光明机械厂降压变电所的电气设计.doc

光明机械厂降压变电所的电气设计2009级工厂供电课程设计光明机械厂降压变电所的电气设计姓 名学 号 院、系、部班 号完成时间摘要 根据本厂所取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑工厂生产的发展，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，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，确定所防雷接地装置和照明设计。 关键词：变电所类型 主结线方案 二次回路 防雷 照明设计目 录第1章设计任务11.1设计要求11.2设计依据1第2章负荷计算和无功功率补偿32.1负荷计算32.2无功功率补偿5第3章变电所主变压器及主接线方案的选择73.1变电所主变压器的选择73.2变电所主接线方案的选择73.2.1选择主接线变压器台数的原则73.3主接线方案的技术经济比较10第4章短路电流的计算114.2确定短路计算基准值114.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值114.4k-1点（10.5kV侧）的相关计算124.5k-2点（0.4kV侧）的相关计算12第5章变电所一次设备的选择校验145.110kV侧一次设备的选择校验145.2380V侧一次设备的选择校验155.3高低压母线的选择16第6章变压所进出线与邻近单位联络线的选择176.110kV高压进线和引入电缆的选择176.2380低压出线的选择176.3作为备用电源的高压联络线的选择校验19第7章 变电所二次回路方案的选择217.1变电所二次回路方案的选择21第8章降压变电所防雷与接地装置的设计228.1变电所的防雷保护228.2变电所公共接地装置的设计22第9章设计总结24参考文献25 26 光明机械厂降压变电所的电气设计第1章设计任务1.1设计要求要求根据本厂所取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑工厂生产的发展，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，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，确定所防雷接地装置和照明设计，最后按要求写出设计说明书，绘制变电所系统图，功率因数补偿到0.9。平面图见附录表。1.2设计依据 1.2.1工厂负荷情况 本厂车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600小时，日最大负荷持续时间为8小时，该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。工厂负荷统计资料如表1-1所示。1.2.2供电电源情况按照工厂与供电协议，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。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。 断路器断流容量为500MVA，此断路器配备有定时限过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2S，为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由2公里处邻近单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线总长度为30km。1.2.3气象资料 本厂所在地区的年最高气温为40度，年平均气温为23度，年最低气温为 - 13度，年最热月平均最高气温为33度，年最热月平均气温为28度，年最热月地下0.8m处平均温度为25。年雷暴日为60。1.2.4地质水文资料 本厂所在地区平均海拔700米，底层以砂粘土为主，地下水位为30米。表1-1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1铸造车间动力3000307照明608102锻压车间动力35003065照明807107金工车间动力40002065照明1008106工具车间动力3600306照明709104电镀车间动力2500508照明508103热处理车间动力1500608照明508109装配车间动力1800307照明6081010机修车间动力16002065照明408108锅炉车间动力500708照明108105仓库动力200408照明10810生活区照明3500709第2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(1)有功计算负荷（单位为KW） = ， 为系数(2)无功计算负荷（单位为kvar）= tan(3)视在计算负荷（单位为kvA）=(4)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（1）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0.850.95（2）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0.90.97（3）视在计算负荷（单位为kvA） =（4）计算电流（单位为A） =经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2-1所示（额定电压取380V）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30003071.029091.8照明6081004.80小计30694.891.8132200.62锻压车间动力350030651.17105123照明8071005.60小计358110.61231652517金工车间动力400020651.178093.5照明100810080小计4108893.5128.4195.16工具车间动力36003061.33108144照明7091006.30小计367114.31441842804电镀车间动力25005080.7512593.8照明50810040小计25512993.81602443热处理车间动力15006080.759067.5照明50810040小计1559467.5115.7175.89装配车间动力18003071.025455.1照明6081004.80小计18658.855.180.612210机修车间动力160020651.173237.4照明4081003.20小计16435.237.451.4788锅炉车间动力5007080.753526.3照明1081000.80小计5135.826.344.467（续）编号名称类别设备容量/kW需要系数costan计算负荷/KW/kvar/kVA/A5仓库动力2004080.7586照明1081000.80小计218.8610.716.211生活区照明3500.70.90.48245117.6272413总计动力22201014.3855.5照明403计入=0.9, =0.950.75912.9812.71222.218572.2无功功率补偿 无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有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0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：=(tan - tan)=912.9tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) = 416.2 kvar取=420,补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷=（812.7-420）kvar=392.7kvar，视在功率=994 kVA，计算电流=1510A,功率因数提高为cos=0.918。