课程设计之10kV变电所

..目录前言.................................................1课程设任务书...................................21.1设计目的..........................................21.2设计容..........................................21.3设计任务书........................................2第二章设计说明书......................................52.1车间变电所电压等级确定和主接线方案确定.......52.2电力负荷计算...........62.3车间变电所变压器台数确定及额定容量的选择....82.4短路电流计算............前言10kV变配电所是电力系统的一个重要组成局部，由电气设备及配电网络按一定的接线方式构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，将电能平安、可靠、经济的输送到每一个用电设备。变配电所涉及面很多，需要考虑的问题多，需要分析变配电所担负的任务及用户负荷等情况，利用计算负荷确定无功功率补偿装置及补偿容量的大小。同时进展各种变压器的选择，从而确定变配电所的接线方式，再进展短路电流的计算，选择变配电所上下压电气设备及保护的配置。本车间变配电所的初步设计包括：无功功率的补偿主变压器的选择系统接线方式的选择短路电流的计算继电保护的选择与整定防雷与接地保护等容..第一章课程设计任务书1.1 设计目的工厂供电课程设计是按教学方案安排在相关课程完毕后进展的教学实践环节，以加强学生所学电气课程理论的运用，培养学生综合运用所学知识，解决问题及分析问题的能力。培养学生初步的工程设计能力。通过课程设计使学生初步掌握电气工程设计的步骤及方法，学会编写设计说明书，并按国家标准绘制工程图样。工厂供电课程设计的任务是将电力系统输送来的电能，经过合理输送变配电方式，输送给每一个用电设备上。以保证电气设备可以获得平安、可靠、高质量的电能，在设计中要遵循国家有关规程和规定。1.2 设计容确定车间变电所的电压级别；采用需要系数法，计算单台设备支线、用电设备组干线和车间变电所低压母线和进线的计算负荷；计算补偿容量，选择电容器柜个数和电容器个数；确定车间变电所电气主接线；确定变电器的容量和台数；短路电流计算，计算出各短路点最大和最小短路电流值及短路容量；选择低压母线并进展动、热稳定校验；绘制车间变电所的电气主接线图、车间配电系统图和配电平面图。1.3 设计任务书设计题目某机械制造厂车间变电所及其低压配电系统设计。设计根底资料车间负荷全部为三级负荷，对供电可靠性要求不高。车间平面布置图如图1-1所示，车间用电设备明细表如表1-1所示，车间变电所低压转供负荷如表1-2所示。图1-1 车间平面布置图表1-1车间用电设备明细表设备序号设备名称台数单台容量效率功率因数启动倍数1普通车床C630110.1250.880.8162平面磨床M713017.60.880.8263~12普通车床C6C1104.60.90.81613，20砂轮机S3SL-30021.50.920.826.514，15普通机床C61623.30.90.81616摇臂钻Z3518.50.870.825.517，18圆柱立式钻床23.1250.890.83619吊车5t110.20.820.654.521，22牛头刨床B6050240.870.82623，24立式铣床X53T213.80.880.81425，26液压牛头刨床B6902110.890.805.527立式钻床Z51210.60.910.826.528，33立式钻床Z53524.6250.900.80629，30箱式加热电阻炉RJX-452450.971.032，35普通车床CW61100223.70.880.82434龙门刨床B2016166.80.860.812.5表1-2车间变电所低压转供负荷序号转供负荷名称计算负荷转供距离/kmPc/kWQc/kvarSc/kV·AI30/Acosφ1WL4机械加工二车间回路1322037.7457.340.850.2回路2503058.3188.590.86回路3401542.7264.910.94照明41201218.231.0合计13465148.93226.280.902WL5备件库回路1341637.5857.100.900.1