工厂供电某机械厂降压变电所的电气设计.doc

1、目录1、前言-12、负荷计算和无功功率补偿-43、变电所位置和型号的选择-54、变电所主变压器台数和容量、类型的选择-65、变电所主接线方案的设计-66、短路电流的计算-67、变电所一次设备的选择和校验-78、变电所进出线的选择和校验-89、防雷保护和接地装置的设计-1110、附录参考文献-13前言一、目的 通过课程设计，系统地复习、巩固工厂供电的基本知识，提高设计计算能力和综合分析能力，为今后的工作奠定初步的基础。二、任务某机械厂降压变电所的电气设计 三、基本要求 按照国家标准GB50052-95供配电系统设计规范、GB50053-9410KV及以下变电所设计规范及GB50054-95低压配

2、电设计规范等规范，进行工厂供电设计。做到“安全、可靠、优质、经济”的基本要求。并处理好局部与全局、当前与长远利益的关系，以便适应今后发展的需要，同时还要注意电能和有色金属的节约等问题。四、设计依据1. 工厂总平面图（如附图1所示）。2. 工厂负荷情况 本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉车间属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1所示。表1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/KW需要系数功率因数1铸造车间动力3000.30.70照明60.81.02锻压车间动力3500.30.65照明80.

3、71.07金工车间动力4000.20.65照明100.81.06工具车间动力3600.30.60照明70.91.04电镀车间动力2500.50.80照明50.81.03热处理车间动力1500.60.80照明50.81.09装配具车间动力1800.30.70照明60.81.010机修车间动力1600.20.65照明40.81.08锅炉房动力500.70.80照明10.81.05仓库动力200.40.80照明10.81.0生活区照明3500.70.903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，本厂可由附近一条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

4、的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8Km。干线首端所装设的高压断路器断流容量500MVA。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，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。已知与本厂高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。4气象资料 本厂所在地区的年最高气温为38oC，年平均气温为23oC，年最低气温为-8oC，年最热月平均最高气温为33oC，年最热月平均气温为26oC，年最热月地下0.8m处平均温度为25oC。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为

5、20。5地质水文资料 本厂所在地区平均海拔500m，地层以杀粘土为主，地下水位2m。6电费制度本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量计为18元/KVA，动力电费为0.20元/KWh，照明电费为0.50元/KWh。工厂最大负荷时的功率因数不低于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。五、设计任务1. 设计说明书（需包括）：1) 前言。2) 目录。3) 负荷计算和无功功率补偿。4) 变电所位置和型号的选择。5) 变电所主变压器台数和容量、类型的选择。

6、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和校验。10) 防雷保护和接地装置的设计。11) 附录参考文献。2. 设计图样（需包括）：1) 变电所主接线图1张（A2图样）。2) 变电所平、剖面图1张（A2图样）。3) 变电所防雷、接地平面图1张（A4图样）六、设计时间2010年8月23日至2010年9月3日（2周）1、负荷计算和无功功率补偿1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式有功功率 P30=KdPe （kw）无功功率 Q30= P30tan (kvar)视在功率 S30= P30cos (kvA)计算电流 I30= S30U

7、N (A)1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式有功功率 P30=KPP30i无功功率 Q30=KqQ30i视在功率 S30=(P302Q302)经过计算，得到各车间和总的计算负荷，如下表所示：编号名称有功功率（kw）无功功率(kvar)视在功率（kvA）计算电流（A）1铸造车间94.891.8132200.62锻压车间110.6122.9165.3250.77金工车间8893.6128.5195.26工具车间114.3143.6183.5278.84电镀车间12993.8159.5242.33热处理车间9467.5115.7175.89装配具车间58.855.180.6122.510机修车间

8、35.237.451.478.18锅炉房35.826.344.467.55仓库8.8610.716.3生活区245117.6271.8413合计1014.3855.6乘以KP=0.8，Kq=0.85后811.4727.31089.61655.5功率补偿采用并联电容器的方法。补偿前功率因数cos= P30S30=811.41089.6=0.74因为工厂最大负荷时的功率因数不低于0.90，所以取cos1=0.92所以无功补偿容量Qc= P30（tancos-1- tancos-11） =811.4*（tancos-10.74- tancos-10.92） =392 kvar 取Qc=420 选PG

