飞机场的变电所设计 精品.doc

第1章设计任务1.1设计要求根据已知的设计依据，合理设计飞机零件制造厂的供配电系统，确定该厂变电所变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案、高低压设备和进出线，确定防雷接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘制该厂的主接线图，要求该厂功率因数不低于0.9。1.2设计依据1.2.1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5500小时，该厂负荷均属于三级负荷，本厂负荷统计情况如下表所示：表1-1工厂负荷统计资料序号车间名称Pe (kW)1铸造车间8750.50.7锻压车间7600.650.6仓库1250.50.82机加车间3700.70.8工具车间4000.50.6模具车间2050.60.73表面处理车间2750.60.65动力车间2180.70.65总装车间1500.60.8试验站68070.71.2.2供电电源情况本厂供电电源来自本厂东南方向8km外的35/10kV地区变电所的10kV电源，地区变电所出口断路器断流容量为500MVA，地区变电所10kV母线在系统最大运行方式和最小运行方式下的短路容量分别为Sk.max=500MVA和Sk.min=200MVA，系统馈电出线继电保护的动作时间为3.2s。1.2.3气质及地质资料情况本厂所在地区的年最高气温为41，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，年雷暴日为20。本厂所在地区平均海拔500m，底层以砂粘土为主。第2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(1)有功计算负荷（单位为kW） = ，为系数 （2-1） (2)无功计算负荷（单位为kvar） （2-2）(3)视在计算负荷（单位为kVA） （2-3）(4)计算电流（单位为A） , 为用电设备的额定电压（单位为kV） （2-4）2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式(1)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0.850.95 （2-5） (2)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0.90.97 （2-6） (3)视在计算负荷（单位为kVA） (4)计算电流（单位为A） 2.1.3本厂用电负荷的实际情况将低压用电设备的接线一共分为3类车间，我们选择一条干线，只有一个同时系数，经过计算，得到的计算负荷如表：表2-1各低压车间负荷统计表序号车间名称设备容量/kW需要系数Kd计算负荷/kW/kvar/ kVA/kA1铸造车间8750.50.51.02437.5446.256250.95锻压车间7600.650.61.33494658.75823.31.251仓库1250.50.80.7562.546.87578.1250.119小计9941151.78951526.432.322机加车间3700.70.80.75259194.25323.750.492工具车间4000.50.61.33200266333.330.492模具车间2050.60.71.02123125.46175.710.267小计582585.71832.791.2653 表面处理间2750.60.651.17165193.05253.840.386动力车间2180.70.651.17152.6178.54234.760.357总装车间1500.60.80.759067.5112.50.171试验站680.70.71.0247.648.552680.1小计 455.2487.642699.11.014全厂的计算负荷的具体计算，对于低压母线，低压母线，由于用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取，；由干线负荷直接相加来计算时，可取，。此方案中取全厂的同时系数为：，计算如下：2.2 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，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍，补偿前功率因数的计算如下：变压器低压侧的视在计算负荷为由380V侧最大负荷时的功率因数为供电部门要求该厂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，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量： 取，选择BCMJ0.4-25-3型并联电容器，,补偿的电容个数：补偿后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷为：补偿后的视在功率 计算电流 补偿后低压侧功率因数 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高压侧的功率因数为 满足要求。 高压侧计算电流表2-2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0.671929.642158.3932895.1984398.79380V侧无功补偿容量-1350-380V侧补偿后负荷0.9221929.64808.3932092.123178.65主变压器功率损耗-20.92104.606-10kV侧负荷计算0.911950.569131959.32124.33第3章主变压器及主接线方案的选择3.1主变压器的选择根据飞机场零件制造的的负荷性质和电源情况，该厂均属三级负荷，飞机零件制造厂的的主变压器装设一台，型号为S9型，主变压器容量S应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即其中为主变压器容量，为补偿后总的计算负荷。在环境温度为20时选,实际温度为23，因此考虑温度系数，变压器选定在室内。故(本设计中),所以选择不变。选，即选一台S9-2500/10型低损耗配电变压器,选择Dyn11接线方式。3.2变压器主接线方案的选择 设计方案采用装设一台主变压器的主接线方案，接线图见附录 。高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷型跌开式熔断器的变电所主接线图，由于负荷开关和负荷型跌开式熔断器能允许带负荷操作，从而使变电所停、送电的操作要简便灵活得多，也不存在带负荷拉闸的危险。但在发生短路故障时，只能是熔断器熔断，因此这种主接线仍然存在着在排除断路故障时恢复供电的时间较长的缺点，供电可靠性仍然不高，一般也只用于三级负荷的变电所主接线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种。在此主要介绍单母线接线。(1)单母线接线这种接线的优点是接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障检修，均需要使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。适用范围：适应于容量较小、对供电可靠性要求不高的场合，出线回路少的小型变配电所，一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。