工厂供电课程设计-机械降压变电所的电气设计

工厂供电课程设计专业：09电气工程及其自动化-4姓名：高裴石学号：09171168指导老师：吴扬设计任务书〔一〕设计题目XX机械降压变电所的电气设计。〔二〕设计要求〔三〕设计依据1．总长平面图2.工厂负荷情况本长多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4000h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如下表—1所示。表—1工厂负荷统计资料表1-96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1铸造车间动力3600.380.65照明70.851.07锻压车间动力3800.250.62照明60.781.02金工车间动力3500.280.61照明80.861.04工具车间动力3600.320.62照明60.881.06电镀车间动力2600.580.72照明50.871.03热处理车间动力1800.60.73照明80.881.09装配车间动力1700.370.65照明60.871.010机修车间动力1700.260.61照明20.91.05锅炉房动力800.80.74照明1.80.91.08仓库动力280.30.82照明1.60.881.0生活区照明3600.720.923.供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供电合同规定，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。该干线的导线型号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首段〔即电力系统的馈电变电站〕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电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的要求，可采用高压联络线由临近单位取得备用电源。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15km4.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-18℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为27℃，年最热月地下0.8m处平均温度为5.地质水文资料本厂所在地区平均海拔600m，地层土质以粘土为主，地下水位为3m。6.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，按两部电费制交纳电费。每月根本电费按主变压器容量计为18元／kVA，动力电费为0.20元／kW·h，照明〔含家电〕电费为0.56元／kW·h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。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为元／kVA。〔四〕设计任务〔五〕设计时间年月日至年月日二、设计说明书〔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／kW／kvar／kVA／A1铸造车间动力3600.380.651.17136.8160.1照明70.85105.950小计367142.75160.1214.5326.37锻压车间动力3800.250.621.2795120.7照明60.78104.680小计38699.68120.7156.5238.12金工车间动力3500.280.611.398127.4照明80.86106.880小计358104.88127.41652514工具车间动力3600.320.621.27115.2146.3照明60.88105.280小计366120.48146.3189.5288.36电镀车间动力2600.580.720.96150.8144.8照明50.87104.350小计265155.15144.8212.2322.83热处理车间动力1800.60.730.94108101.5照明80.88107.040小计188115.04101.5153.4233.39装配车间动力1700.370.651.1762.973.6照明60.87105.220小计17668.1273.6100.3152.610机修车间动力1700.260.611.344.257.5照明20.9101.80小计1724657.573.61125锅炉房动力800.80.740.916458.2照明1.80.9101.620小计81.865.6258.287.7133.48仓库动力280.30.820.78.45.9照明1.60.88101.4080小计29.69.8085.911.417.3生活区照明3600.720.920.43259.2111.5282.2429.3总计〔380V侧〕动力23381186.71107.5照明411.40.71949.4941.413372033.82.无功功率补偿由表—2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侧最大时功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：参照工厂供电设计指导图2-6，选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW.4-14-3型，采用其方案1〔主屏〕1台与方案3〔辅屏〕6台相组合，总共容量84kvar×7=588kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算表—3所示。表—3无功补偿后工厂的计算负荷工程计算负荷／／／／380V侧补偿前负荷0.71949.4941.413372033．8380V侧无功补偿容量－588380V侧补偿后负荷0.934949.4353.410131541主变压器功率损耗0.01=100.05=5110kV侧负荷总量0.92959.4404.4104160(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，由工厂平面图测得各车间的坐标如表—4所示。表—4各车间的坐标厂方名称铸造车间1锻压车间7金工车间2工具车间4电镀车间6热处理车间3有功功率142.8kW99.7kW104.9kW120.5kW155.2kW115kW坐标〔1.3,5.2〕〔6.6,4.8〕〔1.3,3.6〕〔3.5,3.6〕〔6.6,6.3〕〔3.5,5.2〕厂方名称装配车间9机修车间0锅炉房5仓库8生活区变电所有功功率68.1kW46kW65.6kW9.8kW259.2kW坐标〔6.6,1.5〕〔9.4,4.8〕〔4.2,1.8〕〔6.6,3.1〕〔0.7,0.3〕(3.6,3.5)代入以下公式：算得负荷中心的坐标为(3.6,3.5)，由计算结果可知，负荷中心在2号厂房〔工具车间〕的东南角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在2号厂房〔工具车间〕的正东南角靠近厂房处建造工厂变电所，其型式为附设式。