工厂供电课程设计_某机械厂降压变电所的电气设计

前言电能是社会主义建设和人民生活不可缺少的重要资源，电力工业在国民经济中占有十分重要的地位，电能时有发电厂供给，因为考虑经济原因，发电厂大多建在动力资源比较丰富的地方，而这些地方又远离大中型城市和工厂企业，这样需要远距离输送，经过升降压变电所进行转接，在进一步的将电能分配给用户和生产企业。由于电力电能的重要特点是不能储存，因此电力电能的生产、输送、分配和使用是同时进行的，于是电力电能从生产到使用构成一个整体，称为电力系统。对电力系统运行的基本要求1保证供电的可靠性电力系统的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危机人身和设备的安全运行，造成十分严重的后果，给国民经济带来严重的损失，因此，对电力系统的运行首先要保证供电的可靠性。2保证良好的电能质量3提高系统运行的经济性4保证电力系统安全运行课程设计一、设计题目某机械厂降压变电所的电气设计二、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发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。三、设计依据1工厂总平面图图1工厂总平面图2工厂负荷情况工厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为6800小时，日最大负荷持续时间为8小时。该厂除特种电机分厂、实验站为一级负荷，铸造分厂、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。本厂的负荷统计资料如表1所示。3供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由离厂5KM和8KM（04欧姆/KM）两处的35KV的公用电源干线取得工作电源。干线首端所装设的断路器断流容量为800MVA，该电源的走向参看工厂总平面图。表1工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类型设备容量/KW额定电压/KV功率因数COSTAN需要系数DK动力1500022000110203808208713705061成品试验站照明6120381000506动力720060681170180252电机制造分厂照明6120381000709动力880060711602033新品制造分厂照明5100381000709动力5800650721230654特种电机分厂照明51003810006507动力290060710205065铸造分厂照明6120381000709动力500062068117030356锻造分厂照明510381000709动力270063072117030367原材料分厂照明480381000709动力380060651120220328机加工分厂照明5100381000709动力420060711702039线圈制造厂照明6120381000709动力600809105060810锅炉房照明35038100070911生活区照明60003809100507084气象条件本厂所在地区，年最热月平均最高气温为35C，最热月平均气温为18C，最热月地下08M处平均气温为30C。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，按两部电费制缴纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/KVA，动力电费为09元/KWH，照明电费为052元/KWH。工厂最大负荷时的功率因数不得低于09，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门缴纳供电贴费610KV为800元/KVA。目录1负荷计算和无功功率补偿411负荷计算412无功功率补偿62变电所位置和型式选择83变电所主变压器台数和容量、类型的选择84变电所主接线方案的设计941装设一台主变压器的主接线方案942装设两台主变压器的主接线方案105短路电流的计算1151计算电路1152短路计算基准值1153确定元件电抗标幺值1154短路点相关计算126变电所一次设备的选择和校验136110KV侧一次设备的选择校验1362380V侧一次设备的选择和校验1463高低压母线的选择157变电所进出线的选择和校验157110KV高压进线的选择1572380V低压出线的选择1673作为备用电源的高压联络线的选择校验188变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定2081变电所二次回路方案的选择2082变电所继电保护装置2083装设电流速断保护2184作为备用电源的高压联络线的继电保护装置219防雷保护与接地装置的设计2291变电所的防雷保护2292接地装置的设计2310附录一参考文献2411变压器主接线图251负荷计算和无功功率补偿11负荷计算111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30PDKEDB无功计算负荷（单位为KVAR）TAN30QC视在计算负荷（单位为KVA）30SCOSPD计算电流（单位为A）,为用电设备的额定电压（单位为KV）30INUS112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）30PIPK30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，IP30P可取085095B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30QIQK30IQ3030QQK数，可取09097C视在计算负荷（单位为KVA）30S230QPD计算电流（单位为A）INU经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表11所示表11计算负荷厂方编号厂方名称负荷类别30PKW30QKVAS30KVA30IA功率因素COSTAN需要系数KD动力300012004110164450882035293309108208713705061成品试验站照明1080108281000709动力1802106277728060681170180252电机制造分厂照明1080108281000709动力2643064411160060711602033新品制造分厂照明909231000709动力4064996431692065072123065074特种电机分厂照明909231000709动力174177248143060710205065铸造分厂照明1080108281000709动力175204268154062068117030356锻造分厂照明909231000709动力97113148389063072117030367原材料分厂照明72072181000709动力1216136182105060651120220328机加工分厂照明909231000709动力126147193111060711702039线圈制造分厂照明1080108281000709动力4850469400809105060810锅炉房照明4504511100070911生活区照明480048012630910050708表12KW30PKVA30QS30KVAA30I一次侧3000411050885088二次侧335173487483673487表13KW30PKVA30QS30KVAA30I功率因数一次侧5166968555858485842781KVA，及选一台SL3000/10型配电变压器。至于工厂二级负荷NT的备用电源，考虑由邻近单位相邻的高压联络线来承担。2两台变压器容量根据以下两式来确定067311870219NTSKVAKVA354265307X因此选两台SL1500/10型配电变压器。工厂二级负荷的备用电源考虑由邻近单位相邻的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为YYN0。