某中控柜架公司供配电系统电气部分初步设计

1、黄石理工学院电气与电子信息工程学院供配电工程课程设计报告设计题目：姓名：专业：班级：学号：起止时间：地点：指导教师：完成时间：年月日供配电工程课程设计任务书（8）一、设计题目某中控柜架公司供配电系统电气部分初步设计二、设计目的及要求通过本课程设计，熟悉现行国家标准和设计规范，树立起技术与工程经济相统一的辨证观点； 培养综合应用所学理论知识分析解决工程实际问题的能力；掌握电气工程设计计算的方法，为今后从事电力工程设计、建设、运行及管理工作，打下必要的基础。要求根据用户所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，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， 确定配电所及车间

2、变电所的位置与型式，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定车间变电所主变压器的台数与容量、型，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。类三、设计依据1、工厂负荷情况该公司是一家专业制造GCS、 GCK、 MNS、 GGD等低压及XGN、 GZSI、 HXGN、 KYN、GGIA等高压开关柜柜体的技术密集型企业，下设有数控剪板车间、数控锻冲车间、 数控折弯车间、全自动型材流水线车间、高精度专业电焊车间、全密闭喷涂磷化车间、自动化组装车间、智能式检验侯审车间等。该公司多数车间为两班制，年最大负荷利用小时数为4500 小时，日最大负荷持续时间6 小时。按二级负荷设计。该公司负荷统计资料如表所

3、示。表 负荷统计资料编号厂房名称设备容量 /kW需要系数功率因数1剪板车间8500.550.702锻冲车间7300.500.753折弯车间5800.500.754型材车间4400 450 755电焊车间3900.500.756喷涂磷化车间3000.450.707组装车间2400.450.708检验车间1400.550.809综合楼2300.800.852、供电电源情况按照工厂与当地电业部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近 35/10kV地区变电站取得工作电源，距厂约为5km。10kV 母线短路数据：Sk3.max 200MVA 、 Sk3.min110MVA ， 其出口断路器配备有定时限过电

4、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1.5s 。要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90 。3气象资料本厂所在地区的年最高气温为40，年平均气温为25，年最低气温为2，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下0.8m 处平均温度为25。当地主导风向为东南风，年雷暴日数为52.2 天。4地质水文资料本厂所在地区平均海拔200m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。5电费制度本厂与当地供电部门达成协议， 在工厂变电所高压侧计量电能， 设专用计量柜， 按两部电价制交纳电费。基本电价 20 元 / 千伏安 / 月，电度电价 0.5 元 / 度。四、设计任务设

5、计内容包括： 负荷计算及无功功率的补偿计算，高压配电所所址的选择，变配电所主接线方案的选择，车间变压器位置、台数和容量的确定，高低压配电线路及导线截面选择，短路*计算和开关设备的选择，保护配置及整定计算，防雷保护与接地装置设计等。2. 负荷计算2.1 三相用电设备组负荷计算的方法有功计算负荷（ kW）PcK d Pe无功计算负荷（ kvar ）QcPc tan视在负荷计算（ kVA）ScPccos计算电流（ A）I cSc3U N需要系数 K d 设备容量 Pe功率因数 cos额定电压 U N2.2计算负荷及无功功率补偿(1) 对铸铝车间计算 ：有功计算负荷（ kW）PcK d Pe =890

6、0.8=712KW.无功计算负荷（ kvar ） QcPc tan =712 tan(arccos0.85)=441.44KW视在负荷计算（ kVA）ScPc=712/0.85=837.65 KWcos计算电流I cSc= 837.65=1272.7A3U N380 3故同上计算方法可得到各厂房及生活区的负荷计算如表1-11-1 电力负荷计算表车设计算负荷间备需要功率序厂房名tan变容系数因数号称电量/Kd/cosPc/kWQc/kvarSc/kvAIc/A所/kW11剪板车8500.550.701.02467.5476.9667.91015.1间22锻冲车7300.500.750.88365