〔三〕变电所主变压器及主接线方案的选择装设两台主变压器，型号采用S9型，每台变压器容量按以下两式确定：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与临近单位相联的高压联络线来承当。主变压器的联结组均采用。〔四〕短路电流的计算1.绘制计算电路如以下图所示：2.求k-1点三相短路电流和短路容量〔〕1)计算短路电路中各元件的电抗及总电抗a.电力系统的电抗：，故b.架空线路的电抗：查表得，因此c.绘k-1点短路的等效电路，如下图，计算总电抗为：2)计算三相短路电流和短路容量a.三相短路电流周期分量有效值b.三相短路次暂态电流和稳态电流c.三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值d.三相短路容量3.求k-2点的短路电流和短路容量1)计算短路电路中各元件的电抗及总电抗a.电力系统的电抗：b.架空线路的电抗：c.电力变压器的电抗：由附录表5查得，因此d.绘k-2点短路的等效电路，如下图，计算总电抗为：2)计算三相短路电流和短路容量a.三相短路电流周期分量有效值b.三相短路次暂态电流和稳态电流c.三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值d.三相短路容量短路计算如表—5短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MV•Ak-12.512.512.516.403.7945.59k-227.3627.3627.3650.3429.8218.95〔五〕变电所一次设备的选择校验1.10kV侧一次设备的校验，如下表：表—610kV侧一次设备的校验选择校验工程电压电流断流能力动稳定度热稳定度其他设置地点条件参数数据10kV2.51kA6.40kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器10kV630A16kA40kA高压隔离开关10kV200A—25.5kA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—=31.8kA=81二次负荷避雷器FS4-1010kV————户外隔离开关GW4-12/40012kV400A—25kA选择校验工程电压电流断流能力动稳定度热稳定度其他设置地点条件参数2数据10kV2.51kA6.40kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器10kV630A16kA40kA高压隔离开关10kV200A—25.5kA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—=31.8kA=81二次负荷避雷器FS4-1010kV————户外隔离开关GW4-12/40012kV400A—25kA选择校验工程电压电流断流能力动稳定度热稳定度其他设置地点条件参数数据10kV2.51kA6.40kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器10kV630A16kA40kA高压隔离开关10kV200A—25.5kA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—=31.8kA=81二次负荷避雷器FS4-1010kV————户外隔离开关GW4-12/40012kV400A—25kA3.上下压母线的选择参照表5-28,10kV母线应选LMY-3〔〕，即母线为40mm4mm；380V母线选LMY-3(1008)+606,即母线尺寸为100mm8mm,而中性线母线尺寸为60mm6mm。〔六〕变电所进出线及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〔1〕10kV高压进线的选择校验采用铝绞架线空敷设，接住10kV公用干线。1〕按发热条件选择由==46.2A及室外环境温度30℃。查表8-36，初选LJ-16，其35℃时的=93.5A,满足发热条件。2〕校验机械强度查表8-34，最小允许截面，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-35。由于此路很短，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==46.2A及土壤温度24℃查表8-44，初选缆芯截面为25的交联电缆，其=90A，满足发热条件。2〕校验短路热稳定按式〔5-41〕计算满足短路热稳定的最小截面式中C值由表5-13查得；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0.05s计，故=0.75s。因此YJL22-10000-325电缆不满足短路热稳定条件，所以改选YJL22-10000-3352.380V低压出线和断路器等的选择〔1〕馈电给1号厂房〔铸造车间〕的线路采由附录表11可知，DW16-630型低压断路器的过流脱扣器额定电流=400A=326.3A，故初步选DW16-630型低压断路器，其=400A。设顺时脱扣电流整定为4倍，即=4400A=1600A。而=1.35978.9=1322A，满足。校验断流能力：所选DW16-630型低压断路器=30kA=27.36kA，满足要求。选择导线截面和穿线塑料管直径：因此采用双导线，由附录表19-3知，当A=150的BLV型铝芯塑料线三根穿管在35℃时，其=179A，2=358A326.3A，故按发热条件可选择A=150,管径选为75mm，由附表15可知，最小截面为2.5。现A=150，满足机械强度要求。校验导线与低腰断路器保护的配合：由于瞬时过流脱扣器整定为=1600A，而4.5〔2〕=1611A,满足4.5〔2〕，故满足导线与保护装置配合的要求，下同。