标准厂冷镦车间10kv变电所及低压配电系统设计.docx

郑州电力学院毕业生论文 题 目： 系别 专业 班级 号 姓名 学 论文成绩 指导教师 答辩成绩主答辩教师 综合成绩 答辩委员会主任 郑州电力职业技术学院毕业论文 - 10kv车间变电所及车间低压配电系统设计 本次设计是关于标准件厂冷镦车间低压配电系统及车间变电所的设计。最先 从车间的布局考虑，参考了现在很多工厂的平面设计图，从各部分布局的可用性 和经济性入手，对工厂厂区的供电进行了设计。先从各部分的计算入手，其中包 括计算负荷和短路电流的计算、一次设备稳定度的效验，及低压配电屏的选择。 接下来进行了对变电所高压进线和低压出线的选择，车间配电线路的设计。在变 电所二次回路设计及继电保护整定当中，考虑了各方面的保护及对保护器具的选 择，考虑到了车间布局的实际情况进行了对防雷接地设备的选择和设计。 引言 标准件厂冷镦车间低压配电是指标准件厂所需电能的供应和分配。电能是现 代工业生产中的生产能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，也易 于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、 调节和测量，有利于实现生产过程自动化，而且现代社会的信息技术和其他高新 技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。 本次设计通过负荷计算和无功功率补偿、变电所主变压器的选择、冷镦车间 配电系统的确定、变电所主接线方案的设计、短路电流的计算、变电所进出线的 选择与校验、变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定和防雷保护和接地装 置的设计。 2 郑州电力职业技术学院毕业论文 - 1工厂总平面布置图 设备 序号 设备台数 （KV) 设备名称及型号 单台容量（kW) 表1-2 工厂各车间负荷情况及负荷情况 总容量（kW) 功率因数 1 冷镦机Z47-12 15 30 450 0.8 2 冷镦机GB-3 1 55 55 0.8 3 冷镦机A164 1 25 25 0.8 4 冷镦机A124 1 25 25 0.8 5 冷镦机A123 2 40 80 0.8 6 冷镦机A163 1 20 20 0.8 7 冷镦机A169 1 10 10 0.8 8 冷镦机Z47-6 8 15 120 0.8 9 冷镦机82BA 1 10 10 0.8 10 冷镦机A121 3 5 15 0.8 11 冷镦机A120 2 3 6 0.8 12 切边机A233 2 20 40 0.81 3 郑州电力职业技术学院毕业论文 - 13 切边机A232 1 15 15 0.81 14 压力机60t 1 10 10 0.82 15 压力机40t 1 8 8 0.82 16 切边机A231 4 8 32 0.81 17 切边机A230 1 5 5 0.81 18 切边机 2 3 6 0.81 19 搓丝机GWB16 2 10 20 0.8 20 搓丝机 1 15 15 0.8 21 搓丝机A253 4 7 28 0.8 22 搓丝机A253 1 7 28 0.8 23 双搓丝机 1 10 10 0.8 24 搓丝机GWB65 2 6 12 0.8 25 搓丝机Z25-4 1 3 3 0.8 26 铣口机 1 7 7 0.81 27 铣口机 1 7 7 0.81 28 车床C336 1 6 6 0.81 29 车床1336M 1 3 3 0.81 30 台钻 8 1 8 0.8 31 清洗机 4 10 40 0.81 32 包装机 3 5.5 16.5 0.81 33 涂油槽 1 3 3 0.8 34 车床C620 1 7 7 0.81 35 车床C620-1M 1 7 7 0.81 36 车床C620 1 7 7 0.81 37 车床C618K 1 7 7 0.81 38 铣床X62W 1 8 8 0.81 39 平面磨床M7230 1 8 8 0.82 40 牛头刨床 1 3 3 0.82 41 立钻 1 2 2 0.8 42 砂轮机 6 1 6 0.82 43 钳工台 4 4 16 0.82 44 划线机 1 3 3 0.81 45 桥式吊车5t 2 20 40 0.65 46 桥式吊车3t 1 8 8 0.65 47 电葫芦1.5t 1 3 3 0.5 48 电葫芦1.5t 1 3 3 0.5 49 叉车0.5t 1 5 5 0.68 50 叉车0.5t 2 5 10 0.68 工具、机修车间负荷计算数据 序号 车间名称 供电回路代号 设备计算负荷 1-3 表 4 郑州电力职业技术学院毕业论文 - (kvar) 容量 （KW) No.1 2 2.1 P 30 (KW) Q 30 供电回路 47 14.1 16.5 No.2 供电回路 42 12.6 14.7 No.4 供电回路 150 37.5 43.9 1 工具车间 供电回路 56 16.8 19.7 No.3 供电回路 35 10.5 12.3 2 机修车间 No.4 车间变电所主接线方案的确定 选择主接线方案 根据已知冷镦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 采用双电源供电方式的双反射式接线。