工厂供电课程设计--机械厂降压变电所的电气设计

黑龙江大学课程设计说明书学院机电工程学院专业电气工程及其自动化课程名称工厂供电课程设计设计题目春蕾机械厂降压变电所的电气设计姓名学号指导教师成绩发电厂电气部分课程设计评分表序号评分项该项得分1论文结构20分；2论文内容正确，正文结构合理20分；3参考文献引用质量10分；4附件图纸10分；5出勤20分；6答辩成绩20分。论文评语课程设计总成绩目录第一章设计任务111设计要求112设计依据1第二章负荷计算和无功功率补偿321负荷计算3211单组用电设备计算负荷的计算公式3212多组用电设备计算负荷的计算公式322无功功率补偿5第三章变电所位置与型式的选择6第四章变电所主变压器及主接线方案的选择741变电所主变压器的选择742主接线方案7第五章短路电流的计算851绘制计算852确定短路计算基准值853计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值854K1点（63KV侧）的相关计算955K2点（04KV侧）的相关计算9第六章变电所一次设备的选择校验11616KV侧一次设备的选择校验1162380V侧一次设备的选择校验1263高低压母线的选择13第七章变压所进出线与邻近单位联络线的选择14716KV高压进线和引入电缆的选择1472380低压出线的选择1473作为备用电源的高压联络线的选择校验17731按发热条件选择17732校验电压损耗17733短路热稳定校验17第八章总结19参考文献20附录主接线图21第一章设计任务11设计要求根据本厂所能取得的电源和本厂用电负荷的实际情况，到工厂的生产发展，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、型式，变电所主变压器的型号（台数、容量和类型），并选择变电所的主接线方案。最后，按照要求写出设计说明书，绘制变电所主接线图。12设计依据121工厂总平面图厂门（）街道厂区工厂生活区生活区的负荷中心大街公共电源干线北机械厂总平面图比例12000（）（）（）（）（）（）（）（）（）大街厂后门122工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，日最大持续时间为5H。该厂除铸造HT480MAX车间、电镀车间和锅炉房属于二级负荷外，其余均属于三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V，电气照明和家用电器均为单相，额定电压为220V。该厂的负荷统计资料如表1123供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的的供电用电协议规定，本厂由附近距本厂10KM地方的一条6KV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。干线导线型号LGJ120，导线为等边三角形排列，线距15米。干线首端所装设的高压断路器断流容量。此断路器配有定时限过流和MVASOC20电流速断保护，定时限过流保护的动作时间整定为17S，为了满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由附近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧由电气联系的架空线总长度为60KM,电缆线总长度为15KM。124气象资料本厂所在地区的年最高气温为，年平均气温为，年最低气温为C38C23，年最热月的平均最高气温为，年最热月的平均气温为，年最C86热月地下08M处平均温度为。当地主导风向为东北风，年雷暴日为20。25125地质水文资料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2M。表1工厂负荷资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/KM需要系数功率因数1铸造车间动力照明3508040807102金工车间动力照明40070207065103锻压车间动力照明32010020807104工具车间动力照明38050209065105电镀车间动力照明2805040808106热处理车间动力照明20040508075107装配车间动力照明1608030807108机修车间动力照明2004030807109锅炉房动力照明60108080751010仓库动力照明25104080810生活区照明35007090第二章负荷计算和无功功率补偿21负荷计算211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）30INUS212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）30S230PD计算电流（单位为A）INU表21各厂房和生活区的负荷计算表计算负荷编号名称类别设备容量/KWEP需要系数DKCOSTAN/K30PW/K30QVAR/30SKVA/IA动力35004071021401428照明8081006401铸造车间小计3581464142820453107动力4000206511780936照明7071004902金工车间小计4078499361264192动力320020710264653照明1008100803锻压车间小计330726539721477动力3800206511776889照明5091004504工具车间小计38580588911991822动力280040807511284照明508100405电镀车间小计2851168414322176动力2000507508810088照明4081003206热处理车间小计2041032881356206动力16003071024849照明8081006407装配车间小计168544497321112动力200030710260612照明4081003208机修车间小计1646326128801337动力600807508848422照明1081000809锅炉车间小计61488422645980动力2504080751075照明10810008010仓库小计261087513120011生活区照明350070904824511762721236小计26231025284011325420137总计计入091,094PKQ07693297897122231857122无功功率补偿供电营业规则中规定“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列规定100KVA及以上高压供电的用户功率因数为090以上，其他电力用户和大中型排灌站、趸购转售电企业，功率因数为085以上。”并规定，凡功率因数未达到上述规定的应增添无功补偿装置，通常采用并联电容器进行并联。这里指的功率因数，即为最大负荷时的功率因数。由表21可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有076。而供电部门要求该厂6KV进线侧最大负荷时功率因数不低于09。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于09，暂取094来计算380V侧所需无功功率补偿容量VAR145793203KPQQCC并联电容器型号选择为BWF105501（额定容量为50KVAR）,则并联电容器的个数为950147/CCQN无功补偿后的工厂计算负荷VAR73830KQC补偿后总的视在计算负荷为AKVPSC892450892230230第三章变电所位置与型式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XY后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，、分别代1P2310表厂房1、2、310号的功率，设定（23，66）、（23，42）、1（23，21）、（69，72）、（69，51）、（69，32）、3P4P5P6（118，49）、（109，33）、（92，17）、（69，9），并设78910（135，84）为生活区的中心负荷，如图31所示。而工厂的负荷中心假设1在P,其中P。因此仿照力学中计算中心的力XY1231I矩方程，可得负荷中心的坐标（31）IPXPXX1321（32）IYYYY1321把各车间的坐标代入（11）、（22），得到377，55。