【论文】机修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计.pdf

修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 I 摘 要 本次设计贯彻执行国家的经济技术指标 做到保障人身安全 遵循安全 可靠 优质 经济的基本原则从全局出发 统筹兼顾 按负荷性质 用电容量 工程特点 以及地区供电特点 合理提出工厂厂区供电的设计方案 本次设计 是关于机修厂车间变电所及机械加工一车间低压配电系统设计 其中包括对车 间进行了负荷和短路电流计算 变压器和变电所高压进线和出线的选择 以及 主接线 二次回路 继电保护和照明的设计 关键词关键词 方案设计 工厂供电 短路电流 一 二次设备 电气照明 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 II Abstract The design of the implementation of national economic and technical indicators so that protection of personal safety according to the basic principles of safety reliability from the overall situation balanced according to the nature of the load electricity capacity the engineering characteristics and regional supply and rationally high quality and economic results The power supply design program of the factory district is put forward It is about design the machine fixs the factory car changes to give or get an electric shock and machines process the cartful a low pressure goes together with to give or get an electric shock system The design includes the calculation of loads and short circuit electric current the select of transformer and circuit and design of main circuit the second circuit protect and lighting Keywords scheme design plant power supply The calculation carries Short circuit electric current one two times equipments Electricity lighting 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 III 目 录 第一章 绪论 1 1 1 工厂供电的意义和要求 1 1 1 1 工厂供电的意义 1 1 1 2 工厂供电的要求 1 1 2 工厂供电设计的一般原则及内容 2 1 2 1 工厂供电设计的一般原则 2 1 2 2 设计内容和步骤 2 第二章 负荷计算 5 2 1 各车间负荷计算 5 2 2 计算方法 6 2 2 1 一号干线计算负荷 6 2 2 2 二号干线计算负荷 7 2 2 3 三号干线计算负荷 8 2 3 机加工一车间照明负荷 9 2 3 1 车间照明的安装容量 9 2 3 2 其他部分的照明负荷如表 9 2 3 3 总照明负荷 9 2 4 无功功率补偿 10 2 4 1 补偿容量 Qc 10 2 4 2 补偿装置的选择 10 第三章 主接线设计及低压配电方案 12 3 1 变压器的选择 12 3 1 1 变压器的台数 12 3 1 2 变压器的容量及型号 12 3 2 主接线的设计 12 3 3 低压配电方案 13 第四章 短路计算 15 4 1 短路电流的概述 15 4 2 1 求 k 1 点的三相短路电流和短路容量 15 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 IV 4 2 2 求 k 2 点的短路电流和短路容量 16 第五章 高低压一次设备的选择 19 5 1 高压一次设备的选择 19 5 1 1 一次设备的分类 19 5 1 2 一次主要的电气设备 19 5 1 3 一次设备选择与校验的条件与项目 20 5 1 4 短路电流的校验条件 20 5 1 5 短路动稳定度的校验条件 20 5 1 6 高压一次设备的选择与校验 20 5 2 低压一次设备的选择 21 5 3 1 高压进线 23 5 3 2 低压动力干线 23 5 4 动力配电箱的选择 24 5 4 1 各用电设备的计算负荷 24 5 4 2 熔断器最小电流 24 5 4 3 导线选择 24 5 4 4 管径选择 24 5 4 5 动力配电箱选择 24 5 5 配电线路敷设方式 25 第六章 变电所二次回路设计及继电保护整定 26 6 1 二次回路的概述 26 6 2 车间变电所二次接线方案 26 6 3 反时限过电流保护 27 6 