某机器厂供配电系统设计说明

..前言工厂供电的要求和意义工厂供电工作,不仅对电力工业是一种促进,而且对发展工业生产,实现工业现代化也具有十分重要的意义。随着现代文明的发展与进步,社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。作为电能传输与控制的中间枢纽,变电所必须改变传统的设计和控制模式,才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。电能从区域变电站进入工厂后,首先要解决的就是如何对电能进行控制、变换、分配和传输等问题。而变电所就担负着这一重任,一旦变电所出了事故而造成停电,则整个工厂的生产过程都将停止进行,甚至还会引起一些严重的安全事故工厂供电工作要很好的为工业生产服务,必须满足如下基本要求。<1>安全。在电能供应分配和使用中,不应发生人身事故和设备事故。〔2可靠。根据可靠性的要求,工厂内部的电力负荷分为一级负荷、负荷、三级负荷三种。一级负荷为因突然停电会造成设备损坏或造成人身伤亡,因此必须有两个独立源供电；二级负荷突然停电会造成经济上的较大损失或会造成社会秩序的混乱,因此必须有两回路供电,但当去两回线路有困难时,可容许有一回专用线路供电；三级负荷由于突然停电造成的影响或损失不大,对供电电源工作特殊要求。〔3优质。应满足用户对电压、频率、波形不畸变等电能质量要求。〔4经济。在满足以上要求的前提下,供电系统尽量要接线简单,投资要少,运行费用要低,并考虑尽可能地节约点能和有色金属的消耗量。工厂供电系统是电力系统的一个组成部分,必然受到电力系统工况的影响和制约,因此供电系统应该遵守电力部门制定的法规,评价分析可以应用电力系统中采用的分析、计算方法。其基本内容有以下几方面：进线电压的选择,变配电所位置的电气设计,短路电流的计算及继电保护,电气设备的选择,车间变电所位置和变压器数量、容量的选择,防雷接地装置设的作用。目录.第1章负荷计算和无功功率补偿41负荷计算42无功功率补偿7第2章变电所位置与型式的选择10第3章变电所主变压器及主接线方案的选择111变电所主变压器的选择112变电所主接线方案的选择113两种主接线方案的技术经济比较14第4章短路电流计算161绘制计算电路162确定短路计算基准值163计算短路电路中各元件的电抗标幺值164计算k-1〔10.5kV侧点短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量175计算k-2〔0.4kV侧点短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量17第5章变电所一次设备的选择校验19110kV侧一次设备的选择校验192380V侧一次设备的选择校验203高低压母线的选择21第6章变压所进出线与邻近单位联络线的选择22110kV高压进线和引入电缆的选择222380V低压出线的选择233高压联络线的选择校验27.第8章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定291变电所二次回路方案的选择292变电所继电保护装置293装设电流速断保护304作为备用电源的高压联络线的继电保护装置31第8章变电所防雷与接地装置的设计331变电所的防雷保护332变电所公共接地装置的设计34参考文献37负荷计算和无功功率补偿负荷计算各车间的负荷计算如表1和2所示金工车间的负荷计算如表1所示。序号设备名称设备容量/kW台数/台总容量/kW1-313-1623-253632-34车床7.1251499.754铣床12.8112.852135摇臂钻6.925320.775674142铣床9.8439.289铣床8.7217.410砂轮机3.213.21112砂轮机2121718磨床9.2218.419磨床14.3114.32038磨床13.3226.62237车床10.125220.252627磨床15.75231.52829立车6316338.7138.730车床20.15120.1531摇臂钻10.5110.53940龙门刨85.42170.8434445铣床8.7326.146镗床9.319.347铣床9.819.848桥式起重机23.2123.24950桥式起重机39.5279总计756.725.××机械厂负荷计算如表2编号名称类别设备容量Pe/kW需要系数Kdcosφtanφ计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1冷作车间动力100110——照明17.280.81.0013.820——小计—113.82110158.29240.52装配车间动力8090——照明14.40.81.0011.520——小计—91.5290128.36195.023仓库动力2020——照明14.40.71.0010.080——小计—30.082036.1254.824金工车间动力756.7250.250.61.33189.18251.61——照明17.280.81.0013.820——小计774.005—203251.61323.29491.195户外照明照明20152537.95总计〔380V侧458.42486.61计入K∑P=0.8K∑P=0.850.7366.74413.62522.79839.882.无功功率补偿由表2知,该厂380V侧最大负荷时的功率因数为0.81,而供电部门要求该厂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素应稍大于0.90,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量:变电所位置和型式的选择QC=P30<tanΦ1-tanΦ2>=366.74[tan<arccos0.7>-tan<arccos0.92>]kvar=202.04kvar参照图1,选PGJ1型低压自动补偿评屏,并联电容器为BW0.4-10-3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60kvar5=300kvar。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=〔413.62-300kvar=113.62kvar,视在功率=396.81kV·A,计算电流=602.9A,功率因数提高为cos==0.94。