工厂供电课程-机械厂全厂总降压变电所及配电系统的设计.doc

1、 工厂供电课程设计 机械厂全厂总降压变电所及配电系统的设计 目录1.设计任务书71.1厂区平面图71.2中心用电设备负荷情况71.2.1 负荷类型71.2.2 电源情况81.2.3 供电电价为两部电价81.2.4 气象及其他资料81.3设计内容和要求81.4设计成果92.工厂的负荷计算及电容补偿92.1负荷计算92.2电容补偿162.3按负荷功率矩法确定负荷中心172.4车间变电所位置的确定183.变电所主变压器台数的选择183.1变电所主变压器容量的选择195.主变压器的选择及主接线方案的确定205.2确定主接线方案205.2.1变电所常见的主接线方案205.2.2确定主接线方案216.短路

2、电流计算及高低压开关设备的选择226.1短路电流计算226.2高低压开关设备的选择与校验256.2.1选择与校验的方法256.2.2选择与校验结果266.3高低压母线的选择277.变电所进出线和低压电缆选择287.1 10kV侧高压进线的选择校验287.2由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验287.3 380V低压出线的选择288.防雷和接地保护348.1变电所的防雷保护348.1.1直击雷防护348.1.2雷击侵入波的防护348.2变电所的接地装置的设计348.2.1计算单根钢管的接地电阻348.2.2确定接地钢管数和接地方案348.3避雷针计算349.参考资料：36第 34 页1.设

3、计任务书 题目：机械厂全厂总降压变电所及配电系统的设计1.1厂区平面图1.2中心用电设备负荷情况1.2.1 负荷类型本处置中心绝大部分用电设备属于长期连续负荷。要求不间断供电，停电时间过长将会造成严重的经济损失，故主要车间及附属设备均为二类负荷。(1)负荷运行情况该处置中心为三班工作制，全年工作小时数为8760小时，最大负荷利用小时数为6000小时。(2)负荷表附表1机械厂负荷统计资料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6电镀车间动力9700.40.60.700.80照明501000.70.91.03热处理车间动力12200.40.60.700.80照明501000.70

4、.91.010装配车间动力16200.30.40.650.75照明501000.70.91.07机修车间动力4600.20.30.600.70照明20500.70.91.04锅炉房动力2600.40.60.600.70照明10200.70.91.01仓库动力1100.20.30.600.70照明120.70.91.038铸造车间动力26200.30.40.650.70照明501000.70.91.05锻压车间动力16200.20.30.600.65照明501000.70.91.02金工车间动力6200.20.30.600.65照明501000.70.91.09工具车间动力3200.20.30.

5、600.65照明501000.70.91.0宿舍住宅区照明4200.240.851.2.2 电源情况(1)工厂电源从电业部门某220/35/10千伏变电所，用35或10千伏双回路架空线引入本厂，其中一个作为工作电源，另一个作为备用电源，两个电源并列运行，该变电所距厂东侧8公里。(2)供电电源要求功率因数大于0.90。 （3）供电系统短路技术数据附表2 区域变电所35千伏母线短路数据如下：系统运行方式短路容量说明最大运行方式S（3）kmax=600MVA最小运行方式S（3）kmin=275MVA1.2.3 供电电价为两部电价(1)基本电价:按变压器容量计算,4元/kVA；(2)电度电价:10KV

6、供电时电价为0.80元/kwh 1.2.4 气象及其他资料(1)最热月份平均气温32.2度 (2)冻土层厚度0.7m(3)最热月份平均地温27.3度 (4)地下水位1.5m(5)土地性质 粘土 (6)海拔高度 1021.3m(7)主导风向 西北（冬），东南（夏） (8)年雷暴日 27.3日1.3设计内容和要求(1)确定全部计算负荷。(2)确定主变电所的结构形式、变压器的台数及容量。(3)确定供电系统及供电形式。(4)计算短路电流并选择主要电器设备。(5)确定无功功率补偿装置及其容量。(6)确定变电所的平、立、剖面图以及布置图。(7)确定变电所的接地与照明装置。1.4设计成果(1)设计说明书。(

7、2)变电所的一次与二次系统图。 (3)变电所的平面及立剖面图。2.工厂的负荷计算及电容补偿2.1负荷计算（1）电镀车间： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 计算电流： （2）热处理车间： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 计算电流： （3）装配车间： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 计算电流： （4）机修车间： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 计算电流： （5）锅炉房： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 计算电流： （6）仓库： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 计算电流： （7）铸造车间; 有功计算负荷：

