[信息与通信]降压变电所设计论文.doc

龙岩学院毕业论文（设计）题目： 某机械厂降压变电所电气设计 专业： 电气自动化技术 作者： 林 森 指导教师(职称)： 马桂芳 助教 2011 年 三 月 十 日某机械厂降压变电所电气设计物理与机电工程学院 08级电气工程及其自动化技术 2008049522 林森 指导老师：马桂芳摘要电能是工业生产的主要能源和动力，做好工厂供电设计对于发展工业生产、实现工业现代化，具有十分重要的意义。工厂供电系统首先要能满足工厂生产和生活用电的需要，其次要确保安全，供电可靠，技术先进和经济合理，并能做好节能。本设计根据某机械厂所能取得的供电能源和该厂用电负荷的实际情况，并适当考虑生产的发展，按工厂供电的基本要求，对各车间进行了负荷计算和无功补偿；确定出了各变电所的位置及各变电所变压器台数、容量和型号；计算了短路电流；选择了各线路导线截面积和变电所高低压设备；配置了继电器保护装置、防雷和接地装置；绘出设计图样，完成了机械厂的供配电系统设计。 关键词：计算负荷，无功补偿、变压器、短路电流The electric design of step-down substation in the machinery factoryAbstract :Electric energy is the main energy and power for the production of industry. A good power supply design scheme is very important for enlarging the production of industry and realizing industry modernization. The power supply system of factory should meet the needs of the production and living firstly, and then ensure the safety of person and equipment, reliability of power supply, the advancement of technology, the reasonableness of economy, and at the same time economize on energy. Based on the electrical source which is achieved by the machinery factory and loads in the factory, considered the development of the production, design is put up according for the basic demands of the power supply. The loads and reactive power compensation are all calculated. The location of the substation and the number, the capacity and the type of the transformer are confirmed, the short-circuit current is calculated , the section-area of conductors are chosen, and the low-voltage and high-voltage electrical equipments are chosen. Relaying protection equipment, lighting protection and earth-termination systems are confirmed. Design drawing papers are finished. The power supply systems design for machinery factory is accomplished.KEY WORDS: calculated load, reactive power compensation , transformer, short-circuit current目录前言第一章 设计原始资料. 1第二章 供电设计步骤及内容. 32.1 负荷计算和无功功率补偿. 32.2 变电所位置和型式的选择.52.3 变电所主变压器类型、台数和容量的选择. 62.4 短路电流的计算. 72.5 变电所一次设备的选择和校验.92.6 变电所进出线和邻近单位联络线的选择. 122.7 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定.192.8 变电所的防雷保护与接地装置的设计.22结束语. 24致谢. 25参考文献. 26附录1 图. 27前言众所周知，电能是现代化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，也易于转化为其它形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化，而且现代社会的信息技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。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的比重一般很小。例如在机械工业中，电费开支仅占成本的5%左右。从投资额来看，一般机械工厂在供电设备上的投资业仅占5%左右。电能在工业生产中的重要性并不在于它在成本中或投资总额中所占比重的多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加量，提高产品的质量，提高劳动生产效率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工业供电突然中断，则对工业生产可能造成严重后果。例如某些对供电可靠性要求很高的工厂吗，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来重大的经济损失。因此，做好工厂供电设计对于发展工业生产、实现工业现代化具有十分重要的意义。工厂供电工作要很好地为工业生产服务切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求： 安全。在电能的供应、分配和使用中，不应该发生人身事故和设备事故。 可靠。应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。 优质。