某机修厂车间配电系统设计要点

前言众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转化而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用，电能的输送和分配简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于生产自动化小型化变电所的建设方案，是在总结国内外变电所设计运行经验的基础上提出的，与过去建设的常规变电所和简陋变电所有明显区别。无论是主接线方式、设备配置及选型、总体布置还是保护方式，都形成了一种新的格局，从而使小型化变电所无法按已有规程进行设计。机修厂的电力系统由变电，输电，配电三个环节组成，由此也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，还电力系统一次设备较为简单，二次系统相对复杂。本设计对整个系统作了详细的分析，各参数计算，以及电网方案的可靠性作了初步的确定。全厂总降压变电所（或总配电所）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。车间供电设计是整个工厂设计的重要组成部分，车间供电设计的质量直接影响到的产品生产及公司的发展。1.车间供电设计的任务：车间供电设计的任务是保障电能从电源安全、可靠、经济、优质地送到车间的各个用电部门。（1） 安全。在电能供应分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2） 可靠。根据可靠性的要求，工厂内部的电力负荷分为一级负荷、负荷、三级负荷三种。一级负荷为因突然停电会造成设备损坏或造成人身伤亡，因此必须有两个独立源供电；二级负荷突然停电会造成经济上的较大损失或会造成社会秩序的混乱，因此必须有两回路供电，但当去两回线路有困难时，可容许有一回专用线路供电；三级负荷由于突然停电造成的影响或损失不大，对供电电源工作特殊要求。 （3） 优质。应满足用户对电压、频率、波形不畸变等电能质量要求。 （4） 经济。在满足以上要求的前提下，供电系统尽量要接线简单，投资要少，运行费用要低，并考虑尽可能地节约点能和有色金属的消耗量。2.车间供电设计应遵循的一般原则：（1）车间供电设计必须严格遵守国家的有关法令、法规、标准和规范，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，合理确定整体设计方案。（3）车间供电设计应做到供电可靠、保证人身和设备安全。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、规模和发展规划，正确处理工程的近、远期的建设发展关系，以近期为主，远近结合，适当考虑扩建的可能性。工厂供电系统是电力系统的一个组成部分，必然受到电力系统工况的影响和制约，因此供电系统应该遵守电力部门制定的法规，评价分析可以应用电力系统中采用的分析、计算方法。 目录第一章 设计任务第二章 负荷计算和无功功率补偿第三章 确定车间变电所主变压器形式、容量和数量及主结线方案第四章 短路计算第五章 选择车间变电所高底压进出线。第六章 选择短路计算电源进线的二次回路方案及整定继电保护。第七章 车间变电所防雷变化及接地装置的设计第八章 设计总结参考文献附录 某车间制造厂降压变电所主接线电路图（A1图纸)第一章 设计任务1.1设计要求（一）、论文应结合所学知识，内容应具有先进性和创造性，主体突出，立论有据，层次分明，条理清晰。论文字数要求15000字以上(含图)，采用打字稿（A4纸五号字），标点符号正确，文字符合“简化字总表”。附图应简明、清晰，图中法定计量单位用符号标出。按规范列出主要参考资料。（二）、设计题目某车间制造厂变配电所及低压配电系统设计1.2设计依据1. 车间平面布置图、附图（或注明参看某资料） 2. 车间生产任务及产品规格 （可具体给出，或注明参看某资料）a工厂总降压变电所10kV配电出线定时限过电流保护装置的整定时间tp见表3。b车间最大负荷时功率因数不得低于0.92。c在车间变电所10kV侧进行计量。d供电贴费为700元/kVA，每月电费按两部电价制：基本电费为18元/kVA，动力电费为0.4元/kWh，照明电费为0.5元/kWh。3. 车间电气设备明细表（可具体给出，或注明参看某资料）表1 某车间用电设备明细表设备代号设备名称台数单台容量（kW）效率功率因数启动倍数备注13普通车床C630-137.60.880.8164内圆磨床M212017.250.880.8365，16砂轮机S3SL-30021.50.920.826.56平面磨床M713017.60.880.82679牛头刨床B6050340.870.82611，12普通车床C614026.1250.890.8161315普通车床C61634.60.900.81617，18单臂龙门刨床B1012267.80.860.812.519龙门刨床B2016166.80.860.812.520，21普通车床C630210.1250.880.81622立式钻床Z53514.6250.900.80623立式车床C534J11800.860.80324摇臂钻床Z3518.50.870.825.52528镗床T6849.80.860.655.52933插床B5032540.870.863437普通车床C630-345.6250890.8264. 