现代供配电课程设计-某机械厂降压变电所的电气设计

课程课程设计题目：某机械厂降压变电所的电气设计(5)系别：电气工程系班级：电气1001班学号：04011001361河南工业职业技术学院前言 错误!未定义书签。1 21、设计要求 22、设计依据 22.1、工厂负荷情况 22.2、供电电源情况 22.3、气象资料 2.2.4、地质水文资料 22.5、电费制度 23、工厂负荷统计资料工厂总平面图 3第二章负荷计算和无功功率补偿 42.1、负荷计算 42.1.1、单组用电设备计算负荷的计算公式 42.1.2、多组用电设备计算负荷的计算公式 42.1.3、各车间负荷统计计算 52.1.4、总的计算负荷计算 72.2、无功功率补偿 9第三章变电所位置与型式的选择 3.1、变配电所的任务 3.2、变配电所的类型 第四章变电所主变压器及主接线方案的选择 4.1、变电所主变压器的选择 4.1.1、变压器型号的选择 4.2、变电所主接线方案的选择 第五章短路电流的计算 5.1、绘制计算电路 5.2、确定短路计算基准值 5.3、计算短路电路中各个元件的电抗标幺值 2河南工业职业技术学院 5.4、k-1点(10.5kV侧)的相关计算 5.5、k-2点(0.4kV侧)的相关计算 3河南工业职业技术学院7.2.9、锅炉房 7.3.2、校验电压损耗 7.3.3、短路热稳定校验 第八章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 8.3.1、速断电流的整定 附录1:变电所主接线图图纸 附录2:变电所平面图 4河南工业职业技术学院前言工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。电能是现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；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，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(除电化工业外)。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比重多少，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。做好工厂供电工作对于发展工业生产，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。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：(1)安全：在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。(2)可靠：应满足电能用户对供电可靠性的要求。(3)优质：应满足电能用户对电压和频率等质量的要求(4)经济：供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。5河南工业职业技术学院第一章：现代供配电技术课程设计任务书设计题目某机械厂降压变电所电气设计(5)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、经济合理要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设设计依据工厂总平面图，如图(1)所示.2.1.工厂负荷情况：本厂多数车间为三班制，年最大负荷利用小时为5000h,日最大负荷持续时间为10h。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。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。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表(1)所示。2.2.供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供用协议规定，本厂可由附近一条110kV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。该干线的导线牌号为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电站)距离本厂约8km,该干线首端所装高压断路器500MVA,此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为2s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用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达100km,电缆线路总长度达50km.2.3.气象资料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0.8处平均温度为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴是数为20。2.4.地质水文资料所在地区平均海拔500m,地层以砂粘土为主，地下水位为1m。2.5.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，按两部电费制缴纳电费。每月基本电费按主变压器容量为0.5元/(kVA),动力电费为0.4元/(kW·h),照明(含家电)电费为0.6元/(kW·h),工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.92。6河南工业职业技术学院厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量kW需要系数功率因数1铸造车间动力照明62锻压车间动力照明83金工车间动力照明94工具车间动力照明75电镀车间动力照明76热处理车间动力照明87装配车间动力照明78机修车间动力照明49锅炉房动力照明2仓库动力照明2生活区照明工厂总平面图(1)7厂区北道公共电源干线公路工r生活区街第二章负荷计算和无功功率补偿2.1、负荷计算在工厂里，除了广泛应用的三相设备外，还有部分单相设备，单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配。使三相负荷尽可能均衡。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%,则不论单相设备如何分配，单相可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。