8、 无功计算负荷： 视在计算负荷： 计算电流： （8）锻压车间： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 计算电流： （9）2号金工车间： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 计算电流： （10）9号工具车间： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 计算电流： （11）宿舍住宅区： 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 计算电流： 表2-1负荷计算表位置编号名称类别设备容量 （kW）需要系数计算负荷(kW)(kVar)(kVA)(A)1铸造车间动力26200.30.701.02786801.72.1706.01照明500.71.003503553.18小计

9、2670821801.721157.861759.192电镀车间动力9700.40.71.02388395.76554.23842.07照明500.71.003503553.18小计1020423395.76589.23895.253锻压车间动力16200.20.61.33324430.92540820.45照明500.71.003503553.18小计1670359430.92575873.634热处理车间动力12200.40.71.02488497.76697.141059.2照明500.71.003503553.18小计1270523497.76732.141112.385金工车间动力6

10、200.20.651.17124145.08190.77289.85照明500.71.003503553.18小计670159145.08225.77343.036装配车间动力16200.30.71.02486495.72694.291054.86照明500.71.003503553.18小计1670521495.72729.291108.047工具车间动力3200.20.651.176474.8898.46149.59照明500.71.003503553.18小计3709974.88133.46202.778机修车间动力4600.20.651.1792107.64131.43199.69照明

11、300.71.002102131.91小计490113107.64152.43231.69仓库动力1100.20.651.172225.7433.8551.43照明20.71.001.401.42.13小计11223.425.7435.2553.5610锅炉房动力2600.40.651.17104121.68160243.09照明100.71.0070710.64小计270111121.68167253.7311宿舍住宅区照明4200.240.850.62100.862.50118.59180.18总计（380V侧）3253.23159.44616.02 2602.562685.493739.

12、685681.852.2电容补偿 ，。因此380V侧最大负荷时功率因数为：。要求10kV进线侧最大负荷时功率因数不能低于0.90，因此380V侧功率因数应该大于0.90，取为0.92。 计算需要无功功率补偿容量： 选PGJ1型低压自动补偿屏，方案1和方案2（主屏）各一台与方案3和方案4（辅屏）各七台相组合。总容量：。 无功补偿后，380V侧的负荷计算： 变压器功率损耗： 10kV负荷计算： 表2-2无功补偿前后的计算负荷项目计算负荷/kW/kVar/kVA/A380V侧补偿前0.702602.562685.493739.685681.85无功功率补偿容量1568380V侧补偿后0.922602

13、.561117.492832.334303.28主变压器损耗28.32141.6210kV侧负荷计算0.902630.881259.112916.66168.392.3按负荷功率矩法确定负荷中心 把任务书所给图左边框和下边框分别作为坐标轴的XY轴，测的各车间坐标：1号铸造车间（2.1，2.3）、2号电镀车间（2.3，4.7）、 3号锻压车间（4.0，6.6）、 4号热处理车间（6.0，3.2）、 5号金工车间（6.2，4.4）、 6号装配车间（6.5，5.6）、7号工具车间（6.7，6.7）、8号机修车间（9.1，3.0）、9号仓库（9.4，4.1）、10号锅炉房（13.6，6.4）、宿舍住宅

14、区（0.9，7.2）。 先假设总负荷的负荷中心位于坐标P（x,y）处，则仿照力学中求中心的力矩方程可得： 因此求的负荷中心的坐标为： 图2-1确定负荷中心2.4车间变电所位置的确定 车间变电所分为三处，同样按负荷功率矩法计算得：（1）号车间变电所负责1,、2、3、11处车间负荷，变电所位于2号（2.8,4.94）附近；（2）号处车间变电所负责4、5、6、7, 变电所位于6号(6.9,6.1)附近 ;(3)号处车间变电所负责8、9、10号车间负荷，变电所位于9号(10.2,4)附近。 根据以上计算画出工厂的负荷指示图如下图3-2: 图4-2 工厂的负荷指示图 表4-1 各处车间变电所负荷如下：变

