机修厂机加一车间变电所设计

机修厂机加一车间变电所设计及低压配电系统设计电气工程与自动化二班 程宏 指导教师 方重秋摘要 本设计是机修厂机加一车间变电所设计及低压配电系统设计，主要包括：负荷计算、无功功率补偿、变压器台数和容量的确定、电气主接线的方案的选择、车间配电系统的确定，短路电流的计算、一次设备的选择和校验以及导线的选择和校验。该变电所采用10kV单电源进线，采用一台800kVA的变压器，采用并联电容器进行低压集中补偿，对变压器进行过电流，电流速断，瓦斯保护，按三类防雷建筑物设防，采用强弱电联合接地系统对建筑物进行保护。在对供电系统短路计算的基础上，进行了一次设备的选择和校验、导线的选择和校验。最后，完成电气主接线、车间平面图、二次回路图的绘制。关键词 负荷计算， 短路计算， 保护， 接地1 绪论按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、GB50053-94 10kV及以下设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则： 必须遵循有关国家标准，认真执行国家的技术经济政策，并应做到保障人身和设备安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理。 应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设和远期发展的关系，做到远、近期结合，以近期为主，实弹考虑扩建的可能。 必须从局部出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案，满足供用电的要求。 应注意执行节约能源、节约有色金属和“以铝代铜”等技术政策。2 负荷计算2.1 工厂负荷计算的目的与方法2.1.1 负荷计算的目的负荷计算主要是确定计算负荷。计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的主要依据，也是整定继电保护的重要数据。2.1.2 负荷计算的方法目前负荷计算常用需要系数法、二项式法和利用系数法，在国内各设计单位的使用最为普遍，此外还有一些尚未推广的方法如形状系数法、附加系数单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法等。2.2 负荷计算根据此次设计的内容，负荷计算的方法选择需要系数法进行计算。2.2.1 主要计算公式有功功率： 式（2.1）无功功率: 式（2.2）视在功率: 式（2.3）计算电流： 式（2.4）2.2.2 设备计算负荷的结果表2.1车间设备分组表组 别设备序号台 数第一组2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，1312第二组1，32，33，34，35，14，157第三组16,17，18，20，21，22，23，24，25，26，27,2812第四组29，30，313第五组191表2.2 车间一负荷计算表（按需要系数法）组别需要系数计 算 负 荷（kW）(kvar)(kVA)(A)第一组0.20.51.7312.2921.2724.5637.32第二组0.20.51.7335.160.7270.13106.55第三组0.20.51.731119.062233.44第四组0.70.950.3362.320.5665.699.68第五组0.150.51.731.532.653.064.65表2.3 全厂各车间负荷计算表(按需要系数)车间名称计 算 负 荷（kW）(kvar)(kVA)(A)车间一0.950.97116.14120.55167.39254.32机加工二车间0.950.9785.9893.61127.1193.12铸造车间0.950.97188.48189.93267.58406.55续 表铆焊车间0.950.9796.52184.4208.14316.25电修车间0.950.9792.15138.71166.53253.1全厂总计算负荷：取 =0.95， =0.97=2.3 无功功率补偿及补偿设备的选择2.3.1 无功功率补偿方式无功功率补偿的电容器在工厂供电系统的装置位置，有高压集中补偿、低压集中补偿和单独就地补偿等三种方式。2.3.2 无功率补偿容量的确定及设备选择功率因数太低将会给配电系统带来电能损耗增加，电压损失增大和供电设备利用效率降低等不良影响。综合考虑，选择低压集中补偿方式。根据设计手册，选择PGJ1-1型低压无功功率自动补偿屏，见图2.1。电容器为BW0.4-14-3型。2.3.3 无功功率补偿计算 补偿前：， 主变压器的功率损耗： 变压器高压侧负荷计算： 工厂的功率因素为： 考虑到变压器的无功功率损耗远大于有功功率损耗，因此在低压补偿时，低压侧补偿后的功率应略高于0.9，这里取，而补偿前的功率因素只有0.61。由此可得低压并联电容的电容容量： 这里取,。补偿后：变压器低压侧的视在计算负荷：变压器的功率损耗： 此时高压侧计算负荷： kvar 此时功率因素： 满足工厂功率因素要求。3 工厂变电所变压器台数、容量及型号的选择3.1 变压器容量与台数的选择原则3.1.1台数的选择原则 应满足用电负荷对可靠性的要求。