某機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)

1、山 東 理 工 大 學(xué)供配電實(shí)用技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：某機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)電氣與電子工程學(xué)院2011.11.1一、 設(shè)計(jì)題目某機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)二、 設(shè)計(jì)要求要求根據(jù)本廠所取得的電源及本廠用電負(fù)荷的實(shí)際情況，并適當(dāng)考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，確定變電所的位置與型式，確定變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)與容量，選擇變電所主接線方案及高低壓設(shè)備與進(jìn)出線，確定二次回路方案，選擇整定繼電保護(hù)裝置，確定防雷和接地裝置。最后按要求寫出設(shè)計(jì)說明書，繪制設(shè)計(jì)圖紙。三、 設(shè)計(jì)依據(jù)1） 工廠負(fù)荷情況：本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用時(shí)數(shù)為4000h，日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)

2、間為4h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬于二級(jí)負(fù)荷外，其余為三級(jí)負(fù)荷。低壓動(dòng)力設(shè)備均為三相，額定電壓為380V。照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V。本廠的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如圖所示。2） 供電電源情況：按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽訂的供用協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條10kV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參考工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-95,導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為1m，干線首端距本廠8km，該干線首端所裝高壓斷路器的斷流容量為500MVA，此斷路器配備有定時(shí)限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，其定時(shí)限過電流保護(hù)整定的動(dòng)作時(shí)間為1.5s。為滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求，可采用高壓或低

3、壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長(zhǎng)度達(dá)150km，電纜線路總長(zhǎng)度25km。3） 氣象資料：本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為38，年平均氣溫為23，年最低氣溫為15，年最熱月平均最高氣溫為32，年最熱月平均氣溫為28，年最熱月地下0.8m處平均氣溫為21。年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，年雷暴日數(shù)為12。4） 地質(zhì)水文資料：本廠所在地區(qū)平均海拔120m，地層為沙粘土為主，地下水位為3m。5） 電費(fèi)制度：本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T達(dá)成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計(jì)量電能，設(shè)專用計(jì)量柜，按照兩部電費(fèi)制度繳納電費(fèi)。每月基本電費(fèi)按主變壓器容量為4元/kVA，動(dòng)力電費(fèi)為0.6元/kWh，照明電費(fèi)

4、為0.55元/kWh。本廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.9。 6）工廠總平面圖見下圖： 工廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料表：序號(hào)用電名稱負(fù)荷性質(zhì)設(shè)備容量kW需要系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間動(dòng)力2300.20.40.650.7照明50.70.91.02鍛壓車間動(dòng)力3000.20.30.60.65照明60.70.91.03金工車間動(dòng)力2400.20.30.60.65照明60.70.91.04工具車間動(dòng)力2000.20.40.60.65照明50.70.91.05電鍍車間動(dòng)力3200.40.60.70.8照明60.70.91.06熱處理車間動(dòng)力1800.40.60.70.8照明50.70.91.07裝配車間動(dòng)力1200.

5、30.40.650.7照明50.70.91.08機(jī)修車間動(dòng)力1300.20.30.60.7照明40.70.91.09鍋爐房動(dòng)力800.40.60.60.7照明20.70.91.010倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力250.20.30.60.7照明10.70.91.011宿舍2000.60.81.0總平面圖四、 設(shè)計(jì)任務(wù)要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成下列工作量：1、 設(shè)計(jì)說明書包含：1） 目錄2） 前言3） 負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償4） 變電所位置和型式的選擇5） 變電所主變壓器臺(tái)數(shù)和容量及主接線方案的確定6） 短路電流計(jì)算7） 變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)8） 變電所所址選擇及平面布置圖（不畫剖面圖）9） 專題：變壓器繼電保護(hù)整

6、定計(jì)算（或防雷選擇與計(jì)算）10） 參考文獻(xiàn)2、 設(shè)計(jì)圖紙變電所主接線圖一張A3，五、 設(shè)計(jì)時(shí)間2011年11月1日至2011年12月9日六、 考核方法成績(jī)按五級(jí)考核，分為優(yōu)、良、中、及格和不及格。成績(jī)包括：設(shè)計(jì)說明書-50分圖紙-20分答辯-30分其他沒有說明的事情可根據(jù)具體情況處理。 指導(dǎo)教師： 鄧洪偉 2011年11月1日前言為使工廠供電工作很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實(shí)保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，本設(shè)計(jì)在大量收集資料，并對(duì)原始資料進(jìn)行分析后，做出35kV變電所及變電系統(tǒng)電氣部分的選擇和設(shè)計(jì)，使其達(dá)到以下基本要求：1、安全 在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不發(fā)生人身事故和設(shè)備事故

