1、湖南理工职业技术学院工厂供配电技术课程设计题 目： 龙翔机械厂降压变电所的课程设计 年级专业： 风能工程系机电1131班-18 学生姓名： 丁卓毅 指导老师： 周 迎 春 2015年06月06日目录前言3一、 设计任务及资料4二、 负荷计算和无功补偿7三、 变电所位置和型式的选择9四、 变电所主变压器及主接线方案的选择9五、 短路电流的计算10六、 变电所一次设备的选择与校验13七、 变电所高、低压线路的选择15八、 变电所二次回路方案选择及继电保护的整定19九、 防雷保护和接地装置的设计21十、 设计心得体会22十一、 附录参考文献23 前 言电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由
2、其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。在工程机械制造厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。电能从区域变电站进入机械厂后，首先要解决的就是如何对电能进行控制、变换、分配和传输等问题。在机械厂，担负这一任务的是供电系统，供电系统的
3、核心部分是变电所。一旦变电所出了事故而造成停电，则整个机械厂的生产过程都将停止进行，甚至还会引起一些严重的安全事故。 机械厂变电所要很好地为生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：(1)安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 (2)可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。 (3)优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求(4)经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。 此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发
4、展一、设计任务书及资料（一）设计题目龙翔机械厂降压变电所的电气设计（二）设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。（三）设计依据1、工厂总平面图，如图1所示 图12、工厂负荷情况 本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为 4600 h ，日最大负荷持续时间为6 h 。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属于二级负荷外，
5、其余均属于三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380伏。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220伏。本厂的负荷统计资料如表1所示。表1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量(KW)需要系数Kd功率因数cosP30(KW)Q30(Kvar)S30(KVA)I30(A) 1铸造车间动力3800.30.7照明120.91.02锻压车间动力3500.30.65照明100.71.03金工车间动力4000.20.65照明100.81.04工具车间动力3600.30.6照明100.91.05电镀车间动力2800.50.8照明100.81.06热处理车间动力2000.60.8照明50.8
6、1.07装配车间动力1800.30.70照明50.81.08机修车间动力2000.20.65照明50.81.09锅炉房动力1000.70.8照明20.81.010仓库动力300.40.8照明20.81.011生活区照明4800.70.9合计3、供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签定的供用电合同规定，本厂可由附近一条 10KV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线型号为 LGJ-150 ，导线为等边三角形排列，线距为 2 m；干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约8 km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为 500 MVA。此断路器配备有定时限过电流保护
7、和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为 1.7 s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为 80 km，电缆线路总长度为 25 km 。4、气象资料 本厂所在地区的年最高气温为 38C，年平均气温为 23C，年最低气温为 -8C，年最热月平均最高气温为 33C，年最热月平均气温为 26 C，年最热月地下0.8m处平均温度为 25C，当地主导风向为 东北风，年雷暴日数为 20 。5、地质水文资料 本厂所在地区平均海拔 500 m，地层土质以 砂粘土为主，地下水位为 2 m。6、电费制度 本厂与当地供电部门达成协议，
8、在工厂变电所的高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量计为 18元/KVA，动力电费为 0.2 元/KWh.，照明（含家电）电费为 0.5 元/KWh.。工厂最大负荷时的功率因数不得低于 0.9 。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：610KV为800元/KVA。（四）设计任务1、设计说明书 需包括：1）前言2）目录3）负荷计算和无功补偿4）变电所位置和型式的选择5）变电所主变压器台数、容量与类型的选择6）变电所主接线方案的设计7）短路电流的计算8）变电所一次设备的选择与校验9）变电所进出线的选择与校验10）变电所二次回路