在无功补偿前,该变电所主变压器T的容量为应选为630kVA,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400kVA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3所示。图1PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2.2所示。表3无功补偿后工厂的计算项目CoS∮计算负荷P30/kwQ30/kwS30/kvwI30/A380V侧补偿前负荷0.81366.74413.62522.79839.88380V侧无功补偿容量-300380V侧补偿后负荷0.95366.74113.62383.94583.34主变压器功率损耗0.015S30=5.80.06S30=23.0410KV负荷总计0.94372.54136.66396.8122.9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,、、、、分别代表仓库、装配车间、冷作车间、金工车间的功率,设定〔1.6,0.8、〔4.9,0.8、〔1.76,2.95、〔4.75,2.95、,并设〔3.5,1.85为户外照明区的中心负荷,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：x=P1x1+P2x2+P3x3+…=∑<Pixi>〔2.1P1+P2+P3+…∑Piy=P1y1+P2y2+P3y3+…=∑<Piyi>P1+P2+P3+…∑Pi〔2.2把各车间的坐标代入〔2.1、〔2.2,得到=3.77,=2.31。由计算结果可知,工厂的负荷中心在金工车间的西南角。考虑到周围环境及进出线方便,决定在金工车间的南侧紧靠车间建造工厂变电所,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方案的选择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>装设一台主变压器型号采用S9型,容量根据式SN.T≥S30,SN.T为主变压器容量,S30.为总的计算负荷。选SN.T=500kVA>S30=396.81kVA,即选一台S9-400/10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为S9型,而每台变压器容量根据式SN.T≈<0.6-0.7>S30、SN.T≥S30<Ⅰ+Ⅱ>选择,即SN.T≈<0.6-0.7>396.81kVA=〔kVASN.T≥S30<Ⅰ+Ⅱ>=323.29KVA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 装置一台主变压器的主接线方案如图2所示。S9-400GG-1A<F>-0710/0.4kV联络线〔备用电源GG-1A<F>-54GW口-1010kVFS4-10GG-1A<J>-03GG-1A<J>-03GG-1A<F>-07GG-1A<F>-54GG-1A<F>-07GG-1A<F>-07主变联络〔备用220/380V高压柜列图3装设一台主变压器的主接线方案〔2装设两台主变压器的主接线方案装设两台主变压器的主接线方案如图3所示。Y0Y0Y0220/380VS9-400GG-1A<F>GG-1A<F>-0710/0.4kVS9-40010/0.4kV联络线〔备用电源GG-1A<F>-54GG-1A<F>-113、11GW口-1010kVFS4-10GG-1A<J>-01GG-1A<F>-113GG-1A<F>-11GG-1A<J>-01GG-1A<F>-96GG-1A<F>-07GG-1A<F>-54主变主变联络〔备用高压柜列-96图4装设两台主变压器的主接线方案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比较项目装设一台主变的方案〔见图2装设两台主变的方案〔见图3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,电压损耗较大由于两台主变并列,电压损耗较小灵活方便性只有一台主变,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得S9-400/10的单价为4万元,而变压器综合投资约为其单价的2倍,因此综合投资约为2*4=8万元查得S9-400/10的单价为4万元,因此两台变压器的综合投资约为4*4=16万元,比一台主变方案多投资8万元高压开关柜〔含计量柜的综合投资额查得GG-1A<F>型柜可按每台4万元计,其综合投资可按设备的1.5倍计,因此高压开关柜的综合投资约为4*1.5*4=24万元本方案采用6台GG-1A<F>柜,其综合投资约为6*1.5*4=36万元,比一台主变方案多投资12万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变的折旧费=21万元*0.05=1.05万元；高压开关柜的折旧费=24万元*0.06=1.44万元；变配电的维修管理费=〔30.2+24万元*0.06=3.25万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=〔1.05+1.44+3.25=5.74万元主变的折旧费=32.8万元*0.05=1.64万元；高压开关柜的折旧费=36万元*0.06=2.16万元；变配电的维修管理费=〔42+36万元*0.06=4.68万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=〔1.64+2.16+4.68=8.48万元,比一台主变方案多投资2.74万元供电贴费主变容量每KVA为x元,供电贴费=400KVA*x万元/KVA=0.4x万元供电贴费=2*400KVA*x万元=0.8x万元,比一台主变多交0.4x万元从上表可以看出,按技术指标,装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案,但按经济指标,则装设一台主变的主接线方案远由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计算电路500MVAK-1K-2500MVAK-1K-2LGJ-150,8km10.5kVS9-6300.4kV～∞系统图52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〔5.13元件的电抗标幺值计算〔1电力系统 查的电力系统出口断路器SN10-10Ⅱ的断流容量=500MVA,故 =100MVA/500MVA=0.2 〔2架空线路查得架空线路电抗x0=0.35Ω/m,而架空线路长1km,故 〔3电缆查得电缆电抗x0=0.08Ω/m,而电缆长0.08km,故 〔4电力变压器 查表得变压器的短路电压百分值=4,故式中,为变压器的额定容量。