機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書

1 機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書 （一）設(shè)計(jì)題目 *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)本廠所能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，確定變電所的位置和型式，確定變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)、容量與類型，選擇變電所主接線方案及高低壓設(shè)備和進(jìn)出線，確定二次回路方案，選擇整定繼電保護(hù)，確定防雷和接地裝置。最后按要求寫出設(shè)計(jì)說明書，繪出設(shè)計(jì)圖紙。 （三） 設(shè)計(jì)依據(jù) 1. 工廠總平面圖 見附錄 1。 2. 工廠負(fù)荷情況 本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時(shí)為 4000h，日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為 6h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬三級(jí)負(fù)荷。低壓動(dòng)力設(shè)備均為三相，額定電壓為 380V。電氣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)資料如下表所示。 廠房編號(hào) 廠房名稱 負(fù)荷類別 設(shè)備容量 /要系數(shù) 功率因數(shù) 6 鑄造車間 動(dòng)力 360 明 鍛壓車間 動(dòng)力 385 明 金工車間 動(dòng)力 371 明 工具車間 動(dòng)力 348 明 電鍍車間 動(dòng)力 236 明 熱處理車間 動(dòng)力 188 明 裝配車間 動(dòng)力 167 明 0 機(jī)修車間 動(dòng)力 155 明 鍋爐房 動(dòng)力 90 明 倉庫 動(dòng)力 19 明 活區(qū) 照明 456 注：表中生活區(qū)的照明負(fù)荷中含家用電器。 3. 供電電源情況 按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽訂的供用電合同規(guī)定，本廠可由附近一條 10干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線型號(hào)為線為等邊三角形排列，線距為 線首端（即電力系統(tǒng)的饋電變電站）距離本廠約 6線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為 300斷路器配備有定時(shí)限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過電流保護(hù)整定的動(dòng)作時(shí)間為 滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近單位取得備用電源。已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總廠度為 70纜線路總長度為 15 4. 氣象資料 本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為 35，年平均氣溫為 26，年最低氣溫為 年最熱月平均最高氣溫為 28，年最 熱月平均氣溫為 27，年最熱月地下 平均溫度為 24。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，年雷暴日數(shù)為 15。 5. 地質(zhì)水文資料 本場(chǎng)所在地區(qū)平均海拔 600m，地層土質(zhì)以粘土為主，地下水位為 3m。 6. 電費(fèi)制度 本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T達(dá)成協(xié)議，在本廠變電所高壓側(cè)計(jì)量電能，設(shè)專用計(jì)量柜，按兩部電費(fèi)制繳納電費(fèi)。每月基本電費(fèi)按主變壓器容量記為 18 元 /力電費(fèi)為 h，照明（含家電）電費(fèi)為 /h。外，電力用戶需按新裝變壓器容量計(jì)算，一次性地向供電部門交納 供電貼費(fèi)： 610800元 / （四） 設(shè)計(jì)任務(wù) 1. 設(shè)計(jì)說明書 需包括： 1） 前言。 2） 目錄。 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)、容量與類型的選擇。 6） 變電所主接線方案的設(shè)計(jì)。 7） 短路電流的計(jì)算。 8） 變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)。 9） 變電所進(jìn)出線的選擇與校驗(yàn)。 10) 變電所二次回路方案的選擇及繼電保護(hù)的整定。 11）防雷保護(hù)和接地裝置的設(shè)計(jì)。 12）附錄 2設(shè)計(jì)圖紙 需包括： 1）變電所主接線圖一張（ 紙）。 2）變電所平、剖面圖 1張（ 3）其他，如某些二次回路接線圖等。 （五） 設(shè)計(jì)時(shí)間 自 年 月 日至 年 月 日（ 周） 指導(dǎo)教師 （簽名） 年 月 日 3 供配電課程設(shè)計(jì)說明書 （一） 計(jì)算負(fù)荷和無功功率補(bǔ)償 1. 負(fù)荷計(jì)算 各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計(jì)算如表 1 表 1械廠負(fù)荷計(jì)算表 編號(hào) 名稱 類別 設(shè)備容量 Pe/要系數(shù) Kd 計(jì)算負(fù)荷 30/30/30/A 1 工具車間 動(dòng)力 348 照明 小計(jì) 鍛壓車間 動(dòng)力 385 照明 小計(jì) 熱處理車間 動(dòng)力 188 照明 小計(jì) 電鍍車間 動(dòng)力 236 照明 小計(jì) 金工車間 動(dòng)力 371 照明 小計(jì) 鑄造車間 動(dòng)力 360 照明 小計(jì) 倉庫 動(dòng)力 19 照明 小計(jì) 鍋爐 房 動(dòng)力 90 照明 小計(jì) 裝配車間 動(dòng)力 167 照明 小計(jì) 0 機(jī)修車間 動(dòng)力 155 照明 小計(jì) 1 生活區(qū) 照明 456 總計(jì)（ 380 動(dòng)力 2319 照明 入 K p=K q= 無功功率補(bǔ)償 由上表知，該廠 380V 側(cè)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)只有 供電部門要求該廠 10慮到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此 380取 80V 側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量。 ） =998.7據(jù)上述數(shù)據(jù)選 聯(lián)電容器為 用其方案 2（主屏）1 臺(tái)與方案 3（輔屏） 4 臺(tái)相組合，總共容量 1125=560此無功補(bǔ)償后工廠 3800 表 1功補(bǔ)償后工廠的計(jì)算負(fù)荷 項(xiàng)目 計(jì)算負(fù)荷 30/30/30/A 380V 側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷 80V 側(cè)無功補(bǔ)償容量 380V 側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷 變壓器功率損耗 30=30= 10二） 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)荷中心按負(fù)荷功率矩法來確定。在工廠平面的下邊和左側(cè)，分別作一直角坐標(biāo)的 后測(cè)出各車間和宿舍區(qū)負(fù)荷點(diǎn)的坐標(biāo)位置，例如 。而工廠的負(fù)荷中心假設(shè)在 P（ x， y），其中 P= = 此仿照力學(xué)中計(jì)算重心的力矩方程，可得負(fù)荷中心的坐標(biāo)： (321 332211 (321 332211最后求得變電所位置如圖 1 2號(hào)廠房的東面，考慮進(jìn)出線方便，決定在 2號(hào)廠房的東側(cè)緊靠廠房建造工廠變電所，其型式為附設(shè)式。5 圖 1變電所位置 （三） 變電所主變壓器及主接線方案的選擇 1. 變電所主變壓器的選擇 （ 1）裝設(shè)一臺(tái)主變壓器 型號(hào)采用 ，選 T=125030=選一臺(tái)0 型低損耗配電變壓器。至于工廠二級(jí)負(fù)荷所需的備用電源，考慮由與臨近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。 （ 2）裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器 型號(hào)亦采用 臺(tái)變壓器容量選擇： T（ 668 780） T ） =（ 96 因此選兩臺(tái) 0型低損耗配電變壓器。工廠二級(jí)負(fù)荷所需的備用電源亦由臨近單位的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。 考慮到各方面因素，最終選擇兩臺(tái)主變壓器，容量都為 800 2. 接線方案 電氣主接線圖見附錄 2。 （四） 短路電路的計(jì)算 6 圖 1路計(jì)算電路 設(shè) 00d=高壓側(cè) 壓側(cè) 031 0 0311 （ 1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值 查表得 00此 M V （ 2） 架空線路的電抗標(biāo)幺值 查表得 而線長 6 00)22 （ 3） 電力變壓器的電抗標(biāo)幺值 查表得 此 k V 繪短路等效電路圖如圖 1示，圖上標(biāo)出各元件的序號(hào)和電抗標(biāo)幺值，并標(biāo)明短路計(jì)算點(diǎn)。 圖 1標(biāo)幺制法的短路等效電路圖 7 （ 1）總電抗標(biāo)幺值 ( k （ 2）三相短路電流周期分量有效值 (1)3( 1 （ 3）其他三相短路電流 k ( 1)3()3( ( ( （ 4）三相短路容量 M V ()3( 1 5. 