4 电流速断保护 28 6 5 瓦斯保护 28 6 6 防雷保护 28 第七章 车间照明设计 29 7 1 电光源 灯具及其布置选择 29 7 2 照明设计计算 29 7 3 配电照明线截面的选择 30 7 4 选择照明干线 AB 段的导线截面 31 第八章 结论与展望 32 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 V 参考文献参考文献 33 致 谢 34 附 录 36 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 1 第一章 绪 论 1 1 工厂供电的意义和要求 1 1 1 工厂供电的意义 工厂供电 就是指工厂所需要电能的供应和分配 亦称工厂配电 众所周知 电能是现代工业生产的主要能源和动力 电能既易于有其他形式的能量转换而 来 又易于转换为其他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 据的比重一般很小 除电化工业外 电能在工业生产中重要性 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 改善公认的劳动条件 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 1 1 2 工厂供电的要求 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 就必须达到一下要求 1 安全 在电能的供应 分配和使用中 不应发生人身事故和设备事故 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 供电系统的投资要少 运行费用要低 并尽可能地节约电能和 减少有色金属的消耗量 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 照顾局部的当前利益 又要有全局观点 能顾全大局 适应发展 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 2 1 2 工厂供电设计的一般原则及内容 1 2 1 工厂供电设计的一般原则 工厂供电必须遵循以下原则 按照国家标准 GB50052 95 供配电系统设计规范 GB50053 94 10kv 及以下设计规范 GB50054 95 低压配电设计规范 等的规定 进行工厂供 电设计必须遵循以下原则 1 遵守规程 执行政策 2 安全可靠 先进合理 3 近期为主 考虑发展 4 全局出发 统筹兼顾 关于负荷性质 按 GB50052 95 供配电系统设计规范 规定 根据电力 负荷对供电可靠性要求及中断供电在政治 经济上所造成的损失或影响程度 电力负荷分为以下三级 一级负荷 中断供电将造成人身伤亡者 中断供电将在政治上 经济上造成 重大损失者 例如重要交通枢纽 大型体育馆 经常用于国际活动的大量人员 集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷 在一级负荷中 当中断供电将 发生中毒 爆炸和火灾等情况的负荷 以及特别重要的场所不允许中断供电的 负荷 应视为特别重要的负荷 对一级负荷 应由两个电源供电 当一个电源 发生故障时 另一个电源不应同时受到损坏 一级负荷中特别重要的负荷 除 应由两个电源供电外 还应增设应急电源 并严禁将其他负荷接入应急供电系 统 二级负荷 中断供电将在政治上 经济上造成较大损失者 例如主要设备的 损坏 大量产品报废 重点企业大量减产等 中断供电将影响重要用电单位的 正常工作者 对于二级负荷 应由两回线路供电 在负荷较小或地区供电条件 困难时 二级负荷可由一回 6KV 及以上专用的架空线或电缆供电 当采用架空 线供电时 可为一回架空线供电 当采用电缆供电时 应采用两根电缆组成的 线路供电 其每根电缆应能承受 100 的二级负荷 三级负荷 不属于一级负荷和二级负荷的电力负荷 1 2 2 设计内容和步骤 机修车间及变电所设计 是根据各车间的负荷数量和性质 生产工艺对负 荷的要求 以及负荷布局 结合国家的实际供电情况 解决对各部门的安全 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 3 可靠 经济的分配电能的问题 1 负荷计算 变电所的负荷计算 是在车间负荷计算的基础上进行的 考虑车间变电所变 压器的功率损耗 从而求出变电所计算负荷及其总功率因数 并且列出负荷计 算表 说明计算结果 按负荷计算求出各车间变电所的功率因数 通过查资料 和计算达到本次毕业设计要求数值所需补偿的无功功率 并选用合适的电容器 柜 2 变电所主接线方案及低压配电方案 根据变电所配电回路数 总负荷情况 从技术和经济合理性 负荷布局及由 不同方案的可靠性 电压损失 基建投资 年运行费用 有色金属消耗量等综 合技术经济条件负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数 确定 变电所高 低压接线方式 3 短路电流计算 工厂供电系统要求正常的不间断的对用电负荷供电 以保证工厂生产和生活 得正常进行 但是由于各种原因 也难免出现故障 而使系统的正常运行遭到 破坏 系统中最常见的故障就是短路 短路就是指不同点位的导电部分之间的 低阻 因为我所设计的这个系统不算复杂 用欧姆发完全可以满足短路电流计 算的要求 而且容易检验计算结果的正确与否 所以采用欧姆法计算短路电流 4 变电所高低压侧设备选择 参照短路电流计算数据和各个回路计算负荷以及对应的额定值 