应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。 供电。供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能节约用电和减少有色金属消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部和当前利益，又要有全局观点，顾全大局，适应发展。例如计划用电问题，就不能只考虑一个单位的局部利益，更要有全局观点。第一章 设计原始资料1.1设计依据1.工厂总平面图，如图1-1所示图1-1 机械厂总平面图1.2. 工厂负荷情况本厂多数两班制，年最大负荷利用小时为4500h，日最大负荷持续时间为8h。该厂除电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1-1所示。表1-1 负荷统计资料工厂编号厂房名称负荷类别设备容量/KW需要系数功率因数1电镀车间动力1500.50.80照明40.81.02锻压车间动力2500.30.65照明60.71.03热处理车间动力500.60.80照明40.81.04仓库动力100.40.80照明10.81.05锅炉房动力400.70.80照明10.81.06金工车间动力3000.20.65照明70.81.07工具车间动力2500.30.60照明50.91.08装配车间动力1000.30.70照明40.81.09机修车间动力1000.20.65照明30.81.0生活区照明2500.70.901.3供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供电协议规定，本厂可有附近一条10kV的功用干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图，干线的导线型号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距有2m；干线首端所装设的高压断路器断流容量为500mVA，此断路器配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，可采用高压连线游邻近的单位取得备用电源。一直本厂高压侧电气练习的架空线路总长度为100km，电缆线路总长度为30km。1.4. 气象资料本厂所在地区的最高气温为40，平均气温有25，年最低气温为-8，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，最热月地下场0.8m处平均气温为25。当地主导风向为东北风，年雷暴日为20。1.5. 地质水文资料本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为1m。1.6. 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。这专用的计量柜，按按两部电费制缴纳电费。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，照明电费为0.50元/kWh。工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，一次性地向供电部门缴纳供电贴费：610kV为800元/kVA。第二章 供电设计步骤及内容2.1 负荷计算和无功功率补偿2.1.1 负荷计算例 电镀车间负荷计算 动力部分 有功计算负荷 =0.5150=75kW 无功计算负荷 =750.75=56.25kvar 照明部分 有功计算负荷 =0.84=3.2kW 无功计算负荷 =0 总负荷 设备容量 =1504154kW 有功负荷 =753.278.2 无功负荷 56.25kvar 现在计算负荷 =96.3kVA 计算电流 =146.3A其余车间负荷计算结果如表2-1所示。表2-1 机械厂负荷计算表编号名称类型设备容量需要系数计算负荷/kw/kvar/kvA/A1电镀车间动力1500.50.80.757556.25照明40.81.003.20小计78.256.2596.3146.32锻压车间动力2500.30.651.177587.75照明60.71.004.20小计79.287.751181793热处理车间动力500.60.80.753022.5照明40.81.003.20小计33.222.540614仓库动力100.40.80.7543照明10.81.000.80小计4.835.78.65锅炉房动力400.70.80.752821照明10.81.000.80小计28.82135.654.16金工车间动力3000.20.651.176070.2照明70.81.005.60小计65.670.2961467工具车间动力2500.30.61.337599.75照明50.91.004.50小计79.599.75127.6193.88装配车间动力1000.30.71.023030.6照明40.81.003.20小计33.230.645489机修车间动力1000.20.651.172023.4照明30.81.002.40小计22.423.432.449.2生活区照明200.70.90.4817584194295总计动力1500599.9498.45照明285计入 =0.8=0.850.75479.92423.68640.18972.652.1.2 无功补偿率由表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数不应低于0.90.考虑到主变压器的无功损耗，因此380V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。=(-)=479.92-kvar=218.8 kvar根据供电设计要求，选PGJI型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用基本方案主屏1台与方案3辅屏灵台相组合，总共容量为84kvar3=252 kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10kW侧的负荷计算如表2-2所示。表2-2 无功补偿后工厂的计算负荷项目计算负荷/kw/kvar/kvA/A380V侧补偿前负荷0.75479.2423.68640.18972.65380V侧补偿后容量-252380V侧补偿后负荷0.94479.92171.68509.7774.4变压器功率损耗0.01=7.650.06=30.5810kV负荷总计0.923487.57202.26527.8630.5图2-1 PGJI型低压无功功率自动补偿屏的接线方案2.2 变电所谓之和型式的选择2.2.1. 