供配电课程设计-某机械厂降压变电所的电气设计.doc

1前言前言众所周知，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的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以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，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。本次设计根据课题提供的某机械制造厂的用电负荷和供电条件，并适当考虑生产的发展，按照国家相关标准、设计准则，本着安全可靠、技术先进、经济合理的要求确定本厂变电所的位置和形式。通过负荷计算，确定主变压器的台数和容量。进行短路电流计算，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线最后按要求写出设计说明书并绘出设计图样。具体过程和步骤:根据工厂总平面图工厂负荷情况供电电源情况气象资料地区水文资料和电费制度等先计算电力负荷判断是否要进行无功功率补偿接着进行变电所位置和型式选择并确定变电所变压器台数和容量主接线方案选择最后进行短路电流的计算并对变电所一次设备选择和校验和高低压线路的选择。2目录前言前言.1设计任务及要求设计任务及要求.3一、设计题目：一、设计题目：某机械厂降压变电所的电气设计。.3二、设计要求二、设计要求.3三、设计依据三、设计依据.3第一章第一章负荷计算和无功功率补偿负荷计算和无功功率补偿.6第一节负荷计算的目的和方法.6第二节全厂负荷计算的过程.6第三节无功功率补偿.8第二章第二章变电所的选择及主变压器的选择变电所的选择及主变压器的选择.9第一节变电所的位置与型式选择.9第二节主变压器的类型、台数与容量的选择.11第三章第三章机加工车间的配电系统的确定机加工车间的配电系统的确定.12第一节电力负荷计算.12第二节车间变压器低压到动力分电箱的干线的选择.15第四章第四章变电所主要结线方案的设计变电所主要结线方案的设计.16第一节变压器一次侧主接线.16第二节变压器二次侧主接线.17第五章第五章短路电流的计算短路电流的计算.17第一节短路及其原因、后果.17第二节高压电网短路电流的计算.17第六章第六章变电所一次设备及进出线的选择与校验变电所一次设备及进出线的选择与校验.19第一节高压开关柜选择.19第二节高压母线选择.20第三节低压出现柜选择.20第四节低压母线选择.22第五节低压出线电缆选择.22第六节变压器分组.23设计心得设计心得.24参考文献参考文献.25附录附录.26附表一机加工车间计算表.26附图一变电所主结线图27附图二变电所平面图和剖面图283设计任务及要求设计任务及要求一、设计题目一、设计题目：某机械厂降压变电所的电气设计。二、设计要求：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，绘出设计图样。三、设计依据三、设计依据11）工厂总平面图：）工厂总平面图：22）机加工车间平面图：）机加工车间平面图：433）工厂负荷情况）工厂负荷情况本厂多数车间为三班制，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处，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计得到的全厂负荷表见表1，机加工车间设备明细表见表2。44）供电电源情况）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。55）气象资料）气象资料本厂所在地区的年最高气温为38，年平均气温为23，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，年最热月地下0.8m处平均温度为25。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20天。厂房编号厂房名称负荷类别设备容量kW需要系数功率因数动力3000.30.701铸造车间照明60.81.0动力3500.30.652锻压车间照明80.71.07机加工车间待算动力3600.30.606工具车间照明70.91.0动力2500.50.804电镀车间照明50.81.0动力1500.60.803热处理车间照明50.81.0动力1800.30.709装配车间照明60.81.0动力1600.20.6510机修车间照明40.81.05动力500.70.808锅炉房照明10.81.0动力200.40.805仓库照明10.81.0生活区照明3500.70.9表1全厂负荷表分类序号设备名称设备容量kW台数总容量1车床C630M10.125110.1252万能工具磨床M5M2.07512.0753、4、5普通车床C620-17.625322.8756普通车床C620-35.62515.625712普通车床C6204.625627.7513螺旋套丝机S-81393.12513.12514普通车床C63010.125110.12515管螺纹车床Q1197.62517.62516摇臂钻床Z358.518.517、18圆柱立式钻床Z50403.12526.