回路2221526.6240.440.83合计563164.0197.250.873WL6空压站回路1752077.62117.930.970.15回路2543664.9098.610.83回路3632266.73101.390.94合计19278207.24314.870.934WL7锻压车间回路116817.8927.180.890.2回路2332541.4062.900.80回路3141117.8027.040.79照明42002030.391.0合计834493.94142.730.88〔3〕二次母线短路容量:=200MV·A，=150MV·A；保护动作时限=1.2s；电源进线l=0.4km(电缆)；电压:/=10/0.4kV；最热日平均气温：地上30，地下28；车间最大负荷利用小时数=4500h；土壤电阻率p=100Ω·m；自然接地电阻=20Ω；车间最大负荷时功率因数不得低于0.9，供电贴费为700元/(kV·A)。第二章设计说明书2.1 车间变电所电压等级确定和主接线方案确定〔一〕车间变电所主接线方案确定〔1〕根据机械加工车间负荷均为三级负荷，对供电可靠性要求不高，因此可采用线路---变压器组接线方式。它优点是接线简单、使用设备少和建立投资省；其缺点是供电可靠性差。当供电线路，变压器及其低压母线上发生短路或任何高压设备检修时，全部负荷均要停顿供电。这种接线适用于三级负荷的变电所。为保证对少量二级负荷供电，可在变压器低压侧引入其它变电所联络线作为备用电源。选择主接线方案如图2-1所示。图2-1 车间变电所主接线〔2〕车间变电所高压侧根据电源条件选定为10kV，低压侧额定电压为380V，因此选择降压变压器额定电压为10/0.4kV。〔3〕机加车间低压配电网络接线方式的选择，低压配电网络接线方式有放射式、树干式、环式和链式。低压配电网络接线设计应满足用电设备对供电可靠性和电能质量的要求，同时应注意接线简单，操作平安方便，具有一定的灵活性，适应性广和使用上变化及设备检修的需要，配电系统层次一般不超过三级。〔4〕根据GB50052-1995"供配电系统设计规"的规定，由于机加车间的电动机容量不大又集中，对供电可靠性要求不高，因此低压配电网接线可采用树干式和链式接线。车间低压配电网络接线图如图2-2所示。图2-2 车间低压配电网络接线图各配电箱所接电气设备如表2-1所示。表2-1配电箱及配电箱所接电气设备序号配电箱编号电气设备序号配电箱编号所接电气设备序号AL114,15,16,17,18AL55,7,8,9,10,11,12AL220,21,22AL613,27,28AL323,24,34,35AL725,26AL41,2,3,4,6AL829,302.2 电力负荷计算采用需用系数法对车间用电设备进展负荷计算〔1〕各支线负荷计算及熔断器和导线截面积选择查表1-1，知序号1设备单位容量10.125kW，效率，功率因数，启动倍数，那么计算电流：=，启动电流：==621.58=129.48(A)选择支线熔断器。，=0.4×129.48=51.79(A),式中，为熔体额定电流，K为选择熔体的计算系数，轻载启动取0.25~0.4。选=60A，100A，查表5-10〔工厂供电设计指导P80〕，选择RT0-100/60。选支线截面积。按允许载流量选择，根据，查表8-32〔工厂供电设计指导P155〕，根据实际环境温度θ=30，选3根单芯塑料导线穿钢管埋地敷设。当截面积A=4,=30时，=22A=21.58A，选择结果为BLV-34-22A—15mm〔钢管直径〕。同理选择出所有电动机支线的熔断器和导线截面积如表2-2所示。表2-2各支线负荷、熔断器、导线截面积选择结果设备序号设备名称单台容量/kW计算电流/kA启动电流/kA熔断器选择//A导线截面积A/mm2允许截流量/A钢管直径/mm1普通车床C63010.12521.5851.79100/60422152平面磨床M71307.61638.450/402.516153普通车床C6C14.69.5923.0250/302.516154砂轮机S3SL-3001.53.027.8550/102.516155普通机床C6163.36.8816.5150/202.516156摇臂钻Z358.518.1039.8250/402.516157圆柱立式钻床3.1256.4315.4350/202.516158吊车5t10.229.0839.2650/40629159牛头刨床B605048.5220.4550/302.5161510立式铣床X53T13.829.4147.06100/506291511液压牛头刨床B6901123.4751.64100/604221512立式钻床Z5120.61.223.1750/52.5161513立式钻床Z5354.6259.7623.4250/302.5161514箱式加热电阻炉RJX-454570.4877.53100/8025651515普通车床CW6110023.749.9079.84100/8016521516龙门刨床B201666.8145.70109.28200/1209514715〔2〕干线负荷计算及截面积选择。