车间变电所设计.doc

机修厂一车间变电所设计摘 要本设计是机加一车间变电所设计及低压配电系统设计，主要包括：负荷计算，无功功率补偿，变压器的台数和容量的确定，电气主接线的方案选择，车间变电系统的确定，短路电流的计算，一次设备的选择和校验以及导线的选择和校验。该车间变电所除为机加工一车间供电外，还要为机加工二车，铸造，铆焊，电修等车间供电。该变电所担负着从电力系统受电，经过变压然后配电的任务，是工厂供电系统的枢纽，在工厂里占有特殊重要的地位。该变电所采用10KV单电源进线，采用一台630kva的变压器，采用并联电容器进行补偿，对变压器进行过电流，电流速断，瓦斯保护等。本设计是按照变电所设计的基本要求，综合地考虑各个方面的要素，对供电系统进行了合理的布局，在满足各项技术要求的前提下，兼顾运行方便、维护简单，尽可能地节省投资。关键词：负荷计算、短路计算、无功补偿、整定目 录绪论41、 原始资料.51.1一车间变电所的任务51.2设计的依据.51.3供电电源条件72、 负荷计算72.1负荷计算的目的.72.2负荷计算.72.3无功补偿计算. .113、 供电系统的选择114、 短路电流计算125、 一次设备的选择与校验.136、变压器的继电保护. 167、设计心得.178、参考文献.189、附录19绪 论机修厂机加工一车间变电所担负着从电力系统受电，经过变压然后配电的任务。车间变电所主要用于负荷大而集中、设备布置比较稳定的大型生厂房内。车间变电所一般位于车间的负荷中心，可以降低电能损耗和有色金属的消耗量，并能减少输电线路上的电压损耗可以保证供电的质量。因此，对这种车间变电所的设计技术经济指标要求比较高。该车间变电所是工厂供电系统的枢纽，在工厂里占有特殊重要的地位，因而设计一个合理的变电所对于整个工厂供电的可靠、经济运行至关重要。从局部出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案，满足供电的要求。1、 原始数据1.1一车间变电所的任务机加工一车间担负着从电力系统受电，经过变压然后配电的任务。1.2设计依据1) 机加工一车间用电设备明细表，见表1。2) 车间变电所配电范围。（1） 一车间要求三路供电：113、3234为一路，1431为一路，照明为一路（同二车间）。（2） 车间变电所除为机加工一车间供电外，还要为机加工二、铸造、铆焊、电修等车间供电。（3） 其它各车间对参数和要求见表2。表1机加工一车间用电设备明细表设备代号设备名称及型号台数单台容量（千瓦）总容量（千瓦）备注1马鞍车床C630M110.12510.1252万能工具磨床M5M12.0752.0753普通车床C620117.6257.6254普通车床C620117.6257.6255普通车床C620117.6257.6256普通车床C620314.6254.6257普通车床C620114.6254.6258普通车床C620114.6254.6259普通车床C620114.6254.62510普通车床C620114.6254.62511普通车床C620114.6254.62512普通车床C620114.6254.62513旋转套丝机S813913.1253.12514普通车床C620110.12510.12515螺旋纹车床Q11917.6257.62516摇臂钻床Z3518.58.517圆柱立式钻床Z504013.1253.12518圆柱立式钻床Z504013.1253.125195T单梁吊车110.210.220立式砂轮S38l35011.751.7521牛头刨床B66513322牛头刨床B66513323万能升降台铣床X63WT1131324万能升降台铣床X52K19.1259.12525滚齿机Y3614.14.126插床B503214427弓锯机G7211.71.728立式钻床Z51210.60.629井式回火电阻炉1242430箱式电阻炉1454531普通车床CW61，100131.931.932单柱立式车床C5121A135.735.733卧式镗床J681101034单臂刨床B10101707035小结34表2 机加工二，铸造，铆焊，电修等车间计算负荷表序号车间名称容量（千瓦）计算负荷备注P30 (千瓦)Q30(千乏)S30(千瓦)1机加工二车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明1551201046.53654.442.122铸造车间N01供电回路N02供电回路N03供电回路N04 车间照明160140180864567265.357.1273.443铆焊车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明1501707455183.1100.984电修车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明150146.2104543.8577.855小结1.3 供电电源条件供电电源条件：电源从35/10千伏厂总降压变电所采用架空线路受电，线路长度为300米。