車間變電所及其低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計.doc

車間變電所及其低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計2009級工廠供電課程設(shè)計車間變電所及其低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計姓 名 張勛學(xué) 號 20097353院、系、部電氣工程系班 號方0953-3完成時間2012年6月20日第1章 設(shè)計任務(wù)1.1 設(shè)計要求(1)由總降壓變電所的配出電壓和用電設(shè)備的電壓要求，參考國際規(guī)定的標準電壓等級確定車間變電所的電壓級別。(2)計算負荷采用需用的系數(shù)法，計算出單臺設(shè)備支線、用電設(shè)備組干線和車間變電所低壓母線和進線的計算負荷。(3)由計算負荷結(jié)果，確定補償方式，計算出補償容量，選擇電容器個數(shù)和電容柜個數(shù)。(4)按對負荷可靠性要求，確定車間變電所電氣主接線。(5)按車間變電所低壓母線的計算負荷，確定變電器的容量和臺數(shù)。(6)導(dǎo)線截面積的選擇，支線和干線按發(fā)熱條件選擇，進線電纜按經(jīng)濟電纜密度選擇，按允許發(fā)熱，電壓損耗進行校驗。(7)短路電流計算，繪制計算電路和等值電路圖，確定短路點，計算出各短路點短路電流值及短路容量。(8)車間變電所低壓母線按發(fā)熱條件選擇，按短路的熱合力校驗。(9)按國家規(guī)定的標準符號和圖符，用CAD畫出車間變電所的電氣主接線圖、車間配電系統(tǒng)和配電平面圖。1.2. 設(shè)計條件1、負荷全部為三級負荷，對供電可靠性要求不高。2、車間平面布置圖如圖1所示，車間電氣設(shè)備明細表如表1所示，外車間低壓母線轉(zhuǎn)供負荷如表2所示。圖1 某車間平面布置圖表1 機加車間電氣設(shè)備明細表如下表所示設(shè)備代號設(shè)備名稱臺數(shù)單位容量（kW）效率功率因數(shù)啟動倍數(shù)1、2、3普通車床C6140350.890.8164工具磨床M602511.450.880.8365、16砂輪機S3SL-30021.50.920.826.56平面磨床M713017.60.880.8267、8、9牛頭刨床B6050340.870.82610、11、12普通車床C61634.60.90.81613、14、15普通車床C620-137.60.890.81617、18單臂龍門刨床B1012267.80.860.812.519龍門刨床B2016166.80.860.812.520、21、23普通車床C630310.1250.880.81622立式鉆床Z53514.6250.90.80624搖臂鉆床Z3518.50.870.825.525吊車5T128.20.820.654.526-29鏜床T6849.80.860.805.530、31、32插床B5032340.870.82633、34萬能圓外磨床M131W26.80.860.815表2 車轉(zhuǎn)供負荷名細表如下表所示轉(zhuǎn)供負荷名稱計算負荷轉(zhuǎn)供距離P30(kW)Q30(kvar)S（kV.A）I30(A)Cos金工車間回路130203654.90.83250回路2303445.368.90.66回路3404459.590.30.67合計100981402130.71汽車修理車間回路1302539.159.30.77100回路2222533.350.60.67回路3303646.971.20.65合計82861191810.69備品車間回路128304162.30.68150回路2192531.447.70.60回路3354053.280.80.66合計82951251890.61鍋爐房回路1233037.857.40.65200回路2172026.239.90.45回路3153033.550.960.57合計558097.1147.51.0照明回路（3相）回路11701725.81.0200回路21201218.21.0回路31601624.31.0合計4504568.41.0已知車間需要系數(shù)Kd為0.32，功率因數(shù)cos為0.6，正切值tan為1.33；低壓母線有功功率同時系數(shù)為0.90，無功功率同時系數(shù)為0.95。3.車間采用三班制。年最大有功負荷利用小時數(shù)為5500H。4.供電電源條件：從本廠35/10KV總降變電所用架空線引進10KV電源，該變電所距本車間南0.3KM。供電部門提出的技術(shù)要求如下：工廠總降壓變電所10KV配電出線定時限過電流保護裝置的整定時間tp=1.3s。車間最大負荷時功率因數(shù)不得低于0.9。在車間變電所10KV側(cè)進行計量。5.