10kv工厂变电所设计课程设计说明书(工程供电)

工厂供电课程设计说明书专业名称电气工程及其自动化班级0学号2姓名指导教师日期2012年12月10日至12月21日工厂供电课程设计评阅书题目10KV工厂变电所设计学生姓名学号指导教师评语及成绩指导教师签名年月日答辩评语及成绩答辩教师签名年月日教研室意见总成绩教研室主任签名年月日摘要根据本厂所能取得的电源及用电负荷的实际情况，考虑到工厂的发展，确定变电所的位置和型式，确定变电所的主变压器的台数与容量类型，确定变电所的主接线方案及高低压设备和进出现，确定二次回路方案，整定继电保护装置和防雷接地装置。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作。关键词变电所；供配电系统；继电保护目录1课题描述12设计过程2（一）负荷计算和无功功率计算2二功率补偿5（三）变电所的位置和型式的选择6（四）变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择7（五）短路电流的计算8（六）变电所一次设备的选择与校验10（七）变电所高低压线路的选择12（八）变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定17（九）防雷和接地装置的确定19总结21参考文献221课题描述通过课程设计可以巩固本课程理论知识，了解变电所设计的基本方法，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基础。本次课程设计要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷情况，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，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，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，最后按要求提交设计计算书及说明书，绘出设计图纸。2设计过程工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4800H，日最大负荷持续时间8H。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。照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂总平面图和工厂的的负荷统计资料如下表所示。工厂总平面图工厂的的负荷统计资料表（一）负荷计算和无功功率计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。具体步骤如下。1仓库动力部分取需要系数025COS065则TAN117；3018025PKWK301217254VARQKWK7486SVA308651403VAI照明部分，；3012KK1厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量KW需要系数功率因数动力5210202030600701仓库照明34070910动力20240203040650702铸造车间照明712070910动力20240202030600653锻压车间照明712070910动力20240202030600654金工车间照明712070910动力20240202030600655工具车间照明712070910动力15230204060700806电镀车间照明712070910动力10220204060700807热处理车间照明712070910动力10220203040650758装配车间照明712070910动力10220202030600709机修车间照明47070910动力102202040606007010锅炉房照明34070910宿舍区照明2024020608102铸造车间动力部分取需要系数035COS07则TAN102；3021803518PKWK302181026VARQKWK2269SVA6957738VAI照明部分，；302KK3023锻压车间动力部分取需要系数025COS065则TAN117；3018584PW301845179865VARQKWK；02KK照明部分，；313024金工车间动力部分取需要系数025COS060则TAN133；3041802584PKWK30418512385VARQKWK6SVA061647VAI照明部分，；30421KK30425工具车间动力部分取需要系数025COS065则TAN117；3051858PKW30518179865VARQWK22496SKVA30172VAI照明部分，；30521K30526电镀车间动力部分取需要系数05COS075则TAN117；3061869PW3061981472VARQKWK22475SVA306153040VAI照明部分，；306218KK27热处理车间动力部分取需要系数05COS065则TAN117；Q30（71）69KW1178073KVAR307180569PKWKS30711062KVAI3071A2269731073628KV13照明部分，；0218KKW028装配车间动力部分取需要系数035COS07则TAN102；3081354PW3081414926VARQKK224969SKVA810873VAI照明部分，；30821W30829机修车间动力部分取需要系数025COS065则TAN117；309154PKWK3091451740365VARQKK224036SVA82VAI照明部分，；928KKW30910锅炉房动力部分取需要系数05COS065则TAN117；3018056PKW30161783VARQK22973SKVA0216VAI照明部分，P301023KW0824KW；Q30102011宿舍区照明，。3014728PKW301所有车间的照明负荷P30（照明）64KW所有动力负荷P30（总）10636KWQ30（总）856332KVAR取全厂的同时系数为，则全厂的计算负荷为095PK097QP30095（P30（总）P30（照明）095（1063664）107122KWQ30097Q30（总）09785633283064KVARS30135553KVA；221078364I30135553KVA/205958A08KV二功率补偿由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为S30135553KVA这时低压侧的功率因数为1072COS935为使高压侧的功率因数092，则低压侧补偿后的功率因数应高于092，取。