某车间低压配电系统及车间变电所设计(雷老师).doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date某车间低压配电系统及车间变电所设计(雷老师)某车间低压配电系统及车间变电所设计某车间低压配电系统及车间变电所设计作者姓名:黄楷专业名称:电气工程及其自动化指导教师:雷永锋 讲师-摘要电能是工业生产的主要动力能源，工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的传输、变换、分配到工厂车间中每一个用电设备上，随着工业电气自动化技术的发展，工厂用电量快速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等的要求也日益提高，供电设计是否完善，不仅影响工厂的基本建设投资、运行费用和有色金属消耗量，而且也反映到工厂的可靠性和工厂的安全生产上，它与企业的经济效益、设备和人身安全等是密切相关的。现在除个别大型工业联合企业有自备电厂外，绝大多数工厂都是从国家电力系统取得电能的，因此，工厂工业负荷是电力系统的主要用户，工厂供电系统也是电力系统的一个组成部分，保证安全供电和经济运行，不仅关系到企业的利益，也关系到电力系统的安全和经济运行以及合理利用能源。工厂供电设计方案必须安全、可靠、优质、经济这些条件。本论文为某车间低压配电系统及车间变电所设计，该车间的主变压器容量为630kVA，各电压等级分别为10kV和0.4kV，车间的负荷均属三类负荷，本设计的主要内容包括：车间的负荷计算及无功补偿，确定车间变电所的所址和型式，车间变电所的主纬线方案，短路电流计算，主要用电设备选择和校验，车间变电所整定继电保护和防雷保护及接地装置的设计等。关键词:安全供电 经济效应 合理利用AbstractElectrical energy is the main motivate part of the industrial production. Factories supply power design duty to obtain power source from the electrical power system, pass through the reasonable transmission, transformation, and assigns to the factory workshop in on each current collector. Along with the industry electricity automation technology development, factories with the electric quantity rapid growth, to the electrical energy quality, the power supply reliability as well as the technology economic indicator and so on the request also day by day enhances. The power supply designs whether consummates, not only affects the factory the capital investment, the operating cost and the non-ferrous metal consumption, moreover also reflected to the factory power supply reliability and in the factory safety in production, it and enterprises economic efficiency, the equipment and so on is the close correlation .Now has besides the individual major industry integrated enterprise supplies for oneself the power plant, the majority factory all is obtains the electrical energy from the country electrical power system. Therefore, the factory industry load is the electrical power system main user, the factory power supply system also is an electrical power system constituent, guarantees the safe power supply and the economical movement, not only relates the enterprise the benefit, also relates the electrical power system the security and the economical movement as well as the reasonable use energy .The factory power supply design must follow nation each general and specific policies, the design proposal must conform to in the nation standard related stipulation, simultaneously must satisfy following several basic requests:Securities-in