某机械厂降压变电所电气设计-答案[共24页]

1、一、设计任务书（一）设计题目某机械厂降压变电所电气一次设计（二）设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况, 并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,选择变电所主结线及高低压设备和进出线, 最后按要求写出设计说明书,绘出设计图样。（三）设计依据1.工厂总平面图生活区的10负荷中心桥河流工厂生活区街大后厂门厂区厂门北邻厂大街大众电源干线某机械厂总平面图比例 1:20002.工厂负荷情况：本厂多数车间为两班制,年最大负荷利用小时为 5000h,日最大负荷持续时间为 8h。该厂筹造车间、电镀

2、车间和锅炉房属二级负荷外,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。3.供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供用电会议规定, 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（附图 1-4）。该干线的导线品牌号为LGJ-185, 导线为等边三角形排列,线距为 2.0m。干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约 10km.干线首端所装设的高压断路器断流容量为 500MWA ,此断路器配备有定时限过电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 1.2s。为满足工厂

3、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。 已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为 100km,电缆线路长度为 25km。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需用系数 功率因数1铸造车间动力 400 0.4 0.70照明 10 0.8 1.002锻造车间动力 300 0.2 0.65照明 10 0.8 1.003金工车间动力 350 0.2 0.65照明 10 0.7 1.004工具车间动力 380 0.2 0.60照明 10 0.8 1.005电镀车间动力 260 0.5 0.80照明 7 0.7 1.006热处理室动力 200 0.5 0.

4、75照明 8 0.7 1.007装配车间动力 150 0.4 0.70照明 5 0.8 1.008机修车间动力 150 0.3 0.60照明 4 0.7 1.009锅炉房动力 80 0.7 0.8照明 1 0.9 1.0010 仓库动力 25 0.4 0.80照明 1 0.9 1.0011生活区动力 300 0.8 1.004.气象条件：本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 处的平均温度为25。当地主导风向为东北向风,年暴日数为 20。5.地质水文条件：本厂所在的地区平均海拔 5

5、00m。地层以砂粘土（土质）为主；地下水位为 4m。6.电费制度：本厂与当地供电部门达成会议,在本厂变电所高压侧计量电能,设专用计量柜,按两部电费交电费。每月基本电费按主变压器容量计为 20 元/KVA ,动力电费为 0.3 元/kwh,照明（含家电）电费为 0.5 元/kwh 。工厂最大负荷时的功率因数不得低于 0.95.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供电贴费： 610KV 为 800 元/KV A。（四）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 1 份,需包括：1） 封面及目录2） 前言及确定了赋值参数的设计任务书3） 负荷计算和无功功率补偿

6、4） 变电所位置和型式的选择5） 变电所主变压器台数、容量、类型及主结线方案的选择6） 短路电流的计算7） 变电所一次设备的选择与校验8） 变电所高、低压进出线的选择与效验9） 附录及参考文献10） 设计收获和体会2、 设计图纸 1 份变电所主结线图 1 张（3 号图纸）（五）设计时间第二章(一)负荷计算和无功功率补偿1. 负荷计算个厂房和生活区的负荷计算如表 1 所示表 2 某机械厂负荷计算表编号 名称 类别设备容量需要系数cos tan 计算负荷P30/Kw Q30/Kw S30/KVA I 30/A1铸造车间动力 400 0.4 0.7 1.02 160 163.2 - -照明 10 0

7、.8 1 0 8 0 - -小计 410 - 168 163.2 234 3562锻压车间动力 300 0.2 0.65 1.17 60 70.15 - -照明 10 0.8 1 0 8 0 - -小计 310 - 68 70.15 97.7 1493金工车间动力 350 0.2 0.65 1.17 70 81.83 - -照明 10 0.7 1 0 7 0 - -小计 360 - 77 81.83 112 1704工具车间动力 380 0.2 0.6 1.33 76 101.33 - -照明 8 0.8 1 0 6.4 0 - -小计 388 - 82.4 101.33 131 1995电镀

8、车间动力 260 0.5 0.8 0.75 130 97.5 - -照明 7 0.7 1 0 4.9 0 - -小计 267 - 134.9 97.5 166 2536热处理室动力 200 0.5 0.75 0.78 100 78 - -照明 8 0.7 1 0 5.6 0 - -小计 208 - 105.6 78 131 1997装配车间动力 150 0.4 0.7 1.02 60 61.2 - -照明 5 0.8 1 0 4 0 - -小计 155 - 64 61.2 88.6 1358 机修车 动力 150 0.3 0.6 1.33 45 60 - -间照明 4 0.7 1 0 2.8

