工廠供電課程設計某機械廠降壓變電所的電氣設計畢業(yè)畢業(yè)設計

1、前言 電能是社會主義建設和人民生活不可缺少的重要資源，電力工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有十分 重要的地位，電能時有發(fā)電廠供給，因為考慮經(jīng)濟原因，發(fā)電廠大多建在動力資源比較豐富 的地方，而這些地方又遠離大中型城市和工廠企業(yè)，這樣需要遠距離輸送，經(jīng)過升降壓變電 所進行轉接，在進一步的將電能分配給用戶和生產(chǎn)企業(yè)。 由于電力電能的重要特點是不能儲存，因此電力電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用是同時 進行的，于是電力電能從生產(chǎn)到使用構成一個整體，稱為電力系統(tǒng)。 對電力系統(tǒng)運行的基本要求： 1. 保證供電的可靠性 電力系統(tǒng)的中斷將使生產(chǎn)停頓，生活混亂，甚至危機人身和設備的安全運行，造成十分 嚴重的后果，給國民經(jīng)濟帶來嚴重

2、的損失，因此，對電力系統(tǒng)的運行首先要保證供電的 可靠性。 2. 保證良好的電能質量 3. 提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性 4. 保證電力系統(tǒng)安全運行 課程設計： 一、設計題目 某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，選擇變電所主接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 計圖紙。 三、設計依據(jù) 1. 工廠總平面圖 2. 工廠負荷情況 工

3、廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負荷利用小時為6800小時，日最大負荷持續(xù)時間為8 小時。該廠除特種電機分廠、實驗站為一級負荷，鑄造分廠、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380Vo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1所示。 3. 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，本廠可由離廠5km和8km （0.4歐姆 /km）兩處的35RV的公用電源干線取得工作電源。干線首端所裝設的斷路器斷流容量為 800MVA,該電源的走向參看工廠總平面圖。 表1工廠負荷統(tǒng)計資料 廠房 編號 廠房名 稱 負荷 類型 設備容疑

4、/kW 額定電壓 /kV 功率因數(shù) COS0 tan? 需要系數(shù)褊 1 成品試 驗站 動力 1#5000 2# 2000 1# 10 2# 0. 38 0. 82-0. 87 1.37 0. 5-0. 6 照明 6-12 0. 38 1.0 0 0. 5-0. 6 2 電機制 造分，i 動力 720 0. 38 0. 6-0. 68 1. 17 0. 18-0. 25 照明 6-12 1.0 0 0. 7-0. 9 3 新品制 造分廠 動力 880 0. 38 0. 6-0. 7 1. 16 0. 2-0. 3 照明 5-10 1.0 0 0. 7-0. 9 4 特種電 機分廠 動力 580

5、0. 38 0. 65-0. 72 1.23 0. 65- 照明 5-10 1.0 0 0. 65-0. 7 5 鑄造分 廠 動力 290 0. 38 0. 6-0. 7 1.02 0. 5-0. 6 照明 6-12 1.0 0 0. 7-0. 9 6 鍛造分 廠 動力 500 0. 38 0. 62-0. 68 1. 17 0. 3-0. 35 照明 5-1 1.0 0 0. 7-0. 9 7 原材料 分廠 動力 270 0. 38 0. 63-0. 72 1. 17 0. 3-0. 36 照明 4-8 1.0 0 0. 7-0. 9 8 機加工 分廠 動力 380 0. 38 0. 6-0

6、. 65 1. 12 0. 22-0. 32 照明 5-10 1.0 0 0. 7-0. 9 9 線圈制 造廠 動力 420 0. 38 0. 6-0. 7 1. 17 0. 2-0. 3 照明 6-12 1.0 0 0. 7-0. 9 10 鍋爐房 動力 6() 0. 38 0. 8-0. 9 1.05 0. 6-0. 8 照明 3-5 1.0 0 0. 7-0. 9 11 生活區(qū) 照明 600 0. 38 0. 9-1.0 0.5 0. 7-0. 8 4.氣象條件 本廠所在地區(qū)，年最熱月平均最高氣溫為35。C,最熱月平均氣溫為18 C,最熱月地 下0.8m處平均氣溫為30 Co 5. 地質

