某機械制造廠車間變電所及其低壓配電系統(tǒng)設計

前言電能是工業(yè)生產(chǎn)的主要動力能源，工廠供電設計的任務是從電力系統(tǒng)取得電源，經(jīng)過合理的傳輸、變換、分配到工廠車間中每一個用電設備上，隨著工業(yè)電氣自動化技術的發(fā)展，工廠用電量快速增長，對電能質量、供電可靠性以及技術經(jīng)濟指標等的要求也日益提高，供電設計是否完善，不僅影響工廠的基本建設投資、運行費用和有色金屬消耗量，而且也反映到工廠的可靠性和工廠的安全生產(chǎn)上，它與企業(yè)的經(jīng)濟效益、設備和人身安全等是密切相關的?，F(xiàn)在除個別大型工業(yè)聯(lián)合企業(yè)有自備電廠外，絕大多數(shù)工廠都是從國家電力系統(tǒng)取得電能的，因此，工廠工業(yè)負荷是電力系統(tǒng)的主要用戶，工廠供電系統(tǒng)也是電力系統(tǒng)的一個組成部分，保證安全供電和經(jīng)濟運行，不僅關系到企業(yè)的利益，也關系到電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟運行以及合理利用能源。工廠供電設計必須遵循國家的各項方針政策，設計方案必須符合國家標準中的有關規(guī)定，同時必須滿足以下幾項基本要求：1、安全在電能的供應、分配和使用中，不應發(fā)生人身事故和設備事故。2、可靠應滿足能用戶對供電可靠性的要求。3、優(yōu)質應滿足電能用戶對電壓和頻率等質量的要求。4、經(jīng)濟供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用低，并盡可能工節(jié)約電能和減少有色金屬消耗量。此外，在供電工作中，應合理地處理局和全局、當前和長遠等關系，既要照顧局部和當前和利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應發(fā)展。本說明書為某機械制造廠電修低配系統(tǒng)及車間變電所設計說明，該車間的主變壓器容量為630kVA，各電壓等級分別為10kV和0.4kV，車間的負荷均屬三類負荷，根據(jù)設計任務書的要求，本設計的主要內容包括：車間的負荷計算及無功補償，確定車間變電所的所址和型式，車間變電所的主接線方案，短路電流計算，主要用電設備選擇和校驗，車間變電所整定繼電保護和防雷保護及接地裝置的設計等。目錄第一章課程設計任務書 31.1設計目的 31.2設計內容 31.3設計任務書 3第二章設計說明書 72.1車間變電所電壓等級確定和主接線方案確定 72.2電力負荷計算 82.3無功補償及補償容量確定 102.4變電所主變壓器及主接線方案的選擇 112.5短路電流計算 122.6選擇車間變電所高、低壓電氣設備 142.7變電所防雷保護及接地裝置設計 16結論 19附錄 20參考文獻 20第一章課程設計任務書1.1設計目的工廠供電課程設計是按教學計劃安排在供電課程結束后進行的教學實踐環(huán)節(jié)，設計時間為一周。以加強學生所學供電理論的應用，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，決解問題及分析問題的能力。培養(yǎng)學生初步的工程設計能力。通過課程設計是學生初步掌握電氣工程設計的步驟及方法，學會編寫設計說明書，并按國家標準繪制工程圖樣。1.2設計內容工廠供電課程設計的任務是將電力系統(tǒng)輸送來的電能，經(jīng)過合理輸送變配電方式，輸送給每一個用電設備上。以保證電氣設備可以獲得安全、可靠、高質量的電能。設計方案的完善與否直接影響到供電系統(tǒng)性能和經(jīng)濟性能的優(yōu)劣。在設計中要遵循國家有關規(guī)程和規(guī)定。在保證供電可靠性和電能質量的前提下，盡可能做到節(jié)省投資，減少有色金屬的消耗量，降低運行費用，盡量采用供電新技術和新產(chǎn)品。1.3設計任務書1、設計題目某機械制造產(chǎn)車間變電所及其低壓配電系統(tǒng)設計2、設計時間2013年12月20日至2013年12月25日指導教師（簽名）年月日3、設計基礎資料（1）機加車間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1-1所示，車間電氣設備各細表如表1-1所示，另外車間低壓母線轉供負荷如表1-2所示。圖1-1機加車間平面布置圖表1-1車間用電設備明細表設備代號設備名稱臺數(shù)單臺容量效率功率因數(shù)啟動倍數(shù)備注1~7普通車床C616A73．30．90．8168~10普通車床C620-137．60．890．81611~13普通車床CW61100323．70．880．