回路WL1的负荷为=3.3×2+8.5+3.125×2+1.5+4×2+23.7+4.625+13.8×2+66.8+23.7=177.28(kW)回路WL2的负荷为=10.125+7.6+4.6×10+1.5+0.8+4.625=70.45(kW)回路WL3的负荷为=11×2+45×2=112(kW)机加车间用电设备从低压配电屏引出三个回路WL1、WL2、WL3，各回路所接配电箱及用电设备如表2-3和表2-4所示。表2-3 机加车间三个回路负荷计算结果车间回路号配电箱序号设备序号额定容量〔kW〕需用系数WL1AL11415161718177.280.30.621.265AL22021223233AL323243435WL2AL41234670.450.20.611.299AL55789101112AL6132728WL3AL725261120.30.621.265AL82930表2-4 机加车间三个回路负荷计算结果车间回路号计算负荷〔kW〕〔kvar〕(kV·A)(A)WL153.1867.2785.75130.28WL221.1427.4634.6552.65WL333.642.554.1882.32车间转供负荷计算结果如表1-2所示。交联聚乙烯绝缘电缆具有优良的性能，优先选用。故采用YJLV型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设，由于地下温度28电缆载流量按0.9校正。查表8-37〔工厂供电设计指导P159〕，选择结果如表2-5所示。保护线〔PE〕截面积的选择：=1\*GB3①当16时，；=2\*GB3②当1616；=3\*GB3③当。表2-5 车间干线计算电流及导线截面积选择结果〔YJLV铝芯电缆〕回路编号干线计算电流〔A〕导线允许载流量(A)导线截面积A〔〕WL1130.28164.73×50+1×25WL252.65115.23×25+1×25WL382.32115.23×25+1×25WL4226.28274.53×120+1×70WL597.25115.23×25+1×25WL6314.87350.13×180+1×95WL7142.73164.73×50+1×252.3 车间变电所变压器台数及额定容量的选择根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量，有以下两种方案：方案一：选一台主变压器，低压侧采用单母线，采用低压联络线作为备用电源。=630kV·A=579.94kV·A，查表2-5(工厂供电设计指导P29)选择一台S9-630/10/0.4-低损耗配电变压器，技术数据如表2-6所示。方案二：选两台主变压器，暗备用，低压侧采用单母线分段主接线，有=〔0.5~0.6〕×579.94=〔289.97～347.96〕kV·A，选择两台S9-315/10/0.4-低损耗配电变压器，技术数据如表2-6所示。表2-6 S9型电力变压器技术数据型号额定容量〔kV·A〕空载损耗〔kW〕负载损耗〔kW〕空载电源%短路阻抗%连接组别标号参考价〔元/台〕S9-630/10/0.46301.26.20.94.574700S9-315/10/0.43150.673.0651.1443000表2-7 两种主接线方案的技术经济比拟比拟工程方案1方案2技术指标供电平安性满足要求满足要求供电可靠性根本满足要求根本满足要求供电质量一台主变，电压损耗大两台并列运行，电压损失小灵活方便性一台主变，灵活性小两台主变，灵活性好扩建适应性留有扩建余地小扩建适应性好经济指标电力变压器的综合投资查表2-5，S9-630单价:7.47万元查表3-1，变压器的综合投资为其单价的2倍，即14.94万元查表2-5，S9-315单价:4.3万元查表3-1，变压器的综合投资为其单价的2倍，即17.2万元比方案1多投资2.26万元高压开关柜的综合投资KYN-10型柜每台单价按5万元计，采用4台柜，查表3-1高压开关柜综合投资为设备价的1.3倍，即5×4