工厂供电课程设计报告.docx

工厂供电课程设计报告题 目XX机械厂降压变电所的电气设计姓 名学 号班 级指导老师完成日期2014.5.24一、设计任务书 (一)设计题目xx机械厂降压变电所的电气设计(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1工厂总平面图图112机械厂总平面图2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4200h，日最大负荷持续时间为6 h。该厂除铸造车间、电镀车间和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174所示。表1-74 工厂负荷统计资料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8铸造车间动力3250.370.65照明8.70.851.09锻压车间动力3400.250.62照明7.30.781.07金工车间动力3100.280.61照明7.30.861.06工具车间动力3200.320.62照明6.80.881.04电镀车间动力2800.580.72照明8.60.871.03热处理车间动力1390.60.73照明6.70.881.02装配车间动力1640.370.65照明7.20.871.010机修车间动力1440.260.61照明1.70.91.01锅炉房动力910.80.74照明1.60.91.05仓库动力260.30.82照明1.90.881.0生活区照明4200.720.923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10 kV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，导线为等边三角形排列，线距为1.5 m；干线首端(即电力系统的馈电变电站)距离本厂约6 km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500 MVA。此断路器配备有定时限过电流保护种电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.6s。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70 km，电缆线路总长度为15 km。 4气象资料本厂所在地区的年最高气温为35 ，年平均气温为26，年最低气温为-100 C，年最热月平均最高气温为35，年最热月平均气温为27，年最热月地下o8m处平均温度为24 。当地主导风向为东南风，年雷暴日数为15。5地质水文资料本厂所在地区平均海拔600m。地层以粘土(土质)为主；地下水位为3m。6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(含家电)电费为0.56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，一次性地向供电部门交纳供电贴费：6lOkV为800元kVA二、设计说明书(一)负荷计算和无功功率补偿 1负荷计算各厂房和生活区的负荷计算如表174所示。表1-74 工厂负荷计算表厂房编号名称类别设备容量需要系数costan计 算 负 荷Pe/kWKdP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸造车间动力3250.370.651.17 120.25 140.59 照明8.70.8510.00 7.40 0小计333.7127.65 140.59 189.89 288.51 2锻压车间动力3400.250.621.27 340.25 430.58 照明7.30.7810.00 5.69 0小计347.3345.94 430.58 552.34 839.19 5金工车间动力3100.280.611.30 86.80 112.75 照明7.30.8610.00 6.28 0小计317.393.08 112.75 146.21 222.14 6工具车间动力3200.320.621.27 102.40 129.59 照明6.80.8810.00 5.98 0小计326.8108.38 129.59 168.94 256.67 4电镀车间动力2800.580.720.96 162.40 156.53 照明8.60.8710.00 7.48 0小计288.6169.88 156.53 231.00 350.97 3热处理车间动力1390.60.730.94 83.40 78.08 照明6.70.8810.00 5.90 0小计145.789.30 78.08 118.62 180.22 9装配车间动力1640.370.651.17 60.68 70.94 照明7.20.8710.00 6.26 0小计171.266.94 70.94 97.54 148.20 10机修车间动力1440.260.611.30 37.44 48.64 照明1.70.910.00 1.53 0小计145.738.97 48.64 62.32 94.69 8锅炉房动力910.80.740.91 72.80 66.17 照明1.60.910.00 1.44 0小计92.674.24 66.17 99.45 151.10 7仓库动力260.30.820.70 7.80 5.44 照明1.90.8810.00 1.67 0小计27.99.47 5.44 10.93 16.60 生活区照明4200.720.920.43 302.40 128.82 328.70 499.40 总计（380V侧）动力21391426.26 1368.14 照明477.8计入0.70 1141.00 1162.92 1629.19 2475.30 2无功功率补偿 由表174可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.70。而供电部门要求该厂lOkV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于O.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Q=30P(tanj1-tanj2)=1041tan(arccos0.70)-tan(arccos0.92)=618kvar参照图26，选PGJl型低压自动补偿屏，并联电容器为BKMJ0.4253型，采用其方案1(主屏)1台与方案3(辅屏)4台相组合，总共容量125kvar5=625kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和lOkV侧的负荷计算如表474所示。表474 无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A380V侧补偿前负荷0.701141.001162.921629.192475.30380V侧无功补偿容量-756.00380V侧补偿后负荷0.9421141.00406.921211.391840.52主变压器功率损耗12.1160.5710kV侧负荷总计0.921153.12467.491244.2871.84(二)变电所位置和型式的选择12345678910生活区xi2245.566.578.59101yi2.856.523.556.523.56.57表59 各厂房坐标 （3-1） （3-2）把各车间的坐标代入（3-1）、（3-2），得到=4.631，=4.068，因此近似点（4.6,4.1）。