机械厂降压变电所供电系统

1、第 1 章设计任务1.1 设计要求要求根据供电实际情况和工厂用电情况，适当考虑工厂生产的发展，按照安全、可靠、先进的要求，确定变电站的位置和类型。技术和经济合理性。变电站主变台数、容量、型号，选择变电站主接线方案、高低压设备及进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定雷电保护和接地装置。最后，编写设计规范并按要求绘制设计图纸。1.2 设计依据1.2.1 工厂总体规划图 1.1 工厂平面图1.2.2 工厂负荷情况我厂车间多为两班制，年最大负荷利用小时4600小时，日最大负荷持续时间6小时。除铸造车间、电镀车间、锅炉房为二次负荷外，其余均为三次负荷。我厂负荷统计见表1.1。1.2.3 供电情

2、况根据工厂与当地供电部门签订的供电协议，工厂可从就近的10kV公用电源干线获取工作电源。干线走向请参考工厂总平面图。该干线导体等级为LGJ-150，导体呈等边三角形排列，线距2m；干线首端到我厂距离约8公里。安装在干线首端的高压断路器分断能力为500MVA。本断路器设有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护动作时间为1.7s。为满足厂区二级负荷要求，可采用高压联络线从相邻机组获取备用电源。据了解，与厂区高压侧电气连接的架空线路总长80km，电缆线路总长25km。1.2.4 气象资料我厂所在地区年最高气温38，年平均气温23，年最低气温-9，最热月年平均最高气温33，年最热月平均气温26，

3、年最热月平均气温26。热月地表以下 0.8 米处的平均温度为 25C。当地盛行风向为东北风，年雷暴日数为20天。1.2.5 地质和水文资料厂区平均海拔500m，地层以砂质粘土为主，地下水位2m。表 1.1 工厂负荷统计厂号厂名负载类别设备容量/kW所需系数功率因数1成型厂力量3000.30.7照明50.81.02锻造车间力量3500.30.65照明80.71.07金工车间力量4000.20.65照明100.81.06工具车间力量3600.30.6照明70.91.04电镀车间力量2500.50.8照明50.81.03热处理车间力量1500.60.8照明50.81.09组装车间力量1800.30.

4、7照明60.81.010机器商店力量1600.20.65照明40.81.08锅炉车间力量500.70.8照明10.81.05库力量200.40.8照明10.81.0生活区域照明3500.70.91.2.6电费制度工厂已与当地供电部门达成协议，在工厂变电站高压侧进行电能计量，设置专用计量柜，并按两部制电价制度缴纳电费。每月基本电费按主变容量18元/kVA，动力电费0.9元/ Kw h，照明电费0.5元/ Kw h。工厂最大负载时的功率因数不得低于0.9。此外，电力用户应根据新装变压器的容量，一次性向供电部门支付供电补贴：6 10VA为800/kVA 。第二章负荷计算与无功补偿2.1 载荷计算2.

5、1.1 单组电气设备负荷计算公式a) 有功功率计算负荷（单位为KW）= ,是系数b) 无功计算负荷（单位为kvar）=棕褐色c) 表观计算负载（kvA）=d) 计算电流（单位为A）= ，为电气设备的额定电压（单位为KV）2.1.2 多组电气设备负荷计算公式a) 有功功率计算负荷（单位为KW） =式中为所有设备组有功功率计算负荷之和，为有功负荷同时系数，可取0.850.95b) 无功计算负荷（单位为kvar）= ,是所有设备的无功功率之和；为无功负荷同时系数，取值范围为0.90.97c) 表观计算负载（kvA） =d) 计算电流（单位为A） =计算后得到各车间和生活区的负荷计算表，如表2.1（额

6、定电压为380V）表 2.1各车间及生活区负荷计算表编号姓名类别设备容量/kW所需系数因棕褐色计算负荷/千瓦/kvar/kVA/一个1铸件作坊力量3000.30.71.029091.8照明50.81.004.00小计3059491.81322012锻造作坊力量3500.30.651.17105123照明80.71.005.60小计358110.61231652517金工作坊力量4000.20.651.178093.6照明100.81.0080小计4108893.61281946工具作坊力量3600.30.61.33108144照明70.91.006.30小计367114.31441842804

