工厂供电课程设计-XX机械厂降压变电所的电气设计.doc

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1、前言课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以稳固本课程理论知识，了解变电所设计的根本方法，了解变电所电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为今后的学习工作奠定根底。机械厂的电力系统由变电，输电，配电三个环节组成，这决定了此电力系统的特殊性，在确保供电正常的前提下，这三个环节环环相扣。其次，电力系统一次设备较为简单，二次系统相对复杂。本设计课题是XX机械厂降压变电所的电气设计，我们对整个系统作了详细的分析，各参数计算、设备配置及选型、总体布置、保护方式以及电网

2、方案的可靠性作了初步确实定。全厂总降压变电所及配电系统的设计，是根据各个车间的负荷数量，性质及生产工艺对对用电负荷的要求，以及负荷布局，结合电网的供电情况，解决对全厂可靠，经济的分配电能。机械厂供电设计是整个机械厂设计的重要组成局部，供电设计的质量直接影响到机械厂的生产及开展。工厂供电设计的任务是保障电能从电源平安、可靠、经济、优质地送到工厂的各个用电部门。应遵循的一般原那么：1工厂供电设计必须严格遵守国家的有关法令、法规、标准和标准，执行国家的有关方针、政策，如节约有色金属，以铝代铜，采用低能耗设备以节约能源等。2必须从全局出发，按照负荷的等级、用电容量、工程特点和地区供电规划统筹规划，合理

3、确定整体设计方案。3工厂供电设计应做到供电可靠、保证人身和设备平安。要求供电电能质量合格、优质、技术先进和经济合理。设计采用符合国家现行标准的效率高、能耗低、性能先进的设备。4应根据整个工程的特点、规模和开展规划，正确处理工程的近、远期的建设开展关系，以近期为主，远近结合，适当考虑扩建的可能性。目 录第一章 设计任务书.31、设计题目.32、设计要求.33、设计依据.3第二章 负荷计算和无功功率补偿.51、负荷计算.52.无功功率补偿.7第三章 变电所位置和型号的选择.9第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择.101变电所主变压器的选择.102变电所主接线方案的选择 .103主接线方案的技术

4、经济比拟 .11第五章 短路电流的计算.121. 绘制计算电路.122确定短路计算基准值.123计算短路电路中个元件的电抗标幺值.124计算k-1点10.5kV侧的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量.135.计算k-2点0.4kV侧的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量.13第六章 变电所一次设备的选择校验.14110kV侧一次设备的选择校验.142380V侧一次设备的选择校验.163上下压母线的选择.17第七章 变电所进出线及与邻近单位联络线的选择171.10kV高压进线和引入电缆的选择.172380低压出线的选择.183作为备用电源的高压联络线的选择校验.24第八章 变电所的防雷保护

5、与接地装置的设计.251变电所的防雷保护.252变电所公共接地装置的设计.25第九章 设计总结.27第一章 设计任务书1、 设计题目 xx机械厂降压变电所的电气设计2、设计要求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开展，按照平安可靠、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上下压设备和进出线，确定防雷和接地装置。最后要求写出设计说明书，采用IEP软件绘出设计图纸。3、 设计依据1.工厂总平面图 如图1.1所示。 图1.1 xx机械厂总平面图2.工厂负荷情况 本厂多数车间为两班制，年最大负荷

6、利用小时数为4500h，日最大负荷持续时间为7h。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。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂的负荷计算资料如表1所示。表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2000.30.65照明50.71.02锻压车间动力3000.250.6照明60.751.03金工车间动力4000.30.65照明80.81.04工具车间动力3000.30.8照明60.71.05电镀车间动力2000.50.7照明70.81.06热处理车间动力1500.50.

