红光机械厂 工厂供配电设计

PAGE目录TOC\o"1-3"\h\u21959第1章设计任务 1204781.1设计要求 1134011.2设计依据 149841.3设计任务 2502第2章负荷计算和无功功率补偿 3167942.1负荷计算 354482.2无功功率补偿 51692第3章变压器的选择及主接线方案的确定 7166293.1变电所主变压器台数和容量 7114183.2主接线方案的技术经济比较 89740第4章短路电流的计算 11311604.1绘制计算电路 11113394.2确定短路计算基准值 11322544.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值 11138424.4k-1点（10.5kV侧）的相关计算 1225594.5k-2点（0.4kV侧）的相关计算 1220141第5章变电所一次设备的选择校验 14246895.110kV侧一次设备的选择校验 14266725.2380V侧一次设备的选择校验 16175395.3高低压母线的选择 178519第6章变压所进出线与邻近单位联络线的选择 18246606.110kV高压进线和引入电缆的选择 1847656.1.110kV高压进线的选择校验 18213456.1.2由高压配电室至主变压器的一段引入电缆的选择校验 18226376.2380低压出线的选择 18186116.3作为备用电源的高压联络线的选择校验 2114669第7章降压变电所防雷与接地装置的设计 2392627.1变电所的防雷保护 23273137.1.1防直击雷保护 2325957.1.2雷电侵入波的防护 2331120第8章二次回路方案的选择 2417124第9章设计总结 2622914参考文献 2718149附录红光机械厂降压变电所主接线图 28红光机械厂降压变电所的电气设计PAGE27第1章设计任务1.1设计要求要求根据本厂所取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑工厂生产的发展，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，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，确定变电所防雷接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘制变电所系统图，功率因数补偿到0.9。1.2设计依据1.工厂负荷情况：本厂车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600小时，日最大负荷持续时间为6小时，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。2、供电电源情况按照工厂与供电协议，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。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。断路器断流容量为500MVA，此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7S，为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由2公里处邻近单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线总长度为25km。3、气象资料本厂所在地区的年最高气温为38度，年平均气温为23度，年最低气温为-8度，年最热月平均最高气温为33度，年最热月平均气温为26度，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。年雷暴日为20。4、地质水文资料本厂所在地区平均海拔500米，底层以砂粘土为主，地下水位为20米。5、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，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量计为18元/kw.h，照明电费为0.50元/kw.h。6、工厂负荷统计资料工厂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3000.30.7照明60.812锻压车间动力3500.30.65照明80.717金工车间动力4000.20.65照明100.816工具车间动力3600.30.6照明70.914电镀车间动力2500.50.8照明50.813热处理车间动力1500.60.8照明50.819装配车间动力1800.30.7照明60.8110机修车间动力1600.20.65照明40.818锅炉房动力500.70.8照明10.815仓库动力200.40.8照明10.81生活区照明3500.70.91.3设计任务1、设计说明书包括：1）摘要2）目录3）正文（设计过程及内容）4）附录——参考文献2、设计图样本设计只做出变电所主接线图1张即可第2章负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算在负荷计算时，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。由公式：，得：铸造车间：动力部分照明部分锻压车间：动力部分，照明部分，；金工车间：动力部分，明部分，；工具车间：动力部分，照明部分，电镀车间：动力部分，照明部分，；热处理车间：动力部分，照明部分，装配车间：动力部分，照明部分，；机修车间：动力部分，照明部分，；锅炉房：动力部分，照明部分，；仓库：动力部分照明部分，；11.生活区照明；另外，所有车间的照明负荷：取全厂的同时系数为：，，则全厂的计算负荷为：；2.2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容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：这时低压侧的功率因数为：为使高压侧的功率因数0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，取：。要使低压侧的功率因数由0.82提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为：取:=370则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：计算电流AAAkvI58.1607kv38.03.93.1044)2(30变压器的功率损耗为：kwkwAkvSPT67.15.93.1044015.0015.0)2(30变电所高压侧的计算负荷为：补偿后的功率因数为：满足要求。第3章变压器的选择及主接线方案的确定3.1变电所主变压器台数和容量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，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1250kVA>=1068.49kVA，即选一台S9-1250/10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（3-1）、（3-2）选择，即(3-1)(3-2)代入数据可得：=（0.6~0.7）×1068.49=（641.09~747.94）。因此选两台S9-630/10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Dyn0，如表3-1所示。表3-1两台变压器的型号变压器型号额定容量/额定电压/kV联结组型号损耗/kW空载电流%短路阻抗%高压低压空载负载S9-630/1063010.50.4Dyn111.35.83.05（附：参考尺寸（mm）：长：1760宽：1025高：1655重量（kg）：3410）3.2主接线方案的技术经济比较装设一台主变压器的方案技术指标：供电安全性,满足要求。