某冷镦车间低压配电系统及车间变电所设计毕业设计.doc

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1、惠州学院HUIZHOU UNIVERSITY毕 业 论 文（设 计）中文题目：某冷镦车间低压配电系统及车间变电所设计 英文题目：A cold heading plant low voltage distributionsystems and workshop substation design 姓 名 学 号 专业班级 指导教师 提交日期 教务处制摘要本文根据安全、可靠、经济、实用的设计原则，对某冷镦车间低压配电系统及车间变电所进行了设计。在对任务书的设计要求分析后，论文由以下几部分组成：电路的负荷计算和无功功率的补偿；变电所位置和型式的选择；变电所主变压器的选择，主接线方案的设计与短路电流计

2、算；变电所一次设备与进出线的选择、校验；变电所二次回路的选择及继电保护的整定；防雷保护和接地装置设计；主接线图等。基于厂区车间布局，在合理的经济预算下，提高供电系统的功率因素，减少电能损失，减低成本，使其发挥更多的经济效益是本设计的目的。关键词 负荷计算 短路电流 继电保护 防雷设置 目 录第一章 概述11.1 前言11.2 设计任务1第二章 负荷计算和无功功率补偿52.1 车间的负荷计算52.2 无功功率补偿7第三章 变电所位置和型式的选择93.1 变电所的位置选择原则93.2 车间变电所型式的选择9第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择114.1 总降压变电所主变压器台数、容量和型式的确

3、定114.2 变电所主接线方案的设计12第五章 短路电流的计算155.1 短路计算155.2 三相短路时的短路电流和容量的计算16第六章 变电所一次设备的选择校验186.1 10kV侧一次设备的选择186.2 一次设备的校验18第七章 变电所进出线的选择与校验217.1 高低压进出线217.2 变配电所进出线方式的选择217.3 变配电所进出线导线和电缆型式的选择21第八章 变电所二次回路方案的选择和继电保护的整定268.1变电所二次回路方案的选择268.2 继电保护28第九章 变电所的防雷保护与接地装置的设计339.1 防雷保护339.2接地装置33总 结35致 谢36参考文献37英文摘要3

4、8附 录39附录一：外文资料翻译39附录二： 车间平面布置图46附录三：电气主接线图47II第一章 概述1.1 前言电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送与分配既简单、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。但随着工业化过程的加快，对电能的需求量也急剧增加，合理、正确地利用电能是能源工作的重中之重，而设计出符合要求的变电所是实现这一目标的前提。本设计根据工厂供电设计的如下原则设计：（1） 工厂供电设计必须遵守国家的有关法令、标准和设计规范，执

5、行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属和保护环境等技术经济政策。（2） 工厂供电设计应做到保障人身和设备安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，设计中应采用符合国家标准的效率高、能耗低、性能先进及与用户投资能力相适应的经济合理的电气产品。（3） 工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照符合性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。（4） 工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设和远期发展的关系，做到远、近结合，以近期为主，适当考虑扩建可能性。本文分为九章。首先概要地介绍本设计的主要内容，接着系统地讲述冷镦车间的电力负荷计算和无功功率补偿

6、，变电所位置和形式的选择，变电所主变压器台数、容量与类型的选择，变电所主接线方案的设计，短路电流的计算，变电所一次设备的选择校验，变电所进出线的选择与校验，变电所二次回路方案的选择和继电保护的整定，变电所的防雷保护与接地装置的设计。1.2 设计任务作为设计依据的原始资料有：1.车间平面布置图（见附录二）2.车间生产任务及产品规格本车间主要承担我国机械和电器制造工业的标准螺钉配件生产。标准螺钉元件规格范围为M3M18。3.车间设备明细表 设备代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw设备代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw1冷镦机Z47-12163149626铣口机（自制）1772冷镦机G

7、B-31555527铣口机（自制）15.55.53冷镦机A1641282828车床C3361334冷镦机A1241282829车床1336M14.54.55冷镦机A1232204030台钻70.64.26冷镦机A1631202031清洗机（自制）410407冷镦机A1691101032包装机（自制）34.513.58冷镦机Z47-671510533涂油槽（自制）1-9冷镦机82BA1111134车床C620-117710冷镦机A12124.79.435车床C620-1M17711冷镦机A12023636车床C62017712切边机A2332204037车床C618K17713切边机A23211

