电气工程课程设计--冶金机械厂降压变电所电气设计.docx

CENTRAL SOUTH UNIVERSITY题 目冶金机械厂降压变电所电气设计姓 名学 号班 级指导老师实验日期前言电气工程设计与综合实验是继电气工程基础课程后的一个重要性的实践性教学环节，也是整个教学过程中不可缺少的重要组成部分。通过该课程设计可以巩固本课程理论知识，了解变电所设计的基本方法和变电所电能分配的各种实际问题，从而培养独立分析和解决实际工程技术问题能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为今后的学习、工作奠定良好的基础。工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：（1）安全: 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2）可靠: 应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3）优质: 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求（4）经济: 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、GB50053-94 10kv及以下设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1）遵守规程、执行政策；（2）安全可靠、先进合理；（3）近期为主、考虑发展；（4）全局出发、统筹兼顾。目 录前言第一章 负荷计算第二章 高、低压电力网的导线及截面积第三章 变电所主接线方案第四章 短路电流的计算第五章 结束语第六章 变电所主接线图及平面图第一章 负荷计算一、单组用电设备计算负荷的计算式：有功计算负荷：PC=PS*Kd 无功计算负荷：QC=PC*tan视在计算负荷SC=PCcos 计算电流IC=SC3UN二、总的计算负荷的计算式：总的有功计算负荷为：PC=KPCi 总的无功计算负荷为：QC=KQCi总的视在计算负荷为：SC=PC2+QC2 总的计算电流为：IC=SC3UN三、工厂负荷统计资料如表编号名称类别设备容量Pe kW需要系数Kdcosjtan j1铸造车间动力4800.350.651.17照明100.81.002锻压车间动力4600.250.621.26照明100.81.003金工车间动力4500.250.621.26照明100.81.004工具车间动力4300.250.631.23照明100.81.005电镀车间动力3700.40.750.88照明100.81.006热处理车间动力3500.50.760.85照明100.81.007装配车间动力2200.350.681.08照明100.81.008机修车间动力2100.250.651.17照明100.81.009锅炉房动力1150.70.681.08照明50.81.0010仓库动力600.350.850.62照明40.81.0011生活区照明4000.71.001）、锻造车间动力 PC=PS*Kd =480*0.35=168kw QC=PC*tan=168kw*1.17=196.56KVar SC=PCcos=168kw0.65=258.46KVA IC=SC3UN=258.46KVA3*0.38KV=392.69A照明 PC=PS*Kd =10*0.8=8kw Q30=0 IC=PCUN=8kw0.22kv=36.36A同理，得到其他车间的动力和照明数据如下：2）、锻压车间动力 PC=PS*Kd =460*0.25=115kw QC=PC*tan=115kw*1.26=144.9KVar SC=PCcos=115kw0.62=185.48KVA IC=SC3UN=185.48KVA3*0.38KV=281.81A照明 PC=PS*Kd =10*0.8=8kw Q30=0 IC=PCUN=8kw0.22kv=36.36A 3）、金工车间动力 PC=PS*Kd =450*0.25=112.5kw QC=PC*tan=112.5kw*1.26=141.75KVar SC=PCcos=112.5kw0.62=181.45KVA IC=SC3UN=181.45KVA3*0.38KV=275.69A照明 PC=PS*Kd =10*0.8=8kw Q30=0 IC=PCUN=8kw0.22kv=36.36A 4）、工具车间动力 PC=PS*Kd =430*0.25=107.5kw QC=PC*tan=107.5kw*1.23=132.23KVar SC=PCcos=107.5kw0.63=170.63KVA IC=SC3UN=170.63KVA3*0.38KV=259.25A照明 PC=PS*Kd =10*0.8=8kw Q30=0 IC=PCUN=8kw0.22kv=36.36A 5）、电镀车间动力 PC=PS*Kd =370*0.4=148kw QC=PC*tan=148kw*0.88=130.24KVar SC=PCcos=148kw0.75=197.3KVA IC=SC3UN=197.3KVA3*0.38KV=299.82A照明 PC=PS*Kd =10*0.8=8kw Q30=0 IC=PCUN=8kw0.22kv=36.36A6）、热处理车间动力 