降压变电所的电气设计

1、1 引言电能是现代工业生产的主要能源和动力.电能既易于由其他形式的能量转换而来,又易于转换为其他形式的能量以供给用.电能的输送和分配既简单经济,又便于限制、调节、测量.有利于实现生产过程自动化.而工厂供电就是指工厂所需要电能的供给和分配.工厂供电设计要到达为工业生产效劳,保证工厂生产和生活用电的需要,并做好节能工作,就必须做到：平安、可靠、优负、经济.在工厂里,电能虽然是工业生产的主要能源和动力,但是它在产品本钱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,并不在于它在产品本钱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,提升产品质量,提升劳动生

2、产率,降低生产本钱,减轻工人的劳动强度,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,如果工厂的电能供给忽然中断,那么对工业生产可能造成严重的后果.因此,做好工厂供电工作对于开展工业生产,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效劳,切实保证工厂生产和生活用电的需要,并做好节能工作,就必须到达以下根本要求：(1)平安在电能的供给、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

3、用户对供电可靠性的要求.(3)优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求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,适应开展.2,设计任务与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开展,根据平安可靠、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、类型,选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线,确定防雷和接地装置,最后按要求写出设计说明书,绘出设计图样.设计依据：(1)工厂

4、总平面布置图参考附图A(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数为4500h,日最大负荷持续时间为6h0该厂除铸造车间、 电镀车间和锅炉房属于二级负荷外,其余均属于三级负荷.低压动力设备均为三相,额定电压为380V.电气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见附表所示.(3)供电电源情况根据工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定,本厂可由附近一条的干线取得工作电源.该干线的走向参看工厂总平面图.该干线的导线牌号为LJ-120,导线为等10KV边三角形排列,线距1.5m,干线首端距离本厂约13km.干线首端所装设的高压短路器断流容量为500MVA,此断路

5、器配备有定时限过电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1.7s,为满足工厂二级负荷的要求,可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源.(4)气象资料：本厂所在地年最高温度38C,年平均气温为16C,年最低温度为-10C,年最热月平均最高温度32C,年最热月地下0.8M处平均温度25C,常年主导风向为南风,覆冰厚度是3CM,年雷暴日数35天.(5)地质水文资料：平均海拔1200M,地层以沙粘土为主,地下水位3-5M.(6)电费制度：供电贴费800元/KVA.每月电费按两部电费制：根本电费为按主变压器容量计为18元/KVA,动力电费为0.2元/KW.H,照明电费为0.5元/KW.H

6、.工厂最大负荷时功率因数不得小于0.90.3 负荷计算和无功功率计算及补偿3.1负荷计算和无功功率计算表 2-1 某厂负荷计算表编 R名称类别设备1川与cos中tan9计算负荷容量系数P30/kWQ30varS30.kVAfI30AJ1铸造车间动力3000.30.651.1790105.3138.52210.5照明80.8106.40-小记308-96.42锻压车间动力3200.20.651.176474.8898.5149.7照明80.7105.60-小记328-69.63金工车间动力3700.30.651.17111129.87170.8259.6照明70.8105.60-小记377-11

7、6.64工具车间动力3000.350.651.17105122.85161.6245.6照明90.9108.10-小记309-113.15电镀车间动力3000.60.750.88180158.4239.8364.4照明80.7105.60-小记308-185.66热处理车间动力1300.60.750.887868.64103.9157.9照明60.9105.40-小记136-83.47装配车间动力1300.30.71.013939.3955.4384.24照明70.8105.60-小记137-44.68机修车间动力1600.20.651.173237.4449.2574.85照明40.7102

8、.80-小记164-34.89锅楼房动力800.80.750.886456.3285.25129.56照明20.7101.40-小记82-65.410仓库动力250.40.80.75107.512.518.99照明10.7100.70-小记26-10.711生活区照明3400.80.90.48272130.56301.71458.53总计动力2115照明400K己=0.9KS=0.940.731060.2931.15954.18875.281294.81967.83.2无功功率补偿由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：S30=1294.8KVA这时低压侧的功率因数为：cos%=0.73

9、为使高压侧的功率因数之0.91,那么低压侧补偿后的功率因数应高于0.91,取：cos*=0.920要使低压侧的功率因数由0.79提升到0.92那么低压侧需装设的并联电容器容量为：Qc=954.18tanarccos0.73Tanarccos0.92=486.6KVAR选PGJ1型低压自动补偿屏,并联电容器为BW0.4-14-1/3型,采用其方案1主屏1台与方案3辅屏4台相组合,总共容量84kvarM5=420kvar.因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2-3所示.表 2-2 无功补偿后工厂的计算的负荷工程cos平计算负荷P30；kWQ30/kvar刈kVAI3q.：A380

