某厂降压变电所的电气设计

2011级机电气工程及其自动化专业工厂供电课程设计XX机械厂降压变电所的电气设计姓名:院别:专业:电气工程及其自动化学号:指导教师:2014年06月工学院课程设计评审表《工厂供电课程设计》课程设计任务书XX机械厂降压变电所的电气设计说明书前言课程设计是教学过程中的一个重要环节,通过课程设计可以巩固本课程理论知识,掌握供配电设计的基本方法,通过解决各种实际问题,培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力,同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解,在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练,为今后的工作奠定基础。此次课程设计是某机械厂降压变电所的电气设计,是一个实际的设计课题,能更好的让我们体会到实际的供配电系统是怎么回事。它涵盖了本书几乎所有的内容,包括全厂负荷统计,变压器的选择,短路电流的计算,供电线路的选择,供电设备的选择,无功补偿等等,并要求画变电所主接线图。同时课程设计也是教学过程中的一个重要环节,通过设计可以巩固各课程理论知识,了解工厂供电设计的基本方法,了解工厂供电电能分配等各种实际问题,培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力,同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解,在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练,为以后工作奠定基础。本设计可分为八部分:负荷计算和无功功率计算及补偿;变电所位置和形式的选择;变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择;短路电流的计算;变电所一次设备的选择与校验;变电所高、低压线路的选择;防雷和接地装置的确定;附参考文献。由于设计者知识掌握的深度和广度有限,本设计尚有不完善的地方,敬请老师、同学批评指正!目录1负荷计算和无功功率补偿2变电所位置和型式的选择3变电所主变压器及主接线方案的选择4短路电流的计算5变电所一次设备的选择校验6变电所进出线及与邻近单位联络线的选择7变电所的防雷保护与接地装置的设计8变电所主接线电路图9参考文献XX机械厂降压变电所的电气设计(一负荷计算和无功功率补偿1、负荷计算各厂房和生活区的负荷计算如表2所示。2.无功功率补偿由表2可知,该厂380V侧最大负荷时的功率因素只有0.72。而供电部门要求该厂10kv进线侧最大负荷时功率因素不应低于0.9。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素应稍大于0.9,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量:QC=P30(tanϕ1-tanϕ2=770.2[tan(arccos0.75-tan(arccos0.92]kvar=370kvar参照图1,选PGJ1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3(辅屏4台相结合,总共容量为84kvar⨯5=420kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表3所示。图1PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案(二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。在工厂平面图的下边和左侧,分别作一直角坐标的x轴和y轴,然后测出各车间(建筑和宿舍区负荷点的坐标位置,1P、2P、3P10P分别代表厂房1、2、3...10号的功率,设定1P(1.8,4.1、2P(2.8,2.6、3P(4.2,0.8、4P(3.0,5.0、5P(5.0,5.0、6P(5.0,3.7、7P(5.0,2.5、8P(6.9,5.0、9P(6.9,3.7、10P(6.9,2.5,并设11P(0.7,0.7为生活区的中心负荷,如图2所示。而工厂的负荷中心假设在P(x,y,其中P=1P+2P+3P+11P=iP∑。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:=++++++=iiiPxPPPPPxPxPxPxPx(113211111332211(1-1=++++++=iiiPyPPPPPyPyPyPyPy(113211111332211(1-2把各车间的坐标代入(1-1、(2-2,得到x=3.2,y=2.8。由计算结果可知,工厂的负荷中心在7号厂房(锻压车间的东北角。考虑到周围环境及进出线方便,决定在7号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所,器型式为附设式。图2按负荷功率矩法确定负荷中心(三变电所主变压器及主接线的选择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装设一台变压器型号为S9型,而容量根据式30SSTN≥⋅,TNS⋅为主变压器容量,30S为总的计算负荷。选TNS⋅=1000KVA>30S=843.3kVA,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,考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。(2装设两台变压器型号亦采用S9型,而每台变压器容量根据式(1、(2选择,即⨯≈⋅7.0~6.0(TNS843.3kVA=(505.98~590.31kVA(1SN·T≥S30(Ⅱ=(88.6+131.5+38.1=258.2kVA(2因此选两台S9-400/10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。