×1.3=26万元KYN-10型柜每台单价按5万元计，采用6台柜，查表3-1高压开关柜综合投资为设备价的1.3倍，即5×6×1.3=39万元比方案1多投资13万元电力变压器和高压开关柜的年运行费用查表3-2，主变压器和高压开关柜的折旧和维修管理费用每年为：14.94×〔0.05+0.06〕=1.64万元26×〔0.06+0.06〕=3.12万元总计4.76万元查表3-2，主变压器和高压开关柜的折旧和维修管理费用每年为：17.2×〔0.05+0.06〕=1.89万元39×〔0.06+0.06〕=4.68万元总计6.57万元比方案1多投资1.81万元续表比拟工程方案1方案2经济指标交给供电部门的一次性供电贴费按700元/(kV·A)计，贴费为0.07×630=44.1万元按700元/(kV·A)计，贴费为0.07×315×2=44.1万元两种方案供电贴费相等由上表分析，技术指标方案2优于方案1，而经济指标方案1优于方案2。此题目对供电可靠性要求不高，采用方案1比拟合理。2.4 短路电流计算短路电流计算目的是为了选择和校验车间变电所高、低压电气设备及提供继电保护所需要的技术数据，因此应计算在最大运行方式下和最小运行方式下的短路电流值。计算电路图如图2-3所示。图2-3 供电系统计算电路图等值电路图如图2-4所示。图2-4 供电系统等值电路图计算各器件基准电抗标幺值。基准容量：，基准电压：,基准电流：,由：，电源阻：，由：l=0.4km,,电缆进线阻抗：,变压器：=7.143计算k1点和k2点短路电流=0.71351.015=5.42kA=0.54350.754=7.29kA=7.85657.874=18.33kA=7.68657.70418.73kA取高压冲击系数=1.8，那么==18.56kA取低压冲击系数=1.6，那么==42.38kA最大短路容量：==132.63MV·A，==12.98MV·A表2-10 短路电流计算结果短路点运行方式最大运行方式短路电流/kA7.2918.73最小运行方式短路电流/kA5.4218.33冲击电流/kA18.5642.38最大短路容量/MV·A132.6312.982.5 车间上下压电气设备选择1、选择母线截面积车间低压母线，可选LMY型矩形硬铝母线，按经济电流密度选择。母线计算电流=881.13A，由于年最大负荷利用小时数=4500h，查表8-26〔工厂供电设计指导P151〕得经济电流密度=1.73A/mm²，因此经济截面为==509mm²。查表8-30〔工厂供电设计指导P154〕选LMY型硬铝母线100×8，竖放时=1625A，平放时减少8，那么=1495A，因此，符合要求。对母线作热稳定校验：，那么热效应允许最小截面积为：===264(C为短路热稳定系数，查表5-2〔工厂供电设计指导P66〕得C=87A/),因为A=100×8264，所以热稳定合格。对母线作动稳定校验：母线采用平放布置，根据低压配电屏构造尺寸确定a=0.25m，l=0.9m。由b=100mm,h=8mm,那么m==12.5,=1.39,查图4-13〔工厂供电设计指导P63〕，那么导体形状系数1.05，中间相〔b相〕受最大电动力Fmax=1.73=1174.5N计算应力。10kV进线电缆热稳定校验查表5-2〔工厂供电设计指导P66〕得10kV交联聚乙烯绝缘电缆的热稳定系数C=77A/)，那么，按热稳定要求重选交联聚乙烯绝缘电缆，允许载流量，符合要求，电缆不作动稳定校验。车间变电所上下压电气设备的选择表2-11 车间变电所进线侧和低压侧计算数据工程额定电压/kV计算电流A短路电流kA短路容量/MV·A冲击电流/kA热稳定s进线侧1033.487.29132.6318.561.5=79.72低压侧0.38881.1318.7312.9842.381.5=526.2表2-12 车间变电所高压电气设备的选择型号额定电压=10kV额定电流=33.48A断流能力/7.29kA动稳定度=18.56kA热稳定度79.72额定断流容量132.63MVA高压少油断路器106301640300高压隔离开关1020025.5高压限流式熔断器100.5501000电压互感器JDZ-1010/0.1电压互感器JDZJ-10//电流互感器LQJ-1010100/531.82避雷器FS-10或FZ-1010表2-13 车间低压干线断路器及低压刀开关的选择车间回路号计算电流/A低压断路器型号低压刀开关型号WL1WL2WL3WL4WL5WL6WL7130.2852.6582.32226.2897.25314.87142.73DW15-200DW15-200DW15-200DW15-400DW15-200DW15-400DW15-200HD13-200HD13-200HD13-200HD13-400HD13-200HD13-400HD13-200高压开关柜的选择查<<工厂常用电气设备手册>>P880，选用KYN-10型金属铠装式开关柜，根据车间变电所主接线选择开关柜编号方案如图2-5所示。