the electrical energy supply, Reliable-should satisfy the electrical energy user to the power supply reliable request, High quality, low operating cost, and saves the electrical energy and the reduced non-ferrous metal consumption as far as possible .In addition, in the power supply work, should reasonably process the bureau and the overall situation, current and is long term and so on the relations，both must consider partial and the current benefit, and must have the total view, can take the entire situation into account, adaptation development. This instruction booklet repairs a vehicle the low electrical power distribution systems for some mechanical factory electricity and the workshop transformer substation design explanation. This workshop main transformer capacity is 630kVA, various voltages rank respectively is 10kV and 0.4kV, the workshop load is three kinds of loads. According to designs the project description the request, this design main content includes: The workshop load computation and the idle work compensate; definite workshop transformer substation institute site and pattern; Workshop transformer substation host electric coil plan; Short-circuit current computation; mainly current collector choice and verification; Workshop transformer substation setup UPS and anti-radar protection and grounding design and so on .Key Words: safe electricity supply，economic effect，wise use目录摘要IAbstractIII目录V前言11车间的负荷计算及无功补偿41.1车间设备明细统计表41.2 工具、机修车间设备负荷计算表61.3 装机容量、计算负荷、无功负荷、视在负荷的计算62、确定车间变电所的所址和形式123、车间变电所无功补偿，主变型式、容量和台数及主结线选择方案134、短路计算与一次设备选择184.1配电系统短路计算电路图184.2计算低压380KV母线上K2点的三相短路电流和短路容量205.车间变电所高、低压进出线截面（包括母线）的选择225.1各回路容量、电流225.2确定变压器低压侧主出线截面选择225.3变压器高压侧进线电缆截面选择235.4低压出线及设备选择校验245.4.1 P1配电屏设备校验245.4.2 P2配电屏设备校验245.5负荷选择256、变电所电源进线的二次回路选择与继电保护的整定276.1测量与指示276.2继电保护277.变电所的防雷保护与接地装置的设计297.1防直击雷297.2避雷器的选择(防雷电波)298.其他系统318.1 10kV 供电系统318.2 400V配电装置318.3 照明检修系统328.4 防雷接地系统328.4.1接地系统328.4.2 防雷系统338.5电缆和电缆构筑物338.5.1 10kV动力电缆338.5.2 0.4kV动力电缆338.5.3 仪用变压器电缆338.5.4 电缆连接装置338.5.5 电缆设施338.5.6电缆构筑物348.5.7电缆防火阻燃348.6 电压降34总结35致谢36参考文献37附件 电气主接线图38附件 变压器继电保护图39前言低压配电由配电变电所（通常是将电网的输电电压降为配电电压）、高压配电线路（即1kV以上电压）、配电变压器、低压配电线路（1kV以下电压）以及相应的控制保护设备组成。1.低压断路器：低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，因此获得了广泛的应用。2. 智能配电 :(1) 低压无功补偿成套装置 (2) 复合开关(3) 操作手柄(4) 无功补偿控制器 3. 低压配电开关 (1) 负荷开关 ：负荷开关，顾名思义就是能切断负荷电流的开关，要区别于高压断路器，负荷开关没有灭弧能力，不能开断故障电流，只能开断系统正常运行情况下的负荷电流，负荷开关由此而得名 (2) 隔离开关 ：隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器，它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使 用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。