在一二级负荷的变电所中，选择两台主变压器，当在技术，经济上比较合理时，也可以多于两台。 对季节性负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所，技术经济合理时可选择两台主变压器。 三级负荷一般选择一台主变压器，负荷较大时，也可选择两台主变。3.1.2 容量的选择原则装单台变压器时，其额定容量应能满足全部用电设备的计算负荷考虑负荷发展应留有一定的容量裕度，并考虑变压器的经济运行，即 式(3.1)装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量应同时满足以下两个条件： 任一台主变压器单独运行时=（0.6-0.7） 式(3.2) 任一台主变压器单独运行时 式(3.3)3.2 变电所变压器的确定在本设计中，工厂负荷属于三级负荷，因此选择单台变压器运行，根据以上计算结果可知，无功功率补偿后，变压器的视在功率 kVA.所以，可选择系列低损耗变压器，容量为800 kVA的变压器一台。变压器参数如表3.1。表3.1 变压器参数表型号额定容量空载损耗短路损耗阻抗损耗空载电流SL7800 kV.A1540 W9900W4.51.74 工厂变电所的供配电系统电气主接线4.1 对电气主接线的设计原则 设计原则 遵守规程， 安全可靠， 近期为主、考虑发展应根据工程特点、规模和发展规划， 全局出发、统筹兼顾4.2 车间高压侧主接线方案的确定车间变电所是工厂供电系统中将高压（610kV）将为一般用电设备所需低压（如220/380V）的终端变电所。工厂内无总变、配电所时，其车间变电所往往就是工厂的降压变电所，其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等，都是配备完全的，所以一般要设高压配电室。 根据其高压侧采用开关电器的不同，有以下两种典型主接线方案： 方案一：高压侧采用隔离开关熔断器或户外跌开式熔断器的变电所主电路图（图4.1中的a、b、c、d）。它们均采用熔断器来保护变电所的短路故障。由于隔离开关和跌开式熔断器切断空负荷变压器容量的限制，一般只用于500kVA及下下容量的变电所中。这些主接线都相当简单，但供电可靠性不高。 方案二：高压侧采用隔离开关断路器的变电所主电路图（如图4.2所示）。这种接线由于采用了高压断路器，从而使变电所的切换操作非常灵活方便；同时高压断路器都配有继电保护装置，在变压器发生短路和过负荷时能自动跳闸，而且在短路故障和过负荷情况消除后，又可直接迅速合闸，从而缩短了恢复供电的时间。 比较以上两种方案，结合此次设计内容和要求，根据现代工厂设备特点，车间变电所主电路接线选用方案二。4.3 低压线路的接线方式 工厂低压线路有放射式、树干式和环形等几种基本接线方式。4.3.1 放射式 图4.3是低压放射式接线。它的特点是：发生故障时互不影响，供电可靠性较高，但在一般情况下，其有色金属消耗量较多，采用的开关设备也较多，且系统的灵活性较差，这种线路多用于供电可靠性要求较高的车间。4.3.2 树干式 树干式接线的特点正好与放射式相反，其系统灵活性好，采用的开关设备少，一般情况下有色金属的消耗量少；但干线发生故障时，影响范围大，所以供电可靠性较低。4.3.3 低压环形供电环形供电可靠性高，任一段线路发生故障或检修时，都不至于造成中断，或者只是暂时中断供电，只要完成切换电源的操作，就能恢复供电。4.4 车间低压接线方式确定由于本设计低压供电设备主要是机床，供电可靠性要求较高，负荷性质重要，所以选择放射式接线。如图4.3。5 短路电流计算5.1 计算短路电流的目的 计算短路电流的目的是为了解决以下几个方面的问题： 正确选择和校验电气设备。 继电保护的设计和整定。 电气主接线方案的确定。5.2 短路电流计算5.2.1 短路电流计算的方法 短路电流计算的方法有：欧姆法（又称有名单位制法）、标幺值法（又称相对单位制法）和短路容量法（又称MVA法）等。5.2.2 三相短路电流计算 求k-1点的三相短路电流和短路容量（kV） 1)计算短路电路中个元件的电抗及总电抗 电力系统的电抗： 架空线路电抗： 绘k-1点的等效电路如图5.1：2）计算k-1点的三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量有： 三相次暂态短路电流和短路稳态电流： 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 三相短路电容： 求k-2点的短路电流和短路容量（） 1) 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 电力系统电抗： 架空线路电抗： 电力变压器电抗： 查表可得： 绘制k-2点的等效电路如图5.2 2)计算k-2点的三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量有效值： 三相次暂态短路电流和短路稳态电流: 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值: 三相短路电容:表5.1短路电流计算结果表短路点短路电流 （kA）短路容量（kVA）k-19.139.139.1323.2813.79166.04k-223.1923.1923.1942.6725.2816.076 一次设备及导线的选择与校验6.1 常用电气设备的选择与校验电气设备选择应遵循以下三个原则： 按工作环境及正常工作条件选择电气设备； 按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定； 动稳定校验 或 式（6.1） 热稳定校验 式（6.2） 开关电器断流能力校验。 