光明机械厂降压变电所的电气设计.doc

光明机械厂降压变电所的电气设计 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 1.2.1工厂总平面图 1.2.2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8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。工厂负荷统计资料如下1.2.3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2s，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30km。1.2.4气象资料 本厂所在地区的年最高气温为40度，年平均气温为23度，年最低气温为 - 13度，年最热月平均最高气温为33度，年最热月平均气温为28度，年最热月地下0.8m处平均温度为25。年雷暴日为60。1.2.5地质水文资料 本厂所在地区平均海拔700米，底层以砂粘土为主，地下水位为30米。表1-1工厂负荷统计资料厂房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3000307照明608102锻压车间动力35003065照明807107金工车间动力40002065照明1008106工具车间动力3600306照明709104电镀车间动力2500508照明508103热处理车间动力1500608照明508109装配车间动力1800307照明6081010机修车间动力16002065照明408108锅炉车间动力500708照明108105仓库动力200408照明10810生活区照明3500709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：1. 铸造车间：动力部分 照明部分 2. 锻压车间：动力部分， 照明部分，； 3. 金工车间：动力部分， 明部分，； 4. 工具车间：动力部分， 照明部分， 5. 电镀车间：动力部分， 照明部分，； 6. 热处理车间：动力部分， 照明部分， 7. 装配车间：动力部分， 照明部分， ； 8. 机修车间：动力部分， 照明部分， ； 9. 锅炉房：动力部分， 照明部分，； 10. 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aakvi58.1607kv38.03.93.1044)2(30=变压器的功率损耗为： kwakvspt67.15.93.1044015.0015.0)2(30=d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，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，、分别代表厂房1、2、3.10号的功率，设定（2.5，5.6）、（3.6，3.6）、（5.7，1.5）、（4，6.6）、（6.2，6.6）、（6.2，5.2）、（6.2，3.5）、（8.8，6.6）、（8.8，5.2）、（8.8，3.5），并设（1.2，1.2）为生活区的中心负荷，如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在p(,),其中p=+=。可得负荷中心的坐标： （3-1） （3-2）把各车间的坐标代入（3-1）、（3-2），得到=5.38，=5.38 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房的西北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，其型式为附设式。图3-1 按负荷功率矩法确定负荷中心第4章 变压器的选择及主接线方案的确定4.1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=1250 kva=1068.49 kva，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（4-1）、（4-2）选择，即 (4-1) (4-2)代入数据可得：=（0.60.7）1068.49=（641.09747.94）。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dyn11，如表3-1所示 。表4-1 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） 按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：4.1.1装设一台主变压器的主接线方案如图4-1所示图4-1 装设一台主变压器的主接线方案4.1.2装设两台主变压器的主接线方案如图4-2所示 图4-2 装设两台主变压器的主接线方案4.2 主接线方案的技术经济比较 a.装设一台变压器的主接线图方案和装设两台变压器的主接线图方案都满足安全和可靠原则；b.装设一台变压器的方案比装设两台变压器的灵活性较差，但也基本满足工厂要求；c.装设一台变压器方案所需的费用要远远低于装设两台变压器方案所需的费用。从上述比较可以看出，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优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。第5章 短路电流的计算5.1 绘制计算电路 500mvak-1k-2lgj-150,8km10.5kvs9-12500.4kv(2)(3)(1)系统图5-1 短路计算电路5.2 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 5.3 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-2图5-2 短路计算等效电路5.4 k-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 5.5 k-2点（0.4kv侧）的相关计算1.总电抗标幺值=0.2+2.6+4.5=6.4 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 如图表4-1所示。表5-1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6章 变电所一次设备的选择校验6.1 10kv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6-1 10 kv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()1.96ka5.0ka一次设备型号规格额定参数高压少油断路器sn10-10i/63010kv630ka16ka40 ka高压隔离开关-10/20010kv200a-25.5 ka二次负荷0.6高压熔断器rn2-1010kv0.5a50 ka-电压互感器jdj-1010/0.1kv-电压互感器jdzj-10-电流互感器lqj-1010kv100/5a-=31.8 ka=81户外隔离开关gw4-12/40012kv400a-25ka6.2 380v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6-2所示，所选数据均满足要求。 表6-2 380v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-一次设备型号规格额定参数-低压断路器qf/qf dw15-2500380v2000a60ka2500a-低压断路器qf1 dw15-200380v200a20ka200a-低压断路器qf2 dw15-400380v300a25ka400a-低压断路器qf3 dw15-200380v200a20ka200a-低压断路器qf4 dw15-400380v300a25ka400a-低压断路器qf5 dw15-200380v200a20ka200a-低压断路器qf6 dw15-200380v200a20ka200a-低压断路器qf7 dw15-200380v200a20ka200a-低压断路器qf8 dw15-200380v100a20ka200a-低压断路器qf9 dw15-200380v100a20ka200a-低压断路器qf10 dw15-200380v100a20ka200a-电流互感器lmzj1-0.5500v1500/5a-电流互感器lmz1-0.5500v100/5a160/5a-6.3 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。第7章变压所进出线与邻近单位联络线的选择7.110kv高压进线和引入电缆的选择7.1.110kv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=59a及室外环境温度33，查表得，初选lgj-35,其35c时的=93.5,满足发热条件。b).校验机械强度查表得，最小允许截面积=35，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。7.1.2由高压配电室至主变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=59a及土壤环境25，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=90a,满足发热条件。b)校验热路稳定按式，a为电缆线截面积，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；为电缆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=1960，=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=77，把这些数据代入公式中得，满足发热条件。 b）校验电压损耗由图1.1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=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又1号厂房的=94kw, =91.8 kvar，故线路电压损耗为，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, =6 kvar，因此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=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-1000-175橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格。7.3作为备用电源的高压联络线的选择校验采用yjl2210000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。7.3.1按发热条件选择 工厂二级负荷容量共336.4kva，最热月土壤平均温度为25。查表工厂供电设计指导8-43，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。7.3.2校验电压损耗 由表工厂供电设计指导8-41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。7.3.3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 7-1所示。表7-1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yjl2210000325交联电缆（直埋）380v低压出线至1号厂房vlv2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房vlv2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房vlv2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房vlv2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房blv100014铝芯线5根穿内径25硬塑管至6号厂房vlv2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房vlv2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房vlv2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房vlv2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房vlv2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至生活区四回路，每回路3blx-1000-1120+1blx-1000-175橡皮线（三相四线架空线）与临近单位10kv联络线yjl2210000316交联电缆（直埋）第8章降压变电所防雷与接地装置的设计8.1直接防雷保护 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雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻（表9-6）。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长11.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。8.2雷电侵入波的防护 a)在10kv电源进线的终端杆上装设fs410型阀式避雷器。引下线采用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。 b）在10kv高压配电室内装设有gg1a（f）54型开关柜，其中配有fs410型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。 c）在380v低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。第章二次回路方案选择在供配电系统的运行过程中，往往由于电气设备的绝缘损坏、操作维护不当以及外力破坏等原因，造成系统故障或不正常的运行状态。在供配电系统中最常见的故障和不正常的运行状态为断线、短路、接地及过载。为了保证供配电系统的安全可靠运行，避免过载引起的过电流或短路产生的故障电流对系统的影响，在供配电系统中需装设不同类型的保护装置。保护装置的任务：一是故障时跳闸；二是异常状态发出报警信号。根据继电保护装置所担负的任务，它必须满足以下四项基本要求，即选择性、速动性、可靠性和灵敏性。