某工业建筑降压变电所电气设计任务书

1 某工业建筑降压变电所电气设计任务书 第一章 一、设计任务书 （一）设计题目 某工业建筑降压变电所电气设计。 （二）设计要求 根据本厂所能取得的电源及用电负荷的实际情况，并适当考虑到生产的发展，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，选择变电所主结线方案及高低压设备与进出线，确定二次回路方案，选择并整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。 (三 ) 设计依据 （ 1）工厂总平面图： 附图 （ 2）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 5000h,日最大负荷持续时间为 8h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外， 2 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。 （ 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，本厂可由附近一条 10干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线品牌号为 线为等边三角形排列，线距为 线首端（即电力系统的馈电变电所）距离本厂约 10干线首端所装设的高压断路器断流容量为 500断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为 满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度达 100缆线路总长度达 30 表 1 工厂负荷统计资料 用电单位编号 用电单位名称 负荷性质 设备容量/要系数 功率因数 1 铸造车间 动力 210 明 6 锻压车间 动力 220 明 7 金工车间 动力 200 明 7 工具车间 动力 290 明 8 电镀车间 动力 200 明 6 热处理车间 动力 255 明 7 装配车间 动力 120 明 5 机修车间 动力 140 明 3 锅炉房 动力 75 明 1 0 仓库 动力 20 明 1 1 生活区 动力 330 4）气象资料： 本厂所在地区的年最高气温为 40，年平均气温为 20，年最低气温为5，年最热月平均最高气温为 35，年最热月平均气温为 28 .，年最热月地 3 下 平均温度为 25。 雷暴日数为 32 天。 （ 5）地质水文资料： 本厂所在地区平均海拔 500m，地层以砂粘土（土质）为主，地下水位为 2m。 （ 6）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，按两部电费制缴纳电费。每月基本电费按主变压器容量为 18 元 /（ 动力电费为 1 元 /（ 照明（含家电）电费为 /（ 工厂最大负荷时的功率因数不得低于 （四）设计任务 要求在规定时间内独立完成下列工作量： （一） 设计说明书 （ 1） 目录。 （ 2） 前言及确定了赋值参数的设计任务书。 （ 3） 负荷计算和无功功率补偿。 （ 4） 变电所位置和型式的选择。 （ 5） 变电 所主变压器台数、容量、类型及主结线方案的选择。 （ 6） 短路电流的计算。 （ 7） 变电所一次设备的选择与校验。 （ 8） 变电所高、低压进出线的选择与校验。 （ 9） 变电所二次回路方案选择及继电保护的整定。 （ 10） 防雷和接地装置的确定。 （ 11） 附录及参考文献。 （ 12） 收获和体会。 （二） 设计图样 （ 1） 主要设备及材料表。 （ 2） 变电所主结线图（装置式）。 （ 3） 变电所的二次回路接线图。 （五）设计时间 2010年 月 日至 2010年 月 日 指导教师：邱晓华 4 第二章 （一）负荷计算和无功功率补偿 1 负荷计算 各厂房和生活区的负荷计算如下所示： 力 21030d=照明 d 60=0301=K（ 30） = w=301=K（ 301= 3012= 301 3 力 2206 3066明 d 30z=0302=K（ =(66+w=302=K (30z)=302= 3022= 302= 3 力 d 200030d=50明 d 730z=0303=K (30z） =(50+w=303=K（ 5 3032= 303= 3 力 29030d=明 d 830z=0304=K (30z） =(304=K (30z)=304= 3042= 304= 3 力 2000030d=10002明 d 630z=0305=K（ = 100+305=K（ 102305= 3052= 305= 3 动力 2555330d=153明 d 7=30z=0306=K（ = 153+306=K 306= 3062= 306= 3 装配车间： 动力 120230d=42明 d 530z=0307=K (= 42+4） 307=K（ 307= 3072= 307= 3 力 140530d=35明 d 36 308=K（ = 35+308=K（ 308= 3082= 308= 3 动力 75030d=30明 d 130z=0309=K (=(30+w=309=K（ 309= 3092= 309= 3 0. 