因此绘制短路计算等效电路如图5.2所示。kk-1k-2图6短路计算等效电路4k-1点短路时的相关计算〔1总电抗标幺值=0.2+0.3+0.005=0.505〔2三相短路电流周期分量有效值〔3其他短路电流〔4三相短路容量.5k-2点短路时的相关计算〔1总电抗标幺值=0.2+0.3+0.005+4=4.505〔2三相短路电流周期分量有效值〔3其他短路电流〔4三相短路容量以上短路计算结果综合图表5所示。表5短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAk-110.8910.8910.8927.7716.64198k-231.9631.9631.9658.8134.8422.2<五>变电所一次设备的选择校验a按工作电压选择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。b按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流,即c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<6.1>对于分断负荷设备电流的设备来说,则为,为最大负荷电流。d隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验〔1动稳定校验条件 或<6.2>、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〔2热稳定校验条件110KV侧一次设备的选择校验如表7所示表610kV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他装置地点条件参数UNI30数据10KV23.110.8927.77142.31一次设备型号规格额定参数UNINIOCimax高压少油断路器SN10-10Ⅱ/100010KV10031.5kA80kA31.52×2=3969高压隔离开关GN19-10/40010KV4—31.5KA12.52×4=625高压熔断器RN2-1010KV0.5A50kA——电压互感器JDJ-1010/0.1KV————电压互感器JDZJ-10————电流互感器LQJ-1010KV100/5A—<90×0.1>2×1=81二次负荷0.6Ω避雷器FS4-1010KV————户外式高压隔离开关GW4-15G/40015KV4—31.5102×5=500表6所选一次设备均满足要求。2380V侧一次设备的选择校验同样依据1节方法,做出380V侧一次设备的选择校验,如表7所示,所选数据均满足要求。表7380V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其它装置地点条件参数-数据380V总583.3431.96kA58.81kA-一次设备型号规格额定参数-低压断路器DW15-600/3D380V640kA低压断路器DZ20-630380V630A〔大于42KA<较高>低压断路器DZ20-200380V200A〔大于42kA〔较高低压刀开关HD13-600/30380V600电流互感器LMZJ1-0.5500V630/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A查表得到,10kV母线选LMY-3<404>,即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3〔606+404,即母线尺寸为60mm6mm,而中性线母线尺寸为60mm6mm。〔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==23.1A及室外环境温度34.6°,查表得,初选LJ-16,其34.6°C时的=93.5A>,满足发热条件。2校验机械强度 查表得,最小允许截面积=35,因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求,故改选LJ-16。由于此线路很短,故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YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。1按发热条件选择 由==28.4A,查表得,初选缆线芯截面为25的交联电缆,其=149A>,满足发热条件。2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,单位为A；短路发热假想时间,单位为s。本电缆线中=10890,=0.5+0.2+0.05=1.25s,终端变电所保护动作时间为1s,断路器断路时间为0.2s,C=77,把这些数据代入公式中得.>A=25,不满足发热条件,故改选JL22-10000-3150电缆满足要求。2380V低压出线的选择〔1馈电给冷作车间的线路采用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=240.5A,查表,初选缆芯截面95,其=243A>,满足发热条件。 2校验电压损耗 由图所示的工厂平面图量得变电所至冷作车间距离约为129m,而查表得到150的铜芯电缆的=0.24〔按缆芯工作温度75°计,=0.07,又冷作的=100kW,=110kvar,故线路电压损耗为>=5%3断路热稳定度校验由于前面按发热条件选择150的缆芯截面小于Amin,不满足短热稳定要求,故改选缆芯截面为240的电缆,即选VV22-1000-3240+195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号厂房装配车间的线路,亦采用VV22-1000-3240+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设〔方法同上,从略。〔3馈电给仓库的线路,亦采用VV22-1000-3240+195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馈电给金工车间的线路,由于金工车间就在变电所旁边,而且共一建筑物,因此采用交联聚乙烯绝缘铜芯芯导线BV-1000型5根〔包括3根相线、1根N线、1根PE线穿硬塑料管架空敷设。