工廠供電課程設計報告

1、工廠供電課程設計報告題 目XX機械廠降壓變電所的電氣設計姓 名學 號班 級指導老師完成日期2014.5.24一、設計任務書 (一)設計題目xx機械廠降壓變電所的電氣設計(二)設計要求要求根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負荷的實際情況，并適當考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的要求，確定變電所的位置與型式，確定變電所主變壓器的臺數(shù)與容量、類型，選擇變電所主結(jié)線方案及高低壓設備和進出線，確定二次回路方案，選擇整定繼電保護裝置，確定防雷和接地裝置，最后按要求寫出設計說明書，繪出設計圖樣。(三)設計依據(jù)1工廠總平面圖圖112機械廠總平面圖2工廠負荷情況本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負

2、荷利用小時為4200h，日最大負荷持續(xù)時間為6 h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級負荷外，其余均屬三級負荷。低壓動力設備均為三相，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。本廠的負荷統(tǒng)計資料如表174所示。表1-74 工廠負荷統(tǒng)計資料廠房編號廠房名稱負荷類別設備容量/kW需要系數(shù)功率因數(shù)8鑄造車間動力3250.370.65照明8.70.851.09鍛壓車間動力3400.250.62照明7.30.781.07金工車間動力3100.280.61照明7.30.861.06工具車間動力3200.320.62照明6.80.881.04電鍍車間動力2800.580.72照

3、明8.60.871.03熱處理車間動力1390.60.73照明6.70.881.02裝配車間動力1640.370.65照明7.20.871.010機修車間動力1440.260.61照明1.70.91.01鍋爐房動力910.80.74照明1.60.91.05倉庫動力260.30.82照明1.90.881.0生活區(qū)照明4200.720.923供電電源情況按照工廠與當?shù)毓╇姴块T簽訂的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條10 kV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導線牌號為LGJ-150，導線為等邊三角形排列，線距為1.5 m；干線首端(即電力系統(tǒng)的饋電變電站)距離本廠約6

4、 km。干線首端所裝設的高壓斷路器斷流容量為500 MVA。此斷路器配備有定時限過電流保護種電流速斷保護，定時限過電流保護整定的動作時間為1.6s。為滿足工廠二級負荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡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)系的架空線路總長度為70 km，電纜線路總長度為15 km。 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-100 C，年最熱月平均最高氣溫為35，年最熱月平均氣溫為27，年最熱月地下o8m處平均溫度為24 。當?shù)刂鲗эL向為東南風，年雷暴日數(shù)為15。5地質(zhì)水文資料本廠所在地區(qū)平均海拔600m。地層以粘土(土質(zhì))為主；地下水位為3

5、m。6電費制度本廠與當?shù)毓╇姴块T達成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計量電能，設專用計量柜，按兩部電費制交納電費。每月基本電費按主變壓器容量計為18元kVA，動力電費為0.20元kwh，照明(含家電)電費為0.56元kwh。工廠最大負荷時的功率因數(shù)不得低于0.9。此外，電力用戶需按新裝變壓器容量計算，一次性地向供電部門交納供電貼費：6lOkV為800元kVA二、設計說明書(一)負荷計算和無功功率補償 1負荷計算各廠房和生活區(qū)的負荷計算如表174所示。表1-74 工廠負荷計算表廠房編號名稱類別設備容量需要系數(shù)costan計 算 負 荷Pe/kWKdP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1鑄

6、造車間動力3250.370.651.17 120.25 140.59 照明8.70.8510.00 7.40 0小計333.7127.65 140.59 189.89 288.51 2鍛壓車間動力3400.250.621.27 340.25 430.58 照明7.30.7810.00 5.69 0小計347.3345.94 430.58 552.34 839.19 5金工車間動力3100.280.611.30 86.80 112.75 照明7.30.8610.00 6.28 0小計317.393.08 112.75 146.21 222.14 6工具車間動力3200.320.621.27 10

