工厂供电厂降压变电所课程设计

工厂供电课程设计设计课题:XX机械厂降压变电所的电气设计第一章设计任务 3 31.2设计依据 31.2.1工厂总平面图 31.2.2工厂负荷情况 41.2.3工厂供电情况 5 5第二章负荷计算和无功功率补偿 52.1负荷计算 52.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式 52.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式 52.2无功功率补偿 6第三章变电所位置与形式的选择 7第四章变电所主变压器及主接线方案的选择 8第五章短路电流的计算 85.1确定短路基准值 85.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值 8 8 8 85.3K-1点（10.5KV侧）的相关计算 95.3.1总电抗标幺值 95.3.2三相短路电流周期分量有效值 95.3.3其他短路电流 95.3.4三相短路电容 95.4K-2点（0.4KV侧）的相关计算 95.4.1总电抗标幺值 95.4.2三相短路电流周期分量有效值 95.4.3其他短路电流 95.4.4三相短路电容 9第六章变电所一次设备的选择校验 96.110kV高压进线和引入电缆的选择 96.1.110kV高压进线的选择校验 96.1.2由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 6.210KV侧一次设备的选择校验 6.2.1按工作电压选择 6.2.2按工作电流选择 6.2.3按断流能力选择 6.2.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验 6.3380V侧一次设备的选择校验 6.4高低压母线的选择 第七章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 7.1变电所二次回路反感的选择 137.2主变电所继电保护装置 7.2.1主变压器的继电保护装置 7.2.2保护动作的整定 7.2.3过电流保护动作时间的整定 7.2.4过电流保护灵敏度系数的校验 7.3装设电流速断保护 7.3.1速断电流的整定 7.3.2电流速断保护灵敏度系数的校验 7.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 第八章降压变电所防雷与接地装置的设计 8.1变电所的防雷保护 8.1.1直接防雷保护 8.1.2雷电侵入波的防护 8.2变电所公共接地装置的设计 158.2.1接地电阻的要求 8.2.2接地装置的设计 参考文献 XX机械厂降压变电所的电气设计第一章设计任务要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4500h，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二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计表1.1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400照明58锻压车间动力320照明67金工车间动力210照明66工具车间动力230照明54电镀车间动力照明56热处理车间动力照明63装配车间动力照明5机修车间动力照明22锅炉房动力照明15仓库动力照明2生活区照明450供电电源情况按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，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。该干线的导线牌号为LGJ-120，导线为等边三角形排列，线距为0.8m；干线首端距离本厂约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要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知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15km。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-8℃,年最热月平均最高气温为35℃,年最热月平均气温为27℃,年最热月地下0.8米处平均气温为24℃。当地主导风向为东南风，年雷暴日数为15。第二章负荷计算和无功功率补偿2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW）P30=KdPe，b)无功计算负荷（单位为kvar）Q30=P30tanc)视在计算负荷（单位为kvA）S30=P30d)计算电流（单位为A）I30=0N,UN2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式Kd为系数为用电设备的额定电压（单位为KV）a)有功计算负荷（单位为KW）P30=K#pP30#i式中P30#i是所有设备组有功计算负荷P30之和，K#p是有功负荷同时系数，可取~b)无功计算负荷（单位为kvar）Q30=K#qQ30#i，Q30#i是所有设备无功Q30之和；K#q是无功负荷同时系数，可c)视在计算负荷（单位为kvA）S30=P3Q0 3UNd)计算电流（单位为A）I30= 3UN经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表所示（额定电压取380V）编号名称类别设备容量eP/kWe需要系数Kd计算负荷P/kWQ30/kvarS30/kVA1铸造车间动力400————照明500————小计405——8锻压车间动力320————照明600————小计326——7金工车间动力210————照明600————小计216——3工具车间动力230————照明500————小计235——4车间动力————照明500————小计——6热处理车间动力————照明600————小计——9装配车间动力————照明500————小计——机修车间动力————照明200————小计——2锅炉车间动力————照明100————小计——1仓库动力————照明200————小计——生活区照明450324总计（380V侧）动力1765————照明493计入K#p=0.8,K#q=0.8517652.2无功功率补偿:无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.74。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用方案（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，总共容量为84kvar5=420kvar。