选择变电所 高压侧的电气设备 并根据需要进行热稳定和动稳定校验 按照相同的方法对 低压配电屏及低压配电屏内一次低压设备进行选择 然后根绝经济截面积等校 验条件进行各种导线的选择及校验 根据负荷计算选择动力配电箱 确定敷设 方式 5 二次回路设计 为了监视 控制和保证安全可靠运行 变压器 高压配电线路移相电容器 高压电动机 母线分段断路器及联络线断路器 皆需要设置相应的控制 信号 检测和继电器保护装置 并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数 设计包括继电器保护装置 监视及测量仪表 控制和信号装置 操作电源和 控制电缆组成的变电所二次结线系统 参考本地区气象地质材料 设计防雷装 置 6 照明设计 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 4 根据本车间使用环境 本间面积较大 干燥且无腐蚀性气体 悬挂高度 h 为 6 15m 及机加工使用要求选择照明设备 灯具布置方案用照明布置图表示 7 绘制变配电所主接线图 平面图 综合前面所述设计计算结果 参照国家有关的规程规定 进行企业的变 配 电所的总体布置 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 5 第二章 负荷计算 2 1 各车间负荷计算 车间变电所除为机加工一车间配电外 还要为机加工二车间 铸造车间 铆 焊车间 电修车间配电 所以还得计算出总车间负荷 才能确定变电所容量和 其他一些设备的型号 根据原始数据中给出的车间用电设备表和各个设备单台 容量计算如表 2 1 表 2 1 负荷计算数据表 序号 车间名称 容量 KW P30 KW Q30 KVar S30 KVA I30 A 1 机加工一车间 NO1 供电回路 157 2 74 128 148 224 8 NO2 供电回路 150 79 4 137 8 159 1 241 7 NO3 供电回路 89 67 22 1 70 5 107 2 NO4 车间照明 7 2 机加工二车间 NO1 供电回路 155 46 5 54 4 71 6 108 7 NO2 供电回路 120 36 42 1 55 4 84 2 NO3 车间照明 10 3 铸造车间 NO1 供电回路 160 64 65 3 91 4 138 9 NO2 供电回路 140 56 57 1 80 121 6 NO3 供电回路 180 72 73 1 102 6 155 9 NO4 车间照明 8 4 铆焊车间 NO1 供电回路 150 45 89 1 99 8 151 6 NO2 供电回路 170 51 101 113 1 171 9 NO3 车间照明 7 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 6 5 电修车间 NO1 供电回路 150 45 77 9 90 136 7 NO2 供电回路 146 2 43 9 75 9 87 7 133 2 NO3 车间照明 10 6 小计 722 1 923 8 1174 2 1784 7 考虑同期系数后 变 压器低压侧总计算负荷 Kp Kq 0 8 577 7 739 938 1427 8 380V 侧无功补偿容量 500 9 变压器功率损耗 9 4 37 5 10 补偿后变压器高压侧 计算负荷 587 276 5 649 1194 2 2 计算方法 我们常用的有 逐级法 需要系数法 二项式法以及产值 产量估算法等 工 厂电力负荷计算方法的确定 主要应依据厂方提供的可供使用的有关基础资料 和工厂用电设备的类别 工作状态以及计算方法适用的范围综合考虑确定 在此我们采用二项式法计算车间负荷 由于二项式不仅考虑了用电设备组最 大负荷时的平均功率 而且考虑了少数容量最大的设备投入运行时对总计算负 荷的额外影响 所以二项式比较适合于确定设备台数较少而且容量差别较大的 低压干线和分支线的计算负荷 二项式的计算系数的值缺乏充分的理论依据 而且这些系数 也只适合与机械加工工业 而这些正好适合于本次设计 所以 我们采用二项式系数法 以一车间三天主干线为例计算 其中 bPe 为表示用电设备组的平均功率 Pe 是 用电设备组总容量 cPx 为表示用电设备组中 x 台容量最大的设备投入运行是增 加的附加负荷 Px 是 x 台最大容量的设备总容量 b c 为二项式系数 半小时最大负荷 P P30 表示其有功计算负荷 而无功计算负荷 视在计算负荷和 计算电流则分别是 Q Q30 S S30 和I I30 2 2 1 一号干线计算负荷 16 台加工机床如图 2 1 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 7 图 2 1 一号干线设备图 一号干线包括上表 1 1 中 1 13 34 35 28 号设备 通过查表取二项式系数 b 0 14 c 0 5 x 5 Cos 0 5 tan 1 73 P30 1 bPe cPx 0 14 157 175KW 0 5 70 10 125 10 2 7 625 KW 74KW Q30 1 P30 1 tan 74KW 1 73 128KVar S S30 1 P P30 1 Cos 74 0 5 148KVA I I30 1 S S30 1 3U 148 3 0 38A 224A 2 2 2 二号干线计算负荷 15 台加工机床 1 台吊车如图 2 2 图 2 2 二号干线设备图 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 