供用电技术课程设计2

1、负荷计算和无功功率补偿 1.1、负荷计算 各厂房和生活区的负荷计算如表 2 所示。 表 2 XX 机械厂负荷计算 计算负荷编 号 名称 类别 设备容 量 Pe/kW 需要系数 Kd costan P30/kw Q30/kvar S30/kVA I30/A 动力 350 0.3 0.65 1.17 105 123 照明 10 0.8 1.0 0 8 01 锻压车间 小计 360 113 123 167 254 动力 380 0.3 0.7 1.02 114 116.3 照明 8 0.7 1.0 0 5.6 02 铸造车间 小计 388 119.6 116.3 167 254 动力 360 0.3 0.6 1.33 108 144 照明 9 0.9 1.0 0 8.1 03 工具车间 小计 369 116.1 144 185 281 动力 370 0.2 0.65 1.17 74 86.6 照明 8 0.8 1.0 0 6.4 04 金工车间 小计 378 80.4 86.6 118 179 动力 160 0.6 0.80 0.75 96 72 照明 6 0.8 1.0 0 4.8 05 热处理车间 小计 166 100.8 72 124 188 动力 250 0.5 0.80 0.75 125 93.8 照明 10 0.8 1.0 0 8 06 电镀车间 小计 260 133 93.8 163 248 动力 150 0.2 0.65 1.17 30 35.1 照明 5 0.8 1.0 0 4 07 机修车间 小计 155 34 35.1 49 74 动力 170 0.3 0.70 1.02 51 52 照明 7 0.8 1.0 0 5.6 08 装配车间 小计 177 56.6 52 77 117 动力 12 0.3 0.80 0.75 3.6 2.7 照明 21 0.7 1.0 0 14.7 09 仓库 小计 33 18.3 2.7 18 27 动力 65 0.7 0.7 1.02 45.5 46.4 照明 1 0.8 1.0 0 0.8 010 锅炉房 小计 66 46.3 46.4 66 100 生活区 照明 230 0.7 0.9 0.48 161 77.3 179 272 计算负荷编 号 名称 类别 设备容 量 Pe/kW 需要系数 Kd costan P30/kw Q30/kvar S30/kVA I30/A 动力 2267 照明 315 979.1 849.2总计(380V 侧) 计入 K =0.8P K =0.85q0.74 783.3 721.8 1065 1618 1.2、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 0.74.而供电部门要求 该厂 10kv 进线侧最大负荷时功率因数应稍大于 0.90,暂取 0.92 来计算 380V 侧 所需无功功率补偿容量: Qc=P30(tan 1-tan 2)=783.3tan(arccos0.74)-tan(arccos0.92)kvar=378kvar 补偿屏,并联电容所以选 PGJ1 型低压自动器为 BW0.4-14-3 型,采用其方案 1(主 屏)1 台与方案 3(辅屏)4 台相组合,总共容量 。因此无功补4205var8kvark 偿后工厂 380V 侧和 10kv 侧的负荷计算如表 3 所示。 表 3 无功补偿后工厂的计算负荷 计算负荷项目 cos P30/kw Q30/kvar S30/kVA I30/A 380V 侧补偿前负 荷 0.74 783.3 721.8 1065 1618 380V 侧无功补偿 容量 -420 380V 侧补偿后负 荷 0.933 783.3 301.8 839.4 1275 主变压器功率损耗 0.015S30=13 0.06S30=50 10kv 侧负荷总计 0.92 796.3 351.8 871 50 2、变电所位置和形式的选择 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,计算公式如下: ipxPXx)(321 iypyyp)(321 经过测量在工厂平面图上各 P 点坐标如下所示: P1(2.5,5.7) P2(3.6,3.6) P3(5.6,1.4) P4(4,6.7) P5(6.2,6.7) P6(6.2,5.1) P7(6.2,3.4) P8(8.6,6.7) P9(8.6,5) P10(8.6,3.4) P11(1.2,1.2) P 值在表 1 里已经算出 ,将数值代入以上公式计算后得: X=4.7 Y=4.2 所以负荷中心的点 P 坐标为 P(4.7,4.2)，由计算结果可知,工厂的负荷中心在 7 号 厂房(机修车间) 的西北角,考虑到周围环境及进出线的方便,决定在 7 号厂房(机修 车间)的西侧紧靠厂房建造工厂变电所.