機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計內(nèi)容

1、1 引言 眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很?。ǔ娀I(yè)外）。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另

2、一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達(dá)到以下基本要求：（1）安全 在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。（2）可靠 應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要求。（3）優(yōu)質(zhì) 應(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求（4） 經(jīng)濟(jì)

3、供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。 2.負(fù)荷計算和無功功率補(bǔ)償21 負(fù)荷計算的目的、意義及原則 （1）供電系統(tǒng)要能安全可靠地正常運(yùn)行，其中各個元件（包括電力變壓器、開關(guān)設(shè)備及導(dǎo)線、電纜等）都必須選擇得當(dāng)，除了滿足工作電壓和頻率的要求外，最重要的就是要滿足負(fù)荷電流的要求。因次，有必要對供電系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的電力負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計計算。（2）計算負(fù)荷是供電設(shè)計計算的基本依據(jù)。計算負(fù)荷確定的是否正確合理，直接影響到電器和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟(jì)

4、合理。如果計算負(fù)荷確定的過大，將使電器和導(dǎo)線電纜選的過大，造成投資和有色金屬的浪費(fèi)。如果計算負(fù)荷確定的過小，又將使電器和導(dǎo)線電纜處于過負(fù)荷下運(yùn)行，增加電能損耗，產(chǎn)生過熱，導(dǎo)致絕緣過早老化甚至燃燒引起火災(zāi)，同樣會造成更大損失。由此可見，正確確定計算負(fù)荷意義重大。（3）平均負(fù)荷為一段時間內(nèi)用電設(shè)備所消耗的電能與該段時間之比。常選用最大負(fù)荷班（即有代表性的一晝夜內(nèi)電能消耗量最多的一個班）的平均負(fù)荷，有時也計算年平均負(fù)荷。平均負(fù)荷用來計算最大負(fù)荷和電能消耗量。（4）計算負(fù)荷又稱需要負(fù)荷或最大負(fù)荷。計算負(fù)荷是一個假想的持續(xù)性的負(fù)荷，其熱效應(yīng)與同一時間內(nèi)實際變動負(fù)荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。在配電設(shè)計中，通

5、常采用30分鐘的最大平均負(fù)荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。（5）尖峰電流指單臺或多臺用電設(shè)備持續(xù)1秒左右的最大負(fù)荷電流。一般取啟動電流上午周期分量作為計算電壓損失、電壓波動和電壓下降以及選擇電器和保護(hù)元件等的依據(jù)。在校驗瞬動元件時，還應(yīng)考慮啟動電流的非周期分量。22 負(fù)荷計算表1) 單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算式: 有功計算負(fù)荷 無功計算負(fù)荷 視在計算負(fù)荷 計算電流2)單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算式： 有功計算負(fù)荷 無功計算負(fù)荷視在計算負(fù)荷 計算電流各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計算如表2.1編號名稱類別設(shè)備容量需要系數(shù)功率因數(shù)計 算 負(fù) 荷1鑄造車間動力0.360.701.0579.283.1611

6、4.8174.42照明1.005.905.926.9小計36885.183.16120.7201.322鍛壓車間動力0.631.3384.1112.1140.2213.0照明1.007.10.07.132.3小計32691.2112.1145.5221.13金工車間動力0.621.2772.091.1116.1176.4照明1.008.40.08.438.2小計35580.491.1121.5184.64工具車間動力0.631.1762.473.0196.0145.8照明1.007.90.07.935.9小計20570.373.01103.9181.75電鍍車間動力0.740.9996.996

7、.1136.5207.4照明1.005.70.05.725.8小計276102.696.1140.6213.66熱處理車間動力0.760.7556.442.370.5107.1照明1.005.40.05.424.5小計16761.842.374.9113.87裝配車間動力0.651.0560.863.888.1133.9照明1.005.30.05.324.0小計15666.163.893.4157.98機(jī)修車間動力0.651.2627.334.544.066.9照明1.002.40.02.411.0小計170 29.734.545.569.29鍋爐房動力0.800.9944.944.463.2

8、96.0照明1.000.80.00.83.6小計8745.744.464.099.610倉庫動力0.900.625.33.36.29.4照明1.001.50.01.56.8小計6.83.37.5611.511生活區(qū)照明0.29272.079.3283.3430.5總計（380V側(cè)）動力2380911.77723.071200.861884.8照明352計入=0.85=0.90.74774.9650.81020.731602.1 表2.1 機(jī)械廠負(fù)荷計算表2.3 無功功率補(bǔ)償由表2.1可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷是的功率因數(shù)只有0.74.而供電部門要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷是功率因數(shù)不應(yīng)該低

