张成辉 工厂供电课程设计.doc

目录一、工厂总平面图2二、负荷计算和无功功率补偿3三、变电所主变压器和主结线方案选择7四、短路电流计算10五、变电所一次设备的选择校验13六、变电所进出线和与邻近单位联络线的选择14七、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定16八、设计图样17九、附录 主要参考文献191、设计任务书1.1设计题目 天成模具厂加工车间变电所电气设计。1.2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、经济合理的理由的要求，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、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，选择整定继电保护装置，由于工厂旁有其他高大建筑况且厂房建筑不高，故无需防雷设备，最后按要求写出设计说明书，给出设计图样。1.3 设计依据1.3.1工厂总平面图 如图1所示1.3.2工厂负荷情况 本厂车间为两班制，年最大负荷利用小时为4200h，日最大负荷持续小时为6h。该厂出机加工车间，热处理车间和电镀车间属二级负荷外，其余均属三级负荷。（见 表1）1.3.3.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，本厂可有附近一条10kv的公共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。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过电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1.7s。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为80km，电缆线路总长度为25km。1.3.4 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，按两部电费制交纳电费，每月基本电费按主变压器容量计为18元/KVA，动力电费为0.20元KW*h，照明电费为0.50元KW*h。本厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90.此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：6-10kv为800元/KVA。1.4 设计时间2009年12月16日至2009年12月30日（两周）2、设计说明书2.1 负荷计算和无功功率补偿2.1.1总负荷计算 负荷计算表如表1所示。表1 天成模具厂加工车间负荷计算表厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量/kw 需要系数Kd功率因数P30/KWQ30/KvarS30/KVAI30/A1机加工车间动力4000.201.330.6080106.4133.12202.3照明50.801.0402工具车间动力3380.251.170.6584.593.6123.45187.56照明70.901.06.303仓库动力200.800.750.816122030.4照明20.801.01.604电镀车间动力4000.500.880.75200176266.4404.8照明100.801.0805装配车间动力1500.351.020.7052.553.5575113.95照明20.801.010606热处理车间动力1380.501.330.606991.77114.82174.45照明50.801.0407机修车间动力1380.251.170.6534.540.3753.180.7照明50.801.0408生活区照明4000.700.480.9280134.4310.6471.9总计（380侧）动力1576950.40708.09782.5照明436取 0.76671.08556.5871.81324.6 在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，将照明和动力部分分开计算，具体步骤如下：2.1.1.1 机加工车间 动力部分： ； ； 照明部分： ； 2.1.1.2 工具车间 动力部分： ； ； 照明部分： ；2.1.1.3 仓库动力部分： ； 照明部分： ；2.1.1.4 电镀车间 动力部分： ； 照明部分： ；2.1.1.5 装配车间动力部分： ； 照明部分： ；2.1.1.6 热处理车间 动力部分： ； 照明部分： ；2.1.1.7 机修车间 动力部分： ； 照明部分： ；2.1.1.8 生活区 照明部分： ；总计如下：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： 此时的功率因数 cos=2.1.2 无功功率补偿 由上边的计算以及表一可知，此时的功率因数 cos=即该厂380V侧最大负荷时的功率因素只有0.76，而供电部门要求该厂10KV进线最大负荷时的功率因素不应地于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时的功率因素应稍大于0.90，固取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量:Qc = P30(tan1- tan2) = 671.08 tan(arccos0.76)- tan(arccos0.92) Kvar= 288 Kvar取:=288则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：计算电流：变压器的功率损耗为： 变电所高压侧的计算负荷为：； 则可得补偿后的功率因数为： 0.90 满足要求。