PC=PS*Kd =350*0.5=175kw QC=PC*tan=175kw*0.85=148.75KVar SC=PCcos=175kw0.76=230.26KVA IC=SC3UN=230.26KVA3*0.38KV=349.85A照明 PC=PS*Kd =10*0.8=8kw Q30=0 IC=PCUN=8kw0.22kv=36.36A 7）、装配车间动力 PC=PS*Kd =220*0.35=77kw QC=PC*tan=77kw*1.08=83.16KVar SC=PCcos=77kw0.68=113.24KVA IC=SC3UN=113.24KVA3*0.38KV=172.04A照明 PC=PS*Kd =10*0.8=8kw Q30=0 IC=PCUN=8kw0.22kv=36.36A 8）、机修车间动力 PC=PS*Kd =210*0.25=52.5kw QC=PC*tan=52.5kw*1.17=61.43KVar SC=PCcos=52.5kw0.65=80.77KVA IC=SC3UN=80.77KVA3*0.38KV=122.72A照明 PC=PS*Kd =10*0.8=8kw Q30=0 IC=PCUN=8kw0.22kv=36.36A 9）、锅炉车间动力 PC=PS*Kd =115*0.7=80.5kw QC=PC*tan=80.5kw*1.08=86.94KVar SC=PCcos=80.5kw0.68=118.38KVA IC=SC3UN=118.38KVA3*0.38KV=179.86A照明 PC=PS*Kd =5*0.8=4kw Q30=0 IC=PCUN=4kw0.22kv=18.18A 10)、仓库车间动力 PC=PS*Kd =60*0.35=21kw QC=PC*tan=21kw*0.62=13.02KVar SC=PCcos=21kw0.85=24.71KVA IC=SC3UN=24.71KVA3*0.38KV=37.54A照明 PC=PS*Kd =4*0.8=3.2kw Q30=0 IC=PCUN=3.2kw0.22kv=14.55A 11）、生活区照明 PC=PS*Kd =400*0.7=280kw Q30=0 IC=PCUN=280kw0.22kv=1272.72A计算总负荷时，需要在各组用电负荷处乘以同时系数K，这里取K=0.9,总的有功计算负荷为：PC=KPCi=1270.98kw总的无功计算负荷为：QC=KQCi=1025.08kw总的视在计算负荷为：SC=PC2+QC2=1632.85kw总的计算电流为：IC=SC3UN=2480.85A.第二章 高、低压电力网的导线及截面积一、电线电缆类型选择考虑方面1、导体材料选择：电线电缆可选用铜导体或铝导体。工业与民用建筑工程宜采用铜芯电线电缆，下列场所应选用铜芯电线电缆：（1） 需要确保长期运行连接可靠的重要回路；（2） 易燃、易爆场所、特别潮湿场所和对铝有腐蚀的场所；（3） 居住建筑、幼儿园、影剧院、商场等。2、电缆芯数的选择；3、绝缘材料及保护套选择；4、电力电缆绝缘水平选择；二、电线电缆导体截面的选择考虑方面1、导体截面选择条件（1）、允许温升：对较大负荷电流线路，宜线按允许温升选择截面，然后检验其他条件；（2）、电压损失：对长距离线路或对电压质量要求高线路，宜按电压损失条件选择截面，然后检验其他条件；（3）、短路热稳定：对靠近变电所的小负荷电流线路，宜先按短路热稳定条件选择截面，然后检验其他条件；（4）、短路动稳定；（5）、机械强度：架空线路和绝缘电线需要满足最小允许截面要求；（6）、经济电流密度：当电缆用于长期稳定的负荷或必要时，经过技术经济比较合理时采用。（7）、与线路保护的配合。三、10KV高压进线和引入电缆的选择（1）、10KV高压进线的选择校验：查阅工厂供电设计指导采用LJ型铝绞线架空敷设，接住10KV公用干线。（2）、按发热条件选择；（3）、校验机械强度。四、低压出线的选择（1）、低压侧计算电流 IC(2)=1025.083*0.38=1557.45A按发热条件选择：初选LMY120x10(宽x厚/mm)，满足Ial=1820A1557.45A，满足发热条件。由于此线路很短，不需要校验电压损耗。五、各个车间的导线选择l 馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用 LGJ150钢心铝绞线（1）、按发热条件选择：由于IC=392.69A及地下0.8m土壤温度25，查阅电气工程基础附表一，初选缆芯截面150mm2，其Ial=445AIC=392.69A，满足发热条件。（2）、校验电压损耗：变电所距离1号厂房距离约为100m，查得150mm2的铝芯电缆R0=0.21/km，X0=0.07/km；则由公式U=（pR+qX）UN得：U=168*0.21*0.1+196.56*0.07*0.10.38=12.91VU%=12.91380*100%=3.4%故满足允许电压损耗的要求。