车间变电所的供电范围 （可具体给出，或注明参看某资料）序号转供负荷名称计算负荷转供距离（km）Pc（kW）Qc（kvar）Sc（kVA）1机修车间回路152270.15回路26832回路359292加工车间回路147180.1回路23822回路341273汽车库回路136140.2回路22911回路320244泵站回路1102600.25回路27048回路35照明回路（三相）回路1170.2回路210回路395. 车间负荷性质a) 车间采用三班制b) 车间年最大有功负荷利用小时数。设计题目序号总降压变电所车间变电所地区环境最热日平均气温（oC）车间最大负荷利用小时数Tmax（h）土壤情况自然接地电阻（）二次母线短路容量（MVA）保护动作时限tp（s）电源进线电压（kV）电阻率SkmaxSkmin长度l（km）导线类型U1NU2N地上地下架空电缆103002501.10.5100.43225400040030c) 根据已知机械加工车间负荷均为三级负荷，对供电可靠性要求不高，因此可采用线路-变压器组接线方式。它的优点是接线简单、使用设备少和建设投资省；其缺点是供电可靠性比较差。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，全部负荷均要停止供电。这种接线适用于三级负荷的变电所，为保证对少量二级负荷供电，可在变压器低压侧引入其他变电所联络线作为备用电源。6、供电电源（1）从本厂35/10kV总降压变电所用架空县引进10kV电源，该变电所距本车间南0.3km。线路首端高压断路器为RTO-50/40型。该线路装设定时限过流保护，动作时限为1.1 s。（2）要求车间变电所最大负荷时功率因数不低于0.92。（3）在车间变电所10kV侧进行计量。. 7、车间自然条件（1）气象资料。年最高气温38oC，年平均气温35oC，年最低气温8oC，年最热月平均最高气温30oC，年最热月地下0.71m处平均温度20oC，常年主导风向为南风；年雷暴日180天；土壤冻结深度1.10m。（2）地质水文资料。平均海拔200m，地层以沙质黏土为主，地下水位35m，地耐压力为20t/m2。第二章 负荷计算和无功功率补偿2.1 负荷计算2.1.1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b)无功计算负荷（单位为kvar）= tanc)视在计算负荷（单位为kvA）=d)计算电流（单位为A） =, 为用电设备的额定电压（单位为KV）2.1.2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）=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0.900.95b)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（单位为KVA） =d)计算电流（单位为A） =1.采用需要系数法对车间用电设备进行负荷计算（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为例说明计算过程：查表11-1，序号1设备单位容量7.6kw，效率=0.88，启动倍数Kst=6计算电流：启动电流：1） 选择支线熔断器。INFE I30 =16.2A，INFEKIST =0.497.2=38.88(A)。式中INFE 为熔体额定电流，K为选择熔体的计算系数，轻载启动取0.250.4。选INFE =30A，INFU =50A，查表5-10，选择结果为RT0-50/40。2） 选支线截面积。按允许载流量选择，根据Ial I30 ，查表8-37，根据实际环境温度，选3根单芯塑料导线穿钢管Sc=15mm埋地敷设。当截面积A=2.5mm2 ，=25o 时，Ial=18A.I30= 16.2A，选择结果为BLV-32.5-18A-SC15mm(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2.1所示表2.1 