某廠降壓變電所電氣部分設(shè)計(jì)

工廠供電，就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配，亦稱工廠配電。眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很?。ǔ娀I(yè)外）。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善工人的勞動條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實(shí)保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達(dá)到以下基本要求：（1）安全在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。（2）可靠應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要求。（3）優(yōu)質(zhì)應(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求（4）經(jīng)濟(jì)供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點(diǎn)，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB50052-95《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50053-94《10kv及以下設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50054-95《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》等的規(guī)定，進(jìn)行工廠供電設(shè)計(jì)必須遵循以下原則：（1）遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；必須遵守國家的有關(guān)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。（2）安全可靠、先進(jìn)合理；應(yīng)做到保障人身和設(shè)備的安全，供電可靠，電能質(zhì)量合格，技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理，采用效率高、能耗低和性能先進(jìn)的電氣產(chǎn)品。（3）近期為主、考慮發(fā)展；應(yīng)根據(jù)工作特點(diǎn)、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，做到遠(yuǎn)近結(jié)合，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能性。（4）全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。按負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計(jì)方案。工廠供電設(shè)計(jì)是整個工廠設(shè)計(jì)中的重要組成部分。工廠供電設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn)及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設(shè)計(jì)的有關(guān)知識，以便適應(yīng)設(shè)計(jì)工作的需要。2.負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償2.1負(fù)荷計(jì)算在負(fù)荷計(jì)算時，采用需要系數(shù)法對各個車間進(jìn)行計(jì)算，并將照明和動力部分分開計(jì)算，照明部分最后和宿舍區(qū)照明一起計(jì)算。單組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算式:有功計(jì)算負(fù)荷PPeKd有功計(jì)算負(fù)荷PPeK視在計(jì)算負(fù)荷SP計(jì)算電流ISN 3UN運(yùn)用公式對各車間進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，結(jié)果如表2.1所示。名稱類別設(shè)備容量PkW系數(shù)KdP30kWQ30kvarS30kVA30A1鑄造車間動力5040 2鍛壓車間動力600—3金工車間動力700—4工具車間動力600 5車間動力800 6熱處理車間動力142.8800 7裝配車間動力800—8機(jī)修車間動力400 9房動力100 倉庫動力8100—生活區(qū)（380V側(cè)）動力要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷是功率因數(shù)不應(yīng)該低于0.92。考慮到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負(fù)荷是功率因素應(yīng)稍大于0.92，暫取0.93來計(jì)算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量：故選PGJ1型低壓自動補(bǔ)償屏，并聯(lián)電容器為BW0.4-14-3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84kvar5=420kvar。因此無功補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和10KV側(cè)的負(fù)荷計(jì)算如表2.2所示。