7、.0321.9486.7739.7间33折弯车5800.500.750.88290.0255.8386.7587.7间44型材车4400450 750.88198.0174.6264.0401.3间55电焊车3900.500.750.88195.0172.0260.0395.2间66喷涂磷3000.450.701.02135.0137.7192.9293.1化车间67组装车2400.450.701.02108.0110.2154.3234.5间68检验车1400.550.800.7577.057.896.3146.3间79综合楼2300.800.850.62184.0114.0216.5329

8、.0(2) 无功功率补偿考虑到每个车间的功率不同，现如下分配： 1、2、3、4、5 号车间单独设一个车间变电所，分别为 STS1,STS2,STS3,STS4,STS5;6、7、8 分为一个变电所为 STS6；9 为单独设为一个变电所；一共有七个车间变电所，每个车间选用型式并且选用的自愈式低压并联电力电容器 BSMJ0.4-12-3 进行无功补偿。并采用低压集中补偿方式。补偿之前对每个车间变电所所供应的车间进行有功和无功求和， 再算出其视在功率和功率因素。车间变电编号所表 1-2 补偿之前各车间变电所低压侧计算负荷有功 Pc/无功 Qc/视在功率计算电流 /AKWKW功率因数Sc/kV A1S

9、TS1467.5476.9667.90.701015.12STS2365.0321.9486.70.75739.73STS3290.0255.8386.70.75587.74STS4198.0174.6264.00.75401.35STS5195.0172.0260.00.75395.26STS6320.0305.7443.50.72673.87STS7184.0114.0216.50.83475.3而供电局要求该厂10kV 进线侧最大负荷时功率因数不得低于0.9，380V 侧最大负荷时功率因数不得大于0.92。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此 380 侧最大功率因数因大于0.9，

10、暂取 0.92 来计算 380V 侧所需无功功率补偿容量。对变电所 STS1 有Qc=Pc(tan 1-tan 2)=467.5tan(arccos0.7)-tan(arccos0.92)kvar=277.79kvar. 故选择 GGJ1-01 型低压无功补偿柜（BSMJ0.4-12-3），所需安装的组数n=Qc/12=277.79/1223。所需柜数 2 台。所以实际补偿为12 24=288Kvar. 则补偿之 后 总 的 无 功 计 算 负 荷 为 Qc=476.9-288=188.9Kvar. 则 补 偿 之 后 的 总 的 视 在 功 率 为SCPC2(QCQC)2477.9KW.功率

11、因素cos=467.5/477.9=0.97.计算电流为I cSc726.1A则同理按照上面的计算方法可得如下表：1-3。其中功率补偿3U N都选用 GGJ1-01 型低压无功补偿柜 （BSMJ0.4-12-3 ），依次选用的是 2 台，2 台，1台，1 台，1台，2 台,1 台。表 1-3 补偿之后各车间变电所低压侧计算负荷编号车间变电有功 Pc/无功 Qc/实际补视在功率功率计算电所KWKW偿 KWSc/kV A因数流 /A1STS1467.5188.9288477.90.97726.12STS2365.0153.9168375.30.97570.23STS3290.0111.814429

12、8.90.97454.14STS4198.078.696200.80.98305.15STS5195.07696196.00.99297.86STS6320.0113.7192329.40.97500.57STS7184.06648184.90.98280.9考虑到车间变电所低变压器压侧折算到高压侧有损耗，即有变压器的功率损耗为：对变电所 STS1高压侧有P = P +PT = P +0.01Sc =467.5+0.01 477.9=472.279KW1CCCQ1C = QC +QT =QC +0.05Sc =188.9+0.05 477.9=212.795 Kvar对其他变电所高压侧计算有有

13、:STS2: P2C =368.753KW, Q2C =172.665KvarSTS3:P3C =292.989KW.Q3C =126.745KvarSTS4:P4C =200.008KW, Q4C =88.64KvarSTS5:P5C =196.96KW,Q5C =85.8KvarSTS6: P6C =323.294KW,Q6C =130.17KvarSTS7: P6C =323.294KW,Q6C =130.17Kvar则 PC =2040.132KW,QC =892.06Kvar.=PC22=Sc2QC2226.6KVA无功率补偿后，工厂的功率因数为：cos=0.9 0PC/ Sc2=

