机修厂机械加工一车间低压配电系统及车间变电所设计

摘摘 要要 遵循安全 可靠 优质 经济的基本原则 提出工厂厂区供电的设计方案 本次 设计是关于机修厂车间变电所及机械加工一车间低压配电系统设计 其中包括对车 间进行了负荷和短路电流计算 变压器和变电所高压进线和出线的选择 以及主接 线 二次回路 继电保护 本设计的主要内容包括机修厂机加工一车间低压配电系统及车间变电所的电气 一次和二次主接线的确定以及图纸的绘制 首先 进行车间负荷统计 确定主变压 器 在技术方面和经济方面进行比较 选择经济可靠 运行灵活的主接线一次方案 其次 进行短路参数的计算 然后 进行设备的选择和校验 最后 确定二次回路 的方案 整定继电保护 设计防雷保护和接地装置 设计结果可以满足供电的可靠性 保证各车间电气设备的稳定运行 关键词 关键词 负荷统计 变电所主接线 配电线路主接线 继电保护 i Abstarct According to the basic principles of safety reliability high quality and economic results The power supply design program of the factory district is put forward It is about design the machine fixs the factory car changes to give or get an electric shock and machines process the cartful a low pressure goes together with to give or get an electric shock system The design includes the calculation of loads and short circuit electric current the select of transformer and circuit and design of main circuit the second circuit protect and lighting The main designing originally includes the system of low voltage for the Machinery Plant as well as primary and repeated host of workshop substation electricity connection ascertaining that working drawing First we carry out Statistic of load and ascertains the host transformer Comparison in the field of technology and economy we choose economy reliably running nimble host connection Secondly we carry out parametric calculation of short circuit Then carry out equipment choice and checking Ascertain repeated circuit scheme finally adjust protection and earthed system succeeding electricity protection designing lightning protection That result of design indicates the reliability to be satisfied with the current supply of workshop of Machinery Plant which ensures that every workshop electric accessory stability works Keywords Statistic of load The host connection of substation The host connection of The distributing line stable protection ii 目目 录录 摘 要 i Abstarct ii 第一章 绪 论 1 第一节 前言和要求 1 第二节 设计内容及原始资料 2 第二章 车间的负荷的计算和无功补偿 7 第一节 负荷计算的目的 7 第二节 负荷计算方法 7 第三节 无功功率补偿 9 第三章 确定车间变电所的所址和型式 14 第一节 车间变电所所址的选择 14 第二节 车间变电所的型式 14 第四章 确定车间变电所主变压器型式 容量和数量及主接线方案 16 第一节 确定车间变电所主变压器型式 16 第二节 车间变电所主变压器台数和容量的确定 16 第三节 变电所主接线 18 第五章 短路计算及一次设备的选择 22 第一节 短路计算 22 第二节 一次设备的选择 25 第六章 选择车间变电所高低压进出线 29 第一节 车间变电所进出线的选择 29 第七章 选择电源进线的二次回路方案及整定继电保护 32 第一节 选择二次回路方案 32 