某机修厂变电所电气设计

前言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化而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用，电能的输送和分配简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于生产自动化小型化变电所的建设方案，是在总结国内外变电所设计运行经验的基础上提出的，与过去建设的常规变电所和简陋变电所有明显区别。无论是主接线方式、设备配置及选型、总体布置还是保护方式，都形成了一种新的格局，从而使小型化变电所无法按已有规程进行设计。机修厂变电所供电是指该对该机修厂各个车间所需电能的供应和分配，良好的供电系统有利于提高生产效率，节约生产成本，更有利于实现生产过程的自动化，因此车间变电所的设计是一个重要的工作。为了保障电能从电源安全、可靠、经济、优质地送到车间的各个用电部门，必须达到以下基本要求:（1） 安全。在电能供应分配和使用中，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。应满足用户对电压、频率、波形不畸变等电能质量要求。 （4） 经济。在满足以上要求的前提下，供电系统尽量要接线简单，投资要少，运行费用要低，并考虑尽可能地节约点能和有色金属的消耗量。 目 录第一章 设计任务4 1.1设计要求41.2设计依据41.2.1工厂负荷情况41.2.2工厂供电情况51.2.3其他资料5第二章 负荷计算和无功功率补偿5 2.1负荷计算52.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式52.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式52.2无功功率补偿7第三章 变电所主变压器及主接线方案的选择8 3.1变电所主变压器的选择83.2变电所主接线方案的选择83.2.1装设两台主变压器的主接线方案8第四章 短路电流的计算10 4.1绘制计算电路10 4.2确定短路基准值10 4.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值104.3.1电力系统104.3.2架空线路104.3.3电力变压器11 4.4 K-1点（10.5KV侧）的相关计算114.4.1总电抗标幺值114.4.2三相短路电流周期分量有效值114.4.3其他短路电流114.4.4三相短路电容11 4.5 K-2点（0.4KV侧）的相关计算114.5.1总电抗标幺值114.5.2三相短路电流周期分量有效值114.5.3其他短路电流114.5.4三相短路电容12第五章 变电所一次设备的选择校验12 5.1 10KV侧一次设备的选择校验125.1.1 按工作电压选择125.1.2按工作电流选择125.1.3按断流能力选择125.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验12 5.2 380V侧一次设备的选择校验13 5.3 高低压母线的选择14第六章 选择整定继电保护装置14 6.1 主变电所继电保护装置14 6.1.1 主变压器的继电保护装置14 6.1.2 保护动作的整定14 6.1.3 过电流保护动作时间的整定15 6.1.4 过电流保护灵敏度系数的校验15 6.2 装设电流速断保护15 6.2.1 速断电流的整定15 6.2.2 电流速断保护灵敏度系数的校验15第七章 降压变电所防雷与接地装置的设计15 7.1 变电所的防雷保护157.1.1 直接防雷保护167.1.2 雷电侵入波的防护16 7.2 变电所公共接地装置的设计167.2.1 接地电阻的要求167.2.2 接地装置的设计16结束语17参考文献18附录19第一章 设计任务1.1设计要求 (1)选择变电所主接线方案 (2)确定变电所主变压器的台数和容量.类型 (3)选择高低压设备和进出线 (4)选择整定继电保护装置1.2设计依据1.2.1 工厂负荷情况该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力负荷为三相，额定电压为380V；电气照明为单相，额定电压220V。本厂的负荷统计资料如表1.1所示。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锻压车间动力35003065照明807102工具车间动力3600306照明709103锅炉房动力500708照明108104金工车间动力40002065照明1008105装配车间动力1800307照明608106仓库动力200. 40. 8照明10. 81. 01.2.2供电电源情况（1） 由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源,该干线的导线型号为LGJ-70，导线为等边三角形排列，线距为1m；干线首端距离本厂约8km。干线首端断路器容量为400MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.5s。为满足工厂二级负荷要求，采用长度为20km架空线路取得备用电源。（2） 变电所最大负荷功率因数不低于0.9 1.2.3 其他资料（平面图，气象，地质水文等）略 第二章 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a)有功计算负荷（单位为KW） = ， 为系数 b)无功计算负荷（单位为kvar）= tanc)视在计算负荷（单位为kvA）=d)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a)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0.850.95b)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0.90.97c)视在计算负荷（单位为kvA） =d)计算电流（单位为A） = (式中 P30=PC ,Q30=QC ,S30=SC , I30=IC)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）编号名称类别设备容量/kW需要系数costan计算负荷/kW/kvar/kVA/A1锻压车间动力350030651.17105122.85照明8071005.60小计358110.6123.851652512工具车间动力36003061.33108143.64照明7091006.30小计367114.3143.641842803锅炉车间动力5007080.753526.3照明1081000.80小计5135.826.344.4674金工车间动力400020651.178093.6照明100810080小计4108893.61281945装配车间动力18003071.025455.1照明6081004.80小计18658.855.180.61226仓库动力2004080.7586照明1081000.80小计218.8610.716.2总计（380V侧）动力1360374.67402.68550.0331760照明33计入=0.9, =0.90.681382.92435.68580.0433490表2.1各厂房和生活区的负荷计算表2.2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抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗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0.681。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)=374.67tan(arccos0.681) - tan(arccos0.92) = 243.16kvar ， 并联电容器为BW0.4-12-1型12台,实际补偿为12*21=252kvar 。 