15、电所类型负荷车间车间总计（kVA）(1)户外式1、2、3、112440(2)户外式4、5、6、71823(3)户外式8、9、103543.变电所主变压器台数的选择该厂绝大部分用电设备属于长期连续负荷。要求不间断供电，停电时间过长将会造成严重的经济损失，故主要车间及附属设备均为二类负荷。因此，每个车间变电所应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二类负荷继续供电。3.1变电所主变压器容量的选择 4.4.1 装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量应同时满足以下两个条件： 1)任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的大约60%70%的需要，即 （1） 任一台变压器

16、单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即 3.1 (1)号车间变电所: 3.2 (2)号处车间变电所: 3. 3 (3)号处车间变电所: 由此可选择车间变电所变压器型号参数如下:车间型号额定容量/kVA额定电压/kV联结组标号损耗/W空载电流（%）阻抗电压（%）一次二次空载负载(1)S9-2000/10200010.50.4Yyn03000180000.86(2)S9-1600/10160010.50.4Yyn02400145000.64.5(3)S9-250/1025010.50.4Yyn056030501.245.主变压器的选择及主接线方案的确定5.2确定主接线方案5.2.1变电所常见

17、的主接线方案 （1）采用一台变压器时。高压侧采用负荷开关断路器主接线图（图3-1） 这种主接线由于采用了高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分灵活方便，而且在发生短路故障时，过电流保护装置动作，断路器自动跳闸，如果短路故障已经消除，则可立即合闸恢复供电。但由于高压侧只有一个断路器，如果发生故障或检修时就不得不断电；而且低压侧也只有一路进线，低压断路器或者变压器检修时也将会中断供电。可用于三级负荷或少量二级负荷。 图3-1单台变压器接线(2) 采用两台主变压器时。高压侧采用单母线、低压单母线分段的主接线图（图3-2） 这种主接线适用于装有两台及以上主变压器或具有多路高压出线的变电所，其供电可

18、靠性 较高。当任一变压器检修或/;发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。但在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需要停电。如果有与其他变电所相连的高压或低压联络线时，则可供一二级负荷。 图3-2高压侧采用单母线、低压单母线分段的主接线 5.2.2确定主接线方案 根据任务书要求：绝大部分用电设备属于长期连续负荷，要求不间断供电，停电时间过长将会造成严重的经济损失，所以采用两台主变压器。方案二与方案一比较，经济性差不多，但是方案二要比方案一更可靠，更灵活。因此确定主接线方案为方案二。6.短路电流计算及高低压开关设备的选择 6.1短路电流计算 根据原始资料及所设计

19、方案，画出计算电路，选出短路计算点（图4-1）。 图4-1短路计算电路（1） 确定基准值 取有： （2） 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值： 架空线路的电抗标幺值：架空线LGJ-50，查得线路全长8km,因此 电力变压器的电抗标幺值： 型号S9-2000/（10）查表，则有： （3）最大运行方式下的短路点计算 图4-2最大运行方式时等效电路计算k1点的短路电流总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量： 总电抗标幺值： 三相短路电流周期分量有效值： 其它三相短路电流： 三相短路电流：计算k2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量： 总电抗标幺值 三相短路电流周期分

20、量有效值： 其它三相短路电流： 三相短路电流：（4）最小运行方式下的短路电流计算 图4-3最小运行方式时等效电路 计算k1点的短路电流总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量： 总电抗标幺值： 三相短路电流周期分量有效值： 其它三相短路电流： 三相短路电流：计算k2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量： 总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值： 其它三相短路电流： 三相短路电流： 表4-1短路电流计算结果系统运行方式短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVA最大运行方式K11.991.991.995.073.0036.10K233.7233.7233.7262.0536.752

21、3.42最小运行方式K11.861.861.864.742.8133.78K232.2932.2932.2959.4135.2122.426.2高低压开关设备的选择与校验 6.2.1选择与校验的方法 1.按工作条件选择： （1）按工作电压选择：设备的额定电压不应小于线路的额定电压，即。 （2）按工作电流选择：设备的额定电流不应小于线路的计算电流，即。 （3）按断流能力选择：设备的开断电流或断流容量不能小于设备分断瞬间的短路 电流有效值或短路容量，即。2. 按短路条件校验： 隔离开关、断路器和负荷开关的短路稳定校验： （1）动稳定校验 开关设备的峰值电流不小于其所在处的三相短路冲击电流的瞬时值

