某机械厂降压变电所的电气设计方案4

1、1 引言 工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。电能是现 代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转 换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节 和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济 生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占 的比重一般很小 除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产 品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大 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

2、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。从另一方面来说，如果工 厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意 义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设 具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济 建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要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，就必须达到以下基本要求：1）安全 : 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。2）可靠 : 应满足电能用户对供电可靠性的

3、要求。3）优质 : 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求4）经济 : 供电系统的投资要少，运行费用要低，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，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照 顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。1.1 工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-95供配电系统设计规范、GB50053-9410kv及以下设计规范、GB50054-95低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设 计必须遵循以下原则：1）遵守规程、执行政策；2）安全可靠、先进合理；3）近期为主、考虑发展；4）全局出发、统筹兼顾。1.2工厂供电设计

4、的基本内容 工厂供电设计主要内容包括工厂变配电所设计、工 厂高压配电线路设计、车间低压配电线路设计及电气照明设计等。其基本内容如 下：1 ）负荷计算全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间 变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因 数。列出负荷计算表、表达计算成果。2）工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以 及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。3 ）工厂总降压变电所主结线设计根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，

5、 确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装 容易维修方便。4 ）厂区高压配电系统设计根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降 压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损 失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等 综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路结构与敷设方式设 计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书 表达设计成果。5）工厂供、配电系统短路电流计算工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限

6、容 量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。6 ）改善功率因数装置设计按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求 数值所需补偿的无功率。由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并 选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励 磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。7 ）变电所高、低压侧设备选择参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压 侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关 柜等设备。并根据需要进行热稳定和

7、力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备 材料表和投资概算表达设计成果。8）继电保护及二次结线设计为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电 动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继 电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。设计包括继电器保 护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二 次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成 果。9）变电所防雷装置设计参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避 免产生反击现象的空间距离计算，按避

8、雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器 的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装 距离检验以及冲击接地电阻计算。2.负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算表2.1机械厂负荷计算表计算负荷编 号名称类别备 容量LJLJ需 系数国回L=JL=J1-11-1回动力2500.350.681.0887.594.3128.7195.5照明50.74103.703.716.81铸造 车间小计255|91.294.3131.2199.3动力2900.240.621.2769.688.1112.3170.6照明8 0.810 :6.406.429.12锻压 车间小计2987688.

9、1116.4176.9动力310 0.250.641.277.593121.1184照明70.73105.105.123.23金工 车间小计317 82.693124.4189动力3400.290.651.1798.6115.3151.7230.5照明70.711050522.64工具 车间小计347103.6115.3155235.5动力1900.470.720.9689.386.1124188.4照明70.8510606275电镀 车间小计19795.386.1128.4195.1动力1300.470.780.861.14978.3119照明60.81104.904.922.16热处 理车

10、 间小计136664982.2124.9动力1400.340.681.0847.651.370106.4照明8 0.7210 15.805.826.27装配 车间小计14853.451.374112.4动力130 10.240.631.2331.238.549.575.2照明50.7910404188机修 车间小计135 135.238.552.279.3动力750.720.750.885447.672109.4照明2 0.77101.501.579刖房小计7755.547.673.1111动力25 n0.370.830.679.36.211.116.9照明10.82100.800.83.71

11、0仓库小计2610.16.211.918.111生活 区照明3400.790.970.23268.667.3276.9420.7动力1880照明352937.5736.71192.61811.9总计380V侧）计入回=0.9 国=0.950.76843.8699.510961665.22.2无功功率补偿由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有 0.76.而供电部门要 求该厂10K V进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.91。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于 0.91，暂取0.92 来计算380V侧所需无功功率补偿容量：故选PGJ1

12、型低压自动补偿屏，并联电容器为 BW0.4-14-3型，采用其方案1 主屏）1台与方案33变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心工厂的负荷中心按负荷功率矩法来 确定.即在工厂平面图的下边和左侧，任作一直角坐标的X轴和丫轴，测出各车间和 宿舍区负荷点的坐标位置,例如Pi(xi,yi、P2(X2,y2、P3(X3,y3等.而工厂的负荷 中心设在P(x,y,P 为R+F2+R+二刀P.图3.1机械厂总平面图按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示表3.1各车间和宿舍区负荷点的坐标位置坐标轴12345678910生活区X( cm 2.32.32.34.7