形式为附设式。 3、变电所主变压器及主接线方案的选择 3.1、变电所主变压器的选 根据工厂的附和性质和电源情况,工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可 供选择的方案: (1) 装设一台主变压器 型号采用 S9 型,容量根据公式 ,选择30STN ,即选一台 S9-1000/10 型低损耗配电变压器。至于kVASTN10 kVAS87130 工厂耳级负荷所需的备用电源,考虑由于邻近单位相联的高压联络线来承担。 (2) 装设两台主变压器 型号亦采用 S9 型,而每台变压器容量按公式选择 即: kVASSTN )610523(87).06()7.06(3 kVA913 因此选择两台 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 亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用 Yyn0。 3.2、变电所主接线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器方案可设计两种主接线方案 (1) 装设一台主变压器的主接线方案 (2) 装设两台主变压器的主接线方案 3.3、两种主接线方案的技术经济比较 如表 4 所示 表 4 两种主接线方案的比较 比较项目 装设一台主变的方案 装设两台主变的方案 供电安全性 满足要求 满足要求 供电可靠性 基本满足要求 满足要求 供电质量 由于一台主变,电压损耗较大 由于两台主变并列,电压损耗略小 灵活方便性 只一台主变灵活性稍差 由于有两台主变,灵活性较好 技 术 指 标 扩建适应性 稍差一些 更好一些 经 济 指 标 电力变压器的 综合投资额 由表查得 S9-1000/10 的单价约 为 15.1 万,而又知变压器的综合 投资约为其设备单价地倍,因此 其综合投资约为 万元=30.2 万元1.52 S9-630/10 的单价约为 10.5 万元, 因此两台变压器的综合投资约 为 万元=42 万元,比一台5.104 主变压器方案多投资 11.8 万元 比较项目 装设一台主变的方案 装设两台主变的方案 高压开关柜(含 计量柜)的综合 投资额 GG-1A(F)型柜可按每台 4 万元 计.其综合投资可按设备价的 1.5 倍计,因此高压开关柜的综 合投资约为 万元=24 万元45.1 本方案采用 6 台 GG-1A(F)柜, 其综合投资约为 6 1.5 4 万元 =36 万元 ,比第一台主变方案多 投资约 12 万元 电力变压器和 高压开关柜的 年运行费 主变的折旧费=30.2 万元 0.05=1.51 万元 ;高压开关柜的 折旧费=24 万元 万4.106. 元;变配电设备的维修管理费 =(30.2+24)万元 万253 元。因此主变和高压开关设备 的折旧和维修管理费 =(1.51+1.44+3.25)万元=6.2 万元 (其余项目从略) 主变的折旧费=42 万元 万元;高压开关柜的1.20. 折旧费=36 万元 万16.20. 元;变配电设备的维修管理费 =(42+36)万元 万元。84 因此主变和高压开关设备的折 旧和维修管理费 =(2.1+2.16+4.68)万元=8.94 万元, 比一台主变方案多耗资 2.74 万 元 经 济 指 标 供电贴费 按主变容量每 KVA900 元计,供 电贴费=1000KVA 万元09. /KVA=90 万元 供电贴费=2 万09.63KVA 元=113.4 万元 ,比一台主变方案 多交 23.4 万元 从上表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,则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方 案,根据实际情况考虑决定采用装设一台主变的方案。 