第二节 整定继电保护 34 第八章 车间变电所的防雷保护和接地装置的设计 40 第一节 防雷保护 40 第二节 接地装置 41 第九章 确定车间低压配电系统布线方案 44 第一节 车间配电线路设计的一般要求 44 第二节 车间配电电压 配电级数及结线方案的选择 44 第十章 选择低压配电系统的导线 49 第一节 低压配电系统的导线选择 49 结 论 50 主要参考文献 51 外文文献 52 中文翻译 56 致 谢 59 0 第一章第一章 绪绪 论论 第一节第一节 前言和要求前言和要求 一 前一 前 言言 众所周知 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 电能的输送和分配既简单 经济 又便于控制 调节和测量 有利于实现生产过程自动化 在工程机械制造厂里 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 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 因此 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 二 设计要求二 设计要求 1 遵守规程 执行政策 必须遵守国家的有关规定及标准 执行国家的有关方针政策 包括节约能源 节约有色金属等技术经济政策 2 安全可靠 先进合理 应做到保障人身和设备的安全 供电可靠 电能质量合格 技术先进和经济合 理采用效率高 能耗低和性能先进的电气产品 3 近期为主 考虑发展 应根据工作特点 规模和发展规划 正确处理近期建设与远期发展的关系 做 到远近结合 适当考虑扩建的可能性 4 全局出发 统筹兼顾 1 按负荷性质 用电容量 工程特点和地区供电条件等 合理确定设计方案 工 厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分 工厂供电设计的质量直接影响到工 厂的生产及发展 作为从事工厂供电工作的人员 有必要了解和掌握工厂供电设计 的有关知识 以便适应设计工作的需要 第二节第二节 设计内容及原始资料设计内容及原始资料 一 内容及步骤一 内容及步骤 车间降压变电所及配电系统设计 是根据各个车间的负荷数量和性质 生产工 艺对负荷的要求 以及负荷布局 结合国家供电情况 解决对各部门的安全可靠 经济的分配电能问题 其基本内容有以下几方面 1 负荷计算 车间降压变电所的负荷计算 是在车间负荷计算的基础上进行的 考虑车间变 电所变压器的功率损耗 从而求出车间降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数 列出负荷计算表 显示计算结果 2 一次系统图 跟据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算 绘制一次系统图 确定变 电所高 低接线方式 对它的基本要求 即要安全可靠又要灵活经济 安装容易维 修方便 3 电容补偿 按负荷计算求出总降压变电所的功率因数 通过查表或计算求出达到供电部门 要求数值所需补偿的无功功率 由手册或产品样本选用所需无功功率补偿柜的规格 和数量 4 变压器选择及变电所布置 根据电源进线方向 综合考虑设置总降压变电所的有关因素 结合全厂计算负 荷以及扩建和备用的需要 确定变压器型号及全厂供电平面图 5 短路电流计算 车间用电 通常为国家电网的末端负荷 其容量运行小于电网容量 皆可按无 限大容量系统供电进行短路计算 求出各短路点的三相短路电流及相应有关参数 6 高 低压设备选择及校验 2 参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值 选择高 低压配 电设备 如隔离开关 断路器 母线 电缆 绝缘子 避雷器 互感器 开关柜等 设备 并根据需要进行热稳定和力稳定检验 并列表表示 7 导线 电缆的选择 为了保证供电系统安全 可靠 优质 经济地运行 进行导线和电缆截面选择 时必须满足发热条件 导线和电缆 包括母线 在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热 温度 不应超过其正常运行时的最高允许温度 8 整定及二次保护 为了监视 控制和保证安全可靠运行 各用电设备 皆需设置相应的控制 信 号 检测和继电器保护装置 并对保护装置做出整定计算 给出二次系统图 9 防雷与接地 参考本地区气象及地质资料 设计防雷接地装置 二 原始资料二 原始资料 1 车间电气设备见表 1 1 2 车间变电所的供电范围 本车间变电所设在机加工一车间的东南角 除为机加工一车间供电外 尚需为 机加工二车间和锻造 铆焊 电修等车间供电 其他车间的负荷计算表 如表 1 2 所示 表表 1 11 1 机加工一车间设备明细表机加工一车间设备明细表 设备代号设备名称 型号台数单台容量 KW 1 车床 C630M 110 125 2 万能磨床 M5M 12 075 3 普通车床 C620 1 17 65 4 普通车床 C620 1 17 65 5 普通车床 C620 1 17 65 6 普通车床 C620 3 15 625 7 普通车床 C620 14 625 8 普通车床 C620 14 625 3 9 普通车床 C620 14 625 10 普通车床 C620 14 625 11 