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Q30=（746.6.9-420）kvar=326.5kvar，视在功率S0P3Q=963.6kVA，计算电流I0'S 3UN=1330A,功率因数提高为在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1600kVA,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1250kVA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侧的负荷计算如表所示。无计算负荷功补偿后工厂的项目计算负荷P/KWQ30/kvarS30/kVA380V侧补偿前负荷1675380V侧无功补偿容量380V侧补偿后负荷1330主变压器功率损耗10KV侧负荷计算第三章变电所位置与形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，、、分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定（1.5，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：PP把各车间的坐标代入（3-1）、（3-2得到x=5.42，y=4.28。由计算结果可知，工厂的负荷中心在5号厂房（铸造车间）的东南角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在5号厂房的北侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。图3-1按负荷功率矩法确定负荷中心第四章变电所主变压器及主接线方案的选择装设两台变压器，每台主变压容量SN不小于总计算负荷的60%~70%；SN每台主变压器的容量SN不小于全部一二级负荷之和；SNS30()=(110.8+146.5+73.5)KVA=443.2KVA因此选两台S9-630/10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。第五章短路电流的计算5.1确定短路计算基准值查表得LGJ查表得LGJ-120的线路电抗，Xx02U设基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud=Uc=1.05UN，Uc为短路计算电压，即高压侧Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则d1d2 Sd /3US dSd2 /d2100MVA 100MVA 144kA5.2计算短路电路中个元件的电抗标幺值oc已知电力系统出口断路器的断流容量SocX1=100MVA/500MVA=0.2=500MVA，故（5-3）100MVA2/km而线路长6km，故查表得变压器的短路电压百分值Uk%=4.5，故X3式中，SN为变压器的额定容量5.3k-1点（10.5kV侧）的相关计算5.3.2三相短路电流周期分量有效值（5-7）32.62kA（5-8）（5-9）5.3.4三相短路容量347.6MVA5.4k-2点（0.4kV侧）的相关计算X*X*X*1X*0.21.93.5735.4.2三相短路电流周期分量有效值225.4KA325.4kA46.7kAs)27.7kA5.4.4三相短路容量S dSX*X* 100MVA 17.6MVA以上短路计算结果综合图表所示。（5-10）（5-11）（5-12）（5-13）（5-14）（5-15）（5-16）（5-17）短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAkkk-1k-2第六章变电所一次设备的选择校验6.110kV高压进线和引入电缆的选择6.1.110kV高压进线的选择校验采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。a).按发热条件选择由I30=2I1N=236.4=72.8A及室外环境温度35°,查表得，初选LGJ-35,其35°C时的Ial=149A>I30,满足发热条件。b).校验机械强度查表得，最小允许截面积Amin=35mm2，而LGJ-35满足要求，故选由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。6.1.2由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采用YJLV22-10000型交联聚乙烯绝缘的四芯(加铜芯)电缆之间埋地敷设。a)按发热条件选择由I30=I1N=36.4A及土壤环境24°,查表得，初选缆线芯截面为35mm2的交联电缆，其Ial=110A>I30,满足发热条件。 imaCb)校验热路稳定 imaC,A为母线截面积，单位为minA为min满足热路稳定条件的最大截面积，单位为mm2；C为材料热稳定系数；I(3)为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A；tima短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中I(3)=2470，min把这些数据代入公式中得minC26205229.5mm2<A=35mm2。因此JL22-10000-335电缆满足要求。6.210kV侧一次设备的选择校验设备的额定电压UN#e一般不应小于所在系统的额定电压UN，即UN#eUN，高压设备的额定电压UN#e应不小于其所在系统的最高电压Umax，即UN#eUmax。UN=10kV，Umax=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压UN#e=12kV，穿墙套管额定电压UN#e=11.5kV，熔断器额定电压UN#e=12kV。6.2.2按工作电流选择设备的额定电流IN#e不应小于所在电路的计算电流I30，即IN#eI306.2.3按断流能力选择设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc，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I3)或短路容量S3)，即oc对于分断负荷设备电流的设备来说，则为IocIOLax，IOLax为最大负荷电流。6.2.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件Imaxs)、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，is)、Is)分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值。