要使低压侧的功率因数由079提高到095，则低压侧需装COS095设的并联电容器容量为QC107122（TANARCCOS079TANARCCOS095）KVAR47883KVAR取480则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为VARK22302178306410SKVA计算电流3021538KVAI变压器的功率损耗为3021102158TPSKVAKW660732VARQ变电所高压侧的计算负荷为30174KK30184VARAR1AR22301661SKVAK301707KI补偿后的功率因数为满足（大于092）的要求。10864COS973变电所的位置和型式的选择工厂是10KV以下，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。在工厂的平面图下侧和左侧，分别作一条直角坐标的X轴和Y轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，P1、P2、P3P10分别代表厂房1、2、310号的功率，设定P1、P2P10并设定P11为生活区的中心负荷，如图31所示。而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标I321PXPXXPI321PYYY把各车间的坐标P125,551；P236,354；P3556,13；P44,67；P562,67P662,5；P762,34；P8855,67；P9855,5；P10855,34；P1112,11带入上式，得到X538，Y538由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房的西北角。考虑到周围环境和进出线方便，决定在6号厂房的西侧仅靠厂房建造工厂变电所，器型为附设式。（四）变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择1，变电所主变压器台数的选择变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。2，变电所主变压器容量选择。每台变压器的容量应同时满足以下两个条NTS件1）任一台变压器单独运行时，宜满足3067NTSS2）任一台变压器单独运行时，应满足301NT即满足全部一、二级负荷需求。代入数据可得（0607）11617（6970281319）。NTSKVA考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为S9型变压器。型号S91000/10，其主要技术指标如下表所示3，变电所主接线方案的选择方案高、低压侧均采用单母线分段。优点用断路器把母线分段后，额定电压/KV损耗/KW变压器型号额定容量/KVA高压低压联结组型号空载负载空载电流0I短路阻抗KUS91000/10100010504DYN111792175对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。方案单母线分段带旁路。优点具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点常用于大型电厂和变电中枢，投资高。方案高压采用单母线、低压单母线分段。优点任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。以上三种方案均能满足主接线要求，采用三方案时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案。（5）短路电流的计算供电系统简图如下图所示供电系统简图采用两路电源供线，一路距本厂6KM的馈电变电站经LGJ185架空线（系统按电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为；一50MVA路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压10KV母线上K1点短路和低压380V母线上K2点短路的三相短路电流和短路容量。下面采用标么制法进行短路电流计算。1，确定基准值取，0DSMVA105CUKV204CK所以11530DCSMAIK22140DDCVIUK2，计算短路电路中各主要元件的电抗标么值（忽略架空线至变电所的电缆电抗）1）电力系统的电抗标么值10205MVAX2）架空线路的电抗标么值查手册得，因此03/KM220035/61945XKMKV3）电力变压器的电抗标么值由所选的变压器的技术参数得，045KU因此3405145MAXKV3，计算K1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1）总电抗标么值12019420KX2）三相短路电流周期分量有效值3115614DKKIAKX3）其他三相短路电流331264KIIA325614SHIA397SIK4）三相短路容量3110475292DKKSMVAVAX4，计算K2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1）总电抗标么值21234|021945/234KX2）三相短路电流周期分量有效值322107DKKIAKX3）其他三相短路电流33207KII184307685SHIKA193605SHKA4）三相短路容量32227435DKKSMVX（六）变电所一次设备的选择与校验电气设备选择的一般原则主要有以下几条（1）按工作环境及正常工作条件选择电气设备。根据设备所在位置户内或户外、使用环境和工作条件，选择电气设备型号。（2）按工作电压选择电气设备的额定电压。（3）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流。电气设备的额定电流IN应不小于实际通过它的最大负荷电流IMAX即INIMAX或INIJ714按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定。为保证电气设备在短路故障时不至损坏，按最大可能的短路电流校验电气设备的动稳定和热稳定。动稳定电气设备在冲击短路屯流所产生的电动力作用下，电气设备不至损坏。热稳定电气设备载流导体在最大隐态短路屯流作用下，其发热温度不超过载流导体短时的允许发热温度。5开关电器断流能力校验。断路器和熔断器等电气设备担负着可靠切断短路电流的任务，所以开关电器还必须校验断流能力，开关设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量10KV侧一次设备的选择的校验如下表。