某机械厂供配电降压变电所的设计综述.docx

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1、何Z轻卡学科信学院课程设计说明书（2015 /2016学年第一学期）课程名称：企业供电系统工程设计题 目：某机械厂降压变电所的电气设计专业班级：自动化1225学生姓名：叶锦霖学 号：指导教师：王巍、王书强、王静爽、苗敬利、王艳芬设计周数：1周设计成绩：2016年1月15日目录第一章负荷计算和无功功率补偿 -3-1.1 负荷计算 - 3 -1.2 无功功率补偿 - 5 -第二章变电所位置与型式的选择 -6-第三章变电所主变压器及主接线方案的选择 -7-3.1 变电所主变压器的选择 -7-3.2 变电所主接线方案的选择 -7-3.3 主接线方案的技术经济比较 -9-第四章变电所高、低压线路的选择

2、-10-4.1 10kV 高压进线和引入电缆的选择 -10-4.2 380 低压出线的选择- 11 -4.3 3作为备用电源的高压联络线的选择校验 -13-第五章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 -15-5.1 变电所二次回路方案的选择 - 15 -5.2 变电所继电保护装置 -15-5.3 装设电流速断保护 - 16 -5.4 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 - 16 -参考文献及心得体会 -17 - # -第一章负荷计算和无功功率补偿1.1 负荷计算1.1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式a）有功计算负荷（单位为KVVP30 = Kd Pe , Kd 为系数b）无功计算负

3、荷（单位为kvar）Q30 = P30 tanc）视在计算负荷（单位为kvA）c = P30S30cosd）计算电流（单位为 A）U n为用电设备的额定电压（单位为KV)_ S3030 =,- 3U N1.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式a）有功计算负荷（单位为KW/P30 = K pP30i式中P30i是所有设备组有功计算负荷P30之和，K p是有功负荷同时系数，可取 0.850.95b）无功计算负荷（单位为kvar）Q30=K qQ30i，Q30i是所有设备无功 Q30之和；K q是无功负荷同时系数，可取 0.90.97c）视在计算负荷（单位为kvA）S30=JP30 Q30d）计算电

4、流（单位为 A）S30I30= 3Un-5 -经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表 2.1所示（额定电压取 380V）编 号名称类别设备容量Pe/kw需要系数Kdcostan计算负荷P30/kWQ30 /kvarS30 /kVAI 30 /A1铸造 车间动力2950.40.651.028081.6照明:80.91.004.20小计30384.281.61182012锻压 车间动力3850.30.61.1790105.3照明:70.91.005.60小计39295.6105.31442517金工 车间动力3500.20.651.1790105.3照明80.91.006.30小计3589

5、6.3105.31451946工具车间动力3700.250.621.3390119.7照明80.771.004.90小计37894.9119.71552804电镀 车间动力2800.450.730.75300225照明70.711.004.90小计;287304.92253802443热处理 车间动力1800.420.770.7512090照明70.81.005.60小计187125.690155.61769装配 车间动力1700.340.651.026061.2照明90.761.004.90小计17964.961.290.612210机修 车间动力1650.210.631.176070.2照

6、明40.861.002.80小计16962.870.295.2788锅炉 车间动力650.60.651.754884照明20.71.001.40小计6749.48475.2675仓库动力250.380.80.91.0266.12照明10.891.001.40小计267.46.129.916.211生活区照明3850.850.901400140413总计动力22851134.1948.4照明446计入 K p=0.8, K q =0.85 pq0.75771.2644.81508.516551.2 无功功率补偿无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、

7、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂 10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此 380V侧最大负荷时功率因数应稍大于 0.9,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：QC = P30 (tan 1 - tan 2 )=810.8tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) = 369.66 kvar参照图2,选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采

8、用其方案1 （主屏）1台与方案3 （辅屏）4台相结合，总共容量为84kvar 5=420kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算=0.935。负荷基本不变，而无功计算负荷Q30= （727.6-420） kvar=307.6 kvar,视在功率S30 P3o Q30 =867.2kVA ,计算电流I30S30f=一 =1317.6 A,功率因数提图为 cos ：f3U N在无功补偿前，该变电所主变压器 T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器 T的容量选为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减

9、小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表 3所示。主屏辅屏Jd）C1#方案3#方案6支路6支路2#方案8支路4#方案8支路图2.1PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案计算负荷项目cosP30 /KWQ30/kvarS30 /kVAI 30 /A380V侧补偿前负荷0.75810.8727.610891655380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.935810.8307.6867.21317.6主变压器功率损耗0.015 S30 =130.06 S30 =5210KV侧负荷计算0.935823.8359.6898.952表2.

