某機械廠降壓變電所電氣一次課程設(shè)計書.doc

前 言 在國民經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，電能的應(yīng)用越來越廣泛，生產(chǎn)、科學(xué)、研究、日常生活都對電能的供應(yīng)提出更高的要求，因此確保良好的供電質(zhì)量十分必要。本設(shè)計書注重理論聯(lián)系實際，理論知識力求全面、深入淺出和通俗易懂，實踐技能注重實用性，可操作性和有針對性，同時注重介紹和反映現(xiàn)代供配電技術(shù)的新技術(shù)。 本課程設(shè)計選擇進行了一個模擬的中小型工廠10/0.4kV、容量為1000kVA的降壓變電所，既含有高壓供電部分又含有電力變壓器低壓配電部分。 本設(shè)計書論述了供配系統(tǒng)的整體功能和相關(guān)的技術(shù)知識，重點介紹了工廠供配電系統(tǒng)的組成和部分。系統(tǒng)的設(shè)計和計算相關(guān)系統(tǒng)的運行與管理，并根據(jù)工廠所能取得的電源及工廠用電負荷的實際情況，并適當(dāng)考慮到工廠的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的要求，確定了變電所的位置與形式及變電所至變壓的臺數(shù)與容量、類型及選擇變電所主接線方案及高低設(shè)備與進出線。 本設(shè)計書共分部分，包括：負荷計算和無功功率補償、變電所位置和形式選擇、變電所主變壓器的臺數(shù)、類型容量及主接線方案的選擇、短路電流的計算、變電所一次設(shè)備的選擇與校驗、變電所電氣主結(jié)線圖。 目 錄前言第一章設(shè)計任務(wù)書.1第二章 負荷計算和無功功率補償3第三章 變電所位置和形式的選擇4第四章 變電所主變壓器和主結(jié)線方案的選擇5第五章 短路電流的計算6第六章 變電所一次設(shè)備的選擇校驗8第七章 變電所進出線的選擇校驗9第八章 設(shè)計圖樣13附圖1.14附圖2.15第一章一、設(shè)計任務(wù)書（一）設(shè)計題目某機械廠降壓變電所電氣一次設(shè)計（二）設(shè)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)線及高低壓設(shè)備和進出線，最后按要求寫出設(shè)計說明書，繪出設(shè)計圖樣。（三）設(shè)計依據(jù)1.工廠總平面圖2.工廠負荷情況：本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負荷利用小時為5000h，日最大負荷持續(xù)時間為8h。該廠籌造車間、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(shè)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。3.供電電源情況：按照工廠與當(dāng)?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10KV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（附圖1-4）。該干線的導(dǎo)線品牌號為LGJ-185,導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為2.0m。干線首端（即電力系統(tǒng)的饋電變電站）距離本廠約10km.干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為500MWA，此斷路器配備有定時限過電流保護和電流速斷保護，定時限過電流保護整定的動作時間為1.2s。為滿足工廠二級負荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)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100km，電纜線路長度為25km。表1 工廠負荷統(tǒng)計資料廠房編號廠房名稱負荷類別設(shè)備容量/kw需用系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間動力4000.40.70照明100.81.002鍛造車間動力3000.20.65照明100.81.003金工車間動力3500.20.65照明100.71.004工具車間動力3800.20.60照明100.81.005電鍍車間動力2600.50.80照明70.71.006熱處理室動力2000.50.75照明80.71.007裝配車間動力1500.40.70照明50.81.008機修車間動力1500.30.60照明40.71.009鍋爐房動力800.70.8照明10.91.0010倉庫動力250.40.80照明10.91.0011生活區(qū)動力3000.81.004.氣象條件：本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為38，年平均氣溫為23，年最低氣溫為-8，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處的平均溫度為25。