选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其他参数UNINIKISH装置地点条件数据10KV577KA196KA50A65额定参数高压断路器SN1010/63010KV630A16KA40KA512高压隔离开关GN8610/20010KV200A255KA500高压熔断器RN21010KV05A50A电压互感器JDJ1010/01KV电压互感器JDZJ10电流互感器LQJ1010KV100/5A318KA81二次负荷06避雷器FS41010KV一次设备型号规格一次设备型号规格户外隔离开关GW412/40012KV400A25KA500MIN2ENUEIOCAXITI2310/380V侧一次设备的选择校验如下表。选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其他参数装置地点条件数据380V1660A197KA362KA2716额定参数低压断路器DW151500/30380V1500A40KA低压断路器DZ20630380V630A30KA低压断路器DZ20200380V200A25KA低压断路器LMZJ105500V1500/5抵压刀开关HD131500/30380V1500A一次设备型号规格电流互感器LMZ105500V100/5A160/5A（7）变电所高低压线路的选择1,10KV高压进线和引入电缆的选择11，10KV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。A）按发热条件选择由I30INT577A，查表得，初选LGJ35，其35时的，满足发热条件。30AL149IIB）校验机械强度，最小允许截面积AMIN25MM2而LGJ35满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要检验电压损耗。12，由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采用JL2210000型交联聚乙烯的铝芯电缆之间埋地敷设。NU30IKSHIMIN2TIENEOCAXIT21）按发热条件选择由及土壤温度查表得，初选AITN7513025C缆芯截面为的交联电缆，其，满足发热条件。2MIN5A30AL149I2）校验短路热稳定按式计算满足短路热稳定的最小截面CMW2223MIN5M750196TMAIAIMA式中C值自己查得；按终端变电所保护动作时间05S，加断路器断路时间IAT02S，再加005S计，故。05IMS因此JL2210000325电缆满足要求。2380V低压出线的选择21铸造车间馈电给H号厂房（铸造车间）的线路采用VLV221000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08M土壤温度，查表AI201325C知，初选缆芯截面，其，满足发热条件。210M3ALI2）校验电压损耗由工厂平面图量得变电所至H号厂房距离约为288M，而由表查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度201RKM计），又1号厂房的，75C07XKWP8943，因此按式得KVAR89130QNPQXUVKVWU9623380107VAR9123104566ALUU3短路热稳定度校验按式计算满足短路热稳定的最小截面CMW223MIN4M765019TIAIMA由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要20INA求，故改选缆芯截面为的电缆，即选VLV22100032401120的四4M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。22锻压车间馈电给G号厂房的线路采用VLV2210000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设方法同上，略。23热处理车间馈电给F号厂房的线路采用VLV2210000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设方法同上，略。24电镀车间馈电给A号厂房的线路采用VLV2210000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设方法同上，略。25仓库馈电给B号厂房的线路，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根穿硬塑料管埋地敷设。26工具车间馈电给I号厂房的线路采用VLV2210000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设方法同上，略。27金工车间馈电给J号厂房的线路采用VLV2210000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设方法同上，略。28锅炉房馈电给C号厂房的线路采用VLV2210000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设方法同上，略。29装备车间馈电给D号厂房的线路采用VLV2210000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设方法同上，略。210机修车间馈电给E号厂房的线路采用VLV2210000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设方法同上，略。211生活区馈电给生活区的线路采用BLX1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1）按发热条件选择由及室外环境温度为，查表8AI41330C3240，初选,其时的，满足发热条件。BLX0241C30A5IIL2）校验机械强度查表835，最小允许截面积，因2MIN10A此满足机械强度要求。13）校验电压损耗由工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约86M，而由表836查得其阻抗与近似等值的LJ240的BLX1024阻抗,，又生活区，KM/40R30XKWPK53，因此按式得VAR61730QNPRQUVKVWWU493802036172145K2559ALU故满足允许电压损耗的要求。3,作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL2210000型交联聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2KM的临近单位变配电所的10KV母线相连。