仓库： 动力 20305 明 d 130z=03010=K（ =(5+w=3010=K（ 3010= 30102= 3010= 3 33064 3011= 2642=2643011= 3 2 该工厂负荷计算表 编号 名称 类别 设备容量/要系数 负荷计算 30/30/30/A 1 铸造车间 动力 210 明 6 小计 216 / / / 锻压车动力 220 6 7 7 间 明 小计 227 / / / 金工车间 动力 200 0 明 7 小计 207 / / / 工具车间 动力 290 明 8 小计 298 / / / 电镀车间 动力 200 00 102 明 6 小计 206 / / / 热处理车间 动力 255 53 明 7 小计 262 / / / 装配车间 动力 120 2 明 5 4 0 小计 120 / / / 机修车间 动力 140 5 明 3 小计 143 / / / 锅炉房 动力 75 0 明 1 8 小计 76 / / / 0 仓库 动力 20 明 1 小计 21 / / / 1 生活区 动力 330 264 0 264 计（ 380 动力 2060 / 明 51 / / 计入 K 1= K 2=14 05 表 2 中 d 30 + 30（ 3 车间） = 30） 车间） =K 1（ 30） ） =K 2（ P） ） =K 2（ Q） 其中 需要系数， 额定电压 380V。 K 1 为车间的同时系数， K 2 为工厂的同时系数。） 2无功功率补偿 由表 2 可知，该厂 380V 侧最大负荷时的功率因数只有 供电部门要求该厂 10线侧最大负荷时功率因数不得低 于 虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此 380V 侧最大负荷时功率因数应稍大于 取 计算 380V 侧所需无功功率补偿容量： 30 其中查表得 .照图，选 低压自动补偿屏，并联电容器为 ，采用其方案 1（主屏） 1 台与方案 3（辅屏） 3 台相组合，总共容量为 84=252此，无功功率补偿后工厂 380V 侧和 10的负荷计算如表所示： 项目 计 算负荷 30/30/30/A 380V 侧补偿前负荷 80V 侧无功补偿容量 / / / 380V 9 荷 主变压器功率损耗 / / 10负荷总计 三章 （二）变 电所位置和型式的选择 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 x 轴和 y 轴，然后测出各车间和生活区负荷点的坐标位置， 别代表车间 1、 2、 3 10号。计算公式为： x=（ 2 3 （ 2+=（ Pi y=（ 2 3 +（ 2+ +=（ 算得： x= y=图为各车间负荷坐标点。 10 由计算结果可知 ,工厂的负荷中心在 2号车间附近，考虑到方便进出线，周边环境及交通情况，决定在 2号车间的东侧紧靠车间修建工厂变电所，其形式为外附式。 第四章 （三） 变电所主变压器和主结线方案的选择 1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可有下列两种方案 : 方案 台变压器：型式采用 容量根据式 ， 1000选一台 0型低损耗配电变 压器。 方案 台变压器：型号亦采用 量按式 即 N 级负荷） =（ 5+ 此两台选 0型低损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由临 近单位相联的高压联络线来承担。 主变压器的联结组别均采用 变电所主结线方案的选择 ,按上面考虑的两种主变压器的方案可设计两种主结线方案 : 11 (1) 装设一台变压器的主结线方案 电能计量柜避雷器及电压互感器出线柜2号进线开关柜高压柜列电源进线 电源进线1号进线开关柜 12 （ 2） 装设两台变压器的主结线方案 （ 3）两种主结线方案的计算经济经济比较表： 比较项目 装设一台 装设两台 技术指标 供电安全性 满足要求 满足要求 供电可靠性 基本满足 满足 供电质量 由于一台主变压器，电压损耗略大 由于有两台主变压器，电压损耗略小 供电灵活性 由于一台主变压器，灵活性稍差 由于有两台主变压器，灵活性较好 扩建适应性 稍差一些 更好一些 经济 电力变压器的综合投资 查表得单价为 15万则综合投 查表得单价为2号进线开关柜避雷器及电压互感器电能计量柜 出线柜 出线柜高压柜列电源进线 电源进线1号进线开关柜 13 指标 资为 30万 元 高压开关柜的综合投资 查表得单价为 则综合投资为 5=查表得单价为 6元 高压柜运行费用 折旧费 :30 万元 5%=元 维修费 :30 万元 6%=元 折旧费 :元 5%=元 维修费 :%=元 开关柜运行费用 折旧 费 : 元 5%=元 维修费 :元 6%=折旧费 :%=元 维修费 :%=元 供电补贴 21万元 21万元 从上表可知 ,按技术指标 ,装设两台主变压器的主结线方案略优于一台主变压器的主结线方案 ,但按经济指标 ,则装设一台主变压器的方案远优于装设两台主变压器的主结线方案 ,因此决定采用装设一台主变的方案。 