由计算结果可知，X工厂的负荷中心在5号厂房（工具车间）的东北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在5号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。第四章变电所主变压器及主接线方案的选择41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下列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30STNTN压器容量，为总的计算负荷。选1000KVA9928KVA，即选一台30STNS30S91000/10（6）（DYN11）型低损耗配电变压器。至于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担。B装设两台变压器型号为S9型，而每台变压器容量根据式（41）、（42）选择，即9928KVA（59576950）KVA（41）706TNS204514326454122KVA（42）3因此选两台S9630/10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担。主变压器的联结组均为YYN0。42主接线方案该工厂由6KV公用电源干线取得工作电源，为保证工厂二级负荷正常工作，采用联络线作为备用电源。经过一台S91000/10（6）变压器进行变压为220/380V,变压器接线方式为DYN11。降压后的电源通过单母线向各车间供电。主接线简图第五章短路电流的计算51绘制计算200MVAK1K2LGJ120,10KM63KVS9100004KV231系统图51短路计算电路52确定短路计算基准值设基准容量100MVA，高压侧63KV，低压侧04KV，则DS1DU2DU（51）KAVMUIDD29361031（52）KSIDD402253计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值531电力系统的电抗标幺值已知电力系统出口断路器的断流容量200MVA，故OCS100MVA/200MVA05（53）1X532架空线路查表得LGJ120的线路电抗，而线路长10KM，故KMX/3480（54）6134802202VMAUSLXXCD533电力变压器查表得变压器的短路电压百分值5，故KU5（55）VASXNDK105103式中，为变压器的额定容量NS因此绘制短路计算等效电路如图52所示。501K1K28253图52短路计算等效电路54K1点（63KV侧）的相关计算541总电抗标幺值058893（56）21XK542三相短路电流周期分量有效值（57）KAIKDK90311543其他短路电流（58）KIIK90313（59）AISH5252（510）4133544三相短路容量（511）MVXSKDK803913155K2点（04KV侧）的相关计算551总电抗标幺值05885143（512）321XXK552三相短路电流周期分量有效值（513）KAIKDK103422553其他短路电流（514）KIIK1033（515）KAIISH618084133（516）I90554三相短路容量（517）MVXSKDK73140232以上短路计算结果综合图表51所示。表51短路计算结果三相短路电流三相短路容量/MVA短路计算点KA3KIKA3IKA3IKA3SHIKA3SHIMVA3KSK1099099099252149108K2101101101186117第六章变电所一次设备的选择校验616KV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。MAXMAX6KV，69KV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压NUMAX72KV，穿墙套管额定电压69KV，熔断器额定电压72KV。EENUENU612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ENI30IEN30I613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6KV577A1TNI196KA50KA7910额定参数ENUEOCIMAXITI2高压少油断路器SN1010I/63010KV630KA16KA40KA516高压隔离开关20/168GN10KV200A255KA02二次负荷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LQJ1010KV100/5AKA1025318KA81092避雷针FS41010KV一次设备型号规格户外隔离开关GW412/40012KV400A25KA501262380V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参数NUNI3KI3SHIIMATI23装置地点条件数据380V总13176A197KA362KA7019额定参数ENENOCIMAXITI2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，6KV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。第七章变压所进出线与邻近单位联络线的选择716KV高压进线和引入电缆的选择7116KV高压进线的选择校验采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往6V公用干线。A按发热条件选择由577A及室外环境温度31，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满足MINA2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21，查表得，初选30ITN1缆线芯截面为25的交联电缆，其149A,满足发热条件。2MAL30IB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3IIMAT动作时间为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。2MAL30IB）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948KW,9180XK/3P30QKVAR，故线路电压损耗为VKVWUQPRN7828010VAR923945。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VLV221000324012120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。（1）金工车间馈电给2号厂房（金工车间）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锻压车间馈电给3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）。724工具车间馈电给4号厂房（工具车间）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电镀车间馈电给5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）。726热处理车间馈电给6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）。727装配车间馈电给7号厂房（装配车间）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）。728机修车间馈电给8号厂房（机修车间）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）。729锅炉房馈电给9号厂房（锅炉房）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）。7210仓库馈电给10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23，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KM/0XKM/245KW，1176KVAR，因此30P3QVKVWUQPRN49380230VAR6172425732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