8 二号干线包括上表 1 1 中 14 27 32 33 号设备 1 P30 21 bPe cPx 0 14 139 775KW 0 5 31 9 35 7 13 10 125 9 125 KW 69 5KW Q30 21 P30 21 tan 69 5 1 73 120 2KVar 2 吊车计算负荷 因只有一台设备 故就以其额定工作参数作为计算负荷 P30 22 Pe 10 2KW Q30 22 P30 22 tan 10 2KW 1 73 17 6KVar 3 干线计算负荷 P30 2 P30 21 P30 22 69 5KW 10 2KW 79 7KW Q30 2 Q30 21 Q30 22 120 2KVar 17 6KVar 137 8KVar S30 2 22 Q30 2 P30 2 22 137 879 7 KVA 159 1KVA I30 2 S30 2 3U 159 1 3 0 38A 241 7A 2 2 3 三号干线计算负荷 如图 2 3 图 2 3 三号干线设备图 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 9 三号干线包括上表 1 1 中 29 30 31 号设备 取 b 0 5 c 0 5 Cos 0 95 tan 0 33 x 1 则 P P30 3 bPe cPx 0 5 89KW 0 5 45KW 67KW Q Q30 3 P30 3 tan 67KW 0 33 22 1KVar S S30 3 P P30 1 Cos 67KW 0 95 70 5KVA I I30 3 S30 3 3U 70 53 3 0 38 107 2A 2 3 机加工一车间照明负荷 2 3 1 车间照明的安装容量 由车间平面图可知车间照明总面积约为 1080M 单位面积安装功率为 6W M 计算高度 8 12M 则本车间均匀布置的一般照明负荷为 P P30 A 1080 6 3 10 KW 6 48KW 2 3 2 其他部分的照明负荷如表 2 2 表 2 2 照明负荷 单独使用一般照明度 LX 面积 M 安装功率 W 工具库 30 3 6 120 工艺室 30 3 6 120 低压配电 室 30 3 7 5 120 变压器室 20 3 7 5 75 高压室 30 3 7 5 100 总计 535 2 3 3 总照明负荷 P 30 6 48 0 535 7 KW 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 10 2 4 无功功率补偿 供电单位在工厂初步设计时对功率因数要提出一定要求 它是根据工厂电源 进线 电力系统发电厂的相对位置以及工厂负荷的容量决定的 根据 全国供 电规则 的规定 要求一般工业用户的功率因数为 0 85 0 90 以上 供电单位 对工厂的功率因数这样高的要求 仅仅依靠提高自然功率因数的办法是不能满 足要求的 因此工厂需要安装无功补偿装置 对功率因数进行人工补偿 本设 计中平均功率因数只有 0 54 所以需要人工补偿 本设计采用低压侧集中补偿 低压侧集中补偿是指将低压电容器通过低压开 关接在配电变压器低压母线侧 以无功补偿投切装置作为控制保护装置 根据 低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切 电容器的投切是整组进行 做不到平滑的调节 低压集中补偿的优点 接线简单 运行维护工作量小 使无功功率就地平衡 从而提高配电的利用率 降低送电网的损耗 具有较高的经济性 是目前无功 补偿中常用手段之一 2 4 1 补偿容量 Qc 补偿前变压器低压侧平均功率因数为 取 0 7 0 85 Cos 2 30 30 1 1 Q P 2 1 0 85 739 1 0 7 577 7 0 54 将 Cos 由 0 54 提高到 0 9 以上所需补偿容量 由表查得 qc 1 08 为 Qc P P30 qc 0 7 577 7 1 08KVar 437KVar 取 Qc 500KVar 则补偿后视在计算负荷为 S S30 2222 30 30 577 7 739500 PQQc 625KVA 2 4 2 补偿装置的选择 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 11 在车间变电所内进行低压集中补偿 查手册选用 PGL1A 型无功功率自动补 偿屏 内装 BW0 4 14 3 型电容器 电容器个数 n 2 500 14 380 400 39 5 应取3的倍数以便三相均衡分配所以取42个 安装容量为42 14 KVar 588KVar 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 12 第三章 主接线设计及低压配电方案 3 1 变压器的选择 3 1 1 变压器的台数 本车间负荷和转供负荷均属于三级负荷 而且负荷容量不大 所以选用一台 车间变压器 3 1 2 变压器的容量及型号 一般来说装一台变压器的变电所的主变压器容量不应小于变压器的额定容 量 另外车间所处的环境是少尘无腐蚀性气体的环境 所以选选用 SL7 系列的 三项铝线式变压器 根据负荷计算 变压器低压侧总负荷 S30 625KVA 考虑到 车间的发展 故选用容量为 800KVA 的 SL7 800 10 0 4F 型变压器 3 2 主接线的设计 1 安全 符合有关电气技术规范 规程的要求 能充分保证人身和设备的 安全 能避免运行人员的误操作和确保检修工作的安全 2 可靠 能满足电力负荷对供电可靠性连续性的要求 