车间变电所设计(冷镦车间)

1、电力工程课程设计车间变电所设计姓名：韩鲁斌 1305030310 蔡盼盼 1305030302班级： 电气1307 2016年1月7日目录前言1一、负荷计算和无功补偿计算31、车间的负荷计算32、车间设备总负荷计算：53、车间设备总负荷统计6二、无功功率补偿6三、 变电所位置和形式的选择71、变电所的位置选择原则：72车间变电所主要有以下两种类型的变电所8四、变电所主变压器类型、容量与台数的选择81、车间变电所主变压器型号的确定82、主变压器容量确定93、主变压器台数的选择9五、10kv变电所主接线设计10六、短路电流的计算111、 短路计算112、 点三相短路时的短路电流和容量的计算123、

2、 计算点三相短路时的短路电流131、10kV侧一次设备的选择和校验142、 380侧一次设备的校验144、母线的短路稳定度校验15八、变电所进出线选择与校验161、10KV进线电缆选择162、 380V低压侧出线选择16九、 变电所二次回路方案的选择和继电保护的整定19前言设计某标准件厂冷镦车间低压配电系统及车间变电所。设计的原始依据资料有：1 车间生产任务及产品规格：本车间主要承担全国机械及电器制作工业的标准螺钉配件生产。标准螺钉元件规格：范围为M3-M16。2 车间设计明细表，如表1所示。3 车间变电所的变电范围：1) 本车间变电所设在冷镦车间东北角，除为冷镦车间供电外尚需为工具，机修车间

3、供电。2) 工具车间要求车间变电所低压侧提供双回路电源。3) 机修车间要求车间变电所低压侧提供一路电源。4) 工具、机修车间负荷计算表，如表2表示。5) 车间负荷性质。车间为三班工作制，年最大有功负荷利用小时数为4500h，属于三级负荷。5. 供电电源条件： 1) 本车间变电所从本厂35/10kV总降压变电所用电缆线路引进10kV电源。如图所示。电缆线路长200M。2) 降压变电所10kV母线上的短路容量按200MVA设计。3) 总降压变电所10kV配电出线定时限过流保护装置的整定时间1.5s。4) 要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于0.9。5) 要求在车间变电所10kV侧计量（高压侧计

4、量）。6) 车间自然条件气象资料：a) 车间内最热月的平均温度为30°C。b) 地中最热月的平均温度为20°C。c) 土壤冻结深度为1.10m。d) 车间环境属正常干燥环境。地质水文资料：车间原址为耕地，地势平坦。地层以砂粒土为主。地下水位2.8-5.3m.表1 冷镦车间设备明细设备序号设备名称型号台数单台容量kW总容量kW1铣口机（自制）1772车床C3361333车床1336M14.54.54台钻70.64.25清洗机（自制）410406包装机34.513.57涂油槽（自制）1338车床C620-11779车床C620-1M17710车床C62017711车床C618K

5、17712铣床X621017.57.513平面磨床M773017.627.6214牛头刨床13315立钻11.51.516砂轮机60.63.617钳工台41418画线台10.50.519桥式吊车118.718.720梁式吊车3t18.28.221电葫芦1.5t12.82.822电葫芦1.5t11.11.123叉车0.5t21224叉车0.5t11125其它1015.91015.9表2 工具、机修车间负荷计算表序号车间名称供电回路代号设备容量kW计算负荷Pjs/kWQjs/kvaSjs/kVAIjs/A1工具车间NO.01供电回路4714.116.5NO.02供电回路5616.819.7NO.0

6、3供电回路4212.614.7NO.04供电回路3510.512.32机修车间NO.05供电回路15037.543.9一、负荷计算和无功补偿计算 1、车间的负荷计算  冷镦车间设备组负荷计算 例取铣口机（自制）的负荷如下： 由于该组设备为连续工作制，其设备功率为：（需台数 1，单台容量7kw）     有Ps=Pn=1×7=7kw 查表有Kd=0.170.2，取Kd=0.2，    cos=0.5 tan=1.73  

7、;   有P30=Kd×Ps=0.2×7=1.4kw    Q30=P30 tan=1.4×1.73=2.4kvar    S30=(P302+Q302)=(1.42+2.42)=2.8 KV·AI30=S303*Un=2.83*0.38=4.3A 本次设计的其他机组和设备组的负荷计算都如上例，将冷镦车间分为三个设备组，各个设备组的计算负荷如下表所示。表1 冷镦车间设备组计算负荷表设备组代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw需要系数

