某机械厂降压变电所电气设计-答案

一 设计任务书 一 设计题目 某机械厂降压变电所电气一次设计 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 选择变电所主结线及高低压设备和进出线 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 工厂生活区 生活区的 负荷中心 河流 桥 公共电源干线 邻厂 10 厂门 大街 大街 后厂门 厂区 北 某机械厂总平面图 比例 1 2000 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 5000h 日最大负荷 持续时间为 8h 该厂筹造车间 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 3 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 10KV 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 附图 1 4 该干线的导线品牌号 为 LGJ 185 导线为等边三角形排列 线距为 2 0m 干线首端 即电力系统的馈电变电站 距离本厂约 10km 干线首端所装设的高压断路器断流容量为 500MWA 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 2s 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 100km 电缆线路长度为 25km 表 1 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 需用系数功率因数 动力4000 40 70 1 铸造 车间照明100 81 00 动力3000 20 65 2 锻造 车间照明100 81 00 动力3500 20 65 3 金工 车间照明100 71 00 动力3800 20 60 4 工具 车间照明100 81 00 动力2600 50 80 5 电镀 车间照明70 71 00 动力2000 50 75 6 热处 理室照明80 71 00 动力1500 40 70 7 装配 车间照明50 81 00 动力1500 30 60 8 机修 车间照明40 71 00 动力800 70 8 9 锅炉 房照明10 91 00 动力250 40 80 10仓库 照明10 91 00 11 生活 区 动力3000 81 00 4 气象条件 本厂所在地区的年最高气温为 38 年平均气温为 23 年最低气温为 8 年最热 月平均最高气温为 33 年最热月平均气温为 26 年最热月地下 0 8m 处的平均温度为 25 当地主导风向为东北向风 年暴日数为 20 5 地质水文条件 本厂所在的地区平均海拔 500m 地层以砂粘土 土质 为主 地下水位为 4m 6 电费制度 本厂与当地供电部门达成协议 在本厂变电所高压侧计量电能 设专用计量柜 按两 部电费交电费 每月基本电费按主变压器容量计为 20 元 KVA 动力电费为 0 3 元 kwh 照明 含家电 电费为 0 5 元 kwh 工厂最大负荷时的功率因数不得低于 0 95 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供电贴费 6 10KV 为 800 元 KVA 四 设计任务 要求在规定时间内独立完成下列工作量 1 设计说明书 1 份 需包括 1 封面及目录 2 前言及确定了赋值参数的设计任务书 3 负荷计算和无功功率补偿 4 变电所位置和型式的选择 5 变电所主变压器台数 容量 类型及主结线方案的选择 6 短路电流的计算 7 变电所一次设备的选择与校验 8 变电所高 低压进出线的选择与效验 9 附录及参考文献 10 设计收获和体会 2 设计图纸 1 份 变电所主结线图 1 张 3 号图纸 五 设计时间 第二章 一 负荷计算和无功功率补偿 1 负荷计算 个厂房和生活区的负荷计算如表 1 所示 表 2 某机械厂负荷计算表 计算负荷 编号名称类别 设备容 量 需要系 数 cos tan P30 KwQ30 KwS30 KVAI30 A 动力 4000 40 71 02160163 2 照明 100 81080 1 铸造车 间 小计 410 168163 2234356 动力 3000 20 651 176070 15 照明 100 81080 2 锻压车 间 小计 310 6870 1597 7149 动力 3500 20 651 177081 83 照明 100 71070 3 金工车 间 小计 360 7781 83112170 动力 3800 20 61 3376101 33 照明 80 8106 40 4 工具车 间 小计 388 82 4101 33131199 动力 2600 50 80 7513097 5 照明 70 7104 90 5 电镀车 间 小计 267 134 997 5166253 动力 2000 50 750 7810078 照明 80 7105 60 6 热处理 室 小计 208 105 678131199 动力 1500 40 71 