普通车床 C618 14 625 12 普通车床 C616 14 625 13 螺旋套燃机 S 8139 13 125 14 普通车床 C630 110 125 15 管螺纹车床 Q119 17 625 16 摇臂钻床 Z35 18 5 17 立式钻床 Z50 13 125 18 立式钻床 Z50 13 125 19 5T 单梁吊车 1 10 2 e 25 20 立式砂轮 11 75 21 牛头刨床 B665 13 22 牛头刨床 B665 13 23 万能铣床 X63 WT 113 24 立式铣床 Y 36 19 125 25 滚齿机 X 52K 14 1 26 插床 B5032 14 27 弓锯机 G72 11 7 28 立式钻床 Z512 10 6 29 电极式盐洛电阻炉 120 30 井式回火电阻炉 124 31 箱式加热电阻炉 145 32 车床 CW6 1 131 9 33 立式车床 C512 1 135 7 34 卧式镗床 J68 110 35 单臂刨床 B1010 170 4 表表 1 21 2 负荷计算表负荷计算表 2 机加工二车间 NO1 供电回路 155465471 6108 7 NO2 供电回路 1203642 55 484 2 NO3 车间照明 108 3 铸造车间 NO1 供电回路 160646591 4138 9 NO2 供电回路 140565780121 6 NO3 供电回路 1807273 1102 6155 9 NO4 车间照明 86 4 铆焊车间 NO1 供电回路 150458999 8151 6 NO2 供电回路1171 9 NO3 车间照明 76 5 电修车间 NO1 供电回路 150457890136 7 NO2 供电回路 146446587 7133 2 NO3 车间照明 108 3 车间负荷性质 车间为三班工作制 年最大有功负荷利用小时数为 5500h 属于三级负荷 4 供电电源条件 1 本车间变电所从本厂 35 10kV 总降压变电站用架空线路引进 10kV 电源 如 图 1 3 所示 架空线路长 300m 5 工厂 总降 压变 电所 架空线路 0 4 图 1 3 引入车间变电所线路 2 工厂总降压变电所 10kV 母线上的短路容量按 200MVA 计 3 工厂总降压变电所 10kV 配电出线定时限过流保护装置的整定时间 top 1 7s 4 要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于 0 9 5 要求在车间变电所 10kV 侧进行计量 5 车间自然条件 1 气象资料 车间内最热月的平均温度为 32 地中最热月的平均温度为 23 土壤冻结深度为 1 00m 车间环境属于正常干燥环境 2 地质水文资料 车间原址为耕地 地势平坦 地层以砂粘土为主 地下水位为 2 8 4 2m 6 第二章第二章 车间的负荷的计算和无功补偿车间的负荷的计算和无功补偿 第一节第一节 负荷计算的目的负荷计算的目的 计算负荷是供电设计计算的基本依据 计算负荷的确定是否合理 将直接影响 到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理 计算负荷不能定得太大 否则选择的 电气设备和导线电缆将会过大而造成投资和有色金属的浪费 计算负荷也不能定得 过小 否则选择的电气设备和导线电缆将会长期处于过负荷下运行 增加电能损耗 产生过热 导致绝缘体过早老化甚至烧毁 因此 必须合理确定计算负荷 车间负荷容量的大小式供电系统选择变压器容量 各种电器设备型号 供电网 所用导线型号以及仪表的重要依据 也是整定继电保护的重要依据 因此必须进行 负荷统计 目前 我国设计部门在进行企业供电设计时 经常采用的电力负荷计算方法有 需要系数法 二项系数法 利用系数法 单位电耗法 逐级计算法等 需要系数法 应用最为普遍 对于任何性质的企业负荷均适用 且计算结果基本上符合实际 因 此 本设计采用需要系数法进行负荷统计 第二节第二节 负荷计算方法负荷计算方法 负荷计算有需要系数法 二项系数法 利用系数法等 本设计采用需要系数法 一 单组用电设备计算负荷的确定一 单组用电设备计算负荷的确定 2 1 edPKP 30 2 2 tan3030PQ 2 3 cos 30 30 P S 2 4 cos 30 30 P I 式中 用电设备组总的设备容量 eP 7 用电设备组的需要系数 dK 用电设备组总的有功计算负荷 30P 用电设备组总的无功计算负荷 30Q 用电设备组总的视在计算负荷 30S 用电设备组总的计算电流 30I 功率因数 cos 对应于用电设备组功率因数的正切值 tan cos 二 多组用电设备计算负荷的计算的确定二 多组用电设备计算负荷的计算的确定 2 5 ipPKP 3030 2 6 iqPKQ 3030 2 7 2 30 2 3030QPS 2 8 NU S I 3 30 30 式中 所有设备组有功计算负荷之和 iP 3030P 有功负荷同时系数 本设计取 0 9 pK 所有设备组无功计算负荷之和 iQ 3030Q 无功负荷同时系数 本设计取 0 95 qK 三 各车间的负荷统计三 各车间的负荷统计 根据以上公式 以机械加工一车间为例进行负荷统计 一组计算负荷 查表 0 2dK cos0 5 tan1 73 10 125 2 075 7 625 3 5 625 40 71eP kW 可得 3110 