机械厂降压变电所的电气设计任务书

1、机械厂降压变电所的电气设计设计任务书（一）设计题目*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，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的 台数、容量与类型，选择变电所主接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，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。（三）设计依据1. 工厂总平面图见附录1。2. 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4000h,日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外

2、，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。本厂的负荷统计资料如下表所示。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6铸造车间动力3600.360.65照明7.30.851.02锻压车间动力3850.250.62照明8.70.781.05金工车间动力3710.280.61照明7.60.861.01工具车间动力3480.320.62照明8.50.881.04电镀车间动力2360.580.72照明6.60.871.03热处理车间动力1880.60.73照明7.30.881.09装配车间动力1670.370.65照明

3、7.00.871.010机修车间动力1550.260.61照明1.60.91.08锅炉房动力900.80.74照明1.90.91.07仓库动力190.30.82照明1.30.881.0生活区照明4560.720.92注：表中生活区的照明负荷中含家用电器。3. 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）距离本厂约6km干线首端所装设的高压断路器断流容量为300MVA此断路器配备有定时限过电流保

4、护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.6s。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厂度为70km电缆线路总长度为15km4. 气象资料 本厂所在地区的年最高气温为 35C，年平均气温为26C，年最低气温为-8 C,年最热月平均最高气温为28C，年最热月平均气温为27C，年最热月地下0.8m处平均温 度为24°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 本场所在地区平均海拔600m地层土质以粘土为主，地下水位为 3m6. 电费制度 本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能

5、，设专用计量柜，按两部电费制缴纳电费。每月基本电费按主变压器容量记为18元/kVA，动力电费为0.20 元/kWh,照明（含家电）电费为 0.56元/kWh。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 800 元/kVA。（四）设计任务1. 设计说明书 需包括：1）前言。2）目 录。3）负荷计算和无功功率补偿。4）变电所位置和型式的选择。5）变电所主变压器台数、容量与类型的选择。6）变电所主接线方案的设计。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）变电所二次回路方案的

6、选择及继电保护的整定。11）防雷保护和接地装置的设计。12）附录参考文献。2 设计图纸需包括：1）变电所主接线图一张（A2图纸）。2）变电所平、剖面图1张（A2图纸）。3）其他，如某些二次回路接线图等。（五）设计时间自年月日至年月0（周）指导教师 （签名）年月日供配电课程设计说明书（一）计算负荷和无功功率补偿1.负荷计算 各厂房和生活区的负荷计算如表1-1所示。表1-1机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量 Pe/kw走诵亥 需要系数Kdcos ©tan ©计算负荷P30/kWQ°/kvarS°/kVAI 30/A1工具车间动力3480.320.621.2

7、7111.4141.5照明8.50.881.007.50小计356.5118.9141.5184.8280.92锻压车间动力3850.250.621.2796.3122.3照明8.70.781.006.80小计393.7103.1122.3160.0243.13热处 理车 间动力1880.60.730.94112.8106.0照明7.30.881.006.40小计195.3119.2106.0159.5242.44电镀动力2360.580.720.96136.9131.4车间照明6.60.871.005.70小计242.6142.6131.4193.9294.75金工车间动力3710.280.

8、611.30103.9135.1照明7.60.861.006.50小计378.6110.4135.1174.5265.26铸造 车间动力3600.360.651.17129.6151.6照明7.30.851.006.20小计367.3135.8151.6203.5309.37仓库动力190.30.820.705.74.0照明1.30.881.001.10小计20.36.84.07.912.08锅炉 房动力900.80.740.9172.065.5照明1.90.91.001.70小计91.973.765.598.6149.89装配车间动力1670.370.651.1761.872.3照明7.00

9、.871.006.10小计174.067.972.399.2150.710机修车间动力1550.260.611.3040.352.4照明1.60.91.001.40小计156.641.752.467.0101.811生活区照明4560.720.920.43328.3141.2357.4543.1总计（380V侧）动力23191248.41123.3照明513.8计入 Ksp=0.8 ,心q=0.850.72998.7954.81381.72099.92. 无功功率补偿由上表知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有 0.72。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0.90。