1按发热条件需选择 由=491.19A及环境温度23.2,初选截面积300,其=540A>,满足发热条件。 2校验机械强度 查表得,=2.5,因此上面所选的300的导线满足机械强度要求。3校验电压损失所选穿管线估计长50m,而查表得=0.09,=0.07,又金工车间的=251.61kW,=6323.29kvar,因此<=5%故满足允许电压损耗的要求。〔5馈电给户外照明区的线路采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1按发热条件选择由I30=37.95A及室外环境温度23.2℃,初选BLX-1000-16,其23.2℃时Ial≈2效验机械强度查表可得,最小允许截面积Amin=10mm2,因此BLX-1000-16不满足机械强度要求,故改选缆芯截面为10的电缆3校验电压损耗查工厂平面图可得变电所至户外照明区的负荷中心距离84m左右,而查表得其阻抗值与BLX-1000-110近似等值的LJ-10的阻抗=3.33,=0.280〔按线间几何均距0.8m,又户外照明区的=20KW,=15kvar,因此<=5%满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回BLX-1000-110的三相架空线路对户外照明区供电。PEN线均采用BLX-1000-16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YJL22—10000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆,直接埋地敖设,与相距约1.08Km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323.29KVA,。查表：初选缆心截面为25的交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆,其满足要求。2校验电压损耗可查得缆芯为25的铝〔缆芯温度按80℃计,,而二级负荷的,,线路长度按2km计,因此由此可见满足要求电压损耗5%的要求。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25的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知,因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行,只有暂缺。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。表8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LGJ-35铝绞线〔三相三线架空主变引入电缆YJL22—10000—3×25交联电缆〔直埋380V低压出线至冷作车间VV22-1000-3240+195四芯塑料电缆〔直埋至装配车间VV22-1000-3240+195四芯塑料电缆〔直埋至仓库VV22-1000-3240+195四芯塑料电缆〔直埋至金工车间BLV—1000—1×4铝芯线5根穿内径25硬塑管至户外照明区四回路,每回路3×BLX-1000-1×10+1×BLX-1000-1×6橡皮线〔三相四线架空线与临近单位10KV联络线YJL22—10000—3×16交联电缆〔直埋<七>变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定1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。2变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜,装设三相有功电度表和无功电度表,分别计量全厂消耗的有功电能表和无功电能,并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。〔3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JDZJ——10型,组成Y0/Y0/的接线,用以实现电压侧量和绝缘监察。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。高压进线上,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。4变电所继电保护装置〔1主变压器的继电保护装置1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。2装设反时限过电流保护。采用DL15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。a.过电流保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,因此动作电流为：因此过电流保护动作电流整定为4A。b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。c过电流保护灵敏度系数的检验其中,=0.86631.96kA/<10kV/0.4kV>=1.1kA,因此其灵敏度系数为：满足灵敏度系数的1.5的要求。3>装设电流速断保护利用DL15型继电器的电流速断装置实现。a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b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。按GB50062—92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J6—96和JGJ/T16—92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。<2>作为备用电源的高压联络线的继电保护装置1>装设反时限过电流保护。亦采DL15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 ,,,,因此动作电流为：因此过电流保护动作电流整定为6A。b过电流保护动作电流的整定按终端保护考虑,动作时间整定为0.5s。c过电流保护灵敏度系数因数据资料不全,暂缺。2>装设电流速断保护亦利用DL15的速断装置。但因数据资料不全,其整定计