7、8照明60.71.07装配车间动力1000.30.7照明80.91.08机修车间动力2000.30.60照明40.751.09锅炉房动力800.70.70照明20.91.010仓库动力100.30.80照明10.71.0生活区照明5000.81.03.供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签订的供用电合同规定，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。该干线的导线型号为LGJ-200，导线为等边三角形排列，线距为1.3m；干线首段即电力系统的馈电变电站距离本厂约7km。干线首段所装设的高压断路器断流容量为450MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断

8、保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.5s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线有邻近单位取得备用电源。与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为65km，电缆线路总长度为30km。4.气象资料 本厂所在地区的年最高气温为38oC，年平均气温为23oC，年最低气温为-8oC，年最热月平均最高气温为33oC，年最热月平均气温为26oC，年最热月地下0.8m处平均温度为25oC。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。5地质水文资料 本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。6.电费制度 本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制

9、交纳电费。每月根本电费按主变压器容量计为18元/kVA，动力电费为0.20元/kWh，照明电费为0.50元/kWh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：610kV为800元/kVA。第二章 负荷计算和无功功率补偿1、负荷计算计算思路：按照需要系数法确定各厂房及生活区的计算负荷。利用表1中提供的用电设备总容量乘以需要系数得到有功计算负荷P30；利用有功计算负荷乘以功率因数的正切值得到无功计算负荷Q30；利用有功计算负荷除以功率因数得到视在计算负荷S30；利用视在计算负荷除以得到计算电流I30。将所有计算负荷相加统计出38

10、0V侧的总计算负荷，而工厂实际总的计算负荷应为该值再乘以一个同时系数k，此系数一般取kp=0.8，kq=0.85。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 = ， 为系数 2-1b)无功计算负荷单位为kvar= tan 2-2c)视在计算负荷单位为kvA= 2-3d)计算电流单位为A =, 为用电设备的额定电压单位为KV 2-42多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= 2-5式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.850.95b)无功计算负荷单位为kvar=，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.90.97c)视在计算负荷单

11、位为kvA = 2-6d)计算电流单位为A = 2-4经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2.1所示额定电压取380V表2.1各厂房和生活区的负荷计算表编号名称类别设备容量/kW需要系数costan计算负荷/kW/kvar/kVA/A1铸造车间动力2000.30.651.1696070.1478照明50.7103.50小计25563.570.147894.632143.762锻压车间动力3000.250.61.33375100照明60.75104.50小计30679.5100127.751194.0973金工车间动力4000.50.80.757556.25照明80.7104.20小计

12、40879.256.2597.143147.5934工具车间动力3000.30.80.759067.5照明60.7104.20小计30694.267.5115.887176.0735电镀车间动力2000.50.71.0202100102.02照明70.8105.60小计207105.6102.02146.831223.0876热处理车间动力1500.50.80.757556.25照明60.7104.20小计15679.256.2597.143147.5937装配车间动力1000.30.71.023030.606照明80.9107.20小计10837.230.60648.17273.1908机修

13、车间动力2000.30.61.3336080照明40.751030小计2046380101.828154.7129锅炉车间动力800.70.71.025657.131照明20.9101.80小计8257.857.13181.270123.47710仓库动力100.30.80.7532.25照明10.7100.70小计113.72.254.3306.57911生活区照明5000.8104000400607.75总计动力19401110.1706.201照明553计入=0.8, =0.850.83888.08600.2711071.971628.612.无功功率补偿 该厂380V侧最大负荷时的功率

14、因数只有0.75.而供电部门要求该厂10KV 进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量： 2-7根据所计算的无功功率补偿容量选择补偿装置及电容器的容量和型号，然后计算380V侧补偿后工厂的计算负荷；计及主变压器功率损耗后，利用公式 2-8 2-9求得主变压器的功率损耗，从而获得补偿后的10kV侧总负荷。将数据代入公式2-7求得：=(tan - tan)=888.08tan(arccos0.83) - tan(arccos0.92) = 218.47 kvar参照文献【3

15、】中P34页的图26，选出图2.1所示的PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1主屏1台与方案3辅屏2台相结合，每屏共84 kvar，总共容量为84kvar3=252kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷根本不变，而无功计算负荷=600.27-252kvar=348.27 kvar，视在功率将数据代入公式2-62-4得=953.93kVA，计算电流=1449.34 A,功率因数提高为cos=0.931。在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量应选为1250kVA,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1000kVA的就足够了。同

16、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3所示。图2.1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案表3 无功补偿后工厂的计算负荷工程cos计算负荷/KW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.83888.08600.2711071.971628.7380V侧无功补偿容量252(Qc=213.139,取252 一主两辅)380V侧补偿后负荷0.931888.08348.27953.931449.34主变压器功率损耗9.5447.710KV侧负荷计算0.915897.623