82414,15立式車床C516A238．20．860．80316,17平面磨床M713027．60．880．82618,19普通車床C630210．1250．880．81620,21搖臂鉆床Z3528．50．870．825．522,23插齒機Y5423．80．920．82624,25龍門刨床B2016266．80．860．812．526,27立式車床C512-1A235．70．860．80328~31牛頭刨床M6050440．870．82632~34插床B5020330．880．82635~38立式鉆床Z53544．6250．900．80639~40砂輪機S3SL-30021．50．920．826．541~43通風機330．880．815．544吊車5t128．20．820．654．5表1-2車間變電所低壓轉供負荷轉供負荷名稱額定容量（KW）計算負荷轉供距離（KM）Pc（KW）Qc（Kvar）Sc（KVA）機修車間回路142120．15回路22518回路33121加工車間回路1102300．1回路23416回路35020汽車庫回路126100．15回路22010回路36118泵站回路140210．3回路24121回路36118照明回路（三相）回路1100．2回路215回路312車間變電所電源原始數(shù)據(jù)如表1-3所示表1-3車間變電所電源原始數(shù)據(jù)設計題目序號總降壓變電所車間變電所地區(qū)環(huán)境最熱平均氣溫（度）車間最大負荷利用小時數(shù)H土壤情況自然接地電阻二次母線短路容量（MVA）保護動作時限（s）電源進線電壓（KV）電阻率長度KM導線類型U1NU2N地上地下S.maxS.min架空電纜42001501．20．4√100．43028450010030（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：1）從本廠35/10KV總降壓變電所用架空線引進10kV電源，該變電所距本車間南0.3Km。2）電力系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)見表1-3設計題目序號2。3）供電部門提出的要求如下。a、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=1.3sb、車間最大負荷是功率因數(shù)不得低于0.9。c、在車間變電所10KV側進行計量。d、供電貼費為700元/（KVA），每月電費按兩部電價制：基本電費為18元/(kVA)，動力電費為0.4元/(kV/h)，照明電費為0.5元（KW/h）。（5）工廠自然條件：1）氣象資料。年度最高氣溫38度，年平均氣溫35度，年度最低氣溫8度，年最熱月平均最高氣溫30度，年最熱月地下0.7~1m處平均溫度20度，常年主導風向為東南風；年雷暴日10天；土壤凍結深度1.10m。2）地質水文資料。平均海拔200m，底層以沙質粘土為主，地下水位3~5m，地耐壓力為20t/m2。圖1-2所示為車間變電所電源供電系統(tǒng)圖圖1-2車間變電所電源供電系統(tǒng)圖4、設計內容及要求（1）設計內容1）由總降壓變電所的配出電壓和用電設備的電壓要求，參考國家規(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，計算出單臺設備支線、用電設備組干線和車間變電所低壓母線和進線的計算負荷；3）由計算負荷結果，確定補償方式，計算出補償容量，選擇電容器個數(shù)電容器柜個數(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)濟電流密度選擇，按允許發(fā)熱，電壓損失短路的熱進行效驗；7）短路電流的計算，繪制計算電路和等值電路圖，確定短路點，計算出個短路點的最大和最小短路電流及短路容量；8）車間變電所低壓母線按發(fā)熱條件選擇，按短路的熱和力效驗；9）按國家規(guī)定的標準符號和圖幅，用鉛筆畫出車間變電所的電氣主接線圖、車間配電系統(tǒng)圖和配電平面圖。（2）設計要求1）按章節(jié)編制出設計說明書，說明書要用鋼筆在規(guī)定的用紙上，說明書要用仿宋體字，字跡要工整，清晰，圖紙上的字必須用仿宋字，說明書要簡明扼要，計算要有公式依據(jù)，結果要列表記入，必要的數(shù)據(jù)及資料要注明出處。提倡用計算機繪圖和打印設計說明書。2）設計圖樣要符合國家標準，采用新標準電氣圖形符號和文字符號，圖樣上的字必須用仿宋字。3）按教學大綱要求，課程設計應包括和設計內容相關的英文資料翻譯一份。4）要列出參考書目（文獻）。5）要有設計結論（或總結或體會）。第二章設計說明書2.1車間變電所電壓等級確定和主接線方案確定（1）根據(jù)已知機械加工產(chǎn)車間負荷均為三級負荷，對供電可靠性要求不高，因此可采用線路——變壓器界限方式。