4变压器主接线方案的设计41装设一台主变压器的主接线方案如图41所示图41装设一台主变压器的主接线方案42装设两台主变压器的主接线方案如图42所示35KWY0Y0220/380VS9630GG1AFGG1AF0710/04KVS963010/04KV联络线（备用电源）GG1AF54GG1AF113、11GW口1010KVFS410GG1AJ01GG1AF113GG1AF11GG1AJ01GG1AF96GG1AF07GG1AF54主变主变联络（备用）高压柜列96图42装设两台主变压器的主接线方案5短路电流的计算51计算电路52短路计算基准值设基准容量为100MVA，基准电压。即高压侧为DS105DNU105KV，低压侧为04KV。则1DU211053DDMVAIK22140DDSIU53确定元件电抗标么值电力系统断路器短路容量为800MVA，则100MVA/800MVA01251X架空线路查表，LGJ185的线路阻抗为033，则/KM电力变压器变压器短路电压百分值，则4KU3105108KDNSMVAXK则等效电路如下54短路点相关计算总电抗标么值311201581935KXX三相短路电流周期分量有效值3131495DKKIAIK其他短路电流313328II2574SHIKA3329SII三相短路容量313105167DKKSMVAX038KV侧点相关计算2总电抗标么值31123012586935KXX三相短路电流周期分量有效值323242076695DKKIAIKX其他短路电流32307KII1846SHIA3309SII三相短路容量323210143695DKKSMVAX综合以上计算结果得到表51三相短路电流/KA三相短路容量/KVA短路点3KI3I3I3SHI3SHI3KS31K2842842847844295012207620762076372622621006变电所一次设备的选择和校验6110KV侧一次设备的选择校验611按工作电压选则设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，ENUNUEN高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。MAXMAX10KV，115KV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压NUMAX12KV，穿墙套管额定电压115KV，熔断器额定电压12KV。EENEN612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ENI30IE30I613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OCIOCS小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即3KI3K或OC3OC对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电IMAXOLAXLI流。614隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验A动稳定校验条件或MAXI3SH3MAXSHI、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关MAXII3SHISI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IMATTI23对于上面的分析，如表61所示，由它可知所选一次设备均满足要求。表6110KV一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度其它参数NUNI3KI3SHIIMATI23装置地点条件数据10KV577A1TI196KA50KA79162额定参数ENENOCIMAXITI高压少油断路器SN1010I/63010KV630KA16KA40KA51262高压隔离开关10/20068GN10KV200A255KA02二次负荷06高压熔断器RN21010KV05A50KA电压互感器JDJ1010/01KV电压互感器JDZJ10KV310/电流互感器LQJ1010KV100/5AKA1025318KA109281避雷针FS41010KV一次设备型号规格户外隔离开关GW412/40012KV400A25KA50262380V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62所示，所选数据均满足要求。表62380V一次侧设备的选择校验选择校验项目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NUNI3KI3SHIIMATI23数据380V总13176A197KA362KA270192额定参数ENUENOCIMAXITI低压断路器DW151500/3D380V1500A40KA低压断路器DW20630380V630A（大于）30I30KA一般低压断路器DW20200380V200A（大于）30I25KA低压断路HD131500/30380V1500A电流互感器LMZJ105500V1500/5A一次设备型号规格电流互感器LMZ105500V100/5A160/5A63高低压母线的选择查表得到，10KV母线选LMY3404MM,即母线尺寸为40MM4MM380V母线选LMY3（12010）806，即相母线尺寸为120MM10MM，而中性线母线尺寸为80MM6MM。7变压所进出线的选择和校验7110KV高压进线的选择71110KV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。A按发热条件选择由577A及室外环境温度33，查表得，30ITN1初选LGJ35,其35C时的149A,满足发热条件。ALB校验机械强度查表得，最小允许截面积25，而LGJ35满MINA2足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。712由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。A按发热条件选择由577A及土壤环境25，查表得，初30ITN1选缆线芯截面为25的交联电缆，其149A,满足发热条件。2MALI30IB校验热路稳定按式，A为母线截面积，单位为CTIAIMA3MIN；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2MINA2系数；为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A；短路发热假想时间，3IIMAT单位为S。本电缆线中1960，0502005075S，终端变电所保护动3IIMAT作时间为05S，断路器断路时间为02S，C77，把这些数据代入公式中得，满足发热条件。2MAL30B）校验电压损耗由图11所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为288M，而查表得到120的铝芯电缆的031（按缆芯工20RKM/作温度75计），007，又1号厂房的94KW,918KVAR，0XK/3P30Q故线路电压损耗为VKVWUQPRN782801VAR923945。6103872ALUC）断路热稳定度校验23MIN4765019MCTIAIMA不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240的电缆，即选VLV221000232401120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。722电机制造分厂馈电给2号厂房（锻压车间）的线路，亦采用VLV22100032401120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。723芯片制造分厂馈电给3号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VLV22100032401120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。724特种电机分厂馈电给4号厂房（电镀车间）的线路，亦采用VLV22100032401120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。725铸造分厂馈电给5号厂房（仓库）的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV1000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。