7、电镀作坊力量2500.50.80.7512593.8照明50.81.0040小计25512993.81602443热处理车间力量1500.60.80.759067.5照明50.81.0040小计1559467.51161769部件作坊力量1800.30.71.025455.1照明60.81.004.80小计18658.855.180.612210机修作坊力量1600.20.651.173237.4照明40.81.003.20小计16435.237.451.4788锅炉作坊力量500.70.80.753526.3照明10.81.000.80小计5135.826.344.4675库力量200.40

8、.80.7586照明10.81.000.80小计二十一8.8610.716.211生活区域照明3500.70.90.48245117.6272413全部的力量22191013.5856.1照明403信用=0.8, =0.850.75810.8727.6108916552.2 无功补偿无功手动补偿装置：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、操作维护方便、有功功率损耗小、装配灵活、扩展方便等优点，在供电系统中应用最为广泛。从表2.1可以看出，380V侧最大负载时电站的功率因数仅为0.75。供电部门要求工厂10KV进线侧最大负载的功率因数不低于0.9。考虑到主变无功损耗元素大

9、于有功损耗，380V侧最大负载时的功率因数应略大于0.9，暂取0.92计算所需的无功补偿容量380V侧：= (tan - tan )=810.8tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) = 369.66 kvar参考图2，选择PGJ1型低压自动补偿评估屏，并联电容为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1单元和方案3（副屏）4单元组合，总容量为84kvar 5=420kvar。补偿前后变压器低压侧有功功率计算负荷基本不变，而无功功率计算负荷=（727.6-420）kvar=307.6kvar，视在功率=867.2kVA，计算电流=1317.6A , 功率因数增加

10、到 cos = = 0.935。无功补偿前，变电站主变T的容量应选择为1250kVA，以满足负荷用电量的需要；无功补偿后，主变压器T的容量应选择为1000kVA。同时，由于计算电流的减少，供电系统各元件上补偿点的功率损耗也相应减少，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此，厂区380V侧和10kV侧无功补偿后的负荷计算如表3所示。图2.1 PGJ1低压无功自动补偿屏接线方案表 2.2无功补偿后工厂计算负荷项目因计算负荷/千瓦/kvar/kVA/一个380V侧补偿前负载0.75810.8727.610891655380V侧无功补偿容量-420负载后380V侧补0.935810.8307.6867.2

11、1317.6主变压器功率损耗0.015 = 130.06 =5210KV侧负荷计算0.935823.8359.6898.952第三章变电站选址与选型变电站的位置应尽量靠近厂区负荷中心，厂区负荷中心应按负荷功率力矩法确定。在厂房平面图的底部和左侧，分别制作直角坐标的轴线和轴线，然后测量每个车间（楼）和宿舍区的负载点的坐标位置， ， ，代表车间 1、2 , 3.10 分别。功率数，组(2.5, 5.6), (3.6, 3.6), (5.7, 1.5), ( 4, 6.6), (6.2, 6.6), (6.2, 5.2), (6.2, 3.5), (8.8 ) , 6.6), (8.8, 5.2),

12、 (8.8, 3.5)，设(1.2, 1.2)为生活区的中心荷载，如图3-1所示。假定工厂的负荷中心在 P( , ) 中，其中 P= + + + = 。因此，根据力学中计算中心的力矩方程，可以得到载荷中心的坐标：(3-1)(3-2)将各个车间的坐标代入(1-1)，(2-2)，得到=5.38， =5.38。从计算结果可以看出，工厂的负荷中心在六号车间（工具车间）的西北角。考虑到周边环境和进出线方便，决定在6号厂房西侧，靠近厂房建设厂变电所，设备类型为附接式。图 3-1 根据负载功率力矩法确定负载中心第四章变电站主变压器选型及主接线方案4.1变电站主变选型根据负载性质和厂区供电情况，厂区变电站主变

13、有以下两种选择：a) 安装一台型号为 S9 的变压器，容量按公式计算，即主变压器容量和总计算负荷。选择=1000 KVA =898.9 KVA，即选择S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二次负荷所需的备用电源，则考虑由与相邻机组相连的高压联络线承担。b) 安装的两台变压器型号为S9，每台变压器的容量根据公式（4-1）和（4-2）选择，即898.9 KVA=(539.34629.23) KVA (4-1)=（134.29+165+44.4）千伏安=343.7千伏安（4-2）因此，选择了两台 S9-630/10 低损耗配电变压器。工厂二次负荷所需的备用电源，考虑由与相邻机组相连的高压联

