工厂供电课程设计-XX机械厂降压变电所的电气设计.doc

工厂供电课程设计设计课题:XX机械厂降压变电所的电气设计姓 名:学 院:工 学 院专 业:电气工程及其自动化班 级:09级（4）班学 号:日 期 2012年 5月1日2012年5月13日 指导教师:目 录第一章 设计任务1.1设计要求1.2设计依据1.2.1工厂总平面图1.2.2工厂负荷情况1.2.3工厂供电情况1.2.4气象资料 1.2.5地质水文资料. 1.2.6电费制度.第二章 负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式2.2无功功率补偿第三章 变电所位置与形式的选择第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择第五章 短路电流的计算5.1确定短路基准值5.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值5.2.1电力系统5.2.2架空线路5.2.3电力变压器5.3 K-1点（10.5KV侧）的相关计算5.3.1总电抗标幺值5.3.2三相短路电流周期分量有效值5.3.3其他短路电流5.3.4三相短路电容5.4 K-2点（0.4KV侧）的相关计算5.4.1总电抗标幺值5.4.2三相短路电流周期分量有效值5.4.3其他短路电流5.4.4三相短路电容第六章 变电所一次设备的选择校验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 6.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 6.2 10KV侧一次设备的选择校验6.2.1 按工作电压选择6.2.2按工作电流选择6.2.3按断流能力选择6.2.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验6.3 380V侧一次设备的选择校验6.4 高低压母线的选择第七章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定7.1 变电所二次回路反感的选择7.2 主变电所继电保护装置7.2.1 主变压器的继电保护装置7.2.2 保护动作的整定7.2.3 过电流保护动作时间的整定7.2.4 过电流保护灵敏度系数的校验7.3 装设电流速断保护7.3.1 速断电流的整定7.3.2 电流速断保护灵敏度系数的校验7.4 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置第八章 降压变电所防雷与接地装置的设计8.1 变电所的防雷保护8.1.1 直接防雷保护8.1.2 雷电侵入波的防护8.2 变电所公共接地装置的设计8.2.1 接地电阻的要求8.2.2 接地装置的设计参考文献XX机械厂降压变电所的电气设计第一章 设计任务1.1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。1.2设计依据1.2.1工厂总平面图 1.2.2 工厂负荷情况 本长多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为3900h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于二级负荷外，其余均属于三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如下表所示。 表工厂负荷统计资料表 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7铸造车间动力3560.380.65照明7.40.851.02锻压车间动力3730.250.62照明6.90.781.01金工车间动力3580.280.61照明7.50.861.09工具车间动力3490.320.62照明6.90.881.04电镀车间动力1640.580.72照明7.00.871.03热处理车间动力1350.60.73照明6.70.881.06装配车间动力1280.370.65照明5.90.871.010机修车间动力1460.260.61照明1.30.91.08锅炉房动力870.80.74照明1.60.91.05仓库动力270.30.82照明1.60.881.0生活区照明4330.720.921.2.3 供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签订的供电合同规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线型号为LGJ-95，导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首段（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临近单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为70km，电缆线路总长度为15km。1.2.4 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-18，年最热月平均最高气温为33，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风，年雷暴日数为15。1.2.5 地质水文资料 本厂所在地区平均海拔600m，地层土质以粘土为主，地下水位为3m。1.2.6 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。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交纳供电贴费：610kV为 元kVA。第二章 负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算2.1.1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）2.1.2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）=，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，如表所示（额定电压取380V）表 机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量kW需要系数kWkvarkVAA1铸造车间动力3640.390.651.17142.0166.1照明7.20.851.006.10小计371.2148.1166.1222.53382工具车间动力3180.320.621.27101.8129照明6.90.881.006.10小计324.9107.91291682563热处理车间动力1600.60.730.949690照明7.00.881.006.20小计167102.2901362074装配车间动力1360.370.651.1750.358.9照明5.80.871.005.00小计141.855.358.980.81235仓库动力230.30.820.706.94.8照明1.60.881.001.40小计24.68.34.89.614.66锻压车间动力3770.250.621.2794.3120照明8.30.781.006.50小计385.3100.81201572387金工车间动力3400.280.611.3095.2123.8照明7.60.861.006.50小计347.6101.7123.81602438机修车间动力1470.260.611.3038.249.7照明1.50.91.001.40小计148.539.649.763.5979电镀车间动力2650.580.720.96153.7147.6照明6.80.871.006.00小计271.8159.7147.621733010锅炉房动力800.80.740.916458.2照明1.50.91.001.40小计81.565.458.287.513311生活区照明4440.720.920.43320137.5348529总计 （380V侧）动力221012091085.6照明498.20.72967.2922.8133720312.2无功功率补偿: 由表可知，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进线侧最大时功率因数不应低于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： 参照工厂供电设计指导图2-6，选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）6台相组合，总共容量84kvar7=588kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算表所示。表 无功补偿后工厂的计算负荷项目计算负荷380V侧补偿前负荷0.72967.2922.813372031380V侧无功补偿容量588380V侧补偿后负荷0.945967.2334.81023.51555主变压器功率损耗0.01=100.05=5110kV侧负荷总量0.92977.2385.8105161第三章 变电所位置与形式的选择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，由工厂平面图测得各车间的坐标如表所示。 表 各车间的坐标厂方名称铸造车间锻压车间金工车间工具车间电镀车间热处理车间有功功率148.1kW100.8 kW101.7kW107.9 kW159.7kW102.2 kW坐标（1.8 , 2.8）（2.1 , 4.8）（6.4 , 6.5）（6.1 , 5.1）（5.4 , 2.0）（3.7 , 6.7）厂方名称装配车间机修车间锅炉房仓库生活区变电所有功功率55.3 kW39.6 kW65.4 kW8.3 kW320 kW坐标（9.1 , 3.7）（9.8 , 6.7）（8.7 , 2.1）（5.8 , 3.6）（0.6 , 7.4）（3.9 , 5.1）代入下列公式： 算得负荷中心的坐标为（3.9 ，5.1），由计算结果可知，负荷中心在2号厂房（锻压车间）的东南角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在2号厂房（锻压车间）的正东南角靠近厂房处建造工厂变电所，其型式为附设式。第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择装设两台主变压器，型号采用S9型，每台变压器容量按以下两式确定： 因此选两台S9-80010型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦与临近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用。第5章 短路电流的计算5.1 确定短路计算基准值设基准容量=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 （5-1） （5-2）5.2 计算短路电路中个元件的电抗标幺值5.2.1电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量=300MVA，故=100MVA/300MVA=0.33 （5-3）5.2.2架空线路查表得LGJ-95的线路电抗，而线路长6km，故 （5-4）5.2.3电力变压器查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故=4.5 （5-5）式中，为变压器的额定容量5.3 k-1点（10.5kV侧）的相关计算5.3.1总电抗标幺值=0.33+1.9=2.23 （5-6）5.3.2 三相短路电流周期分量有效值 （5-7）5.3.3 其他短路电流 （5-8） （5-9） （5-10）5.3.4 三相短路容量 （5-11）5.4 k-2点（0.4kV侧）的相关计算5.4.1总电抗标幺值=0.99+1.9+3.57=5.8 （5-12）5.4.2三相短路电流周期分量有效值 （5-13）5.4.3 其他短路电流 （5-14） （5-15） （5-16）5.4.4三相短路容量 （5-17）短路计算如表短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAk-12.472.472.476.33.7344.8k-224.824.824.845.62717.3第六章 变电所一次设备的选择校验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=59.2A及室外环境温度30，查表得，初选LGJ-35,其30C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。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=59.2A及土壤环境24，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=2470，=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A=25。因此JL22-10000-3 25电缆满足要求。6.2 10kV侧一次设备的选择校验6.2.1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。=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。6.2.2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6.2.3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，即或对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。6.2.4 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。b)热稳定校验条件 对于上面的分析，如表6-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。1. 10kv侧变压器线路上一次设备的选择校验 如下图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10kv61A2.47kA6.3kA一次设备型号规格额定参数高压少油断器SN10-10I/63010kv630A16kA40kA高压隔离开关10kv200A-25.5kA高压熔断器RN2-1010kv0.5A57.7kA-电压互感器JDZJ-1010/0.1-电流互感器LAJ-1010kv200/5-2.10kv侧进线上变压器部分设备的选择校验 如下图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10kv29.6A2.47kA6.3kA一次设备型号规格额定参数高压隔离开关10kv200A-25.5kA高压断路器SN10-10I/63010KV630A16kA40kA高压熔断器RN2-1010kv0.5A57.7kA-电压互感器JDJ-1010/0.1-3, 备用电源线路上的设备的选择与校验 因为备用电源仅仅给二级负荷供电，而二级负荷电流分别为 铸造车间338A，电镀车间为330A，锅炉房为133A.