8、Kd计算负荷/kw/kvar/KVA/A1铣口机（自制）1770.20.51.731.42.42.84.32车床C3361330.20.51.730.61.031.21.83车床1336M14.54.50.20.51.730.91.561.82.754台钻70.64.20.20.51.730.841.451.682.575清洗机（自制）410400.20.51.73813.81624.36包装机（自制）34.513.50.20.51.732.74.675.48.257涂油槽1330.20.51.730.61.031.21.8总计75.215.0425.9430.0845.77表2 冷镦车间设备

9、组计算负荷表设备组代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw需要系数Kd计算负荷/kw/kvar/KVA/A1车床C620-11770.20.51.731.42.42.84.32车床C620-1M1770.20.51.731.42.42.84.33车床C6201770.20.51.731.42.42.84.34车床C618K1770.20.51.731.42.42.84.35铣床X62W17.57.50.20.51.731.52.634.66平面磨床M723017.627.620.20.51.731.62.73.24.87牛头刨床1330.20.51.730.61.031.21.8总计46.1

10、29.315.9318.628.4表3 冷镦车间设备组计算负荷表设备组代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw需要系数Kd计算负荷/kw/kvar/KVA/A1立钻11.51.50.20.51.730.30.560.60.92砂轮机60.63.60.20.51.730.721.251.442.23钳工台4140.20.51.730.81.381.62.44划线台10.50.50.20.51.730.10.1730.20.35桥式吊车118.718.70.20.51.733.746.477.4711.356梁式吊车3t18.28.20.20.51.731.642.843.284.987电葫芦1

11、.5t12.82.80.20.51.730.560.971.121.78电葫芦1.5t11.11.10.20.51.730.220.380.440.679叉车0.5t2120.20.51.730.40.690.81.210叉车0.5t1110.20.51.730.20.350.40.61总计43.48.6815.06317.3526.31 工具车间设备组负荷计算表4工具车间的负荷统计表序号车间名称供电回路代号设备容量kW计算负荷(kW)(kvar)(kVA)(A)工具车间No.1供电回路4714.116.521.732.9No.2供电回路5616.819.725.939.4No.3供电回路42

12、12.614.719.429.5No.4供电回路3510.512.316.224.6小计1805463.283.2126.4 机修车间设备组负荷计算表5机修车间的负荷统计表序号车间名称供电回路代号设备容量kW计算负荷(kW)(kvar)(kVA)(A)机修车间No.5供电回路15037.543.957.787.72、车间设备总负荷计算： 在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设别组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应在计入一个同时系数。由前面统计的结果，可知各设备组的有功和无功如下设备组：=15.04kw， =25.

13、94kvar设备组：=9.3kw， =15.93kvar设备组：=8.68kw， =15.063kvar工具车间：=54kw, =63.2kvar机修车间：=37.5kw, =43.9kvar取=0.9，=0.95可得总的计算负荷：=0.9(15.04+9.3+8.68+54+37.5)=112.068112kw=0.95(25.94+15.93+15.063+63.2+43.9)=155.829156kvar=（P302+Q302）=（1122+1562）=192.04KV·A=192.04A=291.78A3、车间设备总负荷统计表6 车间设备总负荷统计表用电单位名称设备容量需要系

14、数计算负荷 (kW) (kvar) (kVA)(A)设备组75.20.20.51.7315.0425.9429.9845.55设备组46.120.20.51.739.315.9318.4528.03设备组43.40.20.51.738.6815.06317.3826.41工具车间1805463.283.2126.4机修车间15037.543.957.787.7总计494.72124.52164.033206.93314.58取=0.90 , =0.95112156192.04291.78二、无功功率补偿未进行无功补偿时，这时变电所低压侧的功率因数为：COS=112÷192.04=0.

15、58无功补偿容量按规定，变电所高压侧的0.9，考虑到变压器本身的无功功率损耗远大于其有功功率损耗，一般=(45)，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90 ，这里取=0.92。要使低压侧功率因数由cos=0.58提高到=0.92，低压侧需装设的并联电容器容量为：QC=112*tan（arccos0.58）-tan（arccos0.92）kvar=109.59kvar取QC=110kvar查表可选用BCMJ0.4-14-3型电容器，BCMJ0.4-14-3型电容型补偿器技术参数如下表：BCMJ额定电压(kv)额定容量(kvar)总电容量(uf)相数0.4-14-3

16、0.4142803其个数为n=110/14=7.9 ，选8个补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：S30(2)=1122+(156-112)2=120.33KVA变压器的功率损耗为：PT0.015S30(2)=0.015*120.33=1.8KWQT0.06S30(2)=0.06*120.33=7.22KW变电所高压侧的计算负荷为:P30(1)=112+1.8=113.8kvarQ30(1)=(156-112)+7.22=51.22kvarS30(1)=113.82+51.222=124.8KVA补偿后工厂的功率因数为COS=P30(1)S30(1)=113.8124.8=0.91满足要求表7车