9、J1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用一台主屏与四台辅屏组合。补偿后，有功功率保持不变无功功率Q301= Q30-Qc=727.3-420=307.3 kvar 视在功率S301=(P302Q302)=867.6 kvA 计算电流I30= S301UN =1318.2 A 功率因数cos= P30S301=0.94主变压器功率损耗 PT=0.015 S301=13QT=0.06 S301=52所以10KV侧计算负荷 P30(2)= P30+PT=824.4 kw Q30(2)= Q30-Qc+QT=359.3 kvar S30(2)= (P302Q302)=899.3

10、kvA I30(2)= S30(2) UN =52 A补偿后，主变压器容量选择1000kvA就可以满足负荷需要，计算电流也减小了。2、变电所位置和型号的选择考虑变电所的位置应尽量接近负荷中心，且进出线方便及周围环境因素，便于设备运输的方位。所以决定在6号车间的东侧建造变电所。类型选为附设式。3、变电所主变压器台数和容量，类型的选择因为补偿后视在功率为899.3kvA，考虑主变压器容量应大于899.3kvA，选择容量为1000kvA的变压器，出于经济因素考虑，装设一台变压器得方案优于装设两台变压器的方案，所以主变压器选择一台型号为S9-1000/10(6)型变压器。对于工厂部分二级负荷备的要求可

11、采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。4、变电所主接线方案的设计选择一台主变压器,型号为S9-1000/10(6)，在隔离闸刀出现进行拼接，通过高压断路器控制变压器，并有一个断路器进行低压联络，对于工厂二级负荷所需的备用电源，则由邻近单位的高压联络线承担。5、短路电流的计算基准电流Id=SdUd (基准容量Sd，基准电压Ud=1.05UN) 电力系统中，电抗标幺值X1 * = SdSOC 架空线路中，电抗标幺值X 2* = X0LSdUd2 （线路电抗X0） 电力变压器中电抗标幺值X 3* =UK%Sd100SN (变压器的短路电压百分值UK%，变压器额定容量SN) 短路电路如下图所示：S9

12、-1000/10LGJ-150 8KM查表可知： Sd=100MVA, SOC=500MVA, XO=0.36km, L=8km, UK%=4.5对于K-1点： UN1=10KV, Ud1=1.05 UN1=10.5KV Id1= SdUd1=5.5KA XK-1 *= X1 *+ X 2*=100500+0.36*8*10010.52=0.2+2.6=2.8 三相短路电流周期分量有效值 IK-1 *= Id1XK-1 *=1.96KA I =I= IK-1 *=1.96KAish=2.55 I=5KA, Ish=1.51 I=2.96KA 三相短路容量SK-1= SdXK-1 *=1002.

13、8=35.7MVA对于K-2点：UN2=0.38KV, Ud2=1.05 UN2=0.4KV Id2= SdUd2=144.3KA XK-2*=X1*+X 2*+X3*=2.8+4.5*100*1000100*1000=2.8+4.5=7.3 三相短路电流周期分量有效值IK-2 *= Id2XK-2 *=19.7KA I =I= IK-1 *=19.7KA ish=1.84 I=36.2KA, Ish=1.09 I=21.5KA 三相短路容量SK-2=SdXK-2 *=1007.3=13.7MVA短路电流计算表短路计算点I =I= IK *(KA)ish(KA)Ish(KA)SK(MVA)K-

14、11.9652.9635.7K-219.736.221.513.76、变电所一次设备的选择和校验 高压设备的额定电压或最高工作电压不应小于所在回路的工作电压。高压设备的额定电流不应小于该回路的工作电流。即UE1.15UN=11.5KV.动稳定度校验条件： imaxish,或ImaxIsh, （ imax, Imax为开关极限通过的电流峰值和有效值）热稳定度校验条件： It2tI2t6.1 10KV侧一次设备的选择和校验设备名称设备型号额定电压额定电流额定开断电流IOC热稳定度I2t动稳定度imax高压少油断路器SN10-10I/63010KV630KA16KA162*2=51240KA高压隔离

