工厂供电课程设计---工厂变电所设计.doc

绪论本课程设计检验我们本学期学习的情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定。 电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占比例一般很小（除电化工业）。电能在工业生产中的重要性，并不在于在产品成本或投资总额所占比重多少，而在于工业生产实现电气化后可以大大增加产量，减轻工人劳动强度，降低生产成本，提高产品质量，提高劳动生产率，改善工作条件，有利于实现生产过程自动化。另一方面，如果工厂电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重后果。因此做好工厂供电工作对发展工业生、实现工业现代化都具有极其重要的意义，对于节约能源、支援国家经济建设同样也具有重大意义。本设计为工厂变电所设计，对在工厂变电所设计中的若干问题如负荷计算，三相短路分析，短路电流计算，高低压设备的选择与校验，防雷与接地，变电所的过电压保护，计量无功补偿等几方面的设计进行了阐述。工厂供电工作要很好为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，同时做好节能工作，要从以下基本要求做起:（1）安全 在电能的供应、分配和利用过程中，不应发生人生事故及设备事故。（2）可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3）优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。（4）经济 供电系统投资要尽量少，运行费要低，尽可能节约电能和减少有色金属消耗。 此外，在供电工作中，要合理处理局部和全局、当前和长远等关系，要做到局部与全局协调，顾全大局，适应可持续发展要求。 目录 一 设计要求 二 负荷计算和无功功率补偿 三 变电所的所址与型式 四 确定车间变电所主变压器型式.容量.台数及主接线 方案的选择 五 短路电流的计算 六 选择车间变电所高低压进出线 七 选择电源进线的二次回路方案及整定继电保护 八 车间变电所的防雷及接地装置的设计 九 变电所主接线电路图 平 剖面图 十 课程设计总结心得体会 附录参考文献 一 设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。二 负荷计算和无功功率补偿 1负荷计算1单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW） = ， 为系数b)无功计算负荷（单位为kvar）= tanc)视在计算负荷（单位为kvA）=d)计算电流（单位为A） =, 为用电设备的额定电压（单位为KV）2多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW）=式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.850.95b)无功计算负荷（单位为kvar）=，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.90.97c)视在计算负荷（单位为kvA） =d)计算电流（单位为A） =经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2.1所示（额定电压取380V）编号名称类别设备容量/kW需要系数costan计算负荷/kW/kvar/kVA/A1铸造车间动力30003071.029091.8照明6081004.80小计30694.891.81322012锻压车间动力350030651.17105123照明8071005.60小计358110.61231652517金工车间动力400020651.178093.6照明100810080小计4108893.61281946工具车间动力36003061.33108144照明7091006.30小计367114.31441842804电镀车间动力25005080.7512593.8照明50810040小计25512993.81602443热处理车间动力15006080.759067.5照明50810040小计1559467.51161769装配车间动力18003071.025455.1照明6081004.80小计18658.855.180.612210机修车间动力160020651.173237.4照明4081003.20小计16435.237.451.4788锅炉车间动力5007080.753526.3照明1081000.80小计5135.826.344.4675仓库动力2004080.7586照明1081000.80小计218.8610.716.211生活区照明3500.70.90.48245117.6272413总计（380V侧）动力22201015.3856.1照明403计入=0.8, =0.850.75812.2727.610901656表2.1各厂房和生活区的负荷计算表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抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：=(tan - tan)=812.2tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) = 370.30 kvar参照图2，选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）6台相结合，总共容量为84kvar6=504kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷=（697.3-504）kvar=193.3 kvar，视在功率=868.5 kVA，计算电流=1320 A,功率因数提高为cos=0.935。在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表3所示。 图2.1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案表2.2无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷/KW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.75812.2727.610901656380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.935812.2307.6868.51320主变压器功率损耗0.015=130.06=5210KV侧负荷计算0.92825.2359.690052三 变电所的所址与型式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。