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4600h。该

2、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260X1.2=312,312X1.2=374,374X1.2=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保护

3、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。已知与该厂咼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38C,年平均气温为23C,年最低气温为-8C,年最热月平均最高气温为33C,年最热月平均气温为26C,年最热月地下0.8m处平均温度为25Co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

4、纳电费。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。

5、绘制的电路图、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工厂负荷计算表编厂负荷设备需要功率tan计算负荷号房名称类别容量/kW系数Kd因数（COS）P30/KWQ30/kvarS30/kVAI30/A动力449.0.350.71.02157.160.224.341.7282540641照明8.640.91.007.7707,7711.8小计457.165.0160.232.353.59224041动力380.0.30.61.17114.133.19

6、0.289.1锻压车160442062照明10.360.81.007.2507.2511.0小计390.121.133.197.300.152294231动力414.0.250.631.17103.121.164.250.3金726830573工车间照明12.090.71.008.4608.4612.8小计426.112,1121,173.263.18143003工具车间动力345.0.30.61.33103.137.172.8262.86068894照明8.640.81.006.9106.9110,5小计354.110.137.179.71273.3245989动力311.0.50.750.

7、75155.5116.207.315.电042643645镀照明6.910.81.005.5205.528.3车间小计317.161.116.212.323.795046488动力276.0.60.80.75165.124.207.314.4888352586照明8.640.81.006.9106.9110.5小计285.12172.79124.35214.16325.3动力241.0.40.71.0296.7698.6138.210.2装929227配车照明10.360.91.009.3309.3314.1间小计252.106.98.147.224.328096955动力207.0.30.7

8、1.1762.72.88.85135.1362077机8修照明6.910.81.005.5205.528.3车间小计214.67.72.94.143.427727737动力86.40.80.750.7569.1251.92.16140.1锅849炉房照明3.450.81.002.7602.764.1小计89.871.51.94.144.25888494动力17.280.30.80.755.183.886.474.810仓库照明1,720.71.001.2001.21.8小计196.383.887.676.6生活区照明345.600.70.90.48241.92116.12268.80408.8

9、0动力2730.241336.11371822.2766.总共(380V)照明423.3286.308330计入Kp=0.80.741069.966.1441.2192.Kq=0.85487062912.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(tani-tan2)=1069.48tan(arccos0.74)-tan(arccos0.92)kv

10、ar=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=(PIXI)/PIY=P1Y1+P2X2+P3Y3+/P1+P2+P3=(PIYI)/PIX=(457.92x1.3+390.52x1.3+426.81x3.5+354.24x3.5+317.95x4.2

11、+285.12x6.6+214.27x6.6+89.85x6.6+252.28x6.6+19x9.3+345.60 x0.7)/(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+345.60 x0.3)/(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

12、型式为外附式。如图1：(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)选择，即SN.T(0.60.7)S30=(0.60.7)x118

13、5.92=(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。短路电流的计算绘制计算电路，如图图2短路计算电路确定短路计算基准值设Sd=100MVA,Ud二Uc=1.05UN,即高压侧Udl=10.5KV,低压侧Ud2=0.4KV,则Idl二Sd/(M3)Udl=5.5kAId2二Sd/(M3)Ud2=144kA计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统X1*=100MVA/500

14、MVA=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:因此绘短路计算等效电路如图5所示:短路计算结果短路三相短路电流/kA短路三相短路电流/kA计算点LI(3)Iish1shK-11.961.961.965.02.96K-222.522.522.540.7324.53表2短路计算结果三相短路容量/MVAS,、35.715.63电流电流断流动稳定热稳定其他度能力度INIKih(3)(3)257.61.96K5.0KAxtmin1.96x19A

15、.96x1.(I1N.T)IN.eIimax9=7.3I辺.ttm变电所一次设备的选择与校验10KV侧一次设备的选择校验，如表3：表310KV侧一次设备的选择校验选择校验项目电压装置地点条件参数un数据10KV一额定参数UNN.e次设备型号规格in高压少油断路器SN10-10II/10kv630A16KA40KA16xl6x2=512高压隔离开关GN6/8-10/20010kv200A25.5KA10 x10 x5=500高压熔断器RN2-1010kv0.5A50KA电压互感器JDJ-10100KV电压互感器JDZJ-10(10/73)x(0.1/73)x(0.1/73)电流互感器LQJ-10

16、10kv20A31.8KA81二次负荷0.6避雷器FS4-1010KV一一一一户外隔离开关GW4-12/40012KV400A25KA500表3所选一次设备均满足要求。380V侧一次设备的选择校验，如表4：表4380V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UNINLih(3)(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UN.eIN.eIimaxI辺.ttmin低压断路器DW15-1500/3D380v1500A40KA低压断路器DZ20-630380v630A

17、30KA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。高低压母线的选择10KV母线选LMY-3(40 x4),即母线尺寸为40mmx4mm:380V母线选LMY-3(120 xl0)+80 x6,即相母线尺寸为120mmxl0mm，而中性线母线尺寸为80mmx6mm。变电所进出线的选择与校验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I3O=I1N.T=57.69A及室外环境

18、温度33C,初选LJ-16,其35C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。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I3O=I1N.T=57.69A及土壤温度25C，初选缆芯截面为25mm辺的交联电缆，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(Vtima)/C=1960 x(M0.75)/77=22mm2

19、因此YJL22-10000-3x25电缆满足短路热稳定条件。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130=353.5A及地下0.8土壤温度为25C，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,又1号厂房的P30=165.02kW，Q30=160.40kvar，得：U=(165.02x(0.16x0.1)+160.40 x(0.07x0.1)/0.38=9.90VU%=9.90/3

20、80=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-1250-1x185mn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=1mm八因此上面所选185mm；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=137.89kvar,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A

21、min=10mm八因此BLX-1250-lx24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,240mm辽的铝芯电缆的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%=AUal%不满足允许电压损耗要求。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。作为备用电源的

22、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/(10 xV3)=31.19A，而最热月土壤平均温度为25C，初选缆芯截面为240mm辺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=19.25VAU%=19.2

23、5/10000=0.19%1.5满足规定的灵敏系数1.5的要求。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=l,Ki=100/5=20,Kt=10/0.4=25,因此速断电流为Iqb=(1.4x1x22500)/(20 x25)=63A速断电流倍数整定为Kqb=(Iqb)/(Iop)=63/12=5.25、电流速断保护灵敏系数的检验Ik.min=0.866xl.96=1.7A,Iqb.l=IqbKi/Kw=727.46A,因此其保护灵敏系数为Sp=1700/727.46=2.31.5作为备用电源的高压联络线的继电保

24、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=2I30,130二130(11)=(232.41+212.88+94.94)/(10V3)=31.19A,Krel=1.3,Kw=l,Kre=0.&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。装设电流速断保护利用G60L型继电器的电流速断装置，但因数据资料不全，其整定

25、计算亦暂定。变电所低压侧的保护装置、低压总开关采用DW15-1500/3型低压断路器，三相均装过流脱扣器，既可实现对低压侧相间短路和过负荷的保护，又可实现对低压单相接地短路的保护。、低压侧所有出线上均装设DZ20型低压断路器控制，其过流脱扣器可实现对线路短路故障的保护。变电所的防雷保护与接地装置的设计直击雷防护在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。避雷针采用直径20mm的镀锌圆钢，避雷带采用25mmx4mm的镀锌扁钢。雷电侵入波的防护、在10kV电源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器。其引下线采用25mmx4mm的镀锌扁钢，下面与公共接地网焊接相联，