14、0.92因此，符合本设计的要求。2.3 车间变电所的所址和型式由于工厂属二级负荷，并且取得10kV 母线作为电源，所以变电所选用10kV/0.38kV 直降变电所。综合考虑以下几种因素后： 1、便于维护与检查；2、便于进出线； 3、保证运行安全； 4、节约土地与建筑费用； 5、适应发展要求。 2.4 变电所主变压器和主接线方案选择因为 10kV 侧 7 个变电所的视在负荷分别为： 477.9，375.3，298.9，200.8，196.0，329.4，184.9。都选一台变压器又考虑到工厂以后的发展，所以选用7台S11-M-301600/10 全密封系列变压器， 其中第一个车间变压器容量为50

15、0 kV A ，第二 个和第六个车间变压器容量为400 kV A ，三、四、五、七车间各为315 kV A 。具体参数如表2-6 所示表 2-6 变压器参数额定容量 /kV A空载损耗 P0/W短路损耗 Pk/W阻抗电压空载电流 I0%Uk%31548036504.01.140057043004.01.050068051004.01.03. 主接线方案的选择因为工厂是二级负载且考虑到供电可靠性因素， 故选择双回母线进线单母线分段接线方式单母线接线方式的优点： 简单、清晰、设备少、运行操作方便且有利于扩建。如图 3-1 和表 3-1 所示4. 短路电流的计算4.1短路电流的计算方法基准电流I d

16、SdSd3U d3U c基准电抗X dU dU c23I dSd三相短路电流周期分量有效值I k( 3)I k(3) I dI d/ X三相短路容量的计算公式Sk3U c I d / XSd / X绘制计算电路图 4-1确定基准值 设 Sd=100MVA ，Ud=Uo，即高压侧 Ud1=10.5kV,低压侧 Ud2=0.4kV，则Sd100Id15.5kA3 Ud 13 10.5Sd100Id 2144.34kA3 Ud 23 0.44.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统X maxSd100最大电抗标幺值( 3)0.9Sk min110X l minSd100最小电抗标幺值(3)0.

17、5Sk max200 架空线路X*x Sd0.35 / km5km100 MV A1.5920 U c2(10.5KV )2电力变压器X*X*% S/100 S4 10010002.534dn1001600如图 4-2因此绘制等效电路图 4-2等效电路计算 k-1 点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容抗总电抗标幺值最大总电抗标幺值X max( k 1) X l*max X 2*0.91 1.59 2.5最小总电抗标幺值X min ( k 1) X l*min X 2*0.5 1.59 2.09三相短路电流周期分量有效值最大值I(3)（）I d15.5 / 2.092.63 KAmax

18、k -1X*min( k 1)最小值(3)I d 15.5 / 2.52.2KAI min( k1)X*max( k 1)其他短路电流I min(3)I max(3)I max(3)iminsh(3)imaxsh(3)I minsh(3)I maxsh(3)I (3)I min(3)k 1)2.2KAI (3)I max(3)k 1)2.63KAI (3)I max(3)k 1)2.63KA( 3)2.55 I2.552.25.6KAmin( 3)2.552.636.7 KA2.55 I MAX( 3)1.51I1.512.23.3KAmin( 3)1.51I1.512.634.0 KAmax

19、三相短路容量（ ）S 3max( k 1)X（ 3）Smin ( k 1)XSd100*47.85MV Amin( k 1)2.09Sd100*40MV Amax( k 1)2.5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六台变压器分列运行， 取其中一个作为计算例子（第一个车间变电所 STS1），其他五个相同总电抗标幺值XXmax( k 2 ) X l*max X 2* X 3* 0.91 1.59 4 6.5 min ( k 2) X l*min X 2* X 3* 0.5 1.59 4 6.09三相短路电流周期分量有效值(3 )I d 2144 .34I