2520立式砂轮1.7511.7521、22牛头刨床B66532623万能铣床X63WT1311324立式铣床X52K9.12519.12525滚齿机Y-364.114.126插床B503241427弓锯机G721.711.728立式钻床Z5120.610.632车床CW6-131.9131.933立式车床C512-1A35.7135.734卧式镗床J681011035单臂刨床B101070170大批生产的金属冷加工机床小计291.95195t单梁吊车10.2110.2吊车小计10.229电极式盐浴电阻炉20120电阻炉设备30井式回火电阻炉24124631箱式加热电阻炉45145小计89总计391.15表2机加工车间设备明细表66）地质水文资料）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2m。77）电费制度）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交纳供电贴费：610kV为800元(kVA)。第一章第一章负荷计算和无功功率补偿负荷计算和无功功率补偿第一节第一节负荷计算的目的负荷计算的目的和方法和方法一、负荷计算的内容和目的一、负荷计算的内容和目的（1）求计算负荷，是选择确定建筑物报装容量、变压器容量的依据；（2）求计算电流，是选择缆线和开关设备的依据；（3）求有功计算负荷和无功计算负荷，是确定静电电容器容量的依据。22、负荷计算的方法负荷计算的方法（1）需要系数法用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。用于设备数量多，容量差别不大的工程计算，尤其适用于配、变电所和干线的负荷计算。（2）利用系数法采用利用系数求出最大负荷区间内的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数，得出计算负荷。适用于各种范围的负荷计算，但计算过程稍繁。第二节第二节全厂负荷计算全厂负荷计算的过程的过程7本设计各车间计算负荷采用需要系数法需要系数法确定。主要计算公式有：有功计算负荷（kW）dCCKPP无功计算负荷（kvar）:tanCCPQ视在计算负荷（kVA）：22CCCQPS计算电流（A）:NCCUSI3具体车间计算负荷如下表：车间设备容量Pekw需要系数Kd功率因数Cos功率因数角的正切tan有功计算负荷Pckw无功计算负荷Qckvar视在计算负荷SckVA冷加工291.950.250.51.7372.99126.27145.98吊车10.20.150.51.731.532.653.06电阻炉890.80.950.3371.223.5074.95机加工小计145.72152.41223.98铸造动力3000.30.71.029091.82128.57锻压动力3500.30.651.17105122.76161.54工具动力3600.30.61.33108144180电镀动力2500.50.80.7512593.75156.25热处理动力1500.60.80.759067.5112.5装配动力1800.30.71.025455.0977.14机修动力1600.20.651.173237.4149.23锅炉房动力500.70.80.753526.2543.75仓库动力200.40.80.758610铸造照明60.8104.804.8锻压照明80.7105.605.6工具照明70.9106.306.3电镀照明50.810404热处理照明50.810404装配照明60.8104.804.88机修照明40.8103.203.2锅炉房照明10.8100.800.8仓库照明10.8100.800.8生活区照明3500.70.90.48245118.66272.22机加工照明13.8211013.824013.824有功计算负荷Pckw无功计算负荷Qckw视在计算负荷(Sckw)总计1097.55919.521431.83同时系数=0.95K1042.68873.541360.24功率因素（）cos0.766表表33各车间负荷计算表各车间负荷计算表从表中可知：有功计算负荷KWPPiC1097.55无功计算负荷var919.52KQQiC视在计算负荷1431.8322CCCQPSAKV再乘以同时系数=0.95=0.97pKqK此时KWKPPpCC1042.68var873.54kKQQqCCAKVQPSCCC1360.2422功率因素24.59A，所以该分干线型号为VV22-0.61-44（22）66号主干线号主干线：其计算电流为，查表可得的截AIC91.13616.022VV面积为50mm时，其在埋地温度为30度是载流量为155A136.91A，所以该主干线型号为VV22-0.61-450主干线主干线和分干线分干线选择结果详见附表一附表一第四章第四章变电所主要结线方案的设计变电所主要结线方案的设计第一节第一节变压器一次侧主接线变压器一次侧主接线在前面选择变压器时选择2台主变压器，且本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源；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。