15、开关GN68-10/20010KV200A102*5=50025.5KA高压熔断器RN2-1010KV0.5A50KA电压互感器JDJ-1010/0.1KVJDZJ-1010/0.1/0.1/3 KV电流互感器LQJ-1010KV100/5A避雷针FS4-1010KV(90*0.1)2=8131.8KA户外隔离开关GW4-1240012KV400A102*5=50025KA6.2 380V侧一次设备的选择和校验设备名称设备型号额定电压UN额定电流IN低压断路器DW15-15003D380V1500ADW20-630380V630A低压断路器DW20-200380V200AHD13-150030

16、380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V15005ALMZ1-0.5500VIN=1005A1605A6.3 高低压母线的选择 经查表得：10KV母线选LMY-3(404mm),母线相应尺寸为40mm4mm 380V母线选LMY-3(12010) 806,母线相应尺寸为，相线120mm10mm, 中性线80mm6mm7、变电所进出线的选择和校验7.1 (1) 10KV高压进线选用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设按发热条件选择 由I30= 57.7 A及年最热月平均温度33o查表选LGJ-35型，其35o时I=149A I30,满足条件。按机械强度选择 LGJ-35型满足最小截面25mm

17、2所以10KV高压进线选择LGJ-35型(2) 由配电室到主变压器之间的电缆选用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆埋地敷设 按发热条件选择 由I30=57.7A及年最热地下平均温度25o查表选截面为25mm2，其I=90A I30,满足条件。 按热稳定度选择 材料热稳定系数C=77,t=0.5+0.2+0.05=0.75 Amin= IC，I=1960A带入得Amin=22 mm225mm2,满足条件。 所以选用YJL22-10000-325型7.2 380V低压出线的选择和校验（埋地敷设）（1） 1号铸造车间 选用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆按发热条件选择 由I30

18、=200.6A及年最热地下平均温度25o查表选截面为120mm2,其25o时I=212A I30,满足条件。按电压损耗选择 查得120 mm2铝芯电缆的R0=0.31km，XO=0.07km，一号车间的P30=94.8kw，Q30=91.8，车间离变电所大约100m，得 U=( P30ROL+ Q30XOL) UN=9.4VU%=UUN100%=2.5%5%，所以满足条件。按热稳定度选择 材料热稳定系数C=77,t=0.5+0.2+0.05=0.75 Amin= IC=1970077=221.6 mm2125mm2，满足条件，所以选用截面为240 mm2的电缆，即选VLV22-1000-324

19、0+1120的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆（2） 2号锻压车间，7号金工车间，6号工具车间，4号电镀车间，3号热处理车间，9号装配具车间，10号机修车间，8号锅炉房的配线均同铸造车间一样，选用选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆（3） 5号仓库，根据所得负荷计算看，负荷小，且离变电所距离较近，所以选用BLV-1000型聚录乙烯绝缘铝芯导线5根穿硬塑料管埋地敷设即可。 按发热条件选择 由I30=16.3A及年最热地下平均温度25o查表选截面为4mm2,其I=19A I30,满足条件。 按机械强度选择 其Amin=2.5 mm24mm2，满足条件 所以选择BLV-100

20、0-14型5根聚录乙烯绝缘铝芯导线穿硬塑料管埋地敷设。（4） 生活区采用LJ型铝绞线架空敷设。 按发热条件选择 由I30=413A及年最热月平均温度33o查表选截面为120mm2，其33o时I=455A I30,满足条件。 按机械轻度选择 其最小允许截面Amin=16mm2120mm2，满足条件 按电压损耗选择 LJ-120的RO=0.28km, XO=0.3km，生活区距变电所距离大约0.8m，得 U=( P30ROL+ Q30XOL) UN=13.7V U%=UUN100%=3.6%5%，所以满足条件。 所以生活区选择四回LJ-120架空线路，中性线选用LJ-70。7.3 备用电源的高压联