同理可得各个车间的电缆线：l 馈电给锻压车间的线路采用VLV22-300+1X150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，直埋敷设；l 馈电给金工车间的线路采用VLV22-300+1X150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电力电缆，直埋敷设；l 馈电给工具车间的线路采用VLV22-240+1X120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电力电缆，直埋敷设；l 馈电给电镀车间的线路采用VLV22-300+1X150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电力电缆，直埋敷设；l 馈电给热处理车间的线路采用VLV22-300+1X150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电力电缆，直埋敷设；l 馈电给装配车间的线路采用VLV22-120+1X60的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电力电缆，直埋敷设；l 馈电给机修车间的线路采用VLV22-95+1X48的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电力电缆，直埋敷设；l 馈电给锅炉车间的线路采用VLV22-120+1X60的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电力电缆，直埋敷设；l 馈电给仓库车间的线路采用VLV22-6的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电力电缆，直埋敷设；l 馈电给生活区的线路采用LGJ300钢芯铝绞线。车间导线选择具体情况如下表：编号名称类别设备容量Pe kW需要系数 Kd电流 IA导线型号1铸造车间动力4600.35392.69LGJ150 钢芯铝绞线照明100.836.362锻压车间动力2600.25281.81VLV22-300+1X150 聚氯乙烯绝缘电力电缆照明100.836.363金工车间动力4500.25275.69VLV22-300+1X150 聚氯乙烯绝缘电力电缆照明100.836.364工具车间动力2300.25259.25VLV22-240+1X120 聚氯乙烯绝缘电力电缆照明100.836.365电镀车间动力3700.4299.82VLV22-300+1X150 聚氯乙烯绝缘电力电缆照明100.836.366热处理车间动力2200.5349.85VLV22-300+1X150聚氯乙烯绝缘电力电缆照明100.836.367装配车间动力1200.35172.04VLV22-120+1X60 聚氯乙烯绝缘电力电缆照明100.836.368机修车间动力1600.25122.72VLV22-95+1X48 聚氯乙烯绝缘电力电缆照明100.836.369锅炉房动力950.7179.86VLV22-120+1X60 聚氯乙烯绝缘电力电缆照明50.818.1810仓库动力500.3537.54VLV22-6 聚氯乙烯绝缘电力电缆照明40.814.5511生活区照明4000.71272.73LGJ300 钢芯铝绞线第三章 变电所主接线方案一、选前分析变电所的主接线，应根据变配电所在供电系统中地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等因素综合分析确定，并应满足安全、可靠、灵活、经济等要求。l 安全性（1）、在高压短路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。（2）、在低压断路器的电源侧级可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关。（3）、在装设高压熔断器-负荷开关的出线柜母线侧，必须安装高压隔离开关。（4）、35kv及其以上的线路末端，应装设与隔离开关连锁的接地刀侧。（5）、变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器，宜与电压互感器共用一组隔离开关。接于变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。l 可靠性（1）、变配电所的主接线方案，必须与其负荷级别相适应。对一级负荷，应由两个电源供电。对二级负荷，应由两回路或一回 6KV 及以上专用架空线或电缆供电其中采用电缆供电,且每根电缆应承受 100%的二级负荷。（2）、变电所的非专用电源进线侧，应装设带短路保护的断路器或负荷开关-熔断器。当双电源共多个变配电所时，宜采用环网供电方式。（3）、对一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变电所采用放射式高压配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产及生活区的变电所，宜采用树干式配电。l 灵活性（1）、变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线获单母线分段接线方式。（2）、35kv 及以上电源进线为双回路时，宜采用桥形接线和线路-变压器组接线。（3）、需要带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应安装设高压断路器或高压负荷开关。