7、。2、可靠 滿足電能用戶對(duì)供電可靠性的要求。3、優(yōu)質(zhì) 滿足電能用戶對(duì)電壓和頻率等質(zhì)量的要求4、經(jīng)濟(jì) 供電系統(tǒng)的投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，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，又合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)等關(guān)系，既照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點(diǎn)，顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50052-95 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范、GB50059-92 35110kV變電所設(shè)計(jì)規(guī)范、GB50054-95 低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范等的規(guī)定，工廠供電設(shè)計(jì)遵循以下原則：1、遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；遵守國(guó)家的有關(guān)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行國(guó)家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。2、安全

8、可靠、先進(jìn)合理；做到保障人身和設(shè)備的安全，供電可靠，電能質(zhì)量合格，技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理，采用效率高、能耗低和性能先進(jìn)電氣產(chǎn)品。3、近期為主、考慮發(fā)展；根據(jù)工作特點(diǎn)、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，做到遠(yuǎn)近結(jié)合，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能性。4、全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。按負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計(jì)方案。工廠供電設(shè)計(jì)是整個(gè)工廠設(shè)計(jì)中的重要組成部分。工廠供電設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn)及發(fā)展。 目 錄一、負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償71負(fù)荷計(jì)算72無功功率補(bǔ)償8二、變電所主變壓器和主結(jié)線方案的選擇81變電所主變壓器選擇82變壓器主結(jié)線方案的選擇83兩種主結(jié)線方案的技術(shù)

9、經(jīng)濟(jì)比較9三、變電所短路電流的計(jì)算101繪制計(jì)算電路102確定基準(zhǔn)值103短路電路中各元件的電抗標(biāo)么值10410.5KV側(cè)k-1點(diǎn)的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量1150.4KV側(cè)k-2點(diǎn)的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量11四、變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)12110KV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)122380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)12五、變電所二次回路的選擇及繼電保護(hù)的整定131二次回路選擇132繼電保護(hù)的整定13附錄：參考文獻(xiàn)15附錄：變電所主接線圖圖紙16一、 負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償1 負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷計(jì)算在負(fù)荷計(jì)算時(shí)，采用需要系數(shù)法對(duì)各個(gè)車間進(jìn)行計(jì)算，并將照明和動(dòng)力部分分開計(jì)算，照明部分

10、最后和宿舍區(qū)照明一起計(jì)算。單組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算式: 有功計(jì)算負(fù)荷 無功計(jì)算負(fù)荷 視在計(jì)算負(fù)荷 計(jì)算電流 運(yùn)用公式對(duì)各車間進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算如下表。表1工廠負(fù)荷計(jì)算表序號(hào)用電名稱負(fù)荷性質(zhì)設(shè)備容量kW需要系數(shù)Kd功率因數(shù)tan計(jì)算負(fù)荷P30/kwQ30/kvarS30/kvarI30/A1鑄造車間動(dòng)力2300.30.651.176980.73106.15161.3照明50.81.004046.12鍛壓車間動(dòng)力3000.30.61.3390119.7150228照明60.81.004.804.87.33金工車間動(dòng)力2400.30.61.337295.76120182照明60.81.004.804.8

11、7.34工具車間動(dòng)力2000.30.61.336079.8100151.9照明50.81.004046.15電鍍車間動(dòng)力3200.50.71.02160163.2228.57347.3照明60.81.004.804.87.36熱處理車間動(dòng)力1800.50.71.029091.8128.57195.3照明50.81.004046.17裝配車間動(dòng)力1200.40.651.174856.1673.85112.2照明50.81.004046.18機(jī)修車間動(dòng)力1300.30.61.333951.876598.8照明40.81.003.203.24.99鍋爐房動(dòng)力800.50.61.334053.266.