它的优点是接线简单、使用设备少、供电 质量稳定和建设投资省；。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，全部负荷不需要停电可以继续检修。这种接线适用于较大容量 的重要负荷。选择主接线方案如图2-1所示。 图2-1 主接线图 2.2 变压器额定电压的确定 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 选降压器额定电压为10/0.4KV。 冷镦车间低压配电方式的选择，低压配电网络接线方式有放射式、树干式、 环式和链式。如图2-2所示。 5 郑州电力职业技术学院毕业论文 - 图2-2 配电箱分布图 3 负荷计算 3.1 采用需要系数法对车间用电设备进行负荷计算 3.1.1 各支线负荷计算及熔断器和导线截面积选择 以 设备序号1中的为例说明计算过程： 序号 1 设备单位容量30KW，功率因数0.8，启动倍数为5-7 倍，我们取启 动倍数为6倍。 P 30 ´´ = =56.98(A) e 3 N U 3 0.38 0.8 计算电流I30= cosj 启动电流Ist =Kst Ist =341.88(A) 3.1.1.1 选择支线熔断器。 IN · FE ³ I30 =56.98A, IN · FE ³ KIst =0.4´341.88=136.75(A)。式中，IN · FE 为熔 体额定电流，K 为选择熔体计算系数，轻载启动取 0.250.4。选 I ·=136.75A,IN · FU =200A,查表A-2,选择结果为RM10-200/200。 3.1.1.2 N FE 干线负荷计算机界面及选择 按允许载流量选择 ， 根据Ial ³ I30 ， 查表A-24根据实际温度 = 40 q°， 选择 3 根单芯橡皮绝缘导线穿钢管=25mm 埋地铺设 。当截面积 ，选择结果为 BLX - 3´ 16 = 86 ³ 30 = 56.65 al q =2.5 mm2 ,q = 40°时，IA IA -Sc 25mm（钢管管径）。 同理可选择出所有电动机支线的熔断器和导线截面积如表 3-1所示。 各支线负荷、熔断器、导线截面积选择结果 表3-1 6 郑州电力职业技术学院毕业论文 - e st 30 I · al c 1 冷镦机Z47-12 RM10-200/200 626.76 35 109 32 设备 序号 设备名称 单台容 量 P (K W) 计算电流 I （A） 启动电流 I （K）A 熔断器选择 IN · FU / NFE 横截 面积 A （mm ） 允许 载流 量 I （A） 穿钢 管管 径 S （m）m RM10-200/125 RM10-200/125 16 67 32 RM10-100/100 RM10-100/100 RM10-100/80 30 56.98 341.88 16 67 32 RM10-100/100 2 冷镦机GB-3 55 104.46 RM10-350/260 2.5 21 15 3 冷镦机A164 25 47.48 284.88 4 冷镦机A124 25 47.48 284.88 10 51 25 10 51 25 RM10-15/15 16 67 32 5 冷镦机A123 40 63.85 383.1 10 51 25 14 压力机60t 10 18.5 111 RM10-60/45 13 切边机A232 15 28.14 168.84 RM10-200/160 6 冷镦机A163 20 37.99 227.94 7 冷镦机A169 10 18.99 113.94 8 冷镦机Z47-6 15 28.49 170.94 9 冷镦机82BA 10 18.99 113.94 4 27 20 16 切边机A231 8 14.8 88.8 RM10-60/45 2.5 21 15 18 切边机 3 5.63 33.78 RM10-15/15 16 67 32 6 35 20 10 51 25 6 35 20 10 冷镦机A121 5 9.5 57 RM10-60/25 11 冷镦机A120 3 5.698 34.188 2.5 21 15 RM10-60/60 12 切边机A233 20 37.5 225 RM10-100/100 RM10-100/80 4 27 20 15 压力机40t 8 14.8 88.8 