工厂供电课程设计机械厂降压变电所的电气设计

1、工厂供电课程设计报告书课题名称 XX机械厂降压变电所的电气设计姓 名学 号 专 业电气工程及其自动化指导教师工学院 2012年5月14日目 录一、设计任务书.3（一）设计题目.3（二）设计要求.3（三）设计依据.3（四）设计时间. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3二、设计说明书.5（一）负荷计算和无功功率补偿.5（二）变电所位置和型式的选择.7（三）变电所主变压器及主接线方案的选择.8（四）短路电流的计算.9（五）变电所一次侧设备的选择校验.12（六）变电所进出线及

2、与邻近单位联络线的选择.14（七）变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定.19（八）变电所的防雷保护与接地装置的设计.21三、总结.23四、参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23【附录】.变电所主接线电路图. 一、 设计任务书（一） 设计题目:X 机械厂降压变电所的电气设计。（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

3、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，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，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:图1122.工厂负荷情况本厂大多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为3500，日最大负荷持续时间为6。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。本厂的负荷统计资料如表1所示。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需要系数功率因数1铸造车间动力3300.370.65照明60.761.09锻压车间动力2500.220.62照明90.881.07金工车间

4、动力3300.260.61照明70.801.06工具车间动力3600.340.62照明90.791.04电镀车间动力1900.580.72照明80.871.03热处理车间动力1760.60.73照明80.881.02装配车间动力1600.370.65照明7.50.871.010机修车间动力1100.260.61照明40.91.08锅炉房动力880.80.74照明1.50.91.05仓库动力210.30.82照明1.80.881.0生活区照明4600.720.922. 供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电合同规定，本厂可由附近一条10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

5、面图。该干线的导线型号为LGJ-120，导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首端（即电力系统的馈电变电站）距本厂约6km。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保护和电流速断保护，定时定时限过电流保护整定的动作时间为1.6s。为满足工厂二级负荷的要求可采用高压联络线由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70km，电缆线路总长度为15km。4.气象资料 本厂所在地区的年最高气温为35。C，年平均气温为26。C，年最低气温为-7。C，年最热月平均气温为30。C，年最热月平均气温为27。C，年最热月地下0.8km处平均温度为2

6、4。C。当地主导风向为东南风，年雷暴日数为15。5.地质水文资料 本厂所在地区平均海拔600m,地层土质以粘土为主，地下水位为3m。6.电费制度 本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。每月基本电费按主变压器容量计为18元/kVA,动力电费为0.20元/KVh,照明（含家电）电费为元0.56/KVh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。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_元/KVA。（四）设计时间 2012年5月1日至20112年 5 月14日（两周）二、 设计说明书前言：众所周知，电能是现

7、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。 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必重多少，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

8、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。（一） 负荷计算和无功功率补偿1. 负荷计算 各厂房的负荷计算如2-6所示表 2 机械厂负荷计算编号名称负荷类别设备容量 /kW需要系数COStan计算负荷/kW/kvar/kVA/A1铸造车间动力3300.370.651.17122.1142.9照明60.761.004.60小计336-126.7142.91912909锻压车间动力2500.220.621.265569.3-照明90.881

9、.007.90-小计259-62.969.393.61427金工车间动力3300.260.611.3085.8111.5-照明70.801.005.60-小计337-91.4111.51442196工具车间动力3600.340.621.26122.4154.2-照明90.791.007.10-小计369-129.5154.22013064电镀车间动力1900.580.720.96110.2105.8-照明80.871.007.00-小计198-117.2105.81582403热处理车间动力1760.60.730.94105.699.3-照明80.881.0070-小计184-112.699.

10、31131722装配车间动力1600.370.651.1759.269.3-照明7.50.871.006.50-小计167.5-65.769.39514510机修车间动力1100.260.611.3028.637.2-照明40.91.003.60-小计114-32.237.249758锅炉房动力880.80.740.9170.464.1-照明1.50.91.001.40-小计89.5-71.864.1961465仓库动力210.30.820.706.34.4-照明1.80.881.001.60-小计22.8-7.94.4913.7生活区照明4600.720.920.43331.2142.436

11、1548总计（380v侧）动力20151149.11000.4-照明521.8计入0.90.930.741034.2930.4139121132.无功功率补偿 由表2-6可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.74.而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于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)=1034.2tan(arccos0.74)-tan(arccos0.92)kvar=499 kvar选PGJ1型低压自动补偿屏*,并联

12、电容器为BWO.4-14-3型,采用主屏一台与辅屏5台相组合,总共容量84kvar×6=504kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如 表3所示。表 3： （二） 变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。在工厂平面图的下边和左边，分别作一直角坐标系x轴和y轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置。按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表4所示：表4 各车间和宿舍区负荷点的坐标位置坐标轴12345678910X()1.92.13.75.65.96.16.49.710.110.7Y()2.95.06.72.13.65.26.7

