某厂降压变电所电气部分设计

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kv及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1）遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。（2）安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。（3）近期为主、考虑发展；应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。（4）全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。2.负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。单组用电设备计算负荷的计算式:有功计算负荷PPeKd有功计算负荷PPeK视在计算负荷SP计算电流ISN 3UN运用公式对各车间进行负荷计算，结果如表2.1所示。名称类别设备容量PkW系数KdP30kWQ30kvarS30kVA30A1铸造车间动力5040 2锻压车间动力600—3金工车间动力700—4工具车间动力600 5车间动力800 6热处理车间动力142.8800 7装配车间动力800—8机修车间动力400 9房动力100 仓库动力8100—生活区（380V侧）动力要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.92。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于0.92，暂取0.93来计算380V侧所需无功功率补偿容量：故选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台相组合，总共容量84kvar5=420kvar。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2.2无功补偿后工厂的计算的负荷计算负荷P30kWQ30kvarS30kVAI30A380V侧补偿前负荷380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷主变压器功率损耗10kV侧负荷总计年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量：Wp#年无功电能耗电量：Wq#PTQT结合本厂的情况，年最大负荷利用小时数T为4800h，取年平均有功负荷系数年有功耗电量：Wp#0.72960.53kW4800h3.32106kW#h；年无功耗电量：Wq#0.78451.91kvar4800h1.69106kW#h。结合本厂的情况，年最大负荷利用小时数T为4800h，取年平均有功负荷系数年有功耗电量：Wp#0.72960.53kW4800h3.32106kW#h；年无功耗电量：Wq#0.78451.91kvar4800h1.69106kW#h。按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示表3.1各车间和宿舍区负荷点的坐标位置坐标轴123456789生活区X(㎝)Y(㎝)由计算结果可知，x=3.3y=3.7工厂的负荷中心在6号厂房的西南角。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在4号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。4变电所主变压器的选择和主结线方案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：N.TS30，选SN,T1000kVAS30806.67kVA，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，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承（2）装设两台主变压器型号亦采用S9，而每台变压器容量按式y和因此选两台S9630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用Yyn0。4.2变压器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4.1所示（2）装设两台主变压器的主接线方案，如图4.2所示图4.1装设一台主变压器的主结线方案图4.2装设两台主变压器的主结线方案4.3两种主结线方案的技术经济比较。比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案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一些更好一些电力变压器的综合投资由手册查得S9—1000单价为器综合投资约为其单价的2倍，由手册查得S9—630单价为7.47万元，因此两台综合投资比一台变压器多投资8.36万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查手册得GG—A（F）型柜按每台3.5万元计，查手册得其综合投资按设备价1.5倍计，因标电力变压器和高压开关柜的年运行费参照手册计算，主变和高压开关柜的折算和维修管理费每年主变和高压开关柜的折旧费和万元供电贴费按800元/KVA计，贴费为1000=100.8万元，比一台主变的方从表4.1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，因此决定采用装设两台主变的方案。5短路电流的计算设Sd100MVA，UdUc1.05UN，即高压侧Ud110.5kV，低压侧Ud20.4kV，则Id1Sdd2Sd5.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统已知Soc400MVA，故1X100MVA500MVA0.21（2）架空线路查表8-37，得LJ-150的X0=0.34/km，而线路长12km，故X2（3）电力变压器查表2-8，得Uz%=4.5，故X3因此绘短路计算等效电路如图5.2所示。335.410KV侧三相短路电流和短路容量X(k1)X1X20.2（2）三相短路电流周期分量有效值X（3）其他短路电流（4）三相短路容量S dXS dX 3 333.3MVA5.5380KV侧三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值d2k（3）其他短路电流144kA40.29kAs)23.87kA（4）三相短路容量S dSXX 100MVA 15.27MVA短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAUk-1k-26变电所一次设备的选择校验6.110kV侧一次设备的选择校验表6.110kV侧一次设备的选择校验选择校验项目装置地点条件参数UI数据额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA高压隔离开关GN-10/20010kV200A高压熔断器RN2-1010kV50kA电压互感器JDJ-10电压互感器JDZJ-10电流互感器LQJ-1010Kv100/5A二次负避雷器FS4-1010kV隔离开关GW4-15G/20012kV400A25Kv6.2380V侧一次设备的选择校验表6.2380V侧一次设备的选择校验选择校验项目装置地点条件参数UII数据额定参数低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kV低压断路器DZ20-630380V630A30kA低压断路器DZ20-200380V200A25kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器500V1500/5A电流互感器500V100/5160/5避雷器户外隔离开关参照表5—28，10kV母线选LMY-3（404即母线尺寸为40mm4mm；380V母线选LMY-3(12010)806,即母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。