9、方案的选择及继电保护的整定11）防雷保护和接地装置的设计12）附录参考文献2、设计图纸 需包括1）变电所主接线图1张。2）变电所平1张*。3）其他，如某些二次回路接线图等*。(五)设计时间 自 2015 年 6 月 1 日至 2015 年 6 月 6 日（ 1周）二、负荷计算和无功补偿表2 龙翔机械厂负荷计算表厂房编号厂房名称负荷类别设备容量(KW)需要系数Kd功率因数cos功率因数tanP30(KW)Q30(Kvar)S30(KVA)I30(A) 1铸造车间动力3800.30.71.02114116.28照明120.91.0010.80小计392114.8116.28163.4248.22锻
10、压车间动力3500.30.651.17105122.85照明100.71.0070小计360112122.85166.2252.53金工车间动力4000.20.651.178093.6照明100.81.0080小计4108893.6128.4195.084工具车间动力3600.30.61.33108143.64照明100.91.0090小计370117143.64185.2281.35电镀车间动力2800.50.80.75140105照明100.81.0080小计290148105181.4275.66热处理车间动力2000.60.80.7512090照明50.81.0040小计2051249
11、0153.2232.77装配车间动力1800.30.701.025455.08照明50.81.0040小计1855855.0880121.58机修车间动力2000.20.651.174046.8照明50.81.0040小计2054446.864.297.59锅炉房动力1000.70.80.757052.5照明20.81.001.60小计10271.652.588.7134.210仓库动力300.40.80.75129照明20.81.001.60小计3213.6916.324.711生活区照明4800.70.90.48336161.28372.7566.2合计动力24801227996.03照明
12、556Kp =0.8计入Kq =0.850.76981.6846.6129619691、 无功功率补偿 由表2可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.76而供电部门要求该厂10KV侧最大负荷时的功率因数不应低于 0.9。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时的功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Q C =P30(tan1-tan2)=981.6tan(arccos0.76)- tan(arccos0.92) kvar=374 kvar参照图2-6，选PGJ1型低压自动补偿屏*，并联的日期为BW0.4-14-3型,采用其方案
13、1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总容量84 kvar5=420 kvar。因此，无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表3所示. 表3 无功补偿后工厂的计算负荷项 目cos计算负荷P30/(KW)Q30/(Kvar)S30/(KVA)I30/(A)380V侧补偿前负荷0.76981.6846.612961969380V侧无功补偿容量- 420380V侧补偿后负荷0.917981.6426.610701626主变压器功率损耗0.015s30=160.06 s30=6410KV侧负荷总计0.94965.6362.6103159.5三、变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近
14、工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定，计算公式为式（3-2）和式（3-3）。 （3-2） （3-3）由计算结果可知，工厂的负荷中心在5号厂房（仓库）的东南角（参看图11-3）。考虑到周围环境及进出线方便，决定在5号厂房（仓库）的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，其型式为附设式。四、变电所主变压器及主接线方案的选择1、 变电所主变压器的选择 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：装设两台主变压器 型号亦采用S9型，而每台变压器容量按式（3-5）和式（3-6）选择，即且 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，亦
15、由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用Yyn0。2、 变电所主接线方案的选择 主接线方案：装设两台主变压器的主接线方案 如图2所示（低压侧主接线从略）。图2 装设两台主变压器的主接线方案 （附高压柜列图）五、短路电流的计算1、 绘制计算电路 如图3所示图3短路计算电路2、 确定短路计算基准值,设Sd=100MVA，Ud=Uc=1.05UN，即高压侧Ud1=10.5KV，低压侧Ud2=0.4KV，则3、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值。（1）电力系统 已知，故（2）架空线路 查表8-37得LGJ-150的 ,而线路长8km,故（3）电力变压器 查表3-1 ，得UZ%=4.
