供用电系统课程设计-.doc

湖南工学院课程：工厂供电课程设计任务：机械厂供配电系统设计 专业：电气工程及其自动化班级：电气本0901班组员：廖钰龙 张祯祥 伍炼 刘冬指导老师：桂友超 时间：2012年11月前言工厂企业，民用建筑等行业广泛应用供配电技术。它是一项重要的技术。知道如何根据厂家的用电负荷量来建造变电所是一个重要的话题。通过一个学期的学习，在掌握了供配电系统的知识和理论，初步具备供配电系统的运行，管理和工程设计能力以及分析和解决问题的能力基础之上，这学期开展了供电课程设计的选题。本次供用电系统课程设计的任务是机械厂降压变电所的电气设计。模拟的中小型工厂610/0.4kv,容量为8002000kVA的降压变电所。要求根据厂子所能取得的电源及厂子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，进行工厂的电气设计。本次设计是由以下几个步骤完成的。先计算各厂房的负荷确定无功功率补偿，根据负荷确定变电所的位置与型式，再确定变电所主变压器的台属与容量、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。在绘图中要标明设备型号和材质，使图纸可以清晰的表现出本次设计的要求。19目录前言2(一) 负荷计算和无功功率补偿31负荷计算32.无功功率补偿4(二) 变电所主变压器及主接线方案的选择51变电所主变压器的选择52. 变电所主接线方案的选择53. 两种主接线方案的技术经济比较6(三) 短路电流的计算71.绘制计算电路图72.确定短路计算基准值73.计算短路电路中各元件的电抗标幺值74.计算k-1点（10.5kv侧）的短路电流及三相短路电流和短路容量85.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8（四）变电所一次设备的选择校验9110kV侧一次设备的选择校验92. 380V侧一次设备的选择校验113.高低压母线的选择11（五）变电所进出线及与邻近单位联络线的选择121.10KV高压进线和引入电缆的选择122.380V低压出线的选择123. 作为备用电源的高压联络线的选择校验14（六）变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定161.高压短路器的操作机构控制与信号回路162.变电所的电能计量回路163.变电所的测量和绝缘监察回路164.变电所的保护装置16（七）结束语18（八） 附录-主要参考文献19第一章 设计任务（一）设计题目长益机械厂降压变电所的电气设计。（二）设计要求根据本厂所使用的电源及本厂负荷的情况，按照安全性、可靠性、先进性、经济性的原则，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，以及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、工厂负荷情况 车间工作情况为两班制，年最大负荷利用小时数为2500h，日最大负荷持续时间为5h。该厂二级负荷有铸造车间、电镀车间和锅炉房，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。本厂的符合统计资料如表1所示。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需要系数功率因数2铸造车间动力3000.30.40.650.70照明70.70.91.01锻压车间动力2500.20.30.600.65照明650.70.91.04金工车间动力3000.20.30.600.65照明80.70.91.03工具车间动力3500.250.350.600.65照明100.70.91.06电镀车间动力2500.40.60.700.80照明80.70.91.05热处理车间动力1000.40.60.700.80照明60.70.91.08装配车间动力1200.30.40.650.75照明60.70.91.07机修车间动力1300.20.30.600.70照明30.70.91.09锅炉房动力850.60.80.700.80照明20.70.91.010仓库动力200.30.40.800.90照明10.70.91.0生活区照明2500.70.80.91.0备注表中生活区的照明负荷中含家用电器。2、供电电源情况，一条10kV的公用电源干线给本厂供电源。该干线的导线型号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首端距离本厂约7km。干线首端的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器有定时限过硫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1.5s。为满足工厂二级负荷的要求，可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50km，电缆线路总长度为20km。3、气象资料 本厂所在地区的年最高气温为380C，年平均气温为260C，年最低气温为-90C，年最热月平均最高气温为310C，年最热月平均气温为230C，年最热月地下0.8m处平均温度为210C。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为18。4、地质水文资料 本厂所在地区平均海拔400m，地层以沙粘土为主；地下水位为1m。5、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15元/kVA，动力电费为0.2元/kW.h，照明（含家电）电费为0.5元/kW.h。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：610kV为800元/kVA。工厂总平面图第二章 负荷计算和无功功率补偿(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2所示。