13、2.23.76.8 由此可得负荷中心的坐标：由计算结果可知，x=4.7， y=3.8 ,工厂的负荷中心在5号厂房（仓库内）的附近。负荷中心 图2 按负荷功率矩法确定负荷中心（三） 变电所主变压器及主接线方案的选择1、 装设两台主变压器 型号采用S9型，而每台变压器容量按下式计算：且 因此选两台S9-800/10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。 主变压器的联结组均采用Yyn0。2、 变电所主接线方案的选择 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：装设两台主变压器的主接线飞方案，接线图3如下所示：图3（四）短路电流的计算1.绘制计算

14、电路 如下所示：2.确定短路计算基准值：3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值:（1） 电力系统 已知Soc=500MVA，故（2） 架空线路 查表8-37得LGJ-120的0.35/km,而线路长6km，故：（3）电力变压器 查表3-1，的Uz%=4.5,故:因此绘短路计算等效电路图如下所示。4.计算K-1点（10.5KV侧）的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量：（1）总电抗标幺值:（2）三相短路电流周期分量有效值:（3）其他短路电流: （4）三相短路容量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（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短

15、路电流 （4）三相电路容量以上短路计算结果综合如下表5所示。表5 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-12.62.62.66.73.9347.6K-229.429.429.454.132.120.4（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10kV92.5A()2.6kA6.7kA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二次负荷0.6高压熔断器RN2-1

16、010kV0.5A50 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避雷针FS4-1010kV-户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA10kv侧进线上变压器部分设备的选择校验2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10kV46.25A()2.6kA6.7kA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二次负荷0.6高压熔断器RN2-1010k

17、V0.5A50 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避雷针FS4-1010kV-户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA2、380V测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装置地点条件参数数据10kv25.7A2.35kA5.99kA一次设备型号规格额定参数电流互感器LAJ-1010kv100/5-高压隔离开关10kv200A-25.5kA导线LGJ-3510kv137A-高压断路器SN10-10I/63010kv630A16kA40kA3. 高低压母

18、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。（六）变压所进出线与邻近单位联络线的选择1.10kV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=92.5A及室外环境温度30°，由表8-36查得，初选LJ-16,其30°C时的=98.7A>,满足发热条件。2) 校验机械强度由表8-34查得，最小允许截面积=35，而LJ-16不满

19、足要求，故选LJ-35。3) 校验电压损耗 由于此线路很短，不需要校验 （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=92.5A及土壤环境24°，由表8-44查得，初选缆线芯截面为35的交联电缆，其=105A>,满足发热条件。2)校验热路稳定按式(5-41)计算满足短路热稳定的最小截面 （7-1）A为母线截面积，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；为母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=2.04kA，=0.5+0.

20、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=77，把这些数据代入公式（7-1）中得<A=35。因此JL22-10000-335电缆满足热稳定条件。2. 380v低压出线的选择（1）电镀车间线路查附录表知，DW16-630型低压断路器的过电流脱扣器额定电流故初步选DW16-630型断路器，设瞬时脱扣器电流整定为4倍而校验断流能力：查附录表知所选DW16-630型断路器 故满足要求(2).选择导线截面和穿线管直径 查附录表知，当A=150的VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆并联在地下0.8米土壤温度为24°其 故按发热条件可选A

21、=50（3）校验导线与低压断路器保护的配合由于瞬时过流脱扣器整定为 =1000A而 满足条件，故聚氯乙烯绝缘电缆的截面积为150 (2)锻压车间馈电给2号厂房（锻压车间）的线路，用VLV22-1000-370+135的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。(3)热处理车间馈电给3号厂房（热处理车间）的线路，采用VLV22-1000-395+150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。(4)铸造车间馈电给4号厂房（铸造车间）的线路，采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。(5)锅炉房馈电给5号厂房（锅炉

22、房）的线路 采用VLV22-1000-370+135的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。(6)工具车间馈电给6号厂房（工具车间）的线路 采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。(7)金工车间馈电给7号厂房（金工车间）的线路 采用VLV22-1000-3150+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。(8)仓库馈电给8号厂房（仓库）的线路 采用VLV22-1000-34+14的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。(9)装配车间馈电给9号厂房（装配车间）的线路 亦采用VLV22-

23、1000-370+135的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。(10)机修车间馈电给10号厂房（机修车间）的线路 采用VLV22-1000-325+116的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。(11) 生活区馈电给生活区的线路采用BX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1）按发热条件选择 由I30=445A及室外环境温度（年最热月平均气温）30，初选BX-1000-1240，其30时Ial615A>I30,满足发热条件。方法同上。编号名称装置地点条件电缆低压断路器校验断路器与电缆配合计算电流尖峰电流短路电流截面积载流量型号4电镀车间24072029.4