刀闸的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路4. 熔断器 ：熔断器是根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护，是应用最普遍的保护器件之一。熔断器是一种过电流保护电器。熔断器主要由熔体和熔管两个部分及外加填料等组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，起到保护的作用。5. 变压器(1) 电子变压器 ：电子变压器，输入为AC220V，输出为AC12V，功率可达50W。它主要是在高频电子镇流器电路的基础上研制出来的一种变压器电路，其性能稳定，体积小，功率大，因而克服了传统的硅钢片变压器体大、笨重、价高等缺点(2) 隔离变压器：隔离变压器的原理和普通变压器的原理是一样的。都是利用电磁感应原理。隔离变压器一般是指1:1的变压器。由于次级不和地相连。次级任一根线与地之间没有电位差。使用安全。常用作维修电源。隔离变压器不全是1:1变压器。控制变压器和电子管设备的电源也是隔离变压器。如电子管扩音机，电子管收音机和示波器和车床控制变压器等电源都是隔离变压器。如为了安全维修彩电常用1:1的离变压器。隔离变压器是使用比较多的，在空调中也是使用的。 6. 漏电保护装置：用于防止触电事故的漏电保护装置只能作为附加保护。加装漏电保护装置的同时不得取消或放弃原有的安全防护措施此次毕业实习、毕业设计的第一阶段主要工作是，学习有关某车间低压配电系统及车间变电所设的基本知识，了解某车间低压配电系统及车间变电所设的相关技术，并以此为核心设计.。第二阶段是在指导教师的指导下，进行车间低压配电系统的需求分析、系统设计及各个数据的分析。通过教师的悉心指导和自己的努力，完成了毕业设计的各项任务，成功完成某车间低压配电系统及车间变电所设计的设计。论文正文主要包括8个部分，安排如下：第1章节列举出了车间的负荷计算及无功补偿。第2章节阐述如何确定车间变电所的位置。第3章节介绍了车间变电所的选择方案。第4章节阐述了如何进行电路计算以及一次设备的选择。第5章节介绍了高低压线截面的选择。第6章节阐述了二次回路的选择与继电保护的整定。第7章节介绍了防雷保护与接地装置的设计。第8章节概括了下其他系统。最后论文对课题内容及成果进行了总结。1车间的负荷计算及无功补偿1.1车间设备明细统计表此表列举出了各设备名称以及需要的设备数量、单台容量、功率因数和其效率所参考的数据。表1.1 车间设备明细统计表设备代号设备名称台数单台容量（kW）功率因数cos效率1220V插座110.80.82220V插座10.60.750.753220V插座10.60.750.754车床11.70.80.85车床13.660.80.86车床11.740.80.87车床15.2250.80.88铣床13.1250.80.89铣床12.9250.80.810铣床11.6250.80.811铣床11.70.80.812车床13.660.80.813车床12.20.80.814车床15.2250.80.815铣床13.1250.80.816铣床12.3250.80.817铣床19.130.850.8518插齿机14.6250.850.8519车床14.6250.850.8520车床14.6250.850.8521车床14.6250.850.8522车床14.6250.850.8523车床14.6250.850.8524车床14.6250.850.8525车床14.6250.850.8526工具磨床11.6250.80.827工具磨床11.6250.80.828小冲床11.50.80.829小冲床11.50.80.830磨床11.50.80.831磨床14.6250.850.8532冲床14.6250.850.8533钻床14.6250.850.8534钻床14.6250.750.7535钻床14.6250.750.7536钻床14.6250.750.7537磨床14.6250.750.7538钻床14.6250.750.7539钻床11.6250.80.840钻床11.6250.80.841钻床11.50.80.842钻床11.50.80.843钻床11.50.80.844钻床14.6250.80.845钻床130.80.846变压器120.80.947变压器120.80.948变压器120.80.949变压器120.80.91.2 工具、机修车间设备负荷计算表此表列举出了拟设的1号和2号设备代号及其所在各个车间名称和1、2、3、4、5供电回路和他们的设备的容量和计算负荷表1.2 车间设备负荷计算表设备代号车间名称供电回路代号设备容量（kW）计算负荷P30/kWQ30/kvarQ30/kVAI30/A1工具车间No.14714.1016.5021.7032.98No.25616.8019.7025.8939.34No.34212.6014.7019.3629.42No.43510.5012.3016.1724.572机修车间No.515037.5043.9057.7487.721.3 装机容量、计算负荷、无功负荷、视在负荷的计算机修厂拟设8个供电主干线，分别为1号干线冷加工机床，2号干线金属加工机床，3号干线插座、220V变压器，4号干线工具间1号，5号干线工具间2号，6号干线工具间3号，7号干线工具间4号，8号干线检修车间。