供电可靠性,基本满足要求。供电质量,由于一台主变，电压损耗较大。灵活方便性,只有一台主变，灵活性稍差。扩建适应性,稍差一些。经济指标：电力变压器的综合投资额，查得S9-1000/10的单价为15万元，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*15=30万元。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4.2万元计，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4.2*1.5*4=25.2万元。电力变压器和高压开关柜的年运行费，主变压器的折旧费=30万元*0.05=1.5万元；高压开关柜的折旧费=25.2万元*0.06=1.5万元；变配电的维修管理费=（30+25.2）万元*0.06=3.3万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.5+1.5+3.3）=6.3万元。供电贴费，主变容量每KVA为800元，供电贴费=1000KVA*0.08万元/KVA=80万元装设两台主变压器的方案技术指标：供电安全性，满足要求。供电可靠性，满足要求。供电质量，由于两台主变并列，电压损耗较小。灵活方便性，由于有两台主变，灵活性较好。扩建适应性，更好一些。经济指标：电力变压器的综合投资额，查得S9-630/10的单价为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元，比一台主变方案多投资12万元。高压开关柜（含计量柜）的综合投资额，本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为6*1.5*4.2=37.8万元，比一台主变方案多投资12.6万元。电力变压器和高压开关柜的年运行费，主变的折旧费=42万元*0.05=2.1万元；高压开关柜的折旧费=37.8万元*0.06=2.3万元；变配电的维修管理费=（42+37.8）万元*0.06=4.8万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（2.1+2.3+4.8）=9.2万元，比一台主变方案多投资2.9万元。供电贴费，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。从上文可以看出，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压器主接线方案，主接线图见附录。10kv选一个变压器方案图10kv选两个变压器方案图 第4章短路电流的计算4.1绘制计算电路 500MVAK-1K-2500MVAK-1K-2LGJ-150,8km10.5kVS9-12500.4kV(2)(3)(1)～∞系统图4-1短路计算电路4.2确定短路计算基准值 设基准容量=100MVA，基准电压==1.05，为短路计算电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，则 4.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值1.电力系统 已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA，故 =100MVA/500MVA=0.2 2.架空线路 查表得LGJ-150的线路电抗，而线路长8km，故 3.电力变压器 查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故=3.6 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4-2所示。k-1k-1k-2图4-2短路计算等效电路4.4k-1点（10.5kV侧）的相关计算1.总电抗标幺值=0.2+2.6=2.8 2.三相短路电流周期分量有效值 3.其他短路电流 4.三相短路容量 4.5k-2点（0.4kV侧）的相关计算1.总电抗标幺值=0.2+2.6+4.5=6.42.三相短路电流周期分量有效值 3.其他短路电流 4.三相短路容量 如图表4-1所示。表4-1 短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAk-11.961.961.965.02.9635.7k-222.522.522.541.424.515.6第5章变电所一次设备的选择校验5.110kV侧一次设备的选择校验 1.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，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=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=12kV。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或短路容量，即或对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。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 或、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)热稳定校验条件对于上面的分析，如表5-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。表5-110kV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稳定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10Kv72.2A()1.96kA5.0kA1.96²×1.9=7.30一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/630QF010Kv630kA16kA40kA高压少油断路器SN10-10I/630QF/QF’10Kv630kA16kA40kA户外隔离开关GW4-12/40012Kv400A-25.5kA二次负荷0.6户内隔离开关GN8-10/60010KV400A-20KA高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA--电压互感器JSZJ-1010kV电压互感器JSJW-1010KV电流互感器LQJ-1010kV100/5A-=31.8kA=815.2380V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5-2所示，所选数据均满足要求。表5-2380V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稳定度热稳定度其它装置地点条件参数-数据380V总1607.58A22.5kA41.4kA-型号规格额定参数-低压断路器QF1DW15-200380V200A20kA200A--低压断路器QF2DW15-400380V300A25kA400A--低压断路器QF3DW15-200380V200A20kA200A--低压断路器QF4DW15-400380V300A25kA400A--低压断路器QF5DW15-200380V200A20kA200A--低压断路器QF6DW15-200380V200A20kA200A--低压断路器QF7DW15-200380V200A20kA200A--低压断路器QF8DW15-200380V200A20kA200A--低压断路器QF9DW15-200380V200A20kA200A--低压断路器QF10DW15-200380V200A20kA200A--低压断路器QF11DW15-200380V200A20kA200A--电容器BWF04-16-1/35.3高低压母线的选择查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（10010）+806，即相母线尺寸为100mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。