间南03KM。2二次母线最大短路容量为250MVA，最小短路容量为200MVA。3供电部门提出的技术要求如下A工厂总降压变电所10KV配电出线定时限过电流保护装置的整定时间TP13S。B车间最大负荷时功率因数不得低于09。C在车间变电所10KV侧进行计量。D供电贴费为700元/KVA。4工厂自然条件。气象条件。年最高气温38度，年平均气温35度，年最低气温8度，年最热月平均最高温30度，年最热月地下071米处平均温度20度，常年主导风向为南风；年雷暴日180天；土壤冻结深度11米。地质水文资料。平均海拔200米，地层以沙质黏土为主，地下水位35米，地耐压力位20吨每平方米。1021431565678978123426830132419224023低低低图1车间平面布置图三、进度安排1第1周第2周资料收集，完成开题报告。2第3周第4周确定设计方案。3第5周第7周完成负荷计算，主接线图设计。4第8周中期检测。5第9周第12周完成二次回路和继电保护，绘图，撰写论文。6第13周第14周论文审核，完稿。7第15周第16周毕业答辩。教研室主任签字时间年月日摘要本次设计紧密结合实际，通过查找大量相关资料和依据国家规范的用电要求，建立起适合自身生产和发展需要的变电所。根据课题提供的机械厂的用电负荷和供电条件，通过需要系数法完成负荷计算，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所主变压器的台数与容量、类型；根据电气主接线的四点基本原则确定出电气主接线的设计方案；选定短路点进行短路电流计算，并通过短路点的短路电流选择高低压电气设备并进行校验；选择变电所进出线并进行校验；确定二次回路方案，合理选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置。该设计从全局出发，按照负荷性质，用电容量等做出了合理的设计。最后按照任务书的要求，分析比较所得数据，画出主接线图和供电平面布置图。并运用AUTOCAD制图软件绘制相应设计图。关键词变电所负荷计算短路电流继电保护ABSTRACTTHECONTENTOFTHISDESIGNISCOLSELYLINKEDWITHPRACTICE,BYLOOKINGUPLARGEAMOUNTOFRELEVANTDATAANDONTHEBASISOFTHENATIONALSTANDARDREQUIREMENTSOFELECTRICITY,ESTABLISHTHESUBSTATIONOFSUITABLEPRODUCTIONANDDEVELOPMENTNEEDSTHISDESIGNISACCORDINGTOTHETOPICMECHANICALFACTORYOFPOWERLOADANDPOWERSUPPLYCONDITIONS,BYTHENEEDCONEFFICIENTMETHODTOCOMPLETELOADCALCULATONANDWITHDUEREGARDTOTHEDEVELOPMENTOFFACTORYPRODUCTION,INACCORDANCEWITHTHEREQUIREMENTSFORSAFEANDRELIABLE,ADVANCEDTECHNOLOGY,REASONABLEECONOMY,DETERMINETHENUMBEROFMAINTRANSFORMERSUBSTATIONWITHCAPACITY,TYPEACCORDINGTOTHEMAINELECTRICALWIRINGFOURBASICPRINCIPLES,IDENTIFYTHEMAINELECTRICALWIRINGDESIGNPROJECTSELECTEDSHORTCIRCUITPOINTARESHORTOFCIRCUITCALCULATION,ANDTHROUGHTHESHORTCIRCUITPOINTSHORTCIRCUITCURRENT,CHOOSEHIGHANDLOWVOLTAGEDEVICESANDCHECKTHEMCHOOSEQUALIFYANDCHECKINSUBSTATIONDETERMINETHESECONDARYCIRCUITSCHEMESELECTIONSETTINGRELAYINGPROTECTION,DETERMINETHELIGHTNINGPROTECTIONANDGROUNDINGDEVICETHISDESIGNFROMTHEOVERALLSITUATION,ACCORDINGTOLOADPROPERTIES,SUCHASPOWERCAPACITYMADEREASONABLEDESIGNFINALLYDOCOMPLETETHEPROJECTREQUIREMENTS，DESIGNCALCULATIONSPECIFICATIONS,ANDDRAWTHEMAINHOOKUPANDELECTRICITYLAYOUTANDUSINGTHEAUTOCADDRAWINGSOFTWARERENDERINGTHECORRESPONDINGDESIGNKEYWORDSPOWERSUBSTATIONLOADSTATISTICSSHORTCIRCUITCURRENTRELAYPROTECTION目录第1章绪论111课题的研究背景112国内外研究现状113论文主要内容1第2章负荷计算221单组用电设备计算负荷的计算公式222多组用电设备计算负荷的计算公式2第3章无功功率补偿631低压母线计算负荷632计算变电所变压器一次侧计算负荷7第4章确定车间变电所变压器容量和数量及主结线方案941变压器容量的确定方法942根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量943主接线方案的技术经济比较1044车间变电所电气主接线图10第5章短路计算1251绘制计算电路1252短路电流计算12521计算各元器件基准电抗标幺