7、水文資料 本廠所在地區(qū)平均海拔500m,地層以砂粘土為主，地下水位為2叭 6. 電費制度 本廠與當?shù)夭块T達成協(xié)議，在工廠變電所高壓側計量電能，設專用計量柜，按兩部電費 制繳納電費。每月基本電費按主變壓器容量為18元/KVA,動力電費為0.9元/kWh,照明電 費為0.52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 壓器容疑計算，一次性向供電部門繳納供電貼費610kY為800元/KVA0 目錄 1. 負荷計算和無功功率補償4 1.1負荷計算4 1.2無功功率補償6 2. 變電所位置和型式選擇8 3. 變電所主變壓器臺數(shù)和容量、類型的選擇8 4. 變電所主接線方案

8、的設計9 4. 1裝設一臺主變壓器的主接線方案9 4.2裝設兩臺主變壓器的主接線方案10 5. 短路電流的計算11 5. 1計算電路11 5.2短路計算基準值11 5.3確定元件電抗標幺值11 5.4短路點相關計算12 6. 變電所一次設備的選擇和校驗13 6. 1 10kv側一次設備的選擇校驗13 6.2 380、側一次設備的選擇和校驗14 6.3高低壓母線的選擇15 7. 變電所進出線的選擇和校驗15 7. 1 10kv高壓進線的選擇15 7.2 380、低壓出線的選擇16 7.3作為備用電源的高壓聯(lián)絡線的選擇校驗18 t = I2)2tlma 對于上面的分析，如表6-1所示，由它可知所選

9、一次設備均滿足要求。 表6-110 kV 一次側設備的選擇校驗 選擇校驗項目 電壓 電流 斷流能 力 動態(tài)定度 熱穩(wěn)定度 其 它 裝置地點條 件 參數(shù) In / 7 5/1 廣r xima 數(shù)據(jù) 10kV 57. 7A ) 1.96kA 5. OkA 1.962 xl.9 = 7.3 次 設 備 型 號 規(guī) 格 額定參數(shù) U, Ig max 高壓少油斷路器 SN10-10I/630 10kV 630kA 16kA 40 kA 162x2 = 512 高壓隔離開關 GW；-10/200 10kV 200A 25. 5 kA 102 x5 = 5OO 次 負 荷 0.6 高壓熔斷器 RN2-10

10、lOkV 0. 5A 50 kA 電壓互感器 JDJ-10 10/0. lkV 電壓互感器 JDZJ-10 學厚澤w V3 V3 V3 電流互感器 LQJ-10 lOkV 100/5A 225 x !2 xOAkA =31.8 kA (90 x0.1)2xl =81 避雷針FS4-10 lOkV 戶外隔離開關 GW4-12/400 12kV 400A 25kA 102 x5 = 5OO 6.2 380V側一次設備的選擇校驗 同樣，做出380V側一次設備的選擇校驗，如表6-2所示，所選數(shù)據(jù)均滿足要求。 表6-2 380V 次側設備的選擇校驗 選擇校驗項目 電壓 電流 斷流 能力 動態(tài) 定度 熱穩(wěn)

11、定度 其它 裝置地點 條件 參數(shù) In / 1 sh /2 8tina 數(shù)據(jù) 380V 總 1317. 6A 19.7kA 36. 2kA 19.72 x0.7 = 272 決 設 備 型 號 規(guī) 格 額定參數(shù) % 嘰 max I 低壓斷路器 DW15-1500/3D 380V 1500A 40kA 一 一 低壓斷路器 DW20-630 380V 630A (大于人0) 30Ka (一般) 一 一 低壓斷路器 DW20-200 380V 200A (大于人0 25 kA 一 一 一 低壓斷路 1 ID 13-1500/30 380V 1500A 一 電流互感器 LMZJ1-0. 5 500V