14、络线承担。主变压器的接线组为 Yyn0。4.2 变电站主接线方案的选择根据以上考虑的两种主变方案，可设计以下两种主接线方案：4.2.1 安装主变压器的主接线方案如图4-1所示S9-1000GG-1A(F)-0710/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-03GG-1A(J)-03GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54GG-1A(F)-07GG-1A(F)-07主变联络（备用）220/380V高压柜列图 4-1 安装主变压器的主接线图4.2.2 安装两台主变压器的主接线方案如图4-2所示Y0Y0Y0220/380VS9-630G

15、G-1A(F)GG-1A(F)-0710/0.4kVS9-63010/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GG-1A(F)-113、11GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-01GG-1A(F)-113GG-1A(F)-11GG-1A(J)-01GG-1A(F)-96GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54主变主变联络（备用）高压柜列-96图 4-2 安装两台主变压器的主接线方案4.3 主要布线方案的技术经济比较表 4-1 主要布线方案的技术经济比较比较项目一种安装主变压器的方案安装两台主变压器的方案技术指标电源安全满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求电

16、能质量由于一台主变压器，电压损耗大由于两台主变压器并联，电压损耗小灵活性和便利性只有一个主变压器，灵活性稍差因为有两个主变压器，所以灵活性更好扩展适应性稍微差一点更好的经济指标电力变压器综合投资发现S9-1000/10单价为15.1万元，变压器综合投资约为其单价的2倍，故综合投资约为2*15.1=30.2万元发现S9-630/10的单价为10.5万元，所以两台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元，比一台主变方案多出11.8万元。高压开关设备（含计量柜）综合投资经查，GG-1A(F)型柜按4万元/台计算，其综合投资可计算为设备的1.5倍，所以高压开关柜的综合投资约为4* 1.5*4=24万

17、元本方案采用6套GG-1A(F)柜，其综合投资约为6*1.5*4=36万元，比一个主变方案多12万元。电力变压器和高压开关设备的年运营成本主变折旧费=30.2万元*0.05=1.51万元；高压开关设备折旧费=24万元*0.06=1.44万元；变配电维护管理费用=（30.2+24）元*0.06=3.25万元。因此，主变和高压开关设备的折旧和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）=6.2万元主变折旧费=42万元*0.05=2.1万元；高压开关设备折旧费=36万元*0.06=2.16万元；变配电维护管理费用=（42+36）万元*0.06=4.68万元。因此，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=

18、（2.1+2.16+4.68）=8.94万元，比主变方案多出2.74万元。供电费主变容量800元/KVA，供电补贴费=1000KVA*08万元/KVA=80万元供电补贴费=2*630KVA*08万元=100.8万元，比一台主变多20.8万元从上表可以看出，从技术指标来看，安装两台主变的主接线方案略好于安装一台主变的主接线方案，但从经济指标来看，安装一台主变压器 该方案与安装两台主变压器的主接线方案相距甚远，因此决定采用安装一台主变压器的主接线方案。第五章 短路电流计算5.1 绘制计算电路500500MVAK-1K-2LGJ-150,8km10.5kVS9-10000.4kV(2)(3)(1)系

19、统图 5-1 短路计算电路5.2 确定短路计算参考值设参考容量= 100MVA，参考电压= 1.05 ，计算短路电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，则(5-1)(5-2)5.3 计算短路中每个元件的单位电抗5.3.1 电力系统已知电力系统出口断路器分断能力=500MVA，所以=100MVA/500MVA=0.2 (5-3)5.3.2 架空线路查表得到LGJ-150的线路电抗，线路长8km，所以(5-4)5.3.3 电力变压器查表，变压器的短路电压百分比=4.5，所以=4.5 (5-5)式中，为变压器的额定容量因此，短路计算的等效电路如图 5-2 所示。k-1k-1k-2图 5-2

