某中控柜架公司供配電系統(tǒng)電氣部分初步設(shè)計(jì)

1、黃石理工學(xué)院電氣與電子信息工程學(xué)院供配電工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：姓 名： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 起止時(shí)間： 地 點(diǎn)： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 年 月 日供配電工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（8）一、設(shè)計(jì)題目某中控柜架公司供配電系統(tǒng)電氣部分初步設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目的及要求通過本課程設(shè)計(jì)，熟悉現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，樹立起技術(shù)與工程經(jīng)濟(jì)相統(tǒng)一的辨證觀點(diǎn)；培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)分析解決工程實(shí)際問題的能力；掌握電氣工程設(shè)計(jì)計(jì)算的方法，為今后從事電力工程設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行及管理工作，打下必要的基礎(chǔ)。要求根據(jù)用戶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

2、要求，確定配電所及車間變電所的位置與型式，選擇變電所主接線方案及高低壓設(shè)備和進(jìn)出線，確定車間變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)與容量、類型，最后按要求寫出設(shè)計(jì)說明書，繪出設(shè)計(jì)圖樣。三、設(shè)計(jì)依據(jù)1、工廠負(fù)荷情況該公司是一家專業(yè)制造GCS、GCK、MNS、GGD等低壓及XGN、GZSI、HXGN、KYN、GGIA等高壓開關(guān)柜柜體的技術(shù)密集型企業(yè)，下設(shè)有數(shù)控剪板車間、數(shù)控鍛沖車間、數(shù)控折彎車間、全自動(dòng)型材流水線車間、高精度專業(yè)電焊車間、全密閉噴涂磷化車間、自動(dòng)化組裝車間、智能式檢驗(yàn)侯審車間等。該公司多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4500小時(shí)，日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間6小時(shí)。按二級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)。該公司負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如

3、表所示。表 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料編號(hào)廠房名稱設(shè)備容量/kW需要系數(shù)功率因數(shù)1剪板車間8500.550.702鍛沖車間7300.500.753折彎車間5800.500.754型材車間4400450755電焊車間3900.500.756噴涂磷化車間3000.450.707組裝車間2400.450.708檢驗(yàn)車間1400.550.809綜合樓2300.800.852、供電電源情況按照工廠與當(dāng)?shù)仉姌I(yè)部門簽訂的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近35/10kV地區(qū)變電站取得工作電源，距廠約為5km。10kV母線短路數(shù)據(jù)：、，其出口斷路器配備有定時(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1.5s。要求

4、工廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.90。3氣象資料本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為40，年平均氣溫為25，年最低氣溫為2，年最熱月平均最高氣溫為33，年最熱月平均氣溫為26，年最熱月地下0.8m處平均溫度為25。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，年雷暴日數(shù)為52.2天。4地質(zhì)水文資料本廠所在地區(qū)平均海拔200m，地層以砂粘土為主，地下水位為2m。5電費(fèi)制度本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T達(dá)成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計(jì)量電能，設(shè)專用計(jì)量柜，按兩部電價(jià)制交納電費(fèi)。基本電價(jià)20元/千伏安/月，電度電價(jià)0.5元/度。四、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：負(fù)荷計(jì)算及無功功率的補(bǔ)償計(jì)算，高壓配電所所址的選擇，變配電所主接線方案的選擇，車間變壓器位

5、置、臺(tái)數(shù)和容量的確定，高低壓配電線路及導(dǎo)線截面選擇，短路計(jì)算和開關(guān)設(shè)備的選擇，保護(hù)配置及整定計(jì)算*，防雷保護(hù)與接地裝置設(shè)計(jì)*等。2.負(fù)荷計(jì)算2.1 三相用電設(shè)備組負(fù)荷計(jì)算的方法 有功計(jì)算負(fù)荷（kW） 無功計(jì)算負(fù)荷（kvar） 視在負(fù)荷計(jì)算（kVA） 計(jì)算電流（A） 2.2 計(jì)算負(fù)荷及無功功率補(bǔ)償(1) 對(duì)鑄鋁車間計(jì)算：有功計(jì)算負(fù)荷（kW） =8900.8=712KW.無功計(jì)算負(fù)荷（kvar） =712tan(arccos0.85)=441.44KW視在負(fù)荷計(jì)算（kVA） =712/0.85=837.65 KW計(jì)算電流 = =1272.7A故同上計(jì)算方法可得到各廠房及生活區(qū)的負(fù)荷計(jì)算如表1-11