变电所所址的选择选择工厂变、陪电所得所址，应该根据下列要求经济技术、经济比较后确定： 接近负荷中心 进出线方便 接近电源原则 设备运输方便 不应该设在有剧烈振动活高温的场所 不宜设在多尘活有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应该设在污染源盛行风向的下风侧 不应覅设在厕所、浴室或其它经常积水的场所的正下方，且不宜与上诉场所像贴邻 不应设在有爆炸危险的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB50058-92爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。 不应该设在地势低洼和可能积水的场所 高压配电所应尽量与邻近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房结合建在一起。2.2.2. 利用负荷功率矩发确定负荷中心在工厂平面图的下边和左侧，任作一直角的X轴和Y轴，测出各车间和生活区的坐标为(65,1) (65,27) (43,61) (36,9) (36,25) (36,41)(12,9) (12,25) (12,41)在工厂的负荷中心设在P(x,y)，根据供电设计指导书中的计算负荷中心的计算公式可得x= =39.6y= =26.3图2-2 计算负荷中心坐标图由计算结果可知，工厂的负荷中心在5号厂房里。考虑到方便进出线及周围环境的情况，决定在5号厂房的西侧修建工厂变电所，为附设式。2.3 变电所主变压器类、台数和容量的选择2.3.1. 根据工厂负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案： 装设一台主变压器型式采用S9，而容量根据设计指导书中的公式（3-4），选=630kVA527.86kVA即选一台S9-630/10型低压损耗配电变压器。至于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。装设两台主变压器型号采用S9，而每台容量按式（3-5）和式（3-6）选择，即(0.60.7) 527.86=（3.16.72369.50）kVA而且=96.3+35.6=131.9V因此选用两台S9-400/10型低压损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由邻近单位相联线路来承担。2.3.2. 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下列两种主接线方案：两种主接线方案的技术经济比较(表2-3)表2-3 两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变压器的方案装设两台主变压器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压器，电压耗损略大由于两台主变压器并列，损耗较小灵活方便性只有一台主变压器灵活性稍差由于有两台，灵活性较好扩建适应性稍差些更好些经济指标电力变压器的综合投资额由表2-8查得S9-1000单价为7.47万元，而由表4-1查得变压器综合投资额约为基单价的两倍，因此基综合投资额为27.47万元=14.94万元由表2-8查得S9-400单价为5.37万元，因此两台综合投资额为45.31=31.24万元，比一台多了6.3万元高压开关柜（含计量）的综合投资额查表4-1得GG-1A(F)型鬼按每台3.5万元计，查表得计综合投资额按设备价的1.5倍计，因此基综合投资额约51.53.5=26.25万元本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资额均为61.53.5万元，比一台主变的方案多投资5.25万元。电力变压器和高压开关柜的年运行费参照表4-2计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为4.163万元主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为6.116万元比一台主变的方案多耗费1.953万元交供电部门的一次性供电费贴按800元/kVAji ,贴费为6300.08万元=50.4万元贴费为24000.08万元=64万元，比一台主变的发难多交13.6万元从上表可以看出，按技术指标装设两台主变的方案略显优于装设一台主变德尔主接线方案（图），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方案，因此决定采用装设一台主变的方案（说明：应考虑工厂近几年内规模无较大增长，即用电负荷无大增长，故不采用装设两台主变的方案）。2.4 短路电流的计算2.4.1. 绘制计算电路（图2-4）图2-4 短路计算电流2.4.2. 确定基准值 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2.4.3. 计算短路中路元件的电抗标幺值 电力系统 =100MVA/500MVA=0.2 架空线路，查工厂供电设计指导书表8-36，得LGJ-150的，而线路长10km,故 电力变压器 查设计指导书表2-8，得=4.5故=7.41因此绘制等效电路图，如图2-5所示图2-5 短路计算等效电路2.4.4. 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。 总电抗标幺值=0.2+3.3=3.5 三相短路电流周期分量有效值 其他短路电流 三相短路容量2.4.5. 计算K-2点（0.4KV侧）的短路总电抗及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值=0.2+3.3+7.41=10.64 三相短路电流周期分量有效值 其他短路电流 三相短路容量以上短路计算结果综合表2-4所示。表2-4 短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAk-11.571.571.574.02.3728.57k-213.5313.5313.5324.9014.759.402.5 变电所一次设备的选择校验2.5.1. 按正常工作条件选择1. 按工作电压选择设备的额定电压设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即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4. 按动稳定校验条件或、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。