4、短路电流的计算 4.1、绘制计算电路图 如图 2 所示 图 2 短路电流电路图 4.2、确定短路计算基准值 设 Sd=100MVA, Ud=Uc=1.05UN, 即高压侧 Ud1=10 低压侧 Ud2=0.38kv5.10. kv4.05.1 AMVIdd.311 AMVSIdd.322 4.3、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: VASoc502.1*1MXocd (2) 架空线路的电抗标幺值: 使用 LGJ-150 线距为 1.5m 查表可知线路电抗 X0=0.34 /km,而线路长 7km 2.)5.1()734.0(20*2 kVAUSlXcd (3) 电力变压器的电抗标幺值 查表,S1000/10 Yyn0 接法 得 UZ%=4.5,故 5.4105.410*3 MVASUXNdk 绘制短路计算等效电路如图所示 *1/X*2/X*3/X 图 3 短路计算等效电路图 4.4、计算 k-1 点（10.5kv 侧）的短路电流及三相短路电流和短 路容量 (1) 总电抗标幺值 4.2.0*21)( Xk (2) 三相短路电流周期分量有效值 kAIIkdk 3.4.5)1*()3(1 (3) 其他短路电流 在无限大容量系统中: IIk.2)3(1)3()( 短路冲击电流: kAish 95.5.2)()3( 短路冲击电流有效值: IIs 47.3)3()( (4) 三相短路容量 MVAXSkdk .1.20)1(*)3(1 4.5、计算 k-2 点(0.4kv 侧) 的短路电路总电抗及三相短路电流和 短路容量 (1) 总电抗标幺值 9.6542.0*32*1)2(* XXk (2) 三相短路电流周期分量有效值 kAXIIkdk 9.20.614)2(*)3(2 (3) 其他短路电流 在无限大容量系统中: IIk. )3(2)3()( 短路冲击电流: kish 58904.18. )3( 短路冲击电流有效值: Ash .21 )3()3( (4) 三相短路容量 MVXSkdk 5.49.610)2(*)3(1 以上结果如表 5 所示 表 5 短路计算结果 三相短路电流/kA 三相短路容量 /MVA 短路计算点 )3(kI)()3(I)(shi)3(sI)3(kS k-1 2.3 2.3 2.3 5.9 3.47 41.7 k-2 20.9 20.9 20.9 38.5 21.5 14.5 5、变电所一次设备的选择校验 5.1、 10kV 侧一次设备的选择校验 如表 6 所示 表 6 10kV 侧一次设备的选择校验 选择校验项 目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度 其他 参 数 NUNI )3(kI)3(shi maitI2)3( 装置地 点条件 数 据 10kV 57.7A 2.3kA 5.9kA 2.32 1.9=10.1 额定参 数 eN eNIocImaxitI 高压少 油断路 器 SN10- 10I/630 10kv 630A 16kA 40kA 51262 高压隔 离开关 GN -68 107/400 10kv 400A 40kA 9805142 高压熔 断器 RN2-10 10kv 0.5A 50kA 电压互 感器 JDZ-10 10/0.1kv 电压互 感器 JDZ6-10 31.0/ kv 电流互 感器 LQJ-10 10kv 5100A kA8.31.0 251).09(2 二次负荷 0.6 一 次 设 备 型 号 规 格 选择校 验项目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度 其他 避雷器 FS4-10 10kv 一 次 设 备 型 号 规 格 户外式 隔离开 关 GW4- 40.5 35kv 630A 50kA 16042 5.2、 380V 侧一次设备的选择校验 如表 7 所示 表 7 380V 侧一次设备的选择校验 选择校验项 目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度 其他 参 数 NU30I )3(kI)3(shi maitI2)3( 装置地 点条件 数 据 380V 总 1275A 20.9kA 38.5kA 20.92 0.7=305. 8 额定参 数 eN eNIocImaxitI 2 低压断 路器 DW15- 1500/3D 380v 1500A 40kA 低压断 路器 DZ20- 630 380v 630A (大于 I30) 30kA (一般) 低压断 路器 DZ20- 200 380v 200A (大于 I30) 25kA (一般) 低压刀 开关 HD13- 1500/30 380v 1500A 一 次 设 备 型 号 规 格 选择校 验项目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度 其他 电流互 感器 LMZJ1- 0.5 500v 1500/5A 一 次 设 备 型 号 规 格 电流互 感器 LMZJ1- 0.5 500v 100/5 A 160/5 A 5.3、高低压母线的选择 按照表 610kv 变电所高低压 LMY 型硬铝母线的常用尺寸所来看 选择 10kv 母线为 LMK-3(40 4).