袁秀秀工厂供电课程设计.doc

工厂供电课程设计报告设计课题： 合肥厂降压变电所的电气设计姓 名：袁秀秀学 院:经济技术学院专 业:机械设计制造及其自动化班 级:08机制三班学 号:08530080日 期2011年11月指导教师:吴扬 安徽农业大学经济技术学院 目 录前言一 设计任务及要求二 负荷计算和无功功率计算及补偿三 变电所位置和形式的选择四 主变压器台数和容量及主接线方案的选择五 短路电流的计算六 变电所一次设备的选择与校验七 变电所高、低压导线的选择八 变电所继电保护选择及整定 九 防雷和接地装置的确定十 设计总结（或心得和体会）十一 参考文献十二 附录(一) 变电所主接线电气原理图(二) 变电所主要电气设备明细表前 言总所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，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，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人劳动强度，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：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，变压器的继电保护，变电所二次回路及自动装置，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。一、工厂供电课程设计任务书(一)设计题目 合肥厂降压变电所的电气设计。(二)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，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，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。(三)设计依据1.工厂总平面图 如图1所示。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3300h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除冶炼车间、制坯车间和热轧车间属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表l所示。表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2700.30.65照明6.30.851.02锻压车间动力2500.250.62照明7.20.781.07金工车间动力2900.280.61照明6.70.861.06工具车间动力3300.320.62照明5.70.881.04电镀车间动力2500.580.72照明7.50.871.03热处理车间动力1800.60.73照明6.20.881.09装配车间动力1700.370.65照明8.20.871.010机修车间动力1400.260.61照明1.50.91.08锅炉房动力600.80.74照明1.70.91.05仓库动力220.30.82照明1.80.881.0生活区照明3100.720.923.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10kV的公用电源干线取得工作电源。该电源干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-120，导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首端(即电力系统的馈电变电站)距离本厂约6km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为300MVA。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1.6s。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70km，联络线电缆线路总长度为15km。4.气象资料 本厂所在地区的年最高气温为35，年平均气温为26，年最低气温为-8，年最热月平均最高气温为35，年最热月平均气温为27，年最热月地下0.8m处平均温度为24。当地主导风向为东南，年雷暴日数为15。5.地质水文资料 本厂所在地区平均海拔600m，地层以粘土为主；地下水位为3m 。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/kWh，照明(含家电)电费为0.56元/kWh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。表2 原始数据代号原始数据资料代号原始数据资料a3300n35b6p27c10q24dLGJ-120r东南e1.5s15f6t600g300u粘土h1.6v3i70w18j15x0.20k35y0.56l26z0.9m-8工厂总平面图如图11- 4 （4） 设计任务1.设计说明书 需包括：1）前言2）目录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和容量、类型的选择。6)变电所主结线方案的设计。7)短路电流的计算。8)变电所一次设备的选择与校验。9)变电所进出线的选择。10)变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定。11)防雷保护概述和接地装置的设计。12)附录参考文献。2.设计图纸 需包括： （1）变电所主结线图(CAD) 1张（图纸）。（2）变电所平剖面图1张（图纸）。（3）其他，如某些二次回路接线图等。