9、于0.91?？紤]到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負(fù)荷是功率因素應(yīng)稍大于0.91，暫取0.91來計算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量：故選PGJ1型低壓自動補(bǔ)償屏，并聯(lián)電容器為BW0.4-12-3型，采用其方案1（主屏）1臺與方案3（輔屏）4臺相組合，總共容量725=360kvar。因此無功補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和10KV側(cè)的負(fù)荷計算如表2.2所示。表2.2無功補(bǔ)償后的負(fù)荷計算表項 目計算負(fù)荷380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.74774.9650.81020.731602.1380V側(cè)無功補(bǔ)償容量-360380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷0.93774.9320.3837.71314,9主變壓器功率損

10、耗13.051.810kV側(cè)負(fù)荷總計0.91787.9372.1895.551.33.變電所位置和型式的選擇變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心。工廠的負(fù)荷中心按功率矩法來確定，計算公式為式（3.1）和（3.2）。變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心.工廠的負(fù)荷中心按負(fù)荷功率矩法來確定.即在工廠平面圖的下邊和左側(cè),任作一直角坐標(biāo)的X軸和Y軸,測出各車間和宿舍區(qū)負(fù)荷點的坐標(biāo)位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工廠的負(fù)荷中心設(shè)在P(x,y),P為P1+P2+P3+=Pi.因此仿照力學(xué)中計算重心的力矩方程,可得負(fù)荷中心的坐標(biāo): (3.1) (3.2)圖3.1

11、 XX機(jī)械廠總平面圖按比例K在工廠平面圖中測出各車間和宿舍區(qū)負(fù)荷點的坐標(biāo)位置表3.1所示表3.1各車間和宿舍區(qū)負(fù)荷點的坐標(biāo)位置表編 號12345678910生活區(qū)橫坐標(biāo)X(cm)1.82.13.65.55.86.26.58.79.09.80.7縱坐標(biāo)Y(cm)2.84.86.62.03.65.26.62.13.56.67.4由計算結(jié)果可知，x=9.6y=5.9工廠的負(fù)荷中心在10號廠房的西南角?？紤]的方便進(jìn)出線及周圍環(huán)境情況，決定在10號廠房的西側(cè)緊靠廠房修建工廠變電所，其型式為附設(shè)式。4.變電所主變壓器的選擇和主接線方案的選擇4.1 變電所主變壓器的選擇 根據(jù)工廠的負(fù)荷性質(zhì)和電源情況，工廠變

12、電所的主變壓器考慮有下列兩種可供選擇的方案：（1）裝設(shè)一臺主變壓器型式采用S9型，而容量根據(jù)式，選=1000=895.0kva，即選一臺S9-1000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負(fù)荷所需的備用電源，考慮由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。（2）裝設(shè)兩臺主變壓器 型號亦采用S9，而每臺變壓器容量按式和式選擇，即=(0.60.7）=（0.60.7）895.0=537kva626.5kva且因此選兩臺S9630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負(fù)荷所需的備用電源亦由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組均采用Yyn0。4.2 變壓器主接線方案的選擇 按上面考慮的兩種主變壓器方案

13、可設(shè)計下列兩種主接線方案：（1）裝設(shè)兩臺主變壓器的主接線方案，如圖4.1所示 （2）裝設(shè)一臺主變壓器的主接線方案，如圖4.2所示 圖4.1裝設(shè)一臺主變壓器的主結(jié)線方案圖4.2 裝設(shè)兩臺主變壓器的主接線方案4.3 兩種主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表4.1 兩種主接線方案的比較比較項目裝設(shè)一臺主變的方案裝設(shè)兩臺主變的方案技術(shù)指標(biāo)供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質(zhì)量由于一臺主變，電壓損耗較大由于兩臺主變并列，電壓損耗小靈活方便性只一臺主變，靈活性稍差由于有兩臺主變，靈活性較好擴(kuò)建適應(yīng)性稍差一些更好一些經(jīng)濟(jì)指標(biāo)電力變壓器的綜合投資由手冊查得S91000單價為10.76萬元，而由

14、手冊查得變壓器綜合投資約為其單價的2倍，因此其綜合投資為2×10.76萬元=21.52萬元由手冊查得S9630單價為7.47萬元，因此兩臺綜合投資為4×7.47萬元=29.88萬元，比一臺變壓器多投資8.36萬元高壓開關(guān)柜（含計量柜）的綜合投資額查手冊得 GGA（F）型柜按每臺3.5萬元計，查手冊得其綜合投資按設(shè)備價1.5倍計，因此其綜合投資約為4×1.5×3.5=21萬元本方案采用6臺GGA（F）柜，其綜合投資額約為6×1.5×3.5=31.5萬元，比一臺主變的方案多投資10.5萬元電力變壓器和高壓開關(guān)柜的年運(yùn)行費(fèi)參照手冊計算，主變