它的優(yōu)點是接線簡單、使用設備少和建設投資省；其缺點是供電可靠性較差。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備檢修時，全部負荷均要停止供電。這種接線適合于三級負荷的變電所。為保證對少量二級負荷供電，可在變壓器低壓側引入其他變電所聯(lián)絡線作為備用電源。選擇主接線方案如圖2-1所示。圖2-1車間變電所線路-變壓器組主接線圖（2）車間變電所高壓側根據(jù)電源條件選定為10KV，低壓側額定電壓為380V，因此選減壓變壓器額定電壓為10/0.4kV。（3）機加車間低壓配電網(wǎng)絡接線方式的選擇，低壓配電網(wǎng)絡接線方式有放射式、樹干式、環(huán)式和鏈式。低壓配電網(wǎng)絡接線設計應滿足用電設備對供電可靠性和電能質量的要求，同時應注意接線簡單，操作方便，具有一定靈活性，適應性廣和使用上變化和設備檢修的需要，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)設計規(guī)范》的規(guī)定，由于機加車間的電機容量不大又集中，對供電可靠性要求又不高，因此低壓配電網(wǎng)絡接線可采用樹干式或鏈式接線。車間配電網(wǎng)絡接線圖如圖2-2所示。圖2-2車間低壓配電網(wǎng)絡接線圖各配電箱所接電氣設備如表1-1所示。表2-1配電箱及配電箱所接電氣設備序號配電箱序號配電箱所接電氣設備序號配電箱序號配電箱所接電氣設備序號AL136，37，38，39AL68，9，10AL228，29，30，31，32，33AL722，23，，39，40AL321，，24，25，26，27，28AL818，19，28，42，43AL411，12，13，，16，17，41AL91，2，3，4，5，6AL514，152.2電力負荷計算1.采用需用系數(shù)法對車間用電設備進行負荷計算表2-2各支線負荷計算機熔斷器和導線截面積選擇設備名稱單臺容量（kW）計算電流（A）啟動電流(KA)熔斷器選擇導線截面積允許載流量穿鋼管管徑普通車床CW611023.649.690.4*198.7100/50105525平面磨床M21207.215.700.4*86.3750/202.51815普通車床C620-35.62511.710.4*70.2650/202.51815鏜床T689.821.640.4*119.0350/302.51815普通車床C620-17.616.020.4*96.1150/302.51815搖臂鉆床Z358.518.100.4*99.5750/202.51815滾齒機Y364.18.260.4*49.5550/102.52215吊車5t28.280.390.4*361.75200/100259832牛頭刨床B66536.320.4*37.9050/102.51815立式銑床X53T13.829.420.4*117.6650/302.51815液壓牛頭刨床B6901123.470.4*129.1150/3043020立式鉆床Z5120.61.220.4*7.9450/302.51815立式鉆床Z5354.6259.760.4*58.5650/102.52215滾齒機W1Y3J2246.370.4*139.10100/502.51815立式車床C516A3883.920.4*251.76120/1002.51815萬能銑床X62W9.820.650.4*82.6250/302.51815龍門刨床B201666.8145.700.4*364.25200/1505015250砂輪機S3SL-3001.53.020.4*19.9450/52.51815通風機2.24.630.4*27.7950/52.51815插床B503248.520.4*51.1150/102.51815（2）干線負荷計算及截面積選擇表2-3車間用電設備從低壓配電屏引出序號車間名稱供電回路代號額定容量計算負荷計算負荷KWPc/KWQc/KvarSc/KVAI(30)A1工具一車間回路152215685.2回路2644075114.7回路356236192.02工具二車間回路148185177.9回路257266395.2回路360236497.63材料庫回路11561624.5回路22092233.3回路31241319.24照明回路（三相）回路112162030.4回路222142639.6回路37171827.9總計446.8425217477725.0取Kp=0.9,Kq=0.95382.5206.15435660.22.3無功補償及補償容量確定（1）低壓母線計算負荷。低壓母線的計算負荷為各回路干線負荷之和，應計及同時系數(shù)（或稱為參差系數(shù)或稱為綜合系數(shù)）。