8、41438铣床X62W17.57.514压力机60t1101039平面磨床M723017.627.6215压力机40t17740牛头刨床13316切边机A231472841立钻11.51.517切边机A23014.54.542砂轮机60.63.618切边机（自制）13343钳工台4-19搓丝机GWB162102044划线台1-20搓丝机1141445桥式吊车5t218.737.421搓丝机A25317746梁式吊车18.28.222搓丝机A253472847电葫芦1.5t12.82.823双搓机1111148电葫芦1.5t11.11.124搓丝机GWB6525.51149叉车0.5t2-25搓

9、丝机Z25-413350叉车0.5t1-合计4.车间变电所的供电范围（1）本车间变电所设在冷镦车间东北角，除为冷镦车间供电外，尚须为工具、机修车间供电。（2）工具车间要求车间变电所低压侧提供四路电源。（3）机修车间要求车间变电所低压侧提供一路电源。（4）工具、机修车间负荷计算表，如表1-1所示。 表1-1 工具、机修车间负荷计算表序号车间名称供电回路代号设备容量kW计算负荷(kW)(kvar)(kVA)(A)1工具车间No.1供电回路4714.116.5No.2供电回路5616.819.7No.3供电回路4212.614.7No.4供电回路3510.512.3小计1805463.22机修车间N

10、o.5供电回路15037.543.95.车间负荷性质 车间为三班工作制，年最大有功负荷利用小时数为4500h，属于三级负荷。6.供电电源条件（1）车间变电所从本厂35/10kV总降压变电所用架空线路引进10kV电源，如图所示，电缆线路长200m。1.5s 10/0.4kV 图1-1 引入车间变电所的线路(2)工厂总降压变电所10kV母线上的短路容量300MVA计。(3)工厂总降压变电所10kV配电出线定时限过电流保护的整定时间 (4)要求车间变电所最大负荷时功率因素不得低于0.9。(5)要求在车间变电所10kV侧进行电能计量。7.车间自然条件（1）气象条件 气象条件包括： 车间内最热月的平均温

11、度为30； 地中最热月的平均温度为25； 土壤冻结深度为1.10m; 车间环境，属正常干燥环境。（2）地质水文资料 车间原址为耕地，地势平坦。地层以砂粘土为主，地下水位为2.85.3m。第二章 负荷计算和无功功率补偿2.1 车间的负荷计算1.车间设备组1负荷计算见表2-1：表2-1 冷镦车间设备组1的负荷计算表设备代号设备名称型号台数单台容量kW总容量kW需要系数Kd计算负荷/kW/kvar/A1冷镦机Z47-1216314960.20.51.7399.21711983022冷镦机GB-3155550.20.51.73111922333冷镦机A164128280.20.51.735.69.71

12、1.2174冷镦机A124128280.20.51.735.69.711.2175冷镦机A123220400.20.51.73813.81624.36冷镦机A163120200.20.51.7346.9812.27冷镦机A169110100.20.51.7323.4546.18冷镦机Z47-67151050.20.51.732136.34263.89冷镦机82BA111110.20.51.732.23.84.46.710冷镦机A12124.79.40.20.51.731.843.183.685.611冷镦机A1202360.20.51.731.22.12.43.712切边机A233220400

13、.20.51.73813.81624.313切边机A232114140.20.51.732.84.85.68.514压力机60t110100.20.51.7323.4546.115压力机40t1770.20.51.731.42.42.84.316切边机A23147280.20.51.735.69.711.21717切边机A23014.54.50.20.51.730.91.561.82.7518切边机（自制）1330.20.51.730.61.031.21.819搓丝机GWB16210200.20.51.7346.9812.220搓丝机114140.20.51.732.84.855.68.562

14、1搓丝机A2531770.20.51.731.42.42.84.322搓丝机A25347280.20.51.735.69.711.21723双搓机111110.20.51.732.23.84.46.724搓丝机GWB6525.5110.20.51.732.23.84.46.725搓丝机Z25-41330.20.51.730.61.031.21.826铣口机（自制）1770.20.51.731.42.42.84.327铣口机（自制）15.55.50.20.51.731.11.92.23.328车床C3361330.20.51.730.61.031.21.829车床1336M14.54.50.20