表2 机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量Pe/kW需要系数Kd计算负荷P30/kwQ30/kvarS30/kVAI30/A1锻压车间动力3500.30.651.17105123-照明100.81.0080-小计360-1131231672542铸造车间动力3800.30.71.02114116.3照明80.71.005.60小计388-119.6116.31672543工具车间动力3600.30.61.33108144-照明90.91.008.10-小计369-116.11441852814金工车间动力3700.20.651.177486.6-照明80.81.006.40-小计378-80.486.61181795热处理车间动力1600.60.800.759672-照明60.81.004.80-小计166-100.8721241886电镀车间动力2500.50.800.7512593.8-照明100.81.0080-小计260-13393.81632487机修车间动力1500.20.651.173035.1-照明50.81.0040-小计155-3435.149748装配车间动力1700.30.701.025152-照明70.81.005.60-小计177-56.652771179仓库动力120.30.800.753.62.7-照明210.71.0014.70-小计33-18.32.7182710锅炉房动力650.70.71.0245.546.4-照明10.81.000.80-小计66-46.346.466100生活区照明2300.70.90.4816177.3179272总计(380V侧)动力2267979.1849.2-照明315计入 K=0.8K=0.850.74783.3721.8106516182.无功功率补偿 由表2可知,该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.74.而供电部门要求该厂10kv进线侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量:Qc=P30(tan1-tan2)=783.3tan(arccos0.74)-tan(arccos0.92)kvar=379kvar所以选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1(主屏)1台与方案3(辅屏)4台相组合,总共容量。因此无功补偿后工厂380V侧和10kv侧的负荷计算如表3所示。表3 无功补偿后工厂的计算负荷项目计算负荷P30/kwQ30/kvarS30/kVAI30/A380V侧补偿前负荷0.73782.3720.810651616380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.932783.3301.8839.41275主变压器功率损耗0.015S30=130.06S30=5010kv侧负荷总计0.89795.33491.886950(二) 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) 装设两台主变压器 型号亦采用S9型,而每台变压器容量按公式选择 即:因此选择两台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也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采用Yyn0。(2) 装设一台主变压器 型号采用S9型,容量根据公式,选择,即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂耳级负荷所需的备用电源,考虑由于邻近单位相联的高压联络线来承担。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两种主接线方案(1) 装设两台主变压器的主接线方案(2) 装设一台主变压器的主接线方案3. 两种主接线方案的技术经济比较 如表4所示表4 两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性满足要求满足要求供电质量由于一台主变,电压损耗较大由于两台主变并列,电压损耗小灵活方便性只一台主变灵活性稍差由于有两台主变,灵活性好扩建适应性稍差好经济指标电力变压器的综合投资额由表查得S9-1000/10的单价约为15.1万,而又知变压器的综合投资约为其设备单价地倍,因此其综合投资约为万元=30.2万元S9-630/10的单价约为10.5万元,因此两台变压器的综合投资约为万元=42万元,比一台主变压器方案多投资11.6万元高压开关柜(含计量柜)的综合投资额GG-1A(F)型柜可按每台4万元计.其综合投资可按设备价的1.5倍计,因此高压开关柜的综合投资约为万元=24万元本方案采用6台GG-1A(F)柜,其综合投资约为61.54万元=36万元,比第一台主变方案多投资约12万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变的折旧费=30.2万元0.05=1.51万元;高压开关柜的折旧费=24万元万元;变配电设备的维修管理费=(30.2+24)万元万元。因此主变和高压开关设备的折旧和维修管理费=(1.51+1.44+3.25)万元=6.2万元(其余项目从略)主变的折旧费=42万元万元;高压开关柜的折旧费=36万元万元;变配电设备的维修管理费=(42+36)万元万元。因此主变和高压开关设备的折旧和维修管理费=(2.1+2.16+4.68)万元=8.94万元,比一台主变方案多耗资2.72万元供电贴费按主变容量每KVA900元计,供电贴费=1000KVA万元/KVA=90万元供电贴费=2万元=113.4万元,比一台主变方案多交23.4万元 从上表可以看出按技术指标,装设两台主变的主接线方案优于装设一台主变的主接线方案,但按经济指标,则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案,所以决定采用装设一台主变的方案。(三) 短路电流的计算1.绘制计算电路图 如图2所示2.确定短路计算基准值设Sd=100MVA, Ud=Uc=1.05UN,即高压侧Ud1=10 低压侧Ud2=0.38 3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值(1) 电力系统的电抗标幺值:(2) 架空线路的电抗标幺值:使用LGJ-150 线距为1.5m 查表可知线路电抗X0=0.34/km,而线路长7km(3) 电力变压器的电抗标幺值 查表,S1000/10 Yyn0接法 得UZ%=4.5,故绘制短路计算等效电路如图所示 4.