10、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 （tan © i-tan © 2） =998.7tan（arccos0.72）-tan（arccos0.92）kvar=529.3kvar根据上述数据选PGJI型低压自动补偿屏，并联电容器为BWO.4-14-3型，采用其方案2（主屏） 1台与方案3 （辅屏）4台相组合，总共容量112kvar x 5=560kvar。因此无功补偿后工厂380V 侧和10kV侧的负荷计算如表1-2所示。表1-2无功补偿后工厂的计算负荷项

11、目cos ©计算负荷P30/kWQo/kvarS3o/kVAI 30/A380V侧补偿前负荷0.72998.7954.81381.72099.9380V侧无功补偿容量-560380V侧补偿后负荷0.93998.7394.81073.91632.1主变压器功率损耗0.015Sbo=16.10.06 S3o=64.410kV侧负荷总计0.911014.8459.41113.964.4（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。 工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。 在工厂平 面的下边和左侧，分别作一直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，例如P

12、1 （X1，y"、P2 （X2，y2）、P3 （xa，y3）、。而工厂的负荷中心假设在 P （x，y），其 中p= P1+ P2+ P3+=E P。因此仿照力学中计算重心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：P1X1 P2X2 P3X3（ Rxi ）PiPiP2 P3最后求得变电所位置如图1-3所示，在2号厂房的东面，考虑进出线方便，决定在2号厂房的 东侧紧靠厂房建造工厂变电所，其型式为附设式。图1-3变电所位置（三）变电所主变压器及主接线方案的选择1.变电所主变压器的选择（1）装设一台主变压器型号采用S9型，选Sno T=125OkVA>So=1113.9kVA，即选一台S9-12

13、50/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由与临近单位相 联的高压联络线来承担。（2）装设两台主变压器 型号亦采用S9型，每台变压器容量选择:Sno t（0.6 0.7 ）X 1113.9= （668780） kVA, SU So（n）=(203.5+193.9+98.6 ) kVA=496kVA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临近单位的高 压联络线来承担。考虑到各方面因素，最终选择两台主变压器，容量都为800kVA2.接线方案电气主接线图见附录2（四）短路电路的计算1. 绘制计算电路短路订算电路图1-4短路计算电路2.确定

14、短路计算基准值设 S=100MVA,U=U=1.05Un,即高压侧Un=10.5kV，低压侧 U12=0.4kV,则Sd<3U d1100 mvav'310 .5 k V5 .5 k AS d100mvad 2<3U d2<30.4 kV144 kA3.计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值(1)电力系统的电抗标幺值查表得Sc=300MVA因此100 MVAX i300 MVA(2)架空线路的电抗标幺值查表得X)=0.36 Q /km,而线长6km,故X 2( 0 .366 )(3)电力变压器的电抗标幺值100 MVA(10 .5kV )1 .96查表得U%=4.5,因

15、此774 . 5100 MVAX 3 X 4 100800 kVA5 .63绘短路等效电路图如图1-5所示，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标明短路计算点aknK1k-2等效电路图1-5 标幺制法的短路等效电路图4.计算k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量(1)总电抗标幺值X (k 1) X 1 X 20 .331 .962 .29(2)三相短路电流周期分量有效值2 .40 kA2 . 29(3)其他三相短路电流"(3 )I (3)2.40kA(4)三相短路容量(3)S k 1 ( 3 )i sh2 .552.406 .12(3 ) sh1 .512.403.6

16、2100 MVA2 .2943.67 MVA5.计算k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量(1)总电抗标幺值X ( k 2 ) X ( k 1) X 3/ X 42 .295 .635.11(2)三相短路电流周期分量有效值(3) k144 kA5.1128.18 kA(3)其他三相短路电流''(3 )(3)(3 )I k 228 .18kA(4)三相短路容量(3 ) sh(3) sh1 .841 .092828.18 kA.18 kA51 .85 kA30 .72 kA(3 )S k 2(k 2)100 MVA5.1119 .57 MVA以上计算结果综合如表1-

17、6表1-6短路计算结果短路计算占八、三相短路电流/kA三相短路容量/MVA1 (3)I kI '' (3)(3)I co-(3)i sh1(3)I shs(3)k-12.402.402.406.123.6243.67k-228.1828.1828.1851.8530.7219.57（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 如表1-7所示表1-7 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UI N1(3)I k1(3)I shI (3)2 . t.1 oL ima数据10kV57.7A2.40kA6.1