15、.51.730.91.561.82.7530台钻70.64.20.20.51.730.841.451.682.5731清洗机（自制）410400.20.51.73813.81624.332包装机（自制）34.513.50.20.51.732.74.675.48.2533涂油槽1-34车床C620-11770.20.51.731.42.42.84.335车床C620-1M1770.20.51.731.42.42.84.336车床C6201770.20.51.731.42.42.84.337车床C618K1770.20.51.731.42.42.84.338铣床X62W17.57.50.20.51

16、.731.52.634.639平面磨床M723017.627.620.20.51.731.62.73.24.840牛头刨床1330.20.51.730.61.031.21.841立钻11.51.50.20.51.730.30.560.60.942砂轮机60.63.60.20.51.730.721.251.442.243钳工台4-44划线台1-47电葫芦1.5t12.82.80.20.51.730.560.971.121.748电葫芦1.5t11.11.10.20.51.730.220.380.440.6749叉车0.5t2-50叉车0.5t1-合计1341.70.20.51.73268464.

17、3536.7815.42.车间设备组2负荷计算见表2-2：表2-2 冷镦车间设备组2的负荷计算表设备代号台数单台容量kw总容量kw需要系数Kd计算负荷/kw/kvar/A45桥式吊车218.737.40.150.51.735.619.711.217.146梁式吊车18.28.20.150.51.731.232.12.53.7小计45.60.150.51.736.8411.813.720.83.工具、机修车间负荷计算见表2-3：表2-3 工具、机修车间的负荷统计表序号车间名称供电回路代号设备容量kW计算负荷(kW)(kvar)(kVA)(A)1工具车间No.1供电回路4714.116.521.7

18、32.9No.2供电回路5616.819.725.939.4No.3供电回路4212.614.719.429.5No.4供电回路3510.512.316.224.62机修车间No.5供电回路15037.543.957.787.7小计33091.5107.1140.9214.1 4.车间设备总负荷统计见表2-4：表2-4冷镦车间总的负荷统计表用电单位名称设备容量需要系数计算负荷 (kW) (kvar) (kVA)(A)设备组1341.70.20.51.73268.3464.3536.7815.4设备组45.60.150.51.736.8411.8313.6820.8工具车间1805463.283

19、.2126.4机修车间15037.543.957.787.7总计1717.3366.64583.23691.281050.3取=0.90 =0.95330.0554.0644.8979.72.2 无功功率补偿1.补偿前的变压器低压侧的视在计算负荷为： 因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选为了1000 kVA。这时变电所低压侧的功率因数为：0.94.车间变电所负荷计算 见表2-5：表2-5车间变电所负荷计算表序 号车间名称需要系数设备容量kW计算负荷(kW)(kvar)(kVA)(A)1设备组10.21341.72268.3464.3175326782设备组20.1545.66.8411.83

20、13.720.873工具车间1805463.283.13126.974机修车间15037.543.957.7388.18总计1717.32330554644.8979.7380V侧补偿前负荷330554644.8979.7380V侧无功补偿容量417380V侧补偿后负荷330137357543变压器功率损耗5.421.410kV侧负荷总计335.4158.437121.4第三章 变电所位置和型式的选择3.1 变电所的位置选择原则1.选择工厂变、配电所的所址应根据下列要求并经技术、经济比较后择优确定：接近负荷中心。 进出线方便。 接近电源侧。 设备吊装和运输方便。 不应设在有剧烈振动的或高温的场

21、所。不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所。当无法远离时，不应设在污染源的下风侧。 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，不宜与上述场所相贴邻。 不应设在有爆炸危险环境的建筑物的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方；当与有爆炸或火灾环境的建筑物毗邻时，应符合现行国家标准GB 500581992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。（9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。（10）高压配电所应尽量与临近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起。变电所的位置选择应根据选择原则，经技术、经济比较后确定。根据接近负荷中心，偏向电源侧的选择方法。本车间变电所已给出，位于车间

22、的东北角。3.2 车间变电所型式的选择变配电所有屋内式和屋外式两大型式。屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择工厂总变配电型式时，应根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优选用屋内式。负荷较大的车间，宜设附设式或半露天式变电所。负荷较大的多跨厂房及高层建筑内，宜设车间内变电所或组合式成套变电站。负荷小而分散的工厂车间及生活区，或需远离有易燃易爆危险环境及有腐蚀性车间时，宜设独立变电所。如果屋外环境正常，亦可设露天变电所，有条件亦可设户外箱式变电站。工厂的生活区，当变压器容量在315kVA及以下时，宜设杆上式变电台或高台式变电所。由于屋内式优点众多，本设计采用屋内式。第四章 变电所主变压