所以采用一用一备的运行方式，故变压器高压侧采用单母线接线，而低压侧采用单母线分段接线。该方案根据当地供电部门的要求，两路电源均设置电能计量柜，且设置在电源进线主开关后。变电所采用直流操作电源，为监视工作电源和备用电源的电压，在母线上和备用进线断路器之前均安装有电压互感器。当工作电源停电且备用电源电压正常时，先断开工作电源进线断路器，然后接通备用电源进线断路器，由17备用电源提供所有负荷。备用电源的投入方式可采用手动投入，也可采用自动投入。进线柜和出线柜均采用电缆进线和电缆出线。开关柜是金属封闭开关设备的俗称，是按一定的电路方案将有关电器设备组装在一个封闭的金属外壳内的成套配电装置。金属封闭开关设备分为三种类型：1铠装式；2：间隔式；3：箱式。高压进线柜采用KYN28A-12金属铠装中置移开式开关柜。工作电源端进线柜选用方案06，电能计量柜选用方案68，电压测量柜选用方案02；备用电源端进线采用方案06，电能计量柜采用方案67，隔离柜选用方案56；2个变压器馈电均采用方案02.具体主结线详见附图一附图一第二节第二节变压器二次侧主接线变压器二次侧主接线低压出线柜采用GCS低压抽出式开关柜。采用2列低压柜，低压柜最前端为变压器，变压器与低压柜之间通过矩形铜母线联接。在2个变压器低压母线之间设置联络柜。2个低压母线之间采用封闭式母线连接。在联络柜之后2个低压母线上分别设置无功补偿柜。无功补偿均采用低压侧集中补偿的方法，该方案考虑到以后发展，方便扩充出线柜。具体为：2个变压器的出线柜都采用GCS-01E方案，无功补偿柜采用2组GCS-34A主柜结合2组GCS-35C辅柜来进行无功补偿，出线抽屉采用GCS-11方案。具体主结线详见附图一附图一第五章第五章短路电流的计算短路电流的计算第一节第一节短路及其原因、后果短路及其原因、后果短短路：路：指供电系统中不同电位的导电部分（各相导体、地线等）之间发生的低阻性短接。短路是电力系统最常见的一种故障，也是最严重的一种故障主要原因：主要原因：电气设备载流部分的绝缘损坏，其次是人员误操作、鸟兽危害等。短路后果：短路后果：18短路电流产生的热量，使导体温度急剧上升，会使绝缘损坏；短路电流产生的电动力，会使设备载流部分变形或损坏；短路会使系统电压骤降，影响系统其他设备的正常运行；严重的短路会影响系统的稳定性；短路还会造成停电；不对称短路的短路电流会对通信和电子设备等产生电磁干扰等。第二节第二节高压电网短路电流高压电网短路电流的计算的计算利用标幺值法标幺值法计算由于采用10KV电压供电，故线路电流92.3810316003dddUSI由设计要求中可知：工厂使用干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等三角形排列，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。查表得=0.358=0.2210 xkm0rkm（1）确定基准值取A100MVdS10.5kV1cUkVUc4.02而kA5.505.103100311kVAMVUSIcddkA34.4414.03100322kVAMVUSIcdd计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值191）电力系统（）A500MVkSX1=100500=0.2kdSS2）架空线路（=0.358km）0X2.60)5.10(1008358.022202kVAMVkmkmUSlxXd3）电力变压器7.50800100101006100%343AkVAkVSSUXXNTdk（3）在k-1k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1)电源至短路点的总电抗标幺值2.8021)1(XXXk2)三相短路电流周期分量有效值kA1.975.502.80)1(131kdkXII3)其他三相短路电流kAIIIkkk97.1)3(1)3(1)3(1kA5.0197.155.2)3(kAishkA2.9797.151.1)3(kAIsh4)三相短路容量AMV35.7480.2100)1()3(1AMVXSSkdk总电抗标幺值三相短路电流KA短路计算点X)3(kI)3(I)3(I)3(shi)3(shI三相短路容量SkMV.AK-1点2.801.971.971.975.011.5135.74表6短路电流计算结果20第六章第六章变电所一次设备变电所一次设备及进出线的选择与校验及进出线的选择与校验第一节第一节高压开关柜选择高压开关柜选择本次设计采用GZS1-12(KYN28A-12)中置式开关柜。其中的设备校验如下：（11）真空断路器的校验）真空断路器的校验真空断路器型号都采用选用VS1-12630-16型断路器，由于电源进线的电流和变压器高压侧的电流不同，应该分开校验。其检验过程如下表：电源引入隔离高压断路器校验安装地点的电气条件VS1-12630-16型断路器序号项目数据项目数据结论1UNKV10UN.QFKV12合格2IcA92.38IN.QFA630合格3Ik(3)KA1.97IocKA16.00合格4ish(3)KA5.01imaxKA40.00合格5I2t6.99It2t1024.00合格变压器一次侧高压断路器校验安装地点的电气条件VS1-12630-16型断路器序号项目数据项目数据结论1UNKV10UN.QFKV12合格2IcA46.19IN.QFA630合格3Ik(3)KA1.97IocKA16.00合格4ish(3)KA5.01imaxKA40.00合格5I2t6.99It2t1024.00合格表7变压器高压真空断路器校验（22）电流互感器校验电流互感器校验虽然电流互感器在电源进线的电流和变压器高压侧的电流不同，但是只要满足最大电流条件满足要求，就能保证小电流的电流互感器也能满足要求。