13、4.74.74.79.28.427.210.45Y( cm 5.53.82.17.235.53.82.155.14.12.57.8由计算结果可知，x=6.82 , y=5.47工厂的负荷中心在5号厂房的东面 参考 图3.1 )。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在 5号厂房的东侧紧靠厂房修 建工厂变电所，其型式为附设式。6-5=?_二 孝二二gz二二二冥*机甜厂錚怖團犬街ti例L： 2COO4变电所主变压器的选择和主结线方案的选择4.1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考虑有下列两种可供 选择的方案：1）装设一台主变压器型式采用 S9型，而容量根据式 I

14、，选|，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担2）装设两台主变压器型号亦采用 S9,而每台变压器容量按式工 和式因此选两台S9-800/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦 由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用Yyn0。4.2变压器主接线方案的选择按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：1）装设一台主变压器的主接线方案，如图4.1所示xc4广GG1AC了幼 4GGI1AGIU7E EJLnvTsJLnvTs IdIdGIHAGIHA GG-WGG-W (J)-(J

15、)-B3B3(D-54(D-54、JI?msDT芻FAQFAQ 了(FJ-07(FJ-07图4.1装设一台主变压器的主接线方案图4.2装设两台主变压器的主接线方案FS4-I&FS4-I&EV-WEV-W0aZ3B(l?pnbdMpnbdM GG-lftTHIGG-lftTHI8-31&J)S&J)S占污G&-WJ)41iG&-WJ)41iGG-U)-07GG-U)-074.3两种主结线方案的技术经济比较如表4.1所示表4.1两种主接线方案的比较比较工程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满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，

16、电压损耗 小灵活方便性只一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好技 术 指 标扩建适应性稍差一些更好一些电力变压器的综 合投资由手册查得 S9-1000/10单价为15.1万元，而由手册查得 变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为2X15.1万兀=30.2万兀由手册查得S9 800单价为10.5万元，因此两台综合投资 为4X 10.5万兀=42万兀，比 一台变压器多投资 11.8万元高压开关柜 含 计量柜）的综合投 资额查手册得GG-AF）型柜按每 台4万元计，查手册得其综合 投资按设备价1.5倍计，因此 其综合投资约为4 X 1.5 X 4=24 万元本方案采用6台GG-AF

17、） 柜，其综合投资额约为6X 1.5X 4=36万元，比一台主变的方 案多投资12万元电力变压器和咼 压开关柜的年运行 费参照手册计算，主变和高压开 关柜的折算和维修管理费每年为6.2万元主变和高压开关柜的折旧费和 维修管理费每年为 8.94万 元，比一台主变的方案多耗274力兀经济 指 标供电贴费按800元/KVA计，贴费为1000 X 0.08=80 力兀贴费为2X 800X 0.08万元=128万元，比一台主变的方案 多交48万兀从表4.1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，则装设一台主变的方案优于装设两台主变的方 案，因此决定采用

18、装设两台主变的方案。 说明：如果工厂负荷近期可有较大增长 的话，则宜采用装设两台主变的方案。）5短路电流的计算图5.1短路计算电路5.2确定短路计算基准值设 _f 则，而线路长12km故5.1绘制计算电路如图5-1本厂的供电系统采用两路电源供线，一路为距本厂12km的变电站经LJ-120架空线，该干线首段所装高压断路器的断流容量为亠；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量5.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值1）电力系统已知 _1，故2）架空线路查表8-37，得LJ-150的 _）3）电力变压器查表2-8，

19、得一I，故S9W10S9W10L- 低压侧0-330-33K-1K-13-53-5K-2图5.2等效电路5.4 10KV侧三相短路电流和短路容量1)总电抗标幺值2)到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5.5 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)其他短路电流因此绘短路计算等效电路如图5.2所示。4）三相短路容量以上计算结果综合如表5.1表5.1短路的计算结果三相短路电流/kA三相短路容量/MVA短路计算点回凹IdId| Id |k-11.431.431.433.652.225.9k-221.421.421.439.3723.