6.2 高压一次设备的选择与校验6.2.1 高压开关柜的选择 高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置。有固定式和手车式两大类型。在一般中小型工厂中，绝大多数采用固定式高压开关柜。此次设计选GG-1A-07型高压开关柜。其一次线路接线方案如下图6.1.6.2.2 高压断路器的选择及校验在此次设计中，根据线路计算电流选择SN10-10II型断路器，其有关技术参数及安装地点电气条件和计算结果列于表6.1，从表中可以看出断路器的参数均大于装设地点的电气条件，故所选断路器合格。表6.1 高压断路器选择校验表序 号SN10-10II选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据1UN10 kVUWN10 kV合格2IN1000 AI3046.19 A合格3IocN31.5 kA9.13 kA合格4Imax80 kA23.28 kA合格5I2t 231.522=1984.5 kA2s162.55 kA2s合格合格6.2.3 高压隔离开关的选择及校验据此次设计的内容和设计要求，高压隔离开关采用GN8-10T/1000型，选择计算结构列于表6.2。从表中可以看出所选隔离开关参数均大于装设地点的电气条件，故所选设备合格。表6.2 高压隔离开关选择校验表序号GN8-10T/1000选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据1UN10 kVUWN10 kV合格2IN1000 AI30922.4 A合格3额定峰值耐受电流imax75 kA9.13 kA合格44s热稳定电流It1600kA2s162.55 A2s合格6.3 低压一次设备选择与校验6.3.1 低压配电屏的选择根据各车间的负荷计算和车间各设备的分组情况，结合经济利益考虑，这里选择PGJ-1型低压配电屏，接线方案分别选择34和35号接线方案，其接线图如6.2： 图6.2 低压配电屏一次接线方案6.3.2 低压配电箱的选择 由车间的设备分组情况可知，第一组共有12台用电设备，第二组共有7台用电设备，第三组共有12台用电设备，第四组共有3台设备，第五组共有1台用电设备。所以分别选择的配电箱为XL-21-07型、XL-21-06型、XL-21-07型、XL-21-04型低压配电箱，第五组为车间吊车，单独选用开关设备和导线。配电箱的一次接线方案如图6.3。 图6.3 低压配电箱一次接线方案6.3.3 低压断路器的选择低压断路器的选择也许满足断路器选择条件，根据工厂变电所主接线图，只需选择一个低压短路器，这里选择DZ10-100型低压短路器，其通断电流峰值在交流380V下为7000A，满足选择条件。6.3.4 低压刀熔开关选择表. 低压刀熔开关选择车间型号（A）（V）（A）刀熔开关分断能力熔断器极限分断能力车间一HR337.3238010010050HR3106.5538020020050HR333.4438010010050HR399.683801001005018车间二HR3108.7538020020050HR3190.3538020020050HR312.1638010010050HR338020020050铸造车间HR3261.8338040040050HR3121.5238020020050HR3156.2238020020050HR39.7238010010050铆焊车间HR3151.6638020020050HR3171.9138020020050HR38.5138010010050HR338020020050电修车间HR3136.8238020020050HR3119.2638020020050HR312.1638010010050HR3380200200506.4 电流互感器的选择和校验电流互感器选择与校验结果表6.4 电流互感器选择校验表型号额定电流（A）选择条件装置地点电气条件结论一次二 