RM10-60/45 4 27 20 17 切边机A230 5 9.38 56.28 RM10-60/25 2.5 21 15 RM10-100/100 4 27 20 19 搓丝机GWB16 10 18.99 113.94 20 搓丝机 15 37.99 227.94 4 27 20 16 67 32 21 搓丝机A253 7 13.295 79.77 RM10-60/45 7 郑州电力职业技术学院毕业论文 - 4 27 20 RM10-60/60 68.376 4 27 20 RM10-15/15 78.798 4 27 20 78.798 4 27 20 28 车床C336 6 11.257 67.542 RM10-60/35 2.5 21 15 RM10-15/6 22 搓丝机253 7 13.295 31 清洗机 10 18.99 113.94 79.77 RM10-60/35 23 双搓丝机 10 18.99 113.94 4 27 20 32 包装机 5 9.18 55.08 RM10-60/25 4 27 20 24 搓丝机GWB65 6 11.396 RM10-60/35 2.5 21 15 25 搓丝机Z25-4 3 5.698 34.188 4 27 20 78.798 4 27 20 26 铣口机 7 13.133 27 铣口机 7 13.133 RM10-60/35 RM10-60/35 78.798 4 27 20 78.798 4 27 20 4 27 20 29 车床1336M 3 5.63 33.78 RM10-15/15 78.798 4 27 20 30 台钻 1 1.899 11.394 4 27 20 39 平面磨床 8 14.82 88.92 RM10-60/45 2.5 21 15 RM10-60/60 2.5 21 15 33 涂油槽 3 5.63 33.78 RM10-15/15 2.5 21 15 41 立钻 2 3.8 22.8 RM10-15/6 2.5 21 15 42 砂轮机 1 1.85 11.1 RM10-15/6 34 车床C620 7 13.133 35 车床C620-1M713.133 36 车床C620 7 13.133 37 车床C618K 7 13.133 2.5 21 15 44 划线机 3 5.63 33.78 RM10-15/15 25 87 32 46 桥式吊车3t 8 18.6 111.6 RM10-60/60 RM10-60/35 RM10-60/35 RM10-60/35 RM10-60/35 38 铣床X62W 8 15.195 91.17 RM10-60/45 4 27 20 40 牛头刨床 3 5.56 33.36 RM10-15/15 2.5 21 15 43 钳工台 4 7.4 44.4 RM10-60/20 2.5 21 15 45 桥式吊车5t 20 46.5 279 RM10-200/125 4 27 20 2.5 21 15 48 电葫芦1.5t 3 9.12 54.72 RM10-60/25 47 电葫芦1.5t 3 9.12 54.72 RM10-60/25 2.5 21 15 4 27 20 49 叉车0.5t 5 11.16 66.96 RM10-60/35 4 27 20 50 叉车0.5t 5 11.16 66.96 RM10-60/35 8 郑州电力职业技术学院毕业论文 - 3.1.2 干线负荷计算机界面及选择 冷镦车间用电设备从低压配电屏引出八个回路WL1、WL2、WL3、WL4、 WL5、WL6。各回路所接配电箱及用电设备如表3-2所示。 S P30 75.000 75.000 表3-2 车间六个回路负荷计算结果 车间 回路 配电 箱号 额定 容量 需用 系数 需用 系数 需用 系数 计算负荷 26.25 52.500 55.000 号 K d cosjtanj 30 AL8 0.65 Q 30 I 37.75 36.75 31.85 30 75.500 56.538 49.000 AL1 WL1 0.5 1.73 300 37.5 64.875 113.982 46.308 AL2 0.5 1.73 37.5 64.875 75 113.9 49.538 64.400 WL2 AL3 300 0.25 0.5 1.73 37.5 64.875 113.982 AL4 0.5 1.73 45.4125 79.787 AL5 WL3 0.5 1.73 261 27.5 47.575 83.587 AL6 0.5 1.73 65.3075 114.742 AL7 WL4 AL9 WL5 0.65 196 0.35 0.65 178 1.17 1.17 1.17 42.9975 37.2645 30.1 35.217 85.925 74.468 