工厂供电课程设计--机械厂降压变电所的电气设计

1、工厂供电课程设计设计课题:XX机械厂降压变电所的电气设计姓 名:徐涛学 院:工 学 院专 业:电气工程及其自动化班 级:09级（2）班学 号:09177036日 期 2012年 5月1日2012年5月13日 指导教师:吴扬、龙凤兰目 录第一章 设计任务31.1设计要求31.2设计依据31.2.1工厂总平面图31.2.2工厂负荷情况41.2.3工厂供电情况51.2.4气象资料5第二章 负荷计算和无功功率补偿52.1负荷计算52.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式52.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式52.2无功功率补偿6第三章 变电所位置与形式的选择7第四章 变电所主变压器及主接线方案的选

2、择8第五章 短路电流的计算85.1确定短路基准值85.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值85.2.1电力系统85.2.2架空线路85.2.3电力变压器85.3 K-1点（10.5KV侧）的相关计算95.3.1总电抗标幺值95.3.2三相短路电流周期分量有效值95.3.3其他短路电流95.3.4三相短路电容95.4 K-2点（0.4KV侧）的相关计算95.4.1总电抗标幺值95.4.2三相短路电流周期分量有效值95.4.3其他短路电流95.4.4三相短路电容9第六章 变电所一次设备的选择校验96.1 10kV高压进线和引入电缆的选择96.1.1 10kV高压进线的选择校验 96.1.2 由高压配

3、电室至主变的一段引入电缆的选择校验 106.2 10KV侧一次设备的选择校验106.2.1 按工作电压选择106.2.2按工作电流选择106.2.3按断流能力选择106.2.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验106.3 380V侧一次设备的选择校验126.4 高低压母线的选择13第七章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定137.1 变电所二次回路反感的选择137.2 主变电所继电保护装置137.2.1 主变压器的继电保护装置137.2.2 保护动作的整定147.2.3 过电流保护动作时间的整定147.2.4 过电流保护灵敏度系数的校验147.3 装设电流速断保护147.3.1 速

4、断电流的整定147.3.2 电流速断保护灵敏度系数的校验147.4 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置14第八章 降压变电所防雷与接地装置的设计158.1 变电所的防雷保护158.1.1 直接防雷保护158.1.2 雷电侵入波的防护158.2 变电所公共接地装置的设计158.2.1 接地电阻的要求158.2.2 接地装置的设计15参考文献15XX机械厂降压变电所的电气设计第一章 设计任务1.1设计要求要求根据本厂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，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所

5、主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。1.2设计依据1.2.1工厂总平面图 1.2.2 工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4500h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1.1所示。表1.1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数5铸造车间动力3800.370.65照明6.80.851.02锻压车间动力3600.250.62照明6.70.781.07金工车间动力3900.280.

6、61照明6.50.861.03工具车间动力2800.320.62照明5.70.881.04电镀车间动力1800.580.72照明7.30.871.06热处理车间动力1900.60.73照明7.60.881.09装配车间动力1600.370.65照明5.70.871.010机修车间动力1700.260.61照明1.70.91.08锅炉房动力900.80.74照明1.70.91.01仓库动力270.30.82照明1.50.881.0生活区照明4100.720.921.2.3 供电电源情况供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该

7、干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-120，导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首端距离本厂约6km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.6s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联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为70km，电缆线路总长度为15km。1.2.4 气象资料本厂所在地区的年最高气温为35，年平均气温为26，年最低气温为-5，年最热月平均最高气温为35，年最热月平均气温为27，年最热月地下0.8米处平均气温为24。当地主导风向为东

8、南风，年雷暴日数为15。第二章 负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW） = ， 为系数b)无功计算负荷（单位为kvar）= tanc)视在计算负荷（单位为kvA） =d)计算电流（单位为A） =, 为用电设备的额定电压（单位为KV）2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW）=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0.850.95b)无功计算负荷（单位为kvar）=，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.90.97c)视在计算负荷（单位为kvA） =d)计算电流（单位为A

9、） =经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表所示（额定电压取380V）编号名称类别设备容量/kW需要系数costan计算负荷/kW/kvar/kVA/A5铸造车间动力3800370651.17140.6164.5照明6.80. 851005.780小计386.8146.5164.5220.3334.72锻压车间动力3600250621.2790114.3照明6.70781005.20小计366.795.2114.3148.82267金工车间动力3900280611.3109.2142照明6.50861005.60小计396.5114.8142182.6277.43工具车间动力28003

10、20621.2789.6113.8照明5.70881005.00小计285.794.6113.8148224.84电镀车间动力1800580720.96104.4100.2照明7.30871006.40小计187.3110.8100.2149.42276热处理车间动力190060730.94114107.2照明7.60881006.70小计197.6120.7107.2161.4245.39装配车间动力1600370651.1759.269.3照明5.70871005.00小计165.764.269.394.5143.510机修车间动力1700260611.344.257.5照明1.70910

