机械厂降压变电所的电气设计

1、.供配电系统课程设计报告书课题名称 机械厂降压变电所的电气设计 2015年06月18日课程设计任务及要求1设计要求根据该厂所能取得的电源及该厂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，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，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，选择整定继电保护装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图。课程设计分为4个小组，每个班按前26位学号为一组，其余为另一组。2 设计依据 、工厂总平面图第14组分别按工厂供电设计指导图11-111-4设计。、工厂负荷情况该厂多数车间为二班制，年最大负荷利用小时为46

2、00h。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。该厂的负荷统计资料如表1所示。第1组按表1数据设计，第24组设备容量按表1逐组递增20%，其余相同。例第2、3、4组铸造车间的动力设备容量分别为2601.2=312，3121.2=374，3741.2=449，其余类推。、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，该厂可由附近一条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。该干线的导线型号为LGJ-150，导线为等三角形排列，线距为2m；干线首端距离该厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过电流

3、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1.7s。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。已知与该厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。、气象资料该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处平均温度为25。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20天。、地质水文资料该厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。、电费制度该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。

4、每月基本电费按主变压器容量计为18元/(kVA)，电度电价为0.59元/(kWh)。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90。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)。3 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，内容：1）前言；2）目录；3）负荷计算和无功功率补偿；4）变电所的位置与型式的选择；5）及主变压器的台数、容量与类型的选择；6）变电所主结线方案的设计；7）短路电流的计算；8）变电所一次设备的选择与校验；9）变电所进出线的选择与校验；10）变电所继电保护的整定；11）参考文献；12）变电所主接线图。绘制的

5、电路图、图形符号及文字符号应符合国家标准，设计报告的格式按照附件“课程设计报告书格式”。上交文档：设计说明书打印稿和电子稿各一份，电子稿以“学号 姓名”命名。（一） 负荷计算和无功功率补偿1. 负荷计算表1工厂负荷计算表编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数Kd功率因数(cosa)tana计算负荷P30/KWQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸造车间动力449.280.350.71.02157.25160.40224.64341.7照明8.640.91.007.7707,7711.8小计457.92165.02160.40232.41353.52锻压车间动力380.160.30.6

6、1.17114.04133.42190.06289.1照明10.360.81.007.2507.2511.0小计390.52121.29133.42197.31300.13金工车间动力414.720.250.631.17103.68121.30164.57250.3照明12.090.71.008.4608.4612.8小计426.81112,14121,30173.03263.14工具车间动力345.600.30.61.33103.68137.89172.8262.8照明8.640.81.006.9106.9110,5小计354.24110.59137.89179.71273.35电镀车间动力

7、311.040.50.750.75155.52116.64207.36315.4照明6.910.81.005.5205.528.3小计317.95161.04116.64212.88323.76热处理车间动力276.480.60.80.75165.88124.35207.25314.8照明8.640.81.006.9106.9110.5小计285.12172.79124.35214.16325.37装配车间动力241.920.40.71.0296.7698.69138.22210.2照明10.360.91.009.3309.3314.1小计252.28106.0998.69147.55224.

8、38机修车间动力207.360.30.71.1762.2072.7788.85135.1照明6.910.81.005.5205.528.3小计214.2767.7272.7794.37143.49锅炉房动力86.40.80.750.7569.1251.8492.16140.1照明3.450.81.002.7602.764.1小计89.8571.8851.8494.94144.210仓库动力17.280.30.80.755.183.886.474.8照明1,720.71.001.2001.21.8小计196.383.887.676.6生活区照明345.600.70.90.48241.92116.

9、12268.80408.80总共（380V）动力2730.241336.861137.301822.832766.30照明423.32计入KSP=0.8 KSq=0.850.741069.48966.701441.622192.912. 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。而供电部门要求改厂10kV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到主变压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0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量： Qc=P30(tan1-tan2)=1069.48tan(arccos0.74)

10、-tan(arccos0.92)kvar =516.48kvar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）3台和方案4（辅屏）2台相组合，总共容量84kvarx4+112kvarx2=560kvar。（二）变电所3、1变电所的位置与型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定，计算公式：X=P1X1+P2X2+P3X3+./P1+P2+P3.=S(PIXI)/SPIY=P1Y1+P2X2+P3Y3+./P1+P2+P3.=S(PIYI)/SPIX=(457.92x1.3+390.52x1.3+4