17、间变电所负荷计算表项目Cos计算负荷P30(kW)Q30(kvar)S30(kVA)I30(A)380V侧补偿前负荷 0.58112156192.04291.78380V侧无功补偿容量  112  380V侧补偿后负荷0.925 11244120.33182.82变压器功率损耗 1.87.22  10kV侧负荷总计 0.91113.851.22124.87.2三、 变电所位置和形式的选择1、变电所的位置选择原则： 应尽可能接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。 考虑电

18、源的进线方向，偏向电源侧。 进出线方便。 不应妨碍企业的发展，要考虑扩建的可能行。 设备运输方便。 尽量避开有腐蚀性气体和污秽的地段，如无法避免，则应位于污源的上风侧。 变电所屋外配电装置与其他建筑物、构筑物之间的防火间距符合规定。变电所建筑物、变压器及屋外配电装置应与附近的冷却塔或喷水池之间的距离负荷规定。 不应设在地势低洼和可能积水的场所。 高压配电所应尽量与临近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起。变电所的位置选择应根据选择原则，经技术、经济比较后确定。根据接近负荷中心，偏向电源侧的选择方法。本车间变电所已给出，位于车间的东北角。2车间变电所主要有以下两种类型的变电所 车间附设

19、变电所内附式变电所要占用一定的车间面积，但其在车间内部，故对车间外观没有影响。外附式变电所在车间的外部，不占用车间面积，便于车间设备的布置，而且安全性也比内附式变电所要高一些。 车间内变电所变配电所有屋内式和屋外式两大型式。屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择工厂总变配电型式时，应根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优选用屋内式。 由于屋内式优点众多，本设计采用屋内式。四、变电所主变压器类型、容量与台数的选择 1、车间变电所主变压器型号的确定 在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S9系列或S10或S11系列。高损耗变压器已被淘汰，不再采用。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器

20、安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器；供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器（S9、S10-M、S11等）；对于高层建筑、地下建筑、发电厂、化工等单位对消防要求较高的场所，宜采用干式电力变压器（SC、SCZ、SG3、SG10等）；对电网电压波动较大的，为改善电能质量应采用有载调压电力变压器（SZ7、SFSZ、SGZ3等）。 根据设计要求，可选用S9或S11系列，通过资料可知S11系列变压器的空载损耗要比同容量S9系列平均降低30%，空载电流比S9系列下降70%85%，并且S11系列变压器油箱采用全密封结构，变压器不与空气接车，隐私延长了使用寿命，运行可靠

21、性比S9高，而且两者价格相差不大，所以本设计选择是S11系列三相油浸式自冷电力变压器。2、主变压器容量确定在选择变压器容量时，可满足变压器在计算负荷通过时不致过热损坏。（1） 当只装一台主变压器时，变压器的容量Sn应满足全厂（或车间）用电总计算负荷Sjs的需要，即SnSjs。选SN.T=200KVAS30=124.8KVA，即选择一台S11-200/10型低损耗配电变压器。（2） 当装两台及以上变压器时，型号亦采用S11型，而每台变压器容量按式SNT（0.60.7）S30选择，即SN.T（0.60.7）×124.8=7（4.8887.36）KVA因此选用两台s11-100/10型低损

22、耗配电变压器。3、主变压器台数的选择 车间变电所变压器台数确定主要根据负荷大小，供电可靠性和电能质量要求来选择，并且兼顾节约电能，降低成本，运行方便等原则。对于带有三级负荷的车间变电所的选择原则是：负荷较小时采用一台变压器；负荷较大时，一台变压器不能满足要求时，采用两台或以上变压器。对于带有一二级负荷的车间变电所，选择的原则是：1.一、二级负荷较多时，应选用两台或两天以上变压器；2.只有少量一、二级负荷且能从邻近车间变电所获得低压备用电源时，可选用一台变压器。根据设计要求，可选两种方案。方案1：选一台S11-200/10三相油浸式电力变压器。方案2：选两台S11-100/10三相油浸式电力变压

23、器两种主变选择方案比较见表4-3：表8 两种主变选择方案比较比较项目装设一台主变压器的方案装设两台主变压器的方案技术指标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，电压损耗略大由于两台主变并列，电压损耗略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查表得S11200/10单价为4.6万元，查表得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为2*4.6=9.2万元查表得S11100/10单价为2.9万元，因此两台综合投资为4*2.9=11.6万元，比一台主变方案多投资2.4万高压开关柜的综