2 40 78 14kWdePKP 3131tan8 14 1 7314 08kvarQP 3131cos8 14 0 516 28kVASP 3131316 283 38024 73ANISU 机加工一车间负荷统计表见 2 1 8 表表 2 12 1 一车间计算负荷一车间计算负荷 组别设备容量 Kd Pc kw Qc kvar Sc kva Ic A 140 70 28 1414 0816 2824 73 230 8750 26 17510 6812 3518 76 334 250 26 8511 8513 720 81 438 5250 27 70513 3377 05117 07 510 20 151 532 643 064 64 6600 84815 8416 6725 33 770 85 605 68 51 一车间总 计 221 579 866 37103 79157 69 第三节第三节 无功功率补偿无功功率补偿 一 无功补偿的计算一 无功补偿的计算 补偿前的变压器容量和功率因数 变压器低压侧的视在计算负荷为 22 30 2 542 9673 864 48kVAS 主变压器容量选择条件为 因此未进行无功补偿时 主变压器容量 2 30SSNT 应选为了 1000 kVA 这时变电所低压侧的功率因数为 2 cos542 9 864 680 63 1 无功补偿容量按规定 变电所高压侧的 考虑到变压器本身的无9 0cos 功功率损耗远大于其有功功率损耗 一般 因此在变压器TQ TP TTPQ 5 4 低压侧进行无功补偿时 低压侧补偿后的功率因数应略高于 0 90 这里取 92 0 cos 要使低压侧功率因数由 0 63 提高到 0 92 低压侧需装设的并联电容器容量为 542 9 tan arccos0 63 tan arccos0 92 kvar437 95kvarcQ 取 480kvarcQ 2 补偿后的变压器容量和功率因数 9 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 22 30 2 542 9 673480 kVA576 18kVAS 变压器的功率损耗为 30 2 0 0150 015 576 18kVA8 64kWTPS 30 2 0 060 06 576 18kVA34 57kvarTQS 变电所高压侧的计算负荷为 30 1 673480 kvar34 57kvar227 57kvarQ 22 30 1 551 54 227 57 596 64kVAS 补偿后工厂的功率因数为 30 1 30 1 cos551 54 596 640 92PS 3 车间变电所负荷统计见表 2 2 表表 2 22 2 车间变电所负荷计算车间变电所负荷计算 序号车间名称 供电回路 代号 设备容量计算负荷 PeP30Q30S30I30 1一车间140 78 1414 0816 2824 73 230 8756 17510 6812 3518 76 334 256 8511 8513 720 81 438 5257 70513 3377 05117 07 510 21 532 643 064 64 6604815 8416 6725 33 775 605 68 51 2二车间1155 046 554 471 6108 7 2120 036 042 155 484 2 310 08 008 012 2 3铸造车间4160 064 065 391 4138 9 5140 056 057 180 0121 5 6180 072 073 4102 8156 2 78 06 406 49 7 4铆焊车间8150 045 089 199 8151 7 9170 051 0101 0113 1171 9 107 05 605 68 5 5电修车间11150 045 078 090 0136 8 12146 044 065 078 5119 3 1310 08 008 012 2 总计1627 6571 5693 8898 91365 7 变压器低压侧总计算负荷542 9673 0864 71313 8 10 380v 无功补偿容量542 9480 0576 2875 4 变压器的功率损耗8 634 6 补偿后变压器高压侧计算负荷551 5227 6596 634 4 二 无功补偿设备的选择二 无功补偿设备的选择 无功补偿方式有 3 种 高压电容器集中补偿 单独就地补偿 低压电容器集中 补偿 1 无功补偿的接线方案 高压集中补偿 高压集中补偿是指将高压电容器组集中装设在总降压变电所的 6 10kV 母线上 接线方式见图 2 3 该补偿方式只能补偿总降压变电所的 6 10kV 母线之前的供配电系统中由无功 功率产生的影响 而对无功功率在企业内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿 因此补偿范围最小 经济效果较其它补偿方式差 但由于装设集中 运行条件好 维护管理方便 投资较少 且总降压变电所 6 10kV 母线停电机会少 因此电容器 利用率高 10kV QS QF TA2TA1 TV FU CCC 图 2 3 高压电容器集中补偿的结线 低压集中补偿 低压集中补偿是指将低压电容器集中装设在车间变电所或建筑物变电所的低压 母线上 该补偿方式只能补偿车间变电所或建筑物变电所低压母线前变压器和高压 配电线路及电力系统的无功功率 