20、min( k2)X* max( k 2 )22.2KA6.5(3 )I d 2144 .34I max( k 2)X*23.7KAmin( k 2 )6.09其他短路电流在 10/0.4kV变压器二次侧低压母线发生三相短路时，一般R1 X，可取3ksh1.6，因此ish2.66I , I sh 1.31I，则：(3)I(3 )( 3)23.7KAI max( k2 )( k 2 )I max( k 2 )(3)I( 3 )( 3)22.2KAI min(k2 )( k 2 )I min( k2)imax(3)sh2.2623.753.56 KAimin(3)sh2.2622.250.17 KA

21、I max(3)sh1.1323.726.78 KAI m(3in) sh1.1322.225.09 KA三相短路容抗(3 )Sd10016.42 KVASmax ( k 2)X *6.092 )min( k(3 )Sd100Smin ( k 2 )*15.38 KV AXmax( k 2 )6.5将以上数据列成短路计算表,如表 4-1 和 4-2 所示：表 4-1最大运行方式下总电抗标幺值三相短路电流 /kA三相短路容抗 /MV A短路计算点X *I K(3)I I (3)ish(3)I sh(3)Sk(3)K-12.52.632.632.636.74.047.85K-26.522.222.

22、222.250.1725.0916.42表 4-2最小运行方式下总电抗标幺值三相短路电流 /kA三相短路容抗 /MV A短路计算点X *I K(3)I I (3)ish(3)I sh(3)Sk(3)K-12.092.22.22.25.63.340K-26.0923.723.723.753.5626.7815.385. 变电所的一次设备的选择校验供电系统的电气设备主要有断路器、 负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设备等。 电气设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求， 同时设备应工作安全可靠， 运行方便，投资经济合理。电气设备按在正常条件

23、下工作进行选择， 就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电气装置所处的位置（室内或室外） 、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。电气要求是指电气装置对设备的电压、电流、频率（一般为 50Hz）等的要求；对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑其断流能力。5.1高压设备器件的校验对于高压设备器件的校验项目见表5-1：表 5-1 高压设备器件的校验项目额定电压额定电流 /A断流能力短路电流校验电器设备名称/kV/kA动稳定热稳定真空断路器旋转式隔离开关电缆、绝缘导线高压熔断器电流互感器电压互感器设备的最大设备的额定设备的额定开断（或功按三相短路按三相短路电压应不小电

24、压应不小率）应不小稳态短路发选择校验的条件冲击电电流于装置地点于通过设备于它可能开热假象时间和流校验的额定电压的计算电流断的最大电校验流（或功率）5.2主要设备的选择校验在本设计中所用到的 10kV 的高压成套设备为 XGN2-12 型箱型固定式交流金属封闭开关设备。该设备是三相交流 50Hz 单母线及单母线带旁路系统的户内成套设备，具有安全连锁、防误性能、运行安全可靠、 真空灭弧室免维护等特点。在该设计的总降压变电所内用到该系列的开关柜有如下器件：（ 1）电流互感器 LZZJ-10 的选择和校验电流互感器应按装设地点条件及额定电压，一次电流，二次电流（一般为5A ），准确级等进行选择，并应校

25、验其短路动稳态和和热稳态。LZZJ-10 校验如表5-2 所示：表 5-2 LZZJ-10 校验安装地点的电气条件LZZJ-10序号项目数据项目数据结论1U N10kVU N10kV( 最高合格11.5kV)2IC116.3IN630A合格3I k(3)3.25I k(3)-合格4I sh(3)4.91I sh(3)50kA合格5I tima211.62kA 2.SI tima2446.25kA 2.S合格（ 2）高压熔断器 RN2-10 的选择和校验在 335kV 的电站和变电所常用的高压熔断器有户内高压限流熔断器，最高额定电压能达40.5kV ，常用的型号有RN 1、 RN 3、 RN 5