各支线负荷、熔断器、导线截面积选择结果设备代号设备名称计算电流单台容量（kW）启动电流熔断器选择导线截面积允许载流量穿钢管管径备注温度25o13普通车床C630-116.27.60.4*97.2RTO-50/402.518154内圆磨床M212015.17.250.4*90.6RTO-50/402.518155，16砂轮机S3SL-3003.01.50.4*19.5RTO-50/102.518156平面磨床M7130167.60.48*96RTO-50/402.5181579牛头刨床B60508.540.4*51RTO-50/302.518151012普通车床C614012.96.1250.4*77.4RTO-50/302.518151315普通车床C6169.584.60.4*57.48RTO-50/302.5181517，18单臂龙门刨床B1012147.8867.80.4*369.7RTO-200/150951705019龙门刨床B2016145.766.80.4*364.25RTO-200/150951705020，21普通车床C63021.5810.1250.4*129.48RTO-100/604241522立式钻床Z5359.764.6250.4*58.56RTO-50/302.5181523，38立式车床C534J1176.67800.4*530RTO-400/2501201955024摇臂钻床Z3518.108.50.4*99.55RTO-50/40424152528镗床T6826.639.80.4*146.465RTO-100/60632152933插床B50328.7340.4*52.38RTO-50/302.518153437普通车床C630-311.715.6250.4*70.26RTO-50/302.51815（2）干线负荷计算及截面积选择 机加车间用电设备从低压配电屏引出三个回路WL1、WL2、WL3.各回路所接配电箱及用电设备如下表机加车间三个回路负荷计算结果车间的转供负荷计算结果如下表 车间的转供负荷计算结果转供负荷名称车间回路号计算负荷P30Q30S30I30cos机修车间WL417988199.46303.060.90加工车间WL512667142.71216.830.88汽车库WL6854998.11149.070.87泵站WL7172108203.10308.590.85照明回路（三相）WL83603654.701按允许发热条件选择车间干线截面积计算如下表所示。各干线选择YJLV型交联聚乙烯绝缘电缆，埋地辐射。车间干线计算电流及导线截面积选择结果（YJLV铝芯电缆）回路编号干线计算电流I30(A)导线允许载流量Ial（A）导线截面积A(mm2)WLI72.32943*16+1*16WL2273.88303 3*120+1*70WL3109.441233*25+1*16WL4303.06347 3*150+1*95WL5216.832183*70+1*35WL6149.071803*50+1*25WL7308.59347 3*150+1*95WL854.70943*16+1*162.2 无功功率补偿 无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。2.低压母线计算负荷及无功功率补偿（1）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）。 P30M=Kp=0.9*（28.56+43.22+179+126+85+172+36）=700.15 (KW)Q30M=Kp=0.95*（37.98+143.85+57.48+88+67+49+108+0）=523.74(Kvar)S30M= , , 由于车间负荷功率因数小于0.92，因此应在变压器低压母线上进行集中无功补偿。集中补偿便于维护和管理，采用电力电容器进行补偿。(2)无功功率补偿1）补偿容量的确定 QC=P20（tan1-tan2）=700.15*(0.75-0.426)=226.84(Kvar)2)选择补偿装置参照工厂供电设计指导P34页，选择PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）一台与方案3（辅屏）2台相组合。总共容量84*3=252kvar.补偿后变电所变压器一次侧计算负荷KW Q=Q-Q=523.74-252=271.74KvarS=750.82KVA COS=0.9330.92 故满足要求3计算变电所变压器一次侧计算负荷（1）估算变压器功率损耗：(2)估算进线负荷： 图2.1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案第三章 确定车间变电所主变压器形式、容量和数量及主结线方案根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量，有下列两种方案a)装设一台主变压器型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=800KVA=776.7KVA，查表2-5即选一台S9-800/10/0.4-Yyn0型低损耗配电变压器。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776.7 KVA=（396-475）KVA （4-1）一台工作时S=475KVA故要选择容量为500MVA的变压器 （4-2）因此选两台S9-500/10型低损耗配电变压器。