值12522计算K1点和K2点短路电流13523最大运行方式下其他短路电流计算13524最小运行方式下其他短路电流计算13525短路容量14第6章变电所一次设备的选择与校验1561一次设备选择与校验的条件与项目15611按正常工作条件选择15612按短路条件选择15613断路器型式的选择16614隔离开关的选择16615低压断路器的选择、整定与校验17616电流互感器的选择与校验1862本变电所高低压电气设备的选择19621高压10KV侧设备选择与校验19622低压380V侧一次设备选择与校验20第7章选择车间变电所进出线选择与校验2171选择母线截面积2172变电所进出线的选择2172110KV高压进线和引入电缆的选择21722380V低压出线选择22第8章车间配电线路设计2681车间配电线路结线方案2682选择低压配电系统的导线及控制保护设备26821低压干线导线截面选择和校验26822各用电设备导线选择和保护设备选择28823低压动力配电箱的选择28第9章继电保护的整定3191继电保护的任务3192继电保护装置3193高压线路的继电保护31931装设反时限过流保护31932装设电流速断保护33933备用电源自动投入装置3494主变压器保护34941装设瓦斯保护34942装设反时限过流保护35943装设电流速断保护37944变电所低压侧的保护装置38第10章变电所二次回路方案的选择39101二次回路电源的选择39102高压断路器的控制39103电测量仪表与绝缘监视装置401031电测量仪表401032绝缘监视回路41第11章防雷保护和接地装置的设计42111防雷保护421111直接防雷保护421112变配电所的防雷措施42112接地装置421121接地与接地装置定义421122确定此配电所公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢43第12章结论与展望44121结论44122展望44参考文献45致谢46附录47附录A外文资料47附录B工厂车间负荷统计表55第1章绪论11课题的研究背景电能是现代化工业生产的主要能源和动力，工业生产应用电能和实现电气化后，能大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。但是，工厂的电能供应如果突然中断，则将对工业生产造成严重的后果，甚至可能发生重大的设备损坏事故或人身伤亡事故；因此，如何正确计算、选择变电所的变压器容量及其它主要电气设备和画出该工厂的电气接线图是对工厂及其重要的必不可少的一个过程。12国内外研究现状自20世纪80年代末至今，我国变电所在新技术运用上得到了飞速发展，如变电所监控技术，可通过远程监测、遥控和数据采集等来实时跟踪和采集变电所运行情况，反馈状态信息，及时控制各种危险事故；同时仿真技术也在变电所得到广泛的应用，对变电所电力设备接线图进行仿真，在变电所运行人员的培训中起到重要作用，提高了培训效率，进一步提高运行人员的判断和处理事故的能力，防止事故扩大化，从而确保电网安全、可靠、经济运行；另外输电技术也得到更新如FACTS技术、紧凑型技术、导线能改善等技术的结合，主要有1串并联补偿；2紧凑型线路；3动态无功补偿技术；4大截面耐热导线等。我国变电所的主要现状是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电所转变，交流传输向直流传输转变，国外主要是交流传输向直流传输转变。13论文主要内容机械厂的供电系统由变电、输电、配电三个环节组成，且这三个环节环环相扣，其次，供电系统一次系统较为简单，二次系统相对复杂。本设计主要内容包括变电所的负荷计算和变压器的选择、电器主接线的拟定与短路计算、变电所电气设备的选择校验、继电保护方案的拟定以及变电所的防雷与接地保护。低压配电系统设计包括配电变电所、高压配电线路、配电变压器、低压配电线路以及相应的控制保护设备的选择。第2章负荷计算21单组用电设备计算负荷的计算公式1有功计算负荷单位为KWKDPE21302无功计算负荷单位为KVAR2230QTAN3视在计算负荷单位为KVA2330SCOSP4计算电流单位为A2430INU22多组用电设备计算负荷的计算公式1有功计算负荷单位为KW2530IP30PK式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取30PP0900952无功计算负荷单位为KVAR26I30Q30Q式中是所有设备无功计算负荷之和；是无功负荷同时系数，可取30QQK090973视在计算负荷单位为KVA2730S230P4计算电流单位为A2830INUS机加工车间计算负荷拟将机加工车间分为三组14号设备和2534号设备为一组；518号设备为一组；1924号设备为一组。1组计算负荷P300936164784242723439KW473KW34250410PIIPKKVAR850KVAR240716851629534250410Q3IIQQKVA798347222303PS510KVA69N0UI2组计算负荷P30KP398KWQ30KQ31521KVAR18530I18530IKVA6238923030QS76KVANUI3组计算负荷KW81791508679024193P0IKVAR726AR23425241930Q30IQKVA71768123030PS9KVANUI故机加工车间总计算负荷为P304733988882KW1759KWQ30505783152167716KVAR1497KVARKVA231714952223030S30KV8ANUI机加车间负荷计算结果列表汇总如表21所示。