（三）变电所主变压器及主接线方案的选择1. 变电所主变压器的选择 根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：（1） 装设一台主变压器 型号采用S9型，而容量根据式，即选SNT=2000KVAS30=1629.19KVA一台S9-2000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑与邻近单位相联的高压联络线来承担。（2）装设两台主变压器 型号亦采用S9型，而每台变压器容量按式和选择，即SNT(0.60.7) *1629.19KVA=(977.511140.43)KVA且 SNT S30()=(127.65+169.88+74.24)KVA=371.77KVA 因此选两台S9-1000/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用Yyn0。2. 变电所主接线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案，选择方案如图（四） 短路电流计算1.绘制计算电路 如图59所示。LGJ-150,6kmS9-1000000（4）（3）（2）（1）K-2K-1S9-1000500MVA电源 (求k-1点的三相短路电流和短路容量（）（1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 电路系统的电抗：查表得SN10-10型断路器的断流容量,因此k-1 架空线路的电抗：查表得，因此 绘k-1点短路的等效电路，如图5-9所示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗值（分母），并计算其总电抗为（2） 计算三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量有效值 三相短路次暂态电流和稳态电流 三相短路冲击电流及第一周期短路全电流有效值 三相短路容量（2） 求k-2点的短路电流和短路容量（） 1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗电力系统的电抗架空线路的电抗电力变压器的电抗：查表得，因此绘k-2点短路的等效电路如图6-9所示，并计算其总电抗为 k-22）计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一周期短路全电流有效值三相短路容量 以上短路计算结果综合如下表所示。短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAk-12.612.612.616.663.9447.47k-222.5322.5322.5341.4624.5615.61（五）变电所一次设备的选择校验1. 10kV侧一次设备的选择校验(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。(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(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。(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，如表所示，由它可知所选一次设备均满足要求。选择校验项目电 压电 流断流能力动稳定度 热稳定度 其他装置地点条件参数 数据10KV7.85KA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/630630A16KA40KA高压隔离开关-高压熔断器-电压互感器-电压互感器-电流互感器-二次负荷0.6避雷器-户外隔离开关-变电所一次设备的选择校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，如表所示，所选数据均满足要求。选择校验项目电 压电 流断流能力动稳定度 热稳定度 其他装置地点条件参数 数据380V总1840.52A22.53kA41.46kA一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-2000/3D380V2000A60kA-低压断路器DW16-630380V630A(大于)30kA(一般)-低压断路器DW16-200380V200A(大于)25kV(一般)-低压刀开关HD13-1500/30380V1500A-电流互感器LMZJ1-0.5500V1600/5A-电流互感器LMZ1-0.5500V400/5A- 380V侧一次设备的选择校验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。（六）变压所进出线与邻近单位联络线的选择1. 10kV高压进线和引入电缆的选择（1）10kV高压进线的选择校验采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。a) 按发热条件选择 由=57.7A及室外环境温度35，查表得，初选LJ-16,其 35C时的=93.5A,满足发热条件。b). 校验机械强度查表得，最小允许截面积=35，而LJ-16不满足要求，故选LJ-35。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。a)按发热条件选择 由=57.7A及土壤环境25C，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=90A,满足发热条件。b)校验热路稳定按式，A为母线截面积，单位为；为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为；C为材料热稳定系数；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。本电缆线中=1960，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=77，把这些数据代入公式中得A=25。因此JL22-10000-3 25电缆满足要求。2. 380低压出线的选择（1）铸造车间馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。 a）按发热条件需选择由=288.51A及地下0.8m土壤温度为24，查表，初选缆芯截面120，其=212A。 b）校验电压损耗由图11-2所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为80m，而查表得到300的铝芯电缆的=0.16 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又8号厂房的=127.65kW, =140.59 kvar，故线路电压损耗为,满足发热条件。2）校验机械强度 查表可得，最小允许截面积，因此两根BLX-1000-1120作为一根使用满足机械强度要求。3）校验电压损耗 查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离150m左右，而查表得其阻抗值与BLX-1000-1120近似等值的LGJ-120的阻抗=0.29，=0.31（按线间几何均距1.5m），两根作为一根使用时，阻抗=0.145，=0.155又生活区的=302.40KW，=128.82kvar，因此=5%不满足允许电压损耗要求。