某机械厂降压变电所电气的电气设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流某机械厂降压变电所电气的电气设计.精品文档.前 言本设计为课程设计，为了让大家有机会亲自体验供配电系统设计的过程而设置，以某机械厂的降压变电所的电气设计为例，完成了整个供配电系统的基本设计，本说明书由7章内容组成，涵盖了供配电系统设计的基本内容。完成本说明书的设计过程中，我们小组的同学相互讨论，查阅了相关资料，了解了供配电系统设计的相关规范，并按照规范设计了本系统，包含了负荷计算、变电所位置选择、短路计算、高低压相关器件选择、继电保护正定计算及防雷保护等相关设计内容。本说明书的设计，重点在于让我们体验了供配电系统设计的全程操作，并对供配电系统

2、设计有了系统的认识，对我们而言是一种新的体验，通过设计实践，综合运用所学知识，理论联系实际，锻炼独立分析和解决建筑电气设计问题的能力，为未来的工作奠定坚实的基础。在完成本次设计过程中，得到了老师及同学们的热情指导支持，谨在此表示由衷的感谢！项目组成员：（签字）日 期：目 录总页数：22页1、负荷计算和无功功率补偿11.1、负荷计算11.2、无功功率补偿32、变电所位置和型式的选择43、变电所主变压器的选择53.1、负荷分级及供电电源53.2、电力变压器选择53.3、变电所主接线电气设计54、短路电流计算与高低压电器选择84.1、短路电流计算84.2、高低压电器选择115、变电所电线电缆的选择1

3、25.1、高压进线和引入电缆的选择125.2、变电所母线选择135.3、低压出线电缆选择136、变电所继电保护的整定176.1、电源进线继电保护整定计算176.2、变压器继电保护整定计算187、防雷保护和接地装置的设计197.1、直接防雷保护197.2、雷电侵入波的防护19参考文献20附录A 图纸21附录B 评分标准及得分231、负荷计算和无功功率补偿1.1、负荷计算（1）单组用电设备计算负荷的计算公式1）有功计算负荷（单位为kW）的计算公式： （1-1）式中 用电设备组的总设备容量（不含备用设备容量，单位kW），必须注意，对反复短时工作机制设备，其应按照规定的负荷持续率进行换算；电焊机组应换

4、算为吊车电动机组应换算为=25%，以上式中（单位为kW）和（单位kVA）为对应于铭牌负荷持续率的铭牌容量；用电设备组的需求系数。2）无功计算负荷（单位为kvar）的计算公式： （1-2）式中 对应于用电设备组功率因数的正切值。3）视在计算负荷（单位为kVA）的计算公式： （1-3）4）计算电流（单位为A）的计算公式： （1-4） 式中 用电设备组的额定电压（单位为kV）（2）多组用电设备计算负荷的计算公式1）有功计算负荷（单位为kW）的计算公式 （1-5）式中 为每组用电设备的有功计算负荷（单位为kW）， 有功负荷同时系数，可取0.850.95。2）无功计算负荷（单位为kvar）的计算公式：

5、（1-6）式中 为每组用电设备的无功计算负荷（单位为kvar）， 有功负荷同时系数，可取0.90.97。3）视在计算负荷（单位为kVA）的计算公式： （1-7）4）计算电流（单位为A）的计算公式： （1-8）根据上述公式及工厂负荷统计资料可得各厂房和生活区的负荷计算，如表1-1所示。表1-1 机械厂负荷计算表厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kw需要系数Kd功率因数cos有功功率/kw无功功率/kvar视在功率/kVA计算电流/A1铸造车间动力3000.40.65120140.3 184.6 280.5 照明100.7170.0 7.0 10.6 2锻压车间动力2000.30.656070.1

6、 92.3 140.2 照明100.7170.0 7.0 10.6 3金工车间动力2000.30.656070.1 92.3 140.2 照明100.7170.0 7.0 10.6 4工具车间动力4000.350.75140123.5 186.7 283.6 照明100.7170.0 7.0 10.6 5电镀车间动力3000.60.7180183.6 257.1 390.7 照明100.9190.0 9.0 13.7 6热处理车间动力2000.60.7120122.4 171.4 260.5 照明50.713.50.0 3.5 5.3 7装配车间动力2000.40.78081.6 114.3

