机械厂供配电系统设计

XX机械厂供配电系统设计一.设计任务书（一）设计题目XX机械厂降压变电所的电气设计。（二）设计要求1.工厂总平面图如下图所示。.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。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器容量为500MVA。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，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。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km,电缆线路总长度为25km。.气象资料本厂所在的地区的年最高气温为38°C，年平均气温为23°C，年最低气温为-8°C，年最热月平均最高气温为33°C，年最热月平均气温为26°C.年最热月地下0.8m处平均温度为25°C。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20..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，按两部电费制度交纳电费。每月基本电费按主变压器容量计为18元/KVA,动力电费为0.20元/KWh,照明电费为0.50元/KWh.工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.92,此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：6〜10kV为800元/Kva..地质水文资料本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m..工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用时间小时为4800小时，日前最大负荷持续时间为6h。镀车间和锅炉房是二级负荷，其余均为三级负荷。本厂的负荷统计资料表1-1所示：表1-1工厂负荷统计资料厂房编负荷类设备容号厂房名称别量需要系数功率因数1铸造车间动力3000.3-0.40.65-0.70照明60.7-0.912锻压车间动力4000.2-0.30.60-0.65照明60.7-0.913金工车间动力2300.2-0.30.60-0.65照明50.7-0.914电镀车间动力3000.4-0.60.70-0.80照明100.7-0.915热处理车动力2000.4-0.60.70-0.80间照明50.7-0.916装配车间动力1800.3-0.40.65-0.75照明70.7-0.917机修车间动力1300.2-0.30.60-0.70照明50.7-0.918锅炉房动力700.6-0.80.70-0.80照明20.7-0.919动力150.3-0.40.80-0.90仓库照明20.7-0.9110工具车间动力3000.25-0.350.60-0.65照明80.7-0.91生活区照明2000.7-0.80.9-1备注：铸造车间、电镀车间和锅炉房是二级负荷，其余均为三级负荷低压动力设备均为三相，额定电压是380V电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V二设计说明书（一）负荷计算和无功功率补偿.负荷计算各厂房和生活区域的负荷计算如下表所示表1-1XX机械厂负荷计算表设备容量需要系编号厂房名称负荷类别Pr/kw数Kdcos@tan@P30Q30S30I30动力3000.350.71.02105107.1--1铸造车间照明60.8104.80--小计306109.8107.1153.4233动力4000.250.651.17100117--2锻压车间照明60.8104.80--小计406104.8117156.5238动力2300.250.651.1757.567.3--3金工车间照明50.81040--小计23561.567.391.2139动力3000.50.80.75150112.5--4电镀车间照明100.81080--小计310158112.51942955热处理车间动力照明20050.50.80.810.7501004750 小计20510475128.2195动力1800.350.750.886355.4 6装配车间照明70.8105.60--小计18768.655.488.2134动力1300.250.71.0232.533.2--7机修车间照明50.81040 小计13536.533.249.375动力700.70.80.754936.8 8锅炉房照明20.8101.60--小计7250.636.862.595动力150.350.90.485.252.5--9仓库照明20.8101.60 小计176.852.57.3-动力3000.30.651.1790105.3 10工具车间照明80.8106.40--小计30896.4105.3142.8217生活区照明2000.750.90.4815072166.4253总计（380v侧）动力947.0784.1照明 5计入 KSP=0.8KSQ=0.85 0.75 757.6666.5 1009 1535.无功功率补偿 由表表1-1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Qc=P30(tan41-tan42)=757.6[tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)]=345kavr所以，要使低压侧功率引述由0.65提高到0.92,低压侧需装设的并联电容容量应为：Qc=350kavr补偿电容型号为BCMJ0.4-50-3,则需：n=国=7个501-3无功补偿后工厂的计算负荷计算负荷项目cos@P30/kWQ30/kavrS30/kvaI30/A380v侧补偿前负荷0.75757.6666.510091533380v无功补偿容量-350380V侧补偿h后负荷0.925757.6316.58211247.4主变压器功率补偿0.015S30=11.60.06S30=2010KV侧负荷总计0.92769.2336.5839.648.5(二)变电所位置和型式的选择在所给出的的XX机械厂总平面图上建立坐标，如附录图1所示。在坐标上分别标出个车间的坐标,又已计算出个车间的计算负荷以及工厂总的计算负荷，所以根据公式：PSx=S(Pixi)PWy=W(Piyi)可求得工厂区负荷中心所在的坐标为(8.9,8.2)。根据变电所位置选择的一般原则，选择变电所的位置在1号车间的地下，为地下变电所。(三)变电所主变压器和主结线方案的选择.变电所主变压器的选择，可有以下两种方案：(1)装设一台主变压器型式采用S9，而容量选取SN•T=1000kVA>S30=839.6kVA,即选择一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与领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采用S90，而每台容量：SNr=(0.6〜0.7)*840Kva=(504〜588)kVASn・tnS30(1+1)=(153.4+194+62.5)kVA=410kVA所以选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与领近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组别均采用Yyn0。insv-V-1O®VA（备用电氏13y-lDOT/lD1J/0.1EV其—自〕二占LiIVI\sm/sacv39-63071010/0.1KV5—记二T-M监很一片生嗓氏器胸上他爆才至〔若用电函喊耍的台主受压剧的主街嫔力至图1-2装设一台变压器的主结线方案2、变电所主结线方案的选择图1-3insv-V-1O®VA（备用电氏13y-lDOT/lD1J/0.1EV其—自〕二占LiIVI\sm/sacv39-63071010/0.1KV5—记二T-M监很一片生嗓氏器胸上他爆才至〔若用电函喊耍的台主受压剧的主街嫔力至图1-2装设一台变压器的主结线方案2、变电所主结线方案的选择图1-3装设两台变压器的主结线方案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所示（2）装设两台主变压器的主结线方案，如图1-3所示（3）两种主结线方案的技术经济比较：