31按发热条件选择工厂二级负荷容量共42475KVAR，I30195A,最热月土壤平均31087温度为25，查表得初选缆心截面为25MM2的交联聚乙烯绝缘铝心电缆，其IAL90AI30,满足发热条件。32检验电压损耗由表可查得缆心为25MM2的铝心电缆的R0154/KM,X0012/KM（缆心温度按80计），而二级负荷的P302596KW，Q303378KVAR,线路长度按2KM计，因此U8864V10）21（837）254（692U088UAL5/8由此可见满足允许电压损耗5的要求。33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25MM的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该连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下表71所示。变电所进出线和联络线的型号规格线路名称导线或电缆的型号规格10KV电源引线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VLV2210001120铝芯线5根穿内径25MM2硬塑管至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）与邻近单位10KV联络线YJL2210000316交联电缆（直埋）（八）变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定1变电所二次回路的选择11高压断路器的操动机构控制与信号回路断路器采用弹簧储能操作机构，可实现一次合闸。12变电所的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜，其上装设三项有功电能表和无功电能表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并据以计算每月工厂的平均功率因数，计量柜由有关供电部门加封和管理。13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/开口三角的接线，用以实现电压测量和绝缘监察。作为备用电源的高压联络线上，装有三相有功电能表、三相无功电能表和电流表，高压进线上也装有电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电能表和无功电能表，低压照明线路上装有三相四线有功电能表。低压并联电容器组线路上，装有无功电能表。每一回路均装有电流表。低压母线装有电压表。仪表的准确度等级按规范要求。2变电所继电保护装置21主变压器的继电保护装置（1）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；当产生大量瓦斯时，应动作于高压侧断路器。2）装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。22过电流保护动作电流的整定。利用式ILMAX2I1NT115A，KREL13,KW1,KRE08,10KV310KA2463A2KI100/520,因此动作电流为IOP93A整定为10A。（注意IOP为整数，且不能大于58310A）23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倍动作电流动作时间）可整定为最短的05S。824过电流保护灵敏系数的检验利用式IKMINI2K2/KT064KA,IOP1IOPKI/KW10A20/1200A,因此其保护灵敏系数为SP682/20034115满足灵敏系数15的要求。3装设电流速断保护31速断电流的整定利用式（IKMAXI3K2197KA,KREL14,KW1,KI100/520,KT10KV/04KV25,因此速断电流为IQB55A1970A254速断电流倍数整定为KQBIQB/IOP55A/10A55注意KQB可不为整数，但必须在28之间。32电流速断保护灵敏系数的检验利用式SP155150/1519608按GB5006292规定，电流保护（含电流速断保护）的最小灵敏系数为15，因此这里装设的电流速断保护的灵敏系数是达到要求的。4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置41装设反时限过电流保护亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流体跳闸的操作方式。1）过电流保护动作电流的整定。IL。MAX2I30，KREL13，KW1，KRE08，KI50/510，因此动作电流为IOP63A整定为7A。A41920832）过电流保护动作时间的整定。按终端保护考虑，动作时间的整定为05S。3）过电流保护灵敏系数。因无邻近单位变电所10KV母线经联络线至本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏系数。42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场的变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数。43变电所低压侧的保护装置A）低压总开关采用DW151500/3型低压断路器，三项均装设过流脱扣器，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，脱扣器动作电流的整定可参看参考文献和其他有关手册。B）低压侧所有出线上均采用DZ20型低压断路器控制，瞬间脱扣器可实现对线路的短路故障的保护。（9）防雷和接地装置的确定91变电所的防雷设计911直击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，则应在配电所外面的适当位置装设独立避雷针（器），装设高度应使其防雷保护范围保卫整个变电所。如果变电所在其他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RE10欧（表96），通常采用36根长25米的钢管，再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06M，接地管间用40MM4MM的镀锌扁钢焊接相连。引下线用25MM4M的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针相连接。避雷针采用直径20MM的镀锌扁钢，长1至15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。912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