工厂供电课程设计-新华机械厂降压变电所电气设计.doc

新华机械厂降压变电所电气设计2009级工厂供电课程设计新华机械厂降压变电所电气设计姓 名韩佳洋学 号 200973219院、系、部电气工程系班 号方0953-3完成时间2012年6月19日第1章设计任务1.1课程设计名称新华机械厂降压变电所电气设计1.2设计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，最后按要求写出设计说明书，绘出变电所系统图，功率因数补偿到0.9。1.3设计依据1.3.1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4600h，日最大负荷持续时间为6h。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。1.3.2供电电源情况 按照工厂与供电协议，本厂由3公里处取得10kV电源进线，干线首端断路器断流容量为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1.7S，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。1.3.3有关情况 本厂所在地区的年最高气温为41度，年平均气温为23度，年最低气温为-8度，年最热月平均最高气温为33度，年最热月平均气温为26度，年雷暴日数为20。本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主。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429040752铁铆车间动力37003073金工1车间动力375040755金工2车间动力41004076工具车间动力32003077氧气车间动力20003088热处理车间动力31504089装配车间动力285030710机修车间动力2720307511锅炉房动力150030712仓库动力34040713生活用电照明1500. 71. 0第2章负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算2.1.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） 为需要系数b)无功计算负荷（单位为kvar）c)视在计算负荷（单位为kVA）d)计算电流（单位为A） 2.1.2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）式中是所有设备无功之和，是无功负荷同时系数，可取0.900.97c)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）表2.1各厂房和生活区的负荷计算表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429040.75088171.6151.0228.8347.62铁铆车间动力3700307102111.0113.2158.6240.93金工1车间动力37504075088150.0132.0200.0303.95金工2车间动力4100407102164.0167.3234.3356.06工具车间动力320030710296.097.9137.1208.47氧气车间动力200030807560.045.075.0114.08热处理车间动力3150408075126.094.5157.5239.39装配车间动力285030710285.587.2122.1185.610机修车间动力2720307508881.671.8108.8165.311锅炉房动力150030710245.045.964.397.712仓库动力34040710213.613.919.429.513生活区照00105.0159.5计入=0.90, =0.950.751088.4968.71457.12213.82.2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，试取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：并联电容器为BGMJ0.4-12-3型42台，总共容量为。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变。无功计算负荷：视在功率：计算电流：在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1600kVA,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1250kVA的就足够了。变压器的功率损耗为变压所高压侧的计算负荷为补偿后工厂的功率因数为 无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表2.1所示。表2.1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0.751088.4968.71457.12213.8380V侧无功补偿容量-504380V侧补偿后负荷0.921088.4464.71183.51798.1主变压器功率损耗0.01=11.80.05=59.210kV侧负荷计算0.9031100.2523.91218.670.4第3章变电所主变压器及主接线方案的选择3.变电所主变压器的选择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 一般工厂变电所采用的中小型变压器多为油浸自冷式，故型号选择为S9型，容量根据式选择，为主变压器容量，为总的计算负荷，即：，故选一台S9-1250/10（6）型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，由邻近单位相联的高压联络线来承担。b)装设两台变压器 型号也为S9型，而每台变压器容量根据式（3-1）、（3-2）选择，即（3-1） （3-2）因此选两台S9-800/10（6）型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，由邻近单位相联的高压联络线来承担。所选主变压器的联结组均为Yyn0 。3.2主接线方案的技术经济比较 从主接线方案的技术指标考虑：装设一台变压器在供电安全性可满足要求，在供电可靠性可基本满足要求，在供电质量上选一台变压器，电压损耗较大，灵活性较差，扩建适应性较差；而装设两台变压器在供电可靠性及安全性上满足要求，且电压损耗较小，由于装设两台变压器，灵活性较好，且扩建适应性更好些。从经济指标考虑，装设一台变压器比装设两台变压器经济的多。综上所述，由于装设一台变压器可满足技术指标的要求且经济合理，因此选择一台变压器即可。3.3变电所主接线方案的选择 如图3-1所示图3-1装设一台主变压器的主接线方案第4章短路电流的计算4.