表1-4两种主结线方案的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更好一些经济指标电力变压器的综合投资额S9—1000单价为10.76万元，变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为2x10.76万元=21.52万元S9-630单价为7.47万元两台投资为7.47x4=29.88万元，比一台主变压器多投资8.36万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额GG—1A（尸）型柜按每台3.5万元计，其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为4x1.5x3.5万元=21万元本方案采用6台GG—1A（F）柜，其综合投资额约为6x1.5x3.5万元=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主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为4.893万元主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为7.067万元，比一台主变的方案多耗2.174万元交供电部门的一次性供电贴费按800元/kVA计，贴费为1000x0.08万元=80万元贴费为2x630x0.08=100.8万元，比一台主变的方案多交20.8万元从上表可以看出，虽然在经济指标上，装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案，但为了保证供电安全性、可靠性，和未来的工厂扩建，采用装设两台主变的方案更合理，安全。（四）短路电路的计算1、绘制计算电路2、确定基准值设s’=100MVA2、确定基准值设s’=100MVA，Ud=U，即高压侧Ud「10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，100MV•A.<3x10.KV:5.50kA，100MV•A一…-= =144kA<3x0.4kV3、计算短路电路中元件的电抗标幺值（1）电力系统：X:=100MV•A500MV•A=0.2（2）架空线路：查表得LGJ—150的X0=0.35Q/km，l=10km，则X*=Xl三=0.35（Q/km）x10kmx100MV•A=3.250U （10.5kV）2d1（3）电力变压器：查表得Uk%=4.5，贝1J=7.144.5x100x103=7.14100x630kV•A由以上绘等效电路图:3/7141/02477.144、计算k—1点(10.5kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量(1)总电抗标幺值：Xt =X*+X*=0.2+3.25=3.45TOC\o"1-5"\h\z乙(k一1) 1 2(2)三相短路电流周期分量有效值：I(3)=_I-=2=1.59kAk-1 X. 3.45S(k-1)(3)其他三相短路电流:I〃G)=IG)=I⑴=1.59kAg k-1

iG)=2.551〃G)=2.55x1.59kA=4.05kA IG)iG)=2.551〃G)=2.55x1.59kA=4.05kA IG)=1.511〃G)=1.51x1.59kA=2.4kAshsh(4)三相短路容量：SG)= S. =100MV.A=29Mv”k-1X勺 3.45乙(k-1)5、计算k-2点(0.4kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值：Xt =X*+X*+X*//X*=0.2+3.25+7—=7.02乙限-2) 1 2 3 4 2三相短路电流周期分量有效值：IG)=12k-2 X%-2)144kA=20.5kA7.02(3)其他三相短路电流:I〃G)=IG)=IG)=20.5kA8 k-2i(3)=1.841〃G)=1.84x20.5kA=37.72kA IG)=1.091〃G)=1.09x20.5kA=22.345kAsh sh(4)三相短路容量:100MV•A

7^02=14.25MV•A以上计算结果综合如表:表1-5短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MV•AIG)kI〃(3)IG)8iG)shIG)shS(3)k-11.591.591.594.052.429k-220.520.520.537.7222.34514.25(五)变电所一次设备的选择校验1.10kV一次侧的选择校验(表1-6)

表1-610kV一次侧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其它安装地占八、、条件参数U130I（3）kiG)shIG)t9ima数据10kV48.5A1.59kA4.05kA4.8kA次设备型号格额定参数U1N19imaxI21高压少油断路器SN10—10I/630型10kV630kA16kA40kA512kA高压隔离开关GN—10/20010kV200A 25.5kA500kA高压熔断器RN2—1010kV0.5A50kA 电压互感器JDJ—1010/0.1kV 电压互感器JDZJ—1010耳0.13,0.13kV 电流互感器LQJ—1010kV100/5A 31.82kA81kA二次负荷0.6Q