技术数据如下表表 S9型电力变压器技术数据 型 号 额定容量 空载损耗 负载损耗 空载电源 短路阻抗 连接组 别标号 参考价 （元/台）S9-800 800 1.4 7.5 0.8 4.5 Yyn0 91100S9-500 500 0.96 5.1 1.0 4 Yyn0 633003.3 主接线方案的技术经济比较 表4-1 主接线方案的技术经济比较比较项目方案1：装设一台主变的方案方案2：装设两台主变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基本满足要求供电质量一台主变，电压损耗较大两台主变并列，电压损耗较小灵活方便性一台主变，灵活性小有两台主变，灵活性较好扩建适应性留有扩建余地小扩建适应性好经济指标电力变压器的综合投资额查得S9-800/10的单价为91100元，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*91100=18.22万元查得S9-630/10的单价为6.33万元，因此两台变压器的综合投资约为4*6.33=25.32万元，比一台主变方案多投资7.1万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查得5-15得JYN2-10型柜可按每台4.5万元计，其综合投资可按设备的1.3倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4*1.3*4.5=23.4万元本方案采用6台JYN2-10柜，其综合投资可按设备的1.3倍计，综合投资约为6*1.3*4.5=35.1万元，比一台主变方案多投资11.7万元电力变压器和高压开关柜的年运行费查表3-2，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年:18.22*0.11=2.0042万元23.4*0.12=2.808万元总计：4.8122万元查表3-2，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年:25.32*0.11=2.7852万元35.1*0.12=4.212万元总计：6.9972万元.比一台主变方案多投资2.185万元供电贴费主变容量每KVA为800元，供电贴费=800KVA*0.8万元/KVA=640万元供电贴费=2*500KVA*0.08万元=800万元，比一台主变多交160万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。（四）车间进线架空线的选择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为架空线，按经济电流密度选择经济截面积。查电力电子装置二P59表6-8选择经济电流密度Jec =1.73，已知I301 =44.84A，则。查电力电子装置二附表12-1选LJ-50铝绞线，屋外载流量为215A，故满足要求。（五）线路功率损耗、变压器功率损耗及车间年电能需要量的计算（1）车间进线的功率损耗查工厂供电设计指导P133页表8-1可知，6-10KV的厂区架空线路的档距为35-50m，查工厂供电设计指导表8-1课的6-10KV的架空线路在线路档距为35-50m时架空线倒显得最小间距为0.6m，从而查电力电子装置查附表16的LJ-50的单位电阻值R1=0.64，单位电抗值X1=0.323 RWL= R1L1=0.64 1.5=0.96（），XWL=X1L1=0.3231.5=0.49（）(2) 变压器功率损耗和电能损耗： 1）变压器的功率损耗为2）变压器电能损耗为4000=57353.1 SN每台变压器额定容量，kVAT变压器年运行小时数，h最大负荷损耗小时数，hKq功率损耗归算系数，表示传输单位无功率而产生的有功功率损耗，一般取0.1年最大负荷损耗小时数，取4000第四章 短路计算绘制计算电路500MVAK-1K-2LGJ-50,1.5km10kVS9-8000.4kV(2)(3)(1)系统图5-1 短路计算电路k-1k-2图5-2 短路计算等效电路短路电流计算 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） 计算电路图如图（2） 等值电路图如图（3） 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： （4） 计算K1点和K2点短路电流为短路电流计算结果如表所示 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： 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（MVA）88.0415.74第五章 选择车间变电所高底压进出线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。一直母线计算电流，查工厂供电设计指导P154表8-26根据年最大负荷小时数，差的经济电流密度，因此经济截面积为（mm2）。查表8-30选LMY型硬铝母线1008。在环境温度为时竖放A，平放减少8%，A。可见，母线允许载流量大于母线计算电流。(1) 对母线坐热稳定校验，假想时间为（s），则热效应允许最小截面积为（mm2）式中 C热稳定系数。查表5-2得铝母线热稳定系数C=87.