14 第五章 （四）短路电流的计算 1绘制计算电路 2确定短路计算基 准值 设 00高压侧 低压侧 d 300 3 =d 300 3 44计算短路电路中各元件的电抗标幺值 (1) 电力系统的电抗标幺值 已知 00*1=100002)架空线路 查表 40此， X*2=（ 10 100 2= 3）电力变压器 查表 故 X*3=（ 100 103（ 100 1000=此绘等效电路图，如下图所示 15 短路总电抗及三相短路电流和短路容量 （ 1）总电抗标幺值： X*（ X*1+X*2= 2）三相短路电流周期分量有效值： I(3)*（ 3）其他三相短路容量为： I(3)=I (3)=I(3)=3)=)=3)= 4）三相短路容量为： )= 3 )= 3 （ 1）总电抗标幺值： X*（ X*1 X*2 X*3= 2）三相短路电流周期分量有效值为： )=X*（ 144 3）其他三相短路电流： I(3)=I (3)=I(3)=3)=)=3)= 4） 三相短路容量为： 3） = 3)= 3 上计算结果如下表所示： 短路计算点 三相短路电流 /相短路容量/16 ) I(3) I (3) ) ) ) 17 第六章 （五）变电所一次设备的选择与校验 1 10一次设备的选择与校验 a按工作电压选择 设备的额定电压 e 一般不应小于所在系统的额定电压 e b按工作电流选择 设备的额定电流 30，即 e c按断流能力选择 设备的额定开断电流 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 3） ，即 3） 。 d. 按短路的动热稳定度校验 1）动稳定校验条件 3） 或 3） 别为开关的极限通过电流峰值和有效值， 3） 、 3） 分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值。 2）热稳 定校验条件 I （ 3） 应上面的分析，如下表所示，由它可知所选一次设备均满足要求。 10一次设备的选择与校验 选择校验项目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度 装置地点条件 参数 N 3） 3） I （ 3） 据 10 次 设 额定参数 e e 流互感器 100/5 1000A 225 2 90 21=81 高压少油断路器 1030 A 16 0 62 18 备 型 号 规 格 30 4=1024 高压隔离开关 00 1000 A 25.5 025=500 高压熔断器 5 105A 25 高压避雷器 0 电压互感器 00 10 2 380V 侧一次设备的选择与校验 同样，做出 380V 侧一次设备的选择校验。与一次设备的校验不同的是，二次设备只需校验其电流、电压和断流能力，不需校验懂稳定度和热稳定读，如下表所示，所选数据均满足要求。 380V 侧一次设备的选择与校验 选择校验项目 电压 电流 断流能力 装置地点条件 参数 N 3） 数据 380V 次 设 备 型 号 规 额 定参数 e e 流互感器 500V 1500A 低压断路器 380V 1500 A 40 压刀开关 0 380V 1500 A 电流互感器 500V 1500A 19 格 单投开关 1 380V 1500A 低压断路器 80V 1500A 20 第七章 （六）变 电所高、低压线路的选择 变电所进出线缆的选择应从人员活动是否秘密集，场区是否紧凑等各方面考虑。因此，本设计书中生活区和仓库进出线缆选择架空线，并根据其发热条件、电压损耗和机械强度选择合适的铝绞线。其余各车间均用电缆线直埋，并根据其发热条件、电压损耗和热稳定度选择合适的电缆线。 变电所的低压结线方式根据可靠性程度选择放射式结线。 根据放射式结线方法在工厂总平面图上量得负荷中心到各个车间的距离，并算总和。因为负荷中心与 2 号锻压车间很近，变压器外附在 2 号车间的墙上，所以将负荷中心移至（ 计算得总 走线长度为 中架空线为 埋电缆线为 一、 101 10压进线的选择校验 采用 钢芯铝绞线架空敷设，接往 10用干线。 1）按发热条件选择 由 T=室外环境温度为 35，查表 ，初选 35时的 49A 足发热条件。 2） 校验机械强度 查附表 ， 10空裸导线的最小截面为 5 符合机械强度，满足要求，故选它。 由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。 2高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用 交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆埋地敷设。 1） 按发热条件选择 由 T=土壤环境 25，查表 ，初选缆线芯截面为25交联电缆，其 10A 足发热条件。 