工廠自然條件。氣象條件。年最高氣溫38度，年平均氣溫35度，年最低氣溫8度，年最熱月平均最高溫30度，年最熱月地下0.7米-1米處平均溫度20度，常年主導(dǎo)風(fēng)向為南風(fēng)；年雷暴日180天；土壤凍結(jié)深度1.1米。地質(zhì)水文資料。平均海拔200米，地層以沙質(zhì)黏土為主，地下水位3米-5米，地耐壓力位20噸每平方米。第2章 車間變電所的電壓級別 根據(jù)已知車間變電所負荷均為三級負荷，對供電可靠性要求不高，因此可采用線路-變壓器接線方式。它的優(yōu)點是接線簡單、使用設(shè)備少和建設(shè)投資省；其缺點是供電可靠性比較差。當供電線路，變壓器及其低壓母線上發(fā)生短路或任何高壓設(shè)備檢修時，全部負荷均要停止供電。條件選定為10kV，低壓側(cè)額定電壓為380V，因此選降壓變電器額定電壓為10/0.4kV。機加車間低壓配電網(wǎng)絡(luò)接線方式的選擇，低壓配電網(wǎng)路接線方式有放射式、樹干式、環(huán)式和鏈式。低壓配電網(wǎng)絡(luò)接線設(shè)計應(yīng)滿足用電設(shè)備對供電可靠性和電能質(zhì)量的要求，同時應(yīng)注意接線簡單，操作安全方便，具有一定靈活性，適應(yīng)性廣和使用上變化及設(shè)備檢修的需要，配電系統(tǒng)層次一般不超過三級。根據(jù)GB50052-1995供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，由于機加車間的電動機容量不大又集中，對供電可靠性要求不高，因此低壓配電網(wǎng)接線可采用樹干式或鏈式接線。車間低壓配電網(wǎng)絡(luò)接線圖參考附錄表B。第3章 負荷計算和無功功率補償3.1 負荷計算 3.1.1單組用電設(shè)備計算負荷的計算公式a)有功計算負荷（單位為KW） b)無功計算負荷（單位為kvar）c)視在計算負荷（單位為kvA）=d)計算電流（單位為A） =, 為用電設(shè)備的額定電壓（單位為KV）3.1.2多組用電設(shè)備計算負荷的計算公式a)有功計算負荷（單位為KW）=式中是所有設(shè)備組有功計算負荷之和，是有功負荷同時系數(shù)，取0.95b)無功計算負荷（單位為kvar） =式中是所有設(shè)備無功之和；是無功負荷同時系數(shù)，取0.97c)視在計算負荷（單位為KVA） =d)計算電流（單位為A） =表3 車間變電所第一個車間的計算負荷設(shè)備代號設(shè)備名稱單位容量（KW）需要系數(shù)/kW/Kvar/A/KVA1-3普通車床C614050.20.810.723.372.430.34.154工具磨床M60251.450.20.830.670.330.220.70.465，16砂輪機S3SL-3001.50.30.820.70.980.685.471.26平面磨床M71307.60.20.820.71.731.23.192.17-9牛頭刨床B605040.350.820.74.83.368.95.8610-12普通車床C6164.60.20.810.7232.165.63.713-15普通車床C620-17.60.20.810.725.13.79.66.317、18單臂龍門刨床B101267.80.350.810.725539.6102.867.719龍門刨床B201666.80.350.810.722.825.33.520、21、23普通車床C63010.1250.20.810.726.84.912.82.522立式鉆床Z5354.6250.40.800.7521.53.83.824搖臂鉆床Z358.50.50.820.74.93.439625吊車5T28.20.150.651.2561267.826-29鏜床T689.80.30.800.7513.710.325.825.830-32插床B503240.350.820.742.87.44.933、34萬能圓外磨床M131W6.80.40.810.726.334.611.97.873.2 無功功率補償3.2.1低壓母線計算負荷及無功功率補償（1）低壓母線計算負荷 P30M=Kp=0.95（119.84+100+82+82+55+45）=477.85 KW Q30M=Kp=0.97（88.88+98+86+95+80+0）= 445.20 Kvar S30M , 由于車間負荷功率因數(shù)小于0.92，因此應(yīng)在變壓器低壓母線上進行集中無功補償。集中補償便于維護和管理，采用電力電容器進行補償。(2)無功功率補償 1）補償容量的確定 QC=P30（tan1-tan2）=477.85(0.93-0.43)=238.9 Kvar 2) 選擇補償裝置 選用BCMJ0.4-40-3型電容器并聯(lián)，額定容量40Kvar 則n=Qc/qc=6 即并聯(lián)6個電容器。 