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=（402.68-252）kvar=150.68 kvar，视在功率=403.83 kVA，计算电流=613.57 A,功率因数提高为cos=0.909。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0.681374.67402.68550.0331760380V侧无功补偿容量-252380V侧补偿后负荷0.92374.67150.68403.83613.57主变压器功率损耗0.015=6.060.06=24.2310KV侧负荷计算0.909380.73174.91418.7124.175第三章 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，应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，选两台主变压器。装设两台变压器型号为S9型，即： 所以选择=315kVA，阻抗电压为4的S9系列变压器两台。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Yyn0 。3.2 变电所主接线方案的选择 装设两台主变压器的主接线图 第四章 短路电流的计算4.1 绘制计算电路 500MVAK-1K-2LGJ-150,8km10.5kVS9-10000.4kV(2)(3)(1)系统图5.1 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=400MVA，故 （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，故 （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4.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算4.4.1总电抗标幺值 （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）4.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算4.5.1总电抗标幺值 （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-12225.13.0236.36k-215.87315.87315.87329.20617.3011.00第五章 变电所一次设备的选择校验5.1 10kV侧一次设备的选择校验5.1.1按工作电压选则 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。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、负荷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5.1 10 kV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定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kV24.1752kA5.1kA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JDZJ-10-电流互感器LQJ-1010kV100/5A-=31.8 kA=81避雷针FZ-1010kV-户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA5.2 380V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定度热稳定度其它装置地点条件参数-数据380V总613.57A15.873 kA29.206kA-一次设备型号规格额定参数-低压断路器DW15-1000380V1000A40kA-低压断路器DZ20-100380V100A18kA-低压断路器DW20-200380V200A25kA-低压断路器DW20-400380V400A30kA-电流互感器LCZ-0.5500V600-1500/5A-电流互感器LQJ-0.5500V160-400/5A-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（12010）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。第六章 选择整定继电保护装置6.1变电所继电保护装置6.1.1主变压器的继电保护装置 a）装设瓦斯保护。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；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。 b）装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。6.1.2护动作电流整定 其中，可靠系数，接线系数，继电器返回系数，电流互感器的电流比=100/5=20 ，因此动作电流为： 因此过电流保护动作电流整定为4A。6.1.3过电流保护动作时间的整定 其过电流保护的动作时间可整定为 6.1.4过电流保护灵敏度系数的检验其中，=0.86615.873kA/(10kV/0.4kV)=0.55，因此其灵敏度系数为： 满足灵敏度系数的1.5的要求。6.2装设电流速断保护 利用GL15的速断装置。6.2.1速断电流的整定：利用式，其中，因此速断保护电流为6.2.2、电流速断保护灵敏度系数的检验利用式，其中，因此其保护灵敏度系数为1.5,电流速断保护的灵敏度系数达到要求。第七章 降压变电所防雷与接地装置的设计7.1变电所的防雷保护7.1.1 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。7.1.2 雷电侵入波的防护 a)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，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。 b）在10KV高压配电室内装设有GG1A（F）54型开关柜，其中配有FS410型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。 c）在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。7.2 变电所公共接地装置的设计 7.2.1接地电阻的要求按工厂供电设计指导表9-6。此边点所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件： 且 其中, 因此公共接地装置接地电阻 。 7.2.2接地装置的设计 采用长2.5m、50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5 m，垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm4mm的镀锌扁刚焊接相接。变电所的变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25 mm 4 mm的镀锌扁刚。变电所接地装置平面布置图如图9-1所示。接地电阻的验算： 满足欧的接地电阻要求，式中,查工厂供电设计指导表9-10”环行敖设”栏近似的选取。 结束语一周的课程设计，结合所学发电厂电气部分、电力系统分析、继电保护等相关课程，通过查阅电力系统相关资料，我懂得了设计过程的具体细节和步骤，巩固了所学知识，查漏补缺，对变电站设计有了一定的认识，尤其对主接线，电气设备以