17、95.97981.0857.71第三章 变电所位置和型号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生活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2.7，7.2、2.7，5.1、2.7，2.9、5.5，9.2、5.5，7.2、5.5，5.1、5.5，3.0、9.5，8.6、9.5，6.0、9.5，3.4，并设12.8，10.7为生活区的中心负荷，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：

18、= 9035.391110.1=8.14 =8164.591110.1=7.35 由计算结果可知，工厂的负荷中心在10号厂房仓库车间的西南方向。考虑到周围环境及进出线方便，决定在10号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，其型式为附设式。 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1变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有以下两种可供选择的方案：a)装设一台变压器 型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1000 KVA=981.08 KVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负

19、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当。b)装设两台变压器 型号为S9型，而每台变压器容量根据式4-1、4-2选择，即981.08 KVA=588.6686.8KVA4-1=(95.8077+148.457+81.8)KVA=326.1 KVA4-2因此选两台S9-800/10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当。主变压器的联结组均为Yyn0 。2变电所主接线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器方案可设计以下两种主接线方案：2.1装设一台主变压器的主接线方案如图4-1所示图4-1 装设一台主变压器的主接线方案2.2装设两台主变压器

20、的主接线方案 如图4-2所示图4-2 装设两台主变压器的主接线方案3主接线方案的技术经济比拟 表4-1 主接线方案的技术经济比拟比拟工程装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电平安性满足要求满足要求供电可靠性根本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗较小灵活方便性只有一台主变，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得S9-1000/10的单价为7.776万元(参照文献【4】)，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为2 7.776=15.552万元查得S9-800/10的单价为6.8

21、85万元参照文献【5】，因此两台变压器的综合投资约为4 6.885=27.54万元，比一台主变方案多投资11.988万元高压开关柜含计量柜的综合投资额查得GG-1A(F)型柜可按每台1万元参照文献【6】计，其综合投资可按设备的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约为1 1.5 4=6万元本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为6 1.5 1=9万元，比一台主变方案多投资3万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变的折旧费=15.552万元 0.05=0.7776万元；高压开关柜的折旧费=6万元 0.06=0.36万元；变配电的维修管理费=15.552+6万元 0.06=1.29312万元

22、。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=0.7776+0.36+1.29312=2.43072万元主变的折旧费=27.54万元 0.05=1.377万元；高压开关柜的折旧费=9万元 0.06=0.54万元；变配电的维修管理费=27.54+9万元 0.06=2.1924万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=1.377+0.54+2.1924=4.1094万元，比一台主变方案多投资1.67868万元供电贴费主变容量每KVA为800元，供电贴费=1000KVA 0.08万元/KVA=80万元供电贴费=2 630KVA 0.08万元=100.8万元，比一台主变多交20.8万元从上表可以看出，

23、按技术指标，装设两台主变的主接线方案见图4-2略优于装设一台主变的主接线方案见图4-1，但按经济指标，那么装设一台主变的主接线方案见图4-1远优于装设两台主变的主接线方案见图4-2，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。见图4-1第五章 短路电流的计算1. 绘制计算电路如图5-1所示。 450MVAK-1K-2LGJ-200,7km10.5kVS9-10000.4kV(2)(3)(1)系统图5-1 短路计算电路2确定短路计算基准值设基准容量=100MVA，基准电压=10.5，为短路计算电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，那么KA 5-1 5-23计算短路电路中个元件的电抗标幺值1

24、电力系统电力系统出口断路器的断流容量=450MVA，故=100MVA/450MVA=0.22 5-32架空线路由文献【3】表8-37查得LGJ-240的线路电抗，而线路长7km，故 5-43电力变压器由文献【3】表3-1查得变压器的短路电压百分值=4.5，故=4.5 5-5式中，为变压器的额定容量因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。k-1k-2图5-2 短路计算等效电路4计算k-1点10.5kV侧的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量1总电抗标幺值=0.22+2.10=2.32 5-62 三相短路电流周期分量有效值 5-73 其他短路电流 5-8 5-9 5-10(4) 三相短路容量 5