kW Q=Q-Q=445.20-238.9=206.3Kvar 補償后變電所低壓側(cè)視在計算負荷 選擇S9-630/10（6）型變壓器，容量為630KV.A比補償前減少了170KV.A(3)計算變電所變壓器一次側(cè)計算負荷 1）估算變壓器功率損耗： 2)估算進線負荷： 第4章 變電所主變壓器及主接線方案的選擇4.1 根據(jù)負荷性質(zhì)和電源情況選擇變壓器臺數(shù)和容量因為車間符合全部為三級負荷，對供電可靠性要求不高。裝設(shè)一臺主變壓器型號為S9型，而容量根據(jù)式，為主變壓器容量，為總的計算負荷。選，查工廠供電附錄表5選一臺S9-800/10/0.4-Yyn0型低損耗配電變壓器。Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器更有利于抑制高次諧波，且Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器一次繞組的絕緣強度要求比Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器稍低，因此制造成本較低。表4 S9型電力變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)型 號額定容量 空載損耗負載損耗空載電源 短路阻抗 連接組別標號參考價（元/臺）S9800 800 1.4 7.5 0.8 4.5 Yyn0 91100按經(jīng)濟指標，則裝設(shè)一臺主變的主接線方案遠由于裝設(shè)兩臺主變的主接線方案，因此決定采用裝設(shè)一臺主變的主接線方案。4.2 主接線圖設(shè)計4.2.1 車間進線架空線的選擇根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求選擇總降壓變電所到車間變電所的進線為架空線，按經(jīng)濟電流密度選擇經(jīng)濟截面積。選擇經(jīng)濟電流密度Jec =1.73，已知I30 =37.7A，則。查工廠供電劉介才P185頁表5-4選LGJ-35線，按發(fā)熱條件校驗：查附錄表16允許載流量Ial=137A，故滿足要求。按電壓損耗校驗：查附錄表6得 4.2.2 線路功率損耗、變壓器功率損耗的計算(1)車間進線的功率損耗查工廠供電設(shè)計指導(dǎo)P133頁表8-1可知，6-10KV的廠區(qū)架空線路的檔距為35-50m，查工廠供電設(shè)計指導(dǎo)表8-1課的6-10KV的架空線路在線路檔距為35-50m時架空線倒顯得最小間距為0.6m，從而查電力電子裝置查附表16的LJ-50的單位電阻值R1=0.64，單位電抗值X1=0.323 RWL= R1L1=0.64 1.5=0.96（），XWL=X1L1=0.3231.5=0.49（）(2) 變壓器功率損耗和電能損耗：1）變壓器的功率損耗為2）變壓器電能損耗為 5500=78921.21SN為每臺變壓器額定容量（kVA） T為變壓器年運行小時數(shù)（h）為最大負荷損耗小時數(shù)（h） Kq為功率損耗歸算系數(shù)，一般取0.1年最大負荷損耗小時數(shù)，取5500第5章 短路電流的計算5.1短路電流的計算短路電流計算目的是為了選擇和校驗車間變電所高、低壓電氣設(shè)備及提供繼電保護整定計算所需要的技術(shù)數(shù)據(jù)。因此應(yīng)計算在最大運行方式下和最小運行方式下的短路電流值。1繪制計算電路（圖1）圖5-1 短路計算電路 2確定基準值 設(shè)Sd=100MVA，Ud1=10.5kV，低壓側(cè)Ud2=0.4kV，則 3.計算短路電路中各元件的電抗標幺值 （1）電力系統(tǒng) （2）架空線路 由LGJ-35的，而線路長1.5km,故 （3）電力變壓器 有，故 因此繪等效電路，如圖2所示。圖5-2 等效電路 4計算k-1點（10.5kV側(cè)）的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量 （1）總電抗標幺值 （2）三相短路電流周期分量有效值 （3）其他短路電流 （4）三相短路容量 5計算k-2點（0.4kV側(cè)）的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量 （1）總電抗標幺值 （2）三相短路電流周期分量有效值 （3）其他短路電流 （4）三相短路容量 以上計算結(jié)果綜合如表6所示。表5 短路計算結(jié)果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAI(3)k15.345.345.3413.628.0697.1k219.819.819.836.421.613.7第6章 導(dǎo)線面積的選擇6.1負荷計算和導(dǎo)線截面積選擇由設(shè)計任務(wù)中的表2設(shè)計要求可選擇車間的轉(zhuǎn)供負荷計算并見其結(jié)果如表6-1所示。 