18、2kA22.40 X1.8=10.4次额定参数UN eI N - eI oci maxIt2 - t咼压少油断路 器10kV630A16kA40kA216 X2=512设 备 型 号 规 格SN10-10I/630咼压隔离开关GN8-10/20010kV200A25.5kA102 X 5=500高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-1010 / 0.1 / 0.1kV二次 负荷0.6 Q电流互感器LJQ-1010kV100/5A225 X V2x 0.1kA=31.8kA(90 X 0.1) 2x仁81避雷器FS4-1010kV

19、一一一一户外隔离开关GW4-12/40012kV400A25kA102 X 5=500表1-7所选的设备均满足要求2. 380V侧一次设备的选择校验如表1-8所示表1-8 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UNI 301(3)I k1(3)I shI 21 °°L ima数据380V总 1632.1A28.18kA51.85kA28.182X0.6=476.5次 设 备 型 号 规 格额定参数UN eI N - eI oci maxIt2 - t低压断路器DW15-2500380V2000A60kA低压断路器D

20、Z20-630380V630A30kA低压断路器DZ20-200380V200A25kA低压刀开关HD13-2000/30380V2000A电流互感器LMZJ1-0.5500V2000/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A表1-8所选的一次设备均满足要求3. 高低压母线的选择查表得，10kV母线选LMY-3(40X 4)，即母线尺寸为40mM 4mm380V母线选LMY-3(100X 8)+60x 6，即相母线尺寸为100mM 8mm而中性线母线尺寸为 60mm< 6mm(六) 变电所进出线及与临近单位联络线的选择1.10kv高压进线和引入电缆的选择(1) 10

21、kv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。1) 按发热条件选择由i30 I1NT 57.7A及室外环境温度28E，查表初选LJ-16，其30C时的|引98.7A I 30 ,满足发热要求 2）校验机械强度查表知，最小允许截面Amin 35mm，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。（2）由高压配电室至主变压器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地敷设。1 ）按发热条件选择由l30 I1NT 57.7A及土壤温度24 C,查表后，初选缆芯截面35mm的交联电

22、缆，其I a1 90A> I 30满足发热要求。2）校验短路热稳定按下列公1式 计算满足短路热稳定的最小截面(3) ，! t ima0.752 22Amin2400IC77mm 27mm A 35mm（式中C值由表查知，tima按终端变电所保护动作时间0.5s，加断路器断路时间0.2s，再加0.05s计，故tima=o.75s。）由式可知所选线不符合要求，故改选缆芯截面为95 mm因此选择电缆型号为 YJL22-10000-3 35。2，380v低压出线的选择（1）馈电给1号厂房的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1）选择低压断路器及其过流脱扣器规格查表知，

23、DW16-630型低压断路器的过流脱扣器额定电流n.Or 315A 30 301A ,故初步选择DW16-63C型低压断路器，其| nor 315A设 瞬 时 脱 扣 电 流 整 定 为 4 倍 ， 即 IOP(0) 4 315 1260A 而 , Iop(0)4 315 1260 A Krellpk =35 903 1219.05A 满足 1 op(0) K rel 1 pk 的要求，因此. 满足脱扣电流躲过尖峰电流的要求。 校验断流能力：在查表知，所选择的DW16-63(型断路器 l oc 30KA l k3 30KA 满足要求。2) 选择导线截面查表知，当A 240 mm2的VLV铝芯电

24、缆直接埋地敷设且土壤温度在24 C时其 2| a| 319A 301A，故按发热条件可以选A 240 mm 。校验机械强度：由前面的计算可知，最小截面为wmm2，故满足机械强度要求。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 |OP(0)4 315 1260A，而4.5|al 4.5 319 1435.5A,满足l op(o) 4.5l al 的要求。则选择 VLV22-1000-3 185+1100的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆。因此馈电给其他厂房的线路的选择也可按1号厂房去选择.(2)馈电给生活区的线路采用BX-1000型的铜芯橡皮绝缘线架空敷设。1) 按发热条件选择 由I3

25、0 543A及室外环境温度为28C,查表可知初选BX-1000-1 X 240, 其28 E时的| a| 635A 543A| 30,满足发热要条件2) 检验机械强度查表可知，最小允许的截面积 Amin 10mm2，因此BX-1000-1 X 185满足 机械强度要求。3) 校验电压损耗 由图所示的工厂平面向量图量得变电所至生活区负荷中心距离约为200m， 而由表8-36知查的其阻抗值与BX-1000-1 X 240近似等值的TJ-240的阻抗r0 0.09 /km，X。0.20 /km (按线间几何均距0.8m计)，又生活区的p30 328.3kW , Q 141.2kvar,0.38因此