20、32156变电所一次设备的选择校验6.110kV侧一次设备的选择校验表6.1 10kV侧一次设备的选择校验程 工 验 校 择 选压 电流 电流力 断能稳度 动定稳度 热定他 其数参回回KKKK O O1 18 88 83 3数 参 定 额高S Skvkv O O1 10A0A3 36 6kAkA6 61 1kAkA2 2- -N N G G关0000 离0/0/nWnW 1 13 3 一 压 高kvkv o o1 10Ao o2 2O O O O5 52 2 N N R R器O O 断1 1熔 压 高kvkv o o1 15A5A a akAkA o o5 5- -J J器O O4?!4?!

21、1 1口令O O1 1H H口口口QJ-QJ- L L器O O感1 1流 电口一 5器 雷 避kvkv o o1 1次 设 备 型 号 规 格压W4-W4-高 G G0000 式关G GG G2 2 外离1 1 户隔kvkv2 20A0AO O O O5 5表6.1所选一次设备均满足要求6.2 380V侧一次设备的选择校验表6.2 380V侧一次设备的选择校验程 工 验 校 择 选压 电流 电流力 断能稳度 动定稳度 热定他 其数 参创回a4 41 12 21 12 23 3数 参 定 额V V O O8 83 3kvkvV V O O8 83 30A0A3 36 6kAkA O O3 3V

22、V O O8 83 30A0Ao o2 2kAkA5 52 2V V O O8 83 3器M M 感M M 流MZMZ 电 L LV V O O O O5 5一 次设备型号规格器.5.5 感4 4 如ZZZZ 流川 电 L LV V O O O O5 56 6O O 6 61 1 1 1表6.2所选一次设备均满足要求。6.3高低压母线的选择参照表5 28，10kV母线选LMY-3vid ），即母线尺寸为一1380V母线选LMY-3 _I,即母线尺寸为二，而中性线母线尺寸为 亠7变电所进出线以及邻近单位联络线的选择7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择按发热条件选择由 .一II及室外环境温度，

23、查表8-36，初选LJ-16，其亠时的 一II满足发热条件2）校验机械强度查表8-34，最小允许截面II，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-35。由于此线路很短，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采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。1 ）按发热条件选择 由 _及土壤温度亠查表8-44，初选缆芯截面为1的交联电缆，其丨，满足发热条件2）校验短路热稳定按式.工计算满足短路热稳定的最小截面式中C值由表5-13差得；按终端变电所保护动作时间0.5s，加断路器断路时间0.2s，再力卩0.05s计，故:因此YJL2

24、2-10000-3 25电缆满足短路热稳定条件。7.2 380V低压出线的选择1）馈电给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。1） 按发热条件选择由 _f 及地下0.8m 土壤温度亠，查表8-43,初选缆芯截面，其 _I，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1号厂房距离约为80m而由表8-42查得 的铝芯电缆.一I短路热稳定度校验按式.* |计算满足短路热稳定的最小截面由于前面按发热条件所选一I的缆心截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为 的电缆，即选_=一L1的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按

25、不小于相线芯一半选择。11）馈电给生活区的线路 采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1） 按发热条件选择由 _I及室外环境温度为一，查表8-40,初选亠f ,其 3 时的 _），满足发热条件。2） 校验机械强度查表8-35，最小允许截面积一=，因此二-一 亠满足机械强度要求。3） 校验电压损耗由图3.1所示工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约86m而由表8-36查得其阻抗与m 近似等值的LJ-240的阻抗 _【 ,_:1，又生活区 _JI，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。7.3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

26、敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10k V母线相联。（1按发热条件选择工厂二级负荷容量共332.7KVA,，而最热月土壤平均温度为 L ,因此查表8-44，初选缆芯截面为 I的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，其 _ ,满足发热条件。2）校验电压损耗由表8-42可查得缆芯为25mm勺铝芯电缆的J （缆芯温度按亠 计，_ _，而二级负荷的 _线路长度按2km计，因此按式=1 得：故满足允许电压损耗的要求。3）短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯I的交联电缆是满足短路热稳定要求的.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7.1所示。表7.