绘制计算电路 500MVAK-1K-23km10.5kVS9-12500.4kV(2)(3)(1)系统图4-1短路计算电路4.2确定短路计算基准值设基准容量，基准电压，为短路计算电压，即高压侧，低压侧，则 （4-1） （4-2）4.3计算短路电路中各个元件的电抗标幺值4.3.电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA，故 （4-3）4.3.2架空线路架空线路电抗，而线路长3km，故 （4-4）4.3.3电力变压器查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故 （4-5）因此绘制短路计算等效电路如图4-2所示。k-1k-2图4-2短路计算等效电路4.4k-1点（10.5kV侧）的相关计算4.4.总电抗标幺值 （4-6）4.4.2三相短路电流周期分量有效值 （4-7）4.4.3其他短路电流 （4-8） （4-9） （4-10）4.4.4三相短路容量 （4-11）4.5k-2点（0.4kV侧）的相关计算4.5.1总电抗标幺值 （4-12）4.5.2三相短路电流周期分量有效值 （4-13）4.5.3其他短路电流 （4-14） （4-15） （4-16）4.5.4三相短路容量 （4-17）以上短路计算结果综合图表4-1所示。表4-1短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAk-14.784.784.7812.197.2286.96k-230.3230.3230.3255.7832.0521.05第5章降压变电所一次设备的选择校验5.110kV侧一次设备的选择校验5.1.1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，高压开关设备、互感器及支柱绝缘子额定电压，穿墙套管额定电压，熔断器额定电压。5.1.2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5.1.3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三相短路电流有效值或三相短路容量，即或对于分断设备负荷电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。5.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定度校验条件或注：、分别为开关的动稳定电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值。b)热稳定度校验条件 注：为短路稳定电流，为热效时间，为电器的热稳定电流，为电器的热稳定试验时间。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5-110 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装置地点条件参数数据10kV72.2A4.78kA12.19kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40 kA高压隔离开关10kV200A-25.5 kA高压熔断器RN2-1010kV0.5A-电压互感器JDZ2-1010/0.1kV-电压互感器JDZJ-10-电流互感器LQJ-1010kV100/5A-避雷器FS4-1010kV-户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA5.2380V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5-2所示，所选数据均满足要求。 表5-2380V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装置地点条件参数数据380V1798.1A30.32kA55.78kA一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-2500380V2000A60kA-电流互感器LMZJ1-0.5380V2000/5A-5.3高低压母线的选择高低压母线水平平放，档距为900mm，档数大于2，相邻两相母线的轴线距离为160mm，查附录表17得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（12510）+10010，即相母线尺寸为125mm10mm，而中性线母线尺寸为100mm10mm。a)校验动稳定度按公式(5-1)校验 (5-1)式中为母线材料的最大允许应力(Pa)，硬铝母线(LMY)型，。为母线通过时，所受到的最大计算应力。上述最大计算应力按下式计算：M为母线通过时，所受到的弯曲力矩，当母线档数大于2时，W为母线的截面系数，母线水平放置，为发生三相短路时两导体之间产生的电动力b为母线截面的水平宽度，h为母线截面的垂直高度。 经计算得，高压侧母线。计算同上得到低压侧母线。 b)校验热稳定度按式，A为母线截面积，单位为；为满足热稳定度条件的最小截面积，单位为；C为材料热稳定系数，单位是，可由附录表7查得；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。本母线中，此母线的短路保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s， ，把这些数据代入公式中得。同理，低压母线截面，因此，以上高低压母线选择适当。第6章变压所进线的选择6.110kV高压进线和引入电缆的选择6.1.110kV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=70.4A及室外环境温度33度，查附录表16得，初选LGJ-35,其35度时的,满足发热条件。b).校验机械强度查附录表14得，最小允许截面积，而LGJ-35满足要求，故选它。选标准截面，即LGJ-35满足要求。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埋地敷设。a)按发热条件选择由=70.4A及土壤环境25度，查表附录18得，初选缆线芯截面为50的交联电缆，其,满足发热条件。b)校验热稳定度按式，A为电缆截面积，单位为；为满足热稳定度条件的最小截面积，单位为；C为材料热稳定系数，单位是，可由附录表7查得；为电缆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，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s， ，把这些数据代入公式中得。因此JL22-10000-3 50-DB电缆满足要求。电缆的机械强度很好，无需校验器短路动稳定度。第7章变电所二次回路方案的选择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，其控制与信号回路如工厂供电设计指导图6-12所示。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