24、合比较查表得GG1A（F）防误型柜按每台3.5万元计，查表得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为4×1.5×3.5万元=21万元本方案采用6台GG1A（F）柜，其综合投资约为6×1.5×3.5=31.5万元，比一台主变的方案多投资10.5万元。电力变压器和高压开关柜的年运行费查表计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为4.89万元主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为7.067万元，比1台主变压器的方案多耗2.177万元交给供电部门的一次性供电贴费按800元/kVA计，贴费为200×0.08万元=16万元贴费为2×

25、;100×0.08万元=16万元，和一台主变压器相同 从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结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，因此决定采用装设一台主变的方案。五、10kv变电所主接线设计 一次主接线：由于本设计中车间变电所主变压器只选择了一台，所以一次侧采用线路-变压器组单元接线。 二次侧主接线：由于一次侧采用线路-变压器组单元接线，属于单电源供电，所以二次侧主接线采用单母线不分段接线。 并且单母线不分段接线具有接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好等特点，它适用于对供电连续性要求不高的三级负荷用户，本设计车间属

26、于三级负荷，满足要求。主接线概略图如图所示：六、短路电流的计算1、 短路计算(1) 确定基准值采用标幺制法进行三相短路计算，基准值取: S=100 MV·A, U=10.5 kV, U=0.4 kV 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值 由已知条件得 Soc=200 MV·A，因此 X1*=100MVA200MVA=0.5电缆线路的电抗标幺值由已知条件得 X0=0.08（/km）,因此 X2*=0.08*0.2*10010.52=0.015电力变压器的电抗标幺值查表得Uk%=4，因此 x3*=4*100MVA100*200KVA=20绘制短路等效电路图如

27、图6-1所示, 图上标出各元件的序号和电抗标幺值， 并标明短路计算点图6-1 短路等效图2、 点三相短路时的短路电流和容量的计算计算短路回路总阻抗标幺值X1*=X1*+X2*=0.5+0.015=0.515计算K1点所在电压级的基准电流 Id1=Sd3*Ud1=1003*10.5=5.5kA计算K1点处短路电流各值 IK1=Id1X1*=5.50.515=10.68kA 冲击电流 ish.K1=2.55IK1=2.55*10.68=27.234kA冲击电流有效值 Ish.K1=1.51IK1=1.51*10.68=16.13kA 短路容量 SK1=SdX1=1000.515=194.17MVA

28、3、 计算点三相短路时的短路电流计算短路回路总阻抗标幺值X2*=X 1*+X3*=0.515+20=20.515计算K2点所在电压级的基准电流 Id2=Sd3*Ud2=1003*0.4=144.34kA计算K2点处短路电流各值 IK2= Id2X2*= 144.3420.515=7.04kA 冲击电流 ish.K2=1.84IK2=1.84*7.04=12.95kA冲击电流有效值 Ish.K1=1.09IK1=1.09*7.04=7.67kA 短路容量 SK2 = SdX2 = 10020.515 =4.87MVA计算结果列表6-1：表9 短路计算结果短路计算点短路计算点三相短路电流（kA）两

29、相短路电流电压（kV）三相短路容量 (MV·A)IK（3）ishIshIK(2)K110.6827.2316.139.2510.5194.17K27.0412.957.676.10.44.87七、 变电所一次设备的选择校验1、10kV侧一次设备的选择和校验表10 10KV一次侧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装设地点条件参数IK2tima数据10kV11.55A10.68kA27.23kA10.682×1=114.06一次设备型号规格额定参数UN.eIN.eIocimaxIt2t高压断路器ZN4-10/100010KV1000A17.3KA44KA

30、17.32×4=1200高压隔离开关GN8-10T/60010KV600A52KA202×5=2000高压熔断器RN2-1010KV0.5A50KA电压互感器JDZJ-10103/0.13/0.13电流互感器LQJ-1010KV400/51602×0.4=90.5（75×0.4）2×1=900避雷器FS4-1010KV2、 380侧一次设备的校验 表11 380V一次侧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装设地点条件参数IK2tima数据380V182.827.04kA12.95kA7.042×0.55=37.2

31、一次设备型号规格额定参数UN.eIN.eIocimaxIt2t断路器DZ20-400380V400A30KA刀开关HD13-1000/30380V1000A电流互感器LMZJ1-0.5500V100/5160/5电压互感器JDZ-0.5380/10熔断器RC1A-200380V200Y1.5WS0.50/2.6380V 3、高低压母线的选择 按经济截面选择（铝母线的经济电流密度为1.15） 式中，为经济电流密度；为母线经济截面；为汇集到母线上的计算电流。参照常用硬铝母线尺寸表母线选，即母线尺寸为40mm×4mm。表12 10kV变电所高低压LMY型硬铝母线的常用尺寸表（mm）变压器容