7、2.40 129.59 照明6.80.8810.00 5.98 0小計326.8108.38 129.59 168.94 256.67 4電鍍車間動力2800.580.720.96 162.40 156.53 照明8.60.8710.00 7.48 0小計288.6169.88 156.53 231.00 350.97 3熱處理車間動力1390.60.730.94 83.40 78.08 照明6.70.8810.00 5.90 0小計145.789.30 78.08 118.62 180.22 9裝配車間動力1640.370.651.17 60.68 70.94 照明7.20.8710.00

8、6.26 0小計171.266.94 70.94 97.54 148.20 10機修車間動力1440.260.611.30 37.44 48.64 照明1.70.910.00 1.53 0小計145.738.97 48.64 62.32 94.69 8鍋爐房動力910.80.740.91 72.80 66.17 照明1.60.910.00 1.44 0小計92.674.24 66.17 99.45 151.10 7倉庫動力260.30.820.70 7.80 5.44 照明1.90.8810.00 1.67 0小計27.99.47 5.44 10.93 16.60 生活區(qū)照明4200.720.

9、920.43 302.40 128.82 328.70 499.40 總計（380V側(cè)）動力21391426.26 1368.14 照明477.8計入0.70 1141.00 1162.92 1629.19 2475.30 2無功功率補償 由表174可知，該廠380V側(cè)最大負荷時的功率因數(shù)只有0.70。而供電部門要求該廠lOkV進線側(cè)最大負荷時功率因數(shù)不應低于0.90?？紤]到主變壓器的無功損耗遠大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負荷時功率因數(shù)應稍大于O.90，暫取0.92來計算380V側(cè)所需無功功率補償容量：Q=30P(tanj1-tanj2)=1041tan(arccos0.70)-tan(a

10、rccos0.92)=618kvar參照圖26，選PGJl型低壓自動補償屏，并聯(lián)電容器為BKMJ0.4253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125kvar5=625kvar。因此無功補償后工廠380V側(cè)和lOkV側(cè)的負荷計算如表474所示。表474 無功補償后工廠的計算負荷項目cos計算負荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A380V側(cè)補償前負荷0.701141.001162.921629.192475.30380V側(cè)無功補償容量-756.00380V側(cè)補償后負荷0.9421141.00406.921211.391840.52主變壓器功率損耗12

11、.1160.5710kV側(cè)負荷總計0.921153.12467.491244.2871.84(二)變電所位置和型式的選擇12345678910生活區(qū)xi2245.566.578.59101yi2.856.523.556.523.56.57表59 各廠房坐標 （3-1） （3-2）把各車間的坐標代入（3-1）、（3-2），得到=4.631，=4.068，因此近似點（4.6,4.1）。（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 根據(jù)工廠的負荷性質(zhì)和電源情況，工廠變電所的主變壓器考慮有下列兩種可供選擇的方案：（1） 裝設一臺主變壓器 型號采用S9型，而容量根據(jù)式，即選SNT=2

12、000KVAS30=1629.19KVA一臺S9-2000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負荷所需的備用電源，考慮與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。（2）裝設兩臺主變壓器 型號亦采用S9型，而每臺變壓器容量按式和選擇，即SNT(0.60.7) *1629.19KVA=(977.511140.43)KVA且 SNT S30()=(127.65+169.88+74.24)KVA=371.77KVA 因此選兩臺S9-1000/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷所需的備用電源亦由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。主變壓器的聯(lián)結(jié)組均采用Yyn0。2. 變電所主接線方案的選擇 按上面考慮的兩種主變

13、壓器方案可設計下列兩種主接線方案，選擇方案如圖（四） 短路電流計算1.繪制計算電路 如圖59所示。LGJ-150,6kmS9-（4）（3）（2）（1）K-2K-1S9-1000500MVA電源 (求k-1點的三相短路電流和短路容量（）（1）計算短路電路中各元件的電抗及總電抗 電路系統(tǒng)的電抗：查表得SN10-10型斷路器的斷流容量,因此k-1 架空線路的電抗：查表得，因此 繪k-1點短路的等效電路，如圖5-9所示，圖上標出各元件的序號（分子）和電抗值（分母），并計算其總電抗為（2） 計算三相短路電流和短路容量 三相短路電流周期分量有效值 三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流 三相短路沖擊電流及第一周期短