10、2无功补偿后工厂的计算负荷第二章变电所位置与型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间(建筑)和宿舍区负荷点的坐标位置，Pi、F2、P3P10 分别代表厂房1、2、3.10 号的功率，设定 R (2.5, 5.6)、P2(3.6, 3.6)、P3(5.7,1.5)、P4(4, 6.6)、P5(6.2, 6.6)、P6(6.2, 5.2)、P7(6.2, 3.5)、P8(8.8, 6.6)、P9(8.8,5.2)、P10 (8.8, 3.5),并设Pii (1.2, 1.2)为生活区的

11、中心负荷，如图 3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(x,y工其中P=P + P2 + P3 +P11=P。因此仿照力学中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的(PiXi) PT(3-1)(Fyi)PT(3-2)坐标:PX1P2X2P3X3R1X11P1P2P3P1Fyp2y2f3 y3印ynP1P2E P1把各车间的坐标代入(1-1)、(2-2),得到X=5.38, y =5.38 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房(工具车间)的西北角。考虑到6号厂周围环境及进出线方便，决定在房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。第三章变电所主变压器及主接线方案的选择3.1 变电所主变压器的选

12、择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：a)装设一台变压器型号为S9型，而容量根据式SntS30，Snt为主变压器容量，S30为总的计算负荷。选 Snt =1000 KVA S30 =898.9 KVA,即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二 级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。b)装设两台变压器型号为S9型，而每台变压器容量根据式(4-1)、(4-2)选择，即SNT (0.6 0.7) 898.9 KVA= (539.34629.23 ) KVA(4-1)SNTS30( ) =(134.29+165+44.

13、4) KVA=343.7 KVA(4-2)因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。 工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0。3.2 变电所主接线方案的选择按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：3.2.1 装设一台主变压器的主接线方案如图4-1所示-23 -10kVFS4-10GW -10GG-1A(J)-03I（备用电源）S9-100010/0.4kV220/380V高压柜列GG-GG-GG-GG-1A(J)1A(F)1A(F)1A(F)-03-54-07-07联络（备用）图4-1装设一台主变压器的主接线方案3.2

14、.2装设两台主变压器的主接线方案如图4-2所示10kVFS4-10GVW-10, GG-1A(F)-113、11胖GG-1A(J)-01-GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54GG-1A(F) I-96丫胃Y 00S9-63010/0.4kVS9-63010/0.4kV（备用电源）220/380V |高压柜列GG- 1A(F) -113GG- 1A(F) -11GG- 1A(J) -01GG- 1A(F) -96GG- 1A(F) -07GG- 1A(F) -54联络（备用）图4-2装设两台主变压器的主接线方案3.3 主接线方案的技术经济比较表4-1主接线方案的技术经济比较比较项目装设一

15、台主变的方案装设两台主变的方案技供电安全性满足要求满足要求术供电可靠性基本满足要求满足要求指供电质量由W主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗较小标灵活方便性只有一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更些经 济 指 标电力变压器的综 合投资额查得S9-1000/10的单价为15.1万兀，而变压器综合投资约为其单 价的2倍，因此综合投资约为2*15.1=30.2 力兀查得S9-630/10的单价为10.5力兀， 因此两台变压器的综合投资约为4*10.5=42方兀，比一台主变方案多 投资11.8万元高压开关柜(含 计量柜)的综合 投资额查得GG-1A(F)型柜可按每

16、台4万元计，其综合投资可按设备的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4*1.5*4=24力兀本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合 投资约为6*1.5*4=36 万元，比一台主 变方案多投资12万元电力变压器和高 压开关柜的年运 行费主变的折旧费=30.2力兀*0.05=1.51力兀；局压开关柜的 折旧费=24万元*0.06=1.44 万元；变配电的维修管理费=(30.2+24 ) 万元*0.06=3.25 力兀。因此主变 和高压开关柜的折旧和维修管理费=(1.51 + 1.44+3.25 ) =6.2 万元主变的折旧费=42力兀*0.05=2.1 万元；高压开关柜的折旧费 =36万兀

17、*0.06=2.16力兀；变配电的维修管理 费=(42+36)万元 *0.06=4.68 万元。 因此主变和高压开关柜的折旧和维修 管理费=(2.1+2.16+4.68 ) =8.94 万 兀，比,台主变方家多投资 2.74力兀供电贴费主变容量每KVA为800元，供电贴 费=1000KVA*0.08 力兀/KVA=80 万 元供电贴费=2*630KVA*0.08 万元=100.8万兀，比,台主变多交20.8万兀从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但因此决定采用装设一台按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案, 主变的主

18、接线方案。第四章 变电所高、低压线路的选择4.1 10kV高压进线和引入电缆的选择4.1.1 10kV 高压进线的选择校验采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往 10kV公 用干线。a) .按发热条件选择由I30= I1NT=57.7A及室外环境温度33 ,查表得，初选LGJ-35,其35C时的I ai =149A I 30，满足发热条件。b) .校验机械强度 查表得，最小允许截面积Amin =25mm2 ,而LGJ-35满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。4.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。