表2.2無功補(bǔ)償后工廠的計(jì)算的負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷P30kWQ30kvarS30kVAI30A380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷380V側(cè)無功補(bǔ)償容量-420380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷主變壓器功率損耗10kV側(cè)負(fù)荷總計(jì)年有功電能消耗量及年無功電能耗電量可由下式計(jì)算得到：年有功電能消耗量：Wp#年無功電能耗電量：Wq#PTQT結(jié)合本廠的情況，年最大負(fù)荷利用小時數(shù)T為4800h，取年平均有功負(fù)荷系數(shù)年有功耗電量：Wp#0.72960.53kW4800h3.32106kW#h；年無功耗電量：Wq#0.78451.91kvar4800h1.69106kW#h。結(jié)合本廠的情況，年最大負(fù)荷利用小時數(shù)T為4800h，取年平均有功負(fù)荷系數(shù)年有功耗電量：Wp#0.72960.53kW4800h3.32106kW#h；年無功耗電量：Wq#0.78451.91kvar4800h1.69106kW#h。按比例K在工廠平面圖中測出各車間和宿舍區(qū)負(fù)荷點(diǎn)的坐標(biāo)位置表3.1所示表3.1各車間和宿舍區(qū)負(fù)荷點(diǎn)的坐標(biāo)位置坐標(biāo)軸123456789生活區(qū)X(㎝)Y(㎝)由計(jì)算結(jié)果可知，x=3.3y=3.7工廠的負(fù)荷中心在6號廠房的西南角?？紤]的方便進(jìn)出線及周圍環(huán)境情況，決定在4號廠房的西側(cè)緊靠廠房修建工廠變電所，其型式為附設(shè)式。4變電所主變壓器的選擇和主結(jié)線方案的選擇根據(jù)工廠的負(fù)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：N.TS30，選SN,T1000kVAS30806.67kVA，即選一臺S9-1000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負(fù)荷所需的備用電源，考慮由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承（2）裝設(shè)兩臺主變壓器型號亦采用S9，而每臺變壓器容量按式y(tǒng)和因此選兩臺S9630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負(fù)荷所需的備用電源亦由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組均采用Yyn0。4.2變壓器主接線方案的選擇按上面考慮的兩種主變壓器方案可設(shè)計(jì)下列兩種主接線方案：（1）裝設(shè)一臺主變壓器的主接線方案，如圖4.1所示（2）裝設(shè)兩臺主變壓器的主接線方案，如圖4.2所示圖4.1裝設(shè)一臺主變壓器的主結(jié)線方案圖4.2裝設(shè)兩臺主變壓器的主結(jié)線方案4.3兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。比較項(xiàng)目裝設(shè)一臺主變的方案裝設(shè)兩臺主變的方案供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質(zhì)量由于一臺主變，電壓損耗較大由于兩臺主變并列，電壓損耗小靈活方便性只一臺主變，靈活性稍差由于有兩臺主變，靈活性較好擴(kuò)建適應(yīng)性稍差一些更好一些電力變壓器的綜合投資由手冊查得S9—1000單價(jià)為器綜合投資約為其單價(jià)的2倍，由手冊查得S9—630單價(jià)為7.47萬元，因此兩臺綜合投資比一臺變壓器多投資8.36萬元高壓開關(guān)柜（含計(jì)量柜）的綜合投資額查手冊得GG—A（F）型柜按每臺3.5萬元計(jì)，查手冊得其綜合投資按設(shè)備價(jià)1.5倍計(jì)，因標(biāo)電力變壓器和高壓開關(guān)柜的年運(yùn)行費(fèi)參照手冊計(jì)算，主變和高壓開關(guān)柜的折算和維修管理費(fèi)每年主變和高壓開關(guān)柜的折舊費(fèi)和萬元供電貼費(fèi)按800元/KVA計(jì)，貼費(fèi)為1000=100.8萬元，比一臺主變的方從表4.1可以看出，按技術(shù)指標(biāo)，裝設(shè)兩臺主變的主接線方案略優(yōu)于裝設(shè)一臺主變的主接線方案，因此決定采用裝設(shè)兩臺主變的方案。5短路電流的計(jì)算設(shè)Sd100MVA，UdUc1.05UN，即高壓側(cè)Ud110.5kV，低壓側(cè)Ud20.4kV，則Id1Sdd2Sd5.3計(jì)算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值（1）電力系統(tǒng)已知Soc400MVA，故1X100MVA500MVA0.21（2）架空線路查表8-37，得LJ-150的X0=0.34/km，而線路長12km，故X2（3）電力變壓器查表2-8，得Uz%=4.5，故X3因此繪短路計(jì)算等效電路如圖5.2所示。