因为实选母线截面积mm2mm2,所以热稳定合格。(2) 对母线作动稳定校验。母线采用平行放置，根据低压配电屏结构尺寸确定a=0.25m，l=0.9m。计算应力为a=0.25b=0.1h=0.008 (硬铝母线)合格2.进线电缆热稳定校验查表5-2，10kV交联聚乙烯绝缘电缆热稳定系数为137铜线。按热稳定要求重选交联聚乙烯电缆YJL22-1000-,允许载流量474A.电缆不作动稳定校验。3.车间变电所高压电气设备的选择车间变电所变压器进线侧计算数据如表11-12所示。表11-12进线侧计算数据和高压开关技术数据计算数据真空断路器ZN-12-40.5高压熔断器UNW（kv）10UN（kV）10UN（kV）10I30(A)44.48IN(A)400IN(A)0.5Ik(kA)4.84I(kA)17.3I(kA)100Sk(MVA)88.04S(MVA)150S(MVA)500ish(kA)12.35imax(kA)22imax(kA)160I2teq30.45It2tt302表11-13 普通阀型避雷器技术数据型号额定电压（kV）灭弧电压（kV）工频放电电压冲击放电电压冲击残压（kV）不小于不大于FS不大于FZ不大于FSFUFS-101012263150453(kA)5(kA)50(kA)10(kA)15504550（1）选择避雷器FS-10或FZ-10，如表11-13所示(2) 选择电压互感器：JSJW-10/0.1/0.1/3(3) 高压电流互感器选择：查表5-11选LAJ-10或LQJ-10(4) 选择避雷器FS-10或FZ-10,如图11-13所示。4.车间低压侧电气设备的选择，低压侧计算数据如表11-14所示表11-14车间低压侧计算数据UNW(V)380(A)1180.11(kA022.71(MVA)15.74(kA)51.32(KA2s)各低压干线低压断路器及低压刀开关的选择如表11-15所示表11-15车间低压干线断路器及低压刀开关选择表查表5-5和5-8 工厂供电技术指导车间回路号计算电流(A)低压断路器型号低压刀开关型号WL172.32DW15-200HR5-100WL2273.88DW15-400HR5-400WL3109.44DW15-200HR5-200WL4303.06DW15-400HR5-400WL5216.83DW15-400HR5-400WL6149.07DW15-200HR5-200WL7308.59DW15-400HR5-400WL854.70DW15-200HR5-1005、高压开关柜选择查工厂常用电气设备手册，选用北京华东有限公司生产的JYN2-10型金属铠装中置抽出式（手车式）开关柜。根据车间变电所主接线选择开关柜编号方案如表11-8所示。JYN2-10型高压开关柜编号03、30203634电缆进线及电压互感器电压测量及避雷器节车间主变压器右联络SN10-10真空断路器111FCD3-10避雷器11RN3-10高压熔断器11JDZ6-10电压互感器33JDZJ6-10LZZB6-10电流互感器333LZZOB6-10外形尺寸（宽深高，mmmmmm）1000*1500*2200(采用SN10-10备注6、低压配电屏的选择查工厂常用电气设备手册，低压配电屏选择GCK3(GCL-S)型低压抽出式开关柜，作为发电厂变电所三相交流50Hz，380V，额定电流为3150A及以下低压配电系统。根据车间变电所低压配电线路设计方案选低压开关柜一次线路方案示例如下图所示。选择变电所位置要从安全运行角度出发，达到较好技术经济性能，经过技术经济比较后确定。一般满足接近中心负荷，进出线方便、接近电源侧的议案球。本车间变电所已确定在西北角。变电所的形式和布置。变电所的形式根据用电负荷的状况和周围环境情况确定。个悲剧当地供电部门要求，设置专门电容器室，与低压配电室相邻并友们相通。第六章 选择电源进线的二次回路方案及整定继电保护第七章 车间变电所防雷变化及接地装置的设计（1） 直击雷保护在变电所屋顶装置避雷针或避雷带，并引出两根底线与变电所公共接地装置连接，由于变电所高低压电气设备均在室内，因此不必设置独立的避雷针。防雷引下线，应优先利用自然引下线，还可以利用建筑物的钢柱、消防梯、金属烟囱作自然引下线。人工防雷引下线采用圆柱或扁钢，优先采用圆钢，其截面积应满足规范要求，引下线沿建筑物外墙明敷设，并经最短路径接地。要求接地电阻为。GCK3一次线路方案编号0313131313131313235151电缆进线WL1馈电WL2馈电WL3馈电WL4馈电WL5馈电WL6馈电WL7馈电WL8照明功率因数自动补偿功率因数自动补偿125072.3230312334721818034794192192LMZJ1-0.5电流互感器3AE1000-1600-S断路器111ME630断路器ME1000断路器S1-125断路器11S2-160断路器S3-250断路器11S5-400断路器111DCHR1-00-1熔断刀开关1QSA400-630熔断刀开关11NT00-160/A熔断器2424JKC1-/3接触器88BCMJ-0.4.30-3电容器88LMZK2-0.66电流互感器3333333133（2） 雷电侵入波的保护在1