次UNI30LZZB6-105300510kV46.19A合格LMZJ1-0.510005380V922.4A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.5755380V46.19A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.51505380V106.55A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.5505380V33.44A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.51505380V99.68A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.51505380V108.75A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.53005380V190.35A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.5305380V12.16A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.53005380V261.83A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.51505380V121.52A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.52005380V156.22A合格LMZ1-0.5155380V9.72A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.52005380V151.66A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.52005380V171.91A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.5155380V8.51A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.51505380V136.82A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.51505380V119.26A合格LMZ1-0.5LMZ1-0.5155380V12.16A合格6.5 HH3负荷铁壳开关选择HH3低压封闭式铁壳开关适用于额定工作电压为380V，额定工作电流至600A，频率为50HZ的交流电路中。可作为手动不频繁地接通分断有负载的电路，并对电路有过载和短路保护的作用。 根据负荷计算的吊车电流，可选型号为：HH3-60/3的负荷铁壳开关。6.6 导线的选择和校验6.6.1 导线选择条件为了保证供配电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面时必须满足下列条件： 发热条件。 电压损耗条件。 经济电流密度。 短路时的动稳定度、热稳定度校验。 与保护装置的配合。 此次设计导线选择按发热条件选。6.6.2 导线选择结果表6.5 配电箱到设备导线选择与校验表设 备（A）（A）（mm2）G(mm)导线型号结论一 号 配 电 箱26.299182.515BLV-500-(32.5)合格3523.1532615BLV-500-(36)合格617.07824415BLV-500-(34)合格71214.04182.515BLV-500-(32.5)合格139.478182.515BLV-500-(32.5)合格二 号 配 电 箱1、1430.74441025BLV-500-(310)合格3296.851105040BLV-500-(350)合格33108.391437040BLV-500-(370)合格3430.36441025BLV-500-(310)合格35212.5322515070BLV-500-(3150)合格1523.1532615BLV-500-(36)合格三 号 配 电 箱1625.80832615BLV-500-(36)合格17、189.478182.515BLV-500-(32.5)合格205.313182.515BLV-500-(32.5)合格21、229.108182.515BLV-500-(32.5)合格2339.469441025BLV-500-(310)合格2427.89732615BLV-500-(36)合格25、2612.447182.515BLV-500-(32.5)合格276.072182.515BLV-500-(32.5)合格281.822182.515BLV-500-(32.5)合格四号配电2991.0821105040BLV-500-(350)合格3072.866903532BLV-500-(335)合格31136.6231437040BLV-500-(370)合格表6-6 配电屏到配电箱导线选择与校验表名 称(A)（mm2）G（mm）导线型号校验结果一 号 配 电 屏一号配电箱37.3441020BLV-500-(310)合格二号配电箱1061105040BLV-500-(350)合格三号配电箱33.4441020BLV-500-(310)合格四号配电箱99.61105040BLV-500-(350)合格表6.7 母线的选择与校验母线规格相间距电抗（A）（A）类 型校验平放10060.13850.851425LMY-3（1006）+（606）合格6.6.3 高压进线的选择 由于车间负荷较小，属于三级负荷，并且高压进线较短，所以选择电缆作为高压进线，并按发热条件选择其型号，根据负荷计算，可知高压侧电流为46.19A，所以可选ZLQ20-10000-325。