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向為東北向風(fēng)，年暴日數(shù)為20。5.地質(zhì)水文條件：本廠所在的地區(qū)平均海拔500m。地層以砂粘土（土質(zhì)）為主；地下水位為4m。6.電費制度：本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T達成協(xié)議，在本廠變電所高壓側(cè)計量電能，設(shè)專用計量柜，按兩部電費交電費。每月基本電費按主變壓器容量計為20元/KVA，動力電費為0.3元/kwh，照明（含家電）電費為0.5元/kwh。工廠最大負荷時的功率因數(shù)不得低于0.95.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供電貼費：610KV為800元/KVA。（四）設(shè)計任務(wù)要求在規(guī)定時間內(nèi)獨立完成下列工作量：1、 設(shè)計說明書1份，需包括：1） 封面及目錄2） 前言及確定了賦值參數(shù)的設(shè)計任務(wù)書3） 負荷計算和無功功率補償4） 變電所位置和型式的選擇5） 變電所主變壓器臺數(shù)、容量、類型及主結(jié)線方案的選擇6） 短路電流的計算7） 變電所一次設(shè)備的選擇與校驗8） 變電所高、低壓進出線的選擇與效驗9） 附錄及參考文獻10） 設(shè)計收獲和體會2、 設(shè)計圖紙1份變電所主結(jié)線圖1張（3號圖紙）（五）設(shè)計時間第二章(一)負荷計算和無功功率補償1. 負荷計算個廠房和生活區(qū)的負荷計算如表1所示表2 某機械廠負荷計算表編號名稱類別設(shè)備容量需要系數(shù)costan計算負荷P30/KwQ30/KwS30/KVAI30/A1鑄造車間動力4000.40.71.02160163.2-照明100.81080-小計410-168163.22343562鍛壓車間動力3000.20.651.176070.15-照明100.81080-小計310-6870.1597.71493金工車間動力3500.20.651.177081.83-照明100.71070-小計360-7781.831121704工具車間動力3800.20.61.3376101.33-照明80.8106.40-小計388-82.4101.331311995電鍍車間動力2600.50.80.7513097.5-照明70.7104.90-小計267-134.997.51662536熱處理室動力2000.50.750.7810078-照明80.7105.60-小計208-105.6781311997裝配車間動力1500.40.71.026061.2-照明50.81040-小計155-6461.288.61358機修車間動力1500.30.61.334560-照明40.7102.80-小計154-47.86076.71179鍋爐房動力800.70.80.755642-照明10.9100.90-小計81-56.94270.710810倉庫動力250.40.80.75107.5-照明10.9100.90-小計26-10.97.513.22011生活區(qū)照明3000.8102400240365總計(380V側(cè))動力22951055.5762.71-照明364計入Kp=0.85 Kq=0.90.79897.18686.441129.661718.382. 無功功率補償 由表2可知，該廠380側(cè)最大負荷是的功率因數(shù)只有0.75。而供電部門要求該廠10KV進線側(cè)最大負荷時功率因數(shù)不應(yīng)低于0.95。考慮到主變電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(yīng)稍大于0.95，暫取0.92來計算380V側(cè)所需無功功率補償容量：Qc=P30(tan1-tan2)=897.18tan(arccos0.79)-tan(arccos0.97)=471 kvar參照圖，選PGJ1型低壓自動補償屏，并聯(lián)電容器為BW0.4-14-3型，采用其方案2（主屏）1臺與方案3（輔屏-）6臺相組合，總共容量84kvar6=504kvar。因此無功功率補償后工廠380V側(cè)和10KV側(cè)的負荷計算如表所示項目cos計算負荷P30/KWQ30/kvarS30/KVAI30/A380V側(cè)補償前負荷0.79897.18686.441129.661718.38380V側(cè)無功補償容量-504380V側(cè)補償后負荷0.98897.18182.44915.541392.67主變壓器功率損耗0.015S30=14.040.06S30=56.1610KV側(cè)負荷總計0.97911.22238.6941.9454.45第三章(二)變電所位置和型式的選擇變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負荷中心。工廠的負荷中心按功率矩法來確定，計算公式為x= (P1x1+P2x2+P3x3+)/( P1+P2+P3+）=(PiXi)/ Pi,y=（P1y1+P2y2+P3y3）/(P1+P2+P3+) =(PiYi)/ Pi。計算：x=4.22 y=3.97由計算結(jié)果可知，工廠的負荷中心在2，3，5，6號車間之間?？