某标准件厂冷镦车间低压配电系统及车间变电所设计.docx

毕业设计（论文）题 目：某标准件厂冷镦车间低压配电系统及车间变电所设计系 别：电气工程系专 业：电气自动化班 级：学生姓名： 指导教师：完成日期：毕业设计（论文）任务书班 级电气自动化0731班学生姓名何倩倩指导教师鲍建设计（论文）题目某标准件厂冷镦车间低压配电系统及车间变电所设计主要研究内容某标准件厂冷镦车间低压配电系统及车间变电所设计，应根据本场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，确定变电所的位置与形式，确定变电所主要变压器的台数与容量，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，选择整定继电保护装置最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。主要技术指标或研究目标（1）负荷计算和无功功率补偿（2）变电所位置和形式的选择（3）变电所主变压器的台数与容量，类型的选择（4）工厂配电系统的确定（5）变电所主要接线方案的设计（6）短路电流的计算（7）变电所一次设备的选择与校验（8）变电所进出线的选择与校验（9）变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定（10）防雷保护和接地装置的设计基本要求（1）、安全 在电能的供应、分配和使用下，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及连续性的要求。（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 供电系统的投资要求，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属沙耗量。（5）、合理处理局部和合局，当前和长远等关系，既照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，知应发展。例如计划用电问题，就不能只考虑一个单位的局部利益，更要有合局观点。主要参考资料及文献1.工厂供电实用手册 刘介才主编 中国电力出版社2.电气工程师手册 机械工业出版社毕 业 设 计 报 告 摘 要本次设计是关于标准件厂冷镦车间低压配电系统及车间变电所的设计。最先从车间的布局考虑，参考了现在很多工厂的平面设计图，从各部分布局的可用性和经济性入手，对工厂厂区的供电进行了设计。先从各部分的计算入手，其中包括计算负荷和短路电流的计算、一次设备稳定度的效验。接下来进行了对变电所高压进线和低压出线的选择，车间配电线路的设计。在变电所二次回路设计及继电保护整定当中，考虑了各方面的保护及对保护器具的选择，防雷以及接地保护，考虑到了车间布局的实际情况进行了对防雷接地设备的选择和设计。AbstractThis standard is designed for Cold Heading Plants workshop low-voltage distribution systems and substations in the design workshop. From the first workshop to consider the layout, reference to the many factories graphic design plans for the layout of the various parts of the economy and the availability of research. Next entered the factory premises of the power supply design. Start with the start of the calculation, including the computational load and short-circuit current calculation of equipment and a stable of well-tested. and low-voltage distribution screen choices. Next, a pair of high voltage substations and low-voltage lines into the choice of wit, workshops distribution line design. Substation in the secondary circuit design and relay setting which I consider various aspects of the protection and the protection of equipment choices. Substation design to the natural missed Lightning protection and grounding design. Taking into account the actual layout of the workshop of the grounding of mine equipment selection and design. Keywords : design of low voltage power distribution substation shop 关键词 负荷统计变压器选择 短路电流 设备选择 图纸设计目 录1 引言 62 设计任务72.1 车间平面布置图72.2 车间生产任务及产品规格72.3 车间设备明细表72.4 车间变电所的供电范围82.5 车间负荷性质82.6 供电电源条件82.7 车间自然条件83 负荷计算和无功功率补偿93.1、车间的负荷计算93.2无功功率补偿114 变电所位置和形式的选择124.1变电所的位置选择原则：124.2车间变电所主要有以下两种类型的变电所。