計(jì)算 的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量 （ 1）總電抗標(biāo)幺值 43)1()2( （ 2）三相短路電流周期分量有效值 4)2(2)3( 2 （ 3）其他三相短路電流 k ( 2)3()3( ( ( （ 4）三相短路容量 M V ()3( 2 以上計(jì)算結(jié)果綜合如表 1 表 1短路計(jì)算結(jié)果 8 短路計(jì)算點(diǎn) 三相短路電流 /相短路容量 /k(3) I (3) I (3) ) ) ) 五） 變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn) 1. 10一次設(shè)備的選擇校驗(yàn) 如表 1 表 110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) N ) ) I(3)2 據(jù) 10次設(shè)備型號(hào)規(guī)格 額定參數(shù) e e t 高壓少油斷路器30 1030A 16062 2=512 高壓隔離開關(guān)00 1000A 02 5=500 高壓熔斷器00 電壓互感器0/ 電壓互感器10 / 電流互感器000/5A 225 2 9021=81 避雷器 0 戶外隔離開關(guān)00 1200A 2502 5=500 表 1 2. 380V 側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn) 如表 1 表 13809 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) 30 ) ) I(3)2 數(shù)據(jù) 380V 總 一次設(shè)備型號(hào)規(guī)格 額定參數(shù) e e t 低壓斷路器80V 2000A 60 低壓斷路器80V 630A 30 低壓斷路器80V 200A 25 低壓刀開關(guān)0 380V 2000A 00V 2000/5A 00V 100/5A 160/5A 表 1 3. 高低壓母線的選擇 查表得， 100 4)，即母線尺寸為 40438000 8)+60 6，即相母線尺寸為 1008中性線母線尺寸為 606 （六） 變電所進(jìn)出線及與臨近單位聯(lián)絡(luò)線的選擇 壓進(jìn)線和引入電纜的選擇 （ 1） 10壓進(jìn)線的選擇校驗(yàn) 采用 鋁絞線架空敷設(shè)，接往 10用干線。 1） 按發(fā)熱條件選擇 由 30 及室外環(huán)境溫度 28，查表初選 30時(shí)的 ,滿足發(fā)熱要求。 2） 校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度 查表知，最小允許截面 ，因此按發(fā)熱條件選擇的 滿足機(jī)械強(qiáng)度要求，故改選 由于此線路很短，不需校驗(yàn)電壓損耗。 （ 2） 由高壓配電室至主變壓器的一段引入電纜的選擇校驗(yàn) 采用 交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。 25 10 1） 按發(fā)熱條件選擇 由 30 及土壤溫度 24，查表后，初選纜芯截面 35交聯(lián)電纜，其01 足發(fā)熱要求。 2） 校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定 按 下 列 公 式 計(jì) 算 滿 足 短 路 熱 穩(wěn) 定 的 最 小 截 面 C im a 222)3(m i n 352777 （式中 C 值由表查知， 按終端變電所保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 斷路器斷路時(shí)間 ，故 = 由式可知所選線不符合要求，故改選纜芯截面為 95 此選擇電纜型號(hào)為 5。 2， 380v 低壓出線的選擇 （ 1） 饋電給 1 號(hào)廠房的線路 采用 聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。 1） 選擇低壓斷路器及其過流脫扣器規(guī)格 查表知， 低壓斷路器的過流脫扣器額定電流 01315 30. ,故初步選擇 低壓斷路器，其 15. 。 設(shè) 瞬 時(shí) 脫 扣 電 流 整 定 為 4 倍，即 2 6 03 1 54)0( 而 ,KI e ( 滿足 的要求，因此 校驗(yàn)斷流能力：在查表知，所選擇的 斷路器 030 3 滿足要求。 2） 選擇導(dǎo)線截面 查表知，當(dāng) 240 的 芯電纜直接埋地敷設(shè)且土壤溫度在 24時(shí)其01319 ，故按發(fā)熱條件可以選 240 。 校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度：由前面的計(jì)算可知，最小截面為 故滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。 3） 校驗(yàn)導(dǎo)線與低壓斷路器保護(hù)的配合 由于瞬時(shí)過流脫扣器整定為 2 6 03 1 54)0( ，而 AI ,滿足KI )0(11 的要求。則選擇 85+1 100 的四芯聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜。因此饋電給其他廠房的線路的選擇也可按 1 號(hào)廠房去選擇 . （ 2） 饋電給生活區(qū)的線路 采用 的銅芯橡皮絕緣線架空敷設(shè)。 1） 按發(fā)熱條件選擇 由 4330 及室外環(huán)境溫度為 28，查表可知初選 240，其 28時(shí)的 05 4 36 3 5 ,滿足發(fā)熱要條件 2） 檢驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度 查表可知，最小允許的截面積 20 ，因此 185 滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。 