因Ial=70I30=46.19A 满足条件，故所选导线合格。6.6.4 吊车滑线的选择吊车的滑触线一般均应线用钢材。各种钢材的应用范围为：圆钢、扁钢用于小型吊车；角工字钢、钢轨用于大、中型吊车及焦炉的推焦车、装煤车等，大型吊车一般采用方钢。本设计吊车属于小型吊车，功率10.2kW,所以选择扁钢作为其滑触线。根据设计手册，可选型号为：203，截面为60mm2 ，允许电流为70A的扁钢。7 电力变压器保护7.1 变压器保护形式的确定本设计为一台容量为800kV.A的变压器供电，所以需装设过电流保护、电流速断保护、气体继电保护。7.2 变压器保护7.2.1 变压器瓦斯保护（气体继电保护）变压器的瓦斯继电保护是保护油浸式变压器内部故障的一种基本保护。瓦斯继电保护又称气体继电保护。 瓦斯继电器只能反映变压器内部的故障，包括漏油、漏气、油内有气、匝间故障、绕组相间短路等。而对变压器外部端子上的故障情况则无法反映。因此，除设置瓦斯保护外，还需设置过电流、速断或差动等保护。7.2.2变压器的过电流保护 定时限过电流保护的接线方式和工作原理当变压器发生短路时，通过线路的电流使流经继电器的电流大于继电器的动作电流，电流继电器KA瞬时动作，其常开触点闭合，时间继电器KT线圈得电，其触点经一定延时后闭合，使中间继电器KM和信号继电器KS动作。如图7.1。图7.1 变压器保护接线原理图 保护整定计算变压器过电流保护继电器的动作电流为： 式（7.1）变压器过电流保护动作时限应比二次侧出线过电流保护的最大动作时限大一个，一般取0.5-0.7s。灵敏度按下式计算： 式（7.2）7.2.3 变压器的电流速断保护电流速断保护的接线和工作原理电流速断保护是一种不带时限的过电流保护，实际中常与过电流保护配合使用。接线图如图7.1。 整定计算为了保护速断保护动作的选择性，速断保护动作电流。速断保护继电器的动作电流整定值为： 式（7.3）灵敏度校验只能用线路首端最小两相短路电流校验，即 式（7.4）8 工厂变电所二次回路8.1 操作电源8.1.1 直流操作电源 蓄电池组供电的直流操作电源, 硅整流直流操作电源8.1.2 交流操作电源交流操作电源的优点是：接线简单、投资低廉、维修方便。缺点是：交流继电器性能没有直流继电器完善，不能构成复杂的保护。因此，交流操作电源在小型工厂变配电所中应用较广，而对保护要求较高的大中型变配电所宜采用直流操作电源。8.2 断路器控制回路电磁操动机构断路器控制回路及信号系统如图8.1 ，该控制回路采用双向自复式并具有保持触电的LW5型万能开关。合闸时，将控制开关SA顺时针扳转四十五度，这时1-2接通。断路器合闸。跳闸时，将控制开关SA手柄反时针转四十五度，这时触点7-8接通，跳闸线圈YR通电，使断路器跳闸。10 结论本设计按预定要求完成了工厂负荷计算、变压器的选择、短路电流的计算、一次设备及导线的选择与校验、变压器保护及变电所的防雷与接地保护等工厂供电设计的重要内容。通过此次毕业设计，使我对工厂供电的知识有了一定的了解，并在设计过程中让我懂得了脚踏实地，实事求是的学习态度、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。参 考 文 献1刘介才工厂供电简明设计手册M北京：机械工业出版社19932 刘介才. 工厂供电. 北京：机械工业出版社.19932 关大陆、张晓娟. 工厂供电.北京：清华大学出版社.2006.4 北京钢铁设计院. 钢铁企业电力设计参考资料.北京：冶金工业出版社.1978.5 江文、许慧中.供配电技术.北京：机械工业出版社.2005.6陈小虎.工厂供电技术.北京：高等教育出版社.2001.7 李友文、李尔学.工厂供电.北京：化学工业出版社.2006.8 刘笙. 电气工程基础.北京：科学出版社.2004.9 A.G.Phadke,JShorpComputer Relaying for Power SystemsNewYork:Research Study Press,198810 ATJohns,SKSalmanDigital Protection for Power SystemPeter Peregrinus LidOn behalf of The Institute of Electrical Engineers199511 AGodwani,et alCommissioning Experience with a Modem Digital Excitation System IEEE Energy Conversion,pp,183-187,VOL13,NO,2,June 199812 Cantner J ，etc，Against Out-of-step Operation Of Large Sychronous Mchines，Electre，1997.5The repair workshop machine adds a workshop transformer substation to design and the low pressure electrical power distribution system designsCheng Hong Instructor：Chongqiu,FangAbstract The design is jixiuc