根據(jù)上述表格得，由于車間負荷功率因數(shù)小于0.9，因此應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。1）補償容量的確定2)選擇補償裝置選擇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1（主屏）一臺,總共容量84kvar。如圖2-3所示。補償后變電所變壓器一次側計算負荷3）補償后變電所低壓側的視在計算負荷為：變壓器的功率損耗為：變電所高壓側的計算負荷為補償后工廠的功率因數(shù)為圖2-3PGJ1型低壓無功功率補償裝置原理接線圖2.4變電所主變壓器及主接線方案的選擇 根據(jù)負荷性質和電源情況選擇變壓器臺數(shù)和容量，有下列兩種方案：1.裝設一臺主變壓器型號為S9型，而容量根據(jù)式穩(wěn)定合格，為主變壓器容量，選=630KVA>=435KVA，查表2-5即選一臺S9-630/10/0.4-Yyn0型低損耗配電變壓器。2.裝設兩臺變壓器型號為S9型，暗備用，低壓側采用單母線分段主接線，有KVA表2-4兩種主接線方案的比較比較項目方案1：裝設一臺主變的方案方案2：裝設兩臺主變的方案技術指標供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求基本滿足要求供電質量一臺主變，電壓損耗較大兩臺主變并列，電壓損耗較小靈活方便性一臺主變，靈活性小有兩臺主變，靈活性較好擴建適應性留有擴建余地小擴建適應性好經(jīng)濟指標電力變壓器的綜合投資額查得S9-630的單價為7.47萬元，而變壓器綜合投資約為其單價的2倍，因此綜合投資約為2*7.47=14.94萬元查得S9-315的單價為4.3萬元，因此兩臺變壓器的綜合投資約為4*4.3=17.2萬元，比一臺主變方案多投資2.26萬元高壓開關柜（含計量柜）的綜合投資額查得5-15得JYN2-10型柜可按每臺4.5萬元計，其綜合投資可按設備的1.3倍計，因此高壓開關柜的綜合投資約為4*1.3*4.5=23.4萬元本方案采用6臺JYN2-10柜，其綜合投資可按設備的1.3倍計，綜合投資約為6*1.3*4.5=35.1萬元，比一臺主變方案多投資11.7萬元電力變壓器和高壓開關柜的年運行費查表3-2，主變和高壓開關柜的折舊和維修管理費每年:14.94*0.11=1.643萬元23.4*0.12=2.808萬元總計：4.451萬元查表3-2，主變和高壓開關柜的折舊和維修管理費每年:17.2*0.11=1.892萬元35.1*0.12=4.212萬元總計：6.104萬元.比一臺主變方案多投資1.653萬元交給供電部門的一次性供電貼費主變容量每KVA為800元，供電貼費=630KVA*0.8萬元/KVA=504萬元供電貼費=2*315KVA*0.8萬元=504萬元，兩種方案供電貼費相等從上表可以看出，按技術指標，裝設兩臺主變的主接線方案略優(yōu)于裝設一臺主變的主接線方案，但按經(jīng)濟指標，則裝設一臺主變的主接線方案遠由于裝設兩臺主變的主接線方案，因此決定采用裝設一臺主變的主接線方案。2.5短路電流計算1、短路計算圖2-4供電系統(tǒng)計算電路圖圖2-5供電系統(tǒng)等值電路圖采用標幺制法進行三相短路計算，基準值取:S=100MV·A,U=10.5kV,U=0.4kV確定基準值由S=100MV·A,U=10.5kV,U=0.4kV基準電流電源內阻線路變壓器計算K1點和K2點短路電流為短路電流計算結果如表所示高壓沖擊系數(shù)Ksh=1.8，低壓沖擊系數(shù)Ksh=1.6， 短路容量為：表2-5短路電流計算結果短路點運行方式K1K2最大運行方式短路電流（KA）4.84222.7083最小運行方式短路電流（KA）4.29421.982沖擊電流（KA）12.3251.32最大短路容量（MV·A）88.0415.742.6選擇車間變電所高、低壓電氣設備1.選擇母線截面積車間低壓母線，可以選擇LMY型矩形鋁母線，按經(jīng)濟電流密度選擇。一直母線計算電流，根據(jù)年最大負荷小時數(shù)，差的經(jīng)濟電流密度，，因此經(jīng)濟截面積（mm2）。選LMY型硬鋁母線1008。在環(huán)境溫度為時豎放A，平放減少8%，A?？梢姡妇€允許載流量大于母線計算電流對母線坐熱穩(wěn)定校驗，假想時間為（s）則熱效應允許最小截面積為（mm2）因為實選母線截面積mm2>,所以熱穩(wěn)定合格。2.對母線作動穩(wěn)定校驗。母線采用平行放置，根據(jù)低壓配電屏結構尺寸確定a=0.25m，l=0.9m。計算應力為a=0.25,b=0.1,h=0.008(硬鋁母線)合格.2.