70.376 AL10 0.65 1.17 32.2 37.674 75.286 WL6 AL11 69 0.7 0.75 0.88 48.3 42.504 97.872 回路WL1的负荷为 Peå 1 = 30´10= 300(kw) 回路WL2的负荷为 Peå 2 = 30´5+ 55+ 25+ 25= 255(kw) 回路WL3的负荷为 9 郑州电力职业技术学院毕业论文 - Peå 3 = 40´2+ 20+10+15´8+10+ 5´3+ 3´2= 261(kw) 回路WL4的负荷为 Peå 4 = 20´2+15+10+8+8´4+ 5+ 3´2+10´2+15+ 7´4+ 7+10=196(kw) 回路WL5的负荷为 Peå5=6´2+3+7+7+6+3+1´8+10´4+5´3+3+7+7+7+7+8+8+3+2+1´6+4´4+3=178(kw) 回路WL6的负荷为 Peå 6 = 20´2+8+ 3+ 3+ 5+ 5´2= 69(kw) 工具、机修车间负荷计算结果如表3-3所示。 Q 30 30 NO.1 NO.2 NO.3 29.422 NO.4 24.574 表3-3 工具、机修车间负荷计算数据 设备容量 2 机修车间 NO.4 计算负荷 87.751 序号 车间名称 供电回路代号 （K） P 30 S I30 1 工具车间 供电回路 47 14.1 16.5 21.7 32.979 供电回路 56 16.8 19.7 25.9 39.362 供电回路 42 12.6 14.7 19.36 供电回路 35 10.5 12.3 16.17 供电回路 150 37.5 43.9 57.74 车间干线计算电流及导线截面积选择结果 ´95 ´60 ´60 ´25 按允许发热条件选择车间干线截面积计算结果如表 3-4所示。各干线选择橡皮绝 缘穿钢管导线BX，埋地铺设。 表3-4 回路编号 干线计算电流 导线允许载流量 导线截面积 WL1 228 428 WL2 193.8 316 WL3 198.4 316 WL4 114.6 178 3´185+1 3´120+1 3´120+1 3´50+1 10 郑州电力职业技术学院毕业论文 - ´25 ´4 ´35 ´16 3.2 3.2.1 WL5 104.4 178 WL6 24.5 35 WL7 126.337 224 WL8 87.75 141 低压母线计算负荷及无功功率补偿 P M = Kå på P i =+=KW 8 1 30300.95(129.76 110.3 113 57.33 52.1 12.1) 498.2655() 8 1 389.1675498.2655632.234() 30 632.234 = 30 3´50+1 3´4+1 3´70+1 3´35+1 22 960.84( ) 低压母线计算负荷 低压母线的计算负荷为各回路干线负荷之和，应计及同时系数（或称为参 差系数或称为综合系数）。 30300.95(75 63.75 65.25 49 44.5 17.25 54) 389.1675() Q M = Kå påQ i =+=KVAR S M =+=KV· A 3 0.38 I M=A ´ P 389.1675 M S 632.234 30 j 全国供电规则规定：“用户在当地供电局规定的电网负荷时的功率因数 应达到下列规定：高压供电的工业用户和高压供电装有带费用和调整电压装置的 电力用户，功率因数为0.90以上；其他功率因数为0.85以上。”功率未达到上述 规定的应增添无功功率补偿装置。 3.2.2 COS j 1 =30= M 0.6155 tan = 0.78 无功功率补偿 3.2.2.1补偿容量确定 QC = P30Mtan(arccos0.6155)- (arccoso.92)= 310(Kvar) 3.2.2.2选择补偿装置 查阅相关资料，选择PGJ1型无功功率补偿装置。 采用 2 号主屏一台，电容器采用 BW0.4-14-3 型，每屏 112Kvar，采用八步 11 郑州电力职业技术学院毕业论文 - 控制，每步投入 14kvar，PJG1 型低压无功功率补偿自动补偿屏。其接线原理图 如图3-5所示。 图3-5 PGJ1型低压补偿装置 考虑到实际电压对补偿电容的影响，将补偿电容折算到额定电压 380V 的容 量为 U 0.38 QQ ( ) 112 ( k 1 =´=´= 22 ' CN U ) 112 0.95 101.8( var) N 0.4 4台电容屏 QC = 4QC' = 4´101.8= 407.2(kv ar ) 补偿后母线的计算负荷及功率因数为 389.1675( ), = ' 3030 M PPkw QQQk () 498.2655 407.2 91.0655( v ar) =-=-= ' 3030 å MMC S30m' = 399.678(KV · A) j cos = 389.165/5399.678= 0.9737 399.678 cos ³ cos 1 = 0.92 I M=A ´ = 30 jj合格， 607.4( ) 3 0.38 4车间变电所变压器和主接线方案的选择 低压侧采用单母线，采用低压联络线作为备用电源。 