11、01.50小计171.745.757.573.4111.68锅炉车间动力90080740.917265.5照明1.7091001.530小计91.773.5365.598.5149.61仓库动力27030820.78.15.7照明1.50881001.30小计28.59.45.71116.7生活区照明4100.720.920.43295.2126.9321.3488.2总计（380V侧）动力22271170.61066.9照明461.2计入=0.8, =0.850.72936.5906.9130419812.2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抗器两种。由于并联电抗

12、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，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.72。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：=(tan - tan)=936.5tan(arccos0.72) - tan(arccos0.92) = 504kvar选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用（主屏）1台与（辅屏）6台相结合

13、，总共容量为84kvar7=588kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷=（906.9-588）kvar=318.9 kvar，视在功率=989.3 kVA，计算电流=1503 A,功率因数提高为cos=0.947。在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1600kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1250kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表所示。无计算负荷功补偿后工厂的项目cos计

14、算负荷/KW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.72936.5906.913041981380V侧无功补偿容量-588380V侧补偿后负荷0.947936.5318.9989.31503主变压器功率损耗0.015=150.06=5910KV侧负荷计算0.93951.5377.9102459第三章 变电所位置与形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。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的轴和轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，、分别代表厂房1、2、3.10号的功率，设定（1.5，4.7）、P2(1.5,3.1)、（1.5

15、，1.5）、（3.8，6.8）、（3.8，4.7）、（3.8，3.1）、（3.8，1.5）、（7.9，4.8）、（7.2，3.3）、（6.5，1.8），并设（9.5，6.9）为生活区的中心负荷，如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(,),其中P=+=。因此仿照力学中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标： （3-1） （3-2）把各车间的坐标代入（3-1）、（3-2），得到=5.39，=4.4 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在5号厂房（铸造车间）的东南角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在5号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择装设两

16、台变压器，每台主变压器的容量不小于总计算负荷的60%70%；1024 KVA=（614.4716.8）KVA每台主变压器的容量不小于全部一二级负荷之和；=(110.8+146.5+73.5) KVA=330.8 KVA因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0 。第五章 短路电流的计算5.1 确定短路计算基准值设基准容量=100MVA，基准电压=1.05，为短路计算电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，则 （5-1） （5-2）5.2 计算短路电路中个元件的电抗标幺值5.2.1电力系

17、统已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA，故=100MVA/500MVA=0.2 （5-3）5.2.2架空线路查表得LGJ-120的线路电抗，而线路长6km，故 （5-4）5.2.3电力变压器查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故=7.14 （5-5）式中，为变压器的额定容量5.3 k-1点（10.5kV侧）的相关计算5.3.1总电抗标幺值=0.2+1.9=2.1 （5-6）5.3.2 三相短路电流周期分量有效值 （5-7）5.3.3 其他短路电流 （5-8） （5-9） （5-10）5.3.4 三相短路容量 （5-11）5.4 k-2点（0.4kV侧）的相关计算5.4.1总电抗标幺

18、值 （5-12）5.4.2三相短路电流周期分量有效值 （5-13）5.4.3 其他短路电流 （5-14） （5-15） （5-16）5.4.4三相短路容量 （5-17）以上短路计算结果综合图表所示。短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAk-12.622.622.626.683.9647.6k-225.425.425.446.727.717.6第六章 变电所一次设备的选择校验6.1 10kV高压进线和引入电缆的选择6.1.1 10kV高压进线的选择校验采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。a).按发热条件选择由=236.4=72.8A及室外环境温度35°，查表得，初

19、选LGJ-35,其35°C时的=149A>,满足发热条件。b).校验机械强度查表得，最小允许截面积=35，而LGJ-35满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。6.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJLV22-10000型交联聚乙烯绝缘的四芯(加铜芯)电缆之间埋地敷设。a)按发热条件选择由=36.4A及土壤环境24°，查表得，初选缆线芯截面为35的交联电缆，其=110A>,满足发热条件。b)校验热路稳定按式，A为母线截面积，单位为；为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为；C为材料热稳定系数；为母线通过的三相短路稳态电流，单

20、位为A；短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中=2470，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=77，把这些数据代入公式中得<A=35。因此JL22-10000-3 35电缆满足要求。6.2 10kV侧一次设备的选择校验6.2.1按工作电压选则 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。6.2.2按工作电流选择设备的额定电流不应

21、小于所在电路的计算电流，即6.2.3按断流能力选择设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。6.2.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件或、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值。b)热稳定校验条件 对于上面的分析，如表6-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。1. 10kv侧变压器线路上一次设备的选择校验 如下图选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数据10kv72.8A2.6