6、-1電力負(fù)荷計(jì)算表車間變電所序號(hào)廠房名稱設(shè)備容量/kW需要系數(shù)/Kd功率因數(shù)/costan計(jì)算負(fù)荷Pc/kWQc/kvarSc/kvAIc/A11剪板車間8500.550.701.02467.5476.9667.91015.1 22鍛沖車間7300.500.750.88365.0321.9486.7739.7 33折彎車間5800.500.750.88290.0255.8386.7587.7 44型材車間4400450750.88198.0174.6264.0401.3 55電焊車間3900.500.750.88195.0172.0260.0395.2 66噴涂磷化車間3000.450.701

7、.02135.0137.7192.9293.1 67組裝車間2400.450.701.02108.0110.2154.3234.5 68檢驗(yàn)車間1400.550.800.7577.057.896.3146.3 79綜合樓2300.800.850.62184.0114.0216.5329.0 (2) 無功功率補(bǔ)償考慮到每個(gè)車間的功率不同，現(xiàn)如下分配：1、2、3、4、5號(hào)車間單獨(dú)設(shè)一個(gè)車間變電所，分別為STS1,STS2,STS3,STS4,STS5;6、7、8分為一個(gè)變電所為STS6；9為單獨(dú)設(shè)為一個(gè)變電所；一共有七個(gè)車間變電所，每個(gè)車間選用型式并且選用的自愈式低壓并聯(lián)電力電容器BSMJ0.4-

8、12-3進(jìn)行無功補(bǔ)償。并采用低壓集中補(bǔ)償方式。補(bǔ)償之前對(duì)每個(gè)車間變電所所供應(yīng)的車間進(jìn)行有功和無功求和，再算出其視在功率和功率因素。 表1-2補(bǔ)償之前各車間變電所低壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷編號(hào)車間變電所有功Pc/KW無功Qc/KW視在功率Sc/kVA功率因數(shù)計(jì)算電流/A1STS1467.5476.9667.90.701015.1 2STS2365.0321.9486.70.75739.7 3STS3290.0255.8386.70.75587.7 4STS4198.0174.6264.00.75401.3 5STS5195.0172.0260.00.75395.2 6STS6320.0305.7443.50

9、.72673.87STS7184.0114.0216.50.83475.3而供電局要求該廠10kV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得低于0.9，380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得大于0.92。考慮到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380側(cè)最大功率因數(shù)因大于0.9，暫取0.92來計(jì)算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量。對(duì)變電所STS1有 Qc=Pc(tan1-tan2)=467.5tan(arccos0.7)-tan(arccos0.92)kvar=277.79kvar.故選擇GGJ1-01型低壓無功補(bǔ)償柜（BSMJ0.4-12-3），所需安裝的組數(shù) n=Qc/12=277.79/1223。所需柜數(shù)2

10、臺(tái)。所以實(shí)際補(bǔ)償為1224=288Kvar.則補(bǔ)償之后總的無功計(jì)算負(fù)荷為Qc=476.9-288=188.9Kvar.則補(bǔ)償之后的總的視在功率為477.9KW.功率因素=467.5/477.9=0.97.計(jì)算電流為726.1A則同理按照上面的計(jì)算方法可得如下表：1-3。其中功率補(bǔ)償都選用GGJ1-01型低壓無功補(bǔ)償柜（BSMJ0.4-12-3），依次選用的是2臺(tái)，2臺(tái)，1臺(tái)，1臺(tái)，1臺(tái)，2臺(tái),1臺(tái)。表1-3補(bǔ)償之后各車間變電所低壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷編號(hào)車間變電所有功Pc/KW無功Qc/KW實(shí)際補(bǔ)償KW視在功率Sc/kVA功率因數(shù)計(jì)算電流/A1STS1467.5188.9288477.90.97726.

11、12STS2365.0153.9168375.30.97570.23STS3290.0111.8144298.90.97454.14STS4198.078.696200.80.98305.15STS5195.07696196.00.99297.86STS6320.0113.7192329.40.97500.57STS7184.06648184.90.98280.9 考慮到車間變電所低變壓器壓側(cè)折算到高壓側(cè)有損耗，即有變壓器的功率損耗為：對(duì)變電所STS1高壓側(cè)有= +PT =+0.01Sc=467.5+0.01477.9=472.279KW=+QT =+0.05Sc=188.9+0.05477.