27、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-35铝绞线 三相三线架空）主变引入电缆YJL22-10000-3回25交联电缆 直埋）至1号厂房VLV22-1000-3300+仁150四芯塑料电缆 直埋）至2号厂房VLV22-1000-3耳300+1耳150 四芯塑料电缆 直埋）至3号厂房VLV22-1000-3 n 300+1:1 150 四芯塑料电缆 直埋）至4号厂房VLV22-1000-3目300+1目150四芯塑料电缆 直埋）至5号厂房VLV22-1000-3日300+1目150四芯塑料电缆 直埋）至6号厂房VLV22-1000-3目300+

28、1目150 四芯塑料电缆 直埋）至7号厂房VLV22-1000-3目300+1目150 四芯塑料电缆 直埋）至8号厂房VLV22-1000-3 21 300+1耳150 四芯塑料电缆 直埋）至9号厂房VLV22-1000-3日300+1日150 四芯塑料电缆 直埋）至10号厂房VLV22-1000-3目300+1目150四芯塑料电缆 直埋）380V 低 压 出 线至生活区单回路，回路线 3LJ-240架空）与邻B近单位10kV联络线YJL22-10000-3 3 25交联电缆 直埋）8电气主接线图见附图8.1二次回路方案选择1）二次回路电源选择二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分考虑到交流

29、操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维 护方便。这里采用交流操作电源。2)高压断路器的控制和信号回路 高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设 备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。3)电测量仪表与绝缘监视装置这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。a)10KV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电 流，装设电流表一只。b)变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。c)电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。d) 380V的电源进线和变压

30、器低压侧：各装一只电流表。e)低压动力线路：装设电流表一只。4)电测量仪表与绝缘监视装置在二次回路中安装自动重合闸装置、备用电源自动投入装置。8.2继电保护的整定 继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。 由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线 路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对 线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式 采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式 接线简单，灵敏可靠)；带 时限过电流保护采用反时限过

31、电流保护装置。型号都采用 GL-25/10 。其优点是： 继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单 经济，投资大大降低。此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器 实现三段保护。故其动作电流:因此速断电流倍数整定为:1变压器继电保护变电所内装有两台10/0.4800亠 的变压器。低压母线侧三相短路电流为.H，高压侧继电保护用电流互感器的变比为100/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速 断电流倍数。a过电流保护动作电流的整定：II ，一动作电流整定为10A。b过电流保护动作时

32、限的整定由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为 I。c电流速断保护速断电流倍数整定取 :_n，故其速断电流为：2)10KV侧继电保护在此选用GL-25/10型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流 保护的10倍动作时限整定为0.5s ;过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧 线路首端的三相短路电流为1.63kA;变比为200/5A保护用电流互感器动作电流为 9A。下面对高压母线处的过电流保护装置进行整定。 高压母线处继电保护用电流互感器变比为100/5A) 整定的动作电流母线三相短路电流 反映到 丨中的电流:对丨的动作电流I的倍数，即:的实际动作

33、时间:母线三相短路电流 反映到 中的电流:对的动作电流厂的倍数，即:根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为 7A整定的动作时限：由反时限过电流保护的动作时限的整定曲线确定 E的实际动作时间:上=0.6s o所以由10倍动作电流的动作时限曲线查得的动作时限：I3) 0.38KV侧低压断路器保护整定工程：(a瞬时过流脱扣器动作电流整定：满足 _:对万能断路器取1.35 ;对塑壳断路器取22.5(b短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足：一取 1.2 o另外还应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差0.2s(0.4s,0.6s o,故(c长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定:满足：1取 1.1 0(