26、、 XRNM 1、 XRN T 1、 XRN T 2、 XRN T3 型，主要用于保护电力线路、电力变压器和电力电容器等设备的过载和短路；RN2和 RN 4 型额定电流均为 0.5A ， 为保护电压互感器的专用熔断器。 RN2-10 高压熔断器的选择校验如表 5-3 所示：表 5-3 RN2-10高压熔断器的选择校验表安装地点的电气条件RN2-10 高压熔断器序号项目数据项目数据结论1U N10kVU N12kV合格2I c116.3Ic200A合格3I K(3)3.25IK31.5kA合格（ 3）其他项目的校验其他项目校验包括：真空断路器 ZN28A-12/630-20， 1000-20 、

27、电压互感器JDZ-12、隔离开关 GN30-10/630-20如表 5-4 所示。表 5-4 其他校验项目选择校验项目电压电流断流能动稳定热稳定度力度结论参数UNICIK(3)i(3)shI 2tIMA安装地点的电10kV116.33.258.29合数据11.62kA 2.S气条件格参数UNINI Ki shI2t合格真空断路器(20kA) 2 4S=ZN28A-12/630-20 ，12kV630A20kA50kA合格1000-201600kA 2.S设备型电压互感器 JDZ-1212kV-合格号规格(31.5kA)2隔离开关10kV630A31.5 kA80kA合格GN30-10/630-

28、204S=3969kA2.S导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。5.3 导线与电缆的选择与校验导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线的选择：按发热条件来选择， 即满足母线容许载流量 I Ic( 计算电流 ) ，即选择 TMY-3(505).10kV 的架空线的截面选择：AAminI (3)tima / C3.251031 / 8737.4 mm2由于线路很短 ,线路末端短路电流与始端电流相差不大 ,因此以 10

29、KV 母线上短路时的短路电流进行校验，电力电缆截面选择：AAminI (3)tima / C3.251031 /14322.7mm235mm25.4 低压设备的选择与校验低压一次设备的选择校验项目和条件如表5-5、5-6 所示表 5-5 低压一次设备校验设备名称低压断路器隔离开关关低压熔断器选择校验项目按装 地 参数点的电气条件数据参数HD13设备型号规格DW15LMZ3-0.66短路电流开断能力 /kA额定电压额定电流热稳定动稳定表 5-6 低压一次侧进线备的选择校验电压电流断流能动稳定热稳定度力度U NI cI K(3)i sh(3)I 2tima0.38kV1163A17.95k40.5

30、7k1.0S*(40.57kA) 2=1645.9 kA 2.SAAUN.QFI N.QFI OCi maxIt2t0.661000A50kA100kA1S*(50kA) 2 =2500kA 2.S0.661000A40kA80kA1S*(40kA) 2 =1600kA 2.S0.661000A40kA63kA0.5S*(40kA) 2=800kA 2.S5.3 电力变压器继电保护整定计算电力变压器的继电保护1. 反时限过电流保护（1） 整定动作电流变压器的最大负荷电流是I l .maxSc222013.72I1N.T2U 1N3232.53 A310取 Krel=1.3 Kre=0.8 Ki

31、=250/5=50,故反时限过电流保护的动作电流为K rel K w1.31I OPI l .max232.53 7.56 AK re Ki0.850查附录表，选用GL-15/10 型继电器，动作电流整定为8A(2)检验灵敏度变压器低压母线两相短路电流反映到高压侧的电流值为(3)I k(3).min2 0.866I k 220.866 18.77 KA750.8 A3 K1030.4反时限过电流保护的灵敏度为K wI k(3).min1 750.8ASp501.877 1.5K i I op8A满足灵敏度要求。2. 电流速断保护（ 1）整定速断电流变压器低压母线三相短路电流反映到高压侧的电流值为I k(3)2(1)I k(3)2/ K 18.77KA / ( 10 ) 0.751KA0.4电流速断保护的动作电流（速断电流）为I qbK rel K wI k(3)1.4 10.751KA 21.0 AK i50因反时限过电流保护的I OP8 A ，故速断电流倍数为nqbIIqbop21.08