7、173.6 照明100.7170.0 7.0 10.6 8机修车间动力2000.30.76061.2 85.7 130.2 照明50.914.50.0 4.5 6.8 9锅炉房动力1000.80.88060.0 100.0 151.9 照明20.911.80.0 1.8 2.7 10仓库动力100.30.832.3 3.8 5.7 照明20.711.40.0 1.4 2.1 11生活区照明2000.70.914067.8 155.6 236.3 总计（380侧）合计23841098.2983.0 Kp=0.8, Kq=0.8526230.72462878.56835.55371212.4431

8、842.1161.2、无功功率补偿 由表可知，该厂380V最大负荷时的功率因数只有0.73，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。考虑到主变压器无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧功率因数要稍大于0.9，我们取0.92来计算380V侧所需的无功功率补偿容量： （1-9）选用BWF10.5-40-1型电容器补偿后实际补偿容量为1240=480kvar，此时的实际平均功率因数为 （1-10）符合要求表1-2 无功补偿后工厂的计算负荷项目计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A380V侧补偿前负荷0.73878.56835.551212.4431842

9、.116380V侧无功补偿容量480380V侧补偿后负荷0.931878.56355.55947.771440.04主变压器功率损耗14.215.8510kV侧负荷总计892.77361.4963.1455.62、变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂负荷中心。工厂负荷中心按功率矩法来计算确定，计算公式为（2-1）有计算结果可知(X=6.07,y=5.55)，如图所示就算负荷中心接近6号工厂正西方向附近，可以采用在6号厂房西侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。图形如图2-1所示：图2-13、变电所主变压器的选择3.1、负荷分级及供电电源计算负荷总容量892.77KVA二级负荷总

10、容量559.5KVA3.2、电力变压器选择(1)一台主变压器 要使主变压器容量不小于总的计算负荷,即要满足Sn892.77故选用 S9-1250/10(2)两台主变压器每台变压器容量应不小于总计算负荷的60%，最好为总计算负荷的70%，即Sn（0.60.7）Sc且 Sn559.5KVA（二级负荷计算总容量）故选用S9-630/10变压器两台三相负荷基本平衡变压器连接组一般采用Yyn03.3、变电所主接线电气设计（1）变电所高压电气主接线设计1）电气主接线形式及运行方式本工程变电所的两路10kv电源可同时供电，并设有两台变压器。因此高压侧主接线方式有两种方案供选择。方案一：采用分段单母线形式，运

11、行方式如下：正常运行时，由10kv电源A和电源B同时供电，母线联络器断开，两个电源各承担一半负荷。当任一电源故障或检修时，由另一电源承担全部负荷，母线联络器闭合，保证二级负荷供电可靠性。此方案供电可靠性高，灵活性好，但经济性稍差。方案二：采用双回路线路变压器组接线形式，运行方式如下：正常运行时，由10kv电源A和电源B同时供电，两个电源各承担总负荷的一半。当任一电源故障或检修时，由另一电源承担一半负荷。由于采用线路变压器组接线方式，电源A受变压器容量限制也只能承担一半的负荷，其供电能力没有得到发挥。若需电源A承担起全部负荷，则与其连接的变压器容量也需按承担全部负荷选择，单台变压器容量不能满足要

12、求。此方案经济性较好，但供电可靠性不如方案一。2）开关柜型式及配置因本工程变压器容量比较大，故主开关采用真空断路器，高压开关柜采用KYN44A-12型金属铠装中置式手车柜。电源进线第一台柜为隔离柜，电能计量柜在进线断路器柜之前，进线断路器柜与进线隔离柜、联络柜与联络隔离柜加电气连锁，以防止带负荷操作隔离手车。两个进线断路器与母联断路器设电气连锁，任何情况下只能合其中的两台断路器，以保证两个电源不并列运行。3）所用电设计考虑到经济性，变电所不设所用电变压器。4）电气主接线图绘制本工程变电所施工阶段的高压侧电器主接线图如图3-1所示图3-1 高压侧电气主接线（2）变电所低压电气主接线设计1）电气主

13、接线形式及运行方式低压带电导体系统型式选择：根据我国常用低压带电导体系统型式及适用场合相关规定，本设计项目为三相用电设备组和单相用电设备组混合形式，故采用三线四线制接线方式。低压配电系统接地型式选择：选用TN-C系统，节省投资，易于实现，符合本设计需求。2）开关柜型式及配置采用固定式开关柜3）电气主接线图绘制图3-2 低压侧电器主接线4、短路电流计算与高低压电器选择4.1、短路电流计算（1）绘制计算电路及选取短路计算点图4-1 计算电路图图4-2 短路计算等效电路图（2）确定短路计算基准值设,即高压侧，低压侧，（4-1）（3）计算短路电路中各元件的电抗标幺值1）电力系统的电抗标幺值最大运行方式