则二级负荷总的电流为： 338A+330A+133A=801A而变压器的变比为10kv/0.4kv，所以高压侧电流为所以我们选择的导线型号为LGJ-35.则备用电源线路上的各元件的选取如下表：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10kv29A2.47kA6.3kA一次设备型号规格额定参数电流互感器LAJ-1010kv100/5-高压隔离开关10kv200A-25.5kA导线LGJ-3510kv137A-高压断路器SN10-10I/63010kv630A16kA40kA 6.3 380V侧一次设备的选择校验名称装置地点条件电缆低压断路器校验短路器和电缆配合计算电流/A尖峰电流/A短路电流/kA截面积允许载流量/A型号/A/A铸造车间338101424.8300347DW16-630250A/1500A/30kA16111369136916001611锻压车间23871424.8300242DW16-630250A/1000A/30kA108996496410001089金工车间24372924.8185273DW16-630250A/1000A/30kA108998498410001089工具车间25676824.8185273DW16-630250A/1000A/30kA16111037103712601611电镀车间33099024.8300347DW16-630250A/1500A/30kA16111337133715751611热处理车间20762124.8120212DW16-630250A/1000A/30kA122483883810001224装配车间12336924.850179DW16-630160A/640A/30 kA886.5498498640886.5机修车间9729124.835110DW16-630160A/480A/30 kA612393393480612锅炉房13339924.870157DW16-630160A/600A/30 kA612539539600612仓库14.64424.82519DW16-630160A/480A/30 kA6125959480612年最热月地下0.8米处平均温度为24度，采用采用BV型导线，上述各车间的均符合要求(2)作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10kV母线相联。 a.按发热条件选择 工厂二级负荷容量共，,而最热月土壤平均温度为24，因此查表8-44，初选缆芯截面为25的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，其,满足发热条件。 b.校验电压损耗 由表8-42可查得缆芯为25的铝芯电缆的（缆芯温度按80计），而二级负荷的，线路长度按2km计，因此 由此可见该电缆满足允许电压损耗要求。 c.短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25的交联电缆是满足短路热稳定要求的。由于邻近单位10kV的短路数据不详，因此该联络线的短路热稳定校验无法进行，只能暂缺。（3）馈电给生活区的线路 采用BX-1000型铜芯橡皮绝缘线架空敷设。a.按发热条件选择 由及室外环境温度为33，查表8-40，初选BX-1000-1240，其33时的，满足发热条件。 b.校验机械强度 查表8-35，最小允许截面积，因此BX-1000-1240满足机械强度要求。 c.校验电压损耗 由图量得变电所至生活区负荷中心距离约95m，由表8-39查得其近似阻抗值，（按线几何均距0.8m计），又生活区的，因此满足电压损耗要求，所以决定采用四回BX-1000-1240的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BX-1000-1120橡皮绝缘线。综合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所示。表 变电所进出线和联络线的型号规格线路名称导线或电缆的型号规格10kV电源进线LJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22-10000-325交联电缆（直埋）380V低压出线至1号厂房VLV-1000-3300铝芯电缆3根穿内径75硬塑管（直埋）至2号厂房VLV-1000-3150铝芯塑料线3根穿内径75硬塑管（直埋）至3号厂房VLV-1000-3120)铝芯塑料线3根穿内径65硬塑管（直埋）至4号厂房VLV-1000- 3300铝芯塑料线3根穿内径75硬塑管（直埋）至5号厂房BLV-1000- (34)铝芯塑料线3根穿内径20硬塑管（直埋）至6号厂房VLV-1000-3185铝芯塑料线3根穿内径50硬塑管（直埋）至7号厂房VLV-1000-3185铝芯塑料线3根穿内径75硬塑管（直埋）至8号厂房VLV-1000- 370铝芯塑料线3根穿内径65硬塑管（直埋）至9号厂房VLV-1000-350铝芯塑料线3根穿内径75硬塑管（直埋）至10号厂房VLV-1000- 335铝芯塑料线3根穿内径65硬塑管（直埋）至生活区四回路，每回路3BX-1000-1240+1BX-1000-1120橡皮线（三相四线架空）与临近单位10kV联络线YJL22-10000-325交联电缆（直埋）第七章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定7.1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。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，其接线图见工厂供电设计指导图6-8。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，接线图见工厂供电设计指导图6-9。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。7.2 变电所继电保护装置7.2.1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。7.2.2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6A。7.2.3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 。7.2.4过电流保护灵敏度系数的检验其中，=0.86624.8kA/(10kV/0.4kV)=0.86KA，因此其灵敏度系数为： 满足灵敏度系数的1.5的要求。7.3装设电流速断保护 利用GL15的速断装置。7.3.1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 7.3.2、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从工厂供电课程设计指导表6-1可知，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。7.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器