所以校验电源进线的电流互感器。电流互感器型号选用LZZB6-10-1005型互感器，其检验过程如下表安装地点的电气条件LZZB6-10-1005型电流互感器序号项目数据项目数据结论1UNKV10UN.QFKV10.00合格2IcA92.38IN.QFA100.00合格3ish(3)KA5.01imaxKA15.00合格4I2t2.42It2t38.30合格表8变压器一次侧电流互感器校验（3）接地开关：接地开关：选用JN4-1231.5户内高压接地开关型21（4）避雷器：避雷器：选用HY5WS2-1750型避雷器。（5）电压互感器：电压互感器：型号为JDZX10-10高压熔断器型号采用XRNP-103.15-50-2。第二节第二节高压母线选择高压母线选择高压母线选取TMY矩形铜母线，变压器一次侧母线电流A92.3810316003dddUSI根据计算电流，选择母线的截面积。所以母线型号为TMY-3(403）第三节第三节低压出现柜选低压出现柜选择择出线柜的选择只要考虑干线电流即可。例如：例如：机加工干线1：计算电流，查资料可知GCS-11-C抽屉，其最AIC97.30大电流为100A30.97A满足要求，所以选用GCS-11-C抽屉。机加工车间出线柜方案如下表干线编号Ic抽屉出线电缆130.97GCS-11-C-0.61-4422VV272.00GCS-11-C-0.61-41622VV396.85GCS-11-C-0.61-42522VV4108.39GCS-11-B-0.61-43522VV5212.53GCS-11-A-0.61-49522VV6136.91GCS-11-B-0.61-41022VV786.27GCS-11-C-0.61-41022VV8143.40GCS-11-B-0.61-45022VV表9机加工车间出线柜方案车间类别Ic抽屉电缆型号铸造195.35GCS-11-B-0.61-49522VV锻压245.44GCS-11-A-0.61-415022VV22工具273.49GCS-11-A-0.61-415022VV电镀237.40GCS-11-A-0.61-412022VV热处理170.93GCS-11-B-0.61-47022VV装配117.21GCS-11-B-0.61-43522VV机修74.80GCS-11-C-0.61-41622VV锅炉房66.47GCS-11-C-0.61-41622VV仓库15.19GCS-11-C-0.61-4422VV其他车间照明73.12GCS-11-C-0.61-41622VV生活区182.72GCS-11-C-0.61-42522VV生活区2330.89GCS-11-A-0.61-424022VV表10其他出线柜方案第四节第四节低压母线选择低压母线选择低压母线选取TMY矩形铜母线，变压器二次侧母线电流1154.734.03800kVAkVIC根据计算电流，选择母线的截面积。中性线截面积选择只要其电流大于计算电流的一半即可。查表，可以得到母线型号为TMY-3(806.3）-1(505）第五节第五节低压出线电缆选择低压出线电缆选择出线电缆选用-0.61型四芯等截面铜芯聚录乙烯绝缘钢带铠装聚22VV22VV录乙烯护套电力电缆，前面算出干线电流，根据电流计算值选择截面积，例如铸造车间：例如铸造车间：其参数如下有用计算负荷kWPKPedC903.030023视在计算负荷AkVPSCC57.1287.090cos计算电流AkVAkVUSINCC35.1954.0357.1283PeKdcosPcQcScIc3000.300.7090.0091.82128.57195.35表11铸造车间参数查表得95截面的VV型电缆在埋地30度的载流量为221A，2mm大于195.35A，因此选择-0.61-495型电缆22VV详细见表表99和表和表1010第六节第六节变压器分组变压器分组为了使2个变压器提供的负荷相近，按如下分组：变压器分组铸造车间PcQcSc锻压车间515.12399.56651.92电镀车间无功补偿-256锅炉房515.12143.56534.75仓库其他车间照明生活区1热处理车间1#变压器补偿后功率因数0.96工具车间PcQcSc机加工车间535.72372.09652.26装配车间无功补偿-256机修车间535.72116.09548.15生活区22#变压器补偿后功率因数0.98表12变压器分组变压器平面布置图详见附图二附图二24设计心得设计心得经过这2个星期的设计，我终于完成了某机械加工工厂的配电设计。从开始接到课程设计要求到任务的完成，再到课程设计说明书的完成，每一步对我来说都是新的的尝试与挑战。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，当然设计过程中也遇到了许许多多的困难，但老师的讲解，同学的讨论，通过上网和去图书馆查看相关的资