在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表2-2所示。表2-2无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷/KW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.75912.9812.71222.21857380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.92912.9392.79941510主变压器功率损耗0.015=14.90.06=59.610KV侧负荷计算0.92927.8452.3102359第3章变电所主变压器及主接线方案的选择3.1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=1000kVA=994 kVA，即选一台S9-1000/10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（3-1）、（3-2）选择，即994 kVA=（596696）kVA （3-1）=(132+160+44.4) kVA=336.4 kVA （3-2）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Yzn11。3.2变电所主接线方案的选择 3.2.1选择主接线变压器台数的原则（1） 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑两台变压器。以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器对一、二级负荷继续供电，对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设其他变电所相联线作为备用电源，或另有自备电源（2） 对季节性负荷或昼夜负荷变化较大的而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑两台变压器（3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中地地方且容量相当大的变电所，随为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。（4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：3.2.2装设一台主变压器的主接线方案 如图3-1所示 图3-1 装设一台主变压器的主接线方案3.2.3装设两台主变压器的主接线方案 如图3-2所示图3-2装设两台主变压器的主接线方案3.3主接线方案的技术经济比较 表3-1 主接线方案的技术经济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基本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，电压损耗较小灵活方便性只有一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额查得S9-1000/10的单价为15.1万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为2*15.1=30.2万元查得S9-630/10的单价为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元，比一台主变方案多投资11.8万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查得GG-1A(F)型柜可按每台4万元计，其综合投资可按设备的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4*1.5*4=24万元本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为6*1.5*4=36万元，比一台主变方案多投资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*0.06=1.44万元；变配电的维修管理费=（30.2+24）万元*0.06=3.25万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）=6.2万元主变的折旧费=42万元*0.05=2.1万元；高压开关柜的折旧费=36万元*0.06=2.16万元；变配电的维修管理费=（42+36）万元*0.06=4.68万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（2.1+2.16+4.68）=8.94万元，比一台主变方案多投资2.74万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。第4章短路电流的计算4.1绘制计算500MVAK-1K-2LGJ-150,8km10.5kVS9-10000.4kV(2)(3)(1)系统电路 图4-1短路计算电路4.2确定短路计算基准值设基准容量=100MVA，基准电压=1.05，为短路计算电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，则 （4-1） （4-2）4.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值4.3.1电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA，故=100MVA/500MVA=0.2 （4-3）4.3.2架空线路查表得LGJ-150的线路电抗，而线路长8km，故 （4-4）4.3.3电力变压器查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故=4.5（4-5）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4-2所示。k-1k-2图4-2 短路计算等效电路4.4k-1点（10.5kV侧）的相关计算4.4.1总电抗标幺值=0.2+2.6=2.8 （4-6）4.4.2三相短路电流周期分量有效值 （4-7）4.4.3其他短路电流 （4-8） （4-9） （4-10）4.4.4三相短路容量 （4-11）4.5k-2点（0.4kV侧）的相关计算4.5.1总电抗标幺值=0.2+2.6+4.5=7.3 （4-12）4.5.2三相短路电流周期分量有效值 （4-13）4.5.3其他短路电流 （4-14） （4-15） （4-16）4.5.4三相短路容量 （4-17）以上短路计算结果综合图表4-1所示。表4-1短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAk-11.961.961.965.02.9635.7k-219.7 19.719.736.221.513.7第5章变电所一次设备的选择校验5.110kV侧一次设备的选择校验5.1.1按工作电压选择 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。=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。5.1.2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5.1.3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。