2.变电所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3所示(2装设两台主变压器的主接线方案如图4所示3.两种主接线方案的技术经济比较如表4所示。表4主接线方案的技术经济比较变的主接线方案,但按经济指标,则装设一台主变的主接线方案远优于装设两台主变的主接线方案,因此决定采用装设一台主变的主接线方案。(四短路电流的计算1.绘制计算电路如图5所示图5短路计算电路2.确定短路计算基础值设Sd=100MVA,Ud=Uc=1.05UN,cU为短路计算电压,即高压侧1dU=10.5kV,低压侧2dU=0.4kV,则kAkVMVAUSIddd5.55.1010011=⨯==10.5kV0.4kVkAkVMVAUSIddd1444.03100322=⨯==3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值(1电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量ocS=400MVA,故*1X=100MVA/400MVA=0.25(2架空线路查表得LGJ-150的线路电抗kmx/36.00Ω=,而线路长10km,故26.35.10(1001036.0(2202=⨯Ω⨯==*kVMVAUSlxXcd(3电力变压器查表得变压器的短路电压百分值%kU=4.5,故kVAMVASSUXNdk10001001005.4100%3⨯==*=4.5式中,NS为变压器的额定容量因此绘制短路计算等效电路如图6所示。图6短路计算等效电路4.k-1点(10.5kV侧的相关计算(1总电抗标幺值*2*11(XXXk+=*-∑=0.25+3.26=3.51(2三相短路电流周期分量有效值kAkAXIIkdk56.151.35.5*1(1*1===-∑=(3其他短路电流kAIIIk56.13(13(3(''===-∞kAkAIish98.356.155.255.23(''3(=⨯==kAkAIIsh36.256.151.151.13(''3(=⨯==(4三相短路容量MVAMVAXSSkdk49.2851.3100*1(3(1===-∑-5.k-2点(0.4kV侧的相关计算25.01k-126.325.43(1总电抗标幺值*3*2*11(XXXXk++=*-∑=0.25+3.26+4.5=8.01(2三相短路电流周期分量有效值kAkAXIIkdk98.1701.8144*2(2*2===-∑=(3其他短路电流kAIIIk98.173(13(3(''===-∞kAkAIish08.3398.1784.184.13(''3(=⨯==kAkAIIsh60.1998.1709.109.13(''3(=⨯==(4三相短路容量MVAMVAXSSkdk48.1201.8100*2(3(2===-∑-以上短路计算结果综合图表5所示。表5短路计算结果(五变电所一次设备的选择校验1.10kV侧一次设备的选择校验如表6所示。2.380V侧一次设备的选择校验如表7所示。3.高低压母线的选择查表得到,10kV母线选LMY-3(40⨯4mm,即母线尺寸为40mm⨯4mm;380V母线选LMY-3(120⨯10+80⨯6,即相母线尺寸为120mm⨯10mm,而中性线母线尺寸为80mm⨯6mm。(六变压所进出线与邻近单位联络线的选择1.10kV高压进线和引入电缆的选择(110kV高压进线的选择校验采用TJ型铜绞线架空敷设,接往10kV公用干线。1按发热条件选择由30I=TNI⋅1=57.7A及室外环境温度33°C,查表得,初选TJ-16,其35°C时的alI=120.62A>30I,满足发热条件。2校验机械强度查表得,最小允许截面积minA=352mm,因此按发热条件选择的TJ-16不满足机械强度要求,故改选TJ-35。由于此线路很短,不需要校验电压损耗。(2由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采用YJ22-10000型交联聚乙烯绝缘的铜芯电缆直接埋地敷设。1按发热条件选择由30I=TNI⋅1=57.7A及土壤环境25°,查表得,初选缆线芯截面为252mm的交联电缆,其alI=116.1A>30I,满足发热条件。2校验热路稳定按式CtIAAima3(min∞=≥计算满足短路热稳定的的最小截面223(min25=A18.913765.01560mmmmCtIAima<=⨯==∞式中C查表为137;imat按终端变电所保护动作时间0.5s;加断路器断路时间0.1s;再加0.05s计,故imat=0.65s。因此YJ22-10000-3⨯25电缆满足短路热稳定条件。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VV22-1000型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。1按发热条件需选择由30I=134.6A及地下0.8m土壤温度为25℃,查表,初选缆芯截面952mm,其alI=251.55>30I,满足发热条件。2校验电压损耗由图1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为37m,而查表得到952mm的铜芯电缆的0R=0.24km/Ω(按缆芯工作温度75°计,0X=0.07km/Ω,又1号厂房的30P=64kW,30Q=61.2kvar,故线路电压损耗为(64(0.240.03761.2var(0.070.0371.910.38NpRqXkWkUVUkV+⨯⨯+⨯⨯∆===1.91%100%0.503%380U∆=⨯=<%alU∆=5%。故满足允许电压损耗的要求3断路热稳定度校验23(min13511575.017980mmCIAima=⨯==∞不满足短热稳定要求,故改选缆芯截面为1502mm的电缆,即选VV22-1000-3⨯150+1⨯95的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆,中性线芯按不小于相线芯一半选择,下同。