2） 校验热稳定度 按公式 A (3)（）， A 为母线截面积，单位为 21 满足短路热稳定条件的最大截面积，单位为 C 为材料热稳定系数； I (3) 为母线通过的三项短路稳态电流，单位为 A； 短路发热假想时间，单位为 s；本电缆线中 I (3) =1720A， 端变电所保护动作时间为 路器断路时间为 C=84，把这些数据代入公式得 I (3)（） =1720A（ 84） =A=25足要求。 因此选择 25 电缆。 二、 3801铸造车间 馈电给 1 号厂房（铸造车间）的线路采用 聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。 1） 按发热条件选择 由 地下 壤温度为 25，查表得，初选缆芯截面为70 85A 足发热条件。 2） 电压损耗的校验 由如上图的工厂平面图量得变电所至 1 号厂房距离约为 31m，而查表得到70铜芯电缆的 缆芯 工作温度 75计）， 1 号车间的 线路电压损耗为 U=（ X） / （ (80V) 100%= 5%。 3） 热稳定度校验 I (3)（） =18730A（ 100） =A =70满足短路热稳定要求，故改选缆芯为截面为 185 电缆，即选185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。 2锻压车间 馈电给 2 号厂房（锻压车间）的线路，亦采用 185+1 95 的 22 四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 3金工车间 馈电给 3 号厂房（金工车间）的线路，亦采用 185+1 95 的四芯聚氯乙 烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 4工具车间 馈电给 4 号厂房（工具车间）的线路，亦采用 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 5电镀车间 馈电给 5 号厂房（电镀车间）的线路，亦采用 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 6装配车间 馈电给 7 号厂房（装配车间）的线路，亦采用 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 7机修车 间 馈电给 8 号厂房（机修车间）的线路，亦采用 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 8锅炉房 馈电给 9 号厂房（锅炉房）的线路，亦采用 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 9热处理车间 1）按发热条件选择 由 地下 壤温度为 25，查表得，缆芯截面最大的为 185 21A 以满足发热条件。 2）电压损耗的校验 由工厂平面图量得变电所 至 1 号厂房距离约为 36m，而查表得到 185 0=缆芯工作温度 75计）， 热处理车间的 线路电压损耗为 U=（ X） / （ (80V) 100%= 5%。 3）热稳定度校验 I (3)（） =18730A（ 100） =A =185足短路热稳定要求，故选一条缆芯截面为 185 电缆并行埋地敷设，即选 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。 10仓库 馈电给 10 号厂房（仓库）的线路，采用铝绞线架空敷设。 1） 按发热条件选择 由 环境温度（年最热月平均气温）为 28，查表得，初选 28时， 足发热条件。 2）校验机械强度 查表 ，最小允许截面 6 足要求，故选它。 3）校验电压损耗 由图 1示的工厂平面图量得变电所至 10 号厂房距离约为 查表 铝绞线的 线间几何间距 又 10 号厂房（仓库）的 线路电压损耗为 U=（ X） / （ (80) 100%= 5%。 满足允许电压损耗要求。因此决定采用 绞线架空线路对仓库供电。 11生活区 馈电给 10 号厂房（仓库）的线路，采用铝绞线架空敷设。 2） 按发热条件选择 由 环境温度（年最热月平均气温）为 28，查表得，初选 28时， 40A 足发热条件。 24 2）校验机械强度 查表 ，最小允 许截面 6 足要求，故选它。 3）校验电压损耗 由图 1查表 铝绞线的 线间几何间距 ），又生活区的 64线路电压损耗为 U=（ X） / （ 264(80 V) 100%= 5%。 满足允许电压损耗要求。因此选 铝绞线架空线路对生活区供电。 以上所选变电所进出线的导线和电缆型号规格如表 7示。 