12、7101.3照明20.81.001.601.62.410倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力250.30.61.337.59.97512.519照明10.81.000.800.81.211宿舍2000.71.001400140212.7合計(jì)851.5802.212271865有功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)取無功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)取80976211111688說明：考慮到發(fā)展性原則以及安全性原則，本表中所有需要系數(shù)均取最大值，所有功率因數(shù)均取最小值。變壓器損耗估算Pb=1%S30=0.01×1111=11.11kwQb=5%I30=0.05×1688=84.4kvar2 無功功率補(bǔ)償 由表1可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷是的

13、功率因數(shù)只有0.728.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)該低于0.90?？紤]到變壓器的無功功率損耗Qb，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有功功率損耗Pb，因此，在變壓器的10kV側(cè)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償時(shí)，其補(bǔ)償后的功率因素應(yīng)稍大于0.9，現(xiàn)設(shè)cos=0.97，則10kV側(cè)在補(bǔ)償前的功率因素為: =809/1111=0.728因此，所需要的補(bǔ)償容量為： 選取選并聯(lián)電容器為BCMJ0.4143型，總共容量14kvar40=560kvar。10kV側(cè)在補(bǔ)償后的負(fù)荷及功率因素計(jì)算：=820.11/868.7=0.94因此無功功率補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和10V側(cè)的負(fù)荷計(jì)算如表2。表2 無功功率補(bǔ)償后工廠的計(jì)算負(fù)

14、荷項(xiàng)目cos計(jì)算負(fù)荷P30/kwQ30/kvarS30/kvaI30/A380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.72880976211111688380V側(cè)無功補(bǔ)償容量-560380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷0.978092028341267主變壓器功率損耗11.1184.410KV側(cè)負(fù)荷總計(jì)0.94820.11286.4868.750.2二、 變電所位置和型式的選擇本處雖然老師給出了負(fù)荷中心的位置，但是由于負(fù)荷中心與工廠的所有車間都隔著一條大街，而且，變電所屬于易燃易爆場(chǎng)所，應(yīng)該遠(yuǎn)離宿舍區(qū)域。最后，變電所在廠區(qū)外不便于管理，故我選擇靠近負(fù)荷中心的位置車間1與車間4 車間5之間的位置，大致符合變電所選址標(biāo)準(zhǔn)：（1） 盡量

15、靠近負(fù)荷中心。（2）進(jìn)出線方便（靠近工廠外圍）。（3）接近電源側(cè)。（4）設(shè)備運(yùn)輸方便（靠近工廠大門）。（5）工廠廠區(qū)常年東北風(fēng)。變電所選取在東北方位，處于上風(fēng)頭，不會(huì)有太多的雜質(zhì)積聚。（6）不靠近廁所浴室。變電所位置如下圖圖一圖一三、 變電所主變壓器和主結(jié)線方案的選擇1 變電所主變壓器選擇根據(jù)工廠的負(fù)荷性質(zhì)和電源情況，工廠變電所的主變壓器可有下列兩種方案：（1）裝設(shè)一臺(tái)主變壓器型式采用S9系列的，選SN.T=100KVA>S30=868.7KVA，即選一臺(tái)S9100/10（6）型低損耗配電變壓器。至于工廠二級(jí)負(fù)荷的備用電源，由與鄰近單位相聯(lián)的低壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。（2）裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器型號(hào)采

16、用S9系列的變壓器，而每臺(tái)容量為： 因此 選每臺(tái)臺(tái)變壓器的容量為630kar因此選兩臺(tái)S9630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級(jí)負(fù)荷的備用電源由與鄰近單位相聯(lián)的低壓聯(lián)絡(luò)線承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組別均采用。2 變壓器主結(jié)線方案的選擇按上面考慮的兩種主變壓器的方案可設(shè)計(jì)下列兩種主結(jié)線方案：（1） 裝設(shè)一臺(tái)主變壓器的主結(jié)線方案 如圖1（2） 裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的主結(jié)線方案 如圖2變壓所主接線圖如下圖： 變配電所總體布置如下：（3） 兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表3 兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較比較項(xiàng)目裝設(shè)一臺(tái)主變的方案裝設(shè)兩臺(tái)主變的方案技術(shù)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)

17、量由于一臺(tái)主變電壓損耗大兩臺(tái)并聯(lián)，電壓損耗略小靈活方便性只一臺(tái)主變，靈活性稍差靈活性較好擴(kuò)建適應(yīng)性稍差一些幾乎不能再擴(kuò)建更好一些經(jīng)濟(jì)投資金額投資低投資高從上表可以看出，裝設(shè)兩臺(tái)主變的主結(jié)線方案略優(yōu)于裝設(shè)一臺(tái)主變的主結(jié)線方案，裝設(shè)一臺(tái)主變的方案不能滿足發(fā)展的需要，因此決定采用裝設(shè)兩臺(tái)主變的方案。四.變電所短路電流的計(jì)算繪制短路計(jì)算電路 圖4短路計(jì)算電路1. 確定短路計(jì)算基準(zhǔn)值設(shè)，即高壓側(cè)，低壓側(cè)，則 2. 計(jì)算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值（1）電力系統(tǒng) 已知Soc=500MVA，故（2）架空線路 LGJ-95的X0=0.36，而線路長(zhǎng)6km，故（3）電力變壓器 查表2-8，得，故因此繪短路計(jì)算等