(2)单母线分段主接线当出线回路数增多且有两路电源进线时，可用断路器将母线分段，成为单母线分段接线。母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。在正常工作时，分段断路器可接通也可断开运行。两路电源进线一用一备时，分段断路器接同运行，此时，任一段母线出现故障，分段断路器与故障段进线断路器都会在继电保护装置作用下自动断开，将故障段母线切除后，非故障段母线便可继续工作，而当两路电源同时工作互为备用时，分段断路器则断开运行，此时若任一电源出现故障，电源进线断路器自动断开，分段断路器可自动投入，保证给全部出线或重要负荷继续供电。本次主接线的设计我们采用的10kV侧采用单母不分段接线，0.4kV侧采用单母线不分段接线（具体参数见附录一）。图3-1总接线图第4章短路电流的计算4.1计算短路电路中短路电流4.1短路电流进行短路电流计算，首先要会出计算电路图。在计算电路图上将短路计算所需考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次标号，然后确定短路点的计算。短路计算要选择得使需要进行短路娇艳的电器元件有最大可能的短路电流通过。短路电流的计算方法，常用的有欧姆法和标幺值法。因为欧姆法计算是要靠路单位以及经过变压器的转换，不如标幺值法计算简单，通常使用标幺值法。此设计方案的短路电流采用标幺值法进行计算。K-2K-14.2短路电流计算图4-1短路简化图选择基准容量,基准电压,，基准电流，（1）K-1点短路图4-2K-1短路图已知电力系统出口断路器的断流容量，则系统电抗的标幺值由于6-10kV架空线路每相单位长度电抗平均值为0.35/km，故线路电抗标幺值飞机零件制造厂变压器选择S9-2500额定容量2500kVA,Dyn11联结的阻抗电压U%=6%,因此电力变压器电抗的标幺值 计算K-1总电抗的标幺值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）k-2点短路 图4-3K-2短路图计算其总电抗的标幺值为短路电流的周期分量有效值 其他短路电流三相短路容量以上短路计算结果综合图如表格1所示表4-1短路计算结果表短路计算点三相短路电流/kA短路容量/MVAk-12.012.012.015.1263.0436.55k-228.0828.0828.0851.6630.6119.46第5章高低压设备的选择校验5.110kV侧设备的选择校验5.1.1按正常工作条件选择 所选择的电气设备的最高允许的电压，必须高于或等于所在电网的最高运行电压。设备允许长期承受的最高工作电压，一般为相应电网的额定电压的1.11.5倍。5.1.2高压断路器和高压隔离开关的选择高压断路器不仅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，并能在保护装置的作用下自动跳闸，切除短路故障。高压隔离开关选择时的环境条件。海拔：不超过1000m；周围空气温度：-30 +40；周围环境相对湿度：日平均不大于95%；月平均值不大于90%。地震强度不超过8级安全场所：没有火灾，易燃，易爆，严重污秽，化学腐蚀及剧烈振动场所。动稳定校验条件或 (5-1)、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热稳定校验条件 (5-2)因此选择的高压断路器的型号为ZN3-10-,高压隔离开关的型号为GN1910C/400。表5-1高压断路器的选择校验表序号安装地点的电气条件型真空断路器项目数据项目数据结论1UN10kVUN.QF10kV合格2IC20.07AIN.QF630A合格3Ik(3)2kAIoc8kA合格4ish(3)5.1kAimax20kA合格5 It2t合格表5-2高压隔离开关的选择校验表序号安装地点的电气条件GN1910C/400型隔离开关项目数据项目数据结论1UN10kVUN.QF10kV合格2IC20.07AIN.QF400A合格3Ik(3)-Ioc- -4ish(3)5.1kAimax50kA合格5I2timIt2t合格5.1.3电流互感器的选择电流互感器的选择电流互感器应按装设地点条件及额定电压、一次电流、二次电流（一般为5A）、准确度等级等条件进行选择，并校验其短路懂稳定度和热稳定度。(1) 热稳定校验电流互感器的热稳定校验，应满足下列条件： (5-3)(2) 动稳定校验电流互感器的动稳定校验包括两个方面的内容，即内部电动力稳定校验和外部电动力稳定校验。电流互感器的动稳定校验，应满足下列条件： (5-4)LA-10型电流互感器参数如表5-3表5-3LA-10型电流互感器参数表型号额定电流比额定输出容量热稳定电流动稳定电流(A)0.5级6.8kA12kALA-10型电流互感器校验结果如表5-4表5-4LA-10型电流互感器校验表校验项目安装地点电气参数型电流互感器结果项目数据项目数据额定电压10kV10kV合格额定电流20.07A75A合格动稳定5.1kA12kA合格热稳定合格5.2380V侧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5-2 380V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结论装置地点条件参数-数据380V3178.65A28.08kA51.66kA-一次设备额定参数-低压断路器DW15-4000/10380V4000V80 kA70 kA-合格电流互感器LMZJ1-0.38380V 150/50kA-合格第6章变压器进出线的选择6.110kV高压进线选择校验采用LJ型钢芯铝绞线架设8km长10kV架空线，一般10k的高压线路和低压动力线路通常先按发热条件选线再校验其电压损耗和机械强度。(1) 按发热条件选择由=124.33A及室外环境温度即年最热月平均最高气温为33度，查附录表16得，初选LJ-35在其35度时的因为导线敷设地的温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同，应该乘以温度校正系数，其中为导线额定负荷时的最高允许温度；为导线的敷设地点的环境温度；为导线的允许载流量所采用的环境温度。因此在35时满足发热条件。(2).校验机械强度查附录表14得，最小允许截面积=16，而LGJ-35满足要求。选标准截面，即LJ-35满足要求。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。6.2低压线路的选择和校验6.2.1低压母线的选择和校验低压母线水平平放，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， 380V母线选LMY-3（10010）+638，即相母线尺寸为100mm10mm，而中性线母线尺寸为63mm8mm。(1)校验动稳定度按母线校验 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，低压侧母线(2)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3.2s，断路器断路时间为0.2s， ，把这些数据代入公式中得因此，以上低压母线选择适当。 6.2.2车间干线的选择和校验由各个车间的进行车间干线的选择，也就是按照发热条件选线，按照电压损耗进行校验。因为线路比较短所以不需要进行电压损耗校验。根据电流要求对线路参数