026061 2 照明 50 81040 7 装配车 间 小计 155 6461 288 6135 动力 1500 30 61 334560 照明 40 7102 80 8 机修车 间 小计 154 47 86076 7117 9 锅炉房动力 800 70 80 755642 照明 10 9100 90 小计 81 56 94270 7108 动力 250 40 80 75107 5 照明 10 9100 90 10 仓库 小计 26 10 97 513 220 11 生活区照明 3000 8102400240365 动力 2295 照明 364 1055 5762 71 总计 380V 侧 计入 K p 0 85 K q 0 9 0 79897 18686 441129 661718 38 2 无功功率补偿 由表 2 可知 该厂 380 侧最大负荷是的功率因数只有 0 75 而供电部门要 求该厂 10KV 进线侧最大负荷时功率因数不应低于 0 95 考虑到主变电器 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 0 95 暂取 0 92 来计算 380V 侧所需无功功率补偿容量 Qc P30 tan 1 tan 2 897 18 tan arccos0 79 tan arccos0 97 471 kvar 参照图 选 PGJ1 型低压自动补偿屏 并联电容器为 BW0 4 14 3 型 采用其方 案 2 主屏 1 台与方案 3 辅屏 6 台相组合 总共容量 84kvar 6 504kvar 因此无功功率补偿后工厂 380V 侧和 10KV 侧的负荷计算 如表所示 计算负荷计算负荷 项目项目 cos P30 KWQ30 kvarS30 KV A I30 A 380V 侧补偿前负 荷 0 79897 18686 441129 661718 38 380V 侧无功补偿 容量 504 380V 侧补偿后负 荷 0 98897 18182 44915 541392 67 主变压器功率损 耗 0 015S30 14 040 06S30 56 16 10KV 侧负荷总 计 0 97911 22238 6941 9454 45 第三章 二 变电所位置和型式的选择 变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心 工厂的负荷中心按功率矩法来确定 计算公式 为 x P1x1 P2x2 P3x3 P1 P2 P3 PiXi Pi y P1y1 P2y2 P3y3 P1 P2 P3 PiYi Pi 计算 x 4 22 y 3 97 由计算结果可知 工厂的负荷中心在 2 3 5 6 号车间之间 考虑到方 便进出线 周边环境及交通情况 决定在 5 号车间的西侧仅靠车间修建工厂变 电所 其形式为附设式 第四章 三 变电所主变压器和主结线方案的选择 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 所的主变压器可有下列两种方案 1 装设一台主变压器 型式采用 S9 而容量根据式 SN T S30 选 SN T 1000KVA S30 906 05A 即选一台 S9 1000 10 型低损耗配电变压器 至于 工厂二级负荷的备用电源 由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 二每台容量按式 SN T 0 6 0 7 S30 和 SN T S30 即 SN T 0 6 0 7 906 05VA 543 63 634 235 KVA 而且 SN T S30 234 166 70 7 KVA 470 7KVA 因此选两台 S9 630 10 型低损耗配电变压器 工厂二级负荷的备用电源亦由与 邻近单位相联的高压联络线来承担 主变压器的联结组别均采用 Yyn0 2 变电所主结线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种主结 线方案 1 装设一台主变压器的主结线方案 如图所示 见附图 1 2 装设两台主变压器的主结线方案 如图所示 见附图 2 3 两种主结线方案的计算经济比较 表 表表 11 6 两种主结线方案的比较 比较项目装设一台主变的方案 图 11 5 装设两台主变的方案 图11 6 供电安全性满足要求满足要求 供电可靠性基本满足要求满足要求 供电质量由于一台主变 电压损耗略大 由于两台主变并列 电 压损耗略小 灵活方便性只一台主变 灵活性稍差 由于有两台主变 灵活 性较好 技术指标 扩建适应性稍差一些更好一些 电力变压器的综 合投资额 由表 2 8 查得 S9 1000 单价为 10 76 万元 而由表 4 1 查得变压器综合 投资约为其单价的 2 倍 因此其投 资为 2 10 76 万元 21 52 万元 由表2 8查得S9 630单 价为7 47万元 因此两 台综合投资为4 7 47万 元 29 88万元 比1台 主变方案多投资8 36万 元 经济指标 高压开关柜的综 合投资额 查表 4 10 得 GG 1A F 型柜按每 台 3 5 万元计 查表 4 1 得其综合 投资按设备价 1 5 倍计 因此其综 合投资约为 4 1 5 3 5 万元 21 万元 本方案采用6台GG 