对于上面的分析，如表6-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。1.10kv侧变压器线路上一次设备的选择校验如下图选择校验项目断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数UNIN k I#数据10kvA2.62kA6.68kA2额定参数UN#eIN#eocmaxI#t高压少油断器SN10-10I/63010kv630A16kA40kA162高压隔离开关10kv200A25.5kA25GN6810T/200高压熔断器RN2-1010kv0.5A50kA电压互感器JDZJ-10电流互感器LAJ-1010kv200/52.10kv侧进线上变压器部分设备的选择校验如下图选择校验项目断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数UNIN k I#数据10kv36.4A2.62kA6.68kA额定参数UN#eIN#eocmaxI#t高压隔离开关10kv200A25.5kA25GN10TGN高压断路器SN10-10I/63010KV630A16kA40kA高压熔断器RN2-1010kv0.5A50kA电压互感器JDJ-103,备用电源线路上的设备的选择与校验因为备用电源仅仅给二级负荷供电，而二级负荷电流分别为铸造车间333.4A，电镀车间为189.0A，锅炉房为148.1A.则二级负荷总的电流为：333.4A+189.0A+148.1A=670.5A而变压器的变比为10kv/0.4kv，所以高压侧电流为670.5/25=26.8所以我们选择的导线型号为LGJ-35.则备用电源线路上的各元件的选取如下表：选择校验项目断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数UNIN k I#数据10kvA2.62kA6.68kA2额定参数UN#eIN#eocI#t电流互感器LAJ-1010kv100/5高压隔离开关10kv200A25.5kA25GN10T/200导线LGJ-3510kv137A高压断路器SN10-10I/63010kv630A16kA40kA1626.3380V侧一次设备的选择校验计算30/Apk/A短路3)/kA截面积mm2量al/AK1铸造车间8锻压车间7金工车间3工具车间4车间6热处理车9装配车间机修车间8锅炉房1仓库1op(o)OLalOLal符合要求生活区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。1）按发热条件选择由I30=534.8A及室外环境温度（年最热月平均气温）27℃,初选BX-1000-1240，其30℃时Ial≈615A>I30,满足发热条件。2）效验机械强度查表可得，最小允许截面积Amin=10mm2，因此BLX-1000-1240满足机械强度要求。6.4高低压母线的选择查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（12015）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。第七章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定7.1变电所二次回路方案的选择a)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，其控制与信号回路如《工厂供电设计指导》图6-12所示。c)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/(开口)Y0/Y0/的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察，其接线图见《工厂供电设计指导》图6-8。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，接线图见《工厂供电设计指导》图6-9。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。7.2变电所继电保护装置7.2.1主变压器的继电保护装置a）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。b）装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。7.2.2护动作电流整定opopLmax1NLmax1NKKopLax relwKKopLaxKreKi2630KVA/(310KV)73A，可靠系数Krel=数Kw=1，继电器返回系数Kre=0.8，电流互感器的电流比Ki=100/5=20，因此动作电流为：IOP73A5.9A因此过电流保护动作电流整定为6A。7.2.3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。7.2.4过电流保护灵敏度系数的检验p其中，IkinI2)2/KT0.866I3)2/KT=0.86625.4kA/(10kV/0.4kV)=0.88KAopKi/Kw6A20/1120A，因此其灵敏度系数为：p=880A/120A=7.3>1.5满足灵敏度系数的1.5的要求。7.3装设电流速断保护利用GL15的速断装置。7.3.1速断电流的整定：利用式IqbIkax，其中IkaxKrel=1.4，Kw=1，Ki=100/5=20，KT=10/0.4=25，因此速断保护电流为qb25400A71.1A速断电流倍数整定为KqbIqb/Iop=71.1A/6A=11.97.3.2、电流速断保护灵敏度系数的检验opKi/Kw71.1A20/11422A，因此其保护灵敏度系数为S=2270A/1422A=1.596>1.5从《工厂供电课程设计指导》表6-1可知，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JBJ6—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。7.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置采用GL15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。KrelKwKreKrelKwKreKi1N)Lax，其中IL.max=2I30，取Krel=1.3，Kw=1，Kre=0.8，Ki=50/5=20，因此动作电流为：op8.78A因此过电流保护动作电流Iop整定为9A。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。第八章降压变电所防雷与接地装置的设计8.