表21机加车间负荷计算结果计算负荷干线代号配电箱代号设备代号设备名称单台容量/KWKDCOSTANP30Q30S3013普通车床C61403602081072362614工具磨床M60251450208306716511AP1总计（380）19450804733525925吊车5T2528201506511734394022629镗床T684980208075784588AP2总计（380）67406638437857973032插床B50323402082072416833,34万能磨床M131W268402081072274197WL1AP3总计（380）25684633475785,16砂轮机S3SL3002150208207060426平面磨床M7130760208207864607,8,9牛头刨床B6050340208207241681012普通车床C6163460208107209221315普通车床C6201376020810724563317,18单臂龙门刨床B101267802081072271196WL2AP4总计（380）19483983135506619龙门刨床B20166680208107277675624WL3AP520,21,23普通车床C6303101250208107260844续表21计算负荷干线代号配电箱代号设备代号设备名称单台容量/KWKDCOSTANP30Q30S3022立式钻床Z5354625020807551738224摇臂钻床Z35850208207977682WL3AP5总计（380）1103888267721117WL1112506847350586927WL21948078539831355066WL311030795888267721117机加工车间总计417607617591497231车间变电所负荷计算结果列表汇总如表22所示。表22车间变电所负荷计算结果设备名称功率因数计算负荷P30KW无功负荷Q30KW视在负荷S30KVA计算电流I30A机加车间076175914972313531金工车间07110098140213汽修车间0698286119181备品车间0618295125189锅炉房05755809711475照明回路1045045684总计540508774211273变压器低压侧总计算负荷071486483685410413第3章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1。31低压母线计算负荷低压母线的计算负荷为各回路干线负荷之和，应乘以同时系数（或称为参差系数或称为综合系数）。P30MKP09175910082825545KW486KW6130IQ30MKQ0951497988695800KVAR483KVAR6130IKVA4685438622M30M30PS10KVA5N30UI7VAR468WCOSM301S由上可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有071。而供电部门要求该厂进线侧最大负荷时的功率因数不应低于090。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大功率因数应稍大于090，暂取092来计算380V侧所需无功功率补偿容量。1补偿容量的确定QCP30TAN1TAN2485KVAR09920426275KVAR取QC300KVAR2选择补偿装置参照图31，选PGJ1型低压自动补偿屏2，1、3屏各有6条支路，每屏共84KVAR，分6步控制，每步投入14KVAR，并联电容器为BW04143型，采用其方案1主屏1台与方案3辅屏3台相结合，总容量为84KVAR4336KVAR300KVAR。主屏辅屏1方案6支路3方案6支路2方案8支路4方案8支路CC图31PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案补偿后变电所变压器380V侧计算负荷KW486M30PQQQ483300KVAR183KVARCKVA351923030S78NM30UI故满足要求。9203KVA519W486COS301SP32计算变电所变压器一次侧计算负荷1估算变压器功率损耗KVAR231VA590608715M3TSQP2估算进线负荷KVAR214AR83KVR231W47M0T3019170KV3457W892COS3KV3457K214301N0101223SPUIQS由上述可得补偿前后变压器高低压侧计算负荷如表31所示。表31补偿前后变压器高低侧负荷计算计算负荷项目COSP30KWQ30KVARS30KVAI30A380V侧补偿前负荷071486483685410413380V侧无功补偿容量300380V侧补偿后负荷0934861835193789主变压器功率损耗78311610KV侧补偿前负荷0917492821425373431第4章确定车间变电所变压器容量和数量及主结线方案41变压器容量的确定方法1只装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要1。2装有两台变压器的变电所，每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条件任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要；任一台变压器单独运行时，宜满足全部用电容量设备6070的需要1。3变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的7080为宜，以提高运行率1。42根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量下列有下列两种方案可供选择1装设一台主变压器，型号采用S11型，而容量根据式，为主变30TNSNT压器容量，为总的计算负荷。