3 灵活 能适应系统所要求的各种运行方式 操作灵活方便 4 经济 在满足上述要求的前提下 应尽可能使投资省 运行费用低 有 色金属消耗量少 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 13 图3 1 主接线参考图 根绝本次设计具体要求并参考图3 1是高压侧采用隔离开关 断路器的变电 所主接线 由于采用了断路器 因此变电所的停 送电操作十分灵活方便 同 时高压断路器都有继电保护装置 在变电所发生短路或者过负荷的时候都能自 动跳闸 且在故障和异常情况消除后还可直接迅速合闸 从而使恢复供电的时 间缩小 还根据所选车间变压器的容量 安装地点 进线方式 本车间及需转 供负荷的性质及出线路数等 本次设计因均为三级负荷只选用了一台变压器所以高压侧采用隔离开关 断路器的的接线方式 从而使变电所的停送电非常灵活 3 3 低压配电方案 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 14 图 3 2 根据本次设计的具体要求并参考图 3 2 低压母线树干式配电 树干式接线的 特点正好与放射式接线相反 一般情况下 树干式接线采用的开关设备比较少 有色金属消耗量也少 但是当干线发生故障时 影响停电的范围大 因此供电 可靠性较低 图 3 2 所示树干式接线在机械加工车间 工具车间和机修车间中 应用比较普遍 而且多采用成套的封闭性母线 灵活方便 也比较安全 很适 合供电给容量较小而分布较均匀的用电设备如机床 小型加热炉等 当总降压变电所为单电源进线 用电设备 排列整齐 且均属于第三类负荷 故选用一台变压器 主接线采用一次侧线路一变压器租 二次侧单母线不分段 接线 经综合考虑后采用树干式接线方式 具有以下优点 多数情况下 能减少线路的有色金属耗量 采用的高压开关 数量少 投资较省 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 15 第四章 短路计算 4 1 短路电流的概述 工厂供电系统要求正常的不间断的对用电负荷供电 以保证工厂生产和生活 得正常进行 但是由于各种原因 也难免出现故障 而使系统的正常运行遭到 破坏 系统中最常见的故障就是短路 短路就是指不同点位的导电部分之间的 低阻 4 2 短路电流计算 短路电流的计算方法有以下两种 欧姆法 有名单位制法 标幺值法 相对单位制法 因为我所设计的这个系统不算复杂 用欧姆发完全可以满足短路电流计算的 要求 而且容易检验计算结果的正确与否 所以采用欧姆法计算短路电流 图 4 1 短路计算图 4 2 1 求 k 1 点的三相短路电流和短路容量 Uc1 10 5KV 1 计算短路电路中的各元件的电抗及总电抗 1 电力系统的电抗 查表可知道 SL7 800 型断路器的断流容量 Soc 200MV A 因此 OCC SUX 2 11 55125 0200 5 10 2 2 架空线路的电抗 可知 X0 0 38 因此 X2 X0 L 0 38 0 3 0 114 3 绘 k 1 点短路的等效电路如图 4 2 所示 并且计算其总电抗如下 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 16 图 4 2 短路等效图 21 1 XXX K 0 66525 2 计算三相短路电流和短路容量 1 三相短路电流周期分量有效值 1 1 3 1 3 K CK XUI 10 5 1 732 0 6652513 9 2 三相短路次暂态电流和稳态电流 3 1 3 3 K III 3 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 3 3 3 3 51 1 55 2 II Ii SH sh 得出 3 sh i23 28 3 sh I 13 79 4 三相短路容量 3 11 3 1 3 KCK IUS 1 732 10 5 9 13 166 4 2 2 求 k 2 点的短路电流和短路容量 Uc2 0 4KV 1 1 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 17 1 电力系统的电抗 OCC SUX 2 21 0 16 200 0 0008 2 架空线路的电抗 2 1202 CC UUlXX 2 0 38 0 3 0 4 10 5 1 65 4 10 3 电力变压器的电抗 NCK SUUX 100 2 23 2 4 5 1 0 00 4 8 0 0 9 6 10 4 绘 k 2 点短路的等效电路如图 4 3 并计算其电抗 图 4 3 短路 321 2 XXXX K 4464 8 101 65 109 109 74 10 2 计算三相短路电流和短路容量 1 三相短路电流周期分量有效值 2 2 3 2 3 K CK XUI 0 4 1 73 9 74 4 1019 12 2 三相短路次暂态电流和稳态电流 3 2 3 3 K III 19 12 3 三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值 3 3 3 3 09 1 84 1 iI Ii sh sh 因此得 3 3 3 5 1 8 2 0 8 4 sh sh i I 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 18 4 三相短路容量 3 22 3 2 3 KCK IUS 1 73 0 4 19 12 13 23 短路计算结果如表 4 1 表 4 1 短路计算结果 短路计算点 三相短路电流 KA 