供电系统短路数据见下图所示。厂总降压变电所配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为2秒。要求车间变电所功率因数应在0.9以上。当地最热月的平均温度为25。2.负荷计算2.1负荷计算的目的负荷计算的目的主要是确定计算负荷。计算负荷是确定供电系统，选择变压器容量，电气设备，导线截面和仪表量程的主要依据，也是整定继电保护的重要数据。2.2负荷计算负荷计算常用需要系数法、二项式法和利用系数法，根据此次设计的内容，在进行负荷计算时选用需用系数法，具体计算公式如下： (i=1,2,3n) 2.2.1机加工车间一的负荷计算根据机加工车间一的负荷性质，将一车间分为三路：113，3234为一路，1431为一路，照明电路为一路。通过分析机加工车间一的第一路属于小批生产的金属冷加工，查表2-1得它的需用系数为：Kd=0.120.16 Cos=0.5 tan=1.73Pca1=Kd Pn=0.16*Pn=29.804（KW）Qca1=Pca1*tan=61.561（Kvar）其中：Pn=10.125+2.075+7.65*3+4.625*7+3.125+3.57+10+70=186.275（KW）=59.555 (KVA)=/=85.963 (A)通过分析机加工车间一的第二路属于小批热加工，查表2-1得：Kd=0.20.25Cos=0.6 tan=1.51Pca2=Kd Pn=0.25*Pn=45.969（KW）Qca1=Pca1*tan=69.413（Kvar）其中Pn=183.875（KW）=83.255 (KVA)=/=120.172 (A)第三路=10= =10/（*0.4）=14.434（A）通过以上的计算得到以下的负荷的汇总：序号车间名称容量（千瓦）计算负荷备注P30 (千瓦)Q30(千乏)S30(千瓦)1机加工一车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明85.96383.2551029.80445.96951.56169.4132机加工二车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明1551201046.53654.442.123铸造车间N01供电回路N02供电回路N03供电回路N04 车间照明160140180864567265.357.1273.444铆焊车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明1501707455183.1100.985电修车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明150146.2104543.8577.856小结2.2.2 车间总体负荷的计算 车间名称有功功率Pn无功功率Qn视在功率Sca负荷电流In一车间134.80875.227154.377222.831二车间7477.216106.950154.374铸造车间180176.274251.938363.652铆焊车间92.7179.982202.452292.223电修车间88.96570.065113.243163.457根据附表2-2查得车间的同时系数Ksi=0.9，则Pca=（Pn1+Pn4）*Ksi=570.473*0.9=513.426 KW Ica=741.088 AQca=(Qn1+Qn4)*Ksi=578.764*0.9=520.888 KVASca=731.389 KVar COS=Pca/Qca=0.702 tan=1.0142.3无功补偿的计算无功功率补偿的电容器在工厂供电系统的装置位置，有高压集中补偿，低压集中补偿和单独就地补偿等方式。 无功补偿计算= +=1.36+9.4*（731.389/800）=9.2KW=+=+ （）=*800+*800*（）=39.66 KW高压侧： =Pca+Pt=513.426+9.21=522.636 KW =Qca+Qt=520.888+39.66=560.548 KVA实际需要变压器容量：St=766.4 KVA 此时功率因数：COS=/St=522.636/766.4=0.682 =47.005取补偿后要求达到的功率因数为COS=0.92 =23.074补偿无功：Qc=（tan47.005-tan23.074）=337.914KVar3.供电系统的选择从原始资料知道车间为三级负荷，供电的可靠性要求并不是很高，且通过负荷计算我们知道车间的总消耗功率并不是很高，初步估计了后决定使用一台变压器来为车间供电，同时为了节省变电所建造的成本和简化总体的布线，所以在设计中我们首先考虑了线路变压器组结线方式。线路变压器组结线方式的优点是结线简单，使用设备少，基建投资省。缺点是供电可靠性低，当主结线中任一设备（包括供电线路）发生故障或检修时，全部负荷都将停电。但对于本设计来说线路变压器组结线方式已经可以达到设计的要求。