32、量200250315400500630800100012501600高压母线40×4低压母线相母线40×450×560×680×680×8100×8120×102（100×10）2（120×10）中性母线40×450×560×680×680×880×10 参照常用硬铝母线尺寸表380V侧母线选LMY-3(40×4)+40×4，即相母线尺寸为40mm×4mm，中性母线尺寸为40mm×4mm。380V

33、母线按经济截面选择。 Sec=ICjec=182.821.15=159mm2母线尺寸选为40×4时，符合经济截面要求。按最大长期工作电流选择母线截面。母线尺寸选为40×4时，Iux=480A。Iux=480AImax=182.82A也满足条件4、母线的短路稳定度校验动稳定校验三相短路电动力FC=3Kish2la×107=1.732×1×（12.95×103）2×1.10.3×107=106.5NM=FCl10=106.5×1.110=11.72NmW=b2h6=0.042×0.0046=1.06

34、7×10-6c=MW=11.721.067×10-6=11×106pa=11Mpa 故母线满足动稳定要求。 母线热稳定校验 Smin=ItimaC=10.68×103×0.5587=91.04mm2母线实际截面为 S=40×4=160 mm2Smin 故母线也满足热稳定要求。八、变电所进出线选择与校验1、10KV进线电缆选择采用YJV22-10000-3×25型交联聚乙烯电缆线直接埋地敷设。(1) 按发热条件选择:由I30=11.55A，土壤温度20，查表得，Ial=90A>I30，满足发热条件。(2) 校验短路热稳定

35、：电缆线改选缆芯为185。2、 380V低压侧出线选择（1）工具车间电缆选择、校验1）No.01供电回路线路：采用VLV22-600型铝芯聚氯乙烯绝缘电缆直接埋地敷设。 按发热条件选择：由及地下土壤温度为20，查表初步选择截面为的电缆，其 。 校验短路热稳定性 由于前面所选的缆芯截面小于，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯的聚氯乙烯电缆，即VLV226003×95+1×50的四芯电缆。 因此设备组线路采用VLV226003×95+1×50的四芯电缆供电。2）No.2供电回路线路: 亦采用VLV226003×95+1×50的四芯电缆供

36、电（选择、校验方法同上，从略）。3）No.3供电回路线路: 亦采用VLV226003×95+1×50的四芯电缆供电（选择、校验方法同上，从略）。4）No.4供电回路线路: 亦采用VLV226003×95+1×50的四芯电缆供电（选择、校验方法同上，从略）。5）No.5供电回路线路: 亦采用VLV226003×95+1×50的四芯电缆供电（选择、校验方法同上，从略）。6）No.6供电回路线路: 亦采用VLV226003×95+1×50的四芯电缆供电（选择、校验方法同上，从略）。7）No.7供电回路线路: 亦采用VLV

37、226003×95+1×50的四芯电缆供电（选择、校验方法同上，从略）。8）No.8供电回路线路: 亦采用VLV226003×95+1×50的四芯电缆供电（选择、校验方法同上，从略）。（2）冷镦车间电缆选择、校验采用VLV22-600型铝芯聚氯乙烯绝缘电缆直接埋地敷设。1）设备组1电缆选择按发热条件选择：由及地下土壤温度为20，查表初步选择截面为的电缆，其 。校验短路热稳定性 由于前面所选的缆芯截面小于，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯的聚氯乙烯电缆，即VLV226003×95+1×50的四芯电缆。2）设备组电缆选择按发热条件选择

38、：由及地下土壤温度为20，查表初步选择截面为的电缆，其 。校验短路热稳定性 由于前面所选的缆芯截面小于，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯的聚氯乙烯电缆，即VLV226003×95+1×50的四芯电缆。3）设备组电缆选择按发热条件选择：由及地下土壤温度为20，查表初步选择截面为的电缆，其 。校验短路热稳定性 由于前面所选的缆芯截面小于，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯的聚氯乙烯电缆，即VLV226003×95+1×50的四芯电缆。（3）机修车间电缆选择、校验按发热条件选择：由及地下土壤温度为20，查表初步选择截面为的电缆，其 。 校验短路热稳定性 由于前面所选的缆芯截面小于，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯的聚氯乙烯电缆，即VLV226003×95+1×50的四芯电缆。综合以上所选变电所进出线和联络线的导线及电缆型号规格如表9-1所示表13 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10