19、a)按发热条件选择由0= Iint =57.7A及土壤环境 25。，查表得，初选缆线芯截面为225 mm2的交联电缆，其Iai=149Al30，满足发热条件。（3） tima2.b）校验热路稳定按式A AminI-，A为母线截面积，单位为 mm ； Amin为满足热路C稳定条件的最大截面积， 单位为mm2； C为材料热稳定系数；I为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A ； tima短路发热假想时间，单位为 S。本电缆线中I=1960, tima=0.5+0.2+0.05=0.75S,终端变电 所保护动作时间为0.5s ,断路器断路时间为0.2s , C=77 ,把这些数据代入公式中得.tima

20、,0.75.22AminI 1960 22mm I 30,满足发热条件。b）校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为288m,而查表得到120mm2的铝芯电缆的 R0=0.31/km （按缆芯工作温度 75。计），X0=0.07/km,又1号厂房的P30 =94kW, Q30=91.8 kvar ,故线路电压损耗为(pR qX)Un23.78V94kW (0.31 0288) 91.8k var (0.07 0.1)U % 2378 100%3806.3% U al % =5% o0.38kVc）断路热稳定度校验Amin v tima0.752I() 19700 22

21、4mmC76不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240 mm2的电缆，即选 VLV22-1000-3 240+1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。4.2.2 锻压车间馈电给2号厂房（锻压车间）的线路，亦采用 VLV22-1000-3 240+1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略） 。4.2.3 热处理车间馈电给3号厂房（热处理车间）的线路，亦采用 VLV22-1000-3240+1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略） 。4.2.4 电镀车间馈电给4号厂房（电镀车间）的线路，亦采用 VLV22-1000

22、-3 240+1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的 铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略） 。4.2.5 仓库馈电给5号厂房（仓库）的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线 BLV-1000型5根（包括3根相线、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。a）按发热条件需选择由I30=16.2A及环境温度26 C ,初选截面积4mm2 ,其Ial=19AI30,满足发热条件。b）校验机械强度查表得，Amin =2.5 mm2 ,因此上面所选的4mm2的导线满足机械强度要求。c）所选穿管线估计长50m,而查表得 R0 =0.85/km, X0=0.119/km,又仓库的P

23、30=8.8kW,Q30 =6 kvar ,因止匕(pR qX)Un8.8kW (8.55 0.05)0.38kV6kvar (0.119 0.05) 10V10U%100%2.63% 130,满足发热条件。2）效验机械强度查表可得，最小允许截面积Amin=10mm,因此BLX-1000-1 240满足机械强度要求。3）校验电压损耗查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离600m左右，而查表得其阻抗值与BLX-1000-1 240近似等值的LJ-240的阻抗R0 =0.14/km, X0=0.30 /km （按线间几何均距0.8m）,又生活区的 P30 =245KW, Q30 =117.6

24、kvar,因此(pR qX)245kW (0.14 0.2) 117.6k var (0.3 0.2) 9 4VU n0.38kV100% 2.5% I 30满足要求。4.3.2 校验电压损耗由表工厂供电设计指导8-41可查得缆芯为25mm2的铝R0 1.54 /km（缆芯温度按80 c 计)， X00.12 /km而二级负荷的211.9k var ,线路长度按P30(94 129 35.8)kW 258.8kW,Q30 (91.8 93.8 26.3)kvar2km计,因此85VU 258.8kW (1.54 2)211.9k var (0.12 2)10kVU% (85V/10000V)

25、100% 0.85 U al 5%由此可见满足要求电压损耗5%勺要求。4.3.3 短路热稳定校验按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25 mm2的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表7-1所示。表7-1进出线和联络线的导线和电缆型号规格线路名称导线或电缆的型号规格10KV电源进线LGJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22100003X 25交联电缆（直埋）380V低压 出线至1号厂房VLV2210003 X 240+1

26、 X 120四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV2210003 X 240+1 X 120四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV2210003 X 240+1 X 120四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV2210003 X 240+1 X 120四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房BL尸10001 X4铝芯线5根穿内径25mm2硬塑管至6号厂房VLV2210003 X 240+1 X 120四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV2210003 X 240+1 X 120四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV2210003 X 240+1 X 120四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV2210003 X

27、240+1 X 120四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV2210003 X 240+1 X 120四芯塑料电缆（直埋）至生活区四回路，每回路 3XBLX-1000-1 X 120+1 X BLX-1000-1 X 75橡皮线（三相四线架空线）与临近单位10KV联络线YJL22100003X 16交联电缆（直埋）第五章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定5.1 变电所二次回路方案的选择a）高压断路器的操作机构控制与信号回路断路器采用手动操动机构，其控制与信号回路如工厂供电设计指导图 6-12所示。b）变电所的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计