14、：（4-2）最小运行方式：2）电力线路的电抗标幺值查表得LGJ-150的，而线路全长5km，故（4-3）3）电力变压器的电抗标幺值查表得，故（4-4）(4）计算k-1点（10.5kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量1）总电抗标幺值最大运行方式：（4-5）最小运行方式：2）短路电流最大运行方式：（4-6）（4-7）（4-8）最小运行方式：3）三项短路容量最大运行方式：（4-9）最小运行方式：（5）计算k-2点（0.4kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量1）总电抗标幺值最大运行方式：最小运行方式：2）短路电流最大运行方式：最小运行方式：3）三项短路容量最大运行方式：最小运行

15、方式：以上短路计算结果综合如表4-1所示。表4-1 短路计算结果短路计算点运行方式三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-1最大5.15.15.1137.70192.6最小4.284.284.2810.9146.4677.82k-2最大18.4818.4818.4847.12427.912.17最小18.0318.0318.0345.9827.2311.874.2、高低压电器选择（1）10kV侧一次设备的选择校验变电所10kV侧一次设备选择效验如表4-2所示。表4-2 10kV侧一次设备选择效验表选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度设备地点电气条件参数UNINI k (3)ish(3

16、)I(3)2tima数据10kV55.6A5.1kA13kA48.4kA2s一次设备型号规格额定参数UNeINeIocimaxIt2t高压少油短路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA1024高压隔离开关10kV200A25.5kA500高压熔断器RN1-1010kV75A12kA电流互感器LQJ-1010kV100/5A电压互感器JDJ-1010/0.1 kV避雷器FS4-1010kV（2）380V侧二次设备的选择校验变电所380V侧二次设备选择效验如表4-3所示。表4-3 380V侧一次设备选择效验表选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度设备地点电气条件参数UNI

17、30I k (3)ish(3)I(3)2tima数据380V1440.04A18.48kA47.124kA341.5kA2s二次设备型号规格额定参数UNeINeIocimaxIt2t低压断路器DW15-1500/3380V1500A40kA低压隔离开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V160/5A5、变电所电线电缆的选择5.1、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型铝绞线架空铺设，接往10kV公共干线。1）按发热条件选择。由及室外环境温度为33，查看表8-35，初选LJ-1

18、6,其35时的，满足发热条件。2）校验机械强度。查表8-33，最小允许截面积为35，因此LJ-16不满足机械强度要求，选用LJ-35。由于此线路很短不需要校验电压损失。（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝心电缆直接埋地铺设。1）按发热条件选择。由及土壤温度为25，查看表8-43，初选电缆芯为25的交联电缆。其，满足发热条件。2）校验短路热稳定。按A=25式中 C由表5-12查得。因此YJL22-10000满足要求。5.2、变电所母线选择表5-1 610kV变电所高低压LMY型硬铝母线的常用尺寸 （mm）变压器容量/kVA20025031

19、5400500630800100012501600高压母线404低压母线相母线4045056068068081008120102（10010）2（12010）中性母线4045056068068088010（1） 高压开关柜母线选择由上表高压开关柜母线选择LMY-3（404），即母线尺寸为40mm4mm；（2）低压开关柜母线选择由上表低压开关柜母线选择LMY-3（12010）+806，即母线尺寸为120mm10mm，中性母线尺寸为80mm6mm。5.3、低压出线电缆选择（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。1）按发热条件选择由及地下0.

20、8m土壤温度为25，查表8-42，初选缆芯截面240，其，满足发热条件。2）校验电压损耗由工厂总平面图所示量得变电所至1号厂房距离约为90m，而查表8-41得到240的铝芯电缆的（按缆芯工作温度75计），又1号厂房的,，故线路电压损耗为满足允许电压损耗5%的要求。3）断路热稳定度校验按式求得满足短路热稳定度的最小截面式中变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定，再加上断路器时间0.2s，再加上0.05s240的导线满足大于热稳定允许的最小截面，故选用电缆截面为240的电缆，即选VLV22-1000-3240+1150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，下同。（2）