紤]到方便進出線，周邊環(huán)境及交通情況，決定在5號車間的西側(cè)僅靠車間修建工廠變電所，其形式為附設(shè)式。第四章（三）變電所主變壓器和主結(jié)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可有下列兩種方案：（1） 裝設(shè)一臺主變壓器 型式采用S9，而容量根據(jù)式SN*TS30，選SN*T=1000KVAS30=906.05A,即選一臺S9-1000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負荷的備用電源，由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。（2） 裝設(shè)兩臺主變壓器 型號亦采用S9，二每臺容量按式SN*T(0.6-0.7)S30和SN*TS30(+)，即SN*T（0.6-0.7）906.05VA=（543.63-634.235）KVA而且 SN*TS30(+)=(234+166+70.7)KVA=470.7KVA因此選兩臺S9-630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷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)組別均采用Yyn02變電所主結(jié)線方案的選擇 按上面考慮的兩種主變壓器的方案可設(shè)計下列兩種主結(jié)線方案：（1） 裝設(shè)一臺主變壓器的主結(jié)線方案 如圖所示(見附圖1)（2） 裝設(shè)兩臺主變壓器的主結(jié)線方案 如圖所示(見附圖2)（3） 兩種主結(jié)線方案的計算經(jīng)濟比較 表表表11-6兩種主結(jié)線方案的比較比較項目裝設(shè)一臺主變的方案（圖11-5）裝設(shè)兩臺主變的方案（圖11-6） 技術(shù)指標(biāo)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，電壓損耗略大由于兩臺主變并列，電壓損耗略小靈活方便性只一臺主變，靈活性稍差由于有兩臺主變，靈活性較好擴建適應(yīng)性稍差一些更好一些 經(jīng)濟指標(biāo)電力變壓器的綜合投資額由表2-8查得S9-1000單價為10.76萬元，而由表4-1查得變壓器綜合投資約為其單價的2倍，因此其投資為2*10.76萬元=21.52萬元由表2-8查得S9-630單價為7.47萬元，因此兩臺綜合投資為4*7.47萬元=29.88萬元，比1臺主變方案多投資8.36萬元高壓開關(guān)柜的綜合投資額查表4-10得GG-1A（F）型柜按每臺3.5萬元計，查表4-1得其綜合投資按設(shè)備價1.5倍計，因此其綜合投資約為4*1.5*3.5萬元=21萬元本方案采用6臺GG1A(F)柜，其綜合投資約為6*1.5*3.5萬元=31.5萬元，比1臺主變的方案多投資10.5萬元電力變壓器和高壓開關(guān)柜的年運行費參照表4-2計算，主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修管理費每年為4.893萬元主變和高壓開關(guān)柜的折舊費和維修管理費每年為7.067萬元，比1臺主變的方案多耗2.174萬元交供電部門的一次性供電貼費按800元/KVA計，貼費為1000*0.08萬元=80萬元貼費為2*630*0.08萬元=100.8萬元，比1臺主變的方案多交20.8萬元從上表可以看出，按技術(shù)指標(biāo)，裝設(shè)兩臺主變的主結(jié)線方案（圖）略優(yōu)于裝設(shè)一臺主變的主結(jié)線方案（圖），但按經(jīng)濟指標(biāo)，則裝設(shè)一臺主變的方案（圖）遠優(yōu)于裝設(shè)兩臺主變的方案（圖），因此決定采用裝設(shè)一臺主變的方案（圖）。（說明：如果工廠負荷近期可有較大增長的話，則宜采用裝設(shè)兩臺主變的方案。）第五章(四)短路電流的計算1.繪制計算電路2.確定基準(zhǔn)值 設(shè)Sd=100MVA，Ud=Uc,即高壓側(cè)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(biāo)幺值(1) 電力系統(tǒng)（2）架空線路 查表8-36，得LGJ-185的x0=0.35/km，而線路長10km，故（3）電力變壓器 查表2-8，得UZ%=4.5,故因此繪等效電路圖，如圖11-8所示4. 計算k-l點(10.5kv側(cè))的短路總電抗及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(biāo)幺值（2）三相短路電流周期分量有效值（3）其它短路電流（4）三相短路容量以上計算結(jié)果綜合如表11-7所示.