3） 校驗(yàn)電壓損耗 由圖所示的工廠平面向量圖量得變電所至生活區(qū)負(fù)荷中心距離約為 200m，而由表 8查的其阻抗值與 240 近似等值的 阻抗 ， （按線間幾何均距 ），又生活區(qū)的 , va ，因此 )( %5%8%100380 確保生活用電的電壓質(zhì)量，決定采用四回 20 的三相架空線路對(duì)生活區(qū)供電。 均采用 0 橡膠絕緣線。 (3)作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇實(shí)驗(yàn) 采用 交聯(lián)聚乙烯結(jié)緣的鋁芯電纜，直接埋地敷設(shè)，與相距 2鄰近單位變配電所的 10線相聯(lián)。 1）按發(fā)熱條件選擇 工廠二級(jí)負(fù)荷容量共 49603/(49630 ，而最熱月土壤平均溫度為 24，因此查表 8選纜芯截面為 25交聯(lián)聚乙烯結(jié)緣電纜，其 090 ,滿足發(fā)熱條件。 2）校驗(yàn)電壓損耗 由表 8查得纜芯為 25鋁芯電纜的 ， ，而 二 級(jí) 負(fù) 荷 的 va P ， 線 路 長 度 按 2 ， 因 此212.0(v a II 12 %5%0010000 U 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(yàn) 按本變電所高壓側(cè)短路校驗(yàn)，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)，可知纜芯 25于鄰近單位 10短路數(shù)據(jù)不詳，因此該聯(lián)絡(luò)線的短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)無法進(jìn)行，只有暫缺。 車間名稱 裝置地點(diǎn)條件 電纜 低壓斷路器 校驗(yàn)斷路器與電纜的配合 (七 ) 變電所二次回路方案的選擇與繼電保護(hù)的整定 斷路器采用彈簧儲(chǔ)能操作機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)一次重合閘。 變電所高壓側(cè)裝設(shè)裝用計(jì)量柜，其上裝有三相有功電能表和無功電能表，分別計(jì)量全廠)0(. 13 消耗的有功電能和無功電能，并據(jù)以計(jì)算工廠每月的平均功率因數(shù)。計(jì)量柜由有關(guān)部門加封和管理。 3變電所的測(cè)量和絕緣監(jiān)察回路 變電所高壓側(cè)裝有電壓互感器 中電壓互感器為 3 個(gè) 的，組成開口三角的接線，用以實(shí)現(xiàn)電壓測(cè)量和絕緣監(jiān)視。 作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線上，裝有三相有功電能表、三相無功電能表和電流表。高壓進(jìn)線上亦裝有電流表。 低壓側(cè)的動(dòng)力出線上，均裝有有功電能表和無功電能表。低壓照明線路上，裝有三相四線有功電能表。低壓并聯(lián)電容器組線路上，裝有無功電能表。每一個(gè)回路均裝有電流表。低壓母線上裝有電壓表。儀表的準(zhǔn)確度級(jí)按規(guī)范要求。 4. 變電所的保護(hù)裝置 (1) 主變壓器的繼電保護(hù)裝置 1）裝設(shè)瓦斯保護(hù) 當(dāng)變壓器油箱內(nèi)發(fā)生故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)，瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)，當(dāng)因嚴(yán)重故障產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，則動(dòng)作于跳閘。 2）裝設(shè)反時(shí)限過電流保護(hù) 采用 感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分流跳閘的操作方式。 過電流保護(hù)動(dòng)作電流整定 由 , ， 8.0205/100 所以動(dòng)作電流為 因此過電流保護(hù)動(dòng)作電流 整定為 8A。 過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定 由于本變電所為電力系統(tǒng)的終端變電 所，故其過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間可整定為最短的 過電流保護(hù)靈敏系數(shù)的檢驗(yàn) 由于 0/()3( 2)2( 2m i n. ，001/2010/1. ,因此其保護(hù)的靈敏系數(shù)為 0/1 0 5 3 滿足規(guī)定的靈敏度系數(shù) 要求。 3） 裝設(shè)電流速斷保護(hù) 利用 繼電器的電流速斷裝置來實(shí)現(xiàn)。 速斷電流的整定 由 ( 2m a x. , 4.120 03/(80022 a x. 3.10 ,因此速斷電流為 92 82 0 02520 , 電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)的檢驗(yàn) 由于 3(1)2( 1m i n. , 0 0 0/1. 因此其保護(hù)的靈敏系數(shù)為 020 00 定，電流保護(hù)的最小靈敏系數(shù)