计算k-1点（10.5kv侧）的短路电流及三相短路电流和短路容量(1) 总电抗标幺值(2) 三相短路电流周期分量有效值(3) 其他短路电流 在无限大容量系统中:短路冲击电流:短路冲击电流有效值: (4) 三相短路容量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(2) 三相短路电流周期分量有效值(3) 其他短路电流在无限大容量系统中:短路冲击电流:短路冲击电流有效值:(4) 三相短路容量以上结果如表5所示表5 短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-12.32.32.35.93.4741.7k-220.920.920.938.521.514.5（四）变电所一次设备的选择校验 110kV侧一次设备的选择校验 如表6所示表6 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装置地点条件参数数据10kV57.7A2.3kA5.9kA2.321.9=10.1一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kv630A16kA40kA高压隔离开关GN-107/40010kv400A-40kA高压熔断器RN2-1010kv0.5A50kA-电压互感器JDZ-1010/0.1kv-电压互感器JDZ6-10kv-电流互感器LQJ-1010kv5100A-二次负荷0.6避雷器FS4-1010kv-户外式隔离开关GW4-40.535kv630A-50kA表6所选择的一次设备均满足要求.2. 380V侧一次设备的选择校验 如表7所示 表7 380V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装置地点条件参数-数据380V总1275A20.9kA38.5kA20.920.7=305.8-一次设备型号规格额定参数-低压断路器DW15-1500/3D380v1500A40kA-低压断路器DZ20-630380v630A(大于I30)30kA(一般)-低压断路器DZ20-200380v200A(大于I30)25kA(一般)-低压刀开关HD13-1500/30380v1500A-电流互感器LMZJ1-0.5500v1500/5A-电流互感器LMZJ1-0.5500v100/5A160/5A-表7所选一次设备均满足要求.3.高低压母线的选择按照表610kv变电所高低压LMY型硬铝母线的常用尺寸所来看选择10kv母线为LMK-3(404).即相母线尺寸为40mm4mm;选择380v母线为LMY-3(12010)+806.即相母线尺寸为120mm10mm,而中性母线尺寸为80mm6mm.（五）变电所进出线及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LJ型铝绞线架空敷设，接往10KV公用干线。1) 按发热条件选择 由及室外环境温度33C，查表初选LJ-25，其35C时的，满足发热条件。2) 校验机械强度 查表得，最小允许截面，因此按发热条件选择的LJ-25不满足机械强度要求，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端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直接埋地敷设。1) 按发热条件选择 由及土壤温度25C查表初选缆芯截面为25mm2 的交联电缆，其，满足发热条件。2) 校验短路热稳定 按下式计算满足短路热稳定的最小截面式中C值由表5-13查得；tima按终端变电所保护动作时间0.5S，加断路器时间0.2S，再加0.05S计，故tima=0.75S。因此YJL22-10000-325电缆不满足短路热稳定条件。应选择YJL22-10000-335电缆2.380V低压出线的选择（1）馈电给1号厂房（锻压车间）的线路 采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1) 按发热条件选择 由及地下0.8m土壤温度为25C，查表初选缆芯截面为185mm2，其，满足发热条件。2) 校验电压损耗 由所给工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为68m，而由表查得185mm2的铝芯电缆的（按缆芯工作温度75C计），又1号厂房的，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。3）短路热稳定度校验 按下式计算满足短路热稳定的最小截面由于前面按发热条件所选185mm2的缆芯截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为240mm2的电缆，即选VLV22-1000-3240+1185的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中型线芯按不小于相线芯一半选择，下同。(2) 电给2号厂房（铸造车间）的线路 经校验亦采用VLV22-1000-3240+1185型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。(3) 馈电给3号厂房（工具车间）的线路 经校验亦采用VLV22-1000-3240+1185型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。(4) 馈电给4号厂房（金工车间）的线路 经校验亦采用VLV22-1000-3240+1185型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。(5) 馈电给5号厂房（热处理车间）线路 经校验亦采用VLV22-1000-3240+1185型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。(6) 馈电给6号厂房（电镀车间）的线路 经校验亦采用VLV22-1000-3240+1185型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。(7) 馈电给7号厂房（机修车间）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。1) 按发热条件选择 由及环境温度（年最热月平均气温）26C，查表，相线截面初选50mm2，其，满足发热条件。按规定，N线和PE线也都选为50mm2，与相线截面相同，即选用BLV-1000-150mm2塑料导线5根穿内径65mm的硬塑料管埋地敷设。