28、量全厂消耗的有功电能表和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。c）变电所的测量和绝缘监察回路变电所高压侧装有电压互感器一一避雷器柜。其中电压互感器为3个JDZJ一一10型，组成Y0 /Y0 / （开口）Y0/Y0/的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察，其接线图 见工厂供电设计指导图 6-8。作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电度表和三相无功电度表、电流表，接线图见工厂供电设计指导图 6-9。高压进线上，也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。每一回路均装设

29、电流表。低压母线装有电压表，仪表的准确度等级按符合要求。5.2 变电所继电保护装置5.2.1 主变压器的继电保护装置a ）装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大 量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。b ）装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。5.2.2 护动作电流整定I opKrelKwKre KiI L max其中 ILmax 2I1NT 2 1000KVA/（，3 10KV）2 577A 115A,可靠系数 K = 1.3,接线系数Kw = 1 ,继电器返回系数 Kre = 0.8,电流互

30、感器的电流比Ki =100/5=20 ,因此动作电流为:I OP1.3 10.8 20115 A9.3A因此过电流保护动作电流整定为10A。5.2.3 过电流保护动作时间的整定因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍的动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s5.2.4 过电流保护灵敏度系数的检验I k m inop 1其中，Ik min I K2)2/ Kt 0.866I K3)2/Kt =0.866 19.7kA/(10kV/0.4kV)=0.682lopi IopKi/Kw10A 20/1 200A ,因此其灵敏度系数为：Sp=682A/200A=3.411.5满

31、足灵敏度系数的1.5的要求。5.3 装设电流速断保护利用GL15的速断装置。5.3.1 速断电流的整定：利用式IqbKrel Kw 1kmax,其中 Im* I1319.7kA,Krel=1.4,Ki Kt1.4 1Kw = 1 , Ki=100/5=20 , Kt=10/0.4=25 ,因此速断保护电流为 I qb 19700A 55Awq 20 25速断电流倍数整定为 Kqb = Iqb/Iop=55A/10A=5.5 (注意Kqb不为整数，但必须在28之间)5.3.2、电流速断保护灵敏度系数的检验禾用式 Sp1AmL,其中 IkminiK2)2 0.866IK3)2 0.866 1.96

32、 1.7kA,I qb 1Iop1 IopKi / Kw 55A 20/1 1100A,因此其保护灵敏度系数为S=1700A/1100A=1.551.5从工厂供电课程设计指导表 6-1可知，按GB50062- 92规定，电流保护的最小灵敏度系数为 1.5, 因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。但按JBJ696和JGJ/T16 92的规定，其最小灵敏度为2,则这里装设的电流速断保护灵敏度系数偏底。5.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置5.4.1 装设反时限过电流保护。亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。a)过电流保护动作电流的整定，利

33、用式I。Krel Kw ILmax,其中 ILmax=2I30,取K re K iI30 =130() (S30.1 S30.4S30.8)/H3U1N)(132 160 44.4)kVA/(V3 10kV) 19.4A0.6 X52A=43.38A, Kei=1.3, Kw =1 , K0e =0.8 , Ki =50/5=10 ,因此动作电流为：1.3 1I op 2 19.4A 6.3A因此过电流保护动作电流Ip整定为7A。p 0.8 10pb）过电流保护动作电流的整定按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。c）过电流保护灵敏度系数因无临近单位变电所 10kV母线经联络线到本厂变电所低压

34、母线的短路数据，无法检验灵敏度系数,只有从略。5.4.2 装设电流速断保护亦利用GL15的速断装置。但因无临近单位变电所联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，也只有从略。5.4.3 变电所低压侧的保护装置a）低压总开关采用 DW15- 1500/3型低压短路器，三相均装设过流脱钩器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路。脱钩器动作电流的整定可参看参考文献和其它有关手册。b）低压侧所有出线上均采用DZ20型低压短路器控制，其瞬间脱钩器可实现对线路的短路故障的保护，限于篇幅，整定亦从略。参考文献1刘介才主编供配电技术北京：机械工业出版社2张华主编 电类专业毕业设计指导北京：机械工业出版社3王荣藩编著 工厂供电设计与指导天津：天津大学出版社心得体会：此次课程设计让我们在学习课本知识的同时，能够有机会实践锻炼， 我对待这次课程设计我也是非常认真，积极努力与同学进行商讨，并不断从中找到自己的不足，努力发现问题并及时解决问题。通过这次课程设计设计， 我深深懂得了要不断把所学知识学以致用，还需通过自身不断努力， 不断提高自己的分析问题、解决问题的能力，同时也提高了我的专业技能，拓展了我的专业知识面， 使我更加体会到要想完成一件事必须认真、踏实、勤于思考、和谨慎稳重。课程设计评语课程设计成 绩指导教师（签字）年月日