如果单相设备容量超过三相设备的15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。综上所述，由于本厂各车间单相设备容量均不超过三相设备容量的15%,所以可以按三相负荷平衡计算。2.1.1、单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷(单位为KW)P₀=K。P。,K为系数b)无功计算负荷(单位为kvar)c)视在计算负荷(单位为kvA)d)计算电流(单位为A)u、为用电设备的额定电压(单位为KV)8河南工业职业技术学院a)有功计算负荷(单位为KW)P₀=K2P₃₀b)无功计算负荷(单位为kvar)c)视在计算负荷(单位为kvA)s=√p+od)计算电流(单位为A)计算负荷：P3=P3三相+P3单相=0.3*400+0.7*9=126.3KW视在计算负荷：S3=P3三相/cos&三相+P3单相/cos&单相=400/0.3+9/0.7=1346KVA9河南工业职业技术学院4)、工具车间无功计算负荷：Q4=P4三相*tan&三相=1.33*60=79.8kvar5)、电镀车间无功计算负荷：Q5=P5三相*tan&三相=0.75*60=45kvar6)、热处理车间无功计算负荷：Q6=P6三相*tan&三相=0.75*120=90kvar7)、装配车间8)、机修车间河南工业职业技术学院无功计算负荷：Q8=P8三相*tan&三相=1.17*60=709)、锅炉房无功计算负荷：Q9=P9三相*tan&三相=1.17*48=56.16kv10)、仓库无功计算负荷：Q10=P10三相*tan&三相=1.02*6=6.12kvar**生活区无功计算负荷：Q**=P**三相*tan&三2.1.4、总的计算负荷计算a)、总的计算负荷P₀=KP=0.8×1013.5=810.8kWb)、总的无功计算负荷c)、总的视在计算负荷经过计算，得到各厂房和生活区的负荷统计表，如表2.1所示(额定电压取380V)表2.1各厂房和生活区的负荷统计表编号名称类别量数KCosg计算负荷P₀/kWQ。/kvarS/kVAA1铸造车间动力照明600———— ——— 小计2锻压车间动力照明800小计3金工车间动力照明900小计4工具车间动力照明700小计河南工业职业技术学院5电镀车间动力照明700小计6热处理车间动力照明800小计7装配车间动力照明700小计8机修车间动力照明400小计9锅炉房动力照明200小计仓库动力6照明200小计生活区照明0000总计动力照明无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。由于本厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂110KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。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0.9,这里取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：0.=P(tang,-tang,)=810.8[tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)]=369.66kvar选择PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其1台主屏与4台总共容量为：84kvar×5=420kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，但是无功计算负荷、视在功率、计算电流都有变化，以下对补偿后的无功计算负荷、视在功率、计算电流进行计算。1)无功计算负荷o=(727.6-420)kvar=307.6kvar2)视在功率s=√P+Q=867.2kVA3)计算电流oo在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表2.1、所示。表2.1无功补偿后工厂的计算负荷COSφ计算负荷P/KWQ/kvar380V侧补偿前负荷380V侧无功补偿容量380V侧补偿后负荷主变压器功率损耗0.015s=130.06s=5210KV侧负荷计算3.1、变配电所的任务变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。配电所担负着从电力系统受电，然后直接配电的任务。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。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间(建筑)和宿舍区负荷点的坐标位置，P,、P,、p,…P。分别代表厂房1、2、3…10号的功率，设定p,(2.5,5.6)、p,(3.6,3.6)、p,(5.7,1.5)、p,(4,6.6)、p,(6.2,6.6)、P。(6.2,5.2)、p,(6.2,3.5)、p、(8.8,6.6)、p。(8.8,5.2)、p。(8.8,3.5),并设p(1.2,1.2)为生活区的中心负荷，如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(x,y),其中把各车间的坐标代入(1-1)、(2-2),得到x=5.38,y=5.38。图3-1按负荷功率矩法确定负荷中心3.2、变配电所的类型车间附设变电所、车间内变电所、露天(半露天)变电所、独立变电所、杆上变电所、变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，根据本厂的负荷统计数据、计算，并考虑到周边环境及进出线方便，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，变压器器型式为河南工业职业技术学院第四章变电所主变压器及主接线方案的选择4.1、变电所主变压器的选择根据本场的负荷情况有两种接线方案可选。即一台变压器，两台变压器。按技术指标，装设两台主变压器的主接线方案略优于装设一台主变压器的主接线方案，但按经济指标，由于装设两台变压器的前期投资及其后期维修费用很大，所以装设一台主变压器的主接线方案远优于装设两台主变压器的主接线方案，因此决定采用装设一台主变压器的主接线方案。型号为S9型，而容量根据式s≥s,s为主变压器容量，s。为总的计算负荷。选s=1000KVA>s=898.9KVA,即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。