18、效電路如圖5.2所示。2.5圖5 等效電路3.10KV側(cè)三相短路電流和短路容量（1） 總電抗標(biāo)幺值（2）三相短路電流周期分量有效值（3）其他短路電流（4）三相短路容量 4. 380KV側(cè)三相短路電流和短路容量（1）總電抗標(biāo)幺值（2）三相短路電流周期分量有效值（3）其他短路電流（4）三相短路容量以上計(jì)算結(jié)果綜合如表5.1表5.1 短路的計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-12.332.332.335.943.5242.37k-224.3724.3724.3744.8426.5616.9五 變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn) 1 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn) 如表6.1所示。表 5

19、10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目電 壓電 流斷 流能 力動(dòng) 穩(wěn)定 度熱 穩(wěn)定 度其 他裝置地點(diǎn)條件參數(shù)數(shù)據(jù)1050.22.335.944.7一次設(shè)備型號(hào)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RN2-10/0.510kV0.5A50kA電壓互感器JDJ-1010/0.1kV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5所選一次設(shè)備均滿

20、足要求。2 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn) 如表6所示。表6 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目電 壓電 流斷 流能 力動(dòng) 穩(wěn)定 度熱 穩(wěn)定 度其 他裝置地點(diǎn)條件參數(shù)數(shù)據(jù)380126724.3744.84433.4一次設(shè)備型號(hào)規(guī)格額定參數(shù)低壓斷路器DW15-1500/3D380V1500A40kA低壓斷路器DZ20-1500380V1500A30kA低壓斷路器DZ20-1500380V1500A25kA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表6所選一次設(shè)備均滿足要求。六 變

21、電所進(jìn)出線的選擇1. 10kV高壓進(jìn)線的選擇（1）10kV高壓進(jìn)線的選擇校驗(yàn) 采用LJ-50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 由及室外環(huán)境溫度，初選LJ-16，其30攝氏度時(shí)的滿足發(fā)熱條件。2）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度 查表得最小允許截面，因此按發(fā)熱條件選擇的LJ-16不滿足機(jī)械強(qiáng)度要求，故改選LJ-50。由于此線路很短，不需校驗(yàn)電壓損耗。3）校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定 按式計(jì)算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面式中C值由附表7查得；按終端變電所保護(hù)動(dòng)作時(shí)間1.5s，加斷路器斷路時(shí)間0.1s，再加0.05s計(jì)，故。因此LJ50-350電纜滿足短路熱穩(wěn)定條件。2. 380V低壓出線的選擇由于本設(shè)計(jì)中含

22、有十個(gè)車間外加一個(gè)工廠，眾多線路校驗(yàn)比較麻煩，而且各個(gè)工廠功率相近，再考慮到發(fā)展性原則，為方便各個(gè)車間以后擴(kuò)建，所以，本處只校驗(yàn)5號(hào)車間電鍍車間進(jìn)行選線。（1）饋電給5號(hào)車間（鑄造車間）的線路 采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇 由及地下0.8m土壤溫度，查表，初選芯線截面，其，滿足發(fā)熱條件。2）校驗(yàn)電壓損耗 由圖3.1所示工廠平面圖量得變電所至5號(hào)廠房距離約為30m，而查得的銅芯絕緣導(dǎo)線（按纜芯工作溫度65度），X=0.18 ，又5號(hào)廠房的，因此按式得：故滿足允許電壓損耗的要求。3) 短路熱穩(wěn)定度校驗(yàn) 按式計(jì)算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面由于前面按發(fā)熱條件所選的纜心

23、截面小于，所以 滿不足短路熱穩(wěn)定要求，故選芯截面為的線，即選BLX-300型橡皮絕緣銅線.所以 所有車間和宿舍區(qū) 選用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。表5.1變電所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號(hào)規(guī)格線路名稱導(dǎo)線或電纜的型號(hào)規(guī)格10kV電源進(jìn)線LJ-50鋁絞線（三相三線架空）380V低壓出線至1號(hào)廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至2號(hào)廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至3號(hào)廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至4號(hào)廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至5號(hào)廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至6號(hào)廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至7號(hào)廠房采用BLX-3