机械厂降压变电所的电气设计

1、山东理工大学供配电实用技术课程设计任务书 设计题目：某机械厂降压变电所的电气设计 电气与电子工程学院2011.11.1一、设计题目某机械厂降压变电所的电气设计二、设计要求要求根据本厂所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，确定变电所的位置与型式，确定变电 所主变压器的台数与容量，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，确定二次回路 方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘制 设计图纸。三、设计依据4h。1）工厂负荷情况：本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用时数为4000h,日最大负荷持续时间

2、为该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属于二级负荷外,其余为三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。照明及家用电器均为单相，额定电压为 220V）本厂的负荷统计资料如图所示。2）供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供用协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参考工厂总平面图。该干线的导线型号为 LGJ-95, 导线 为等边三角形排列，线距为1m干线首端距本厂8km该干线首端所装高压断路器的断流 容量为500MVA此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护 整定的动作时间为1.5s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压或低压联

3、络线由邻近的 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达150km电缆线路总长度 25km。3）气象资料：本厂所在地区的年最高气温为 38r，年平均气温为23r，年最低气温为15C，年最热月平均最高气温为32r，年最热月平均气温为28r，年最热月地下0.8m处平均气温为 21 r。年主导风向为东北风，年雷暴日数为12。4）地质水文资料：本厂所在地区平均海拔120m地层为沙粘土为主，地下水位为 3m5）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，按照两部电费制度缴纳电费。每月基本电费按主变压器容量为4元/kVA，动力电费为0.6元/kWh,

4、照明电费为0.55元/kWh。本厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。6 ）工厂总平面图见下图：工厂负荷统计资料表:序号用电名称负荷性质设备容量kW需要系数功率因数1铸造车间动力2300.20.40.650.7照明50.70.91.02锻压车间动力3000.20.30.60.65照明60.70.91.03金工车间动力2400.20.30.60.65照明60.70.91.04工具车间动力2000.20.40.60.65照明50.70.91.05电镀车间动力3200.40.60.70.8照明60.70.91.06热处理车间动力1800.40.60.70.8照明50.70.91.07装配车间动力12

5、00.30.40.650.7照明50.70.91.08机修车间动力1300.20.30.60.7照明40.70.91.09锅炉房动力800.40.60.60.7照明20.70.91.010仓库动力250.20.30.60.7照明10.70.91.011宿舍2000.60.81.0总平面图四、设计任务要求在规定的时间内完成下列工作量：1、设计说明书包含：1）目录2）前言3）负荷计算和无功功率补偿4）变电所位置和型式的选择5）变电所主变压器台数和容量及主接线方案的确定6）短路电流计算7）变电所一次设备的选择与校验8）变电所所址选择及平面布置图（不画剖面图）9）专题：变压器继电保护整定计算（或防雷选

6、择与计算）10）参考文献2、设计图纸变电所主接线图一张 A3，五、设计时间2011年 11 月 1 日至 2011年 12 月 9 日六、考核方法成绩按五级考核，分为优、良、中、及格和不及格成绩包括：设计说明书 50 分图纸 20分答辩 30分其他没有说明的事情可根据具体情况处理。指导教师： 邓洪伟2011年 11 月 1 日、, 、-前言为使工厂供电工作很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，本设计在大量收集资料，并对原始资料进行分析后，做出35kV 变电所及变 电系统电气部分的选择和设计，使其达到以下基本要求：1、安全 在电能的供应、分配和使用中，不发生人身

7、事故和设备事故。2、可靠 满足电能用户对供电可靠性的要求。3、优质 满足电能用户对电压和频率等质量的要求4、经济 供电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消 耗量。此外，在供电工作中，又合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既照顾局 部的当前的利益，又要有全局观点，顾全大局，适应发展。按照国家标准 GB50052-95供配电系统设计规范、GB50059-9235110kV变电所设计规范、 GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，工厂供电设计遵循以下原则：1 、遵守规程、执行政策；遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金 属等技

8、术经济政策。2、安全可靠、先进合理；做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用 效率高、能耗低和性能先进电气产品。3、近期为主、考虑发展；根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结 合，适当考虑扩建的可能性。4、全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电 设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发 展。目录一、负荷计算和无功功率补偿 1负荷计算 2二、无功功率补偿 变电所主变压器和主结线方案的选择 1变电所主变压器选择 2变压器主结线方案的选择

9、 3两种主结线方案的技术经济比较 三、变电所短路电流的计算 1绘制计算电路 2确定基准值 3 短路电路中各元件的电抗标么值 4 10.5KV 侧 k-1 点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 5. 0.4KV侧k-2点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量四、变电所一次设备的选择校验 1. 10KV侧一次设备的选择校验2. 380V侧一次设备的选择校验五、变电所二次回路的选择及继电保护的整定 1. 二次回路选择 2. 继电保护的整定 附录：参考文献 附录：变电所主接线图图纸 一、负荷计算和无功功率补偿1 . 负荷计算 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