电压 KV 三相短路容 量 Sk MVA Ik 3 ish 3 Ish 3 dk 1 9 13 23 28 13 79 10 5 166 dk 2 19 12 35 18 20 84 0 4 13 23 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 19 第五章 高低压一次设备的选择 5 1 高压一次设备的选择 5 1 1 一次设备的分类 变配电所中承担输送和分配电能任务的电路称为一次电路或一次回路 亦称 主电路 一次电路中所有的电气设备 称为一次设备 一次设备按其功能来分 可分为以下几类 1 变换设备 其功能是按电力系统工作的要求来改变电压或电流等 如电力 变压器 电流互感器 电压互感器等 2 控制设备 其功能是按电力系统工作 要求来控制一次电流的通 断 如 各种高低压开关 3 保护设备 其功能是用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护 如 熔断器和避雷针等 4 补偿设备 其功能是用来补偿电力系统的无功功率 一提高电力系统的 功率因数 如并联电容器等 5 成套设备 它是按一次电路接线方案的要求 将有关一次设备及二次设 备做组合为一体的电气装置 如高压开关柜 低压配电屏 动力和照明配电箱 等 5 1 2 一次主要的电气设备 1 高压熔断器 熔断器是一种当所在电路的电流超过规定值一定时间后 使其熔体融化而分断电流 断开电路得一种保护电器 熔断器的主要功能是对 电路和设备进行短路保护 2 隔离开关 主要是隔离高压电源 保证其他设备和线路的安全检修 隔 离开关没有专门的灭弧装置 3 高压断路器 能通断正常的负荷电流 而且能接通和承受一定时间的短 路电流 并能在保护装置作用下自动跳闸 切除短路故障 高压断路器按其采 用的灭弧介质分 有油断路器 六氟化硫断路器 真空断路器以及压缩空气断 路器 磁吹断路器等 其中应用最广泛的是油断路器 互感器是一次系统和二 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 20 次系统间的联络元件 用以分别向测量仪表 继电器的电流线圈供电 正确反 映电气设备的正常运行和故障情况 作用 将一次回路的高电压和大电流变为 二次回路标准的低电压 100v 和小电流 5 或1 另外使二次设备与高压 部分隔离 且互感器二次侧均接地 从而保证了设备和人身的安全 5 1 3 一次设备选择与校验的条件与项目 为了保证一次设备安全可靠地运行 必须按下列条件选择或校验 1 按正常工作条件 包括电压 电流 频率 开断电流等选择 2 按短路条件 包括动稳定和热稳定校验 3 考虑电器设备运行的环境条件如温度 湿度 海拔以及有无防尘 防腐 放火 防爆等要求 4 按各类设备的不同特点和要求如断路器的操作性能 互感器的二次负荷 和准确度级等进行选择 5 1 4 短路电流的校验条件 通过短路计算得知 供电系统发生短路时 短路电流是相当大的 如此大的 短路电流通过电器和导体 一方面要产生很大的电动力 即电动效应 另一方 面要产生很高的温度 即热效应 5 1 5 短路动热稳定度的校验条件 3 m a xsh ii 式中 max i为电器的极限通过电流 动稳定电流 峰值 max I为电器的极限 通过电流 动稳定电流 有效值 短路热稳定度的校验条件如下 3 22 ti m a I tIt 式中 t I为电器的热稳定电流 t 为电器的热稳定时间 5 1 6 高压一次设备的选择与校验 高压一次设备的选择 必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 21 的要求 同时设备应工作安全可靠 运行维护方便 投资经济合理 根据主接线方案要求 要选择高压进线 计量和互感器柜 以选择进线开关 柜为例 根据主接线方案 选择 KYN18A 10 型作为进线开关柜 设备型号 规 格的选择及校验见表 5 1 以同样方法选择计量柜和互感器柜 表 5 1 一次设备校验 选 择 校 验 项 目 装设地点数据 设备的型号规格 参 数 数 据 参 数 真空断路器 高压隔离开 关 电流互感器 电压互感 器 ZN4 10 630 GN8 10 400 LA 10 400 5 JDZJ 10 电压 UN 10kv UN 10kv 10kv 10kv 10kv 电流 I30 37 5A IN 630A 400A 110A 断流能 力 Ik 9 13KA Ioc 16kA 动稳 定 ish 23 28KA ima x 40kA 40kA 160A 热稳 定 I tima 9 13 0 7 58 3 I t t 16 2 512 74 5 980 90 0 11 98 结 论 合格 合格 合格 合格 5 2 低压一次设备的选择 低压配电屏是按一定的线路方案将有关一 二次设备组装而成的一种低压成 套配电装置 在低压配电系统中作动力和照明配电之用 根据变电所低压配电室的面积及配电的需要 选择低压配电屏七台 其中 一台低压出线屏 四台馈电屏 一台照明屏和一台备用屏 变电所低压配电室 主要设备如下表 5 2 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 22 表 5 2 低压配电室主要设备表 配电 屏 编号 1 2 3 4 5 6 7 配电 屏 型号 PGL2 3A PGL1 30 PGL1 23B PGL1 27 PGL1 27 PGL1 40 PGL1 21 刀开 关 HD13 1500 30 HD13 400 31 HD13 200 31 HD13 1000 31 