22、， 即。 （2）热稳定校验 电流互感器的短路稳定校验：（1） 动稳定校验： 或（2） 热稳定校验： 电流互感器的热稳定试验时间t=1s，因此热稳定校验条件为： 6.2.2选择与校验结果 10kV侧一次设备的选择校验(系统最大运行方式)： 表4-2 10kV侧选择校验结果选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件 参数数据10kV168.39A1.99kA5.04kA7.52一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA高压隔离开关10kV200A_25.5kA高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA_电压互感器JDZ-1010

23、/0.1kA_电流互感器LQJ-1010kV200/5A_避雷器FS4-1010kV_户外隔离开关GW4-12/40012kV400A_25kA380V侧一次设备的选择与校验： 变压器二次侧的设备根据总计算电流以及电压（380V）选择；送往各个车间的线路开关和电流互感器，需根据各车间的计算电流和电压进行选择。 表4-3 380V侧设备选择校验结果选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件 参数数据380V4303A33.72kA62.05kA762额定参数变压器二次侧低压断路器DW17-5000400V5000A100kA低压刀开关HD18-4000380V4000A 电流互感器

24、LMZJ1-0.5-3000380V3000A50kA_送往各车间低压断路器DW15-1600380V1600A40kA_低压断路器DW15-2500380V2500A60kA低压断路器DW15-630380V630A50kA_低压刀开关HD13-1500380V1500A_低压刀开关HD13-1000380V1000A低压刀开关HD13-600380V630A电流互感器LMZJ1-0.5500V2000/5A1500/5A630/5A电流互感器LMZ10.5500V400/5A315/5A200/5A6.3高低压母线的选择根据高低压电压等级选择10kV侧母线型号为LMY-3(404),35时

25、允许载流量，满足发热条件。380V侧母线选择型号为LMY-3(12510)+638。7.变电所进出线和低压电缆选择7.1 10kV侧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公用电源干线。（1） 按发热条件选择 线路最大运行方式时，总负荷的计算电流，室外环境温度，选择LGJ-50，其中时允许持续载流量，满足发热条件。（2） 校验机械强度 查表，钢芯铝绞线架空裸导线在610kV的允许最小截面为25，所以LGJ-50满足机械强度要求。 由于线路很短，不需要校验电压损耗。7.2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型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地

26、敷设。（2） 按发热条件选择 由线路最大负荷时的计算电流，土壤温度，选择3芯交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，型号YJL22-10000-395，其，满足发热条件。（3） 校验短路热稳定。 因此，YJL22-10000-395满足要求。7.3 380V低压出线的选择 1.送给电镀车间 电镀车间采用聚氯乙烯绝缘铜芯导线BV-1000型穿硬塑料管埋地敷设。（1）按发热条件选择 车间最大负荷时计算电流253.73A，选择穿硬塑料管埋地敷设。管径75mm。 地下温度27.3时，允许最大载流量，满足发热条件。（2） 校验电压损耗 变电站至电镀车间距离约为24m，P=423kW,Q=395.76 ，满足允许电压损耗

27、的要求。（3）机械强度校验查表，穿管敷设的绝缘导线线芯的最小允许截面，满足机械强度要求。2. 送电给热处理车间。（1） 按发热条件选择 车间最大负荷时计算电流1112.38A，负荷较大，选择三条VLV型电缆对其供电，即埋地敷设。 地下温度27.3时，允许最大载流量，满足发热条件。（2） 校验电压损耗 距离变电站约160m，P=523kW,Q=497.76kW ，满足允许电压损耗的条件。3送电给装配车间（1） 按发热条件选择 车间最大负荷时计算电流1108.04A，负荷较大，选择三条VLV型电缆对其供电，即埋地敷设。 地下温度27.3时，允许最大载流量，满足发热条件。（2） 校验电压损耗 距离变

28、电站约16m，P=521kW,Q=495.72kW ，满足允许电压损耗的条件。 4. 送给机修车间（1）按发热条件选择 车间最大负荷时计算电流231.60A，选择埋地敷设。地下温度27.3时，允许最大载流量，满足发热条件。（2）校验电压损耗 距离变电站约48m，P=113kW,Q=107.64kW ，满足允许电压损耗的条件。5. 送给锅炉房 因为有河流，埋地敷设不方便，所以架空敷设。电流较大，线路较长，需要满足一定的机械强度。采用LGJQ型架空敷设。（1）按发热条件选择 车间最大负荷时的计算电流，环境温度32.2，选择LGJQ-500型。其允许载流量，满足发热条件。 （2）校验电压损耗 距离变