12、1500/5A 一 電流互感器 LMZ1-0. 5 500V 100/5A 160/5A 一 6.3高低壓母線的選擇 查表得到,10kV母線選LMY-3(40 x4mm),即母線尺寸為40mmx4mm； 380V母線 選LMY-3 (120 x10) +80 x6,即相母線尺寸為120mmxl0nun,而中性線母線尺寸 為 80mm x 6mm o 7變壓所進出線的選擇和校驗 7.1 10kV高壓進線的選擇 7.1.1 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)熱條件選擇由人。二人mt57.7A及室外環(huán)境溫度33 ,查表得， 初選LGJ-3

13、5,其35 C時的/fl/=149AZ3O,滿足發(fā)熱條件。 b) .校驗機械強度 查表得，最小允許截面積Amm=2nmr ,而LGJ-35滿足 要求，故選它。 由于此線路很短，故不需要校驗電壓損耗。 7.1.2由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗 釆用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/30 = AiVT=57. 7A及土壤環(huán)境25 ,查表得，初選 纜線芯截面為25mm2的交聯(lián)電纜，其/n/=149A/30 ,滿足發(fā)熱條件。 b）校驗熱路穩(wěn)定 按式AAnun=/,A為母線截面積，單位為刖”2； Ami.為滿足熱路穩(wěn)定條件的最大截面積，單位

14、為f；C為材料熱穩(wěn)定系數(shù)；/：3） 為母線通過的三相短路穩(wěn)態(tài)電流，單位為A； tima短路發(fā)熱假想時間，單位為S。 本電纜線中/ 丁 = 1960,垢產(chǎn)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 Amin = 12也丄= 1960 X 遅仝=22mm2 /30,滿足發(fā)熱條件。 b）校驗電壓損耗 由圖1. 1所示的工廠平面圖量得變電所至1號廠房 距離約為288m,而查表得到120亦的鋁芯電纜的心二0.31C/如？（按纜芯工 作溫度 75 計)，Xo=0. 07Q/m,又 1 號廠房的 Pw

15、=94kW, 230=91. 8 kvar,故 線路電壓損耗為 =23.78V 94k W x (0.31 x 0.288) + 91 8k varx (0.07 x 0.1) 0.3SkV 23 78 A = xlOO% = 6.3%A%=5%. c）斷路熱穩(wěn)定度校驗 仏認爐OOx竽皿加 不滿足短熱穩(wěn)定要求，故改選纜芯截面為240 的電纜，即選 VLV22-1000-3x 240+1 x 120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜，中性線芯按不小于 相線芯一半選擇，下同。 7. 2.2電機制造分廠 饋電給2號廠房（鍛壓車間）的線路，亦采用VLV22-1000-3X240+1x 120 的四芯聚氯乙烯

16、絕緣的鋁芯電纜直埋敷設（方法同上，從略）。 7. 2.3芯片制造分廠 饋電給3號廠房（熱處理車間）的線路，亦采用VLV22-1000-3x240+1x 120 的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設（方法同上，從略）。 7. 2.4特種電機分廠 饋電給4號廠房（電鍍車間）的線路，亦采用VLV22-1000-3x240+1x 120 的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設（方法同上，從略）。 7. 2.5鑄造分廠 饋電給5號廠房（倉庫）的線路，由于倉庫就在變電所旁邊，而且共筑物， 因此采用聚氯乙烯絕緣鋁芯導線BLV-1000型5根（包括3根相線、1根、線、1 根PE線）穿硬塑料管埋地敷設。 a）按發(fā)

17、熱條件需選擇 由730=16. 2A及環(huán)境溫度26 C,初選截面積4 mm2,其/fl/=19AZ30,滿足 發(fā)熱條件。 b）校驗機械強度查表得，Amin=2. 5nmi2 ,因此上面所選的4mm2的 導線滿足機械強度要求。 c）所選穿管線估計長50m,而查表得&）=0. 85G/b, X（產(chǎn)0. 119G/如7,又 倉庫的 Pw=8. 8kW, 03O=6 kvar,因此 a “ 心pR + qX） &弘VVx （8.55 x 0.05） + 6k varx （0.119x 0.05） f Un0.38ZrV U% =巴 xlOO% = 2.63% 厶滿足發(fā)熱條件。 2）效驗機械強度 查表可