即相母线尺寸为 40mm 4mm; 选择 380v 母线为 LMY-3(120 10)+80 6.即相母线尺寸为 120mm 10mm, 而中性母线尺寸为 80mm 6mm. 6、变电所进出线及与邻近单位联络线的选择 6.1、 10KV 高压进线和引入电缆的选择 6.1.1、10KV 高压进线的选择校验采用 LJ 型铝绞线架空敷设，接往 10KV 公用 干线。 （1）按发热条件选择 由 及室外环境温度 33 C，查表初AITN7.5130 选 LJ-25，其 35 C 时的 ，满足发热条件。2Ial (2)校验机械强度 查表得，最小允许截面 ，因此按发热条件2min35 选择的 LJ-25 不满足机械强度要求，故改选 LJ-35。 由于此线路很短，不需要校验电压损耗。 6.1.2、由高压配电室至主变的一端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直接埋地敷设。 （1）按发热条件选择 由 及土壤温度 25 C 查表初选缆芯AITN7.5130 截面为 25mm2 的交联电缆，其 ，满足发热条件。309al （2）校验短路热稳定 按下式计算满足短路热稳定的最小截面 222)3(min 56750 mAmCtIAima 式中 C 值由表 5-13 查得；t ima 按终端变电所保护动作时间 0.5S，加断路器时间 0.2S，再加 0.05S 计，故 tima=0.75S。因此 YJL22-10000-3 25 电缆不满足短路 热稳定条件。应选择 YJL22-10000-3 35 电缆。 6.2、 380V 低压出线的选择 6.2.1、馈电给 1 号厂房（锻压车间）的线路 采用 VLV22-1000 型聚氯乙烯绝 缘铝芯电缆直接埋地敷设。 （1） 按发热条件选择 由 及地下 0.8m 土壤温度为 25 C，查表AI25430 初选缆芯截面为 185mm2，其 ，满足发热条件。307Ial （2） 校验电压损耗 由所给工厂平面图量得变电所至 1 号厂房距离约为 68m，而由表查得 185mm2 的铝芯电缆的 （按缆芯工作温度KmR/1.0 75 C 计） ， ，又 1 号厂房的 ，因此按 kmX/07. var23,03kQkWP 式 得：NUqpR)( %55.1%038.5 8.538)06.7(var2)6.2(1 alUVU VkkW 故满足允许电压损耗的要求。 （3）短路热稳定度校验 按下式计算满足短路热稳定的最小截面 22)3(min 38765.029mCtIAima 由于前面按发热条件所选 185mm2 的缆芯截面小于 ，不满足短路热稳定要inA 求，故改选缆芯截面为 240mm2 的电缆，即选 VLV22-1000-3 240+1 185 的四 芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中型线芯按不小于相线芯一半选择，下同。 6.3、作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用 YJL22-1000 型交联聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设，与相距约 2km 的邻近单位变配电所的 10kv 母线相联。 （1）按发热条件选择 工厂二级负荷容量共 167+163+66=396kVA， ，而最热月土壤平均温度为 25 C，因此查表，AKVkAI 9.2)103/(9630 初选缆芯截面为 25mm2 的交联聚氯乙烯绝缘铝芯电缆（注：该型电缆最小缆芯 截面为 25mm2， ） ，其 ，满足发热条件。30IIal （2）校验电压损耗 由表可查得缆芯为 25mm2 的铝芯电缆的 ， （按缆芯工作温KmR/54.10 度 75 C 计） ， ，而二级负荷的 ， kmX/1.0 var5.26,928303 kQkWP 线路长度按 2km 计，因此 %598.0%102.98 .)1.(var.26)54.(. alUVU VkW 由此可见该电缆满足允许电压损耗要求。 （3） 短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆 芯 25mm2 的交联电缆是满足短路热稳定要求的。