9、0 - -小计 154 - 47.8 60 76.7 117动力 80 0.7 0.8 0.75 56 42 - -9 锅炉房 照明 1 0.9 1 0 0.9 0 - -小计 81 - 56.9 42 70.7 108动力 25 0.4 0.8 0.75 10 7.5 - -10仓库 照明 1 0.9 1 0 0.9 0 - -小计26 - 10.9 7.5 13.2 2011 生活区 照明 300 0.8 1 0 240 0 240 365总计(380V侧)动力 2295照明 3641055.5 762.71 - -计入 Kp=0.85 K q=0.9 0.79 897.18 686.44

10、 1129.66 1718.382. 无功功率补偿由表 2 可知,该厂 380侧最大负荷是的功率因数只有 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应低于 0.95。考虑到主变电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0.95,暂取 0.92来计算 380V侧所需无功功率补偿容量：Qc=P30(tan1-tan2)=897.18tan(arccos0.79)-tan(arccos0.97)=471 kvar参照图,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 2（主屏） 1 台与方案 3（辅屏 -）6 台相

11、组合,总共容量 84kvar6=504kvar。因此无功功率补偿后工厂 380V侧和 10KV侧的负荷计算如表所示cos计算负荷项目P30/KW Q30/kvar S30/KVA I30/A380V侧补偿前负0.79 897.18 686.44 1129.66 1718.38荷380V侧无功补偿 -504容量380V侧补偿后负0.98 897.18 182.44 915.54 1392.67荷主变压器功率损0.015S30=14.04 0.06S30=56.16耗10KV侧负荷总0.97 911.22 238.6 941.94 54.45计第三章(二)变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接

12、近工厂的负荷中心。 工厂的负荷中心按功率矩法来确定,计算公式为x= (P1x1+P2x2+P3x3+ ) / ( P1+P2+P3+ ） =(PiXi)/ Pi,y=（ P1y1+P2y2+P3y3 ） / (P1+P2+P3+ ) = (PiYi)/ Pi 。计算： x=4.22 y=3.97由计算结果可知,工厂的负荷中心在 2,3,5,6 号车间之间。考虑到方便进出线, 周边环境及交通情况, 决定在 5 号车间的西侧仅靠车间修建工厂变电所,其形式为附设式。第四章（三）变电所主变压器和主结线方案的选择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可有下列两种方

13、案：（1） 装设一台主变压器 型式采用 S 9,而容量根据式 SN*T S30,选SN*T=1000KVAS30=906.05A即,选一台 S9-1000/10 型低损耗配电变压器。 至于工厂二级负荷的备用电源,由与邻近单位相联的高压联络线来承担。（2） 装设两台主变压器 型号亦采用 S 9,二每台容量按式 SN*T(0.6-0.7)S30 和 SN*T S30(+) ,即SN*T （ 0.6-0.7 ）906.05VA=（543.63-634.235 ）KVA而且 SN*T S30(+)=(234+166+70.7)KVA=470.7KVA因此选两台 S9-630/10 型低损耗配电变压器。

14、 工厂二级负荷的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组别均采用 Yyn02变电所主结线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种主结线方案：（1） 装设一台主变压器的主结线方案 如图所示 (见附图1)（2） 装设两台主变压器的主结线方案 如图所示 (见附图2)（3） 两种主结线方案的计算经济比较表表表 11-6 两种主结线方案的比较比较项目 装设一台主变的方案（图11-5）装设两台主变的方案 （图11-6）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技术指标供电质量 由于一台主变,电压损耗略大由于两台主变并列,电压损耗略小灵活方便性 只一台

15、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 更好一些电力变压器的综合投资额由表 2-8查得 S9-1000单价为10.76万元,而由表 4-1查得变压器综合投资约为其单价的 2 倍,因此其投资为2*10.76 万元 =21.52 万元由表 2-8查得 S9-630单价为7.47 万元,因此两台综合 投资为4*7.47 万 元=29.88 万元,比 1 台主变方案多投资8.36 万元经济指标高压开关柜的综合投资额查表 4-10 得 GG-1A （F）型柜按每台 3.5 万元计,查表 4-1 得其综合投资按设备价 1.5 倍计,因此其综合投资约为4*1.5*3.5 万元 =2