10、V 侧补偿前负荷0.73954.81875.281294.81967.8380V 侧无功补偿容量-420380V 侧补偿后负荷0.94954.81455.281057.81607.5主变压器功率损耗13.35310kV 侧负荷总计0.89941.51402.281023.851556.04 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央.工厂的负荷中央按功率矩法来确定,计算公式为式3.1和3.2.变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中央工厂的负荷中央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Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如Pixi,yi、P2

11、X2,y2、P3X3,y3等.而工厂的负荷中央设在Px,y,P为Pi+P2+P3+-=ZPi.因此仿照?力学?中计算重心的力矩方程,可得负荷中央的坐标：P1X1P2X2P3X3v(Pixi)X 二PiP2P3(3.1)Plyl-P2y2+P3y3yPiP2P3Py)“Pi(3.2)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.坐标轴12345678910生活区X(cm)0.980.980.983.33.33.33.37.256.769.6Y(cm)4.32.751.164.32.751.14.33.11.57.1由计算结果可知,x=4.2,y=

12、5.4工厂的负荷中央在3号厂房的东北角.考虑的方便进出线及周围环境情况,决定在6号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电所,其型式为附设式.5 .变电所主变压器的选择和主结线方案的选择5.1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以下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 SN.T2S30,选SNT=1250KVAS3O=1023.85KVA,即选一台S9-1250/10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y=JpE和式“

13、PiSN.TS30(H2秒择,即 SNT由 0.60.7)1023.85KVA=(614.31716.70)KVA 且因此选两台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当.(3)主变压器的联结组均采用Yyn0.5.2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以下两种主接线方案:(1)装设一台主变压器的主接线方案,如图4-1所示(2)装设两台主变压器的主接线方案,如图4-2所示5.3两种主结线方案的技术经济比拟对两种主接线方案进行比拟,如表4-1所示.表 4-1 两种主接线方案的比拟比拟工程装设一台生变的方案装设两台主变的方

14、案技供电平安性满足要求满足要求术供电可靠性根本满足要求满足要求YJ1：2-10000-窜K 结费在用电源 iGG-GO11J)HIK)11-03T4=0T-0T图 4-1 装设一台主变压器的主结线方案图 4-2 装设两台主变压器的主结线方案IDkVFS-iuGW1-15G/M0r rnlcoTtnlcoTt电bT合=1心V1D/380VIDkV指供电质量由一台主变,电压损耗较大由于四台主变并列,电压损耗标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些由手册查得 S91250 单价为由手册查得 S9800 单价为电力变压器的综15.76 力兀,而由手册查得变压

15、10.5 万元,因此两台综合投资合投资器综合投资约为其单价的 2 倍,为 4X10.5 万元=42 万元,比一因此其综合投资为 2X15.76 万台变压器多投资 10.48 力兀元=31.52 万元经高压开关柜(含查手册信 GGA(F)型柜按本方案采用 6 台 GGA(F)计量柜)的综合投每台 3.5 万 7U 计,查手册得其综柜,其综合投资额约为 6X1.5X济资额合投资按设备价 1.5 倍计,因此3.5=31.5 力兀,比一自主变的其综合投资约为 4M.5X3.5=21方某多投资 10.5 万兀指力兀参照手册计算,主变和高压开主变和高压开关柜的折旧费和标电力变压器和高关柜的折算和维修治理费

16、每年维修治理费每年为 7.067 万元,压开关柜的年运行为 4.893 力兀(其余略)比一台生变的方案多耗 2.174费万元供电贴费按 800 元/KVA 计,贴费为 1250贴费为 2X800X0.08 万元=1280.08=100 方兀万元,比一台生变的方案多交28 万元变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择.当符合以下条件之一时,宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大.结合本厂的情况,考虑到二级重要负荷的供电平安可靠,应选择两台主变压器.6 .短路电流的计算本厂的供电系统简图如图4-2所示.采用两路电源供线,一路为距本厂8km的馈电变电站经LG