12、9=212.795 Kvar對(duì)其他變電所高壓側(cè)計(jì)算有有:STS2:=368.753KW, =172.665KvarSTS3:=292.989KW.=126.745KvarSTS4:=200.008KW, =88.64KvarSTS5:=196.96KW,=85.8KvarSTS6: =323.294KW,=130.17KvarSTS7: =323.294KW,=130.17Kvar則=2040.132KW, =892.06Kvar.Sc2 =2226.6KVA無功率補(bǔ)償后，工廠的功率因數(shù)為：cos= / Sc2= 0.920.90因此，符合本設(shè)計(jì)的要求。2.3車間變電所的所址和型式由于工廠屬二

13、級(jí)負(fù)荷，并且取得10kV母線作為電源，所以變電所選用10kV/0.38kV直降變電所。綜合考慮以下幾種因素后：1、便于維護(hù)與檢查；2、便于進(jìn)出線；3、保證運(yùn)行安全；4、節(jié)約土地與建筑費(fèi)用；5、適應(yīng)發(fā)展要求。2.4 變電所主變壓器和主接線方案選擇因?yàn)?0kV側(cè)7個(gè)變電所的視在負(fù)荷分別為：477.9，375.3，298.9，200.8，196.0，329.4，184.9。都選一臺(tái)變壓器又考慮到工廠以后的發(fā)展，所以選用7臺(tái)S11-M-301600/10全密封系列變壓器，其中第一個(gè)車間變壓器容量為500 kVA，第二個(gè)和第六個(gè)車間變壓器容量為400 kVA，三、四、五、七車間各為315 kVA。具體參

14、數(shù)如表2-6所示表2-6變壓器參數(shù)額定容量/kVA空載損耗P0/W短路損耗Pk/W阻抗電壓Uk%空載電流I0%31548036504.01.140057043004.01.050068051004.01.03.主接線方案的選擇因?yàn)楣S是二級(jí)負(fù)載且考慮到供電可靠性因素，故選擇雙回母線進(jìn)線單母線分段接線方式單母線接線方式的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、清晰、設(shè)備少、運(yùn)行操作方便且有利于擴(kuò)建。如圖3-1和表3-1所示4.短路電流的計(jì)算 4.1 短路電流的計(jì)算方法基準(zhǔn)電流 基準(zhǔn)電抗 三相短路電流周期分量有效值 三相短路容量的計(jì)算公式 繪制計(jì)算電路 圖4-1 確定基準(zhǔn)值 設(shè)Sd=100MVA，Ud=Uo，即高壓側(cè)Ud1=

15、10.5kV,低壓側(cè)Ud2=0.4kV，則 4.2 計(jì)算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值 電力系統(tǒng) 最大電抗標(biāo)幺值 最小電抗標(biāo)幺值 架空線路 電力變壓器因此繪制等效電路 如圖4-2 圖4-2 等效電路計(jì)算k-1點(diǎn)的短路電路總阻抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容抗總電抗標(biāo)幺值最大總電抗標(biāo)幺值 最小總電抗標(biāo)幺值 三相短路電流周期分量有效值 最大值最小值其他短路電流三相短路容量 計(jì)算k-2點(diǎn)（0.4kV）側(cè)的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量六臺(tái)變壓器分列運(yùn)行，取其中一個(gè)作為計(jì)算例子（第一個(gè)車間變電所STS1），其他五個(gè)相同總電抗標(biāo)幺值三相短路電流周期分量有效值其他短路電流 在10/0.4kV變壓器二次

16、側(cè)低壓母線發(fā)生三相短路時(shí)，一般，可取，因此，則：三相短路容抗將以上數(shù)據(jù)列成短路計(jì)算表,如表4-1和4-2所示：表4-1 最大運(yùn)行方式下短路計(jì)算點(diǎn)總電抗標(biāo)幺值三相短路電流/kA三相短路容抗/MVAK-12.52.632.632.636.74.047.85K-26.522.222.222.250.1725.0916.42表4-2 最小運(yùn)行方式下短路計(jì)算點(diǎn)總電抗標(biāo)幺值三相短路電流/kA三相短路容抗/MVAK-12.092.22.22.25.63.340K-26.0923.723.723.753.5626.7815.385.變電所的一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)供電系統(tǒng)的電氣設(shè)備主要有斷路器、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、