15、和高壓開關(guān)柜的折算和維修管理費(fèi)每年為4.893萬元（其余略）主變和高壓開關(guān)柜的折舊費(fèi)和維修管理費(fèi)每年為7.067萬元，比一臺主變的方案多耗2.174萬元供電貼費(fèi)按800元/KVA計，貼費(fèi)為1000×0.08=80萬元貼費(fèi)為2×630×0.08萬元=100.8萬元，比一臺主變的方案多交20.8萬元從表4.1可以看出，按技術(shù)指標(biāo)，裝設(shè)兩臺主變的主接線方案略優(yōu)于裝設(shè)一臺主變的主接線方案，但按經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，則裝設(shè)一臺主變的方案優(yōu)于裝設(shè)兩臺主變的方案，因此決定采用裝設(shè)兩臺主變的方案。（說明：如果工廠負(fù)荷近期可有較大增長的話，則宜采用裝設(shè)兩臺主變的方案。）5 短路電流的計算5.1

16、 繪制計算電路 如圖5.1所示 圖5.1 短路計算電路5.2 確定短路計算基準(zhǔn)值設(shè)，即高壓側(cè)，低壓側(cè)，則 5.3 計算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值（1) 電力系統(tǒng) 已知=300MVA,故=100MVA/300MVA=0.3（2) 架空線路 LJ-70的=0.37/km，而線長13km故（3）電力變壓器 查表得，故因此繪短路計算等效電路如圖5.2所示。5.4 10KV側(cè)三相短路電流和短路容量(1) 總電抗的標(biāo)幺值 =0.3+4.36=4.66(2) 三相短路電流周期分量有效值=1.18(3) 短路次暫態(tài)短路電流=1.18KA(4) 短路穩(wěn)態(tài)電流 =1.18KA(5) 短路沖擊電流 =2.551.

17、18KA=3.01KA(6) 短路后第一個周期的短路電流有效值=1.511.18KA=1.78KA(7) 三項短路容量 =21.46MVA5.5 380KV側(cè)三相短路電流和短路容量（1） 總電抗的標(biāo)幺值 =0.3+4.36+4.5=9.16（2） 三相短路電流周期分量有效值=15.72KA（3） 短路次暫態(tài)短路電流=15.72KA（4） 短路穩(wěn)態(tài)電流 =15.72KA（5） 短路沖擊電流 =1.8415.72KA=28.92KA（6） 短路后第一個周期的短路電流有效值=1.0915.72KA=17.14KA（7） 三項短路容量 =10.9MVA以上計算結(jié)果綜合如表5.1表5.1 短路的計算結(jié)果

18、短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-11.181.181.183.011.7821.46l-215.7215.7215.7228.9217.1410.96 變電所一次設(shè)備的選擇校驗6.1 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 如表6.1所示。表6.1 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電 壓電 流斷 流能 力動 穩(wěn)定 度熱 穩(wěn)定 度其 他裝置地點條件參數(shù)數(shù)據(jù)1057.71.183.013.85一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)高壓少油斷路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA512高壓隔離開關(guān)GN-10/20010kV200A25.5Ka500高壓熔斷器RN2-1010

19、kV0.5A50kA電壓互感器JDJ-1010/0.1kV電壓互感器JDZJ-10電流互感器LQJ-1010Kv100/5A31.8Ka81二次負(fù)荷0.6避雷器FS4-1010kV戶 外 式 高 壓隔離開關(guān)GW4-15G/20012kV400A25Kv500表6.1所選一次設(shè)備均滿足要求。6.2 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗如表6.2所示。表6.2 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電 壓電 流斷 流能 力動 穩(wěn)定 度熱 穩(wěn)定 度其 他裝置地點條件參數(shù)數(shù)據(jù)380159815.7228.92594.0一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)低壓斷路器DW15-1500/3D380V1500A40kV低壓斷

20、路器DZ20-630380V630A30kA低壓斷路器DZ20-200380V200A25kA低壓刀開關(guān)HD13-1500/30380V1500A電流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A電流互感器LMZ1-0.5500V100/5160/5避雷器戶外隔離開關(guān)6.3 高低壓母線的選擇 參照表，10kV母線選LMY-3（），即母線尺寸為；380V母線選LMY-3,即母線尺寸為，而中性線母線尺寸為。7 變電所進(jìn)出線以及鄰近單位聯(lián)絡(luò)線的選擇7.1 10kV高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇（1）10kV高壓進(jìn)線的選擇校驗 采用LJ型鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kV公用干線。1) 按發(fā)熱條件選擇 由380V