表—7380V侧一次设备的校验名称装置地点条件电缆低压断路器校验短路器和电缆配合计算电流/A尖峰电流/A短路电流/kA截面积允许载流量/A型号/A/A铸造车间326.3978.927.3621502179DW16-630400A/1600A/30kA16111322132216001611锻压车间238.1714.327.362952136DW16-630250A/1000A/30kA1224964.31964.3110001224金工车间25175327.3621202155DW16-630315A/1260A/30k13951016.61016.612601395工具车间288.386427.3621202155DW16-630315A/1260A/30kA13951166.41259.9612601395电镀车间322.8968.427.3621502179DW16-630400A/1600A/30kA16111307.341307.3416001611热处理车间233.3699.927.362952136DW16-630250A/1000A/30kA1224944.9944.9<10001224装配车间152.6457.827.36150179DW16-630160A/640A/30kA886.5618618640886.5机修车间11233627.3695136DWX15-200150A/600A/50kA612454.6454.6600612锅炉房13339927.3695136DWX15-630150A/600A/200kA612538.65538.65600612仓库17.351.927.36419DW15-630100A/300A/30kA85.570.0770.0785.5300生活区429.31287.927.3631503179DW15-630600A/2400A/30kA2416.51738.71738.724002416.5(2)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。a.按发热条件选择工厂二级负荷容量共，,而最热月土壤平均温度为24℃，因此查表8-44，初选缆芯截面为25的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，其,满足发热条件。b.校验电压损耗由表8-42可查得缆芯为25的铝芯电缆的〔缆芯温度按80℃计〕，，而二级负荷的，，线路长度按2km计，因此由此可见该电缆满足允许电压损耗要求。c.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25的交联电缆是满足短路热稳定要求的。由于邻近单位10kV的短路数据不详，因此该联络线的短路热稳定校验无法进行，只能暂缺。〔3〕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。a.按发热条件选择由及室外环境温度为33℃，查表8-40，初选BLX-1000-1240，其33℃时的，满足发热条件。b.校验机械强度查表8-35，最小允许截面积，因此BLX-1000-1240满足机械强度要求。c.校验电压损耗由图量得变电所至生活区负荷中心距离约88m，由表8-39查得其近似阻抗值，〔按线几何均距0.8m计〕，又生活区的，，因此满足电压损耗要求，所以决定采用四回BLX-1000-1240的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-1120橡皮绝缘线。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。表—7变电所进出线和联络线的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YJL22-10000-335交联电缆〔直埋〕380V低压出线至1号厂房BLV-1000-2(3150+951)铝芯塑料线3根穿内径75硬塑管至2号厂房BLV-1000-2(3120+701)铝芯塑料线3根穿内径65硬塑管至3号厂房BLV-1000-2(395+501)铝芯塑料线3根穿内径65硬塑管至4号厂房BLV-1000-2(3120+701)铝芯塑料线3根穿内径65硬塑管至5号厂房BLV-1000-2(395+501)铝芯塑料线3根穿内径65硬塑管至6号厂房BLV-1000-2(3150+951)铝芯塑料线3根穿内径75硬塑管至7号厂房BLV-1000-2(395+501)铝芯塑料线3根穿内径65硬塑管至8号厂房BLV-1000-(34+2.51)铝芯塑料线3根穿内径20硬塑管至9号厂房BLV-1000-(3150+951)铝芯塑料线3根穿内径75硬塑管至10号厂房BLV-1000-(395+501)铝芯塑料线3根穿内径65硬塑管至生活区四回路，每回路3BLX-1000-1240+1BLX-1000-1120橡皮线〔三相四线架空〕与临近单位10kV联络线YJL22-10000-335交联电缆〔直埋〕变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定高压断路器的操作机构与信号回路断路器采用弹簧储能操作机构，其控制和信号回路如下图所示，可实现一次重合闸。变电所的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜，其上装有三相有功电能表和无功电能表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并据以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由有关供电部门加封和管理。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，组成的接线，用以实现电压测量和绝缘监视，其接线如下图。作为备用电源的高压联络线上，装有三相有功电能表、三相无功电能表和电流表，其接线如以下图所示。高压进线上，亦装有电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电表和无功电能表。电压照明线路上，装有三相四线有功电表。低压并联电容器组线路上，装有无功电能表。每一回路均装有电流表。低压母线上装有电压表。仪表的精确度级按标准要求。4.变电所的保护装置主变压器的继电保护装置装设瓦斯保护当变压器油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当以严重故障产生大量瓦斯时，那么动作于跳闸。装设反时限过电流保护采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。过电流保护动作电流的整定利用式,=，=1.3，=0.8，=20，因此动作电流为因此过电流保护动作电流整定为8A。〔GL15型继电器的过流保护动作电流只能2~10A，且为整数〕过电流保护动作时间整定由于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可整定为最短的0.5s。过电流保护灵敏系数的检验利用式，，，因此其保护灵敏系数为，满足规定的灵敏系数1.5的要求。装设电流速断保护利用GL15型继电器的电流速断装置来实现。速断电流的整定利用式，式中，，，，，，因此速断电流为速断电流倍数整定为〔可不为整数，但必须在2~8之间。〕电流速断保护灵敏系数的校验利用式，式中，，，因此其保护灵敏系数为，按GB50062-1992规定，电流保护〔含电流速断保护〕的最小灵敏系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护满足要求。但按JBJ/T16-1992的规定，电流速断保护的最小灵敏系数为2，那么这里的电流速断保护灵敏系数偏低