表11-7 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/MVAk-11.621.621.624.132.4531.25k-218.218.218.233.519.812.7第六章 (五)變電所一次設(shè)備的選擇校驗1.10KV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗（表11-8） 表11-8 10kv側(cè)一次設(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)定度其他裝置地點條件參數(shù)UNI30IkishI數(shù)據(jù)10KV53.7(I1NT)1.62KA4.13KA3.4一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)UNINIOCimaxItt高壓真空斷路器SN10-10I/63010KV630A8KA20KA128高壓隔離開關(guān)GN8-10/20010KV200A-25.5KA500高壓熔斷器RN2-1010KV0.5A50KA-電壓互感器JDJ-1010/0.1KV-電壓互感器JDZJ-10/KV-電流互感器LQJ-1010KV100/5A-2550.1KA=31.8kA81二次負荷0.6避雷器FS4-1010KV-戶外式高壓隔離開關(guān)GW4-15G/20015KV200A-2、 380側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗（表11-9）表11-9 380側(cè)一次設(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)定度其他裝置地點條件參數(shù)UNI30tima數(shù)據(jù)380KV1378.25A18.2KA33.5KA231.8一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)UNINIOCimax低壓斷路器DW15-1500/3電動380V1500A40KA低壓斷路器DZ20-630380V630A一般30KA低壓斷路器DZ20-200380V200A一般25KA低壓到開關(guān)HD13-1500/30380V1500A -電流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-電流互感器LMZ1-0.5500V160/5A 100/5A-表11-9所選設(shè)備均滿足要求3.高低壓母線的選擇 參照表5-25，10KV母線選LMY3（404），即母線尺寸為40mm 4mm:；380V母線選LMY3（12010）806，即相母線尺寸為120mm10mm，中性母線尺寸為80mm6mm。第七章（六）變電所進出線和與臨近單位聯(lián)絡(luò)線的選擇110KV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LJ型銅絞線架空敷設(shè)，接往10KV公用干線。1)按發(fā)熱條件選擇。由I30=I1NT=53.7A及室外環(huán)境溫度38，查表8-36，初選LGJ-185，其38時的Ial416AI30，滿足發(fā)熱條件。2)校驗機械強度。查表8-33，最小允許截面Amin=25mm2，因此LGJ-185滿足機械強度要求，故改選LJ-35。由于此線路很短，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 采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的銅芯電纜直接埋地敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇。由I30=I1NT=53.7A及土壤溫度25查表8-43，初選纜芯為25 mm2的交聯(lián)電纜，其Ial=90AI30，滿足發(fā)熱條件。2)校驗短路熱穩(wěn)定。按式（5-40）計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面式中的C值由表5-12查得。因此YJL22-10000-325電纜滿足要求。2.380V低壓出線選擇(1)饋電給1號廠房(鑄造車間)的線路采用VV22-1000型聚氯乙烯絕緣銅芯電纜直接埋地敷設(shè)。1)按發(fā)熱條件選擇。由I30=356A及地下0.8m土壤溫度為25，查表8-42，初選240mm2，其Ial=319AI30，滿足發(fā)熱條件。（注意：如當(dāng)?shù)赝寥罍囟炔粸?5，則其Ial應(yīng)乘以表8-44的修正系數(shù)。）2)校驗電壓損耗。由圖11-3所示平面圖量得變電所至1號廠房距離約50m，而由表8-41查得240mm2的銅芯電纜的R0=0.1/km(按纜芯工作溫度75計)，X0=0.07/km,又1號廠房的P30=160kw,Q30=163.2kvar,因此按式(8-13)得；滿足允許電壓損耗5%的要求。3)短路熱穩(wěn)定度校驗。按式(5-40)求滿足短路熱穩(wěn)定度的最小截面式中tima變電所高壓側(cè)過電流保護動作時間按0.5秒整定(終端變電所)，再加上斷路器斷路時間0.1秒，再加0.05秒(參看式5-33)。由于前面所選120mm2的纜芯截面小于Amin，不滿足短路熱穩(wěn)定度要求，因此改選纜芯150mm2 的聚氯乙烯電纜，即VV22-1000-3240+1120的四芯電纜(中性線芯按不小于相線芯一半選擇，下同)。