5.1.4隔离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5-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。表5-110kV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热稳定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kV60A()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-10/20010kV200A-25.5 kA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=81二次负荷0.6户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA5.2380V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5-2所示，所选数据均满足要求。表5-2 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热稳定度热稳定度其它装置地点条件参数-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DW20-630（QF1 QF2 QF4 QF6 QF11380V630A（大于）30kA(一般)-低压断路器DW20-200(QF3 QF5 QF7 QF8 QF9 QF10380V200A（大于）25 kA-低压断路器HD13-1500/30380V1500A-电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A-5.3高低压母线的选择查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（10010）+636.3，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。第6章变压所进出线与邻近单位联络线的选择6.110kV高压进线和引入电缆的选择6.1.110kV高压进线的选择校验采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。（1）按发热条件选择由=59A及室外环境温度33，查表得，初选LGJ-25,其35C时的=119A,满足发热条件。（2）校验机械强度查表得，最小允许截面积=25，而LGJ-25满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。6.1.2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。（1）按发热条件选择由=59A及土壤环境25，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=90A,满足发热条件。（2）校验热路稳定按式，A为导线截面积，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；为导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=84，把这些数据代入公式中得A=25。因此YJL22-10000-3 25电缆满足要求。6.2380V低压出线的选择选线时，应满足发热条件、电压损耗和机械强度的要求依次选择：对于发热条件：应使其允许载流量不小于通过相线的计算电流，即 ；中性线截面A0不小于相线截面A的50，即A00.5A；保护线截面APE,当A16时，APE16；当1635时，APE0.5A。对于电压损耗：应使=5%；对于机械强度：导线截面应大于等于其最小截面。铸造车间线路采用BXV-1000型橡皮绝缘铝导线导线明敷。 （1）按发热条件需选择由=200.6A及地下0.8m土壤温度为25，查表，初选缆芯截面95，其=265A，满足发热条件。 （2） 校验电压损耗变电所至1号厂房距离约为100m，而查表得到120的铝芯=0.36（按缆芯工作温度75计），=0.206，又1号厂房的=94.8kW, =91.8 kvar，故线路电压损耗为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=10，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200m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%不满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回，每回路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。6.3作为备用电源的高压联络线的选择校验 发热条件选择： 工厂二级负荷容量共336.4KVA，最热月土壤平均温度为28。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。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。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。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10KV母线相连。 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 6-1所示。表6-1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-25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BLX-1000-3240+1120的橡皮绝缘铝导线导线明敷至2号厂房BLX-1000-3240+1120的橡皮绝缘铝导线导线明敷至3号厂房BLX-1000-3240+1120的橡皮绝缘铝导线导线明敷至4号厂房BLX-1000-3240+1120的橡皮绝缘铝导线导线明敷至5号厂房BLV100014铝芯线5根穿内径25硬塑管至6号厂房BLX-1000-3240+1120的橡皮绝缘铝导线导线明敷至7号厂房BLX-1000-3240+1120的橡皮绝缘铝导线导线明敷至8号厂房BLX-1000-3240+1120的橡皮绝缘铝导线导线明敷至9号厂房BLX-1000-3240+1120的橡皮绝缘铝导线导线明敷至10号厂房BLX-1000-3240+1120的橡皮绝缘铝导线导线明敷至生活区四回路，每回路3BLX-1000-1120+1BLX-1000-175橡皮线（三相四线架空线）与临近单位10KV联络线YJL-10000-325交联电缆（直埋）第7章 变电所二次回路方案的选择7.1变电所二次回路方案的选择高压断路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用手动操动机构，其控制与信号回路如图7-1所示：图7-1手动操作的断路器第8章降压变电所防雷与接地装置的设计8.1变电所的防雷保护8.1.1直接防雷保护 在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻（表9-6）。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长11.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。8.1.2雷电侵入波的防护（1)在10KV电源进线的终端杆上装设FS410型阀式避雷器。引下线采用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与公共