17、熔斷器、電抗器、互感器、母線裝置及成套配電設(shè)備等。電氣設(shè)備選擇的一般要求必須滿足一次電路正常條件下和短路故障條件下的工作要求，同時(shí)設(shè)備應(yīng)工作安全可靠，運(yùn)行方便，投資經(jīng)濟(jì)合理。電氣設(shè)備按在正常條件下工作進(jìn)行選擇，就是要考慮電氣裝置的環(huán)境條件和電氣要求。環(huán)境條件是指電氣裝置所處的位置（室內(nèi)或室外）、環(huán)境溫度、海拔高度以及有無防塵、防腐、防火、防爆等要求。電氣要求是指電氣裝置對(duì)設(shè)備的電壓、電流、頻率（一般為50Hz）等的要求；對(duì)一些斷流電器如開關(guān)、熔斷器等，應(yīng)考慮其斷流能力。5.1 高壓設(shè)備器件的校驗(yàn)對(duì)于高壓設(shè)備器件的校驗(yàn)項(xiàng)目見表5-1：表5-1 高壓設(shè)備器件的校驗(yàn)項(xiàng)目電器設(shè)備名稱額定電壓/kV額定

18、電流/A斷流能力/kA短路電流校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定熱穩(wěn)定真空斷路器旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)電纜、絕緣導(dǎo)線高壓熔斷器電流互感器電壓互感器選擇校驗(yàn)的條件設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于裝置地點(diǎn)的額定電壓設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于通過設(shè)備的計(jì)算電流設(shè)備的最大開斷（或功率）應(yīng)不小于它可能開斷的最大電流（或功率）按三相短路沖擊電電流和流校驗(yàn)按三相短路穩(wěn)態(tài)短路發(fā)熱假象時(shí)間校驗(yàn)5.2 主要設(shè)備的選擇校驗(yàn)在本設(shè)計(jì)中所用到的10kV的高壓成套設(shè)備為XGN2-12型箱型固定式交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備。該設(shè)備是三相交流50Hz單母線及單母線帶旁路系統(tǒng)的戶內(nèi)成套設(shè)備，具有安全連鎖、防誤性能、運(yùn)行安全可靠、真空滅弧室免維護(hù)等特點(diǎn)。在該設(shè)計(jì)的總降壓變電所內(nèi)用

19、到該系列的開關(guān)柜有如下器件：（1）電流互感器LZZJ-10的選擇和校驗(yàn)電流互感器應(yīng)按裝設(shè) 地點(diǎn)條件及額定電壓，一次電流，二次電流（一般為5A），準(zhǔn)確級(jí)等進(jìn)行選擇，并應(yīng)校驗(yàn)其短路動(dòng)穩(wěn)態(tài)和和熱穩(wěn)態(tài)。LZZJ-10校驗(yàn)如表5-2所示： 表5-2 LZZJ-10校驗(yàn)序號(hào)安裝地點(diǎn)的電氣條件LZZJ-10結(jié)論項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)1UN10kVUN10kV(最高11.5kV)合格2IC116.3IN630A合格33.25-合格44.9150kA合格511.62kA2.S446.25kA2.S合格（2）高壓熔斷器RN2-10的選擇和校驗(yàn)在335kV的電站和變電所常用的高壓熔斷器有戶內(nèi)高壓限流熔斷器， 最高額定電壓

20、能達(dá)40.5kV，常用的型號(hào)有RN 1、RN 3、RN 5、XRNM 1、XRN T 1、XRN T 2、XRN T3 型， 主要用于保護(hù)電力線路、電力變壓器和電力電容器等設(shè)備的過載和短路；RN2和RN 4型額定電流均為0.5A ， 為保護(hù)電壓互感器的專用熔斷器。RN2-10高壓熔斷器的選擇校驗(yàn)如表5-3所示：表5-3 RN2-10高壓熔斷器的選擇校驗(yàn)表序號(hào)安裝地點(diǎn)的電氣條件RN2-10高壓熔斷器項(xiàng)目數(shù) 據(jù)項(xiàng)目數(shù) 據(jù)結(jié)論110kV12kV合格2116.3200A合格33.25IK31.5kA合格（3）其他項(xiàng)目的校驗(yàn)其他項(xiàng)目校驗(yàn)包括：真空斷路器 ZN28A-12/630-20，1000-20、電