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算表如下：表2 无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷P30/KWQ30/KvarS30/KVAI30/A380V侧补偿前负荷0.76671.08556.5871.81324.6380V侧无功补偿容量-288380V侧补偿后负荷0.928671.1124.2722.81098.2主变压器功率损耗0.015S30=10.80.06S30=43.410KV侧负荷总计0.91681.9167.6749.843.32.1.3 年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量： 年无功电能耗电量： 结合本厂的情况，年负荷利用小时数为4800h，取年平均有功负荷系数，年平均无功负荷系数。由此可得本厂：年有功耗电量：；年无功耗电量：2.2变电所主变压器和主结线方案的选择2.2.1 变电所主变压器台数的选择根据“10KV及以下变电所设计规范 GB5005394”可知如下：“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。” 所以在全面的考虑与比较有以下两种方案：2.2.1.1 变电所变压器容量的选择装设一台主变压器 型式采用S9，而容量根据SN。TS30=749.8KVA选择，即选一台S9-800/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。2.2.1.2变电所变压器容量的选择装设两台主变压器 型式也采用S9，每台容量按式SNT（0.60.7）S30选择，即SNT（0.60.7）749.8kVA=(450524.9)kVA因此选两台S9-550/10型低损耗配电变压器。主变压器的联结组别均采用Yyn0。有以上数据分析可知以及考虑到未来5-10年的负荷发展情况，可选择S9-630/10型低损耗配电变压器，工厂二级负荷的备用电源又临近单位的高压联络线来承担。主变压器的联结组别均采用Yyn0.图2 装设一台主变压器的主结线方案 图3 装设两台主变压器的结线图2.2.2 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下列两种主结线方案：2.2.1装设一台主变压器的主结线方案。（如图2）2.2.2装设两台主变压器的主结线方案。（如图3）2.2.3两种主结线方案的技术经济比较。（如表3）表3 两种主结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要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗略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查“10kv级S9系列铜线电力变压器的主要技术数据”表得S9-800的单价为9.11万元，又由“变配电所变压器年运行费估算”查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为29.11万元18.22万元查得S9-630的单价为7.47万元，因此两台综合投资为47.47万元29.88万元，比一台主变方案多投资11.66万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额GG-1A(F)型柜按每台3.5万元计，其综合投资按设备价1.5倍计，因此综合投资为4*1.5*3.5万元=21万元本方案采用6台GG-1A(F)型柜，其综合投资额为6*1.5*3.5万元=31.5万元，比一台主变的方案多投资10.05万元电力变压器和高压开关柜的年运行费参照“变配电所变压器年运行费估算”表计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为4.893万元主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为9.236万元，比一台主变的方案多耗4.343万元交供电部门的一次性供电贴费按800元/kVA计，贴费为8000.08万元64万元贴费为26300.08万元10008万元，比一台主变方案多交36.8万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案略优于装设一台主变的主结线方案，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，因此决定采用装设一台主变的方案。2.3短路电流的计算2.3.1绘制计算电路（图4）图4 短路计算电路 2.3.2确定基准值 设Sd=100MVA，Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则 2.3.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值 2.3.3.1 电力系统 2.3.3.2 架空线路 由LGJ-150的，而线路长0.5km,故 2.3.3.3 电力变压器 查相关手册表有，故 因此绘等效电路，如图5所示.图5 等效电路 2.3.4计算k-1点（10.5kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 2.3.4.1 总电抗标幺值 2.3.4.2三相短路电流周期分量有效值 2.3.4.3 其他短路电流 2.3.4.4 三相短路容量 2.3.5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 2.3.5.1总电抗标幺值 2.3.5.2三相短路电流周期分量有效值 2.3.5.3其他短路电流 2.3.5.4三相短路容量 以上计算结果综合如表4所示。