（五）设计时间 自 年 月 日至 年 月 日 指导老师 年 月 日二、设计说明书（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表所示：表3负荷计算编号名称类别容量Pe/KWKdcostanP30/KWQ30/kvarS30/KVAI30/A1铸造车间动力2700.30.651.1581.0092.99照明6.30.851.00.5.350.00 小计86.3592.991271932锻压车间动力2500.250.621.2762.579.06照明7.20.781.00.5.620.00小计68.1279.061041587金工车间动力2900.280.611.30.81.2105.48照明6.70.861.00.4.560.00小计85.76105.481362076工具车间动力3300.320.621.27105.6133.58照明5.70.881.00.5.020.00小计110.62133.581732634电镀车间动力2500.580.720.96145139.2照明7.50.871.00.6.530.00小计151.53139.22063133热处理车间动力1800.60.730.9410699.23照明6.20.881.00.5.460.00小计111.45699.231492269装配车间动力1700.370.651.1562.972.21照明8.20.871.07.130.00小计70.0372.2110015210机修车间动力1400.260.611.3036.447.28照明1.50.91.00.1.350.00小计37.7547.2861938锅炉房动力600.80.740.914843.68照明1.70.91.00.1.530.00小计49.5343.68661005仓库动力220.30.820.706.64.61照明1.80.881.00.1.580.00小计8.184.61914生活区照明3100.720.920.43223.294.86243369总计（380v侧）动力19621002.5912.2 照明362.8K=0.8K=0.850.7280277511151694例如计算铸造车间过程：动力： 照明： A2、无功功率补偿 由上表可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.72。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：参照图2，选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联静电电容器电容器为BWF63-100型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）5台相结合，总共容量为84kvar6=504kvar。因此无功补偿后工厂380v侧和10kV侧负荷计算如下表所示：图2.1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案表4 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0.7280277511151694380V侧无功补偿容量-431380V侧补偿后负荷0.935802344872.61326主变压器功率损耗0.015=130.06=5210KV侧负荷计算0.9282539691553（2） 变电所位置和型式的选择和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。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（14，52）、（14，36）、（35，52）、（35，36）、（41，18）、（67，64）、（67，47）、（67，31）、（67，15）、（94，47 ），并设（7，3）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=+=。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： 把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到和 ，得到位置坐标。在4号厂房(电镀车间)的上方也就是北面建造工厂变电站，其型式为附设式。（三）变电所主变压器及主接线方案的选择1、变电所主变压器的选择装设两台变压器型号为S9型，即因此选两台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 。2、变电所主接线方案的选择 （四）短路电流的计算 绘制计算电路 4.1 确定短路计算基准值选基准容量Sj=100MVA取Uj1=10.5KV 则Ij1= 取Uj2=0.4KV 则Ij2=4.2 计算短路电路中个元件的电抗标幺值4.2.1电力系统的电抗标幺值已知电力系统出口断路器的断流容量Soc=300MVA，故 4.2.2架空线路的电抗标幺值查表得LGJ-120的线路电抗，而线路长6km，故4.2.3电力变压器的电抗标幺值查表得变压器的短路电压百分值=5，故 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所示：图5-2 短路计算等效电路4.3 k-1点（10.5kV侧）的相关计算4.3.1总电抗标幺值 4.3.2 三相短路电流周期分量有效值 4.3.3 其他短路电流 4.3.4 三相短路容量 4.4 k-2点（0.4kV侧）的相关计算4.4.1总电抗标幺值 4.4.2三相短路电流周期分量有效值 4.4.3 其他短路电流 4.4.4三相短路容量以上短路计算结果综合图表所示:表5-3短路计算结果短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVAk-12.462.462.466.2744.78k-223.123.123.142.516（5） 变电所一次设备的选择校验表6 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他装置地点条件参数数据10kV36.4A()2.46kA6.27kA一次设备型号规格 额定参数高压少油断路器SN10-1010kV600kA44.1kA高压隔离开关GN6-10T/20010kV200A25.5 kA高压熔断器RN3-1010kV50A-电压互感器JDJ-1010000/100V-电压互感器JDZJ-10-电流互感器LQJ-1010kV100/5A=31.8 