工厂供配电技术课程设计 (1).doc
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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1
2、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4600h,日最大负荷持续时间为6h。
该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属于二级负荷外,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
cosφ
P30
(KW)
Q30
(Kvar)
S30
(KVA)
I30
(A)
1
铸造车间
动力
380
0.3
0.7
照明
12
0.9
1.0
2
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
照明
10
0.7
1.0
3
金工车间
动力
400
0.2
0.65
照明
10
0.8
1.0
4
工具车间
动力
360
0.3
0.6
照明
10
0.9
1.0
5
电镀车间
动力
280
0.5
0.8
照明
10
0.8
1.0
6
热处理
车间
动力
200
0.6
0.8
照明
5
0.8
1.0
7
装配车间
动力
180
0.3
0.70
照明
5
0.8
1.0
8
机修车间
动力
200
0.2
0.65
照明
5
0.8
1.0
9
锅炉房
动力
100
0.7
0.8
照明
2
0.8
1.0
10
仓库
动力
30
0.4
0.8
照明
2
0.8
1.0
11
生活区
照明
480
0.7
0.9
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2m;干线首端(即电力系统的馈电变电站)距离本厂约8km。
干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。
此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护,定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。
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80km,电缆线路总长度为25km。
4、气象资料本厂所在地区的年最高气温为38°C,年平均气温为23°C,年最低气温为-8°C,年最热月平均最高气温为33°C,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25°C,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500m,地层土质以砂粘土为主,地下水位为2m。
6、电费制度本厂与当地供电部门达成协议,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/KW·h.,照明(含家电)电费为0.5元/KW·h.。
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:
6~10KV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
cosφ
功率因数
tanφ
P30
(KW)
Q30
(Kvar)
S30
(KVA)
I30
(A)
1
铸造车间
动力
380
0.3
0.7
1.02
114
116.28
照明
12
0.9
1.0
0
10.8
0
小计
392
114.8
116.28
163.4
248.2
2
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
1.17
105
122.85
照明
10
0.7
1.0
0
7
0
小计
360
112
122.85
166.2
252.5
3
金工车间
动力
400
0.2
0.65
1.17
80
93.6
照明
10
0.8
1.0
0
8
0
小计
410
88
93.6
128.4
195.08
4
工具车间
动力
360
0.3
0.6
1.33
108
143.64
照明
10
0.9
1.0
0
`9
0
小计
370
117
143.64
185.2
281.3
5
电镀车间
动力
280
0.5
0.8
0.75
140
105
照明
10
0.8
1.0
0
8
0
小计
290
148
105
181.4
275.6
6
热处理
车间
动力
200
0.6
0.8
0.75
120
90
照明
5
0.8
1.0
0
4
0
小计
205
124
90
153.2
232.7
7
装配车间
动力
180
0.3
0.70
1.02
54
55.08
照明
5
0.8
1.0
0
4
0
小计
185
58
55.08
80
121.5
8
机修车间
动力
200
0.2
0.65
1.17
40
46.8
照明
5
0.8
1.0
0
4
0
小计
205
44
46.8
64.2
97.5
9
锅炉房
动力
100
0.7
0.8
0.75
70
52.5
照明
2
0.8
1.0
0
1.6
0
小计
102
71.6
52.5
88.7
134.2
10
仓库
动力
30
0.4
0.8
0.75
12
9
照明
2
0.8
1.0
0
1.6
0
小计
32
13.6
9
16.3
24.7
11
生活区
照明
480
0.7
0.9
0.48
336
161.28
372.7
566.2
合计
动力
2480
1227
996.03
照明
556
K∑p=0.8
计入
K∑q=0.85
0.76
981.6
846.6
1296
1969
1、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:
QC=P30(tanφ1-tanφ2)=981.6[tan(arccos0.76)-tan(arccos0.92)]kvar=374kvar
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1(主屏)1台与方案3(辅屏)4台相组合,总容量84kvar×5=420kvar。
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
cosφ
计算负荷
P30/(KW)
Q30/(Kvar)
S30/(KVA)
I30/(A)
380V侧补偿前负荷
0.76
981.6
846.6
1296
1969
380V侧无功补偿容量
-420
380V侧补偿后负荷
0.917
981.6
426.6
1070
1626
主变压器功率损耗
0.015s30=16
0.06s30=64
10KV侧负荷总计
0.94
965.6
362.6
1031
59.5
三、变电所位置和型式的选择
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,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%=4.5,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-1
1.96
1.96
1.96
5.0
2.96
35.7
K-2
19.7
19.7
19.7
36.2
21.5
13.7
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510KV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
UN
IN
数据
10KV
57.7A
(I1N·T)
1.96KA
5.0KA
1.962×1.9=7.3
一次设备型号规格
额定参数
UN·E
IN·E
IOC
imax
I2t·t
高压少油断路器SN10-10Ⅰ/630
10KV
630A
16KA
40KA
162×2=512
高压隔离开关GN
10KV
200A
-
25.5KA
102×5=500
高压熔断器RN2-10
10KV
0.5A
50KA
-
-
电压互感器JDJ-10
10/0.1KV
-
-
-
-
电压互感器JDZJ-10
KV
-
-
-
-
电流互感器LQJ-10
10KV
100/5A
-
225××0.1=31.8
(90×0.1)2×1=81
二次负荷
0.6Ω
避雷器FS4-10
10KV
-
-
户外隔离开关GW4-12/400
12KV
400A
-
25KA
102×5=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6380V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
UN
I30
数据
380V
总1320A
19.7KA
36.2KA
19.72×0.7=272
一次设备型号规格
额定参数
UN·E
IN·E
IOC
imax
I2t·t
低压断路器DW15-1500/3D
380V
1500A
40KA
-
-
低压断路器DZ20-630
380V
630A
(大于I30)
30KA
(一般)
-
-
低压断路器DZ20-200
380V
200A
(大于I30)
25KA
(一般)
-
-
低压刀开关
HD13-1500/30
380KV
1500A
-
-
-
电流互感器LMZJ1-0.5
500V
1500/5A
-
-
-
电流互感器LMZ1-0.5
500V
100/5A
160/5A
-
-
-
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(40×4),即母线尺寸为40mm×4mm;380V母线选LMY-3(120×10)+80×6,即母线尺寸为120mm×10mm,而中性线尺寸为80mm×6mm。
.
七、变电所进出线及与邻近单位联络线的选择
1、10KV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=93.5A≥I30,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=57.7A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=90A>I30,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==1960×mm2=22mm2<A=25mm2
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YJL22-10000-3×25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0.8m土壤温度为25℃,查表8-43初选缆芯截面120mm2,其Ial=212A>I30,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=0.31Ω/km(按缆芯工作温度75℃计),X0=0.07Ω/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==19700×mm2=224mm2
由于前面按发热条件所选120mm2的缆芯截面小于Amin,不满足短路热稳定要求,故改选缆芯截面为240mm2的电缆,即选VLV22-1000-3×240+1×120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VLV22-1000-3×240+1×120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VLV22-1000-3×240+1×120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VLV22-1000-3×240+1×120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Ial≈19A>I30,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-1000-1×4mm2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=8.55Ω/km,X0=0.119Ω/km,又仓库的P30=13.6kw,Q30=9kar,因此:
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故满足允许
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