各干线设备装机容量、计算负荷与无功功率等统计如下表：表1.3 负荷计算单元设备编号名称额定容量(kW）功率因数效率1号干线4车床1.70.80.85车床3.660.80.86车床1.740.80.87铣床5.2250.80.88铣床3.1250.80.89铣床2.9250.80.810铣床1.6250.80.811车床1.70.80.812车床3.660.80.813车床2.20.80.814铣床5.2250.80.815铣床3.1250.80.816铣床2.3250.80.817插齿机9.130.850.851号干线装机容量Pe47.37kw1号干线5台最大设备容量PM26.90kw1号干线计算负荷 P300.14×Pe + 0.5×PM20.08kW1号干线无功计算负荷 Q30P30tgØP30tg(arccos0.8)15.06kW1号干线视在计算负荷1号干线计算电流2号干线18车床4.6250.850.8519车床4.6250.850.8520车床4.6250.850.8521车床4.6250.850.8522车床4.6250.850.8523车床4.6250.850.8524车床4.6250.850.8525车床4.6250.850.8526工具磨床1.6250.80.827工具磨床1.6250.80.828小冲床1.50.80.829小冲床1.50.80.82号干线30小冲床1.50.80.831磨床4.6250.850.8532磨床30.850.8533冲床1.50.850.8534钻床0.60.750.7535钻床0.60.750.7536钻床0.60.750.7537钻床0.60.750.7538磨床2.250.750.7539钻床1.6250.80.840钻床1.6250.80.841钻床1.6250.80.842钻床1.6250.80.843钻床1.6250.80.844钻床1.6250.80.845钻床1.6250.80.82号干线装机容量Pe69.90kW2号干线5台最大设备容量PM6.98kW2号干线计算负荷 P300.14×Pe + 0.5×PM21.35kW2号干线无功计算负荷 Q30P30tgØP30tg(arccos0.8)15.06 kW2号干线视在计算负荷kW2号干线计算电流3号干线1220V插座10.80.82220V插座0.60.750.753220V插座0.60.750.7546220V变压器20.80.947220V变压器20.80.948220V变压器20.80.949220V变压器20.80.93号干线装机容量Pe10.20kw3号干线5台最大设备容量PM7.85kw3号干线计算负荷 P300.14×Pe + 0.5×PM5.93kW3号干线无功计算负荷 Q30P30tgØP30tg(arccos0.8)4.45 kW3号干线视在计算负荷 kVA3号干线C相（略大于A、B相）计算电流 I30S30/(3×UN)25.25A4号干线1#回路工具车间474号干线装机容量Pe47kw4号干线计算负荷 P3014.1kW4号干线无功计算负荷 Q3016.5 kvar4号干线视在计算负荷 kVA4号干线计算电流 I30S30/(3×UN)41.22A5号干线2#回路工具车间565号干线装机容量Pe56kw5号干线计算负荷 P3016.8kW5号干线无功计算负荷 Q3019.7 kvar5号干线视在计算负荷25.89kVA5号干线计算电流 I30S30/(3×UN)49.17A6号干线3#回路工具车间426号干线装机容量Pe42kW6号干线计算负荷 P3012.6kW6号干线无功计算负荷 14.7 kW6号干线计算电流 36.77A7号干线4#回路工具车间357号干线装机容量Pe35kW7号干线计算负荷 P3010.5kW7号干线无功计算负荷 Q3012.3 kW7号干线视在计算负荷 7号干线计算电流8号干线机修车间1508号干线装机容量Pe150kW8号干线计算负荷 P3037.5kW8号干线无功计算负荷 Q3043.9 kW8号干线视在计算负荷 8号干线计算电流2 确定车间变电所的所址和形式选择变电所位置就根据下列要求进行技术、经济比较后确定：1. 接近负荷中心，进出线方便。2. 接近电源侧。3. 设备运输方便。4. 不应设在剧烈振动或高温，应远离多尘有腐蚀气体的场所。5. 应远离易燃、爆的场所。本车间变电所供电负荷的性质为三级负荷，年最大有功负荷利用小时数为4500小时。本车间变电所从本厂35/10kV总降压变电所用电缆线路引进10kV电源，电缆线路长度为200M。车间变电所设在机二车间东北角，为机二车间、工具车间、机修车间供电。设高压配电室、变压器室、低压配电室补偿后的功率因素要求不得低于0.9。短路容量：工厂总降压变电所10kV母线上的短路容量为200MVA。保护整定：工厂总降压变电所10kV配电出线定时限过流保护装置的整定时间Iop=1.5S。3 车间变电所无功补偿，主变型式、容量和台数及主结线选择方案根据本车间负荷性质属三级负荷，车间变电所设置一台变压器。正常工作时，由车间变电所变压器供给本车间用电设备，备用电源可由其他车间变电所提供。根据表1.3负荷计算的数据，无功补偿与变压器容量选择如下表所示：表3.1 无功补偿与变压器容量选择设备编号设备名称装机容量P（kW）功率因数计算负荷P30（kW）无功负荷Q30（kW）视在负荷S30kVA计算电流A1号干线冷加工机床47.37 0.820.08 15.06 25.10 38.14 2号干线金属加工机床69.90 0.821.35 16.01 26.69 40.54 3号干线插座、变压器10.20 0.85.93 4.45 7.41 11.26 4号干线工具间1号47.00 0.814.10 16.50 21.70 32.98 5号干线工具间2号56.00 0.816.80 19.70 25.89 39.34 6号干线工具间3号42.00 0.812.60 14.70 19.36 29.42 7号干线工具间4号35.00 0.810.50 12.30 16.17 24.57 8号干线检修车间150.00 0.837.50 43.90 57.74 87.72 各车间总装机容量P457.47kW各车间总计算负荷P30138.86kW各车间总无功计算负荷Q30142.62 kW各车间总视在计算负荷S30200.01kVA补偿前的功率因数P30/S300.7电容器容量计算 QC=Pjs(tg1-tg2)138.86×(tgarccos0.7tgarccos0.9)89.51 kW选择型号BKMJ0.4-15-3并联电容器6个补偿后无功功率Q3090142.62-90=52.62 kvar补偿后视在功率变压器容量选择(kVA)：200kVA主结线方案选择：变电所主变压器的选择根据车间的性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可列两种方案：方案一和方案二都装设一台主变器，采用油浸式变压器S9，而容量根据SN.T>S30=148.49kVA，即选一台S9200/10型低损耗变压器，由于车间所有的设备都属于三级负荷，所以一台主变即可。