kA=81避雷针FS4-1010kV-户外隔离开关GW1-6(10)/40010kV400A25kA单个变压器10kV侧一次设备的选择校验选择校验的项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其他装置地点条件参数数据10kV36.4A（）1.96kA6.27kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA高压隔离开关10kV400A-25.5kA电流互感器LQJ-1010kV100/5A-二次负荷备用电源10kV侧一次设备的选择选择校验的项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其他装置地点条件参数数据10kV36.4A（）1.96kA6.27kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA高压隔离开关10kV200A-25.5kA电流互感器LQJ-1010kV100/5A-二次负荷低压断路器的额定电压应不低于所在线路的额定电压,即断路器的额定电流应不小于它所装设的脱口器额定电流,即断路器断流能力的校验条件对动作时间在0.02s以上的万能式断路器（DW型）为由前面算得，低压断路器DW15-1500/3D 的,满足断流能力要求。380V侧其他一次设备的选择校验同理，如表所示380V侧一次设备的选择校验选择校验的项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其他一次设备型号规格额定参数-低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA-低压断路器DZ20-630380V630A（大于）30Ka（一般）-低压断路器DZ20-200380V200A（大于）25kA（一般）-低压刀开关HD13-1500/30380V1500A-电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A-高低压母线的选择10KV母线选LMY-3(404),即母线尺寸为40mm4mm；380V母线选LMY-3(808)+505,，即相母线尺寸为80mm8mm，而中性线母线尺寸为50mm5mm。6、 变压所高、低压导线的选择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TJ型裸铜绞线架空敷设，接往10kV公用干线。1).按发热条件选择由=36.4A及室外环境温度35，查表得，初选TJ-35,其40C时的=139A,满足发热条件。2).校验机械强度查表得，最小允许截面积=35，而TJ-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。6.1.2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直接埋地敷设。1).按发热条件选择由=36.4A及土壤温度24，查表得，初选TJ-35,其40C时的=139A,满足发热条件。2).校验短路热稳定 因此YJL22-10000-335电缆满足短路热稳定条件。6.2 380低压出线的选择6.2.1铸造车间 馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地缚设。1). 电缆截面的选择按发热条件初选 选择电缆的规格由，查表8-43，初选95mm2，其Ial = 195A 193A ，满足发热条件。2）低压断路器及其过流脱扣器规格的选择a.低压断路器过电流脱扣器额定电流的选择 过电流脱扣器的额定电流应不小于线路的计算电流查附录表知，DW16-630型低压断路器的过电流脱扣器额定电流故初步选DW16-630型断路器，其b.瞬时过电流脱扣器动作电流的整定 瞬时过电流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流即 瞬时过电流脱扣器的动作电流 线路的尖峰电流 为可靠系数万能式低压断路器（DW型），可取1.35;塑料外壳式（DZ型），则宜取 22.5。瞬时过电流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流整定为4倍时:满足躲过尖峰电流的要求。校验断流能力：查附录表5-19 知所选DW16-630型断路器Ioc=30kA，满足要求。3).校验电缆与低压断路器保护的配合 由于瞬时过电流脱扣器的动作电流整定为从而满足电缆与保护装置配合的要求。选用VLV221000-3150 + 195的铝芯电缆 。其他车间计算同上6.2.2 馈电给生活区的线路 采用BLX-630型铝芯橡皮绝缘架空敷设。1） 按发热条件选择 由及室外环境温度为30，查表8-40，初选BLX-630-1240，其30时的,满足发热条件。2） 校验机械强度 查表8-35，最小允许截面积，因此BLX-630-1240满足机械强度要求。3） 校验电压损耗 由工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约200m，而由表8-36查得其阻抗值与BLX-630-1240近似等值的LJ-240的阻抗(按线间几何均距0.8m计），又生活区的，因此 不满足允许电压损耗要求。为确保生活用电的电压质量，决定采用四回BLX-630-1120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-630-170橡皮绝缘线。编号名称装置地点条件低压断路器电缆校验断路器与电缆配合计算电流尖峰电流短路电流型号截面面积允许截流量1铸造车间19357936.4DW16-630250A/1000A/30kA1502424.5242=1089100010892锻压车间15847436.4DW16-630250A/1000A/30kA1502424.5242=1089100010893热处理车间22667836.4DW16-630250A/750A/30kA1202124.5212=9547509544电镀车间31393936.4DW16-630315A/1260A/30kA2403194.5319=1435.512601435.55仓库144236.4DW16-630100A/100A/30kA4314.531=139.5100139.56工具车间26378936.4DW16-630315A/1260A/30kA2403194.5319=1435.512601435.57金工车间20762136.4DW16-630250A/1000A/30kA1502424.5