14、路全電流有效值 三相短路容量（2） 求k-2點的短路電流和短路容量（） 1）計算短路電路中各元件的電抗及總電抗電力系統(tǒng)的電抗架空線路的電抗電力變壓器的電抗：查表得，因此繪k-2點短路的等效電路如圖6-9所示，并計算其總電抗為 k-22）計算三相短路電流和短路容量三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一周期短路全電流有效值三相短路容量 以上短路計算結(jié)果綜合如下表所示。短路計算點三相短路電流三相短路容量/MVAk-12.612.612.616.663.9447.47k-222.5322.5322.5341.4624.5615.61（五）變電所一次設備的選擇校驗1

15、. 10kV側(cè)一次設備的選擇校驗(1)按工作電壓選則 設備的額定電壓一般不應小于所在系統(tǒng)的額定電壓，即，高壓設備的額定電壓應不小于其所在系統(tǒng)的最高電壓，即。=10kV， =11.5kV，高壓開關(guān)設備、互感器及支柱絕緣額定電壓=12kV，穿墻套管額定電壓=11.5kV，熔斷器額定電壓=12kV。(2)按工作電流選擇設備的額定電流不應小于所在電路的計算電流，即(3)按斷流能力選擇設備的額定開斷電流或斷流容量，對分斷短路電流的設備來說，不應小于它可能分斷的最大短路有效值或短路容量，即或?qū)τ诜謹嘭摵稍O備電流的設備來說，則為，為最大負荷電流。(4) 隔離開關(guān)、負荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗a)動穩(wěn)定校

16、驗條件或、分別為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值，、分別為開關(guān)所處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值b)熱穩(wěn)定校驗條件 對于上面的分析，如表所示，由它可知所選一次設備均滿足要求。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)10KV7.85KA一次設備型號規(guī)格額定參數(shù)高壓少油斷路器SN10-10I/630630A16KA40KA高壓隔離開關(guān)-高壓熔斷器-電壓互感器-電壓互感器-電流互感器-二次負荷0.6避雷器-戶外隔離開關(guān)-變電所一次設備的選擇校2. 380V側(cè)一次設備的選擇校驗同樣，做出380V側(cè)一次設備的選擇校驗，如表所示，所選數(shù)據(jù)均滿足要求。選擇校驗項目電 壓

17、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)380V總1840.52A22.53kA41.46kA一次設備型號規(guī)格額定參數(shù)低壓斷路器DW15-2000/3D380V2000A60kA-低壓斷路器DW16-630380V630A(大于)30kA(一般)-低壓斷路器DW16-200380V200A(大于)25kV(一般)-低壓刀開關(guān)HD13-1500/30380V1500A-電流互感器LMZJ1-0.5500V1600/5A-電流互感器LMZ1-0.5500V400/5A- 380V側(cè)一次設備的選擇校驗3.高低壓母線的選擇查表得到，10kV母線選LMY-3(404mm),即母線尺寸

18、為40mm4mm;380V母線選LMY-3（12010）+806，即相母線尺寸為120mm10mm，而中性線母線尺寸為80mm6mm。（六）變壓所進出線與鄰近單位聯(lián)絡線的選擇1. 10kV高壓進線和引入電纜的選擇（1）10kV高壓進線的選擇校驗采用LGJ型鋼芯鋁絞線架空敷設，接往10kV公用干線。a) 按發(fā)熱條件選擇 由=57.7A及室外環(huán)境溫度35，查表得，初選LJ-16,其 35C時的=93.5A,滿足發(fā)熱條件。b). 校驗機械強度查表得，最小允許截面積=35，而LJ-16不滿足要求，故選LJ-35。由于此線路很短，故不需要校驗電壓損耗。（2）由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗 采

19、用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜之間埋地敷設。a)按發(fā)熱條件選擇 由=57.7A及土壤環(huán)境25C，查表得，初選纜線芯截面為25的交聯(lián)電纜，其=90A,滿足發(fā)熱條件。b)校驗熱路穩(wěn)定按式，A為母線截面積，單位為；為滿足熱路穩(wěn)定條件的最大截面積，單位為；C為材料熱穩(wěn)定系數(shù)；為母線通過的三相短路穩(wěn)態(tài)電流，單位為A；短路發(fā)熱假想時間，單位為s。本電纜線中=1960，=0.5+0.2+0.05=0.75s，終端變電所保護動作時間為0.5s，斷路器斷路時間為0.2s，C=77，把這些數(shù)據(jù)代入公式中得A=25。因此JL22-10000-3 25電纜滿足要求。2. 380低壓出線的選擇（1）