表6-1車間的轉(zhuǎn)供負荷計算結(jié)果轉(zhuǎn)供負荷名稱車間回路號計算負荷P30Q30S30I30cos金工車間WL410098199.462130.90汽車修理車間WL58286142.711810.88備品車間WL6829598.111890.87鍋爐WL75580203.10147.50.85照明回路（三相）WL84503668.41（1）各支線負荷計算及熔斷器和導(dǎo)線截面積選擇以設(shè)備序號1為例說明計算過程：序號1設(shè)備單位容量5kw，效率=0.89，啟動倍數(shù)Kst=6計算電流：啟動電流： 1)選擇支線熔斷器。INFE I30 =10.54A，INFEKIST =0.463.2=25.28(A)。式中INFE 為熔體額定電流，K為選擇熔體的計算系數(shù)，輕載啟動取0.25-0.4。選INFE =30A，INFU =50A，查附錄表10選擇結(jié)果為RT0-100。 2)選支線截面積。按允許載流量選擇，根據(jù)Ial I30 ，查附錄表19，根據(jù)實際環(huán)境溫度，選3根單芯塑料導(dǎo)線穿鋼管Sc=15mm埋地敷設(shè)。當截面積A=2.5mm2 ，=25o 時，Ial=18A.I30= 10.52A，選擇結(jié)果為BLV-32.5-18A-SC15mm(鋼管管徑)。表6-2 各支線負荷、熔斷器、導(dǎo)線截面積選擇結(jié)果設(shè)備代號設(shè)備名稱計算電流單臺容量（kW）啟動電流熔斷器選擇導(dǎo)線截面積允許載流量穿鋼管管徑1、2、3普通車床C630-116.27.60.497.2RTO-1002.518154工具磨床M602515.17.250.490.6RTO-1002.518155，16砂輪機S3SL-3003.01.50.419.5RTO-1002.518156平面磨床M7130167.60.4896RTO-1002.518157、8、9牛頭刨床B60508.540.451RTO-1002.5181510、11、12普通車床C614012.96.1250.477.4RTO-1002.5181513、14、15普通車床C6169.584.60.457.48RTO-1002.5181517，18單臂龍門刨床B1012147.8767.80.4369.7RTO-200951705019龍門刨床B2016145.766.80.4364.25RTO-200951705020，21,23普通車床C63021.3710.1250.4224.28RTO-1004241522立式鉆床Z5359.764.6250.458.56RTO-1002.5181523，38立式車床C534J1176.67800.4530RTO-4001201955024搖臂鉆床Z3518.108.50.499.55RTO-1004241525吊車5T880.3828.20.4361.7RTO-20035903226、27、28、29鏜床T6826.639.80.4146.46RTO-100632153032插床B50328.7340.452.38RTO-1002.518153334萬能磨床M131W14.836.80.474.16RTO-1002.51815表6-3干線負荷計算及截面積選擇車間回路配電箱計算負荷P30Q30S30I30WL1AL1 AL327.7320.3534.452.3WL2AL4 AL674.0253.0691.1138.4WL3AL7 、AL818.0915.523.836.2 按允許發(fā)熱條件選擇車間干線截面積計算如下表所示。各干線選擇BV銅芯絕緣導(dǎo)線，埋地敷設(shè)。 表6-4 車間干線計算電流及導(dǎo)線截面積選擇結(jié)果（BV）回路編號干線計算電流I30(A)導(dǎo)線允許載流量Ial（A）導(dǎo)線截面積A(mm2)WLI52.358325+116WL2138.4142 395+150WL336.244316+110WL4213215 3185+195WL51811883150+195WL61892153185+195WL7147.5163 3120+170WL868.471335+125校驗電壓損耗銅芯電纜的=2.19 （按纜芯工作溫度65計），=0.29，又金工車間=100kW, =98 kvar，故線路電壓損耗為 =5%。同理，經(jīng)過計算到其他車間的干線的電壓損耗符合要求。第7章 車間變電所低壓母選擇車間低壓母線，可以選擇LMY型矩形鋁母線，按經(jīng)濟電流密度選擇。車間低壓的母線計算電流，查表8-30可選LMY型硬鋁母線。允許載流量在環(huán)境溫度為時平放。 (1) 對母線作熱穩(wěn)定校驗，假設(shè)時間為，則熱效應(yīng)允許最小截面積為（mm2）式中 C熱穩(wěn)定系數(shù)。