24、150242DW16-630250A/1000A/30KA1089972972<1000<10899锻压车间14242629.470157DW16-630160A/640A/30KA707575575<640<7073热处理车间17251629.495189DW16-630200A/800A/30KA851697697<800<8511铸造车间29087029.4240319DW16-630315A/1260A/30KA143611751175<1260<14368锅炉房14643829.470157DW16-630160A/640A/30KA7

25、07591603<640<7076工具车间30691829.4240319DW16-630315A/1260A/30KA143612401240<1260<14367金工车间21965729.4150242DW16-630250A/1000A/30KA1089887887<1000<10895仓库13.741.129.4431DW16-630100A/100A/30KA1405555<100<1402装配车间14543529.470157DW16-630160A/600A/30KA707587587<640<70710机修车间7522

26、529.42590DW16-630 100A/400A/30KA405304304<400<40511生活区548164429.4240615DW16-630630A/2460A/30KA2767.52219.42219.4<2460<2767.53 作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL2210000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敷设，与相距约2Km的临近单位变配电所的10KV母线相连。(1)按发热条件选择 工厂二级负荷容量共445KVA，最热月土壤平均温度为24。由表8-44查得，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。(2)校验电压

27、损耗 由表8-42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。(3)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。 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 7-1所示。表7-1 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-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22100003×35交联

28、电缆（直埋）380V低压出线至1号厂房VLV2210003×240+1×120四芯塑料电缆并联（直埋）至2号厂房VLV2210003×70+1×35四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV2210003×95+1×50四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV2210003×150+1×95四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房VLV2210003×4+1×4四芯塑料电缆（直埋）至6号厂房VLV2210003×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV2210003×15

29、0+1×95四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV2210003×70+1×35四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV2210003×70+1×35四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV2210003×25+1×16四芯塑料电缆（直埋）至生活区BX-1000-3×240+1×120橡皮线（三相四线架空线）与临近单位10KV联络线YJL22100003×16交联电缆（直埋）(七) 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定变电所二次回路方案的选择1高压断路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用弹簧储能操

30、作机构，其控制与信号回路如工厂供电设计指导图6-13所示。2变电所的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜，其上装有三相有功电能表和无功电能表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由有关供电部门加封和管理。3变电所的测量和绝缘监察回路 变电所高压侧装有电压互感器避雷器柜。其中电压互感器为3个JDZJ10型，组成（开口三角）的接线，用以实现电压测量和绝缘监视，其接线图见工厂供电设计指导图6-8。作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电能表和三相无功电能表、电流表，接线图见工厂供电设计指导图6-9。高压进线上，也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电

31、能表和无功电能表，低压照明线路上，装上三相四线有功电能表。低压并联电容器组线路上，装上无功电能表。每一回路均装设电流表。低压母线装有电压表，仪表的准确度等级按规范要求。4变电所的保护装置(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，应动作于跳闸。 b）装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。1)过电流保护动作电流的整定 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10A。2

32、)过电流保护动作时间的整定 因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍的动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s 。3)过电流保护灵敏度系数的检验式中，=0.86633.1kA/(10kV/0.4kV)=1.147KA，因此其灵敏度系数为： 因此，满足灵敏度系数的1.5的要求。C)装设电流速断保护 利用GL15的速断装置。1、速断电流的整定：利用式，其中，因此速断保护电流为速断电流倍数整定为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从工厂供电课程设计指导表6-1可知，按GB5006292规定，电流保护的最小灵敏度系数为1.5，因此

33、这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。、(2)作为备用电源的高压联络线的继电保护装置1）装设反时限过电流保护。亦采用GL15型电磁式电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。a)过电流保护动作电流的整定,利用式，其中=2，又由备用电源为一二级负荷准备，所以考虑一二级负荷，取， =1，=0.8， =50/5=10，因此动作电流为： 因此过电流保护动作电流整定为9A。b)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。c)过电流保护灵敏系数: 因资料不全，暂缺。2）装设电流速断保护采用GL15型继电器的电流速断装置。但因数据资料不全，其整定计算亦暂缺。（3）变电

34、所低压侧的保护装置a）低压总开关采用DW151500/3型低压断路器，三相均装设过流脱钩器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路。脱钩器动作电流的整定可参看参考文献和其它有关手册。b）低压侧所有出线上均采用DZ20型低压短路器控制，其瞬间脱钩器可实现对线路的短路故障的保护。(八） 变电所的防雷保护与接地装置的设计1变电所的防雷保护（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40mm×4mm 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