11、26.81x3.5+354.24x3.5+317.95x4.2+285.12x6.6+214.27x6.6+89.85x6.6+252.28x6.6+19x9.3+345.60x0.7)/(2730.24+423.32)=3.53Y=(457.92x5.2+390.52x3.6+426.81x5.2+354.24x3.6+317.95x1.8+285.12x6.3+252.28x4.7+214.27x3.1+89.85x1.5+19x4.7+345.60x0.3)/(2730.24+423.32)=3.75由计算结果可知，工厂的负荷中心在4号厂房的（仓库）内中心点偏东北附近。考虑到周围的环境及

12、进出线方便，决定在4号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，其型式为外附式。如图1：图1 工厂的负荷中心3、2变电所主变压器及主接线方案的选择、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：装设一台主变压器 型号采用S9型，而容量根据SN.T=S30,选SN.T=1250KVAS30=1185.92KVA,即选用一台S91250/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。装设两台主变压器 型号亦采用S9型，而每台变压器容量根据 SN.T（0.60.7）S30 和SN.T=S30 (I+II

13、)选择，即 SN.T（0.60.7）S30 =(0.60.7)x1185.92=(711.55830.14)kVA且 SN.T=S30 (I+II)=（232.41+212.88+94.94)=540.23kVA因此选两台S9800/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联接组均采用Yyno。（三） 短路电流的计算a) 绘制计算电路，如图图2 短路计算电路b) 确定短路计算基准值设Sd=100MVA,Ud=Uc=1.05UN,即高压侧Ud1=10.5KV,低压侧Ud2=0.4KV,则 Id1=Sd/(3)Ud1=5.5kA Id2=S

14、d/(3)Ud2=144kAc) 计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统 X1*=100MVA/500MVA=0.2架空线路 X2*=（0.36x8）x(100/10.5)x(100/10.5)=2.6电力变压器 X3*=(4.5/100)x（100MVA/1250KVA）=3.6因此绘短路计算等效电路如图5所示：图3 短路计算等效电路d) 短路计算结果表2 短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAIK(3)I(3)I (3)ish(3)Ish(3)SK(3)K-11.961.961.965.02.9635.7K-222.522.522.540.7324.5315.63变

15、电所一次设备的选择与校验e) 10KV侧一次设备的选择校验，如表3：表3 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UNINIK（3）ish(3)I(3)2xtmin数据10KV57.69(I1N.T)1.96KA5.0KA1.96x1.96x1.9=7.3一次设备型号规格额定参数UN.eIN.eIimaxIt2.tmin高压少油断路器SN10-10II/10kv630A16KA40KA16x16x2=512高压隔离开关GN6/8-10/20010kv200A-25.5KA10x10x5=500高压熔断器RN2-1010kv0.5A50KA-电

16、压互感器JDJ-10100KV-电压互感器JDZJ-10(10/3)x(0.1/3)x(0.1/3)-电流互感器LQJ-1010kv20A-31.8KA81二次负荷0.6避雷器FS4-1010KV-户外隔离开关GW4-12/40012KV400A-25KA500表3所选一次设备均满足要求。f) 380V侧一次设备的选择校验，如表4：表4 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UNINIK（3）ish(3)I(3)2xtmin数据380v1740.4922.5KA40.73KA22.5x22.5x0.7=354.37一次设备型 号规格额定参数

17、UN.eIN.eIimaxIt2.tmin低压断路器DW15-1500/3D380v1500A40KA-低压断路器DZ20-630380v630A30KA-低压断路器DZ20-200380v200A25KA-低压刀开关HD13-1500/30380V1500A-电流互感器LMZJ1-0.5500V300A-电流互感器LMZ1-0.5500V20A32A-表4 所选一次设备均满足要求。（四） 高低压母线的选择10KV母线选LMY-3(40x4),即母线尺寸为40mmx4mm:380V母线选LMY-3(120x10)+80x6，即相母线尺寸为120mmx10mm,而中性线母线尺寸为80mmx6mm