17、J-120架空线系统按电源计,该干线首段所装高压断路器的断流容量为450MVA;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.6.1确定基准值MSd=100MVA,Uc1=10.5kV;Uc2=0.4kV100MVASd100MVA=5.5kA;Id2144.0kA.310.5kV.3UC230.4kV8 系统Sd-3UCI10KV380V6.2计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：(忽略架空线至变电所的电缆电抗)(1)电力系统的电抗标么值：*Xi450MVA架空线路的电抗标么值：查手册得 Xo=0.28C/km

18、,因此：X2=0.28(j/km)8km100MVA-2.310.52(3)电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得 Uk%=4.5,因止匕:、,*、,*4.5100MVAX3=X4=4.51001000kVA可绘得短路等效电路图如图5所示.图5-2短路计算的等效电路6.3计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量(1)总电抗标么值：Xkq=0.22+2.3=2.5255ka(2)三相短路电流周期分量有效化Ik31=吧乌=2.182.52(3)其他三相短路电流:I=嗡)=1*=2.18kaiS3)=2.55M2.18=5.559KA；I%)=1.51 父 2.18=3

19、.29KA(4)三相短路容量：=100MVA=39.68MVA2.52100MVA二 0.226.4计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量(1)总电抗标么值：Xkz=Xi+X2十(X3X4)=0.22+2.3+1%=4.23(2)三相短路电流周期分量有效值：lk3)2=142=34.04KA4.23其他三相短路电流：I3=凰=I；/=34.04KAi；h=1.84 父 34.04=62.64KA;I；h=1.09 父 34.04=37.10kA以上计算结果综合如表5-1所示.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/MVAI(3)1kI(3)I(3)

20、QOi(3)shI(3)shUNk-12.182.182.185.5593.2939.68k-234.0434.0434.0462.6437.1023.647 .变电所一次设备的选择校验7.1 10kV侧一次设备的选择校验10kV侧一次设备的选择校验如表6-1所示.表 6-110kV 侧一次设备的选择校验选择校验工程电压电流断流水平动而急定度热稳定度其他装置地点条件参数UNINIK3).(3)ishI密Ltima数据10kV57.7A2.18kA5.559kA8.5(4)三相短路容量:SL100MVA4.23=23.64MVA一次设备型号规格额定参数UNfINeIOCimaxI：t高压少油断路

21、器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA512局压隔离开关GN-10/20010kV200A25.5Ka500高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-1010/出电流互感器LQJ-1010Kv100/5A31.8Ka81二次负荷 0.6Q避雷器 FS4-1010kV户外式高压隔离开关GW4-15G/20012kV400A25Kv500表6-1所选一次设备均满足要求.7.2 380V侧一次设备的选择校验380V侧一次设备的选择校验如表6-2所示表 6-2380V 侧一次设备的选择校验选择校验工程电压电流断流动而急热

22、稳其他水平定度定度装置地点条件参数UNI301(3)IKj(3)ishI2Uma数据3801243.6034.0462.64926.98一次设备型号规格额定参数UNfINeIOCimaxIt2t低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kV低压断路器DZ20-630380V630A30kA低压断路器DZ20-200380V200A25kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5160/5避雷器-户外隔离开关-表6-2所选一次设备均满足要求7.3上下压母线的选择参照参考文献,1

23、0kV母线选LMY-340父4,即母线尺寸为40mmM4mm；380V母线选LMY-3120 黑 10+80 父 6,即母线尺寸为120mm黑10mm,而中性线母线尺寸为80mmM6mm.8 .变电所进出线以及邻近单位联络线的选择8.1 10kV高压进线和引入电缆的选择(1)10kV高压进线的选择校验采用LGJ型铝绞线架空敷设,接往10kV公用干线.1)按发热条件选择由 I30=I1NT=57.7A 及室外环境温度32口C,参照参考文献,初选LJ-16,其35七时的 lai=93.5A?I30满足发热条件.2)校验机械强度参照参考文献,最小允许截面 Amin=35mm2,因此按发热条件选择的L

24、J-16不满足机械强度要求,故改选LJ-35o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 I30=I1NT=57.7A 及土壤温度25七,参照参考文献,初选缆芯截面为Amin=25mm2的交联电缆,其 Iai=90AI30,满足发热条件.2)校验短路热稳定按式加=M计算满足短路热稳定的最小截面CWAmin=I(3)Jma=1500mm2=16.87mm2：A=25mm2C77式中C值由参考文献查得； tma按终端变电所保护动作时间0.5S,加断路器断路时间0.2s,再加