20、鑄造車間饋電給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。 a）按發(fā)熱條件需選擇由=288.51A及地下0.8m土壤溫度為24，查表，初選纜芯截面120，其=212A。 b）校驗電壓損耗由圖11-2所示的工廠平面圖量得變電所至1號廠房距離約為80m，而查表得到300的鋁芯電纜的=0.16 （按纜芯工作溫度75計），=0.07，又8號廠房的=127.65kW, =140.59 kvar，故線路電壓損耗為,滿足發(fā)熱條件。2）校驗機械強度 查表可得，最小允許截面積，因此兩根BLX-1000-1120作為一根使用滿足機械強度要求。3）校驗電壓損耗 查工廠平面圖

21、可得變電所至生活區(qū)的負荷中心距離150m左右，而查表得其阻抗值與BLX-1000-1120近似等值的LGJ-120的阻抗=0.29，=0.31（按線間幾何均距1.5m），兩根作為一根使用時，阻抗=0.145，=0.155又生活區(qū)的=302.40KW，=128.82kvar，因此=5%不滿足允許電壓損耗要求。為確保生活用電（照明、家電）的電壓質(zhì)量，決定采用四回BLX-1000-1120的三相架空線路對生活區(qū)供電。PEN線均采用BLX-1000-170橡皮絕緣線。重新校驗電壓損耗，完全合格。3. 作為備用電源的高壓聯(lián)絡線的選擇校驗采用YJL2210000型交聯(lián)聚氯乙烯絕緣的鋁心電纜，直接埋地敖設，

22、與相距約2Km的臨近單位變配電所的10KY母線相連。(1) 按發(fā)熱條件選擇 工廠二級負荷容量共520.34KVA，最熱月土壤平均溫度為24。查表工廠供電設計指導8-44，初選纜心截面為25的交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁心電纜，其滿足要求。(2) 校驗電壓損耗 由表工廠供電設計指導8-41可查得纜芯為25的鋁（纜芯溫度按80計），而二級負荷的,，線路長度按2km計，因此 由此可見滿足要求電壓損耗5%的要求。(3) 短路熱穩(wěn)定校驗 按本變電所高壓側(cè)短路電流校驗，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗，可知纜芯25的交聯(lián)電纜是滿足熱穩(wěn)定要求的。而臨近單位10KV的短路數(shù)據(jù)不知，因此該聯(lián)路線的短路熱穩(wěn)定校驗計算無法進行

23、，只有暫缺。 以上所選變電所進出線和聯(lián)絡線的導線和電纜型號規(guī)格如表10-9所示。線路名稱導線或電纜的型號10KV電源進線LGJ-150鋁鋼絞線（三相三線架空）主變引入電纜JL22-10000-3 25交聯(lián)電纜（直埋）380V低壓出線至1號廠房VLV22-10000-3240+1150的四芯聚氯乙烯絕緣電纜至2號廠房聚氯乙烯絕緣鋁芯導線BLV-1000-14型5根穿硬塑料管至3號廠房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣電纜至4號廠房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣電纜至5號廠房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣電纜至6

24、號廠房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣電纜至7號廠房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣電纜至8號廠房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣電纜至9號廠房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣電纜至10號廠房VLV22-10000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣電纜至生活區(qū)四回BLX-1000-1120的三相架空線與鄰近單位10KV聯(lián)絡線JL22-10000-3 35交聯(lián)電纜（直埋）表10-9 （七） 變電所二次回路方案的選擇與繼電保護的整定1.變電所二次回路方案的選擇（1）高壓斷路器的操作機