26、U 3283（0.°9 °.2）142（°2 °2）v 30.4V u% 沁！00% 8% 5%380V不满足允许电压损耗要求。为确保生活用电的电压质量，决定采用四回BX-1000-1 120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BX-1000-1 70橡胶绝缘线。(3) 作为备用电源的高压联络线的选择实验采用YJL22-10000型交联聚乙烯结缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距2km的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 496kVA i30496/r. 3 10kV)28.6A，而最热月土壤平均温30度为24

27、 C,因此查表8-44，初选缆芯截面为25 mm2的交联聚乙烯结缘电缆，其|ai 90A I 30,满足发热条件。2 )校验电压损耗由表8-42可查得缆芯为25mm2的铝芯电缆的 r0=1.54 /km，x0 0.12 /km， 而二级负荷的 p30 352.1kW,Q 348.5k var， 线路长度按 2km 计， 因此U 352.1kW (1.54 2)348.5k var (0.12 2)116 时10kV.U %116.8V100%1.17% U al 5%由此可见该电缆满足允许电压损耗要求。10000VU3 )短路热稳定校验按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，

28、可知缆芯25mm2 的交联电缆是满足稳定要求的。由于邻近单位10kV的短路数据不详，因此该联络线的短路热稳定校验无法进行，只有暂缺。车间装置地点条件电缆低压断路器校验断路器与电缆的配合名称I30/AI pk/AlK3/kAA/mm2lal/A型号I N.OR / | op(0)/ |oc / ALkoL I al/ Akrel I pk/ A是否 满足 条件热处 理车 间22066030150242DW16-630250/1000/308911089满足锻压 车间22667830150242DW16-630250/1000/30915.31089满足铸造 车间30190330240319DW1

29、6-630315/1260/3012191435.5满足电镀 车间24072030150242DW16-630250/1000/308911089满足仓库1751301670DW16-630100/300/ 3068.85315满足锅炉 房1333993050134DW16-630160/640/ 30538.7706.5满足金工 车间21664830150242DW16-630250/1000/30874.81089满足工具车间30591530240319DW16-630315/1200/3012351435.5满足装配车间1644923095189DW16-630200/800/ 3066

30、4.2850.5满足机修车间1123363050134DW16-630160/480/ 30453.6603满足（七）变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定1. 高压断路器的操作机构控制与信号的回路断路器采用弹簧储能操作机构，可实现一次重合闸2. 变电所的电能计量回路变电所高压侧装设装用计量柜，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，并据以计算工厂每月的平均功率因数。 计量柜由有关部门加封和 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JDZJ-10型的，组成开口 三角的接线，用以实现电压测量和绝缘监视。作为

31、备用电源的高压联络线上，装有三相有功电能表、三相无功电能表和电流表。高压进 线上亦装有电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电能表和无功电能表。 低压照明线路上，装有三相四线 有功电能表。低压并联电容器组线路上，装有无功电能表。每一个回路均装有电流表。低压母 线上装有电压表。仪表的准确度级按规范要求。4.变电所的保护装置(1) 主变压器的继电保护装置1) 装设瓦斯保护当变压器油箱内发生故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号， 当因严重故障产生大量瓦斯时，则动作于跳闸。2) 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。 过电流保护动作电

32、流整定由 I L.max 2I1NT 2 800kVA/(T3 10kV) 92.4AKrel1.3 Kre0.8 ， Ki 100/5 20，Kw 1，所以动作电流为1 31Ilop 空一92.4A 7.5A因此过电流保护动作电流op整定为8A。p 0.8 20 过电流保护动作时间的整定由于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可整定为最短的0.5s 过电流保护灵敏系数的检验(2)(3)由 于 |k.min I k 2/ Kt 0.866 I k2/Kt 0.866 28.2kA/(10kV/0.4kV)0.977kAIop.1 lopKj/Kw 10 20/1 200A,因此其保护的灵敏系数为 Sp 1053/200 5.27 1.5满足规定的灵敏度系数1.5的要求。心 203) 装设