查表 A-8 选择一台 S9-500/10/0.4-Yyn0 低损耗配电变压器，技术数据如表 4-1 所示。 12 郑州电力职业技术学院毕业论文 - S9 I 0 Y37000 500 0.96 表4-1 型电力变压器技术数据 型号 额定容量 STN(KV·A) 空载损 耗 DP0(kw) 空载电 源 DPk(kw) 短路阻 抗 % 阻抗电 压 UK% A 连接组 别号 I 23.7 301mm = ec J ec 参考 价 2 J S9-500/ 10/0.4 5车间进线电缆的选择 5.1 1 4 yn 0 根据设计任务要求选择总降压变电所到车间变电所的进线电缆，按经济电流 密度选择经济截面积。查表 5-1 选取经济电流密度Jec =1.73，总降压变电所到车 间变电所的距离较远，因此选择YJL-1000 -3´50型交联聚乙烯铝芯电力电缆直 埋铺设。已知I301 = 23.7A，则13.7() 1.73 max · ec 查表A-24 截面积 A16mm2 ec 表5-1 我国规定的经济电流密度 ec 年最大负荷利用小时T /h ' = ´´ ´ ´=>=。所 选的进线电缆YJL22-1000合格。 线路类别 导线材料 <3000 3000 5000>5000 经济电流密度J /A mm2 架空线路 电缆线路 铜 3 2.25 1.75 铝 1.65 1.15 0.9 铜 2.5 2.25 2 铝 1.92 1.73 1.54 =。允许载流量为 63A，考虑到土壤温度为 25，不需要进行温度修正，但是进行多根并排埋地修正系数 Kb = 0.81和土壤热 阻系数为 120 时的土壤修正系数 Kr =1。 实际允许载流量为IalKtKbKrIal1 0.8 1 1 63 51.03 I30123.7A 6短路电流计算 短路电流计算的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。 13 郑州电力职业技术学院毕业论文 - 表6-3 短路电流计算值结果 K1 K2 最大运行方式短路电流(KA) 6.91 17.02 最小运行方式短路电流(KA) 5.64 16.5 最大冲击电流值（KA) 17.62 38.465 最大短路容量 125.63 11.82 7选择车间变电所高、低压电气设备 7.1 选择母线截面积 车间低压母线，可以选择LMY型矩形铝母线，按经济电流密度选择。已知 母线电流I30M = I302 = 623.77A，查表 4-1 根据本设计题目年最大负荷小时数 ， 查 的 经 济 电 流 密 度 Jec =1.73 ， 因 此 经 济 截 面 积 360.56() 1.73 Tmax= 4500h ' = I =+ s I A I ec 30 J M 623.77 mm 2 。查表 A-23选择 LMY型硬铝母线80´6.3。 ec 在环境温度 40时竖放 Ial = 932A，平放时数据乘以 0.92，。明显可见，低压 LMY 型硬铝母线允许载流量大于母线计算电流I30M = 623.77A。 对母线对热稳定校验，短路发热假象时间可近似地计算为 ti m a tk 0.05( )2 ¥ I Aeq= 1017.02 10 ´ 195.63() 87 = 在大容量的系统中发生短路，由于 (I ) = I¥ ，因此 ti m = tk + 0.05s 当tk >1s时，可认为 ti m a= tk 短路时间 tk 为短路保护装置最长的动作时间 top 与断路器的时间toc 之和，即 tk = top + toc =1.5+ 0.2=1.7(s)，则热效应允许的最小截面积为 (3)33 ¥ tmm C 2 式中 C为热稳定系数。查表 A-21得LNY硬铝母线的热稳定系数C = 87。 14 郑州电力职业技术学院毕业论文 - l FKi 0.9 3 1.05 (38.465 10 ) 3 210 7 0.25 0.1 = h a b，得到 K=1.05。 0.25 0.1 - b h - 由于12.5 0.08 = = + + 因为实际所选母线 A= 80´6= 480mm2 >195.63mm2，所以热稳定校验合格。 母线采用水平布置，根据低压配电屏的结构尺寸确定 a= 0.25m,l= 0.9m 。 母线受动力为 =3´10-7 a =´´´´´- = 968.688(N) b m，230 0.1 0.008 母线弯曲力矩为 M = F·l/10= 968.688´0.9/10= 87.18(N· m) 母线的截面系数为