25、構(gòu)控制與信號回路 斷路器采用手動操動機構(gòu)，其控制與信號回路如工廠供電設計指導圖6-13所示。（2）變電所的電能計量回路變電所高壓側(cè)裝設專用計量柜，裝設三相有功電度表和無功電度表，分別計量全廠消耗的有功電能表和無功電能，并以計算每月工廠的平均功率因數(shù)。計量柜由上級供電部門加封和管理。（3）變電所的測量和絕緣監(jiān)察回路 變電所高壓側(cè)裝有電壓互感器避雷器柜。其中電壓互感器為3個JDZJ10型，組成Y0/Y0/的接線，用以實現(xiàn)電壓側(cè)量和絕緣監(jiān)察，其接線圖見工廠供電設計指導圖6-8。作為備用電源的高壓聯(lián)路線上，裝有三相有功電度表和三相無功電度表、電流表，接線圖見工廠供電設計指導圖6-9。高壓進線上，也裝上

26、電流表。低壓側(cè)的動力出線上，均裝有有功電度表和無功電度表，低壓照明線路上裝上三相四線有功電度。低壓并聯(lián)電容器組線路上，裝上無功電度表。每一回路均裝設電流表。低壓母線裝有電壓表，儀表的準確度等級按符合要求。2. 變電所繼電保護裝置（1）主變壓器的繼電保護裝置 a）裝設瓦斯保護。當變壓器油箱內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，瞬時動作于信號；當產(chǎn)生大量的瓦斯時，應動作于高壓側(cè)斷路器。b）裝設反時限過電流保護。采用GL15型感應式過電流繼電器，兩相兩繼電器式結(jié)線，去分流跳閘的操作方式。 過電流保護動作電流的整定 利用式其中，可靠系數(shù)，接線系數(shù)，繼電器返回系數(shù)，電流互感器的電流比=100/5=20 ，因此

27、動作電流為： 因此過電流保護動作電流整定為10A。過電流保護動作時間的整定 因本變電所為電力系統(tǒng)的終端變電所，故其過電流保護的動作時間（10倍的動作電流動作時間）可整定為最短的0.5s 。過電流保護靈敏度系數(shù)的檢驗其中，=0.86622.53kA/(10kV/0.4kV)=0.780kA，因此其靈敏度系數(shù)為：,滿足靈敏度系數(shù)的1.5的要求。c) 裝設電流速斷保護 利用GL15的速斷裝置。速斷電流的整定：利用式，其中，因此速斷保護電流為速斷電流倍數(shù)整定為電流速斷保護靈敏度系數(shù)的檢驗利用式，其中，因此其保護靈敏度系數(shù)為從工廠供電課程設計指導表6-1可知，按GB5006292規(guī)定，電流保護的最小靈敏

28、度系數(shù)為1.5，因此這里裝設的電流速斷保護的靈敏度系數(shù)是達到要求的。但按JBJ696和JGJ/T1692的規(guī)定，其最小靈敏度為2，則這里裝設的電流速斷保護靈敏度系數(shù)偏底。(2)作為備用電源的高壓聯(lián)絡線的繼電保護裝置1) 裝設反時限過電流保護。亦采用GL15型感應式過電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分跳閘的操作方式。a)過電流保護動作電流的整定,利用式，其中=2，取， =1，=0.8， =50/5=10，因此動作電流為： 因此過電流保護動作電流整定為10A。b)過電流保護動作電流的整定按終端保護考慮，動作時間整定為0.5s。c)過電流保護靈敏度系數(shù)因無臨近單位變電所10kV母線經(jīng)聯(lián)絡線到本廠變電所低壓母線的短路數(shù)據(jù)，無法檢驗靈敏度系數(shù)，只有從略。2) 裝設電流速斷保護亦利用GL15的速斷裝置。但因無臨近單位變電所聯(lián)絡線到本廠變電所低壓母線的短路數(shù)據(jù)，無法檢驗靈敏度系數(shù)，也只有從略。（3）變電所低壓側(cè)的保護裝置a）低壓總開關(guān)采用DW152000/3型低壓斷路器，三相均裝設過流脫鉤器，既可保護低壓側(cè)的相間短路和過負荷，而且可保護低壓側(cè)單相接地短路。脫鉤器動作電流的整定可參看參考文獻和其它有關(guān)手冊。b）低壓側(cè)所有出線上均采用DW16型低壓短路器控制，其瞬間脫鉤