HD13 100 31 HD13 400 31 HD13 600 31 断路器 DW15 1500 3 DZP 250 3 DZ10 250 3 DZ10 250 3 DZX10 100 3 熔断 器 RTO 200 电流 互 感器 LMZJ1 0 5 5 LMZJ1 0 5 5 LMZJ1 0 5 5 LMZJ1 0 5 5 LMZJ1 0 5 5 LMZJ1 0 5 5 LMZJ5 0 5 5 用途 车变出 线 馈线 馈线 馈线 馈线 照明 备用 5 3 变电所高压进线和低压出线的选择 选择导线和电缆截面时必须满足下列条件 1 发热条件 导线和电缆 包括母线 在通过正常最大负荷电流即线路计 算电流时产生的发热温度 不应超过其正常运行时的最高允许温度 2 电压损耗条件 导线和电缆在通过政策最大负荷即电路计算电流时产生 的电压损耗 不应超过政策运行时允许的电压损耗 对于工厂内较短的高压线 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 23 路 可不进行电压损耗校验 3 经济电流密度 35KV 以上的高压线路及电压在 35KV 以下但距离长电流 大的线路 其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择 以使线路的年费用支出 最小 所选截面 称为 经济截面 此种选择原则 称为 年费用支出最小 原则 4 机械强度 导线 包括裸线和绝缘导线 截面不应小于其最小允许截 面 对于电缆 不必校验其机械强度 但需要校验其短路热稳定度 母线也应 校验短路时的稳定度 对于绝缘导线和电缆 还应满足工作电压的要求 根据设计经验 一般 10KV 以下高压线路和低压动力线路通常先按发热条件来选择截面 再校验电压损耗 和机械强度 低压照明线路 因其对电压水平要求较高 因此通常先按允许电 压损耗进行选择 再校验发热条件和机械强度 对长距离大电流及 35KV 以上的 高压线路 则可先按经济电流密度确定经济截面 再校验其他条件 5 3 1 高压进线 架空线长300米 变电所高压侧计算负荷P30 587KW Cos 0 9 I30 37 5A 最大工作时间 5500 小时 线路允许电压损耗为 5 1 导线截面的选择 按经济电流密度选择导线截面 由最大工作时间 Tmax 值可查得经济电流密 度 Jec 0 9A mm 因此经济截面为 Aec I30 Jec 37 5 0 9 mm 41 7 mm 所以 选择 LJ 50 型铝绞线 2 校验发热条件 查手册 ZL14 2 得 30 时 LJ 50 的允许载流量 Ial 325A I30 37 5A 满足发 热条件 3 机械强度 查手册 ZD8 12 得 10KV 架空裸导线的最小截面 Amin 35 mm 所以 LJ 50 满 足机械强度要求 4 校验电压损失 利用 LJ 50 和 Cos 0 9Un 10KV 查手册 ZD8 10 得三相架空线路的电压损 耗 U 近似值 U KW KM 0 844 3 10 所以线路电压损耗为 U 0 844 3 10 PL 0 844 3 10 587 0 3 0 15 U l 5 满足电压损耗要求 5 3 2 低压动力干线 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 24 母线型号 LMY 尺寸 80mm 10mm 允许载流量 1427A 校验 所查表数据满足短路动稳定和热稳定 不比再进行短路校验 中性线型号 LMY 尺寸 40mm 4mm 允许载流量 480A 由低压配电屏引至各配电箱的配电件选择截面 再校验机械强度 由于线 路不长 故不需要校验其电压损失条件干线共计 18 条 其中动力干线 13 条 照明干线 5 条 动力干线截面按发热条 以机加工一车间 1 号干线为例 1 号干线计算电流 I30 1 224 8A I l I30 查手册选取 BLV 型导线截面 A 150 mm 的导线 I l 325A 零线按相线的一半选择截面 因此 选取 BLV 3 150 1 75 VG 80 型导线 按机械强度要求 最小截面 Amin 10 mm 因此所选导线满足机械强度条件 同样 可选择机加工一车间其余两条动力干线的型号 规格 最终确定主接线见附图 1 5 4 动力配电箱的选择 以机加工一车间 1 号干线上的 NO 2 动力配电箱为例 5 4 1 各用电设备的计算负荷 设备 34 Pe 10 I30 cos3ue Pe 10 0 38 0 85 0 83 22 7 A 起动电流 Iqd Kqd Ie 5 7 Ie 取 Kqd 7 7Ie 158 4 A 5 4 2 熔断器最小电流 Ipe Iqd 取 3 52 8 A In fe I30 In fe Ipe 取 In fe Ipe 60A 5 4 3 导线选择 根据允许温升选择截面 则应满足 I l I30 22 62A 查手册选取 A 4 mm 即可 按机械强度要求知穿管导线最小截面为 2 5 mm 故选择 BLV 4 型导线 5 4 4 管径选择 经查手册相应的选用管径 3 根 4mm 选用 15 铁管 即焊接钢管 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 25 5 4 5 选择动力配电箱 按 34 号设备计算参数的方法 将 NO 2 动力配电箱的所有设备相应参数都 计算出来 查手册选取 XL F 14 型动力配电箱 并由此配电箱回路方案表得 出配电箱内各设备的主要参数 机加工一车间各动力配电箱 各支线和干线的 选择结果见附图 1 5 5 配电线路敷设方式 