某机械厂降压变电所的电气设计.doc

某机械厂降压变电所的电气设计一、设计题目某机械厂降压变电所的电气设计二、设计依据1. 工厂总平面图图1 工厂总平面图2. 工厂负荷情况工厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为6800小时，日最大负荷持续时间为8小时。该厂除特种电机分厂、实验站为一级负荷，铸造分厂、锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。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表1所示。3. 供电电源情况（1）本厂可由附近一条10kv的共用电源干线取得工作电源。干线首端距离本厂约8km。干线首端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。（2）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。与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路长度为25km。表1 工厂负荷统计资料中型机械加工厂各车间负荷统计序号车间名称负荷类型计算负荷P30(kW)Q30（kVar）1铸造车间4005003604402锻压车间3004002203503金工车间如下如下4电镀车间2003001502505热处理车间100180601206装配车间150240602007机修车间1602201001508锅炉房60160901209其它150300120200同时系数0.950.97其中金工车间内安装的生产设备有：1）金属切割机床25台，总装容量500600KW2）通风机6台，总装容量为5080KW3）起重机3台，总装容量为60100KW（）4）白炽灯，负荷容量为4060KW该厂为两班制生产方式，年最大负荷利用小时数为6000h，近三年来负荷可能会有10%的增长。4. 气象条件本厂所在地区，年最热月平均最高气温为35C，最热月平均气温为18C，最热月地下0.8m处平均气温为30C。5. 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。6. 电费制度 本厂与当地部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制缴纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/KVA，动力电费为0.9元/kWh，照明电费为0.52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，一次性向供电部门缴纳供电贴费610kV为800元/KVA。目录1. 负荷计算和无功功率补偿41.1 负荷计算41.2 无功功率补偿61.3年耗电量的估算62. 变电所主变压器台数和容量、类型的选择73. 变电所主接线方案的设计73.1 装设一台主变压器的主接线方案73.2 装设两台主变压器的主接线方案84.短路电流的计算95.1 计算电路95.2 短路计算基准值95.3 确定元件电抗标幺值105.4 短路点相关计算105.变电所一次设备的选择和校验113.1 10kv侧一次设备的选择校验113.2 380v侧一次设备的选择和校验133.3 高低压母线的选择146参考文献147. 变压器主接线图151负荷计算和无功功率补偿1.1负荷计算1.1.1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）1.1.2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） =金工车间内生产设备：1）金属切割机床25台，总装容量500600KW查表得：Kd=0.18 2）通风机6台，总装容量为5080KW查表得：Kd=0.8 3）起重机3台，总装容量为60100KW（）查表得：Kd=0.2 4）白炽灯，负荷容量为4060KW查表得：Kd=0.8 所以，金工车间变电所有功负荷之和：= =()+(4064)+(4.648+7.746)+(3248)=166.6227.8Kvar= (155.7186.8)+(69.2110.72)+(8.0413.4)=232.9310.9Kvar经过计算，得到各厂房的负荷计算表，如表1.1所示表1.1厂方编号厂方名称负荷类别计算负荷 功率因素costan需要系数Kd（KW）(kva)S30(kva)(A)1铸造车间动力400500360440538.1666817.61011.90.820.871.370.50.62锻压车间动力300400220350372531.5565.2807.60.60.681.170.180.253金工车间动力照明166.6227.8232.9310.9286.4385.4435.2585.60.60.71.170.20.34电镀车间动力200300150250250390.5379.8593.30.650.721.230.650.75热处理车间动力10018060120116.6216.3177.2328.60.60.71.020.50.66装配车间动力15024060200161.6312.4245.5474.70.620.681.170.30.357机修车间动力160220100150188.7266.3286.7404.60.630.721.170.30.368锅炉房动力6016090120108.2200164.4303.90.60.651.120.220.329其它动力150300120200192.1360.6291.9547.90.60.71.170.20.3同时系数0.950.97由上表知：全厂的同时系数=0.95，=0.97则全厂的计算负荷为：=0.95(400+300+166.6+200+100+150+160+60+150)=1602.27KW=0.95(500+400+227.8+300+180+240+220+160+300)=2021.41KW=0.97(360+220+232.9+150=60+60+100+90+120)=1351.1Kvar=0.97(440+350+310.9+250+120+200+150+120+200)=2076.7Kvar 1.2无功功率补偿由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：=这时低压侧的功率因数为：为使高压侧的功率因数大于等于0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，取=0.95。