335.410KV側(cè)三相短路電流和短路容量X(k1)X1X20.2（2）三相短路電流周期分量有效值X（3）其他短路電流（4）三相短路容量S dXS dX 3 333.3MVA5.5380KV側(cè)三相短路電流和短路容量（1）總電抗標(biāo)幺值（2）三相短路電流周期分量有效值d2k（3）其他短路電流144kA40.29kAs)23.87kA（4）三相短路容量S dSXX 100MVA 15.27MVA短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/kA三相短路容量/MVAUk-1k-26變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)6.110kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)表6.110kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目裝置地點(diǎn)條件參數(shù)UI數(shù)據(jù)額定參數(shù)高壓少油斷路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA高壓隔離開關(guān)GN-10/20010kV200A高壓熔斷器RN2-1010kV50kA電壓互感器JDJ-10電壓互感器JDZJ-10電流互感器LQJ-1010Kv100/5A二次負(fù)避雷器FS4-1010kV隔離開關(guān)GW4-15G/20012kV400A25Kv6.2380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)表6.2380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目裝置地點(diǎn)條件參數(shù)UII數(shù)據(jù)額定參數(shù)低壓斷路器DW15-1500/3D380V1500A40kV低壓斷路器DZ20-630380V630A30kA低壓斷路器DZ20-200380V200A25kA低壓刀開關(guān)HD13-1500/30380V1500A電流互感器500V1500/5A電流互感器500V100/5160/5避雷器戶外隔離開關(guān)參照表5—28，10kV母線選LMY-3（404即母線尺寸為40mm4mm；380V母線選LMY-3(12010)806,即母線尺寸為120mm10mm，而中性線母線尺寸為80mm6mm。7變電所進(jìn)出線以及鄰近單位聯(lián)絡(luò)線的選擇7.110kV高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇（1）10kV高壓進(jìn)線的選擇校驗(yàn)采用LJ型鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kV公用干線。1)按發(fā)熱條件選擇由I30I1N2）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度最小允許截面Amin35mm2，因此按發(fā)熱條件選擇的LJ-16不滿足機(jī)械強(qiáng)度要求，故改選LJ-35。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的一段引入電纜的選擇校驗(yàn)采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇由I30I1NT57.7A及土壤溫度芯截面為Amin25mm2的交聯(lián)電纜，其Ial90AI30，滿足發(fā)熱條件。2）校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定按式C計(jì)算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面AminI(3)ma18505mm220.8mm2A25mm2因此YJL22-10000-3×25電纜滿足短路熱穩(wěn)定條件。7.2380V低壓出線的選擇（1）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(shè)。選纜芯截面185mm2，其Ial273AI30，滿足發(fā)熱條件。2）校驗(yàn)電壓損耗由圖11-4所示工廠平面圖量得變電所至1號廠房距離約為70m，而由資料查得185mm2的鋁芯電纜R00.21km（按纜芯工作溫度75計(jì)X00.07/km，又1號廠房的P30121.2kW，Q30116.3kvar，因此按式UpRqX得：UNU0.38kVU%100%0.6%Ual%5%故滿足允許電壓損耗的要求。MWC3)短路熱穩(wěn)定度校驗(yàn)MWC計(jì)算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面AC2192805mm2219.70mm2由于前面按發(fā)熱條件所選185mm2的纜心截面小于Amin，不滿足短路熱穩(wěn)定要求，故改選纜芯截面為240mm2的電纜，即選VLV22-1000-3240+1120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。（2）饋電給2號廠房（鍛壓車間）的線路亦采用VLV22-1000-3240+170的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)。按發(fā)熱條件擇查資料，初選纜芯截面240mm2VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜。（3）饋電給3號廠房（精工車間）的線路亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)。（4）饋電給4號廠房（工具車間）的線路亦采用BLV-1000的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇由I30251.6及地下0.8m土壤溫度25和環(huán)境溫度32仁C，查表資料，應(yīng)選VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜。（5）饋電給5號廠房（電鍍車間）的線路亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（6）饋電給6號廠房（熱處理車間）的線路亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)。（7）饋電給7號廠房（裝配車間）的線路亦采用VLV22-1000-3240+1150的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)。