避雷器FS4—1010kV 户外式高压隔离开关GW4—15G/2015kV200A 该表所选设备均满足要求。2、380V侧一次设备的选择校验（表1-7）表1-7380V侧一次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其它安装地点条件参数UNI30I（3）ki（3）shIG）tgima数据380V总1247.4.60A20.5kA37.7kA294kA额定参数UNINIgimax121t低压断路器DW15—1500/3380V1500A40kA低压断路器DZ20一630380V630A（大于130）一般30kA低压断路器DZ20一200380V200A（大于130）一般25kA低压刀开关HD13—1500/30380V1500kA 电流互感器LMZJ1—0.5500V1000/5A 电流互感器LMZ1—0.5500V160/5A100/5A 该表所选的设备均满足要求。3.高低压母线的选择，10kV母线选择LMY-3(40x4),即母线的尺寸为40mmx4mm；380V母线选择LMY-3(120x10)+80x6,即母线的尺寸为120mmx10mm,中性母线尺寸为80mmx6mm。(六)变电所进出线和邻近单位联络线的选择1.10KV的高压进线和引入电缆的选择(1)10KV的高压进线的校验采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10KV公用干线。1)按发热条件选择由I3「Iint=48.5A及室外环境温度33°C，选LJ-16,其35°C时的1al=95A>I3o,满足发热条件。2)按校验机械强度 查表得，最小允许截面Amin=35mm,因此LJ-16不满足机械强度，故改选LJ-35.由于线路很短，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I3o=I1nt=48.5A及土壤温度25°C，初选缆芯为25mm的交联电缆，其1al=95A>I3o,满足发热条件。2)校验短路热稳定。计算满足短路热稳定的最小截面Amin=/G)x，tima=2i0Z5x1590=18.mm2<A=25mm29C76式中C值由表查得到。因此YJL22-10000-3*25电缆满足要求。2.380V低压出线的选择.馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用由于仓库就在变电所上边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铜心导线BLV—1000型5根（3根相线、1根中性线、1根保护线）穿硬塑料管埋地敷设。1）按热条件选择。由及环境温度（年最热月平均气温）26摄氏度，相线截面初选185mm2，^Ial=273A>I30，满足发热条件。按规定，中性线和保护线也选为185mm2,与相线截面相同，即选用BLV—1000—1x185mm2塑料导线5根穿内径100mm的硬塑料管。2）校验机械强度。查表得，上面所选的185mm2相线满足机械强度要求。3）校验电压损耗。所选穿管线，估计长度100m，查表得R0=0.13Q/km,X0=0.081Q/km,又仓库的P30=109.8kw,Q30=107.1kvar,因此AU_109.8kwx（0.13x0.1）Q+107.1kvarx（0.081x0.1）Q_6V0.38kvAU%=（6V/380V）x100%=1.6%<5%满足允许电压损耗5%的要求。.馈电给2号厂房（锻压车间）的线路采用VLV22—1000聚氯乙烯绝缘铝心电缆直埋敷设。1）按发热条件选择。由I30=238A及地下0.8m土温度为25摄氏度,查表得，初选240mm2,其Ial=302A>I30,满足发热条件。2）效验电压损耗。由附录图得，变电所至2号厂房距离约100m,查表得120mm2的铝心电缆的R0=0.15Q/km,X0=0.0080Q/km(按缆心工作温度75摄氏度计），，又2号厂房的P30=104.8kw，Q30=117kvar得:AU_104.8kwx(0.15x0.1)Q+117kvarx(0.080x0.01)Q_44V0.38kvAU%=(4.4V/380V)x100%=1.15%<5%满足允许电压损耗5%的要求。3）短路热稳定度效验。短路热稳定度的最小截面Amin=/G）vtima_g75义20500_234mm2gC76式中tima变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器断路时间0.2s,再加0.05s。由于前面所选120毫米平方的缆芯截面小于Amin,不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯240mm2的聚氯乙烯电缆，即VLV22-1000-3x240+1x120的四芯电缆（中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同）。.馈电给3号厂房（金工车间）的路线，亦采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝心电缆直埋敷设。（方法同前，从略）缆芯截面选240mm2,即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯电缆。.馈电给2号厂房（电镀车间）的路线，亦采用VLV22—1000聚氯乙烯绝缘铝心电缆直埋敷设。（方法同前，从略）缆芯截面选240mm2,即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯电缆。5.馈电给5号厂房（仓库）的线路，亦采用VLV22—1000聚氯乙烯绝缘铝心电缆直埋敷设。（方法同前，从略）缆芯截面选240mm2，即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯电缆。.馈电给6号厂房（工具车间）的线路，亦采用VLV22—1000聚氯乙烯绝缘铝心电缆直埋敷设。（方法同前，从略）缆芯截面选240mm2,即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯电缆。.馈电给7号厂房（金工车间）的线路，亦采用VLV22—1000聚氯乙烯绝缘铝心电缆直埋敷设。（方法同前，从略）缆芯截面选240mm2,即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯电缆。.馈电给8号厂房（锅炉房）的线路，亦采用VLV22—1000聚氯乙烯绝缘铝心电缆直埋敷设。（方法同前，从略）缆芯截面选240mm2,即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯电缆。.馈电给9号厂房（装配车间）的线路，亦采用VLV22—1000聚氯乙烯绝缘铝心电缆直埋敷设。（方法同前，从略）缆芯截面选240mm2,即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯电缆。/r/