23、器及主接线方案的选择4.1 总降压变电所主变压器台数、容量和型式的确定1.主变压器台数的选择主变压器台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上主变压器：（1）有大量一级或二级负荷。（2）季节性负荷变化较大，适用经济运行方式。（3）集中负荷较大，例如大于1250KVA时。其他情况宜装设一台主变压器。其容量可根据计算负荷决定。对一、二级负荷较大的车间，采用两回独立进线，设置两台变压器，其容量确定和总降压变电所相同。当负荷分散时，可设置两个各有一台变压器的变电所。车间变电所中，单台变压器容量不宜超过1000kVA。根据本设计属三级负荷，选择一台变压器。2.主变压

24、器容量的选择（1） 装有一台主变压器的变电所主变压器容量应不小于总的计算负荷，即：（2） 装有两台主变压器的变电所，每台主变压器容量不应小于总的计算负荷的60%70%，即 ，同时每台主变压器容量不应小于全部一、二级负荷的计算之和，即 。 由于只需一台变压器，经计算：3.主变压器型式的选择（1）一般正常环境的变电所，可选用油浸式变压器，且应优先选用S9、S11等系列变压器。（2）在多尘或有腐朽性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用S9-M、S11-MR等系列全密封式变压器。（3）多层或高层建筑内的变电所，宜选用SC9等系列环氧树脂浇注式变压器或充气型变压器。（4）多雷地区及土壤电阻率较高的山

25、区，宜选用防雷型变压器。车间原址为耕地，地势平坦。地层以砂粘土为主，地下水位为2.85.3m。可知为一般正常环境的变电所，因此选用S9系列的变压器。4.主变压器联结组别的选择（1） 三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不超过其低压绕组额定电流的25%、且供电系统谐波干扰不甚严重时，三相配电变压器的联结组可选用Yyn0.（2)当由单相不平衡负荷引起的中性线电流超过变压器低压组额定电流25%时，或供电系统中存在较大的谐波源、高次谐波电流比较突出时，三相配电变压器的联结组宜选用Dyn11。因此，选用Yyn0联结组。综上所述，变压器选择S9400/10（6），变压器参数见表4-1：表4-1 变压器参数表

26、额定容量kVA额定电压/kV联结组标号损耗/W空载电流阻抗电压价 格/元一次二次空载负载400100.4Yyn080043001.04396604.2 变电所主接线方案的设计变电所的主结线，应根据变配电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。1.装设一台主变压器 型号采用S9型，而容量根据，选=400KVA371 KVA，即选用一台S9-400/10型低损耗配电变压器。如图4-1所示。2.装设两台主变压器 型号采用S9型，而每台变压器容量按下面公式选择。即（0.60.7）371kVA=（222.6259.7）kVA=0选两台S9-

27、315/10变压器。如图4-2所示。按上面两种主变压器的方案可设计两种主结线图:图4-1 装设一台主变的变电所主接线方案（附高压柜列图）图4-2 装设一台主变的变电所主接线方案（附高压柜列图）3.两种主结线方案的比较见表4-2：表4-2 两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变压器的方案装设两台主变压器的方案技术指标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，电压损耗略大由于两台主变并列，电压损耗略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经济指标电力变压器的综合投资额查表得S9400/10单价为3.966万元，查表

28、得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为万元查表得S315/10单价为3.092万元，因此两台综合投资为=12.368万元，比一台主变方案多投资4.436万高压开关柜的综合比较查表得GG1A（F）型柜按每台4万元计，查表得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为万元=24万元本方案采用6台GG1A（F）柜，其综合投资约为61.54=36万元，比一台主变的方案多投资12万元。电力变压器和高压开关柜的年运行费查表计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为3.7526万元主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为5.6805万元，比1台主变压器的方案多耗1.9279万元交供电部

29、门一次性供电贴费按900元/kVA计，贴费为万元=36万元贴费为23150.09万元=56.7万元，和一台主变压器相同 从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案。第五章 短路电流的计算5.1 短路计算1.确定基准值采用标幺制法进行三相短路计算，基准值取:S=100 MVA,U=10.5 kV, U=0.4 kV确定基准值电流： 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值由表查得, 因此 = =0.3333电缆线路的电抗标幺值有前面可得, 因此 电力