18、。变电所进出线的选择与校验a) 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。 、按发热条件选择 由I30=I1N.T=57.69A及室外环境温度33，初选LJ-16，其35时的Ial=93.5AI30,满足发热条件。 、校验机械强度 最小允许截面Amin =35mm2,因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。由于此线路很短，不需校验电压损耗。b) 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直接埋没敷设。、按发热条件选择 由I30=I1N.T=57.69A及土壤温度25，初选缆芯截面

19、为25mm2的交联电缆，其Ial=90AI30,满足发热条件。、校验短路热稳定 计算满足短路热稳定的最小截面 Amin=I(tima)/C=1960x(0.75)/77=22mm2因此YJL22-10000-3x25电缆满足短路热稳定条件。c) 380V低压出线的选择、馈电给1号厂房（铸造车间）的线路 采用VLV22-1250型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。按发热条件选择 由I30=353.5A及地下0.8土壤温度为25，初选缆芯截面300mm2,其Ial=365AI30,满足发热条件。校验电压损耗 变电所至1号厂房距离约为68m，300mm2的铝芯电缆的R0=0.16，X0=0.07，

20、又1号厂房的P30=165.02kW，Q30=160.40kvar,得：U=(165.02x(0.16x0.1)+160.40x(0.07x0.1)/0.38=9.90VU%=9.90/380=2.60%I30,满足发热条件。按规定，N线和PE线也都选为185mm2，与相线截面相同，即选用BV-1250-1x185mm2塑料导线5根穿内径100mm的硬塑管埋没敷设。校验机械强度 最小允许截面积Amin=1mm2,因此上面所选185mm2的导线满足机械强度要求。校验电压强度 所选穿管线，估计长50m，R0=0.12，X0=0.081，又工具车间的 P30=110.59kW，Q30=137.89k

21、var，因此U=(110.59x(0.12x0.05)+137.89x(0.081x0.05)/0.38=3.21VU%=3.21/380=0.85%I30 ,满足发热条件。校验机械强度 最小允许截面积Amin=10mm2,因此BLX-1250-1x240满足机械强度要求。校验电压强度 变电所至生活区距离约为102m，240mm2的铝芯电缆的R0=0.14，X0=0.16，又生活区的P30=241.92kW，Q30=116.12kvar,得：U=(241.92x(0.14x0.2)+116.12x(0.16x0.2)/0.38=27.60VU%=3.21/380=7.26%5%=Ual%不满足

22、允许电压损耗要求。为了确保生活用电的电压质量，决定采用四回BLX-1250-1x120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1250-1x70橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格。（五） 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没敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10kv母线相联。按发热条件选择 工厂二级负荷容量共540.23kVA，I30=540.23/(10x3)=31.19A,而最热月土壤平均温度为25，初选缆芯截面为240mm2的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆,其中Ial=292AI30,满足发热条件。校验电压损耗 铝芯

23、电缆的R0=1.54，X0=0.12，而二级负荷的P30=397.94kW，Q30=328.88kvar,得：U=(397.94x(0.17x2)+328.88x(0.087x2)/10=19.25VU%=19.25/10000=0.19%1.5满足规定的灵敏系数1.5的要求。2. 装设电流速断保护 利用G60L型继电器的电流速断装置来实现。、速断电流的整定 Ik.max=22.5kA,Kel=1.4,Kw=1,Ki=100/5=20,Kt=10/0.4=25,因此速断电流为Iqb=(1.4x1x22500)/(20x25)=63A速断电流倍数整定为Kqb=(Iqb)/(Iop)=63/12=

24、5.25、电流速断保护灵敏系数的检验 Ik.min=0.866x1.96=1.7A,Iqb.1=IqbKi/Kw=727.46A,因此其保护灵敏系数为Sp=1700/727.46=2.31.5b) 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置装设反时限过电流保护 采用G60L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 Ik.max=2I30，I30=SI30(II)=(232.41+212.88+94.94)/(103)=31.19A,Krel=1.3,Kw=1,Kre=0.8,因此动作电流为 Iop=(1.3x1x2x31.19)/(0.8x10)=10.13A因此过电流保护动作电流Iop整定为11A. 、过电流保护动作时间的整定 按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。、过电流保护灵敏系数 因数据资料不全，暂缺。装设电流速断