1A F 柜 其综合投资约 为6 1 5 3 5万元 31 5 万元 比1台主变的方 案多投资10 5万元 电力变压器和高 压开关柜的年运 行费 参照表 4 2 计算 主变和高压开关 柜的折旧和维修管理费每年为 4 893 万元 主变和高压开关柜的折 旧费和维修管理费每年 为7 067万元 比1台主 变的方案多耗2 174万元 交供电部门的一 次性供电贴费 按800元 KVA计 贴费为 1000 0 08万元 80万元 贴费为2 630 0 08万元 100 8万元 比1台主 变的方案多交20 8万元 从上表可以看出 按技术指标 装设两台主变的主结线方案 图 略优于装设一台 主变的主结线方案 图 但按经济指标 则装设一台主变的方案 图 远优于装设 两台主变的方案 图 因此决定采用装设一台主变的方案 图 说明 如果工厂 负荷近期可有较大增长的话 则宜采用装设两台主变的方案 第五章 四 短路电流的计算 1 绘制计算电路 系统 1 2 3 500MVA 2 确定基准值 设 Sd 100MVA Ud Uc 即高压侧 Ud1 10 5KV 低压侧 Ud2 0 4KV 则 kA kv MVAS kA kv MVA U I U S I d d d d d d 144 4 03 100 3 5 5 5 103 100 3 2 2 2 1 3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 1 电力系统 2 0500 100 1 MVAMVA kA X 2 架空线路 查表 8 36 得 LGJ 185 的 x0 0 35 km 而线路长 10km 故 2 3 5 10 100 1035 0 2 2 KV MVA X 3 电力变压器 查表 2 8 得 UZ 4 5 故 5 4 1000 100 100 5 4 3 KVA MVA X 因此绘等效电路图 如图 11 8 所示 4 计算 k l 点 10 5kv 侧 的短路总电抗及三相短路电流和短路容量 1 总电抗标幺值 4 32 32 0 2 1 1 XXX k 2 三相短路电流周期分量有效值 kAkAXII kdk 62 1 4 35 5 1 1 3 1 其他短路电流 KAII kAIi kAIII sh k 45 2 51 1 1 455 2 62 1 3 3 3 3 3 1 3 3 4 三相短路容量 MVAMVAXSS kdk 25 312 3100 1 3 1 5 计算 k 2 点 0 4KV 侧 的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 1 总电抗标幺值 9 75 42 32 0 3 2 1 2 XXXX k 2 三相短路电流周期分量有效值 kAkAXII kdk 2 189 7144 2 2 3 2 3 其它短路电流 kAIII k 2 18 3 2 3 3 kAkAII kAkAIi sh sh 8 19 2 1809 1 09 1 5 33 2 1884 1 84 1 3 3 3 3 4 三相短路容量 MVAXSS kdk 7 12 2 3 2 以上计算结果综合如表 11 7 所示 表 11 7 短路计算结果 三相短路电流 KA三相短路容量 MVA短路计算点 3 K I 3 I 3 I 3 sh i 3 ih I 3 k S k 11 621 621 624 132 4531 25 k 218 218 218 233 519 812 7 第六章 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 表 11 8 表 11 8 10kv 侧一次设备的选择校验 选择校验项目电压电流断流能 力 动稳定度热 稳 定 度 其 他 参数UNI30Ikish I 3 装置地点条 件数据10KV53 7 I1N T 1 62KA4 13KA3 4 额定参数UNINIOCimaxItt 高压真空断路 器 SN10 10I 630 10KV630A8KA20KA128 高压隔离开关 GN8 10 200 10KV200A 25 5KA500 高压熔断器 RN2 10 10KV0 5A50KA 一次设备型号规格 电压互感器10 0 1KV JDJ 10 电压互感器 JDZJ 10 KV 3 10 3 1 0 3 1 0 电流互感器 LQJ 10 10KV100 5A 255 2 0 1 KA 31 8kA 81二 次 负 荷 0 6 避雷器 FS4 1010KV 户外式高压隔 离开关 GW4 15G 200 15KV200A 2 380 侧一次设备的选择校验 表 11 9 表 11 9 380 侧一次设备的选择校验 选择校验项目电压电流断流能 力 动稳定 度 热稳定 度 其他 参数UN I30 3 k I 3 sh i tima 2 3 I 装置地点条件 数据380KV1378 25A18 2KA33 5KA231 8 额定参数UNINIOCimax tIt2 低压断路器 DW15 1500 3 电 动 380V1500A40KA 低压断路器 DZ20 630 380V630A一般 30KA 低压断路器 DZ20 200 380V200A一般 25KA 低压到开关 HD13 1500 30 380V1500A 电流互感器 LMZJ1 0 5 500V1500 