30、变压器的电抗标幺值查表得 , X =X = =12.5绘短路等效电路图如图5-1所示, 图上标出各元件的序号和电抗标幺值， 并标明短路计算点图5-1 短路等效图5.2 三相短路时的短路电流和容量的计算对于点：1.计算短路回路总阻抗标幺值2.计算点所在电压级的基准电流 3.计算短路电流各值三相短路电流周期分量有效值：又 高压电路短路冲击电流： 高压电路短路冲击电流有效值：三相短路容量：对于点：1.计算短路回路总阻抗标幺值 2.计算点所在电压级的基准电流 3.计算短路电流各值 计算结果列表5-2：表5-2 短路计算结果短路计算点短路计算点三相短路电流（kA）电压（kV）三相短路容量(MVA)15.

31、80540.30323.86610.5287.35611.23120.66512.2420.47.783第六章 变电所一次设备的选择校验6.1 10kV侧一次设备的选择1.高压开关柜的选择高压开关柜是成套设备，柜内有断路器、隔离开关、互感器设备等。（1）选择开关柜的型号主要根据负荷等级选择开关柜的型号，一般一、二级负荷选择移开式开关柜，如, , 型开关柜，三级负荷选择固定式开关柜，如,型开关柜。本设计属三级负荷，选型开关柜。（2）选择开关柜回路方案号本设计是架空线进线，因此选择回路方案号07。2.计量柜选择选型，方案号03。6.2 一次设备的校验1.10kV侧一次设备的校验 装设地点条件见表6

32、-1：表6-1装设地点条件选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装设地点条件参数数据10kV23.095A15.805kA40.303kA474.616(1)高压断路器的校验按装设地点额定电压和额定电流选择断路器SN10-10/630。动稳定校验：， ， ， 满足要求。热稳定校验： ，满足要求。断流能力校验：，满足要求。(2)高压隔离开关按装设地点额定电压和额定电流选择，高压隔离开关选经校验，满足要求。(3)高压熔断器按装设地点额定电压和额定电流选择，高压熔断器选RN1-10，经校验，满足要求。(4)户外隔离开关按装设地点额定电压和额定电流选择，高压隔离开关选经校验，满足要求。(5) 电

33、压互感器按装设地点额定电压选择，电压互感器选择JDZJ-10和JDZ-10，经校验满足要求。(6)电流互感器按装设地点额定电压和额定电流选择，电压互感器选择LQJ-10，经校验满足要求。 10kV侧一次设备参数见表6-2：表6-2 10kV侧一次设备参数表电气设备名称型号主要技术参数（kV）（A）（kA）其它高压断路器SN10-1/63010100031.5高压隔离开关10600高压熔断器RN1-10102520电流互感器LQJ-10101005电压互感器JDJ-1010/0.1电压互感器JDZJ-10户外隔离开关GW4-40.535630避雷器FS4-1010柜外形尺寸（长宽高）1200mm

34、1200mm3100mm2 .380侧一次设备的校验 表6-3 装设地点条件选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装设地点条件参数数据380V543A11.231kA20.665kA（1）低压断路器的校验按装设地点额定电压和额定电流选择，低压断路器DW15-1000/3断流能力校验：，满足要求。 同理可得，经校验断路器DZ20-630/3、DZ20-200/3满足要求。（2）电流互感器的校验按装设地点额定电压和额定电流选择，电流互感器选择LMZJ1-0.5，经校验满足要求。380V侧一次设备的参数见表6-4：表6-4 380V侧一次设备的参数表电气设备名称型号主要技术参数（V）（A）（kA）其它低压断路器DW15-600/3电动38060030低压断路器DZ20-630/3380630A30低压断路器DZ20-200/3380200A25低压刀开关HD13-600/30380600电流互感器LMZJ1-0.5500600/5A3.高低压母线的选择按88D364电力变压器室布置标准图集的规定，610kV变电所高低压LMY型硬铝母线的尺寸，如表6-5所示。表6-5 10kV变电所高低压LMY型硬铝母线的常用尺寸表（mm）变压器容量200250315400500630800100012501600高压母线404低压母线相母线404505606806808100812010