25、-115.计算k-2点0.4kV侧的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量(1)总电抗标幺值=0.22+2.10+4.5=6.82 5-12(2)三相短路电流周期分量有效值 5-13(3)其他短路电流 5-14 5-15 5-16(4)三相短路容量 5-17以上短路计算结果综合图表5-1所示。表5-1短路计算结果短路计算点三相短路电流KA三相短路容量/MVAk-12.372.372.376.043.5843.1k-221.1121.1121.1138.8423.0114.7第六章 变电所一次设备的选择校验110kV侧一次设备的选择校验1.1按工作电压选那么 设备的额定电压一般不应小于所在系统的

26、额定电压，即 6-1必须说明：按GB/T 11022-1999?高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求?规定，高压设备的额定电压应按其允许的最高工作电压来标注。高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即 6-2由文献【3】表5-12查得：=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=11.5kV。1.2按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即 6-3 (其中I30=2.04KA1.3按断流能力选择设备的额定开断电流或断流容量，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

27、或短路容量，即 6-4 6-5对于分断负荷设备电流的设备来说，那么为 6-6为最大负荷电流。1.4 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 6-7 6-8、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值。b)热稳定校验条件 6-9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。表6-1 10 kV一次侧设备的选择校验选择校验工程电压电流断流能力动稳定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kV57.74()2.37kA3.58kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630kA16kA4

28、0 kA高压隔离开关-10T/20010kV200A25.5 kA二次负荷0.6高压熔断器RN2-1010kV0.5A50 kA-电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-10电流互感器LQJ-1010kV100/5A=31.8 kA=81避雷针FS4-1010kV户外隔离开关GW4-12/40012kV400A25kA500注： SN10-10I/630 由文献【3】表5-19查得-10/200 由文献【2】表ZL3-10查得RN2-10 由文献【2】表ZL5-3查得LQJ-10 由文献【3】表5-25查得JDZJ-10、JDZ-10 由文献【3】表5-27查得FS4-10

29、由文献【2】表ZL6-2查得GW4-40.5 由文献【3】表5-18查得2380V侧一次设备的选择校验同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表6-2所示，所选数据均满足要求。表6-2 380V一次侧设备的选择校验选择校验工程电压电流断流能力动态定度热稳定度其它装置地点条件参数数据380V总1449.34A21.11kA23.01kA一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA低压断路器DZ20-630380V630A大于30KA(一般)低压断路器DZ2-200380V200A大于25KA(一般)低压断路HD13-1500/30380V1500A电流互

30、感器LMZ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A3上下压母线的选择由文献【3】表5-28查得，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-31206+80*6，即相母线尺寸为80mm6mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。第七章 变电所进出线及与邻近单位联络线的选择1.10kV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LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。1) 按发热条件选择由=57.74A及室外环境温度33，由文献【3】表8-37查得，初选LJ-16,其35C时的=

31、93.5A,满足发热条件。2) 校验机械强度由文献【3】表8-34查得，最小允许截面积=35，而LJ-16不满足要求，应选LJ-35。3) 校验电压损耗 由于此线路很短，不需要校验 2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJL22-6000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。1)按发热条件选择由=57.74A及土壤环境25，由文献【3】表8-44查得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=90A,满足发热条件。2)校验热路稳定按式(7-1)计算满足短路热稳定的最小截面 7-1A为母线截面积，单位为；为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为；C为材料热稳定系数；为母线通过的三相短路

32、稳态电流，单位为A；短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中=2.04kA，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=77，把这些数据代入公式7-1中得，满足发热条件。 2校验电压损耗由图3-1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为108.84m，由文献【3】表8-42查得70的铝芯电缆的=0.54 按缆芯工作温度75计，=0.070，又1号厂房的=63.5kW, =70.1478 kvar，将数据代入7-27-3，故线路电压损耗为 7-2 (7-3)，满足发热条件。 2校验电压损耗由图3-1所示的工厂平面图量得变电所至2号厂房距离约为117m，由文献【3】表8-42查得120的铝芯电缆的=0.31 按缆芯工作温度75计，=0.07，又2号厂房的=79.5kW, =100 kvar，将数据代入7-27-3，故线路电压损