线距，档距为，档数大于2则最大动力：所以，高压母线满足要求。同理，,低压母线满足要求。M为母线通过短路冲击电流时所受到的弯曲力矩，W为母线的截面系数，b 为母线截面的水平宽度，h为母线截面的垂直高度第6章变压所进出线与邻近单位联络线的选择6.110kV高压进线和引入电缆的选择6.1.110kV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==61.69A及室外环境温度33°，查表得，初选LGJ-35,其35°C时的=149A>,满足发热条件。b).校验机械强度 查表得，最小允许截面积=25，而LGJ-35满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。6.1.2由高压配电室至主变压器的一段引入电缆的选择校验采用YJL22-10000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==61.69A及土壤环境25°，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=149A>,满足发热条件。b)校验热路稳定 按式，A为电缆截面积，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=1960A，=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=84，把这些数据代入公式中得因此YJL22-10000-325电缆满足要求。6.2380低压出线的选择1.铸造车间1号厂房铸造车间的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。a）按发热条件需选择 由=266A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选缆芯截面70，其=271.4A>，满足发热条件。 b）校验电压损耗 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70的铝芯电缆的=0.31（按缆芯工作温度75°计），=0.07，又1号厂房的=94kW,=91.8kvar，故线路电压损耗为 >=5%。c）短路热稳定度校验 不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120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。2.锻压车间2号厂房锻压车间的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。3.热处理车间3号厂房热处理车间的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。4.电镀车间4号厂房电镀车间的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。5.仓库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BLV-1000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=16.2A及环境温度26，初选截面积4，其=19A>，满足发热条件。 b）校验机械强度查表得，=2.5，因此上面所选的4的导线满足机械强度要求。c)所选穿管线估计长50m而查表得=0.85，=0.119，又仓库的=8.8kW,=6kvar，因此 <=5%故满足允许电压损耗的要求。6.工具车间6号厂房工具车间的线路亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.金工车间7号厂房金工车间的线路亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。8.锅炉房8号厂房锅炉房的线路亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。9.装配车间9号厂房装配车间的线路亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。10.机修车间10号厂房机修车间的线路亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。11.生活区生活区的线路采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线明敷。1）按发热条件选择由I30=413A及室外环境温度（年最热月平均气温）33℃，初选BLX-1000-1240，其33℃时Ial≈455A>I30,满足发热条件。2）效验机械强度查表可得，最小允许截面积Amin=10mm2，因此BLX-1000-1240满足机械强度要求。3）校验电压损耗,查表得其阻抗值与BLX-1000-1240近似等值的LJ-240的阻抗=0.14，=0.30（按线间几何均距0.8m），又生活区的=245KW，=117.6kvar，因此9.6%>5%不满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回BLX-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-170橡皮绝缘线。6.3作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用YJL22—10000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敖设，与相距约2Km的临近单位变配电所的10KY母线相连。1.按发热条件选择工厂二级负荷容量共379.4KVA，，最热月土壤平均温度为25℃。查表《工厂供电》附表，初选缆心截面为25的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其满足要求。2.校验电压损耗由《工厂供电》附表可查得缆芯为25的铝（缆芯温度按80℃计），，而二级负荷的,，线路长度按2km计，因此由此可见满足要求电压损耗5%的要求。3.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25mm2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6-1所示。表6-1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LGJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22—10000—3×25交联电缆（直埋）380V低压出线至1号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房BLV—1000—1×4铝芯线5根穿内径25硬塑管至6号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）至生活区四回路，每回路3×BLX-1000-1×120+1×BLX-1000-1×75橡皮线（三相四线架空线）与临近单位10KV联络线YJL22—10000—3×16交联电缆（直埋）第7章降压变电所防雷与接地装置的设计7.1变电所的防雷保护7.1.1防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