变压器容量为200kVA，额定电压10KV，联结组别Y，yn0，阻抗电压为4.5%，空载损耗为0.55kW，短路损耗为3.7kW，变压器带外壳。变压器外壳内高压側考虑设置固定电缆用的支架；低压側设置固定母线用的支柱绝缘子，并满足短路时的动热稳定的要求，同时考虑安装零序CT的位置。低压变压器采用环氧树脂浇铸的干式变压器（S-10型），变压器安装在0.4kV配电装置的室内，不设变压器小间。变压器工作环境的最高温度按45考虑。变压器采用低损耗铜芯变压器，其在使用环境条件下能满负荷长期运行，并有一定的过负荷能力。变压器符合GB、DL、IEC最新标准的要求，特别是针对干式变压器的IEC726和IEC551标准对噪声测试的要求。干式变压器正常运行的冷却方式为自然风冷，并提供冷却风扇满足强迫风冷条件下150%的过负荷要求。变压器装设带报警及跳闸的温控设施。变压器外壳中带有防潮加热器。变压器的绝缘等级为F级。低压側中性点直接接地。本车间动力照明均采用三相四线制，车间环境正常，用电设备属于第三类负荷，设备配置较稳定，台数不多，且容量也不大。综合上述因素，采用动力箱向各用电设备配电，低压配电室到各动力配电箱的连线见车间配电系统布线图附图3.1。图3.1 车间配电系统布线图表3.2 方案比较：比较项目方案一方案二技术指标供电安全性满足要求基本满足要求供电可靠性基本满足要求稍差一点供电质量一台主变，电压损耗较大一样灵活方便性采用高压断路器，停送电操作十分灵活方便采用负荷开关，也可以带负荷操作扩建适应性一般较差经济指标电力变压器的综合投资额S9200单价7.47万元，变压器综合投资约为单价的2倍，因此其综合投资为27.4714.9万元相同高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查表410得GG1A（F）型按每台3.5万元计，而由表41查得其综合投资按设备价1.5倍，因此其综合投资为21.53.510.5万元相同电力变压器和高压开关柜的年运行费参照表42计算，主变各高压开关柜的折旧各维修管理费每年为2.903万元（其余略）相同交供电部门的一次性供电贴费按800元/ kVA，贴费为6300.08万元50.4万元相同从上表可以看出，按技术指标，方案一和方案二都比较适用于三级负荷，但考虑发生短路时方案二只能熔断器恢复供电的时间较长的缺点，而且可靠性不高，而方案一采用高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分方便，同时高压断路器有断电保护装置，在变电所发生短路和过负荷时均能自动跳闸，而且在短路故障和过负荷情况消除后，又可直接快速合闸，从而恢复供电的时间缩短，从经济指标来看，方案二比方案一投资稍低，但从长远的利益看，方案一比较好一些，因此决定采用方案一。各配电干线、支线采用VV22型铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套内钢带铠装电力电缆，配电干线沿电缆沟敷设，配电箱到用电设备的配电支线有条件时沿电缆沟敷设，否则采用穿铁管沿地暗敷设。动力配电箱采用型号为XL(F)-14、15落地式防尘型动力配电箱，动力配电箱安装高度是箱底离地面0.3米，箱底座用水泥、沙、砖堆砌作基础，并做好防小动物措施。配电屏选择型号为GGD2A固定低压配电屏。表3.3 GGD2的技术参数额定电压（V）380额定电流A630B630C630额定短路开断电流（kA）35IS额定短路时耐受电流（kA）35额定峰值耐受电流（kA）65外壳防护等级IP304 短路计算与一次设备选择 4.1配电系统短路计算电路图本设计计算原理如图4.1和图4.2500MVAK-1K-2LGJ-50,1.5km10kVS9-8000.4kV(2)(3)(1)系统图4.1 短路计算电路k-1k-2图4.2 短路计算等效电路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整定计算所需要的技术数据。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。1.计算各元器件基准电抗标幺值选区基准容量Sd=100MVA，基准电压：Ud1=10.5kV，Ud2=0.4kV，基准电流： 电源内阻： 线路： 变压器： （1） 计算K1点和K2点短路电流为高压冲击系数Ksh=1.8，则。低压冲击系数Ksh=1.6，则短路容量为：表4.1 短路电流计算结果 短路点运行方式 K1 K2最大运行方式短路电流（kA） 4.84222.7083最小运行方式短路电流（kA）4.29421.982冲击电流（kA）12.3251.32 最大短路容量（MV·A）88.0415.744.2计算低压380kV母线上K2点的三相短路电流和短路容量计算短路电路中各无件的电抗。电力系统的等效电抗XL=UC2/Sd=(0.4kV)2/200MVA=8×10-4（电阻不计）电缆的电抗X0=0.08X2=X0L=0.08/km×0.2km=0.016 等效电抗为：X2'= X2（UC'/ UC）2 =6.4×10-6(电缆等效电抗较小不计)电力变压器的电抗： XT