18、得，最小允許截面積心=10血，因此BLX-1000-lx240 滿足機械強度要求。 3）校驗電壓損耗查工廠平面圖可得變電所至生活區(qū)的負荷中心距離600m左 右，而查表得其阻抗值與BLX-1000-1 x 240近似等值的LJ-240的阻抗 /?o=O. 14Q/m, Xo=0. 30C/b譏按線間幾何均距0. 8m）,又生活區(qū)的/O=245KW, 230=117. 6kvar,因此 乂 工（pR + qX） _ 245kWx （0.14x 0.2） +117.6k varx （0.3x 0.2） _ 彳” U,O.3SkV 9 4 At/% =xlOO% = 2.5% /30滿足要求。 7.

19、3. 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腫的鋁/?o =i.54Q/bn （纜芯溫度按80 計），X。=0.12。/幻“，而二級負荷的 和=（94 +129 + 35.S）kW= 258 .SkW, 030 =（91.8 + 93.8 + 26.3冰 var = 211.9k var, 線路長度按2km計，因此 4rr 25&洙 W x （1.54 x 2）0 + 211varx （0.12x 2）Q o 門 z U = 85V 0kV At/% = （85V/10000 V）xl00% = 0.85 Ual = 5% 由此可見滿足要求電壓損耗5%的要求。 7. 3.

20、 3短路熱穩(wěn)定校驗 按本變電所高壓側短路電流校驗，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗，可 知纜芯25mnr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，只有暫缺。 以上所選變電所進岀線和聯(lián)絡線的導線和電纜型號規(guī)格如表7-1所示。 表7-1進出線和聯(lián)絡線的導線和電纜型號規(guī)格 線路名稱 導線或電纜的型號規(guī)格 10KV電源進線 LGJ-35鋁絞線（三相三線架空） 主變引入電纜 YJL22100003X25交聯(lián)電纜（直埋） 380V 低壓 出線 至1號廠房 VLV2210003X240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋） 至2號廠房 VLV22

21、10003X240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋） 至3號廠房 VLV2210003X240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋） 至4號廠房 VLV2210003X240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋） 至5號廠房 BLV 1000 1X4鋁芯線5根穿徑25mm2硬塑管 至6號廠房 VLV2210003X240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋） 至7號廠房 VLV2210003X240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋） 至8號廠房 VLV2210003X240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋） 至9號廠房 VLV2210003X240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋） 至10號

22、廠房 VLV2210003X240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋） 至生活區(qū) 四回路，每回路 3XBLX-1000-1 X 120+1 XBLX-1000-1 X75 橡皮線（三相 四線架空線） 與臨近單位10KV聯(lián)絡線 YJL22100003X 16交聯(lián)電纜（直埋） &變電所二次回路方案的選擇與繼電保護的整定 8.1變電所二次回路方案的選擇 a）高壓斷路器的操作機構控制與信號回路斷路器采用手動操動機構，其 控制與信號回路如工廠供電設計指導圖6-12所示。 b）變電所的電能計量回路變電所高壓側裝設專用計量柜，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

23、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。 c）變電所的測量和絕緣監(jiān)察回路 變電所高壓側裝有電壓互感器一一避雷 器柜。其中電壓互感器為3個JDZJ10型，組成/（開口） Y0/Y0/的接線, 用以實現(xiàn)電壓側量和絕緣監(jiān)察，其接線圖見工廠供電設計指導圖6-8。作為 備用電源的髙壓聯(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，也裝上電流表。低壓側的動 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

24、符合要求。 &2變電所繼電保護裝置 & 2.1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 器式結線，去分流跳閘的操作方式。 & 2. 2護動作電流整定 其中 /Lmax = 2Int = 2x 1 OOOKVA/（x 1OKV） = 2x57/M = 115A ,可靠系數(shù) 心=1.3,接線系數(shù)Kw = y繼電器返回系數(shù)K”=0.8,電流互感器的電流比 AT,. =100/5=20 ,因此動作電流為： =-1_3xl xll