为确保生活用电（照明、家电）的电压质量，决定采用四回BLX-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-170橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格。3. 作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL2210000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敖设，与相距约2Km的临近单位变配电所的10KY母线相连。(1) 按发热条件选择 工厂二级负荷容量共520.34KVA，最热月土壤平均温度为24。查表工厂供电设计指导8-44，初选缆心截面为25的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其满足要求。(2) 校验电压损耗 由表工厂供电设计指导8-41可查得缆芯为25的铝（缆芯温度按80计），而二级负荷的,，线路长度按2km计，因此 由此可见满足要求电压损耗5%的要求。(3) 短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。 以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表10-9所示。线路名称导线或电缆的型号10KV电源进线LGJ-150铝钢绞线（三相三线架空）主变引入电缆JL22-10000-3 25交联电缆（直埋）380V低压出线至1号厂房VLV22-10000-3240+1150的四芯聚氯乙烯绝缘电缆至2号厂房聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000-14型5根穿硬塑料管至3号厂房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘电缆至4号厂房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘电缆至5号厂房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘电缆至6号厂房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘电缆至7号厂房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘电缆至8号厂房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘电缆至9号厂房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘电缆至10号厂房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘电缆至生活区四回BLX-1000-1120的三相架空线与邻近单位10KV联络线JL22-10000-3 35交联电缆（直埋）表10-9 （七） 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定1.变电所二次回路方案的选择（1）高压断路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用手动操动机构，其控制与信号回路如工厂供电设计指导图6-13所示。（2）变电所的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能表和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。（3）变电所的测量和绝缘监察回路 变电所高压侧装有电压互感器避雷器柜。其中电压互感器为3个JDZJ10型，组成Y0/Y0/的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察，其接线图见工厂供电设计指导图6-8。作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电度表和三相无功电度表、电流表，接线图见工厂供电设计指导图6-9。高压进线上，也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。每一回路均装设电流表。低压母线装有电压表，仪表的准确度等级按符合要求。2. 变电所继电保护装置（1）主变压器的继电保护装置 a）装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。b）装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。 过电流保护动作电流的整定 利用式其中，可靠系数，接线系数，继电器返回系数，电流互感器的电流比=100/5=20 ，因此动作电流为： 因此过电流保护动作电流整定为10A。过电流保护动作时间的整定 因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍的动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s 。过电流保护灵敏度系数的检验其中，=0.86622.53kA/(10kV/0.4kV)=0.780kA，因此其灵敏度系数为：,满足灵敏度系数的1.5的要求。c) 装设电流速断保护 利用GL15的速断装置。速断电流的整定：利用式，其中，因此速断保护电流为速断电流倍数整定为电流速断保护灵敏度系数的检验利用式，其中，因此其保护灵敏度系数为从工厂供电课程设计指导表6-1可知，按GB5006292规定，电流保护的最小灵敏度系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。但按JBJ696和JGJ/T1692的规定，其最小灵敏度为2，则这里装设的电流速断保护灵敏度系数偏底。(2)作为备用电源的高压联络线的继电保护装置1) 装设反时限过电流保护。亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。a)过电流保护动作电流的整定,利用式，其中=2，取， =1，=0.8， =50/5=10，因此动作电流为： 因此过电流保护动作电流整定为10A。b)过电流保护动作电流的整定按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。c)过电流保护灵敏度系数因无临近单位变电所10kV母线经联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，只有从略。2) 装设电流速断保护亦利用GL15的速断装置。但因无临近单位变电所联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，也只有从略。（3）变电所低压侧的保护装置a）低压总开关采用DW152000/3型低压断路器，三相均装设过流脱钩器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路。脱钩器动作电流的整定可参看参考文献和其它有关手册。b）低压侧所有出线上均采用DW16型低压短路器控制，其瞬间脱