16、5，故因此，短路计算等效电路图如图4所示。图4 短路计算等效电路3、 计算k-1点（10.5KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量：（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量4、 计算k-2点（0.4KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量：（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量以上短路计算结果综合如表4所示。(说明：工程设计说明书中可只列出短路计算结果。) 表4 短路计算短路计算点三相短路电流（KA）三相短路容量（MVA）K-11.961.961.965.02.9635.7K-219
17、.719.719.736.221.513.7六、变电所一次设备的选择与校验1、10KV侧一次设备的选择校验 如表5所示.表5 10KV侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其它装置地点条件参数UNIN数据10KV57.7A(I1NT)1.96KA5.0KA1.9621.9=7.3一次设备型号规格额定参数UNEINEIOCimaxI2tt高压少油断路器SN10-10/63010 KV630A16KA40KA1622=512高压隔离开关GN10 KV200A25.5KA1025=500高压熔断器RN2-1010 KV0.5A50KA电压互感器JDJ-1010 /0.1KV
18、电压互感器JDZJ-10KV电流互感器LQJ-1010 KV100/5A2250.1=31.8(900.1)21=81二次负荷0.6避雷器FS4-1010 KV户外隔离开关GW4-12/40012 KV400A25KA1025=500表5所选一次设备均满足要求。2、380V侧一次设备的选择校验，如表6所示。表6 380V侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数UNI30数据380V总1320A19.7KA36.2KA19.720.7=272一次设备型号规格额定参数UNEINEIOCimaxI2tt低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40K
19、A低压断路器DZ20-630380V630A(大于I30)30KA(一般)低压断路器DZ20-200380V200A(大于I30)25KA(一般)低压刀开关HD13-1500/30380KV1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A表6所选一次设备均满足要求。3、高低压母线的选择 参照表5-28, 10KV母线选LMY-3(404)，即母线尺寸为40mm4mm；380V母线选LMY-3(12010)+806，即母线尺寸为120mm10mm，而中性线尺寸为80mm6mm。.七、变电所进出线及与邻近单位联络线的选择1、10
20、KV高压进线和引入电缆的选择（1）10KV高压进线的选择校验 采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10KV公用干线。1）按发热条件选择 由I30=I1N.T=57.7A及室外环境温度33，查表8-36初选LJ-16，其35时的Ial=93.5AI30，满足发热条件。2）校验机械强度 查表8-34，最小允许截面Amin=35mm2，因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。 由于此线路很短，所以不需要校验电压损耗。（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直接埋地敷设。1）按发热条件选择 由I30=I1N.T=57.
21、7A及土壤温度25，查表8-44，初选缆芯截面为25mm2的交联电缆，其Ial=90AI30，满足发热条件。2）校验短路热稳定度 按式（5-41）计算满足短路热稳定度的最小截面 Amin=1960mm2 = 22 mm2 A = 25 mm2式中C值由表5-13差得；按终端变电所保护动作时间0.5s，加断路器断路时间0.2s，再加0.05s计，故 = 0.75s。因此YJL22-10000-325电缆满足短路热稳定条件。2、380V低压出线的选择（1）馈电给1号厂房（铸造车间）的线路 采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择 由I30=210A及地下0.8
22、m土壤温度为25，查表8-43初选缆芯截面120mm2，其Ial=212AI30，满足发热条件。2）校验电压损耗 由图11-3所示工厂平面图量得变电所至1号厂房的距离约为100m，而由表8-42查得1200mm2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=114.8kw，Q30=112.68kar，因此按式（8-14）得： 故满足允许电压损耗的要求。3）短路热稳定度校验 按式（5-41）计算满足短路热稳定度的最小截面 Amin=19700mm2 = 224 mm2由于前面按发热条件所选120 mm2的缆芯截面小于Amin，不满足短路热稳定
23、要求，故改选缆芯截面为240 mm2的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。（2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设。（方法同上，从略）。（3）馈电给3号厂房（热处理车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设。（方法同上，从略）。（4）馈电给4号厂房（电镀车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设。（方法同上，从略）。（5）馈电给5号厂
24、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（见表8-30）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。 1）按发热条件选择 由I30=16.2A及环境温度（年最热月平均气温）为26，查表8-41，相线截面初选4mm2，其Ial19AI30，满足发热条件。 按规定，N线和PE线截面也都选4mm2，与相线截面相同。即选BLV-1000-14mm2塑料导线5根穿内径25mm的硬塑料管埋地敷设。2）校验机械强度 查表8-35，最小允许截面Amin=2.5mm2，因此上面所选4mm2的导线满足机械强度要求。3）校验电压损耗 所选穿管线，估计长50m，而由查表8-39查得R0=8.55/km，X0=0.119/km，又仓库的P30=13.6 kw，Q30=9kar，因此： 故满足允许