工厂的负荷中心假设在P(,),其中P=+=。因此仿照力学中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标： （3-1） （3-2） 把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到=4.14，=3.97 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在4号厂房（工具车间）的东北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在4号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。 四 确定车间变电所主变压器型式.容量.台数及主接线 方案的选择一变电所主变压器台数和容量的选择（一）变压器的选择 1. 变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器： （1）、有大量一级或二级负荷； （2）、季节性负荷变化较大； （3）、集中负荷较大。1. 装有两台及以上变压器的变电所，当其中任一台变压器断开时，其余变压器的容量应满足一级负荷及二级负荷的用电。2. 变电所中单台变压器（低压为0.4kV）的容量不宜大于1250kVA。当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，可选用较大容量的变压器。3. 在一般情况下，动力和照明宜共用变压器。当属下列情况之一时，可设专用变压器： （1）、当照明负荷较大或动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设照明专用变压器； （2）、单台单相负荷较大时，宜设单相变压器； （3）、冲击性负荷较大，严重影响电能质量时，可设冲击负荷专用变压器。 （40、在电源系统不接地或经阻抗接地，电气装置外露导电体就地接地系统（IT系统）的低压电网中，照明负荷应设专用变压器。4. 多层或高层主体建筑内变电所，宜选用不燃或难燃型变压器。5. 在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用防尘型或防腐型变压器。（二）.变电所的容量 方案一：因变电所中有二级负荷，所以变电所中选用2台变压器，未补偿前每台变压器的容量为：并且故初步确定每台变压器的容量为1250KVA。补偿后每台变压器的容量为：并且故确定每台变压器的容量为1000KVA, 查查工厂供电附录表5，选用型号为S9-1000/10的变压器，具体参数见表4.方案二：一号车间变电所1. 变压器的选择 2 进行功率补偿：按规定，变压器高压侧的，考虑到变压器本身得无功功率损耗远大于其有功功率损耗，因此在变压器低压侧进行无功功率补偿时，低压侧补偿后的功率又要使低压侧功率因数又0.73提高到0.92，需装设的并联电容器得容量 查工厂供电附录表4，选用BKMJ0.4-25-3的电容器，其参数为额定容量为25Kvar，额定电容为500uF.电容个数故取3. 补偿后的变压器容量及功率因数补偿后的低压侧的视在计算负荷为4. 变压器的校验变压器的功率损耗为：变压器高压侧得计算负荷为：补偿后的功率因数为： 这一功率因数满足要求。因数应略高与0.90，取应该车间3，7，9为二级负荷，故该变电所应装2台变压器，未补偿前每台变压器的容量为：并且故初步确定每台变压器的容量为630KVA.功率补偿后，每台变压器的容量为：并且因此最终确定每台主变压器的容量为630KVA，查查工厂供电附录表5，选用型号为S9-630/10的变压器，具体参数见表4. 二号车间变电所1. 变压器的选择 2 进行功率补偿：按规定，变压器高压侧的，考虑到变压器本身得无功功率损耗远大于其有功功率损耗，因此在变压器低压侧进行无功功率补偿时，低压侧补偿后的功率又要使低压侧功率因数又0.88提高到0.92，需装设的并联电容器得容量 查工厂供电附录表4，选用BKMJ0.4-10-3的电容器，其参数为额定容量为25Kvar，额定电容为500uF.电容个数故取3. 补偿后的变压器容量及功率因数补偿后的低压侧的视在计算负荷为4. 变压器的校验变压器的功率损耗为：变压器高压侧得计算负荷为：补偿后的功率因数为： 这一功率因数满足要求。因数应略高与0.90，取因该车间都为三级负荷，故该变电所应装1台变压器，为补偿前每台变压器的容量为：故初步确定变压器的容量为1000KVA.功率补偿后，每台变压器的容量为： 因此最终确定每台主变压器的容量为1000KVA，查查工厂供电附录表5，选用型号为S9-1000/10的变压器，具体参数见表4.变压器型号额定容量/KVA联结组标号空载电流 （%）阻抗电压（%）S9-630/10630Dyn11 3.05S9-1000/10 1000Dyn111.75：综合比较方案一与方案二，最后选用方案一，即全厂选用一个高压配电所一个变电所。二 主接线方案如图五 短路电流的计算由原始材料知除铸造车间，电镀车间和锅炉房属于二级负荷外，其余的均属二级负荷，故选用2台变压器，其型号为S9-800.导线型号为LGJ-185,取线距为1.5Km，每相阻抗为0.33欧/千米。1. 因断路器的断流容量为500MVA，查工厂供电附录表8，选用型号为SN10-10。2.确定基准值：100, 10.5=0.4，而5.5 1443.短路电路中各主要元件的电抗标幺值1) 电力系统电抗标么值：因断路器得断流容量500 ，故2)架空线路电抗的标幺值：查表得0.33/,则3)电力变压器的电抗标要幺值，有工厂供电附表5查得=5 4.求K-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1) 总电路标幺值: 2) 三相短路电流周期分量有效值:3) 其他三相短路电流: 4) 三相短路容量： 5.求-2点的短路电流总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1) 总电路标幺值: 2) 三相短路电流周期分量有效值：3） 其他三相短路电流 4） 三相短路容量：短路计算结果：表5：短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVAK-12.752.752.757.014.1550K-232323258.8834.8822.22六 选择车间变电所高低压进出线1 10kV高压进线和引入电缆的选择1 10kV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=57.7A及室外环境温度33，查表得，初选LGJ-35,其35C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。2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJLV22-10000型交联聚乙烯绝缘的四芯(加铜芯)电缆之间埋地敷设。