21、络线的选择和校验采用YJL22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯电缆埋地敷设，与邻近单位变电所的10KV母线相连。按发热条件选择 工厂二级负荷总的无功功率P30=94.8+129+35.8=259.6KW，总的无功功率为Q30=91.8+93.8+26.3=211.9kvar，总容量为S=335.1kvA，所以I30=19.3A且年最热地下平均温度25o查表选截面为25mm2,其I=90A I30,满足条件。按电压损耗校验 缆芯为25mm2的铝RO=1.54km, XO=0.12km，线路长度为2KM，所以U=( P30ROL+ Q30XOL) UN=85V U%=UUN100%=0.85%5%

22、，所以满足条件。 所以选用YJL22-1000-325型交联聚氯乙烯绝缘铝芯电缆埋地敷设。变电所进出线和联络线的的型号规格和敷设方式线路名称导线或电缆型号敷设方式10KV电源进线LGJ-35型架空敷设引入电缆YJL22-10000-325型埋地敷设至一号车间VLV22-1000-3240+1120埋地敷设至二号车间VLV22-1000-3240+1120埋地敷设至三号车间VLV22-1000-3240+1120埋地敷设至四号车间VLV22-1000-3240+1120埋地敷设至六号车间VLV22-1000-3240+1120埋地敷设至七号车间VLV22-1000-3240+1120埋地敷设至八

23、号车间VLV22-1000-3240+1120埋地敷设至九号车间VLV22-1000-3240+1120埋地敷设至十号车间VLV22-1000-3240+1120埋地敷设至五号车间BLV-1000-14型穿硬塑料管埋地敷设至生活区四回LJ-120，中性线选用LJ-70架空敷设备用电源YJL22-1000-325型埋地敷设8、防雷保护和接地装置的设计8.1 防雷保护 如果变电所在其他建筑物的防雷范围内，则不安装避雷设施，若不在，则需在房顶高处安装避雷针和避雷带，并引出两条接地线与变电所公共接地装置相连。可知第一类建筑中，独立的避雷针应由独立的接地装置，冲击接地电阻Rch10，通常采用36根长2.

24、5米，直径50毫米得钢管，在装避雷针的杆塔附近作一排或多边形排列，管间距离5米，打入地下，管顶距地面0.6米。接地管间用40mm4mm的镀锌扁钢焊接连接.引下线用25mm4mm的镀锌扁钢，下与独立接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋焊接，上与避雷针焊接。避雷针及其接地装置与被保护建筑物或与其有联系的金属物之间的距离不应小于3米。避雷针采用直径20mm的镀锌扁钢，长12米。对于过电压保护，应在10KV电源高压进线应装设阀式避雷器，在380V低压架空线杆上应装设保护间隙。高压配电室内还应装有高压开关柜。在10KV电源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器，引下线用25mm4mm的

25、镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端相连。在10KV高压配电室内装设GG-1A(F)-54型开关柜，其中配有FS4-10型阀式避雷器，靠近主变压器。在380V低压架空线杆上，装设保护间隙。8.2 接地装置因为工厂所处的地层以砂粘土为主，地下水位2米，土壤电阻率为100m。由电力装置和建筑物要求的接地电阻最大值可知，对于变配电所和线路的防雷装置：RE4RE120 IE， 其中，IE，=10（80+3525）350=27A利用长2.5m，直径50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5m,垂直打入地下，管顶离地面0.6m，管间用40mm4mm的镀锌扁钢焊接连接。变电所内的变压器室有两条接地干线，高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接联接，接地干线均采用25mm4mm的镀锌扁钢。接地电阻 RE= RE n=40（160.65）=3.85满足上述条件。附录参考文献： 工厂配电设计手册 工厂供电 刘介才 主编 机械工业出版社 工厂供电设计指导 刘介才 主编 机械工业出版社 现代电工技术手册 中国水利水电出版社 供配电系统设计规范 中国计划出版