由于邻近单位 10kv 的短路数 据不详，因此该联络线的短路热稳定校验无法进行，只有暂缺综合以上所选变 电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表 8 所示。 表 8 变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格 线路名称 导线或电缆型号规格 10kv 电源进线 LJ-35 铝绞线（三相三线架空） 主变引入电缆 YJL22-10000-3 35 型交联电缆（直埋） 至 1 号厂房 VLV22-1000-3 240+1 185 四芯塑料电缆 至 2 号厂房 VLV22-1000-3 240+1 185 四芯塑料电缆 至 3 号厂房 VLV22-1000-3 240+1 185 四芯塑料电缆 至 4 号厂房 VLV22-1000-3 240+1 185 四芯塑料电缆 至 5 号厂房 VLV22-1000-3 240+1 185 四芯塑料电缆 至 6 号厂房 VLV22-1000-3 240+1 185 四芯塑料电缆 至 7 号厂房 BLV-1000-1 50 铝芯塑料线 5 根穿内径 65mm 硬塑管 至 8 号厂房 VLV22-1000-3 240+1 185 四芯塑料电缆 至 9 号厂房 VLV22-1000-3 240+1 185 四芯塑料电缆 至 10 号厂房 VLV22-1000-3 240+1 185 四芯塑料电缆 380V 低压 出线 至生活区 4 回路，每回路 1 BLX-1000-1 150+1 BLX-1000-1 70 橡皮线（三相四线架空） 与邻近单位 10kv 联 络线 YJL-10000-3 25 交联电缆（直埋） 7、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 7.1、高压短路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用弹簧储能操作机构，可实现一次重合闸。 7.2、变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜，其上装有三相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。 7.3、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 JDZJ-10 型，组成 Y0/Y0/（开口三角）的接线，用以实现电压测量和绝缘监视。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，亦装有电流表。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。低压母线上装有电压表。仪表的准确 度级按规范要求。 7.4、变电所的保护装置 7.4.1 主变压器的继电保护装置 （1）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；当因严重故障产生大量瓦斯时，则动作于跳闸。 （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。 过电流保护动作电流的整定利用式 ，式中maxLirewlopIKI AkVkAII TNL 157.2)103/(102)35.1(11max 5,8.,. iKrerel 因此动作电流为 IOP.920.3 因此过电流保护动作电流 IOP 整定为 10A。 （注意：GL15 型继电器的过电 流保护动作电流只能 210A，而且为整数） 过电流保护动作时间的整定 由于本变电所为电力系统的终端变电所，故其 过电流保护动作时间（10 倍动作电流动作时间）可整定为最短的 0.5s。 过电流保护灵敏系数的检验 利用式 ，式中，5.1minopkISKAVKAKIKI TkTkk 724.0)./0/(9.286.0/86.0/)3(2)2(min ，wiOP11 因此其保护灵敏系数为 5.62.30/724ASP 满足规定的灵敏系数为 1.5 的要求。 （3） 电流速断保护 利用 GL15 型继电器的电流速断装置来实现。 速断电流的整定 利用式 ，式中：TiwreldbKIkAkk9.20)3(max 254.0/1,5/10,4.1 KViKTrerel 因此速断电流为： Iqb .82. 速断电流倍数整定为： （注意： 可不为整数，但9.510.AIopqb qb 必须在 28 之间。 ） 电流速断保护灵敏系数的检验 利用式 ，式中，21minqbkpISKAkIIkkk 9.3