21、壓互感器JDZ-12、隔離開關(guān) GN30-10/630-20 如表5-4所示。表5-4其他校驗(yàn)項(xiàng)目選擇校驗(yàn)項(xiàng)目電壓電流斷流能力動(dòng)穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度結(jié)論安裝地點(diǎn)的電氣條件參數(shù)UNICIK(3)i(3)shI2tIMA數(shù)據(jù)10kV116.33.258.2911.62kA2.S合格參數(shù)UNINIKishI2t合格設(shè)備型號(hào)規(guī)格真空斷路器 ZN28A-12/630-20，1000-2012kV630A20kA50kA(20kA)2 4S=合格1600kA2.S電壓互感器JDZ-1212kV-合格隔離開關(guān) GN30-10/630-2010kV630A31.5 kA80kA(31.5kA)24S=3969 kA

22、2.S合格導(dǎo)線和電纜在通過正常最大負(fù)荷電流即線路計(jì)算電流時(shí)產(chǎn)生的電壓損耗，不應(yīng)超過其正常運(yùn)行時(shí)允許的電壓損耗。對(duì)于工廠內(nèi)較短的高壓線路，可不進(jìn)行電壓損耗校驗(yàn)。5.3導(dǎo)線與電纜的選擇與校驗(yàn)導(dǎo)線（包括裸線和絕緣導(dǎo)線）截面不應(yīng)小于其最小允許截面。對(duì)于電纜，不必校驗(yàn)其機(jī)械強(qiáng)度，但需校驗(yàn)其短路熱穩(wěn)定度。 母線的選擇：按發(fā)熱條件來選擇，即滿足母線容許載流量IIc(計(jì)算電流)，即選擇TMY-3(505).10kV的架空線的截面選擇：由于線路很短,線路末端短路電流與始端電流相差不大,因此以10KV母線上短路時(shí)的短路電流進(jìn)行校驗(yàn)，電力電纜截面選擇：5.4 低壓設(shè)備的選擇與校驗(yàn)低壓一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)項(xiàng)目和條件如表

23、5-5、5-6所示表5-5低壓一次設(shè)備校驗(yàn)設(shè)備名稱額定電壓額定電流短路電流開斷能力/kA熱穩(wěn)定動(dòng)穩(wěn)定低壓斷路器隔離開關(guān)關(guān)低壓熔斷器表5-6 低壓一次側(cè)進(jìn)線備的選擇校驗(yàn)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)定度按裝 地點(diǎn)的電氣條件參數(shù)數(shù)據(jù)0.38kV1163A17.95kA40.57kA1.0S*(40.57kA)2=1645.9 kA2.S設(shè)備型號(hào)規(guī)格參數(shù)HD130.661000A50kA100kA1S*(50kA)2=2500kA2.SDW150.661000A40kA80kA1S*(40kA)2=1600kA2.SLMZ3-0.660.661000A40kA63kA0.5S*(40kA)

24、2=800kA2.S5.3電力變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算電力變壓器的繼電保護(hù)1.反時(shí)限過電流保護(hù)（1） 整定動(dòng)作電流 變壓器的最大負(fù)荷電流是 A取Krel=1.3 Kre=0.8 Ki=250/5=50 ,故反時(shí)限過電流保護(hù)的動(dòng)作電流為 A查附錄表，選用GL-15/10型繼電器，動(dòng)作電流整定為8A(2)檢驗(yàn)靈敏度變壓器低壓母線兩相短路電流反映到高壓側(cè)的電流值為反時(shí)限過電流保護(hù)的靈敏度為滿足靈敏度要求。2.電流速斷保護(hù)（1）整定速斷電流 變壓器低壓母線三相短路電流反映到高壓側(cè)的電流值為電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流（速斷電流）為因反時(shí)限過電流保護(hù)的，故速斷電流倍數(shù)為（2） 靈敏度的校驗(yàn)取變壓器高壓側(cè)的兩相短路電流，即故電流速斷保護(hù)靈敏度為滿足保護(hù)靈敏度的要求。6.小結(jié)本次供電工程課程設(shè)計(jì)，可以說是對(duì)我們所學(xué)理論知識(shí)整體的綜合性運(yùn)用，設(shè)計(jì)的內(nèi)容貫穿課本各章節(jié)始終，對(duì)我們從整體上把握供電