25、0.05s计,故 tima=0.75s.因此YJL22-10000-3*25电缆满足短路热稳定条件8.2 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 130=202 及地下0.8m土壤温度259,参照参考文献,初选缆芯截面120mm2,其/=212AAI30,满足发热条件.2校验电压损耗由附图1所示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为50m,而由参考文献查得 120mm2的铝芯电缆 R=0.31C/km按缆芯工作温度75c计,X0=0.07C/km,又1号厂房的 P30=108kW,Q30=126.36k

26、var,因pRqX/日此按式AU=一得:UN：UJ08kW(0.310.05126.36kvar(0.070.05.5V0.38kV4.8VU%100%=1%Ual%-5%380V故满足允许电压损耗的要求.3短路热稳定度校验按式加=M 计算满足短路热稳定的最小截面W(3)、,tima0.75222Amin=I-=27640mm=314.96mmmC76由于前面按发热条件所选 120mm2的缆心截面小于 Amin,不满足短路热稳定要求,故改选缆芯截面为 240mm2的电缆,即选VLV22-1000-3父240+M120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆,中性线芯按不小于相线芯一半选择,下同.2馈电给2

27、号厂房锻压车间的线路选VLV22-1000-3父240+俨120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆,中性线芯按不小于相线芯一半选择.3馈电给3号厂房热处理车间的线路选VLV22-1000-3父240+1父120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆(4)馈电给4号厂房(电镀理车间)的线路选VLV22-1000-3m240+1x120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆,中性线芯按不小于相线芯一半选择.(5)馈电给3号厂房(仓库)的线路由于仓库就在变电所旁边,而且共一建筑物,因此采用的聚氯乙烯绝缘的铝芯导线BLV-1000型(见表8-30)5根(包括3根相线、一根N线、1根PE线)穿硬塑料管埋地敷设.(6)馈电给6号厂

28、房(工具车间)的线路采用VLV22-1000-3X240+1父185的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋.(7)馈电给7号厂房(金工车间)的线路采用VLV22-1000-3M240+1父185的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设.(8)馈电给8号厂房(锅炉房)的线路采用VLV22-1000-3M240+1父70的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设.(9)馈电给9号厂房(装配车间)的线路采用VLV22-1000-3M240+1父150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设.(10)馈电给10号厂房(机修车间)的线路采用VLV22-1000-3M240+1父95的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设.(1

29、1)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.8.3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,直接埋地敷设,与相距约2km的邻近单位变配电所的10kV母线相联.(1)按发热条件选择工厂二级负荷容量共676kVA,I30=676kVA/T3x10kV=39A,而最热月土壤平均温度为25P,因此参照参考文献,初选缆芯截面为 25mm2的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆注：该型电缆最小芯线截面积为 25mm2,其禽=90A加,满足发热条件.2校验电压损耗由参考文献可查得缆芯为25mm的铝芯电缆的 R=1.54C/km缆芯温度按80C计),X0

30、=0.12G/km,而二级负荷的 P30=300.1kw,Q30=266.82kvar 线路长度按2km计,因此0.38kV823VU%=100%0.823%：Ual%-5%10000V由此可见该电缆满足允许电压损耗要求.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 25mm2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 7-1 所选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 父 25

31、交联电缆直埋至 1 号厂房VLV22-1000-3 父 300+1 父 150 四芯塑料电缆直埋至 2 号厂房VLV22-1000-3 父 300+1 父 70 四芯塑料电缆直埋300.1kW(1.542)1266.82kvar(0.122)1-U二二82.3V380V低压出线至 3 号厂房VLV22-1000-3X300+1 父 95 四芯塑料电缆直埋至 4 号厂房VLV22-1000-3X300+1 父 150 四芯塑料电缆直埋至 5 号厂房VLV22-1000-3x300+1 父 150 四芯塑料电缆直埋至 6 号厂房VLV22-1000-3X300+1 父 185 四芯塑料电缆直埋至 7 号厂房VLV22-1000-3x300+1 父 185 四芯塑料电缆直埋至 8 号厂房VLV22-1000-3 父 300+1 父 70 四芯塑料电缆直埋至 9 号厂房VLV22-1000-3x300+1 父 150 四芯塑料电缆直埋至 10 号厂房VLV22-1000-3x300+1 父 95 四芯塑料电缆直埋至生活区单回路,回路线 3MLJ-240+1MLJ-120架空与邻近单位 1