（4）、变电所的主接线方案应考虑到今后可能的增容扩展，特别是出线柜要便于添置。l 经济性（1）、变配电所的主接线方案在满足运行要求的前提下，应力求简单。变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。（2）、变配电所的电气设备应选用技术先进、经济适用的节能产品，不得选用国家明令淘汰的产品。（3）、中小型工厂变电所，一般可采用高压少油断路器。（4）、工厂的电源进线上应装设专用计量柜，其中的电流电压互感器只共设计费得电能表用。二、主接线方案分析降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。(1)一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路。(2) 一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的降压变电所主电路。(3)一、二次侧均采用单母线分段的降压变电所主电路图这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的降压变电所(4)一、二次侧均采用双母线的降压变电所主电路图采用双母线结线较之采用单母线结线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用与电力系统的枢纽变电所。本次设计的电机修造厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较短（2.5km）,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。采用一、二侧单母线分段的总降压变电所主结线（即全桥式结线）。方案：高、低压侧均采用单母线接线。优点：结构设计简单，便于装设与维修。从经济方面上看能够节省预算，费用低。缺点：线路负荷重，容易老化，使用寿命低；出现故障的概率大，在检修或发生故障时，变电所需要停电。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。第四章 短路电流的计算一、短路电流的概述供电系统应该正常地不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但是供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或互相接触并产生超出规定值的大电流。造成短路的主要原因是电器设备载流部分的绝缘损坏、误操作、雷击或过电压击穿等。由于误操作产生的故障约占全部短路故障的 70%。短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍。当它通过电气设备时，设备温度急剧上升，过热回事绝缘加速老化或损坏，同时产生很大的电动力，使设备的载流部分变形或损坏，选用设备时要考虑它们对短路电流的稳定。短路电流在线路上产生很大的压降，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，从而影响与母线连接的电动机或其它设备的正常运行。供电系统中短路的类型与其电源的中性点是否接地有关。短路的基本类型分三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。二、计算短路电流的目的（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算；（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算；（3）在设计屋外高压配电装置时，需要短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离；（4） 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据；（5） 按接地装置的设计，也需用短路电流。三、验算导线和电气设备时所用的短路电流的规定（1）计算的基本情况A. 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行。B. 短路发生在短路电流最大的瞬间。C. 所有电源的电动势相同。D. 正常工作时三相系统对称运行。应考虑对短路电流有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。四、短路电流计算1、绘制计算电路参照电气工程基础可得：2、确定短路计算基准值设，即高压侧，低压侧，则 3、计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1) 电力系统 已知=500MVA,故=100MVA/500MVA=0.2（2) 架空线路 LJ-120的=0.35/km，而线长8km故=(0.358)=2.54（3) 电力变压器 %=4.5,故=4.5因此绘短路计算等效电路如图5.3所示4、10KV侧三相短路电流和短路容量（1) 总电抗的标幺值 =0.2+2,54=2.74（2) 三相短路电流周期分量有效值=5.52.74=2.008KA（3) 短路次暂态短路电流=2.008KA（4) 短路稳态电流 =2.008KA（5) 短路冲击电流 is