5A 一次设备型号规格 电流互感器 LMZ1 0 5 500V160 5A 100 5A 表 11 9 所选设备均满足要求 3 高低压母线的选择 参照表 5 25 10KV 母线选 LMY 3 40 4 即母线尺寸为 40mm 4mm 380V 母线选 LMY 3 120 10 80 6 即相母线尺寸为 120mm 10mm 中性母线尺寸为 80mm 6mm 第七章 六 变电所进出线和与临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 LJ 型铜绞线架空敷设 接往 10KV 公用干线 1 按发热条件选择 由 I30 I1N T 53 7A 及室外环境温度 38 查表 8 36 初选 LGJ 185 其 38 时的 Ial 416A I30 满足发热条件 2 校验机械强度 查表 8 33 最小允许截面 Amin 25mm2 因此 LGJ 185 满足机械强度要 求 故改选 LJ 35 由于此线路很短 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 绝缘的铜芯电缆直接埋地敷设 1 按发热条件选择 由 I30 I1N T 53 7A 及土壤温度 25 查表 8 43 初选缆芯为 25 mm2的交联电缆 其 Ial 90A I30 满足发热条件 2 校验短路热稳定 按式 5 40 计算满足短路热稳定的最小截面 式中的 C 值由表 5 12 222 3 min 2522 77 75 0 1960mm Ammmm C tima IA 查得 因此 YJL22 10000 3 25 电缆满足要求 2 380V 低压出线选择 1 馈电给 1 号厂房 铸造车间 的线路采用 VV22 1000 型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋 地敷设 1 按发热条件选择 由 I30 356A 及地下 0 8m 土壤温度为 25 查表 8 42 初选 240mm2 其 Ial 319A I30 满足发热条件 注意 如当地土壤温度不为 25 则其 Ial应 乘以表 8 44 的修正系数 2 校验电压损耗 由图 11 3 所示平面图量得变电所至 1 号厂房距离约 50m 而由表 8 41 查得 240mm2的铜芯电缆的 R0 0 1 km 按缆芯工作温度 75 计 X0 0 07 km 又 1 号 厂房的 P30 160kw Q30 163 2kvar 因此按式 8 13 得 v kv kkw U94 1 38 0 05 0 07 0 var 2 163 05 0 1 0 160 5 3 1 100 380 94 1 al UvU 满足允许电压损耗 5 的要求 3 短路热稳定度校验 按式 5 40 求满足短路热稳定度的最小截面 22 3 min 0 194 76 65 0 18200mmmm C tima IA 式中 tima 变电所高压侧过电流保护动作时间按 0 5 秒整定 终端变电所 再加上断路 器断路时间 0 1 秒 再加 0 05 秒 参看式 5 33 由于前面所选 120mm2的缆芯截面小于 Amin 不满足短路热稳定度要求 因此改选缆芯 150mm2 的聚氯乙烯电缆 即 VV22 1000 3 240 1 120 的四芯电缆 中性线芯按不小于相 线芯一半选择 下同 2 馈电给 2 号厂房 锻压车间 的线路 亦采用 VV22 1000 聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋 敷设 方法同上 从略 缆芯截面选 240mm2 即 VV22 1000 3 240 1 120 的四芯电缆 3 馈点给 3 号厂房 热处理车间 的线路 亦采用 VV22 1000 聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直 埋敷设 方法同前 从略 缆芯缆芯截面选 240mm2 即 VV22 1000 3 240 1 120 的四芯 电缆 4 馈电给 4 号厂房 仓库 的线路 由于就在变电所旁边 而且共一建筑物 因此采用 聚氯乙烯绝缘铜芯导线 BLV 1000 型 见表 8 29 5 根 3 根相线 一根中性线 一根保护线 穿硬塑料管埋地敷设 1 按发热条件选择 由 I30 199A 及环境温度 年最热平均气温 26 查表 8 40 相线 截面初选 120mm2 其 Ial 215A I30 满足发热条件 按规定 中性线和保护线也选为 120mm2 与相线截面相同 即选用 BLV 1000 1 120mm2塑料导线 5 根穿内径 25mm 的硬塑料管 2 校验机械强度 查表 8 34 最小允许截面 Amin 1 0mm2因此上面所选 120mm2的相 线满足机械强度要求 3 校验电压损耗 所选穿管线 估计长度 50m 而由 8 38 查得 R0 0 18 km X0 0 083 km 又仓库的 P30 82 4KW Q30 101 33kvar 因此 v kv kKW U05 3 38 0 05 0 083 0 var33 101 05 0 18 0 4 82 5 80 0 100 380 10 al UvvU 满足允许的电压损耗 5 的要求 5 馈点给 5 号厂房 电镀车间 