图2-5 车间变电所主接线选择开关柜编号方案表2-14 车间变电所主接线选择开关柜编号方案KYN-10高压开关柜编号004042005018开关柜用途数量型号电缆进线电压测量及保护接车间主变压器右联络SN10-10I少油断路器111CD10I型操动机构111RN2-10/0.5高压熔断器1FS2/FZ2型避雷器3JDZ型电压互感器3LDJ型电流互感器233ZDJ型电压监视装置1JN-10型接地开关1外形尺寸〔宽mm/深mm/高mm〕800/1650/2200800/1500/2200800/1500/2200800/1500/2200低压配电屏的选择查<<工厂常用电气设备手册>>P960，选用PGL-2型低压开启式开关柜，根据车间变电所低压配电线路选择低压开关柜编号方案如图7所示。查<<工厂常用电气设备手册>>P754，选用PGJ1型低压无功功率补偿屏，根据车间变电所低压配电线路选择低压补偿柜编号方案如图2-6所示。图2-6 低压配电线路选择低压开关柜及低压补偿柜编号方案表2-15 低压配电线路选择低压开关柜及低压补偿柜编号方案PGL2低压配电屏编号0325252525252525PGJ1PGJ1用途数量型号电缆进线WL1馈电WL2馈电WL3馈电WL4馈电WL5馈电WL6馈电WL7馈电主补偿屏1辅补偿屏3DW15-1500/3低压断路器1HD13-1500/30型刀开关1LMZJ1-0.5电流互感器3DZX10-600/3低压断路器1111111HD-13-600/31型刀开关1111111LMZ1-0.5电流互感器1111111aM332A熔断器1818HD13-400/3隔离开关11LMZJ-200/5电流互感器33CJ10-40/3型接触器66BW0.4-14-3型电容器66动力配电箱的选择查<<工厂常用电气设备手册>>P1165，选用XF-10型动力配电箱，根据车间变电所低压干线选择动力配电箱编号方案如图2-7所示。图2-7 低压干线动力配电箱编号方案2.6 变电所防雷保护及接地装置设计1、直击雷保护在变电所屋顶装置避雷针或避雷带，并引出两根地线与变电所公共接地装置相连，由于变电所高压电气设备均在室，因此不必设置独立的避雷针。防雷引下线，应优先利用自然引下线，还可以利用建筑物的钢柱、消防梯、金属烟囱作为自然引下线。人工防雷引下线采用圆柱或扁钢，优先采用圆钢，其截面积应满足规要求，引下线沿建筑物外墙敷设，并经最短路径接地，要求接地电阻为4Ω。2、雷电侵入波的保护在10kV高压侧配电室装有FS2/FZ2型避雷器，引下线采用25mm×4mm镀锌扁钢，下与公共接地网焊接，上与避雷器接地端螺栓连接。变电所公共接地装置的设计=1\*GB2⑴查表9-6〔工厂供电设计指导P175〕接地电阻应满足：1〕≤且≤10Ω；2〕≤4Ω为车间变电所单相接地短路电流，即：=(+35)/350==1.3A，那么=92.3Ω，所以取≤4Ω。〔2〕土壤电阻率ρ=100Ω·m，自然接地电阻=20Ω,接地体采用长L=2.5m，直径φ=50mm的镀锌钢管，管距5m垂直打入地下，管顶离地面0.6m，管间用40mm×4mm镀锌扁钢焊接相连。〔3〕单根垂直接地体电阻估算，===40Ω，自然接地体电阻=20Ω，那么需人工接地体电阻=·)/(-)==5Ω。查表9-11〔工厂供电设计指导P177〕，==2，那么≈0.66，那么所需接地体个数n≥==12.1,取n=14根。校验复合电阻：R=/n==4.33=(R·)/(R+)=3.56Ω<4Ω，即符合要求。变电所接地装置布置图如图2-8所示。图2-8 变电所接地装置布置图2.7 车间变电所继电保护装置断路器控制和信号回路设计，采用灯光监视的断路器控制信号回路接线。变电所测量及计量仪表，10kV变电所计量仪表的装设如表2-16所示。表2-16 10kV变电所计量仪表的装设线路名称装设的表计数量电流表电压表有功功率表有功电能表无功电能表10kV进线11110kV母线〔每段〕410kV联络线11210kV出线111变压器高压侧111变压器低压侧31低压母线〔每段〕1出线〔>100A〕113、中央信号装置在变电所控制或值班室一般装设中央信号装置，由事故信号和预告信号组成。车间变