16、1 万元本 方 案 采 用 6 台GG 1A(F) 柜,其综合投资约为6*1.5*3.5 万 元=31.5 万元,比 1 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 主变和高压开关柜的折参照表 4-2计算,主变和高压开关 旧费和维修管理费每年柜 的 折 旧 和维修 管 理费每 年 为 为7.067 万元,比 1 台主4.893 万元变的方案多耗 2.174 万元交供电部门的一 按 800 元/KVA计,贴费为1000*0.08贴费为2*630*0.08 万元次性供电贴费万元=80 万元 =100.8 万元,比 1 台主变的方案多交 20.8 万元从上表可以看出,按技术指标

17、,装设两台主变的主结线方案（图）略优于装设一台主变的主结线方案（图） ,但按经济指标,则装设一台主变的方案（图）远优于装设两台主变的方案（图） ,因此决定采用装设一台主变的方案（图） 。（说明：如果工厂负荷近期可有较大增长的话,则宜采用装设两台主变的方案。 ）第五章( 四) 短路电流的计算1. 绘 制 计 算 电 路(1) (3)500MVA (2)系统2.确定基准值 设 Sd=100MV A,Ud=Uc,即高压侧 Ud1=10.5KV ,低压侧 Ud2=0.4KV ,则Id1Sd3Ud2100MVA3 10.5kv5.5kAId 2Sd3Ud2100 MVA3 0.4kv144kA3. 计算

18、短路电路中各元件的电抗标幺值(1) 电力系统kAX*1 100MVA / MVA5000.2（2）架空线路 查表 8-36,得 LGJ-185 的 x0=0.35/km,而线路长 10km,故X100MVA*(0.35 10)2 KV(10. 5 )23.2（3）电力变压器 查表 2-8,得 UZ%=4.5,故X4.5 100 MVA*3 KVA100 10004.5因此绘等效电路图,如图 11-8 所示4. 计算 k-l 点(10.5kv 侧)的短路总电抗及三相短路电流和短路容量(1 )总电抗标幺值* *X ( k X X1) 1*20.2 3.2 3.4（2）三相短路电流周期分量有效值(3

19、) *Ik Id X k 5.5kA 3.4 1.6 2k A1 1 ( 1)其他短路电流( 3) ( 3)I I I( 3)k 11.62 kA(3) ( 3)i 2.55 I 4.1kAI(3)sh1. 51I( 3)2.45KA（4）三相短路容量(3) *Sk Sd X k 100MVA 3.2 31.25MVA1 ( 1)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* * * *X (k X X X2) 1 2 30.2 3.2 4.5 7.9（2）三相短路电流周期分量有效值(3) *Ik I d X k 144kA 7.9 18.

20、2kA2 2 ( 2)（3）其它短路电流(3) (3) (3)I I Ik 18.2kA2 (3)shi(3)1.84I 1.8 4 18.2kA 33.5kAI (3)sh1.0 9I(3)1.0918.2kA19.8kA（4）三相短路容量( 3) *Sk Sd X k 12.7MVA2 ( 2)以上计算结果综合如表 11-7 所示 .表 11-7 短路计算结果短路计算点 三相短路电流 /KA 三相短路容量 /MVAI(3)K（3）I I ( 3)i(3)shI(3)ih( 3)Skk-1 1.62 1.62 1.62 4.13 2.45 31.25k-2 18.2 18.2 18.2 33

21、.5 19.8 12.7第六章(五)变电所一次设备的选择校验1.10KV 侧一次设备的选择校验（表 11-8）表 11-8 10kv 侧一次设备的选择校验选择校验项目 电压 电流 断流能 动稳定度 热 其力 稳 他定度装置地点条（3）参数 UN I 30 Ik ish I件 数据 10KV 53.7(I 1N T) 1.62KA 4.13KA 3.4一额定参数 UN I N IOC imax Itt次设备高压真空断路器10KV 630A 8KA 20KA 128型号规格SN10-10I/630高压隔离开关GN8-10/20010KV 200A - 25.5KA 500高 压 熔 断 器 10K