（8）饋電給8號廠房（機(jī)修車間）9號廠房（鍋爐房）10號廠房（倉庫）的線路都亦采用VLV22-1000-3240+195的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)。（9）饋電給生活區(qū)的線路采用LG型鋁芯橡皮絕緣線架空敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇由I30=472.68A及室外環(huán)境溫度為33仁C，查表初選al543AI30，滿足發(fā)熱條件。2）校驗(yàn)電壓損耗由圖11-3所示工廠平面圖量得變電所至生活區(qū)負(fù)荷中心距離約150m，而由表查得LJ-240的阻抗R0=0.14km,X0=0.30km，又生活區(qū)的P30280kW,Q30135.61kvar，因此0.38kVU%100%3.65%Ual%5%滿足允許電壓損耗要求。7.3作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇校驗(yàn)采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜，直接埋地敷設(shè)，與相距約2km的鄰近單位變配電所的10kV母線相聯(lián)。（1）按發(fā)熱條件選擇工廠二級負(fù)荷容量420KVA查表初選纜芯截面為25mm2的交聯(lián)聚乙烯絕緣鋁芯電纜（注：該型電纜最小芯線截面積為25mm2其Ial90AI30,滿足發(fā)熱條件。（2）校驗(yàn)電壓損耗由表8-42可查得纜芯為25mm的鋁芯電纜的R0=1.54kmQ30=275.93kvar線路長度按2km計(jì)，因此U10kV136VU%1V100%0.36%Ual%5%由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25mm2的交聯(lián)電纜是滿足短路熱穩(wěn)定要求的。綜合以上所選變電所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格如表7.1所示。表7.1所選變電所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號線路名稱導(dǎo)線或電纜的型號規(guī)格10kV電源進(jìn)線LJ-35鋁絞線（三相三線架空）主變引入電纜YJL22-10000-325交聯(lián)電纜（直埋）V低壓出線VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（VLV22-1000-3300+170四芯塑料電纜（直埋）VLV22-1000-3300+195四芯塑料電纜（直埋）VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（VLV22-1000-3300+1185四芯塑料電纜（VLV22-1000-3300+1185四芯塑料電纜（VLV22-1000-3300+170四芯塑料電纜（直埋）VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（VLV22-1000-3300+195四芯塑料電纜（直埋）至生活區(qū)單回路，回路線3LJ-240+1LJ-120（架與鄰近單位10kV聯(lián)絡(luò)線YJL22-10000-325交聯(lián)電纜（直埋）8變壓所的防雷保護(hù)（1）直擊雷防護(hù)在變電所屋頂裝設(shè)避雷針或避雷帶，并引出兩根接地線與變電所公共接地裝置相連。避雷針采用直徑20mm的鍍銀圓鋼，避雷帶采用25mm4mm的鍍鋅扁鋼。（2）雷電侵入波的防護(hù)1）在10kV電源進(jìn)線的終端桿上裝設(shè)FS4-10型閥式避雷器。其引下線采用25mm4mm的鍍鋅扁鋼，下面與公共接地網(wǎng)焊接相聯(lián)，上面與避雷器接地端螺栓連接。2）在10kV高壓配電室內(nèi)裝設(shè)的GG-1A（F）-54型高壓開關(guān)柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主變壓器。主變壓器主要靠此避雷器來防護(hù)雷電侵入波的危害。3)在380V低壓架空出線桿上，裝設(shè)保護(hù)間隙，或?qū)⑵浣^緣子的鐵腳接地，用以防護(hù)沿低壓架空線侵入雷電波。8.2變電所公共接地裝置的設(shè)計(jì)（1）接地電阻的要求按表9-23，本變電所的公共接地裝置的接地電阻應(yīng)滿足以下條件：RE4且R120V120V4.4EEEE350因此公共接地裝置接地電阻應(yīng)滿足RE4（2）接地裝置的設(shè)計(jì)采用長2.5m、50mm的鍍鋅鋼管數(shù)，按式（9.24）計(jì)算初選16根，沿變電所三面均勻布置（變電所前面布置兩排管距5m，垂直打入地下，管頂離地面0.6m。管間用40mm4mm的鍍鋅扁鋼焊接相連。變壓器室有兩條接地干線、高低壓配電室各有一條接地線與室外公共接地裝置焊接相連。接地干線均采用采用25mm4mmRRRE滿足RE4的要求。的鍍鋅扁鋼。變電所接地裝置平面布置圖 通過電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，我不僅加深了對電力系統(tǒng)基礎(chǔ)和分析的理解，而且我還學(xué)會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們學(xué)會將理論很好地聯(lián)系實(shí)際，并不斷地去開動自己的大腦，從為人類造福的意愿出發(fā)，做自己力所能及的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超越前人。同時，更重要的是，我在這一設(shè)計(jì)過程中，學(xué)會了堅(jiān)持不懈，不輕易言棄。設(shè)計(jì)過程，也好比是我們?nèi)松砷L的歷程，常有一些不如意，也許這就是在對我們提出了挑戰(zhàn)，勇敢過，也戰(zhàn)勝了，勝利的鐘聲也就一定會為我們而敲響。對我來說學(xué)到的不僅是那些知識，更多