2) 校验机械强度 查表，最小允许截面，因此上面所选50mm2的导线满足机械强度要求。3) 校验电压损耗 所选穿管线，估计长50m，而由查表查得又因为机修车间因此故满足允许电压损耗的要求。(8) 馈电给8号厂房（装配车间）的线路 经校验亦采用VLV22-1000-3240+1185型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。(9) 馈电给9号厂房（仓库）的线路 经校验亦采用VLV22-1000-3240+1185型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。(10) 馈电给10号厂房（锅炉房）的线路 经校验亦采用VLV22-1000-3240+1185型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。(11) 馈电给生活区的线路 采用BLV-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1) 按发热条件选择 由及室外环境温度33C，查表，初选BLX-1000-1150，其33C时的，满足发热条件。2) 校验机械强度 查表，最小允许截面，因此BLX-1000-1150满足机械强度要求。3) 校验电压损耗 由工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约为94m，而另由表查得其阻抗值与BLX-1000-1150近似等值的LJ-150的阻抗，（按线间几何均距计），又生活区的，因此满足允许电压损耗的要求。所以采用四回BLX-1000-1150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。3. 作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用YJL22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设，与相距约2km的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167+163+66=396kVA，而最热月土壤平均温度为25C，因此查表，初选缆芯截面为25mm2的交联聚氯乙烯绝缘铝芯电缆（注：该型电缆最小缆芯截面为25mm2，），其，满足发热条件。2) 校验电压损耗 由表可查得缆芯为25mm2的铝芯电缆的，（按缆芯工作温度75C计），而二级负荷的，线路长度按2km计，因此由此可见该电缆满足允许电压损耗要求。3) 短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25mm2的交联电缆是满足短路热稳定要求的。由于邻近单位10kv的短路数据不详，因此该联络线的短路热稳定校验无法进行，只有暂缺。综合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8所示。表8 变电所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型号规格10kv电源进线LJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22-10000-335型交联电缆（直埋）380V低压出线至1号厂房VLV22-1000-3240+1185四芯塑料电缆至2号厂房VLV22-1000-3240+1185四芯塑料电缆至3号厂房VLV22-1000-3240+1185四芯塑料电缆至4号厂房VLV22-1000-3240+1185四芯塑料电缆至5号厂房VLV22-1000-3240+1185四芯塑料电缆至6号厂房VLV22-1000-3240+1185四芯塑料电缆至7号厂房BLV-1000-150铝芯塑料线5根穿内径65mm硬塑管至8号厂房VLV22-1000-3240+1185四芯塑料电缆至9号厂房VLV22-1000-3240+1185四芯塑料电缆至10号厂房VLV22-1000-3240+1185四芯塑料电缆至生活区4回路，每回路1BLX-1000-1150+1BLX-1000-170橡皮线（三相四线架空）与邻近单位10kv联络线YJL-10000-325交联电缆（直埋）（六）变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定1.高压短路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用弹簧储能操作机构，可实现一次重合闸。2.变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜，其上装有三相有功电能表和无功电能表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并据以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由有关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JDZJ-10型，组成Y0/Y0/（开口三角）的接线，用以实现电压测量和绝缘监视。作为备用电源的高压联络线上，装有三相有功电能表、三相无功电能表和电流表。高压进线上，亦装有电流表。 低压侧的动力出线上，均装有有功电能表和无功电能表。低压照明线路上，装有三相有功电能表。低压并联电容器组线路上，装有无功电能表。每一回路均装有电流表。低压母线上装有电压表。仪表的准确度级按规范要求。4.变电所的保护装置(1) 主变压器的继电保护装置1) 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；当因严重故障产生大量瓦斯时，则动作于跳闸。2) 装设反时限过电流保护 采用GL15型感应式过电流继电器。两相两继电器式接线，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，式中因此动作电流为因此过电流保护动作电流IOP整定为10A。（注意：GL15型继电器的过电流保护动作电流只能210A，而且为整数） 过电流保护动作时间的整定 由于本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护动作时间（10倍动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s