10、动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。单组用电设备计算负荷的计算式 :有功计算负荷 P Pe K d无功计算负荷 Q P tan视在计算负荷ScosS计算电流I运用公式对各车间进行负荷计算如下表。表1工厂负荷计算表序号用电名称负荷性质设备容量kW需要系数Kd功率因数tan 计算负荷P3o/kwQo/kva rS/kva rI 30/A1铸造车间动力2300.30.651.176980.73106.15161.3照明50.81.004046.12锻压车间动力3000.30.61.3390119.7150228照明60.81.004.804.87.33金工车间动力2400.30.61

11、.337295.76120182照明60.81.004.804.87.34工具车间动力2000.30.61.336079.8100151.9照明50.81.004046.15电镀车间动力3200.50.71.02160163.2228.57347.3照明60.81.004.804.87.36热处理车间动力1800.50.71.029091.8128.57195.3照明50.81.004046.17装配车间动力1200.40.651.174856.1673.85112.2照明50.81.004046.18机修车间动力1300.30.61.333951.876598.8照明40.81.003.20

12、3.24.99锅炉动力800.50.61.334053.266.7101.3房照明20.81.001.601.62.410仓库动力250.30.61.337.59.97512.519照明10.81.000.800.81.211宿舍2000.71.001400140212.7合计851.5802.212271865有功负荷同时系80976211111688数取k p 0.95无功负荷同时系数取k q 0.95说明：考虑到发展性原则以及安全性原则，本表中所有需要系数均取最大值，所有功 率因数均取最小值。变压器损耗估算 Pb=1%S0=O.O1 x 1111=11.11kw Qb=5%l30=0.0

13、5X 1688=84.4kvar2 无功功率补偿由表1可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有0.728.而供电部门要求该厂10KV 进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.90。考虑到变压器的无功功率损耗 Qb远远大于有功功率损耗 Pb,因此，在变压器的10kV侧进行无功功率补偿时，其补偿后的功率 因素应稍大于0.9，现设cos =0.9 7,贝U10kV侧在补偿前的功率因素为：=809/1111=0.728因此，所需要的补偿容量为：选取 Qc 410k var 选并联电容器为 BCMJ0.4 14 3 型， 总共容量 14kvar 40=560kvar 。10kV侧在补偿后的负荷及功率因

14、素计算：=820.11/868.7=0.94因此无功功率补偿后工厂380V侧和10V侧的负荷计算如表2。表2 无功功率补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷P30/kw Q30/kvar S30/kva I30/A380V侧补偿前负荷0.72880976211111688380V侧无功补偿容量-560380V侧补偿后负荷0.978092028341267主变压器功率损耗11.1184.410KV侧负荷总计0.94820.11286.4868.750.2变电所位置和型式的选择本处虽然老师给出了负荷中心的位置 ， 但是由于负荷中心与工厂的所有车间都隔着一条大街，而且，变电所属于易燃易爆场所，应该远

15、离宿舍区域。最后，变电所在厂区外不便于 管理，故我选择靠近负荷中心的位置车间 1与车间4 车间5之间的位置，大致符合变电所选址标准：（1） 尽量靠近负荷中心2）进出线方便（靠近工厂外围） 。（ 3）接近电源侧4）设备运输方便（靠近工厂大门）5）工厂厂区常年东北风。变电所选取在东北方位，处于上风头，不会有太多的杂质积聚6）不靠近厕所浴室变电所位置如下图图一图一三、 变电所主变压器和主结线方案的选择1 变电所主变压器选择 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系列的，选SN.T=100KVAS30=868.7KVA即选 台S9-1

16、00/10 (6)型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与邻近单位 相联的低压联络线来承担。(2) 装设两台主变压器型号采用 S9系列的变压器，而每台容量为：因此 选每台台变压器的容量为 630kar因此选两台 S9-630/10 型低损耗配电变压器。 工厂二级负荷的备用电源由与邻近单位 相联的低压联络线承担。主变压器的联结组别均采用 Y, yn0。2 变压器主结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结线方案 如图 1(2) 装设两台主变压器的主结线方案 如图 2变压所主接线图如下图： 变配电所总体布置如下：(3) 两种主结

17、线方案的技术经济比较表3两种主结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技术供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变电压损耗大两台并联，电压损耗略小灵活方便性只一台主变，灵活性稍差灵活性较好扩建适应性稍差一些几乎不能再扩建更好一些经济投资金额投资低投资咼从上表可以看出，装设两台主变的主结线方案略优于装设一台主变的主结线方案，装 设一台主变的方案不能满足发展的需要，因此决定采用装设两台主变的方案。四.变电所短路电流的计算绘制短路计算电路图4短路计算电路1. 确定短路计算基准值设 Sd 100 MVA , Ud Uc 1.05Un，即高压