20、 短路计算的等效电路5.4 k-1点（10.5kV侧）相关性计算5.4.1 单位值总电抗=0.2+2.6=2.8 (5-6)5.4.2 三相短路电流周期分量有效值(5-7)5.4.3 其他短路电流(5-8)(5-9)(5-10)5.4.4 三相短路容量(5-11)5.5k-2点（0.4kV侧）的相关计算5.5.1 每单位值的总电抗=0.2+2.6+4.5=7.3 (5-12)5.5.2 三相短路电流周期分量有效值(5-13)5.5.3 其他短路电流(5-14)(5-15)(5-16)5.5.4 三相短路容量(5-17)以上短路计算结果见表5-1。表 5-1短路计算结果短路计算点三相短路电流三相

21、短路容量/MVAk-11.961.961.965.02.9635.7k-219.719.719.736.221.513.7第六章变电站一次设备的选型与检定6.1 10kV侧一次设备的选型与验证6.1.1 根据工作电压选择设备的额定电压一般不应低于其所在系统的额定电压，即高压设备的额定电压不应低于其所在系统的最高电压。 ，即。 =10kV， =11.5kV，高压开关柜、变压器和支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。6.1.2 根据工作电流选择装置的额定电流不应小于其所在电路的计算电流，即6.1.3 根据电流分断能力选择的额定分断电流或分断能力，对于

22、分断短路电流的设备，不应小于其能分断的最大短路有效值或短路容量，即或者对于分断负载设备电流的设备，为最大负载电流。6.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定性验证a) 动态稳定性校准条件或者,分别为开关限流通过电流的峰值和有效值,分别为开关所在位置的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b) 热稳定性检查条件通过以上分析，如表 6-1 所示，可以看出所选择的一次设备满足要求。表 6-1 10 kV 一次侧设备选型与验证选择检查项目电压当前的中断能力动态调整大小热稳定性其他设备位置条件范围数据10kV57.7A( )1.96kA5.0kA一次设备型号规格额定参数高压无油断路器SN10-10I/63

23、010kV630kA16kA40kA高压隔离开关- 10/20010kV200A-25.5kA二次负荷 0.6高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA-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-25kA6.2 380V侧一次设备的选型与验证同样，对380V侧的一次设备进行选型检查，如表6-2所示，选择的数据均符合要求。表 6-2 380V 一次侧器件选型与验证选择检查项目电压当前的隔断能力动态的决定热稳定性其他设备位置

24、条件范围-数据380V总计 1317.6A19.7kA36.2kA-一次设备型号规格额定参数-低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA-低压断路器DW20-630380V630A（大于）30卡（一般来说）-低压断路器DW20-200380V200A（大于）25kA-低压断路器HD13-1500/30380V1500A-电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A-6.3 高低压母线的选择查表，10kV母线选用LMY-3（40 4mm），即母线尺寸为40mm 4mm； 380V母线选用LMY-3(120 10)

25、+80 6，即相母线尺寸为120mm 10mm，中性母线尺寸为120mm和10mm。 80 毫米6 毫米。第七章 变电站进出线及相邻机组连接线的选择7.1 10kV高压进线电缆的选用7.1.1 10kV高压进线的选型与验证LGJ钢芯铝绞线用于架空敷设，接入10kV公共干线。一个）。根据制热条件选择=57.7A，室外环境温度33。查表发现LGJ-35的初级选择为=149A在35C，满足加热条件。表，最小内容截面积=25 ，LGJ-35符合要求，故选用。由于这条线路很短，因此无需验证电压损耗。7.1.2 高压配电室至主变的一段进线电缆的选择与验证地下敷设使用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘铝

26、芯电缆。a) 根据加热条件，选择= 57.7A，土壤环境25，查表发现最初选用的是线芯截面为25的交联电缆，其=149A ，满足加热条件。b)按公式检验热路稳定性，A为母线截面积，单位为：满足热路稳定性条件的最大截面积，单位为； ，单位为A；短路加热的虚时间，单位为s。该电缆中， =1960， =0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间0.5s，断路器分断时间0.2s，C=77。将这些数据代入公式得到 ，满足采暖条件。 b )从图 1.1 所示的工厂平面图检查电压损失。变电站与1号厂房距离约288m，查表得到120铝芯电缆=0.31 （根据电缆芯工作温度75）， =0.07