表4 短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAI(3)k113.413.413.434.1720.2243.9k223.923.923.943.926.116.62.4变电所一次设备的选择校验2.4.1 10kV侧一次设备的选择校验（表5）表5 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装置地点条件参数UNI302tima数据10kV67A (I1NT)13.4kA34.17kA13.421.9=341.2一次设备型号规格额定参数UNINIocimaxt高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kV40kA1622=512高压隔离开关GN-10/20010kV200A25.5kA1025=500高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDJZ-10/kV电流互感器LQJ-1010kV100/5A31.8KA81避雷器FS4-1010kV户外式高压隔离开关GW4-15G/20015kV200A表5所选设备均满足要求。2.4.2 380侧一次设备的选择校验（表6）表6 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装置地点条件参数UNI302tima数据380V总782.5A23.9kA43.9kA23.920.7=399.8一次设备型号规格额定参数UNINIocimaxt低压断路器DW151500/3380V1500A40kV低压断路器DZ20630380V630A(大于I30)一般30kA低压断路器DZ20200380V200A(大于I30)一般25kA低压刀开关HD131500/30380V1500A电流互感器LMZJ10.5500V1500/5A电流互感器LMZ10.5500V160/5A100/5A表6所选设备均满足要求。2.4.3 高低压母线的选择 10KV母线选LMY3（404），即母线尺寸为40mm4mm；380V母线选LMY3（808）+505，即相母线尺寸为80mm6mm，中性母线尺寸为50mm5mm。2.5变电所进出线和与邻近单位联络线的选择2.5.1 10KV高压进线和引入电缆的选择2.5.1.1 10KV高压进线的选择和校验 采用LJ型铝绞线敷设，接往10KV公用干线。按发热条件选择，则有高压侧计算电流I30=67A所选电缆的允许载流量： Ial=93.5I30,满足发热条件。2.5.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJL2210000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。按发热条件选择。由I30=67A，初选缆芯为25mm2的交联电缆，其Ial=90AI30，满足发热条件。校验短路稳定。计算满足短路热稳定的最小截面Amin=103mm225 mm2，因此25mm2不满足短路稳定要求，故选择YJL22100003120电缆。2.5.2 380V低压出线的选择2.5.2.1馈电给机加工一车间的线路采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。按发热条件选择。由I30=67A及地下0.8m土壤温度25。C查表，初选缆芯截面为240mm2，其Ial=319AI30，满足发热条件。校验电压损耗。因未知变电所到机加工一车间的距离，因此未能校验电压损耗。短路热稳定度的校验。满足短路热稳定度的最小截面Amin=213mm2所选240mm2的缆芯截面大于Amin，满足短路热稳定度的要求，因此选择VLV2210003240+1120的四芯电缆（中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同）。2.5.2.2 馈电给工具车间的线路采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。（方法同上）缆芯截面240mm2聚氯乙烯电缆，即VLV2210003240+1120的四芯电缆。 2.5.2.3 馈电给仓库的线路 由于仓库就在变电所旁，因此采用BLV1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。2.5.2.4 馈电给电镀车间的线路采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。（方法同上）缆芯截面300mm2聚氯乙烯电缆，即VLV2210003300+1150的四芯电缆。2.5.2.5 馈电给装配车间的线路采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。（方法同上）缆芯截面300mm2聚氯乙烯电缆，即VLV2210003300+1150的四芯电缆。 2.5.2.6 馈电给热处理车间的线路采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。（方法同上）缆芯截面300mm2聚氯乙烯电缆，即VLV2210003300+1150的四芯电缆。 2.5.2.7 馈电给机修车间的线路采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。（方法同上）缆芯截面300mm2聚氯乙烯电缆，即VLV2210003300+1150的四芯电缆。2.6变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定2.6.1 高压断路器的操动机构与信号回路 断路器采用手力操动机构，其控制与信号回路如图6所示。图6 电磁操动的断路器控制与信号回路WC控制小母线 WL灯光指示小母线 WF闪光信号小母线 WS信号小母线 WAS事故音响小母线 WO合闸小母线 SA控制开关（操作开关） KO合闸接触器 YO合闸线圈 YR跳闸线圈（脱扣器） KA保护装置 QF16断路器辅助触点 GN绿色指示灯 RD红色指示灯 ON合闸 OFF跳闸（箭头指向为SA的返回位置）2.6.2 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和无功电能，并据以计算每月全厂的平均功率因数，计量柜由上级供电部门加封和管理。2.6.3 主变压器的继电保护装置2.6.3.1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。2.6.3.1.1过电流保护动作电流