线路变压器组结线方式也按元件的不同组合分为：a进线为隔离开关；b进线为跌落式保险；c进线为断路器。因为设计为车间为变电所，所以采用c方式。 （a） （b） （c）图1.1 线路变压器组结线a进线为隔离开关；b进线为跌落式保险；c进线为断路器4.短路电流计算 4.1各短路点的平均电压线路的平均电压Uav1=10.5Kv Uav2=0.4Kv4.2各元件电抗计算 电源的电抗：Xs=Uav1 /Sk=0.551线路L的电抗：Xl=0.20.4=0.08变压器的电抗;Xt=Uk%=4.5%=7.875 4.3各短路点总阻抗 K1点短路：Xk1=Xs+XL=0.551+0.08=0.631 K2点短路Xk2=(0.631+7.875)()=0.01234 4.4根据电抗值计算短路电流 K1点短路时： 9.61 2.55Ik1=2.55*9.61=24.51KA =1.52IK1=1.52*9.61=14.61KA =30.139AK2点短路时: =18.715 KA =1.84Ik2=1.84*18.715=34.43565 KA =1.09Ik2=1.09*18.715=20.3994 KA =770.42 A5.一次设备的选择与校验5.1 电气设备选择应遵循以下三个原则：1） 按工作环境及正常工作条件选择电气设备；2） 按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定；3） 动稳定校验 或热稳定校验4） 开关电器断流能力校验。5.2一次设备的选择 5.2.1选择的条件：为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，对导线和电缆截面进行选择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正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。3经济电流密度35KV及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。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。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，一般对高压线路，常按经济电流密度选择，用其他三种方法校验。对10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再由电压损耗和机械强度校验。对低压架空线路，常按长时允许电流选择，其余校验。对低压照明线路，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，再发热条件和机械强度进行校验。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，再校验其它条件。 高低压一次设备选择原则：根据以上负荷计算和短路电流计算选择高低压一次设备。5.2.2 选母线：导体尺寸：638 单条，平放：995 参见发电厂电气部分 矩形铝导线长期允许载流量和肌肤效应系数Kf导线 尺寸 单条双条 三条平放 竖放 Kf 平放 竖放 Kf平放 竖放 Kf 2542923085056376718849301.0363899510821.03151116441.1190820751.26310112912271.0418001954126808124913581.04185820201.27235525601.148010141115351.05218523751.3280630501.61008154716821.05225924551.3277830201.51258192020871.08267029001.4320634851.65.2.3选低压侧QF：选Dk21000型 DK2系列低压真空智能型断路器主要技术特征型号 额定工作电压（Kv）额定工作电流（A）额定极限分断能力（VA）额定短路运行分断能力（KA）1s短时耐受电（KA）380V660V380V660VDK2-1000/380、660100040304030405.2.4高压侧选QF：选SN1010I，见供电技术型号额定电压kv额定电流A额定开断电流KA断流容量MVA动稳定电流KA热稳定电流(4S)KASW2-3535 1500 24.8150063.424.8SN10-10 10 1000 2950074295.2.5高压侧隔离开关：选GN610/60052，见发电厂电气部分 隔离开关技术数据 型号额定电压（KV）额定电流 （KA）极限通过 电流峰值（KA）热稳定电流 （KA）4s5sGN6-10/1000-521060052205.2.6电流互感器：互感器是一次电路与二次电路间的联络元件，用以分别向量仪表和继电器的电压线圈和电流线圈供电。在10kV配电所设计的过程中，10kV电流互感器变比的选择是很重要的，如果选择不当，就很有可能造成继电保护功能无法实现、动稳定校验不能通过等问题，应引起设计人员的足够重视。