a)按发热条件选择由=57.7A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为母线截面积，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=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）校验电压损耗由图所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为56m，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=64.8kW, =70.2 kvar，故线路电压损耗为U =(pR+qX)=64.8kWx(0.31x0.056)+70.2kvarx(0.07x0.056)/0.38kV=3.68VU%=3.68/380x100%=0.97%，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150m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，=117.6 kvar，因此 =5%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。七 选择电源进线的二次回路方案及整定继电保护一）变电所二次回路的选择 a)高压断路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用手动操动机构。 b)变电所的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能表和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。c)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JDZJ10型，组成Y0/Y0/的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察。作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电度表和三相无功电度表、电流表。高压进线上，也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功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。低压母线装有电压表，仪表的准确度等级按符合要求。（二）变电所几点保护装置 1主变压器的继电保护装置 a）装设瓦斯保护。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；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。 b）装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。2保护动作电流整定 其中，可靠系数，接线系数，继电器返回系数，电流互感器的电流比=100/5=20 ，因此动作电流为： 因此过电流保护动作电流整定为10A。3过电流保护动作时间的整定 因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍的动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s 。4过电流保护灵敏度系数的检验其中，=0.86632kA/(10kV/0.4kV)=1.108KA，因此其灵敏度系数为： 满足灵敏度系数的1.5的要求。5.装设电流速断保护 利用GL15的速断装置。（1）速断电流的整定：利用式，其中，因此速断保护电流为速断电流倍数整定为。（2）电流速断保护灵敏度系数的检验利用式，其中，因此其保护灵敏度系数为1.5按GB5006292规定，电流保护的最小灵敏度系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。但按JBJ696和JGJ/T1692的规定，其最小灵敏度为2，则这里装设的电流速断保护灵敏度系数偏底。6. 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置（1）装设反时限过电流保护。亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。a)过电流保护动作电流的整定,利用式，其中=2，取=0.652A=43.38A， =1，=0.8， =50/5=10，因此动作电流为： 因此过电流保护动作电流整定为7A。b)过电流保护动作电流的整定按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。c)过电流保护灵敏度系数因无临近单位变电所10kV母线经联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，只有从略。7. 装设电流速断保护亦利用GL15的速断装置。但因无临近单位变电所联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，也只有从略。8.变电所低压侧的保护装置a）低压总开关采用DW151500/3型低压短路器，三相均装设过流脱钩器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路。脱钩器动作电流的整定可参看参考文献和其它有关手册。b）低压侧所有出线上均采用DZ20型低压短路器控制，其瞬间脱钩器可实现对线路的短路故障的保护，限于篇幅，整定亦从略。八 车间变电所的防雷及接地装置的设计（一）变电所的防雷保护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。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。九 变电所主接线电路图 平 剖面图 1.变电所主结线电路图、2. 变电所平面布置图3.变电所AA剖面图 1-低压开关柜 2-电缆支架 3-电缆头支架 4-电缆头5-高压母线支架 6-低压母线支架 7-电力变压器十 课程设计总结心得体会 经过一周时间的课程设计，工厂供电课程设计就临近尾声了，我能将所学理论知识很好的运用到了实际的工程设计当中，在具体的设计过程中，真正做到了学以致用，也使自己的实际工程能力得到了很大的提高。在本次的课程设计，我主要负责的是负荷计算及无功功率计算和补偿、变电所位置选择等。如下是我都这些方面的总结：1. 在负荷计算及无功功率计算和补偿过程中，要注意下列几点：1）根据不同类型的工厂，不同类型的用电设备组及不同类型的民用