工厂供电课程设计--机械厂降压变电所的电气设计.doc

黑龙江大学课程设计说明书学院：机电工程学院专业：电气工程及其自动化课程名称：工厂供电课程设计设计题目：春蕾机械厂降压变电所的电气设计姓名：学号：指导教师：成绩：发电厂电气部分课程设计评分表序号评分项该项得分1论文结构20分；2论文内容正确，正文结构合理20分；3参考文献引用质量10分；4附件图纸10分；5出勤20分；6答辩成绩20分。论文评语： 课程设计总成绩：目录第一章 设计任务11.1 设计要求11.2 设计依据1第二章 负荷计算和无功功率补偿32.1 负荷计算32.1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式32.1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式32.2 无功功率补偿5第三章 变电所位置与型式的选择6第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择74.1 变电所主变压器的选择74.2 主接线方案7第五章 短路电流的计算85.1 绘制计算85.2 确定短路计算基准值85.3 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值85.4 k-1点（6.3kV侧）的相关计算95.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算9第六章 变电所一次设备的选择校验116.1 6kV侧一次设备的选择校验116.2 380V侧一次设备的选择校验126.3 高低压母线的选择13第七章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择147.1 6kV高压进线和引入电缆的选择147.2 380低压出线的选择147.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验177.3.1 按发热条件选择177.3.2 校验电压损耗177.3.3 短路热稳定校验17第八章 总结19参考文献20附录 主接线图21第一章 设计任务1.1 设计要求根据本厂所能取得的电源和本厂用电负荷的实际情况， 到工厂的生产发展，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、型式，变电所主变压器的型号（台数、容量和类型），并选择变电所的主接线方案。最后，按照要求写出设计说明书，绘制变电所主接线图。1.2 设计依据1.2.1 工厂总平面图1.2.2 工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，日最大持续时间为5h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属于二级负荷外，其余均属于三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V，电气照明和家用电器均为单相，额定电压为220V。该厂的负荷统计资料如表1.1.2.3 供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的的供电用电协议规定，本厂由附近距本厂10km地方的一条6kV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。干线导线型号LGJ-120，导线为等边三角形排列，线距1.5米。干线首端所装设的高压断路器断流容量.。此断路器配有定时限过流和电流速断保护，定时限过流保护的动作时间整定为1.7s，为了满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由附近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧由电气联系的架空线总长度为60km,电缆线总长度为15km。1.2.4 气象资料本厂所在地区的年最高气温为，年平均气温为，年最低气温为，年最热月的平均最高气温为，年最热月的平均气温为，年最热月地下0.8m处平均温度为。当地主导风向为东北风，年雷暴日为20。.1.2.5 地质水文资料地质水文资料 本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位2m。表1 工厂负荷资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kM需要系数功率因数1铸造车间动力照明 35080.40.80.71.02金工车间动力照明40070.20.70.651.03锻压车间动力照明320100.20.80.71.04工具车间动力照明38050.20.90.651.05电镀车间动力照明28050.40.80.81.06热处理车间动力照明20040.50.80.751.07装配车间动力照明16080.30.80.71.08机修车间动力照明20040.30.80.71.09锅炉房动力照明6010.80.80.751.010仓库动力照明2510.40.80.81.0生活区照明3500.70.90第二章 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）2.1.2 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） =表2.1各厂房和生活区的负荷计算表编号名称类别设备容量/kW需要系数costan计算负荷/kW/kvar/kVA/A1铸造车间动力35004071.02140142.8照明8081006.40小计358146.4142.8204.5310.72金工车间动力400020651.178093.6照明7071004.90小计40784.993.6126.41923锻压车间动力32002071.026465.3照明100810080小计3307265.397.2147.74工具车间动力380020651.177688.9照明5091004.50小计38580.588.9119.9182.25电镀车间动力28004080.7511284照明50810040小计28511684143.2217.66热处理车间动力200050750.8810088照明4081003.20小计204103.288135.62067装配车间动力16003071.024849照明8081006.40小计16854.44973.2111.28机修车间动力20003071.026061.2照明4081003.20小计16463.261.288.0133.79锅炉车间动力60080750.884842.2照明1081000.80小计6148.842.264.598.010仓库动力2504080.75107.5照明1081000.80小计2610.87.513.120.011生活区照明3500.70.90.48245117.62721236总计小计26231025.2840.11325.42013.7计入=0.91, =0.940.76932.9789.71222.31857.12.2 无功功率补偿供电营业规则中规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列规定：100kVA及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上，其他电力用户和大中型排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上。”并规定，凡功率因数未达到上述规定的应增添无功补偿装置，通常采用并联电容器进行并联。这里指的功率因数，即为最大负荷时的功率因数。由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.76。而供电部门要求该厂6KV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0.94来计算380V侧所需无功功率补偿容量：并联电容器型号选择为BWF10.5-50-1（额定容量为50kvar）,则并联电容器的个数为：无功补偿后的工厂计算负荷：补偿后总的视在计算负荷为：第三章 变电所位置与型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的轴和轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，、分别代表厂房1、2、3.10号的功率，设定（2.3，6.6）、（2.3，4.2）、（2.3，2.1）、（6.9，7.2）、（6.9，5.1）、（6.9，3.2）、（11.8，4.9）、（10.9，3.3）、（9.2，1.7）、（6.9，9），并设（13.5，8.4）为生活区的中心负荷，如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(,),其中P=+=。因此仿照力学中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标： （3-1） （3-2）把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到=37.7，=5.5 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在5号厂房（工具车间）的东北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在5号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择4.1 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：a)装设一台变压器 型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1000 KVA=992.8 KVA，即选一台S9-1000/10（6）（Dyn11）型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。