7变电所进出线以及邻近单位联络线的选择7.110kV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I30I1N2）校验机械强度最小允许截面Amin35mm2，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I30I1NT57.7A及土壤温度芯截面为Amin25mm2的交联电缆，其Ial90AI30，满足发热条件。2）校验短路热稳定按式C计算满足短路热稳定的最小截面AminI(3)ma18505mm220.8mm2A25mm2因此YJL22-10000-3×25电缆满足短路热稳定条件。7.2380V低压出线的选择（1）馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。选缆芯截面185mm2，其Ial273AI30，满足发热条件。2）校验电压损耗由图11-4所示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为70m，而由资料查得185mm2的铝芯电缆R00.21km（按缆芯工作温度75计X00.07/km，又1号厂房的P30121.2kW，Q30116.3kvar，因此按式UpRqX得：UNU0.38kVU%100%0.6%Ual%5%故满足允许电压损耗的要求。MWC3)短路热稳定度校验MWC计算满足短路热稳定的最小截面AC2192805mm2219.70mm2由于前面按发热条件所选185mm2的缆心截面小于Amin，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为240mm2的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。（2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路亦采用VLV22-1000-3240+170的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。按发热条件择查资料，初选缆芯截面240mm2VLV22-1000-3240+1120的四芯电缆。（3）馈电给3号厂房（精工车间）的线路亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。（4）馈电给4号厂房（工具车间）的线路亦采用BLV-1000的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。1）按发热条件选择由I30251.6及地下0.8m土壤温度25和环境温度32仁C，查表资料，应选VLV22-1000-3240+1120的四芯电缆。（5）馈电给5号厂房（电镀车间）的线路亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（6）馈电给6号厂房（热处理车间）的线路亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。（7）馈电给7号厂房（装配车间）的线路亦采用VLV22-1000-3240+1150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。（8）馈电给8号厂房（机修车间）9号厂房（锅炉房）10号厂房（仓库）的线路都亦采用VLV22-1000-3240+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。（9）馈电给生活区的线路采用LG型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1）按发热条件选择由I30=472.68A及室外环境温度为33仁C，查表初选al543AI30，满足发热条件。2）校验电压损耗由图11-3所示工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约150m，而由表查得LJ-240的阻抗R0=0.14km,X0=0.30km，又生活区的P30280kW,Q30135.61kvar，因此0.38kVU%100%3.65%Ual%5%满足允许电压损耗要求。7.3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。（1）按发热条件选择工厂二级负荷容量420KVA查表初选缆芯截面为25mm2的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆（注：该型电缆最小芯线截面积为25mm2其Ial90AI30,满足发热条件。（2）校验电压损耗由表8-42可查得缆芯为25mm的铝芯电缆的R0=1.54kmQ30=275.93kvar线路长度按2km计，因此U10kV136VU%1V100%0.36%Ual%5%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校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25mm2的交联电缆是满足短路热稳定要求的。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7.1所示。表7.1所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号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YJL22-10000-325交联电缆（直埋）V低压出线VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（VLV22-1000-3300+170四芯塑料电缆（直埋）VLV22-1000-3300+195四芯塑料电缆（直埋）VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（VLV22-1000-3300+1185四芯塑料电缆（VLV22-1000-3300+1185四芯塑料电缆（VLV22-1000-3300+170四芯塑料电缆（直埋）VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（VLV22-1000-3300+195四芯塑料电缆（直埋）至生活区单回路，回路线3LJ-240+1LJ-120（架与邻近单位10kV联络线YJL22-10000-325交联电缆（直埋）8变压所的防雷保护（1）直击雷防护在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。避雷针采用直径20mm的镀银圆钢，避雷带采用25mm4mm的镀锌扁钢。（2）雷电侵入波的防护1）在10kV电源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器。其引下线采用25mm4mm的镀锌扁钢，下面与公共接地网焊接相联，上面与避雷器接地端螺栓连接。2）在10kV高压配电室内装设的GG-1A（F）-54型高压开关柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来防护雷电侵入波的危害。3)在380V低压架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入雷电波。8.2变电所公共接地装置的设计（1）接地电阻的要求按表9-23，本变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：RE4且R120V120V4.4EEEE350因此公共接地装置接地电阻应满足RE4（2）接地装置的设计采用长2.5m、50mm的镀锌钢管数，按式（9.24）计算初选16根，沿变电所三面均匀布置（变电所前面布置两排管距5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m。管间用40mm4mm的镀锌扁钢焊接相连。变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地线与室外公共接地装置焊接相连。接地干线均采用采用25mm4mmRRRE满足RE4的要求。的镀锌扁钢。变电所接地装置平面布置图 通过电力系统课程设计，我不仅加深了对电力系统基础和分析的理解，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人生成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。对我来说学到的不仅是那些知识，更多