進線電纜熱穩(wěn)定校驗10kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜熱穩(wěn)定系數(shù)為137銅線。按熱穩(wěn)定要求重選交聯(lián)聚乙烯電纜YJL22-1000-,允許載流量474A電纜不作動穩(wěn)定校驗。3.車間變電所高壓電氣設備的選擇表2-6車間變電所變壓器進線側計算數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)真空斷路器ZN-12-40.5高壓熔斷器UNW（kv）10UN（kV）10UN（kV）10I30(A)44.48IN(A)400IN(A)0.5Ik(kA)4.84I∞(kA)17.3I∞(kA)100Sk(MVA)88.04S∞(MVA)150S∞(MVA)500ish(kA)12.35imax(kA)22imax(kA)160I2teq30.45It2tt302表2-7普通閥型避雷器技術數(shù)據(jù)型號額定電壓（kV）滅弧電壓（kV）工頻放電電壓沖擊放電電壓沖擊殘壓（kV）不小于不大于FS不大于FZ不大于FSFU3KA5KA50KA10KAFS-1010122631504515504550（1）選擇避雷器FS-10或FZ-10(2)選擇電壓互感器：JSJW-10/0.1/0.1/3(3)高壓電流互感器選擇：選LAJ-10或LQJ-10(4)選擇避雷器FS-10或FZ-10表2-8車間低壓側電氣設備的選擇，低壓側計算數(shù)據(jù)UNW(V)380(A)1180.11(kA022.71(MV·A)15.74(kA)51.32(KA2·s)5、高壓開關柜選擇查《工廠常用電氣設備手冊》，選用北京華東有限公司生產(chǎn)的JYN2-10型金屬鎧裝中置抽出式（手車式）開關柜。根據(jù)車間變電所主接線選擇開關柜編號方案如下表所示。JYN2-10型高壓開關柜編號03、30203634電纜進線及電壓互感器電壓測量及避雷器節(jié)車間主變壓器右聯(lián)絡SN10-10Ш真空斷路器111FCD3-10避雷器11RN3-10高壓熔斷器11JDZ6-10電壓互感器33JDZJ6-10LZZB6-10電流互感器333LZZOB6-10外形尺寸（寬深高，mmmmmm）1000*1500*2200(采用SN10-10Ш6、低壓配電屏的選擇查《工廠常用電氣設備手冊》，低壓配電屏選擇GCK3(GCL-S)型低壓抽出式開關柜，作為發(fā)電廠變電所三相交流50Hz，380V，額定電流為3150A及以下低壓配電系統(tǒng)。根據(jù)車間變電所低壓配電線路設計方案選低壓開關柜一次線路方案示例如下圖所示。選擇變電所位置要從安全運行角度出發(fā)，達到較好技術經(jīng)濟性能，經(jīng)過技術經(jīng)濟比較后確定。一般滿足接近中心負荷，進出線方便、接近電源側的議案球。本車間變電所已確定在西北角。變電所的形式和布置。變電所的形式根據(jù)用電負荷的狀況和周圍環(huán)境情況確定。根據(jù)當壓配電室相鄰并友們相通。2.7變電所防雷保護及接地裝置設計1.直擊雷保護在變電所屋頂裝置避雷針或避雷帶，并引出兩根底線與變電所公共接地裝置連接，由于變電所高低壓電氣設備均在室內，因此不必設置獨立的避雷針。防雷引下線，應優(yōu)先利用自然引下線，還可以利用建筑物的鋼柱、消防梯、金屬煙囪作自然引下線。人工防雷引下線采用圓柱或扁鋼，優(yōu)先采用圓鋼，其截面積應滿足規(guī)范要求，引下線沿建筑物外墻明敷設，并經(jīng)最短路徑接地。要求接地電阻為。GCK3一次線路方案編號0313131313131313235151電纜進線WL1饋電WL2饋電WL3饋電WL4饋電WL5饋電WL6饋電WL7饋電WL8照明功率因數(shù)自動補償功率因數(shù)自動補償125072.3230312334721818034794192192LMZJ1-0.5電流互感器3AE1000-1600-S斷路器111ME630斷路器ME1000斷路器S1-125斷路器11S2-160斷路器S3-250斷路器11S5-400斷路器111DCHR1-00-1熔斷刀開關1QSA400-630熔斷刀開關11NT00-160/A熔斷器2424JKC1-/3接觸器88BCMJ-0.4.30-3電容器88LMZK2-0.66電流互感器3333333133圖2-6低壓開關柜一次線路法案示例2.雷電侵入波的保護在10kV高壓側配電室裝有HYSWS2-7/50型避雷器，引下線采用25mm4mm鍍鋅扁鋼。下與公共接地網(wǎng)焊接，上與避雷器接地端螺栓連接。3．變電所公共接地裝置的設計(1）接地電阻要求：變電所公共接地電阻應滿足：即去公共接地裝置電阻(2）接地裝置的設計，采用長2.5m、?50mm鍍鋅鋼管