5. 按热稳定校验条件2.5.2. 10KV侧一次设备的选择校验表2-5 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态定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kV36.4A()1.57kA4.0kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630kA1640kA高压隔离开关-10/20010kV200A-25.5 kA二次负荷0.6高压熔断器RN2-1010kV0.5A57.7kA-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=81二次负荷0.8避雷针FS4-1010kV-户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA表2-5所选设备均满足要求。2.5.3. 380侧一次设备的选择校验（表2-6）表2-6 380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态定度热稳定度其它装置地点条件参加数据380V774.4A13.53KA24.90KA一次设备型号规格额定参数低压首端断路器DW15-1500/3电动380V1000A40KA低压首端刀开关HD13-1000/31380V1000A低压侧主变出线电流互感器LMZJ1-0.5500V100/5A1#车间断路器DZ20-400/3320V315A1#车间电流互感器LMZ1-0.5500V160/5A2#车间断路器DZ20-400/3380V400A3#车间断路器DZ20-200/3380V125A3#车间电流互感器LMZ1-0.5500V10/5A4#车间断路器DZ20-100/3380V20A4#车间电流互感器LMZ1-0.5500V10/5A5#车间断路器DZ20-200/3380V125A5#车间电流互感器LMZ1-0.5500V60/5A6#车间断路器DZ20-400/3380V400A6#车间电流互感器LMZ1-0.5500V200/5A7#车间断路器DZ20-400/3380V350A7#车间电流互感器LMZ1-0.5500V160/5A8#车间断路器DZ20-200/3380V160A8#车间电流互感器LMZ1-0.5500V75/5A9#车间断路器DZ20-100/3380V100A9#车间电流互感器LMZ1-0.5500V50/5A生活区断路器DZ20-400/3380V630A生活区电流互感器LMZ1-0.5500V315/5A3#、4#、5#、9#车间的总刀开关HD13-200/31380V200A6#、7#、8#车间的总刀开关HD13-600/31380V600A8#、9#车间刀开关HD13-400/31380V400A生活区刀开关HD13-600/31380V600A2.5.4. 高压母线的选择参照设计指导书表5-25，10kV母线选LMY-3(404mm),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80mm6mm。2.6 变电所进出线和邻近单位联络线的选择2.6.1. 10KV高压进线和引入电缆的选择. 10KV高压进线的选择校验采用LJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。 按发热条件选择由=36.4A及室外环境温度33，查设计指导书表8-35得，初选LJ-16,其35C时的=94A,满足发热条件。 按机械强度要求校验，改选LJ-35。由于此线路很短，不需要校验电压损耗。. 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。 按发热条件选择。由=36.4A及土壤环境25，查设计指导书表8-43得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=90A,满足发热条件。 校验短路热稳定。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=1570，=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）校验机械强度查表得，=2.5，因此上面所选的2.5的导线满足机械强度要求。c) 所选穿管线估计长60m，而查表得=13.8，=0.127，又仓库的=4.8kW, =3kvar，因此I30,满足发热条件。2）效验机械强度 查设计指导书表8-33可得，最小允许截面积Amin=16mm2，因此LJ-120,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140m左右，而查表得其阻抗值与LJ-120阻抗=0.28，=0.37（按线间几何均距2m），又生活区的=175KW，=84kvar，因此=5%不满足允许电压损耗要求。因此为了确保生活用电（照明、家电）的电压质量，决定采用两回LJ-120架空线路对生活区供电。重新校验电压损耗, =0.28，=0.37（按线间几何均距0.6M计），因此=5%满足要求。中性线0.5（为中性线，为相线）则LJ-70铝铰线。2.6.3. 作为备用电源高压联络线的校验选择采用采用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10KV母线相连。 按发热条件 工厂二级负荷容量共131.9KVA，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。 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。 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2-7所示。表2-7 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VLV2210003185+1100四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV2210003185+1100四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV2210003185+1100四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房BLV100014铝芯线5根穿内径25硬塑管至5号厂房VLV2210003185+110