(2馈电给2厂房(锻压车间的线路,由于锻压车间就在变电所旁边,而且共一建筑物,因此采用聚氯乙烯绝缘铜芯导线BV-1000型5根(包括3根相线、1根N线、1根PE线穿硬塑料管埋地敷设。1按发热条件需选择由30I=232.8A及环境温度26C︒,初选截面积1202mm,其alI=240A>30I,满足发热条件。按规定,N线和PE线也选为1202mm,与相线截面相同,即选用BV-1000-1⨯1202mm塑料导线5根穿内径80mm的硬塑管埋地敷设。2校验机械强度查表得最小允许截面积minA=12mm,因此上面所选的1202mm的导线满足机械强度要求。3校验电压损耗所选穿管线,估计长20m,而查表得0R=0.22km/Ω,0X=0.085km/Ω,又仓库的30P=95.6kW,30Q=119.7kvar,因此(95.6(0.220.02119.7var(0.0850.031.910.38NpRqXkWkUVUkV+⨯⨯+⨯⨯∆===1.91%100%0.503%<5%380U∆=⨯=故满足允许电压损耗的要求。(3馈电给3号厂房(金工车间的线路,亦采用VV22-1000-3⨯150+1⨯95的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设(方法同上,从略。(4馈电给4号厂房(工具车间的线路,亦采用VV22-1000-3⨯150+1⨯95的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设(方法同上,从略。(5馈电给5号厂房(电镀车间的线路,亦采用VV22-1000-3⨯150+1⨯95的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设(方法同上,从略。(6馈电给6号厂房(热处理车间的线路,亦采用VV22-1000-3⨯150+1⨯95的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设(方法同上,从略。(7馈电给7号厂房(装配车间的线路,亦采用VV22-1000-3⨯150+1⨯95的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设(方法同上,从略。(8馈电给8号厂房(机修车间的线路,亦采用VV22-1000-3⨯150+1⨯95的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设(方法同上,从略。(9馈电给9号厂房(锅炉房的线路,亦采用VV22-1000-3⨯150+1⨯95的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设(方法同上,从略。(10馈电给10号厂房(仓库的线路,亦采用VV22-1000-3⨯150+1⨯95的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设(方法同上,从略。(11馈电给生活区的线路采用BX-1000型铜芯橡皮绝缘线架空敷设。1按发热条件选择由30I=471.9A及室外环境温度(年最热月平均气温33℃,初选BX-1000-1⨯240,其33℃时alI≈570A>I30,满足发热条件。2校验机械强度查表可得,最小允许截面积minA=6mm2,因此BX-1000-1⨯240满足机械强度要求。3校验电压损耗查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离64m左右,而查表得其阻抗值与BX-1000-1⨯240近似等值的TJ-240的阻抗0R=0.09km/Ω,0X=0.30km/Ω(按线间几何均距0.8m,又生活区的30P=280KW,30Q=134.4kvar,因此(280(0.090.064134.4var(0.30.06411.0340.38NpRqXkWkUVUkV+⨯⨯+⨯⨯∆===11.034%100%2.9%%5%380alUU∆=⨯=<∆=满足允许电压损耗要求。为确保生活用电(的照明、家电的电压质量,决定采用二回BX-1000-1⨯240的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BX-1000-1⨯70橡皮绝缘线。重新校验电压损耗,完全合格。3.作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJ22—10000型交联聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆,直接埋地敖设,与相距约2km的临近单位变配电所的10kV母线相连。(1按发热条件选择工厂二级负荷容量共258.2kVA,30258.2/1014.9IkVAkVA==,最热月土壤平均温度为25℃。初选缆心截面为252mm的交联聚乙烯绝缘的铜芯电缆,其alI=116.1A>30I满足要求。(2校验电压损耗查得缆芯为252mm的铜kmR/91.00Ω=(缆芯温度按80℃计,kmX/12.00Ω=,而二级负荷的30234.4PkW=,30217.2varQk=,线路长度按2km计,因此234.4(0.912217.02var(0.12247.8710kWkUVkV⨯⨯Ω+⨯⨯Ω∆==%(47.87/10000100%0.48%5%alUVVU∆=⨯=<∆=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电流校验,由前述引入电缆的短路热稳定校验,可知缆芯252mm的交联电缆是满足热稳定要求的。由于邻近单位10KV的短路数据不详,因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行,只有暂缺。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8所示。(七降压变电所防雷与接地装置的设计1.变电所的防雷保护(1直击防雷保护在变电所屋顶装设避雷针和避雷带,并引进出两根接地线与变电所公共接