21、低壓出線的選擇（1）饋電給1號廠房（鑄造車間）的線路 采用VLV22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇 由及地下0.8m土壤溫度，查表8-43，初選纜芯截面，其，滿足發(fā)熱條件。=80.7kW，=78.5kvar的纜心截面小于，不滿足短路熱穩(wěn)定要求，故改選纜芯截面為的電纜，的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜，中性線芯按不小于相線芯一半選擇。（2）饋電給2號廠房（鍛壓車間）的線路 亦采用的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇 由及地下0.8m土壤溫度，查表8-43，初選纜芯截面，其，滿足發(fā)熱條件。=91.21kW，=111.85kva的纜心截面小于，不滿足

22、短路熱穩(wěn)定要求，故改選纜芯截面為的電纜，的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜，中性線芯按不小于相線芯一半選擇。（3）饋電給3、4、5、6、7、8、9、號廠房的線路 亦采用的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)。（ 4 ）饋電給10號廠房（倉庫）的線路 由于倉庫就在變電所旁邊，而且共一建筑物，因此采用的聚氯乙烯絕緣的鋁芯導(dǎo)線BLV-100016型（見表8-30）5根（包括3根相線、一根N線、1根PE線）穿硬塑料管埋地敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇 由及環(huán)境溫度（年最熱月平均氣溫），查表8-41，相線截面初選6，其滿足發(fā)熱條件。按規(guī)定，N線和PE線也都選為6，與相線截面相同，即選用BLV-1000-16塑料導(dǎo)線3

23、根穿內(nèi)徑25mm的硬塑管埋地敷設(shè)。2）校驗機(jī)械強(qiáng)度 查表8-35，最小允許截面積因此上面所選6的導(dǎo)線滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。3) 校驗電壓損耗 所穿選管線，估計長44m，而由查8-39查得,又倉庫的=6.75kW，=3.26kva，因此故滿足允許電壓損耗的要求。（7）饋電給生活區(qū)的線路 采用BLX-1000型鋁芯橡皮絕緣線架空敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇 由及室外環(huán)境溫度為，查表8-40，初選-1240,其時的，滿足發(fā)熱條件。2）校驗機(jī)械強(qiáng)度 查表最小允許截面積，因此-1240滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。 3）校驗電壓損耗 由圖11-2所示工廠平面圖量得變電所至生活區(qū)負(fù)荷中心距離約70m，,又生活區(qū)的=272kW

24、，=78.88kva，因此滿足允許電壓損耗要求。由此可見該電纜滿足允許電壓損耗要求。（3）短路熱穩(wěn)定校驗 按本變電所高壓側(cè)短路校驗，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗，可知纜芯的交聯(lián)電纜是滿足短路熱穩(wěn)定要求的。綜合以上所選變電所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格如表7.1所示。表7.1導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格如表BLV-100016聚氯乙烯絕緣的鋁芯導(dǎo)線（架空）-1240聚氯乙烯絕緣的銅芯導(dǎo)線8 變壓所的防雷保護(hù)8.2 變壓所的防雷保護(hù)（1）直擊雷防護(hù) 在變電所屋頂裝設(shè)避雷針或避雷帶，并引出兩根接地線與變電所公共接地裝置相連。避雷針采用直徑20mm的鍍銀圓鋼，避雷帶采用的鍍鋅扁鋼。（2）雷電侵入波的防護(hù)1）在10kV電源進(jìn)線的終端桿上裝設(shè)FS4-10型閥式避雷器。其引下線采用的鍍鋅扁鋼，下面與公共接地網(wǎng)焊接相聯(lián)，上面與避雷器接地端螺栓連接。2）在10kV高壓配電室內(nèi)裝設(shè)的GG-1A（F）-54型高壓開關(guān)柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主變壓器。主變壓器主要靠此避雷器來防護(hù)雷電侵入波的危害。3)在380V低壓架空出線桿上，裝設(shè)保護(hù)間隙，或?qū)⑵浣^緣子的鐵腳接地，用以防護(hù)沿低壓架空線侵入雷電波。8.3 變電所公共接地裝置的設(shè)計 （1）接地電阻的要求 按表9-23，本變電所的公共接地裝置的接地電阻應(yīng)滿足以下條件： 且 式中 因此公共接地裝置接地電阻應(yīng)滿足（2）接地裝置的設(shè)計 采用長2.5