25、5/l = 9.3A因此過電流保護動作電流整定為 ”0.8x20 10Ao & 2. 3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 o 8. 2. 4過電流保護靈敏度系數(shù)的檢驗 p _ 其中，hmin = /啟2 /心=0.866 理2 /K廠0. 866 X 19. 7kA/(10kV/0. 4kV)=0. 682 j = 口 K/ K“. = 10 A x 20 /1 = 200 A ,因此其靈敏度系數(shù)為： Sp=682A/200A=3.411.5 滿足靈敏度系數(shù)的1. 5的要求。 8. 3裝設

26、電流速斷保護 利用GL15的速斷裝置。 8. 3.1速斷電流的整定： 利用式I =仏厶X，其中丿皿=心=197以，嚴1.4, K產(chǎn)1, Ki x Kt 14x1 A：, = 100/5=20,心二 10/0.4=25,因此速斷保護電流為I.=xl9700A = 55A q 20 x25 速斷電流倍數(shù)整定為K(ih = Iqb/Io=55A/0A=5.5 (注意K妙不為整數(shù)，但必須在 28之間) & 3. 2、電流速斷保護靈敏度系數(shù)的檢驗 利用式=厶皿，其中人.min = /比=0.866 理2 = 0.866 X 1.96 = 1.7M , qb /切=QKK.=554x20/1 = 1100

27、A,因此其保護靈敏度系數(shù)為 S=17OOA/11OOA=1.551.5 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。 8. 4作為備用電源的高壓聯(lián)絡線的繼電保護裝置 8. 4.1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，利用式嘉嚴腫心Xi,礙,其中 Kre X 匕 L.max =2 I30 9

28、取 工厶0（11）a（S + 0.4530.8）z（ljV） = （132 +160+44A）kVA/（3 x0kV） = 9AA 0. 6X52A=43. 38A, ATre/ = 1.3, Kw =1,產(chǎn)0.8, Kt =50/5=10,因此動作電流 為： = -1-?- 1 x2x 19.4A = 6.3A因此過電流保護動作電流打，整定為7A。 0.8x10p 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. 5so 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。 & 4. 2裝設電流速斷保

29、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。 & 4. 3變電所低壓側的保護裝置 a）低壓總開關采用DW15-1500/3型低壓短路器，三相均裝設過流脫鉤器，既可 保護低壓側的相間短路和過負荷，而且可保護低壓側單相接地短路。脫鉤器動作 電流的整定可參看參考文獻和其它有關手冊。 b）低壓側所有出線上均釆用DZ20型低壓短路器控制，其瞬間脫鉤器可實現(xiàn)對線 路的短路故障的保護，限于篇幅，整定亦從略。 9防雷保護與接地裝置的設計 9.1變電所的防雷保護 9.1.1直接防雷保護 在變電所屋頂裝設避雷針和避雷帶，并引進出兩根接地

30、線與變電所公共接裝 置相連。如變電所的主變壓器裝在室外和有露天配電裝置時，則應在變電所外面 的適當位置裝設獨立避雷針，其裝設高度應使其防雷保護圍包圍整個變電所。如 果變電所所在其它建筑物的直擊雷防護圍時，則可不另設獨立的避雷針。按規(guī)定， 獨立的避雷針的接地裝置接地電阻RV10Q （表9-6）。通常采用3-6根長2.5 m 的剛管，在裝避雷針的桿塔附近做一排和多邊形排列，管間距離5叫打入地下， 管頂距地面0.6 mo接地管間用40mmX4mm的鍍鋅扁剛焊接相接。引下線用25 mm X4 mm的鍍鋅扁剛，下與接地體焊接相連，并與裝避雷針的桿塔及其基礎的鋼 筋相焊接，上與避雷針焊接相連避雷針采用直徑20mm的鍍鋅扁剛，長11.5。 獨立避雷針的接地裝置與變電所公共接地裝置應有3m以上的距離。 9.1.2雷電侵入波的防護 a）在10KV電源進線的終端桿上裝設FS4-10型閥式避雷