表 7出线的导线和电缆型号规格 线路名称 导线或线缆的型号规格 10源进线 绞线 主变引入电缆 25 交联电缆（直埋） 380线 至 1 号厂房 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆（直埋） 至 2 号厂房 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆（直埋） 至 3 号厂房 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆（直埋） 至 4 号厂房 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆（直埋） 至 5 号厂房 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆（直埋） 至 6 号厂房 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆（直埋） 至 7 号厂房 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆（直埋） 至 8 号厂房 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆（直埋） 至 9 号厂房 185+1 95 的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆（直埋） 至 10 号厂房 绞线（架空敷设） 至生活区 绞线（架空敷设） 25 第八章 (七 )变电所二次回路方案选择及继电保护的整定 1变电所二次回路方案的选择 （ 1）高压断路器的控制与信号回路 断路器采用手力操动机构，其控制与信号回路如图 8示。 ( )( )( )灯光音响信号制小母线 色信号灯 号小母线 2 限流电阻 断器 电保护装置出口继电器触点 闸线圈 断路器辅助触点 色信号灯 动操动机构辅助触点 图 8力操动机构的断路器控制回路及其信号系统 合闸时，推上手力操动机构操作手柄使断路器合闸。这时断路器的辅助触点 闭合，红灯 ，指示断路器在合闸位置（注意 通电，但由于 2 的限流，不会动作。）在合闸同时 断开，绿灯 。 分闸时，扳下操作手柄使断路器跳闸。断路器 的辅助触点 断开，红灯，并切除跳闸电源，同时辅助触点 闭合，绿灯 。指示断路器在合闸位置。 （ 2）变电所的测量与绝缘监察回路 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 成 0/ (开口 ) 0/的接线，用以实现电压测量和绝缘监察，见图 为备用电源的高压联络线上，装有三相有工电度表和三相无功电度表、电流表， 26 见图 压进线上，也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有工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。电压器的二次侧有两组绕组，一组接成星形，在它的引出线上接三相电压表：系统正常运行时，反应各个相电压：在系统发生一相接地时，相对应相的电压表指零，另两只电压表读数升高到线电压。另一组接成开口三角形（也称辅助二次绕组），构成零序电压过滤器，在开口处接一个过电压继电器：系统正常运行时，三相电压对称，开口三角形两端电压接近于零，继电器不动作；在系统发生一相接地时，接地相电压为零，另两个互差 120的相电压叠加，则使开口处出现近 100电压继 电器动作，发出报警的灯光和音响信号。根据信号和电压表指示可以知道发生了接地故障且知道故障识别，但不能辨别是哪一条线路发生了接地故障。如果高压线路较多时，采用这种绝缘监察装置还是不够的，由此可见，这种装置只适用于线路数目不多，并且允许短时停电的供电系统中。 （ 1）主变压器的继电保护装置 1）装设瓦斯保护 当变压器油箱内产生轻微瓦斯故障时，瞬时动作于信号回路进行报警； 当变压器油箱产生严重瓦斯故障时或油面严重下降时，应产生变压断路器动作信号。 2） 装设反时限过电流保护 采 用 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。装置如图 8示 相过电流与速断相过电流与速断公共线与接地 27 3主变压器继电保护动作电流的整定 m a l *K*电器返回系数 线系数 ，电流互感器的电流比 00/5=20， 因此过电流保 护动作电流整定为 8A。 4主变压器过电流保护动作时间的整定 变压器过电流保护的动作时间，也按阶梯原则整定。但对车间变电所来说，由于它属于电力系统的终端变电所，因此其动作时间可整定为最小值 5主变压器过电流保护灵敏度的校验 Sp=) )=（ ) （ （ 10.4 = 1= 0 20/1=200A 因此 50A/200A=足灵敏度系数的 要求。 6主变压器速断电流保护 采用 速断装置 1） 速断电流的整定 km 其中， ， 00/5， )/ 10.4 = 因此速断保护电流为 1 750A） /20=）速断电流倍数 0A=28 因为 需要取整，所以电流倍数为 3）电流速断保护灵敏度的校验 ) 中 )=)=) =1= 20/1=1125A 因此 490A/1125A=29 第九章 (八 )防雷和接地装置的设计 1变电所公共接地装置的要求 （ 1） 接地电阻的要求 此变电