A）按发热条件需选择由162A及环境温度26，初选截面积4，其19A，满足30IC2MALI30I发热条件。B）校验机械强度查表得，25，因此上面所选的4的MINA2M导线满足机械强度要求。C所选穿管线估计长50M，而查表得085，0119，又0RK/0XK/仓库的88KW,6KVAR，因此30P30QVKVKWUQXPRN138519VAR658I30,满足发热条件。2）效验机械强度查表可得，最小允许截面积AMIN10MM2，因此BLX10001240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600M左右，而查表得其阻抗值与BLX10001240近似等值的LJ240的阻抗0140R，030（按线间几何均距08M），又生活区的245KW，KM/0XKM/3P1176KVAR，因此30QVKVWUQPRN4938020VAR6172425732校验电压损耗由表工厂供电设计指导841可查得缆芯为25的铝2MKMR/5410（缆芯温度按80计），而二级负荷的KX/120,WKP853129430VAR9AR3689130KQ，线路长度按2KM计，因此VKVU52VAR4885010/5ALUV由此可见满足要求电压损耗5的要求。733短路热稳定校验按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据2M不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表71所示。表71进出线和联络线的导线和电缆型号规格线路名称导线或电缆的型号规格10KV电源进线LGJ35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL2210000325交联电缆（直埋）至1号厂房VLV22100032401120四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV22100032401120四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV22100032401120四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV22100032401120四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房BLV100014铝芯线5根穿内径25硬塑管2M至6号厂房VLV22100032401120四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV22100032401120四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV22100032401120四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV22100032401120四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV22100032401120四芯塑料电缆（直埋）380V低压出线至生活区四回路，每回路3BLX100011201BLX1000175橡皮线（三相四线架空线）与临近单位10KV联络线YJL2210000316交联电缆（直埋）8变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定81变电所二次回路方案的选择A高压断路器的操作机构控制与信号回路断路器采用手动操动机构，其控制与信号回路如工厂供电设计指导图612所示。B变电所的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能表和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。C变电所的测量和绝缘监察回路变电所高压侧装有电压互感器避雷器柜。其中电压互感器为3个JDZJ10型，组成Y0/Y0/的接/0开口Y线，用以实现电压侧量和绝缘监察，其接线图见工厂供电设计指导图68。作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电度表和三相无功电度表、电流表，接线图见工厂供电设计指导图69。高压进线上，也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。每一回路均装设电流表。低压母线装有电压表，仪表的准确度等级按符合要求。82变电所继电保护装置821主变压器的继电保护装置A）装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。B）装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。822护动作电流整定MAXLIREWLOPIKI其中，可靠系数AVAIITNL1572103/1021MAX，接线系数，继电器返回系数，电流互感器的电流比3RELKWK8RE100/520，因此动作电流为I因此过电流保护动作电流整定为IOP9520810A。823过电流保护动作时间的整定因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍的动作电流动作时间）可整定为最短的05S。824过电流保护灵敏度系数的检验1MINOPKPIS其中，0866197KA/10KV/04KV0682TKTKKII/860/322MIN，因此其灵敏度系数为AIWIOP11满足灵敏度系数的15的要求。S68A/4583装设电流速断保护利用GL15的速断装置。831速断电流的整定利用式，其中，MAXKTIWRELQBIKIKAIKK71932MAX14RELKW，因此速断保护电流为10/52IK10/425AIQB974速断电流倍数整定为注意不为整数,但必须在/105QBOPKIQBK28之间832、电流速断保护灵敏度系数的检验利用式，其中，1MINQBKPISKAIIKKK7196806322MIN，因此其保护灵敏度系数为AKIWIOP0/25/11570A从工厂供电课程设计指导表61可知，按GB5006292规定，电流保护的最小灵敏度系数为15，因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。但按JBJ696和JGJ/T1692的规定，其最小灵敏度为2，则这里装设的电流速断保护灵敏度系数偏底。84作为备用电源的高压联络线的继电保护装置841装设反时限过电流保护。亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。A过电流保护动作电流的整定,利用式，其中MAXLIREWLOPIKI2，取MAXLI3030IAKVKAUSN41903/416032/1841300652A4338A，1，08，50/510，因此动作电流RELKWREKI为因此过电流保护动作电流整定为7A。AIOP36419208OPIB过电流保护动作电流的整定按终端保护考虑，动作时间整定为05S。C过电流保护灵敏度系数因无临近单位变电所10KV母线经联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，只有从略。842装设电流速断保护亦利用GL15的速断装置。但因无临近单位变电所联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，也只有从略。843变电所低压侧的保护装置A）低压总开关采用DW151500/3型低压短路器，三相均装设过流脱钩器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路。脱钩器动作电流的整定可参看参考文献和其它有关手册。B）低压侧所有出线上均采用DZ20型低压短路器控制，其瞬间脱钩器可实现对线路的短路故障的保护，限于篇幅，整定亦从略。9防雷保护与接地装置的设计91变电所的防雷保护911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（表96）。通常采R10W用36根长25M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