21、馈电给2号厂房（锻压车间）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（方法同上，从略）。（3）馈电给3号厂房（金工车间）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（方法同上，从略）。（4）馈电给4号厂房（工具车间）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（方法同上，从略）。（5）馈电给5号厂房（电镀车间）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（方法同上，从略）。（6）馈电给7号厂房（装配车间）的线路

22、，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（方法同上，从略）。（7）馈电给8号厂房（机修车间）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（方法同上，从略）。（8）馈电给9号厂房（锅炉房）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（方法同上，从略）。（9）馈电给10号厂房（仓库）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（方法同上，从略）。（10）馈电给6号厂房（热处理车间）的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共

23、一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根（包括3根相线、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。1）按发热条件选择由及环境温度为33，查表8-40，相线初选缆芯截面185，其，满足发热条件。2）校验机械强度查表8-34得，=2.5，因此上面所选的185的导线满足机械强度要求。3)所选穿管线估计长30m，而查表8-38得（按缆芯工作温度50计），又热处理车间的,，因此线路电压损失为满足允许电压损耗5%的要求。（11）馈电给生活区的线路采用LJ型铝绞线架空敷设。1）按发热条件选择由及室外环境温度（年最热月平均气温33），查表8-35查得，初选LJ-95，其33时,满足发热条件

24、。2）效验机械强度查表可得，最小允许截面积=2.5，因此LJ-95满足机械强度要求。3）校验电压损耗查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离180m左右，而查表8-35得（按缆芯工作温度50计），又热处理车间的,，因此线路电压损失为不满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回LJ-120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用LJ-75橡皮绝缘线。重新校验电压损耗， 有满足允许电压损失要求完全合格。表5-2 变电所进出线型号规格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型交联聚乙烯绝缘的铝心电缆（直埋）380V低压出线至1号

25、厂房VLV22-1000-3240+1150的四芯聚氯乙烯绝缘电缆（直埋）至2号厂房VLV22-1000-3240+1150的四芯聚氯乙烯绝缘电缆（直埋）至3号厂房VLV22-1000-3240+1150的四芯聚氯乙烯绝缘电缆（直埋）至4号厂房VLV22-1000-3240+1150的四芯聚氯乙烯绝缘电缆（直埋）至5号厂房VLV22-1000-3240+1150的四芯聚氯乙烯绝缘电缆（直埋）至7号厂房VLV22-1000-3240+1150的四芯聚氯乙烯绝缘电缆（直埋）至8号厂房VLV22-1000-3240+1150的四芯聚氯乙烯绝缘电缆（直埋）至9号厂房VLV22-1000-3240+11

26、50的四芯聚氯乙烯绝缘电缆（直埋）至10号厂房VLV22-1000-3240+1150的四芯聚氯乙烯绝缘电缆（直埋）至6号厂房聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根（包括3根相线、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设至生活区LJ-120铝绞线架空敷设6、变电所继电保护的整定6.1、电源进线继电保护整定计算1）定时限过电流保护动作电流：灵敏系数：本线路的近后备保护符合要求相邻线路的远后备保护动作时限：2）电流速断保护动作电流：灵敏系数：符合要求动作时限：6.2、变压器继电保护整定计算1）定时限过电流保护动作电流：灵敏系数：动作时限：2）电流速断保护动作电流：灵敏系数：动作时限：7、防雷保

27、护和接地装置的设计7.1、直接防雷保护在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻R10W（表9-6）。通常采用3-6根长2.5m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6m。接地管间用40mm4mm的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25mm4mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷

28、针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长11.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。7.2、雷电侵入波的防护a)在10KV电源进线的终端杆上装设FS410型阀式避雷器。引下线采用25mm4mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。b）在10KV高压配电室内装设有GG1A（F）54型开关柜，其中配有FS410型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。c）在380V低压架空线出线杆上，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的雷电波。参考文献1 唐志平.供配电技术.北京：电子工业出版，.2 孙国凯.电力系统继电保护原理.北京：中国水利水电出版社，.3 李林川.电力系统基础.北京：科学出版社，2009.P28-P88.4 10kV配电工程典型设计.国家电网.5 翁双安.供配电工程设计指导.北京：机械工业出版社，2008.P22-P200.6 供配电系统设计规范GB 50052/957 刘介才.工厂供电设计指导.北京：机械工业出版社.附录A 图纸A1 变电所高压侧电气主接线图（A3图纸在该页后装订）A2 变电所低压侧电气主接线图（A3图纸在该页后装订）