4.2、变电所主接线方案的选择4.2.1、装设一台主变压器的主接线方案如图4-1所示GG-1A(F)-08GG-1A(F)-08GG-1A(F)-09GN-10/200FS4-10GN-10/2004RN2-10FS4-10GN-10/200SN10-GN-10/200t27SN10-10I/630联络线GN-10/200GN-10/200SN10-10I/t220/380VDW20-630LMZ1-0.5DW20-630火**DW15-1500/3DLMZJ1-0.5火DW15-*子5.1、绘制计算电路LGJ-150,8km一系统图5-1短路计算电路5.2、确定短路计算基准值5.3、计算短路电路中各个元件的电抗标幺值5.3.2、架空线路图5-2短路计算等效电路5.4、k-1点(10.5kV侧)的相关计算x÷u-=x;+x;=0.2+2.6=2.85.4.2、三相短路电流周期分量有效值5.5、k-2点(0.4kV侧)的相关计算x=x+X;+x;=0.2+2.6+4.5=7.35.5.2、三相短路电流周期分量有效值以上短路计算结果综合图表5-1所示。表5-1短路计算结果短路计算点三相短路电流(kA)三相短路容量/MVAr”3)k-1河南工业职业技术学院第六章变电所一次设备的选择校验6.1、10kV侧一次设备的选择校验6.1.1按工作电压选则设备的额定电压ux一般不应小于所在系统的额定电压v、,即v≥v、,高压设备的额定电压vx.应不小于其所在系统的最高电压u,即U≥。U=10kV,v=11.5kV,高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压v=12kV,穿墙套管额定电压u=11.5kV,熔断器额定电压vv=12kV。6.1.2按工作电流选择设备的额定电流，不应小于所在电路的计算电流，,即1≥6.1.3按断流能力选择设备的额定开断电流1。或断流容量s。,对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值r³或短路容量s(,即对于分断负荷设备电流的设备来说，则为I≥1,1为最大负荷电流。6.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，t“”、,“”分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b)热稳定校验条件表6-110kV一次侧设备的设备数据额定参数高压隔离开关Gv‘-10/200一高压少油断路器高压熔断器RN2-10-电压互感器JDJ-10-一电流互感器LOJ-10 避雷器FS4-10---6.2、380V侧一次设备的选择校验同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表6-2所示，所选数据均满足要求。表6-2380V一次侧设备的设备数据额定参数Uv.低压断路器DW15-1500/3D一低压断路器DW20-630-电流互感器LMZJ1-0.5一电流互感器LMZ1-0.5一6.3、高低压母线的选择10kV母线选LMY-3(40×4mm),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,而中性线母线尺寸为80mm×6mm。第七章变压所高、低压线路的选择7.1110kV高压进线和引入电缆的选择7.1.1110kV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。其35°C时的1=149A>1,满足发热条件。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。7.1.2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。及土壤环境25°,查表得，初选缆线芯截面为25mm²的交联电缆，其，=149A>1。,满足发热条件。b)校验热路稳定,A为母线截面积，单位为mm²;A为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为mm²;C为材料热稳定系数；t³)为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A;t短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中t³=1960,,=0.5+0.2+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中得O因此JL22-10000-3×25电缆满足要求。7.2380低压出线的选择7.2.1铸造车间馈电给1号厂房(铸造车间)的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。a)按发热条件需选择由：。=201A及地下0.8m土壤温度为25℃,查表，初选缆芯b)校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为288m,而查表得到120mm²的铝芯电缆的R。=0.31a/km(按缆芯工作温度75°计),X。=0.07Ω1m,又1号厂房的p=94kW,Q=91.8kvar,故线路电压损耗为c)断路热稳定度校验不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240mm²的电缆，即选VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。7.2.2锻压车间馈电给2号厂房(锻压车间)的线路，亦采用VLV22-1000-3×240+1×120烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设(方法同上，从略)。7.2.3金工车间馈电给3号厂房(金工车间)的线路亦采用VLV22-1000-3×240+1×120烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设(方法同上，从略)。7.2.4工具车间馈电给4号厂房(工具车间)的线路亦采用VLV22-1000-3×240+1×120烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设(方法同上，从略)。的四芯聚氯乙的四芯聚氯乙的四芯聚氯乙7.2.5电镀车间馈电给5号厂房(电镀车间)的线路，亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设(方法同上，从略)。7.2.6热处理车间馈电给6号厂房(热处理车间)的线路，亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设(方法同上，从略)。