10kV电流互感器按使用用途可分为两种，一为继电保护用，二为测量用；它们分别设在配电所的进线、计量、出线、联络等柜内。在设计实践中，电流互感器变比的选择偏小的现象不在少数。如在一台630kVA站附变压器(10kV侧额定一次电流为36.4A)的供电回路中，配电所出线柜内电流互感器变比仅为50/5（采用GL型过电流继电器、直流操作）,这样将造成电流继电器无法整定等一系列问题。 对于继电保护用10kV电流互感器变比的选择，至少要按以下条件进行选择:一为一次侧计算电流占电流互感器一次侧额定电流的比例; 二为按继电保护的要求; 三为电流互感器的计算一次电流倍数mjs小于电流互感器的饱和倍数mb1; 四为按热稳定; 五为按动稳定。而对于测量用10kV电流互感器的选择,因其是用作正常工作条件的测量，故无上述第二、第三条要求。6、变压器的继电保护对于高压侧为610KV的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护；如过电流保护动作时间大于0.50.7s时，还应装设电流速断保护。容量在800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器，按规定应装设瓦斯保护（又称气体继电保护）。容量在400KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在轻微故障时（通称“轻瓦斯”），动作于信号，而其它保护包括瓦斯保护在严重故障时（通称“重瓦斯”），一般均动作于跳闸。对于高压侧为35KV及以上的工厂总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。但是如果单台运行的变压器容量在10000KVA及以上和并列运行的变压器每台容量在6300KVA及以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护、和瓦斯保护。7、设计心得通过这次供电系统设计，让我了解了许多书本上没有的知识，还锻炼了我的动手和画图能力，受益匪浅。此次设计一方面加深了我对本专业所学知识的理解，另一方面又能使我把课本知识与具体实践相结合，加深了对课本的了解。通过此次设计的制作，我认识到设计是一个繁琐的过程，不是一时半会能够做出来的，许多的细节问题还要联系实际情况来考虑，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，这让我们无法根据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结果甚至很差别很大。为此我在图书馆翻阅了多本与本专业相关的资料，还上网查阅了与此相关的内容，对此有了比较全面的认识。除了查阅资料，遇到不懂的地方，我还向同学请教讨论，彼此加深了了解。正因为这样，我才能够顺利的完成。在这次设计的过程中，我受益颇多，极大地拓宽了我的知识面。我相信这过程对我们今后的学习和工作给与积极的影响，搭好了平台。在以后我一定会学好专业知识，提自己在这方面的能力。从这次设计中我对电气工程有了一个基本的整体感觉，对生活中的电力供应有了更好的理解。尤其通过这次课程设计结合了这两年学的相关的专业知识，对各门课都有了一个较全面的理解。8、参考文献【1】现代供电技术，邹有明，中国电力出版社，2008【2】发电厂电气部分（第四版），熊信银，中国电力出版社，2009【3】电力系统继电保护原理及新技术，李佑光，科学出版社，2004 【4】电气工程电气设计200例 ， 卓乐友，中国电力出版社 ，2004 【5】 常用供配电设备选型手册 ，王子午 ，煤炭工业出版社 ，20059、附录附录1： 变电所电路总体设计图附录2： 继电保护电路原理图及其展开图图6-1 高压侧继电保护电路图6-2 高压侧继电保护展开图附录3：负荷计算用表表2-1用电设备的Kd，cos及tan用电设备组名称Kdcostan单独传动的金属加工机床： 小批生产的金属冷加工机床 大批生产的金属冷加工机床 小批生产的金属热加工机床 大批生产的金属热加工机床锻锤，压床，剪床及其他锻工机械木工机械液压机生产用通风机卫生用通风机泵，活塞型压缩机，电动发电机组球磨机，破碎机，筛选机，搅拌机等电阻炉（带调压器或变压器）非自动拌料自动拌料干燥箱，加热器等工频感应电炉（不带无功补偿装置）高频感应电炉（不带无功补偿装置）焊接和加热用高频加热设备熔炼用高频加热设备表面淬火电炉（带无功补偿装置）电动发电机真空管振荡器中频电炉（中频机组）氢气炉（带调压器或变压器）真空炉（带调压器或变压器）电弧炼钢炉变压器电弧炼钢炉的辅助设备点焊机，缝焊机对焊机自动弧焊变压器单头手动弧焊变压器多头手动弧焊变压器单头直流弧焊机多头直流弧焊机铸造车间用起重机（e=25%）金属， 机修，装配车间，锅炉房用起重机（e=25%）0.12-0.160.17-0.20.2-0.250.250.2-0.30.30.75-0.850.65-0.70.75-0.850.75-0.850.6-0.70.