对变电所低压母线后的设备则不起补偿作用 但 其补偿范围比高压集中补偿要大 而且该补偿方式能使变压器的视在功率减小 从 而使变压器的容量可选得较小 因此比较经济 这种低压电容器补偿屏一般可装在 低压配电室内 运行维护安全方便 该补偿方式在用户中应用相当普遍 其接线方 11 式见图 2 4 C HL TA 380V QF QK 图 2 4 低压电容器集中补偿的结线 如图 2 4 所示为低压集中补偿的电容器组的结线 电容器也采用 形接线 和高 压集中补偿不同的是 放电装置为放电电阻或 220V 15 25W 的白炽灯的灯丝电阻 如果用白炽灯放电的话 白炽灯还可起指示电容器组是否正常运行的作用 单独就地补偿 单独就地补偿是指在个别功率因数较低的设备旁边装设补偿电容器组 该补偿 方式能补偿安装部位以前的所有设备 因此补偿范围最大 效果最好 但投资较大 而且如果被补偿的设备停止运行的话 电容器组也被切除 电容器的利用率较低 同时存在小容量电容器的单位价格 电容器受到机械震动及其他环境条件影响较远 不便于实现其他补偿的场合 如图 2 5 所示为低压电容器分散补偿的结线 QF QK C M 12 图 2 5 低压电容器分散补偿的结线 上述 3 种补偿方法 高压集中补偿的补偿范围小 分散补偿的补偿范围大 但 投资大 因此本设计采用低压电容器集中补偿 该补偿方式补偿范围大 投资小 2 无功功率补偿容量的计算 按照设计要求功率因数不得低于 0 9 采用并联电容器进行低压集中补偿 可选 用 BW0 4 12 1 型的电容器 其额定电容为 将功率因数由 0 63 提高到F 240 0 92 补偿容量为 480kVA 因此电容器的个数为 4012480 ccqQn 考虑三相均衡分配 应装设 42 个 每相 14 个 此时并联电容器的实际补偿容 量为 此时的实际平均功率因数为 0 93 var5041242k 满足要求 13 第三章第三章 确定车间变电所的所址和型式确定车间变电所的所址和型式 第一节第一节 车间变电所所址的选择车间变电所所址的选择 变电所的位置选择原则 1 接近负荷中心 2 进出线方便 3 接近电源侧 4 设备吊装和运输方便 5 不应设在有剧烈振动或高温的场所 6 尽量避开有腐蚀性气体和污秽的地段 如无法避免 则应位于污源的上风侧 7 不应设在厕所 浴室或其他经常积水场所的正下方 且不宜与上述场所相贴 邻 8 不宜设在有爆炸危险环境的正上方或正下方 且不宜设在有火灾危险环境的 正上方或正下方 当与有爆炸或危险环境的建筑物贴邻时 应符合现行国家标准 变电所的位置选择应根据选择原则 经技术 经济比较后确定 根据距离负荷 中心 偏向电源侧的选择方法 本车间变电所已给出 位于车间的东南角 第二节第二节 车间变电所的型式车间变电所的型式 变电所是接受电能 变换电压 分配电能的环节 是供配电系统的重要组成部 分 变电所按其在供配电系统地位合作用 分为总降压变电所 独立变电所 车间 变电所 杆上变电所 建筑物及高层建筑物变电所 车间变电所主要有以下两种类型的变电所 1 车间附设变电所 附设变电所利用车间的一面或两面墙壁 而其变压器室的大门朝外开 车间附 设变电所又分为内附式和外附式 内附式变电所要占用一定的车间面积 但其在车间内部 故对车间外观没有影 14 响 外附式变电所在车间的外部 不占用车间面积 便于车间设备的布置 而且安 全性也比内附式变电所要高一些 2 车间内变电所 变压器室位于车间内的单独房间内 虽然这种变电所占用了车间内的面积 但 它处于负荷的中心 因而可以减少线路上的电能损耗和有色金属消耗量 由于设在 车间内其安全性要差一些 故适用于负荷较大的多跨厂房内 在大型冶金企业中比 较多见 变配电所有屋内式和屋外式两大型式 屋内式运行维护方便 占地面积少 在 选择工厂总变配电型式时 应根据具体地理环境 因地制宜 技术经济合理时 应 优选用屋内式 由于屋内式优点众多 本设计采用屋内式 15 第四章第四章 确定车间变电所主变压器型式 容量和数量及主接线方案确定车间变电所主变压器型式 容量和数量及主接线方案 第一节第一节 确定车间变电所主变压器型式确定车间变电所主变压器型式 变压器是变电所中关键的一次设备 其主要功能是升高或降低电压 以利于电 能的合理输送 分配和适用 变压器按功能分有升压变压器和降压变压器 按相数分有单相和三相变压器 按绕组导体的材质分有铜绕组和铝绕组变压器 按冷却方式和绕组绝缘分有油浸式 干式两大类 其中油浸式变压器又有油浸自冷式 油浸风冷式 油浸水冷式和强迫 油循环冷却式等 而干式变压器又有浇注式 开启式 充气式等 按用途分又可分 为普通变压器和特种变压器 按调压方式分有无载调压变压器和有载调压变压器 在选择变压器时 应选用低损耗节能型变压器 如 S9 系列或 S10 系列 高损耗 变压器已被淘汰 不再采用 在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所 应选择密闭型变压器或防腐型变压器 供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变 电所常采用三相油浸自冷电力变压器 S9 S10 M S11 S11 M 等 对于高层建 筑 地下建筑 发电厂 化工等单位对消防要求较高的场所 宜采用干式电力变压 器 SC SCZ SG3 SG10 SC6 等 对电网电压波动较大的 为改善电能质量 