29、电站约140m，P=111kW,Q=121.68 ，满足允许电压损耗的条件。（3） 校验机械强度 查表，轻型钢芯铝绞线在610kV允许最小截面为25，满足机械强度。6. 送给仓库 仓库用电量较小，采用聚氯乙烯绝缘铜芯导线BV-1000型穿硬塑料管埋地敷设。（1）按发热条件选择 车间最大负荷时计算电流53.56A，选择+125穿硬塑料管埋地敷设。管径40mm。 地下温度27.3时，允许最大载流量，满足发热条件。（2）校验电压损耗 距离变电站约32m，P=23.4kW,Q=25.74kW ，满足允许电压损耗的条件。（3）机械强度校验 查表，穿管敷设的绝缘导线线芯的最小允许截面，满足机械强度要求。7

30、. 送给 铸造车间（1） 按发热条件选择 铸造车间负荷电流很大，。需要3根VV-1000型铜芯线对其供电，即埋地敷设。 地下温度27.3时，允许最大载流量，满足发热条件。（2） 校验电压损耗 距离变电所100m，P=821kW，Q=801.75kW ，满足允许电压损耗的要求。8.送给锻压车间（1） 按发热条件选择 最大负荷时，计算电流，选择3根VLV-1000型铝芯导线对其供电，即埋地敷设。 地下温度27.3时，允许最大载流量，满足热稳定条件。（2） 校验电压损耗 距变电所距离为112米P=359kW，Q=430.92kW 满足允许的电压损耗的要求。9. 送给金工车间（1） 按发热条件选择最大

31、负荷时，计算电流，选择VV-1000-3300+1150埋地敷设。地下温度27.3时，允许最大载流量，满足发热条件。（2） 电压损耗校验 金工车间至变电所距离88m，P=159kW,Q=145.08kW ,满足电压损耗条件。10. 送给工具车间（1） 按发热条件选择 最大负荷时，计算电流，选择VV-1000-3300+1150埋地敷设。 地下温度27.3时，允许最大载流量，满足发热条件。（2） 电压损耗校验 至变电所距离28m，P=99Kw Q=74.88kW ，满足允许的电压损耗要求。11.送给宿舍住宅区 因为需要穿过大街，埋地敷设不方便，所以采用架空敷设。 宿舍住宅区负荷计算电流，距离变电

32、所232米，初选型号BLX-10001185+195架空敷设。P=100.8KW Q=62.50kW 查表，绝缘架空线最小截面积，满足机械强度要求。电缆型号 车间名称BV-1000电镀车间、仓库 热处理车间、装配车间、金工车间机修车间、工具车间LGJQ型架空锅炉房铸造车间锻压车间BLX-10001185+195架空宿舍8.防雷和接地保护 8.1变电所的防雷保护 8.1.1直击雷防护在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所，如果变电所所在

33、其他建筑物的直击雷保护范围内时，则可不另设独立的避雷针，按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻。 通常采用3-6根长2.5m的钢管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6m。接地管间用40mm4mm的镀锌扁钢焊接相接。引下线用25mm4mm的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接；上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁钢，长11.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。8.1.2雷击侵入波的防护（1） 在10kV电源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器。引下线采用25mm4mm的

34、镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。（2） 在10kV高压配电室内装设有GG-1A（F）-54型开关柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。（3） 在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。8.2变电所的接地装置的设计 8.2.1计算单根钢管的接地电阻根据设计任务书可知，工厂区域地点的土壤性质为粘土，厂地下水位为1.5m。所以：电阻率=60/m，接地体的顶面埋设深度为0.8m，用长2.5m，直径50mm的钢管作为人工接地体。单根接地体电阻为8.2.2确定接地钢管数和接地方案8.3避雷针计算（3） 当避雷针高度hhr时 （1）在距地面hr处做一平行地面的平行线。 （2）以避雷针的针尖为圆心，hr为半径，做弧线交 于平行线的A，B两点。 （3）以A，B为圆心，hr为半径做弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切。从此弧线起到地面上的整个锥形空间，就是避雷针的保护范围。 （4）避雷针在被保护物高度hx的xx平面的保护半径，按下式计算： （5）避雷针在地面的保护半径为 2. 当避雷针高度hhr时在避雷针上取高度hr的一点代替单只避雷针的针尖做圆心，其余同上根据该配电室长20.7m，宽9m，高6m。查表得滚球