鋁母線熱穩(wěn)定系數(shù)C=87。因此所選母線截面積為,，所以熱穩(wěn)定合格。第8章 變電所一次設(shè)備的選擇校驗 8.1 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗1.按工作電壓選則 設(shè)備的額定電壓一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓，即，高壓設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于其所在系統(tǒng)的最高電壓，即。=10kV， =11.5kV，高壓開關(guān)設(shè)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(shè)備的額定電流不應(yīng)小于所在電路的計算電流，即3.按斷流能力選擇設(shè)備的額定開斷電流或斷流容量，對分斷短路電流的設(shè)備來說，不應(yīng)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(shè)備電流的設(shè)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8-1示，由它可知所選一次設(shè)備均滿足要求。表8-1 10 kV一次側(cè)設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件參數(shù)數(shù)據(jù)10Kv46.2A ()5.34kA8.06kA一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)高壓少油斷路器DW15-250010kV630A16kA40 kA高壓隔離開關(guān)GN8-10/20010kV200A-25.5 kA高壓熔斷器RW4-100/7510kV0.5A50 kA-電流互感器LMZJ1-0.510kV100/5A-=31.8 kA=818.2 380V側(cè)二次設(shè)備的選擇校驗同樣，做出380V側(cè)二次設(shè)備的選擇校驗，如表8-2示，所選數(shù)據(jù)均滿足要求表8-2 380V二次側(cè)設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件參數(shù)數(shù)據(jù)380V1607.58A19.8kA21.6kA二次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)低壓斷路器QF2 DW15-2500380V2500A60kA-低壓斷路器QF3 DW15-300380V300A20kA-低壓斷路器QF4 DW15-300380V300A25kA-低壓斷路器QF5 DW15-200380V200A20kA-低壓斷路器QF6 DW15-200380V200A25kA-低壓斷路器QF7 DW15-200380V200A20kA-低壓斷路器QF8 DW15-200380V200A20kA-電流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-表8-3 車間低壓刀開關(guān)選擇表車間回路號計算電流(A)刀開關(guān)低壓刀開關(guān)型號WL152.3QK2HR5-100WL2138.4QK3HR5-200WL336.2QK4HR5-100WL4213QK5HR5-400WL5181QK6HR5-200WL6189QK7HR5-200WL7146.5QK8HR5-200WL868.4QK9HR5-100第9章 降壓變電所的防雷9.1變電所的防雷保護 9.1.1直擊雷保護 在變電所屋頂裝設(shè)避雷針和避雷帶，并引進出兩根接地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(yīng)在變電所外面的適當位置裝設(shè)獨立避雷針，其裝設(shè)高度應(yīng)使其防雷保護范圍包圍整個變電所。如果變電所所在其它建筑物的直擊雷防護范圍內(nèi)時，則可不另設(shè)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。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 m，打入地下，管頂距地面0.6 m。接地管間用40mm4mm 的鍍鋅扁剛焊接相接。引下線用25 mm 4 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(chǔ)內(nèi)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