22、V 0.5A 50KA - -RN2-10电 压 互 感 器 10/0.1KV - - - -JDJ-10电 压 互 感 器10JDZJ-10 /30.13/0.13KV- - - -电 流 互 感 器LQJ-1010KV 100/5A -255 281 二次 0.1负KA=31.8kA荷0.6避雷器 FS4-10 10KV - - - -户外式高压隔 15KV 200A -离 开 关GW4-15G/2002、 380 侧一次设备的选择校验（表 11-9）表 11-9 380 侧一次设备的选择校验选择校验项目 电压 电流 断流能 动稳定 热稳定 其他力 度 度装置地点条件 参数 U NI30I

23、( 3)k( 3)ish(3) 2I tima数据 380KV 1378.25A 18.2KA 33.5KA 231.8额定参数 UN IN IOC imax2It t低压断路器 380V 1500A 40KADW15-1500/3 电一次设备型动低压断路器DZ20-630低压断路器380V 630A 一般30KA380V 200A 一般号规格DZ20-200低压到开关380V 1500A25KAHD13-1500/30 -电流互感器 500V 1500/5A -LMZJ1-0.5电流互感器 500V 160/5A -LMZ1-0.5 100/5A表 11-9 所选设备均满足要求3.高低压母线

24、的选择 参照表 5-25,10KV 母线选 LMY 3（40 4）,即母线尺寸为 40mm 4mm: ；380V 母线选 LMY 3（120 10）80 6,即相母线尺寸为 120mm 10mm,中性母线尺寸为 80mm 6mm。第七章（六）变电所进出线和与临近单位联络线的选择110KV 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 型铜绞线架空敷设,接往 10KV 公用干线。1) 按发热条件选择。 由 I30=I1N T=53.7A 及室外环境温度 38,查表 8-36,初选LGJ-185,其 38时的 Ial 416AI30,满足发热条件。2,因此 LGJ-185满

25、足机械强度要求, 2) 校验机械强度。查表 8-33,最小允许截面 Amin=25mm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段引入电缆的选择校验采用 YJL22-10000 型交联聚乙烯绝缘的铜芯电缆直接埋地敷设。21）按发热条件选择。 由 I30=I1N T=53.7A 及土壤温度 25查表 8-43,初选缆芯为25 mm的交联电缆,其 Ial=90A I30,满足发热条件。2)校验短路热稳定。按式（ 5-40）计算满足短路热稳定的最小截面tima0.752 2 2(3)A Imin 1960 mm 22mmA 25mmC 77式中的 C值由表 5

26、-12查得。因此 YJL22-10000-3 25电缆满足要求。2.380V 低压出线选择(1)馈电给1 号厂房 (铸造车间)的线路采用 VV22-1000 型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。2, 1)按发热条件选择。 由 I30=356A 及地下 0.8m 土壤温度为25,查表 8-42,初选240mm其 Ial=319A I30,满足发热条件。 （注意：如当地土壤温度不为25,则其 Ial应乘以表 8-44的修正系数。 ）2)校验电压损耗。由图11-3 所示平面图量得变电所至 1 号厂房距离约50m,而由表 8-41查得 240mm0=0.1/km( 按缆芯工作温度 75计),X 0=0

27、.07/km,又 1 号厂房的 P30=160kw,Q 30=163.2kvar,因此按式 (8-13)得；160kw (0.1 0 .05) 163.2 k var ( 0.07 0.05)U 1.94v0.38kvU % (1.94 / 380v) 100% 1.3% U al % 5%满足允许电压损耗 5%的要求。3)短路热稳定度校验。按式 (5-40)求满足短路热稳定度的最小截面tima0. 65 (3)2 2A Imin 194. 018200 mm mmC 76式中 tima 变电所高压侧过电流保护动作时间按 0.5 秒整定 (终端变电所 ),再加上断路器断路时间0.1 秒,再加

28、0.05 秒(参看式 5-33)。由于前面所选120mm2 的缆芯截面小于 Amin,不满足短路热稳定度要求,因此改选缆芯2 的聚氯乙烯电缆,即 VV22-1000-3 240+1120 的四芯电缆(中性线芯按不小于相 150mm线芯一半选择,下同 )。(2)馈电给2 号厂房 (锻压车间)的线路 亦采用 VV22-1000 聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设。 (方法同上,从略 )缆芯截面选240mm2,即 VV22-1000-3 240+1120 的四芯电缆。(3)馈点给3 号厂房 (热处理车间)的线路 亦采用 VV22-1000 聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设。 (方法同前,从略 )缆芯缆芯截面选