27、 ，且1号厂房=94kW，=91.8kvar ，所以线电压损耗为 =5%。c) 开路热稳定性检查不满足短期热稳定性要求，故选用电缆芯截面为240的电缆，即VLV22-1000-3 240+1 120的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆，中性芯不小于相芯。半选，下同。7.2.2 锻造车间给2号车间（锻造车间）供电的线路也采用VLV22-1000-3 240+1 120四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋（方法同上，略）。7.2.3 热处理车间给3号车间（热处理车间）供电的线路也采用VLV22-1000-3 240+1 120四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋（方法同上，略）。7.2.4 电镀车间4号车间（电镀车间）供电

28、线路也采用VLV22-1000-3 240+1 120四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋（方法同上，略）。7.2.5 仓库给5号厂房（仓库）供电的线路，由于仓库在变电站旁边，为普通建筑，采用5根聚氯乙烯绝缘铝导体BLV-1000（含3相线，1线N线，1根PE线）埋在硬塑料管中。a) 根据加热条件选择由=16.2A，环境温度26 ，初步选择截面积4 ，其=19A ，满足加热条件。 b)查表检查机械强度， =2.5 ，所以上面选择的4的线材满足机械强度要求。c) 所选管道长度估计为50m，表=0.85 ， =0.119 ，仓库=8.8kW， =6kvar，所以 I 30 ，满足加热条件。2）试验的机械强

29、度可以从表中得到，最小内容截面积A min =10mm 2 ，所以BLX-1000-1 240满足机械强度要求。3）查看电压损耗，查看厂房平面图，发现变电站到生活区负荷中心的距离约为600m，LJ-240的阻抗值，大约相当于BLX- 1000-1 240，距离台面约600m。阻抗=0.14 ， =0.30 （线间几何平均距离为0.8m），居住面积=245KW， =117.6kvar，所以1.5从工厂电源课程设计指南表6-1来看，根据GB50062-92，电流保护的最小灵敏度系数为1.5，因此此处安装的电流速断保护的灵敏度系数满足要求。但是根据J6-96和JGJ/T16-92的规定，最小灵敏度是

30、2，所以这里安装的电流速断保护的灵敏度系数在底边。8.4 高压联络线作为备用电源的继电保护装置8.4.1 安装反时限过流保护。也采用GL15型感应式过流继电器，两相二继电器式接线，跳闸动作方式。a) 过流保护动作电流的整定，使用公式, 式中=2 , 取=0.652A=43.38A, , =1, =0.8, =50/5=10，所以工作电流为：因此，过流保护工作电流设置为7A。b) 过流保护动作电流的设定考虑终端保护，动作时间设置为0.5s。c) 过流保护灵敏度系数由于没有厂区附近变电站10kV母线通过联络线到厂区变电站低压母线的短路数据，无法测试灵敏度系数，故略去。8.4.2 安装电流速断保护还

31、利用了 GL15 的速断装置。但由于没有相邻单元变电所联络线到厂区变电所低压母线的短路数据，无法测试灵敏度系数，仅略去。8.4.3 变电站低压侧保护装置a) 低压总开关采用DW15-1500/3低压短路装置，三相装有过流解耦器，不仅能保护相间短路和过载低压侧，还可以保护低压侧的单相接地短路。去耦器工作电流的设置可以在参考资料和其他相关手册中找到。b) 低压侧所有出线均由DZ20低压短路器控制，其瞬时解耦器可保护线路短路故障。限于篇幅，此处省略设置。第九章 Buck变电站防雷接地装置设计9.1 变电站防雷9.1.1直接雷击保护变电站屋顶安装避雷针和避雷片，并引入两根接地线，连接到变电站的公用连接装置。变电站主变安装在室外且有露天配电装置时，应在变电站外适当位置安装独立避雷针，其安装高度应使防雷围整个变电站。如果变电站所在的其他建筑物的直接避雷罩，则无需设置独立的避雷针。按规定，独立避雷针接地装置的接地电阻（表9-6）。通常采用3-6根长度为2.5m的刚性管，并在安装避雷针的塔附近排成一排、多边形排列。管道之间的距离为 5 m，并将它们打入地下。接地管采用40mm4mm镀锌扁钢焊接连接。引下线由25mm4mm镀锌扁钢制成，底部与接地体焊接，与避雷针及其底座钢筋焊接到塔上，顶部与避雷针焊接。避雷针采用镀锌扁钢制成，直径20mm，长度11.5。独立避雷针接地装置与变电站