各配电干线及支线均采用 BLV 型绝缘导线穿钢管沿地暗敷设 安装动力配电 箱 其中心距地面 1 6m 安装铁壳开关高度距地面 1 5m 根据有关规定和要求对绝缘导线进行敷设 需特别注意一下三点 1 穿金 属管或金属线槽的交流线路 应将同一回路的所有相线和中性线穿于同一管 槽内 如果只穿部分导线 则由于线路电流不平衡而产生的交流磁场将会作用 于金属管 槽 并且在金属管 槽内产生涡流损耗 致使钢管还将产生磁滞损 耗 使管 槽发热 最终导致其中的导线过热甚至可能烧毁 2 线槽部线及 穿管布线的导线中间不允许直接接头 接头时须经过专门的接线盒 3 电线 管路和热水管 蒸汽管同侧铺设时 应敷设在水 气管的下方 如有困难则可 敷设在其上方 但距离应增大 还可采取隔热措施 最终确定一车间配电系统图见附图 2 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 26 第六章 变电所二次回路设计及继电保护整定 6 1 二次回路的概述 二次回路功能是控制 指示监测和保护一次回路运行良好的电路 其中主 要包括信号系统 控制系统 监测系统和继电保护自动化系统等 虽然二次回 路在工厂供电中是一次回路的辅助系统 但是对一次回路的安全运作有着十分 重要的作用必须重视 二次回路操作电源是供高压断路器 信号回路等其他二 次回路所需的电源 所以容量要求足够大 才能不受供电系统运行的影响 二 次回路操作电源分为直流和交流两大类 6 2 车间变电所二次接线方案 其中包括了功能电度表 防跳回路 跳闸回路 合闸回路 瓦斯保护回路 过电流保护回路 电流速断回路 测量电流回路 事故跳闸信号回路以及信号 回路 车间变电所二次系统主要设备清单如表 6 1 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 27 表 6 1 二次主要设备表 供电系统对过电流保护装置有下列要求 1 选择性 2 速动性 3 可靠性 4 灵敏度 6 3 反时限过电流保护 带时限的过电流保护 按其动作时间特性分 有定时限过电流保护和反时 限过电流保护两种 我们采用反时限过电流保护 反时限就是保护装置的动作 时间与故障电流大小有反比关系 故故障电流越大 动作时间越短 采用两相两继电器式接线 选用 GL 11 型继电器 电流互感器的变比取为 110 5 动作电流 主 要 设 备 表 文字符号 设备名称 型 号规 格 数 量 文字符号 设备名称 型 号 规 格 数 量 KA1 2 电流继电器 GL 15 口 2 个 WH 有功电度表 DS862 2 1 KM1 2 中间继电器 DZ50 22 220V 2 个 SB 钮子开关 KN3 LX1 1 KS1 信号继电器 DX 11 0 25V 1 个 RU1 4 熔断器 R1 10 口 A 4 KS2 4 气体继电器 DX 11 口 3 个 YO 合闸线圈 操动机构 内 4 KG1 2 气体继电器 变压器自 带 1 个 YR1 3 脱扣器 操动机构 内 3 K 温度继电器 变压器自 带 1 个 QF1 2 短路器辅助 开关 F1 8 4 HR HG HW 红 绿 白色 信号灯 XD5 220V 3 个 M 弹簧储能开 关 操动机构 内 4 SA 控制开关 LW2 Z 1a 4 6a 40 20 F8 1 个 ST 行程开关 操动机构 内 1 A 电流表 1T1 A 口 1 个 XB 切换片 YY1 2 1 备注 1 本方案为两相两继电器保护 2 一次电路断路器操动机构为 CTV 型弹簧操动机够 3 操作电源为交流 220V 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 28 Iop KrelKw Iint KreKi 1 3 1800 2 0 86 223 10 A 6 4A 整定为 7A 由于车间变电所所属终端变电所 故动作时限 Top 可按最小值 整定 即整定为 0 5S 灵敏度 3 10 4 2 min0 866 19 12 10 4 091 5 22 710 5 P Kw SIkA KiIopA 满足灵敏度要求 6 4 电流速断保护 上诉带时限的过电流保护 有一个明显的缺点 就是越靠近电源的线路的 过电流保护 其动作时间越长 而短路电流则是越靠近电源其值越大 危害也 就更加严重 因此 GB50062 92 规定 在过电流保护动作时间超过 0 5 0 7s 时 应装设瞬动的电流速断保护装置 利用以上所选 GL 型继电器的电流速断装置实现速断保护 速断电流 Iqb KrelKw Ki Ik 2 max 1 4 1 22 速断电流倍数Iqb Iqb Iop 46 35 7 6 6 即整定为 6 6 倍 灵敏度满足灵敏度要求 6 5 瓦斯保护 装设瓦斯继电器 WSJ 及温度继电器 WJ 以保护变压器 当变压器油箱内部发 生故障或油面降低时 上诉继电器瞬时动作 发出信号或跳闸 6 6 防雷保护 架空线路的防雷措施通过装设自动重合闸装置防雷 变配电所分别在高压 侧和低压侧装设避雷器 分别主要用来保护主变压器以免雷电冲击波沿高压线 路侵入变电所 损坏了变电所的这一关键的设备 为此要求避雷器应尽量靠近 主变压器安装 而低压侧主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击 穿电力变压器的边缘 此次设计采用 FS 10 型变电所防雷器 修厂加工一车间低压配电系统及车间变电所的设计 29 第七章 车间照明设计 以加工一车间为例 7 1 电光源 灯具及其布置选择 根据本车间使用环境 本间面积较大 干燥且无腐蚀性气体 悬挂高