29、240mm2,即 VV22-1000-3 240+1120 的四芯电缆。(4)馈电给4 号厂房 (仓库)的线路 由于就在变电所旁边,而且共一建筑物,因此采用聚氯乙烯绝缘铜芯导线 BLV-1000 型(见表 8-29)5 根(3 根相线、一根中性线、一根保护线 )穿硬塑料管埋地敷设。1)按发热条件选择。由 I30=199A 及环境温度 (年最热平均气温 )26,查表 8-40,相线截面初选120mm2,其 Ial 215AI30,满足发热条件。按规定,中性线和保护线也选为120mm2,与相线截面相同, 即选用 BLV-1000-1 120mm2塑料导线5 根穿内径 25mm 的硬塑料管。2 因此

30、上面所选120mm2的相线 2)校验机械强度。查表 8-34,最小允许截面 A min =1.0mm满足机械强度要求。3)校验电压损耗。所选穿管线,预计长度 50m,而由 8-38查得 R0=0.18/km,X0=0.083/km,又仓库的 P30=82.4KW,Q 30=101.33kvar,因此82.4KW ( 0.18 0 .05) 101.33k var (0.083 0.05)U 3.05 v0.38kvU % (10v / 380v) 100% 0.8 0% U al % 5%满足允许的电压损耗 5%的要求。(5)馈点给5 号厂房 (电镀车间)的线路 亦采用 VV22-1000 聚

31、氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设。 (方法同前,从略 )缆芯缆芯截面选240mm2,即 VV22-1000-3 240+1120 的四芯电缆。(6)馈电给6 号厂房 (工具车间)的线路 亦采用 VV22-1000 聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。(方法同前,此略 )缆芯截面选240mm2,即 VV22-1000-3 240+1120 的四芯电缆。(7)馈电给7 号厂房 (金工车间)的线路 亦采用 VV22-1000 聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。 2,即 VV22-1000-3 240+1120 的四芯电缆。(方法同前,此略 )缆芯截面选240mm(8)馈电给8 号厂房 (锅炉房 )的线路 亦采用 VV22-

32、1000 聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。 (方法同前,此略 )缆芯截面选240mm2,即 VV22-1000-3 240+1120 的四芯电缆。(9)馈电给9 号厂房 (装配车间)的线路 亦采用 VV22-1000 聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。(方法同前,此略 )缆芯截面选240mm2,即 VV22-1000-3 240+1120 的四芯电缆。(10)馈电给10 号厂房 (机修车间)的线路 亦采用 VV22-1000 聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。 (方法同前,此略 )缆芯截面选240mm2,即 VV22-1000-3 240+1 120 的四芯电缆。(11)馈电给生活区的线路 采用 LJ 型铜绞线架空

33、敷设。1)按发热条件选择。由 I30= 365 及室外环境温度为33,查表 8-35,初选LJ-150,其33时的 Ial 390A I30,满足发热条件。2)校验机械强度。查表 8-33,最小允许截面 Amin=16mm2,因此 LJ-185满足机械强度要求。3)校验电压损耗。由图11-3 所示平面图量得变电所枝生活区负荷中心约80m,而由表8-35查得 LJ-185 的 R0=0.23/km, X0=0.31/km (按线间几何均距 0.8m计),又生活区的P30=240kW ,Q30=0kvar ,因此240kW (0.23 0.08 )U 4. 4V0.38kvU % (4.4 / 3

34、80) 100% 1.2% U al 5%满足要求。中性线采用 LJ-70 铜绞线。3.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,直接埋地敷设,与相距约 2km 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 470.7kVA ,I 30 470.7kVA / 3 10kv 27.2 A2最热月土壤平均温度为 25,因此查表 8-43,初选缆芯截面为 25mm的(一),其 Ial=90AI30 满足发热条件。交联聚乙烯绝缘铜芯电缆2 的铜芯电缆的 R(2)校验电压损耗 由表 8-41 可查得缆芯为 25mm 0=1.54/km(缆芯温 度 按 80 计 ) , X0=0.12 /km, 而 二 级 负 荷 的 P30=(168+134.9+56.9)kW=359.8kW ,Q30=(163.2+97.5+42)kvar=302.7kvar, 线路长按 1km 计,因此U359. 8kW (1. 54 2)302.7k var (0.1210 kv2)118vU % (118v 10000v ) 100% 1.18 % U 5%al由此可见满足允许电压损耗 5%