(2)饋電給2號廠房(鍛壓車間)的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯絕緣銅芯電纜直埋敷設(shè)。(方法同上，從略)纜芯截面選240mm2，即VV22-1000-3240+1120的四芯電纜。(3)饋點給3號廠房(熱處理車間)的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯絕緣銅芯電纜直埋敷設(shè)。(方法同前，從略)纜芯纜芯截面選240mm2，即VV22-1000-3240+1120的四芯電纜。 (4)饋電給4號廠房(倉庫)的線路 由于就在變電所旁邊，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯絕緣銅芯導(dǎo)線BLV-1000型(見表8-29)5根(3根相線、一根中性線、一根保護線)穿硬塑料管埋地敷設(shè)。1)按發(fā)熱條件選擇。由I30=199A及環(huán)境溫度(年最熱平均氣溫)26，查表8-40，相線截面初選120mm2,其Ial215AI30，滿足發(fā)熱條件。按規(guī)定，中性線和保護線也選為120mm2，與相線截面相同，即選用BLV-1000-1120mm2塑料導(dǎo)線5根穿內(nèi)徑25mm的硬塑料管。2)校驗機械強度。查表8-34，最小允許截面Amin=1.0mm2因此上面所選120mm2的相線滿足機械強度要求。3)校驗電壓損耗。所選穿管線，估計長度50m，而由8-38查得R0=0.18/km，X0=0.083/km,又倉庫的P30=82.4KW,Q30=101.33kvar,因此滿足允許的電壓損耗5%的要求。(5) 饋點給5號廠房(電鍍車間)的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯絕緣銅芯電纜直埋敷設(shè)。(方法同前，從略)纜芯纜芯截面選240mm2，即VV22-1000-3240+1120的四芯電纜。(6)饋電給6號廠房(工具車間)的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯銅芯電纜直埋敷設(shè)。(方法同前，此略)纜芯截面選240mm2，即VV22-1000-3240+1120的四芯電纜。(7)饋電給7號廠房(金工車間)的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯銅芯電纜直埋敷設(shè)。(方法同前，此略)纜芯截面選240mm2，即VV22-1000-3240+1120的四芯電纜。(8)饋電給8號廠房(鍋爐房)的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯銅芯電纜直埋敷設(shè)。(方法同前，此略)纜芯截面選240mm2，即VV22-1000-3240+1120的四芯電纜。(9)饋電給9號廠房(裝配車間)的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯銅芯電纜直埋敷設(shè)。(方法同前，此略)纜芯截面選240mm2，即VV22-1000-3240+1120的四芯電纜。(10)饋電給10號廠房(機修車間)的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯銅芯電纜直埋敷設(shè)。(方法同前，此略)纜芯截面選240mm2，即VV22-1000-3240+1120的四芯電纜。(11)饋電給生活區(qū)的線路 采用LJ型銅絞線架空敷設(shè)。1)按發(fā)熱條件選擇。由I30= 365及室外環(huán)境溫度為33，查表8-35，初選LJ-150，其33時的Ial390AI30，滿足發(fā)熱條件。2)校驗機械強度。查表8-33，最小允許截面Amin=16mm2，因此LJ-185滿足機械強度要求。3)校驗電壓損耗。由圖11-3所示平面圖量得變電所枝生活區(qū)負荷中心約80m，而由表8-35查得LJ-185的R0=0.23/km，X0=0.31/km (按線間幾何均距0.8m計)，又生活區(qū)的P30=240kW，Q30=0kvar，因此 滿足要求。中性線采用LJ-70銅絞線。3.作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇校驗 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 鄰近單位變配電所的10kv母線相聯(lián)。(1)按發(fā)熱條件選擇 工廠二級負荷容量共470.7kVA， 最熱月土壤平均溫度為25，因此查表8-43，初選纜芯截面為25mm2的交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電纜(一)，其Ial=90AI30滿足發(fā)熱條件。(2)校驗電壓損耗 由表8-41可查得纜芯為25mm2的銅芯電纜的R0=1.54/km(纜芯溫度按80計)，X0=0.12/km,而二級負荷的P30=(168+134.9+56.9)kW=359.8kW，Q30=(163.2+97.5+42)kvar=302.7kvar,線路長按1km計，因此由此可見滿足允許電壓損耗5%的要求。(2)短路熱穩(wěn)定校驗 按本變電所高壓側(cè)短路電流校驗，由前述引入電纜的熱穩(wěn)定校驗，可知