的线路 亦采用 VV22 1000 聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直 埋敷设 方法同前 从略 缆芯缆芯截面选 240mm2 即 VV22 1000 3 240 1 120 的四芯 电缆 6 馈电给 6 号厂房 工具车间 的线路 亦采用 VV22 1000 聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设 方法同前 此略 缆芯截面选 240mm2 即 VV22 1000 3 240 1 120 的四芯电缆 7 馈电给 7 号厂房 金工车间 的线路 亦采用 VV22 1000 聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设 方法同前 此略 缆芯截面选 240mm2 即 VV22 1000 3 240 1 120 的四芯电缆 8 馈电给 8 号厂房 锅炉房 的线路 亦采用 VV22 1000 聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设 方法同前 此略 缆芯截面选 240mm2 即 VV22 1000 3 240 1 120 的四芯电缆 9 馈电给 9 号厂房 装配车间 的线路 亦采用 VV22 1000 聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设 方法同前 此略 缆芯截面选 240mm2 即 VV22 1000 3 240 1 120 的四芯电缆 10 馈电给 10 号厂房 机修车间 的线路 亦采用 VV22 1000 聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷 设 方法同前 此略 缆芯截面选 240mm2 即 VV22 1000 3 240 1 120 的四芯电缆 11 馈电给生活区的线路 采用 LJ 型铜绞线架空敷设 1 按发热条件选择 由 I30 365 及室外环境温度为 33 查表 8 35 初选 LJ 150 其 33 时的 Ial 390A I30 满足发热条件 2 校验机械强度 查表 8 33 最小允许截面 Amin 16mm2 因此 LJ 185 满足机械强度 要求 3 校验电压损耗 由图 11 3 所示平面图量得变电所枝生活区负荷中心约 80m 而由 表 8 35 查得 LJ 185 的 R0 0 23 km X0 0 31 km 按线间几何均距 0 8m 计 又生活区 的 P30 240kW Q30 0kvar 因此 V kv kW U4 4 38 0 08 0 23 0 240 5 2 1 100 380 4 4 al UU 满足要求 中性线采用 LJ 70 铜绞线 3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用 YJL22 10000 型交联聚乙烯绝缘的铝芯电 缆 直接埋地敷设 与相距约 2km 邻近单位变配电所的 10kv 母线相联 1 按发热条件选择 工厂二级负荷容量共 470 7kVA AkvkVAI 2 27103 7 470 30 最热月土壤平均温度为 25 因此查表 8 43 初选缆芯截面为 25mm2的 交联聚乙烯绝缘铜芯电缆 一 其 Ial 90A I30满足发热条件 2 校验电压损耗 由表 8 41 可查得缆芯为 25mm2的铜芯电缆的 R0 1 54 km 缆芯 温度按 80 计 X0 0 12 km 而二级负荷的 P30 168 134 9 56 9 kW 359 8kW Q30 163 2 97 5 42 kvar 302 7kvar 线路长按 1km 计 因此 5 18 1 100 10000118 118 10 212 0 var 7 302 254 1 8 359 al UvvU v kv kkW U 由此可见满足允许电压损耗 5 的要求 2 短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路电流校验 由前述引入电缆的热稳定校 验 可知缆芯 25mm2的交联电缆是满足热稳定要求的 而邻近单位 10kv 的短路数据不知 因此该联络线的短路热稳定校验计算无法进行 只有暂缺 综合以上所选变电所进去线和联络线的导线和电缆型号规格如表 11 10 表表 11 10 变电所进出线和联络线的型号规格变电所进出线和联络线的型号规格 线路名称导线或电缆的型号规格 10kv 电源进线LJ 35 铜绞线 三相三线架空 主变引入电缆 YJL22 10000 3 25 交联电缆 只埋 至 1 号厂房 VV22 1000 3 240 1 120 四芯塑料 直埋 至 2 号厂房 VV22 1000 3 240 1 120 四芯塑料 直埋 至 3 号厂房 VV22 1000 3 240 1 120 四芯塑料 直埋 至 4 号厂房 VV22 1000 3 240 1 120 四芯塑料 直埋 至 5 号厂房 BV 1000 1 4 铜芯线 5 根穿内径 25mm 硬塑管 至 6 号厂房 VV22 1000 3 240 1 120 四芯塑料 直埋 至 7 号厂房 VV22 1000 3 240 1 120 四芯塑料