要使低压侧功率因数由0.6970.76左右提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容容量为：(1)=0.697时，则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为： 计算电流：变压器的功率损耗为： 变压所高压侧的计算负荷为： 补偿后的功率因数为：满足(大于0.90)要求。(2) =0.76时：同理可求得补偿后的功率因数为：0.936，同样满足要求。1.3年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量 年无功电能耗电量结合本厂情况，年负荷利用小时数为6000小时，取年平均有功负荷系数=0.72，年平均无功负荷系数=0.78。由此可得本厂：年有功耗电量：年无功耗电量：2.变电所主变压器台数和容量类型的选择 根据工厂负荷情况及电源情况，工厂变电所主变压器一般有以下两种方案供选择：1.一台变压器容量根据式, 为主变压器容量，为总计算负荷。选=3000kVA=(2095.9 2898.1)kVA，及选一台SL-3000/10型配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，考虑由邻近单位相邻的高压联络线来承担。2.两台变压器容量根据以下两式来确定：因此选两台SL-1500/10型配电变压器。工厂二级负荷的备用电源考虑由邻近单位相邻的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0。3、变压器主接线方案的设计变电所主接线方案的选择方案：高、低压侧均采用单母线分段。优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。方案：单母线分段带旁路。优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。方案：高压采用单母线、低压单母线分段。优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。以上三种方案均能满足主接线要求，采用三方案时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案。根据所选的接线方式，画出主接线图。3.1装设一台主变压器的主接线方案如图4-1所示图4-1 装设一台主变压器的主接线方案3.2装设两台主变压器的主接线方案 如图4-2所示35kw Y0Y0220/380VS9-630GG-1A(F)GG-1A(F)-0710/0.4kVS9-63010/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GG-1A(F)-113、11GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-01GG-1A(F)-113GG-1A(F)-11GG-1A(J)-01GG-1A(F)-96GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54主变主变联络（备用）高压柜列-96图4-2 装设两台主变压器的主接线方案4、短路电流的计算4.1计算电路4.2 短路计算基准值设基准容量为=100MVA，基准电压。即高压侧为=10.5KV，低压侧为=0.4KV。则：4.3 确定元件电抗标么值电力系统：断路器短路容量为500MVA，则：=100MVA/500MVA=0.2架空线路：查表，LGJ-185的线路阻抗为0.33，则 电力变压器：变压器短路电压百分值，则：则等效电路如下：4.4 短路点相关计算总电抗标么值：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：0.38KV侧点相关计算总电抗标么值：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：综合以上计算结果得到表5.1短路点三相短路电流/KA三相短路容量/KVA2.742.742.746.9874.1449.7520.5420.5420.5437.7922.3914.275、变电所一次设备的选择和校验5.1 10kV侧一次设备的选择校验5.1.1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。5.1.2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5.1.3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。5.1.4 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。表6-1 10 kV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态定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kV57.7A()1.96kA5.0kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630kA16kA40 kA高压隔离开关-10/20010kV200A-25.5 kA二次负荷0.6高压熔断器RN2-1010kV0.5A50 kA-电压互感器JDJ-1010/0.1kV-电压互感器JDZJ-10-电流互感器LQJ-1010kV100/5A-=31.8 kA=81避雷针FS4-1010kV-户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA5.2 380V侧一次设备的选择校验同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表6-2所示，所选数据均满足要求。 表6-2 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态定度热稳定度其它装置地点条件参数-数据380V总1317.6A19.7kA36.2kA-一次设备型号规格额定参数-低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA-低压断路器DW20-630380V630A（大于）30Ka(一般)-低压断路器DW20-200380V200A（大于）25 kA-低压断路HD13-1500/30380V1500A-电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A-5.3 高低压母线的选择查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（12010）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。6、参考文献（1） 供配电技术，唐志平编，电子工业出版社，2