b)装设两台变压器 型号为S9型，而每台变压器容量根据式（4-1）、（4-2）选择，即992.8 KVA=（595.7695.0）KVA（4-1）=204.5+143.2+64.5=412.2KVA （4-2）因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0 。4.2 主接线方案该工厂由6kV公用电源干线取得工作电源，为保证工厂二级负荷正常工作，采用联络线作为备用电源。经过一台S9-1000/10（6）变压器进行变压为220/380V,变压器接线方式为Dyn11。降压后的电源通过单母线向各车间供电。主接线简图第五章 短路电流的计算5.1 绘制计算200MVAK-1K-2LGJ-120,10km6.3kVS9-10000.4kV(2)(3)(1)系统图5-1 短路计算电路5.2 确定短路计算基准值设基准容量=100MVA，高压侧=6.3kV，低压侧=0.4kV，则 （5-1） （5-2）5.3 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值5.3.1 电力系统的电抗标幺值已知电力系统出口断路器的断流容量=200MVA，故=100MVA/200MVA=0.5 （5-3）5.3.2 架空线路查表得LGJ-120的线路电抗，而线路长10km，故 （5-4）5.3.3 电力变压器查表得变压器的短路电压百分值=5，故=5 （5-5）式中，为变压器的额定容量因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。k-1k-2图5-2 短路计算等效电路5.4 k-1点（6.3kV侧）的相关计算5.4.1 总电抗标幺值=0.5+8.8=9.3 （5-6）5.4.2 三相短路电流周期分量有效值 （5-7）5.4.3 其他短路电流 （5-8） （5-9） （5-10）5.4.4 三相短路容量 （5-11）5.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算5.5.1 总电抗标幺值=0.5+8.8+5=14.3 （5-12）5.5.2 三相短路电流周期分量有效值 （5-13）5.5.3 其他短路电流 （5-14） （5-15） （5-16）5.5.4 三相短路容量 （5-17）以上短路计算结果综合图表5-1所示。表5-1短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVA(kA)(kA)(kA)(kA)(kA)(MVA)k-10.990.990.992.521.4910.8k-210.110.110.118.6117第六章 变电所一次设备的选择校验6.1 6kV侧一次设备的选择校验6.1.1 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。=6kV， =6.9kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=7.2kV，穿墙套管额定电压=6.9kV，熔断器额定电压=7.2kV。6.1.2 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6.1.3 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。6.1.4 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6kV57.7A()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10kV200A-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避雷针FS4-1010kV-户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA6.2 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-6.3 高低压母线的选择查表得到，6kV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。第七章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择7.1 6kV高压进线和引入电缆的选择7.1.1 6kV高压进线的选择校验采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往6V公用干线。a).按发热条件选择由=57.7A及室外环境温度31，查表得，初选LGJ-35,其35C时的=149A,满足发热条件。b).校验机械强度查表得，最小允许截面积=25，而LGJ-35满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。7.1.2 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21，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=149A,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，满足发热条件。 b）校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为288m，而查表得到120的铝芯电缆的=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又1号厂房的=94.8kW, =91.8 kvar，故线路电压损耗为=5%。c）断路热稳定度校验不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。（1）金工车间馈电给2号厂房（金工车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.2.3 锻压车间馈电给3号厂房（锻压车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.2.4 工具车间馈电给4号厂房（工具车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.2.5 电镀车间馈电给5号厂房（电镀车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.2.6 热处理车间馈电给6号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.2.7 装配车间馈电给7号厂房（装配车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.2.8 机修车间馈电给8号厂房（机修车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.2.9 锅炉房馈电给9号厂房（锅炉房）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.2.10 仓库馈电给10号厂房（仓库）的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根（包括3根相线、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。a）按发热条件需选择由=16.2A及环境温度23，初选截面积4，其=19A，满足发热条件。 b）校验机械强度查表得，=2.5，因此上面所选的4的导线满足机械强度要求。c) 所选穿管线估计长50m，而查表得=0.85，=0.119，又仓库的=8.8kW, =6 kvar，因此I30,满足发热条件。2）效验机械强度 查表可得，最小允许截面积Amin=10mm2，因此BLX-1000-1240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600m左右，而查表得其阻抗值与BLX-1000-1240近似等值的LJ-240的阻抗=0.14，=0.30（按线间几何均距0.8m），又生活区的=245KW，=117.6kvar，因此=5%满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回BLX-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-175橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格。7.3 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。7.3.1 按发热条件选择 工厂二级负荷容量共335.1KVA，最热月土壤平均温度为21。查表工厂供电设计指导8-43，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。7.3.2 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。7.3.3 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 7-1所示。表7-1 进出线和联络线的导线和电缆型号规格线 路 名 称导线或电缆的型号规格10KV电源进线LGJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL2210000325交联电缆（直埋）380V低压出线至1号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房BLV100014铝芯线5根穿内径25硬塑管至6号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV2210003240+