应采用有载调压电力变压器 SZ7 SFSZ SGZ3 等 本设计选择 S9 系列三相油浸自冷电力变压器 第二节第二节 车间变电所主变压器台数和容量的确定车间变电所主变压器台数和容量的确定 一 变压器台数的确定一 变压器台数的确定 1 变压器选择的原则 满足用电负荷对可靠性的要求 在有一 二级负荷的变电所中 选择两台主 变压器 当在技术 经济上比较合理时 主变压器选择也可多于两台 季节性负荷或昼夜负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所 技术经济 16 合理时可选择两台主变压器 三级负荷一般选择一台主变压器 负荷较大时 也可选择两台主变压器 2 根据车间的负荷性质和电源情况 车间变电所的主变压器可有下列两种方 案 装设一台主变压器 而容量计算得kVA835 68664 596 4 1 15 1 NS 即选一台 S9 800 10 型低损耗配电变压器 装设两台主变压器 型号亦采用 S9 而每台容量选择 kVA 418 358 64 596 7 0 6 0 NS 本车间无一 二级负荷 故 因此选一台 S9 800 10 型低损耗0 21 SSN 配电变压器 主变压器的联结组别均采用 Yyn0 二 变压器容量的确定二 变压器容量的确定 装单台变压器时 其额定容量应能满足全部用电设备的计算负荷 考虑负NScS 荷发展应留有一定的容量裕度 并考虑变压器的经济运行 即 cNSS 4 1 15 1 装有两台主变压器时 其中任意一台主变压器容量应满足下列两个条件 NS 1 一台变压器单独运行时 应满足总计算负荷的 60 70 的要求 即 cNSS 7 0 6 0 2 任一台主变压器单独行动时 应能满足全部一 二级负荷的需要 21 cS 即 21 cNSS 车间变电所变压器台数和容量确定原则和总降压变电所基本相同 即首先保证 电能质量的要求下 最大限度减少投资 运行费用和有色金属耗用量 车间变电所变压器台数选择原则 对于二 三级负荷 变电所只设置一台变压 器 其容量可根据计算负荷决定 可以考虑从其他车间的低压线路取得备用电源 这不仅在故障下可以对重要的二级负荷供电 而且在负荷极不均匀的轻负荷时 也 能使供电系统达到经济运行 对一 二级负荷较大的车间 采用两回独立进线 设 置两台变压器 其容量确定和总降压变电所相同 当负荷分散时 可设置两个各有 一台变压器的变电所 车间变电所中 单台变压器容量不宜超过 1000kVA 根据本设计属三级负荷 选择一台变压器 变压器容量选择 800kVA 17 综上变压器选择 S9 800 10 变压器参数见表 4 1 表表 4 14 1 变压器参数表变压器参数表 额定电压 kV额定容量 kVA 一次二次 联结组标 号 空载电 流 阻抗电压价 格 800100 4Yyn00 94 574700 第三节第三节 变电所主接线变电所主接线 一 变电所的构成一 变电所的构成 变电所由一次回路和二次回路构成 1 一次回路 供配电系统中承担输送和分配电能任务的电路 称一次回路 也 称为主电路或主接线 一次电路中所有的电气设备称为一次设备 如变压器 断路 器 互感器等 2 二次回路 凡用来控制 指示 监测和保护一次设备运行的电路 叫二次回 路 也叫二次接线 二次回路中所有电气设备都称为二次设备或二次元件 如仪表 继电器 操作电源等 二 变电所主接线的设计要求二 变电所主接线的设计要求 变电所的主结线 应根据变配电所在供电系统中的地位 进出线回路数 设备 特点及负荷性质等条件确定 并应满足安全 可靠 灵活和经济等要求 三 变电所主接线方案的比较三 变电所主接线方案的比较 1 变电所按上述两种主变压器的方案可设计下列两种主接线方案 装设一台主变压器的主结线方案 装设两台主变压器的主结线方案 两种主结线方案的比较见表 4 2 表表 4 24 2 两种主接线方案的比较两种主接线方案的比较 比较项目装设一台主变压器的方案装设两台主变压器的方案 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 技 术 指 标 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 18 扩建适应性稍差一些更好一些 电力变压器的综 合投资额 查表得 S9 800 10 单价为 7 47 万元 查表得变压器综 合投资约为其单价的 2 倍 因此其综合投资为 万元 14 94 万47 7 2 查表得 S 315 10 单价为 4 3 万 元 因次两台综合投资为 17 2 万元 比一台主变方3 44 案多投资 2 26 万 高压开关柜的综 合比较 查表得 GG 1A F 型柜 按每台 3 5 万元计 查表得 其综合投资按设备价 1 5 倍 计 因此其综合投资约为 万元 21 万元5 35 14 本方案采用 6 台 GG 1A F 柜 其综合投资约为 6 1 5 3 5 31 5 万元 比一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 查表计算 主变和高压开关 柜的折旧和维修管理费每年 为 4 89 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 主变压器的方案多耗 2 177 万元 经 济 指 标 交供电部门的一 次性供电贴费 按 800 元 kVA 计 