18、侧 Udi 10.5kV，低压侧 Ud2 0.4kV，贝UISdI d1一v3Ud1100MVA5.5kA、3 10.5kV2. 计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统 已知Soc=500MVA故（2）架空线路 LGJ-95的X0=0.36，而线路长6km,故（3）电力变压器查表2-8，得Uz%=4.5，故因此绘短路计算等效电路如图5.2所示图5等效电路3.10KV侧三相短路电流和短路容量（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. 380KV侧三相短路电流和短路容量（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

19、) 三相短路容量以上计算结果综合如表5.1表5.1短路的计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-12.332.332.335.943.5242.37k-224.3724.3724.3744.8426.5616.9五变电所一次设备的选择校验1. 10kV侧一次设备的选择校验如表6.1所示。表5 10kV侧一次设备的选择校验压 电流 电流 力 断 能稳 度 动 定稳 度 热 定其 他数参件据 数JLn一数 参 定 额次高kk O10036kk61Ka40251设器备型、一 、一- 、号高kk o1A002O55规格高nBtnnnO DJ-JV电流互感器LQJ-1010Kv100

20、/5A31.8Ka81二次负荷0.6 Q避雷器FS4-1010kV户外式高压隔离开关GW4-15G/20012kV400A25Kv500表5所选一次设备均满足要求2. 380V侧一次设备的选择校验如表6所示。表6 380V侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流动稳热稳其他能力定度定度装置地点条参数件数据380126724.3744.84433.4次 设 备 型 号 规 格额定参数低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA低压断路器DZ20-1500380V1500A30kA低压断路器DZ20-1500380V1500A25kA低压刀开关HD13-1500/30380V1

21、500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5160/5表6所选一次设备均满足要求六变电所进出线的选择1. 10kV高压进线的选择（1）10kV高压进线的选择校验采用LJ-50型铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。1）按发热条件选择 由130 Iint 50.2A及室外环境温度30 C，初选LJ-16，其30摄氏度时的lal 99130满足发热条件。2） 校验机械强度查表得最小允许截面Amin 35mm2，因此按发热条件选择的LJ-16 不满足机械强度要求，故改选 LJ-50 o由于此线路很短，不需校验电压损耗。3）校验短路热稳定按式c

22、 M计算满足短路热稳定的最小截面W式中C值由附表7查得；tima按终端变电所保护动作时间1.5s，加断路器断路时间0.1s， 再加 0.05s 计，故。tima 1 .65因此LJ50-3 50电缆满足短路热稳定条件。2. 380V低压出线的选择5号车间电镀车由于本设计中含有十个车间外加一个工厂，众多线路校验比较麻烦，而且各个工厂功率相 近，再考虑到发展性原则，为方便各个车间以后扩建，所以，本处只校验间进行选线（1）馈电给5号车间（铸造车间）的线路 采用BLX-300型橡皮绝缘铜线直接埋地敷 设。1）按发热条件选择由130 354.6A及地下0.8m 土壤温度25 C，查表，初选芯线截面185

23、mm2，其打540A打。，满足发热条件。2）校验电压损耗由图3.1所示工厂平面图量得变电所至5号厂房距离约为30m而查得185mm 2的铜芯绝缘导线R。0.12 /km （按缆芯工作温度 65度），X=0.18又5号厂房的P30164.8kW，Q30163.2kvar，因此按式 Up得:Un故满足允许电压损耗的要求3）短路热稳定度校验按式C M计算满足短路热稳定的最小截面W由于前面按发热条件所选185mm2的缆心截面小于Amin，所以满不足短路热稳定要求,故选芯截面为300mm2的线，即选BLX-300型橡皮绝缘铜线.所以 所有车间和宿舍区 选用BLX-300型橡皮绝缘铜线直接埋地敷设。表5.

24、1变电所进出线和联络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LJ-50铝绞线（三相三线架空）380至1号厂房采用BLX-300型橡皮绝缘铜线直接埋地敷设。至2号厂房采用BLX-300型橡皮绝缘铜线直接埋地敷设。V低至3号厂房采用BLX-300型橡皮绝缘铜线直接埋地敷设。压至4号厂房采用BLX-300型橡皮绝缘铜线直接埋地敷设。出至5号厂房采用BLX-300型橡皮绝缘铜线直接埋地敷设。线至6号厂房采用BLX-300型橡皮绝缘铜线直接埋地敷设。至7号厂房采用BLX-300型橡皮绝缘铜线直接埋地敷设。至8号厂房采用BLX-300型橡皮绝缘铜线直接埋地敷设。至9号厂房采用BLX-300