选630KVA53734KVA，即选一台S1130SNTS30S630/10型低损耗配电变压器。2装设两台主变压器，型号宜采用S11型，而每台变压器容量根据式41、42选择，即322376KVA41706NTS30S一台工作时SNTSNT376KVA42因此选择两台容量为S11400/10型低损耗配电变压器。主变压器的联结组均采用YYN0。技术数据如表41所示。表41S11型电力变压器技术数据型号额定容量KVANTS空载损耗W0P负荷损耗K空载电源0I短路阻抗KU连接组别标号参考价/台元S116306300805621045YYN055000S11400400056543104YYN04000043主接线方案的技术经济比较表42主接线方案的技术经济比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求基本满足要求供电质量一台主变，电压损耗较大两台主变并列，电压损耗较小灵活方便性一台主变，灵活性稍差有两台主变，灵活性较好技技术指标扩建适应性稍差一些更好一些电力变压器的综合投资额查得S11630/10的单价为55万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为25500011万元查得S11400/10的单价为4万元，因此两台变压器的综合投资约为4416万元，比一台主变方案多投资5万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查资料得GG1AF型柜可按每台4万元计，其综合投资可按设备的15倍计，因此高压开关柜的综合投资约为415424万元本方案采用6台GG1AF柜，其综合投资可按设备的15倍计，综合投资约为615436万元，比一台主变方案多投资12万元电力变压器和高压开关柜的年运行费查资料得，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每元24006144万元1424006228万元总计4431万元查表32，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年21320051066万元36006216万元21323600634392万元总计6665万元比一台主变方案多投资2234万元经经济指标供电贴费主变容量每KVA为007万元，供电贴费为630KVA007万元/KVA441万元供电贴费为2400KVA007万元56万元，比一台主变多交12万元从表42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的主接线方案。44车间变电所电气主接线图本设计高压室共装设6面高压开关柜NO101NO106、两路电源进线和一路高压出线。高压室的两路10KV电源进线均为架空进线。根据GBT500632008电力装置的电气测量仪表装置设计规范规定“电力用户处的电能计量装置，宜采用全国统一标准的电能计量柜。”“装设在63KV以下的电力用户处电能计量点的计费电能表，应装设专用的互感器。”3因此在两路电源进线的主开关柜之前，各装设一台GG1AJ03型高压计量柜NO101和NO105，其中的电压互感器和电流互感器只用来连接计费电能表。装设进线断路器的高压开关柜NO102和NO106，因需与计量柜相连，因此采用GG1AF11型。由于进线采用高压断路器控制，所以切换操作十分灵活方便。考虑到进线断路器在检修时有可能两端来电，因此为保证断路器检修时的人身安全，断路器两侧都必须装设高压隔离开关。高压室的高压母线采用单母线制，两路电源进线，一路电源工作，一路备用。该设计采用备用电源自动投入装置，当工作电源进线发生故障或进行检修时，在切除该该进线后，自动投入备用电源即可使整个配电所恢复供电。为了测量、监视、保护和控制主电路设备的需要，每段母线电压互感器，进线上和出线上均串接有电流互感器。图中的高压电流互感器均有两个二次绕组，其中一个接测量装置，另一个接继电保护装置。为了防止雷电过电压侵入配电所时击毁其中的电气设备，高压母线上装设了避雷器。避雷器与电压互感器同装在一个高压柜内，且共用一组高压隔离开关3。高压室高压出线经隔离开关断路器隔离开关配电给车间变电所。车间变电所设有1台变压器、7台低压配电屏NO201NO207、1台无功功率自动补偿屏NO208和7路低压出线。电气主接线图见附录C第5章短路计算51绘制计算电路根据所给资料和负荷计算可画出短路计算电路和短路计算等效电路分别如图51、51所示。K1K203KM105KVS9630/1004KV231系统图51短路计算电路SXK1K2XLXT图52短路计算等效电路52短路电流计算短路电流计算目的是为了选择和校验车间变电所高、低压电气设备及提供继电保护整定计算所需要的技术数据。因此应计算在最大运行方式下和最小运行方式下的短路电流值。52计算各元器件基准电抗标幺值1确定基准值选区基准容量SD100MVA，基准电压UD1105KV，UD204KV，基准电流KA14V03M,KA5V103M2D1D1II2计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值由原始材料可知SKMAX250MVASKMIN200MVASK340MVA251,50MVA21MAXKDINSMINKDAXSSXSX架空线路的电抗标幺值10K5130522D1WLU电力变压器的电抗标幺值查附录表51查的45K17VA630M15410NTDKTSX522计算K1点和K2点短路电流50146WLMINSIN1KAXAXXXKA7184,KA95186742960K5,057MAX2KDIN2MIN2KDAX2KA1MI1I1A1TINKIN2KAX1AXXII