贴费为 万元 50 4 万元08 0 630 贴费为 2 315 0 08 万元 50 4 万 元 和一台主变压器相同 从上表可以看出 按技术指标 装设两台主变压器的主接线方案略优于装设一 台主变压器的主接线方案 但按经济指标 则装设一台主变压器的方案远优于装设 两台主变压器的方案 因次决定采用装设一台主变压器的方案 四 变电所主接线方式四 变电所主接线方式 供配电系统变电所常用的主接线基本形式有线路 变压器组接线 单母线接线 和桥式接线 3 种类型 1 线路 变压器组接线 单只有一路电源供电线路和一台变压器时 可采用线路 变压器组接线 如图 4 3 所示 T QF QK QDK QF FU QSQS QF 1234 19 图 4 3 线路 变压器组接线图 优点 接线简单 所用电气设备少 配电装置简单 节约投资 缺点 该单元 中任一设备发生故障或检修时 变电所全部停电 可靠性不高 适用范围 适用于 小容量三级负荷 小型企业或非生产性用户 2 单母线接线 母线又称汇流排 用于汇集和分配电能 单母线接线又可分为单母线不分段和 当母线分段两种 单母线不分段接线 当只有一路电源进线时 常用这种接线 每路进线和出线装设一只隔离开关和 断路器 靠近线路的隔离开关称线路隔离开关 靠近母线的隔离开关称母线隔离开 关 优点 接线简单清晰 使用设备少 经济性比较好 由于接线简单 操作人员发生 误操作的可能性就小 缺点 可靠性和灵活性差 当电源线路 母线或母线隔离开 关发生故障或进行检修时 全部用户供电中断 单母线分段接线 当有双电源供电时 常采用单母线分段接线 可采用隔离开关或断路器分段 隔离开关分段因操作不便 目前已不采用 单母线分段接线可以分段单独运行 也 可以并列同时运行 采用分段单独运行时 各段相当于单母线不分段接线的运行状态 各段母线的 电气系统互不影响 当任一段母线发生故障或检修时 仅停止对该段母线所带负荷 的供电 当任一电源线路故障或检修时 如另一电源能负担全部引出线的负荷时 则可经倒闸操作恢复该段母线所带负荷的供电 否则由该电源所带的负荷仍应停止 运行或部分停止运行 优点 供电可靠性较高 操作灵活 除母线故障或检修外 可对用户连续供电 缺点 母线故障或检修时 仍有 50 左右的用户停电 3 桥式接线 所谓桥式接线是指在两路电源进线之间跨接一个断路器 犹如一座桥 断路器 跨在进线断路器的内侧 靠近变压器 称为内桥式接线 若断路器跨在进线断路器 的外侧 靠近电源侧 称为外桥式接线 桥式接线的特点是 接线简单 高压侧无母线 没有多余设备 20 经济 由于不需设母线 4 个回路只用了 3 只断路器 省去了 1 2 台断路器 节约了投资 可靠性高 无论那条回路故障或检修 均可通过倒闸操作迅速切除该回路 不 至使二次侧母线长时间停电 安全 每台断路器两侧均装有隔离开关 可形成明显的断开点 以保证设备安 全检修 灵活 操作灵活 能适应多种运行方式 本设计采用一次侧为线路变压器组接线 二次侧为单母线不分段接线 21 第五章第五章 短路计算及一次设备的选择短路计算及一次设备的选择 第一节第一节 短路计算短路计算 一 短路电流计算方法一 短路电流计算方法 在工厂供电系统中可能发生的短路形式有 三相短路 两相短路 单相短路和两 相接地短路 在可能发生的短路形式中 单相短路的机会最多 可能性也最大 而三 相短路的可能性最小 但三相短路后的电流却最大 其危害和后果也系统解列 甚至电 源停电 给企业 给国家造成严重的经济损失最严重 工厂供电系统若发生三相短路 时大的三相短路电流进行计算 用以正确的选择和校验电气设备 高压电 强大的电 动力和极高的温度会使故障元件和处于短路电路之中的其它电气设备都不能保证正 常运行 严重时 可能造成 为此 应对危害最气设备的选择 其额定电压不应低于装 置地点的额定电压 其额定电流也不低于通过设备的额定电流 供电系统中的主要 高压电气设备都要进行三相短路电流校验 用三相短路冲击电流校验高压电气设备 的动稳定性 用三相短路稳定的电流校验高压电气设备的热稳定性 本设计采用欧姆法进行短路电流的计算 计算公式有 电力系统的电抗 5 1 occSUX 2 11 电力变压器的电抗 5 2 NcKSUUX100 2 23 三相短路电流周期分量的有效值 5 3 11 3 3 XUIck 三相次暂态短路电流和短路稳态电流 5 4 3 3 3 kIII 三相短路冲击电流 22 5 5 3 3 55 2Iish 三相短路容量 5 6 3 1 3 3kckIUS 二 短路计算过程二 短路计算过程 1 确定基准值 采用标幺制法进行三相短路计算 基准值取 S 100 MVA U 10 5 kV U 0 4 kV d1c2c 由 S 100 MVA U 10 5 kV U 0 4 kV d1c2c kA5 5 10 53 100MVA 31 1 c d d U S I kA144 0 43 100MVA 32 2 c d d U S I 2 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值 由表查得 因此MVA200 ocS 0 5 1 X 200MVA 100MVA 电缆线路的电抗标幺值 由表 3 1 查得 因此 08 0 0kmX 2 2 100MVA 0 08 km 0 3km0 02 10 5 X 电力变压器的电抗标幺值 查表得 因此 5 kU 6 25 3 X 4 X 5 