22、2kA6.68kA一次设备型号规格额定参数高压少油断器SN10-10I/63010kv630A16kA40kA高压隔离开关10kv200A-25.5kA高压熔断器RN2-1010kv0.5A50kA-电压互感器JDZJ-1010/0.1-电流互感器LAJ-1010kv200/5-2.10kv侧进线上变压器部分设备的选择校验 如下图选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数据10kv36.4A2.62kA6.68kA一次设备型号规格额定参数高压隔离开关10kv200A-25.5kA高压断路器SN10-10I/63010KV630A16kA40kA高压熔断器RN2-1010kv

23、0.5A50kA-电压互感器JDJ-1010/0.1-3, 备用电源线路上的设备的选择与校验 因为备用电源仅仅给二级负荷供电，而二级负荷电流分别为 铸造车间334.7A，电镀车间为227A，锅炉房为149.6A.则二级负荷总的电流为：334.7A+227A+149.6A=711.3A而变压器的变比为10kv/0.4kv，所以高压侧电流为所以我们选择的导线型号为LGJ-35.则备用电源线路上的各元件的选取如下表：选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数据10kv28.5A2.62kA6.68kA一次设备型号规格额定参数电流互感器LAJ-1010kv100/5-高压隔离开关1

24、0kv200A-25.5kA导线LGJ-3510kv137A-高压断路器SN10-10I/63010kv630A16kA40kA6.3 380V侧一次设备的选择校验编号名称装置地点条件电缆低压断路器校验断路器与电缆配合计算电流尖峰电流短路电流截面积允许载流量型号5铸造车间335100525.4300347DW16-630400/1400/304.5*347=1561.51.35*1005=1356.72锻压车间22667825.4150242DW16-630250/1000/301089915.37金工车间27783125.4240319DW16-630315/1260/301435.5112

25、1.83工具车间22567525.4150242DW16-630250/1000/301089911.34电镀车间22768125.4150242DW16-630250/1000/301089919.46热处理车24573525.4185273DW16-630250/1000/30992.39装配车间14443225.470DW16-630160/640/30828583.210机修车间11133325.450142DW16-630160/640/30640449.68锅炉房15030025.470184DW16-630160/640/308284051 仓库175125.42590DW16-

26、630100/300/3040569年最热月地下0.8米处平均温度为24度，采用 VLV22-1000型导线，上述各车间的均符合要求生活区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I30=488.2A及室外环境温度（年最热月平均气温）27，初选BLX-1000-1240，其时Ial515A>I30,满足发热条件。2）效验机械强度 查表可得，最小允许截面积Amin=10mm2，因此BLX-1000-1240满足机械强度要求。6.4 高低压母线的选择查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY

27、-3（12015）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。第七章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定7.1变电所二次回路方案的选择 a)高压断路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用手动操动机构，其控制与信号回路如工厂供电设计指导图6-12所示。c)变电所的测量和绝缘监察回路 变电所高压侧装有电压互感器避雷器柜。其中电压互感器为3个JDZJ10型，组成Y0/Y0/的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察，其接线图见工厂供电设计指导图6-8。作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电度表和三相无功电度表、电流表，接线图见工厂供电设计指导图6-9。高压进线上，

28、也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。每一回路均装设电流表。低压母线装有电压表，仪表的准确度等级按符合要求。7.2 变电所继电保护装置7.2.1主变压器的继电保护装置 a）装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。 b）装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。7.2.2护动作电流整定 其中，可靠系数，接线系数，继电器返回系数，电流互感器的电流比=100/5=20

29、，因此动作电流为： 因此过电流保护动作电流整定为6A。7.2.3过电流保护动作时间的整定 因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍的动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s 。7.2.4过电流保护灵敏度系数的检验其中，=0.86625.4kA/(10kV/0.4kV)=0.88KA，因此其灵敏度系数为： 满足灵敏度系数的1.5的要求。7.3装设电流速断保护 利用GL15的速断装置。7.3.1速断电流的整定：利用式，其中，因此速断保护电流为速断电流倍数整定为 7.3.2、电流速断保护灵敏度系数的检验利用式，其中，因此其保护灵敏度系数为 >1.5从工厂供电课程设计指导表6-1可知，按GB5006292规定，电流保护的最小灵敏度系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。但按JBJ696和JGJ/T1692的规定，其最小灵敏度为2，则这里装设的电流速断保护灵敏度系数偏底。7.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。a)过电流保护动作电流的整定,利用式，其中=2，取， =1，=0.8， =50/5=20，因此动作电流为： 因此过电流保护动作电流整定为9A。b)过电流保护动作电流的整定按终端保护