馈电给7号厂房(装配车间)的线路亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设(方法同上，从略)。7.2.8机修车间馈电给8号厂房(机修车间)的线路亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设(方法同上，从略)。7.2.9锅炉房馈电给9号厂房(锅炉房)的线路亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设(方法同上，从略)。7.2.10仓库馈电给10号厂房(仓库)的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根(包括3根相线、1根N线、1根PE线)穿硬塑料管埋地敷设。a)按发热条件需选择强度要求。P=8.8kW,Q=6kvar,因此故满足允许电压损耗的要求。7.2.**生活区馈电给生活区的线路采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1)按发热条件选择由Io=413A及室外环境温度(年最热月平均气温)33℃,初选BLX-1000-1×240,其33℃时I₁≈455A>I,满足发热条件。2)效验机械强度查表可得，最小允许截面积A=10mm²,因此BLX-1000-1×240满足机械强度要求。3)校验电压损耗查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离600m左右，而查表得线间几何均距0.8m),又生活区的p=245KW,g。=117.6kvar,因此满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回BLX-1000-1×120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-1×75橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格。7.3作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL22—10000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敖设，与相距约2Km的临近单位变配电所的10KY母线相连。7.3.1按发热条件选择度为25℃。查表《工厂供电设计指导》8-43,初选缆心截面为25mm²的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其1=90A>1。满足要求。7.3.2校验电压损耗P=(94+129+35.8)KN=258.8kN,Q=(91.8+93.8+26.3)kvar=211.9kvar,线路长度按2km计，因此△U%=(85V/10000V)×100%=0.85<<△U=5%由此可见满足要求电压损耗5%的要求。7.3.3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25mm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导线或电缆的型号规格110KV电源进线LGJ-35铝绞线(三相三线架空)主变引入电缆YJL22—10000—3×25交联电缆(直埋)低压出线至1号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆(直埋)至2号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆(直埋)至3号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆(直埋)至4号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆(直埋)至5号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆(直埋)至6号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆(直埋)至7号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆(直理)至8号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆(直埋)至9号厂房VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆(直埋)至10号厂房BLV—1000—1×4铝芯线5根穿内径25mm²硬塑管至生活区四回路，每回路3×BLX-1000-1×120+1×BLX-1000-1×75橡皮线(三相四线架空线)与临近单位110KV联络线YJL22—10000—3×16交联电缆(直埋)第八章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定8.1变电所二次回路方案的选择a)高压断路器的操作机构控制与信号回路回路如《工厂供电设计指导》图6-12所示。断路器采用手动操动机构，其控制与信号c)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。其中电缘监察，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，装有三相有功电度表和三相无功电度表、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，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。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符合要求。8.2变电所继电保护装置8.2.1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，应动作于高压侧断路器。b)装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。8.2.2护动作电流整定8.2.3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。8.2.4过电流保护灵敏度系数的检验其中，t)/K=0.866[,/K,=0.866×19.7kA/(10kV/0.4kV)=0.682S。=682A/200A=3.41>1.5