100MVA 100 800kVA 3 5 100 10 kVA 100 800kVA 绘短路等效电路图如图 5 1 所示 图上标出各元件的序号和电抗标幺值 并标 明短路计算点 23 图 5 1 短路等效图 3 点三相短路时的短路电流和容量的计算1K 计算短路回路总阻抗标幺值 1 120 50 020 52KXXX 计算点所在电压级的基准电流1K kA5 5 5 103 100 32 2 d d d U S I 计算短路电流各值1K 1 1 11 1 923 0 52 K K I X 1215 5 1 92310 6kAkdkII I 112 552 55 10 627kAsh KKiI 111 511 51 10 616kAsh KKII 1 1 100 192MVA 0 52 d K K S S X 4 计算点三相短路时的短路电流2K 计算短路回路总阻抗标幺值 2130 526 256 77KKXXX 计算点所在电压级的基准电流1K 3 3 100 144kA 334 d d d S I U 计算短路电流各值1K 24 2 2 11 0 148 6 77 K K I X 232144 0 14821 3kAKdKII I 221 841 84 21 339kAsh KKiI 221 091 09 21 323kAsh KKII 2 2 100 14MVA 6 77 d K K S S X 计算结果列表 5 2 表表 5 25 2 短路计算结果短路计算结果 短路计算点 三相短路电流 kA 短路计算点 KI shishI 电压 kV 三相短路容量 MVA kS 1K10 6271610 5192 2K21 339230 414 第二节第二节 一次设备的选择一次设备的选择 一 一次设备的选择原则一 一次设备的选择原则 供配电系统中的电气设备是在一定的电压 电流 频率和工作环境条件下工作 的 电气设备的选择 除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外 还应满足在 短路故障时不至损坏的条件 开关电气还必须具有足够的断流能力 并适应所处的 位置 环境温度 海拔高度以及防尘 防火 防腐 防爆等环境条件 按设备装设 地点 工作环境 使用要求选择电气设备的适当型号 本设计中变电所一次设备均 选用专业厂家的配套开关柜 高压断路器的主要功能是 正常运行时 用它来倒换运行方式 把设备或线路 接入电路或退出运行 起着控制作用 当设备或线路发生故障时 能快速切除故障 回路 保证故障部分正常运行 能起保护作用 隔离开关也是发电厂和变电所中常用的电器 它需要和断路器配套使用 但隔 25 离开关无灭弧装置 不能用来接同和切断负荷电流和短路电流 主要用途 1 隔 离电压 2 倒闸操作 3 分 合小电流 互感器是一次系统和二次系统间的联络元件 用以分别向测量仪表 继电器的 电流线圈供电 正确反映电气设备的正常运行和故障情况 作用 将一次回路的高 电压和大电流变为二次回路标准的低电压 100v 和小电流 5 或 1 另外使 二次设备与高压部分隔离 且互感器二次侧均接地 从而保证了设备和人身的安全 通过短路计算得知 供电系统发生短路时 短路电流是相当大的 如此大的短 路电流通过电器和导体 一方面要产生很大的电动力 即电动效 应 另一方面要产 生很高的温度 即热效应 二 一次设备的选择与校验二 一次设备的选择与校验 选择和校验项目见表 5 3 表表 5 35 3 一次设备的选择和校验项目一次设备的选择和校验项目 短路电流校验电气设备名 称 额定电压 kV 额定电流 A 动稳定热稳定断流能力 kA 高压断路器 高压隔离开 关 高压熔断器 低压刀开关 低压断路器 电流互感器 电压互感器 支柱绝缘子 母线 注 表中 表示必须校验 表示不要校验 高压一次设备的选择见表 5 4 表表 5 45 4 一次设备选择校验结果一次设备选择校验结果 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 UNI30IkishIoc2tima 装置地点条件 数据 10kV 46 2kA 10 6 kA 27 kA 236 26 额定参数 UNINIOCimax 2 t I t 高压少油断路 器 SN10 10I 630 10kV630A16kA40kA 高压隔离开关 GN8 10 200 10kV200A 25 5kA500 高压熔断器 RN2 10 10kV0 5A50kA 电压互感器 JDJ 10 10 0 1kV 电压互感器 JDZJ 10 3 10 3 1 0 kV 3 1 0 电流互感器 LQJ 10 10kV100 5A 31 8kA81 二次 负荷 0 6 避雷器 FS4 10 10kV 一次设备型号规格 户外式隔离开 关 GW4 12 400 12kV400A 25kA500 27 低压配电屏选择见表 5 5 表表 5 55 5 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 N UI30 3 k I 3 sh i Ioc2tima 装置地点条件 数据 380 kV 1320 A 21 3 kA 39 kA 318 额定参数 N U N I oc I max itIt2 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 3