135 变电所主变压器台数、容量、与类型的选择135.1确定车间变电所主变压器型式135.2总降压变电所主变压器台数和容量的确定146 变电所主接线方案的设计147 短路电流的计算157.1 短路计算157.2 点三相短路时的短路电流和容量的计算167.3 计算点三相短路时的短路电流178 变电所一次设备的选择校验178.1 10kV侧一次设备的选择188.2 一次设备的校验189 变电所进出线的选择与校验219.1、高低压进出线219.2、变配电所进出线方式的选择219.3、变配电所进出线导线和电缆型式的选择2210 变电所二次回路方案的选择和继电保护的整定2510.1、高压断路器的操动机构控制与信号回路2510.2 、变电所的电能计量回路2510.3、变电所的测量和绝缘监察回路2510.4、备用电源2610.5、整定继电保护2710.6、作为备用电源的高压联络线的继电保护装置2811 变电所的防雷保护与接地装置的设计2811.1、防雷保护2911.2接地装置2912确定车间低压配电系统布线方案2912.1、车间配电电压的选择3012.2、车间配电级数的选择3012.3、低压配电线路的选择3012.4、车间配电系统接线方案的选择3013、选择低压配电系统的导线及控制保护设备3113.1、低压配电系统的导线选择3113.2、控制保护设备的选择34总结 35参考文献361 引言本书是某标准件厂冷镦车间低压配电系统及车间变电所设计。电能是工业生产的主要动力能源，工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的传输、变换、分配到工厂车间中每一个用电设备上，随着工业电气自动化技术的发展，工厂用电量快速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等的要求也日益提高，供电设计是否完善，不仅影响工厂的基本建设投资、运行费用和有色金属消耗量，而且也反映到工厂的可靠性和工厂的安全生产上，它与企业的经济效益、设备和人身安全等是密切相关的。现在除个别大型工业联合企业有自备电厂外，绝大多数工厂都是从国家电力系统取得电能的，因此，工厂工业负荷是电力系统的主要用户，工厂供电系统也是电力系统的一个组成部分，保证安全供电和经济运行，不仅关系到企业的利益，也关系到电力系统的安全和经济运行以及合理利用能源。本书共分十章。首先概要地介绍本设计的主要内容，接着系统地讲述冷镦车间的电力负荷计算和无功功率补偿，变电所位置和形式的选择，变电所主变压器台数、容量、与类型的选择，变电所主接线方案的设计，短路电流的计算，变电所一次设备的选择校验，变电所进出线的选择与校验，变电所二次回路方案的选择和继电保护的整定，变电所的防雷保护与接地装置的设计。本书末还附有一些技术数据的图表供参考。本书按照毕业设计要求，根据参考文献而著，在基础理论和设计计算方面清新明确，有很强的针对性和实用性。本书在文字叙述上浅显易懂，便于自学。本书由何倩倩著，鲍建指导，鲍建老师为本书提出了许多宝贵的意见，谨在此表示衷心的感谢！限于本人水平，书中错漏难免，敬请使用本书的广大师生和读者批评指正，本人不胜感激！ 编者2 设计任务21 车间平面布置图2.2 车间生产任务及产品规格本车间主要承担全国机械及电器制造工业的标准螺钉配件生产。标准螺钉元件规格范围为M3M16。2.3 车间设备明细表 设备代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw设备代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw1冷镦机Z47-12163149626铣口机（自制）1772冷镦机GB-31555527铣口机（自制）15.55.53冷镦机A1641282828车床C3361334冷镦机A1241282829车床1336M14.54.55冷镦机A1232204030台钻70.64.26冷镦机A1631202031清洗机（自制）410407冷镦机A1691101032包装机（自制）34.513.58冷镦机Z47-671510533涂油槽1-9冷镦机82BA1111134车床C620-117710冷镦机A12124.79.435车床C620-1M17711冷镦机A12023636车床C62017712切边机A2332204037车床C618K17713切边机A2321141438铣床X62W17.57.514压力机60t1101039平面磨床M723017.627.6215压力机40t17740牛头刨床13316切边机A231472841立钻11.51.517切边机A23014.54.542砂轮机60.63.618切边机（自制）13343钳工台4-19搓丝机GWB162102044划线台1-20搓丝机1141447电葫芦1.5t12.82.821搓丝机A25317748电葫芦1.5t11.11.122搓丝机A253472849叉车0.5t2-23双搓机1111150叉车0.5t1-24搓丝机GWB6525.511合计25搓丝机Z25-41332.4 车间变电所的供电范围1）本车间变电所设在冷镦车间东北角，除为冷镦车间供电外，尚需为工具、机修车间供电。2）在工厂总配变电所10KV进线侧计量。工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9.3）系统变电站10KV母线出口断路器断流容量为200MVA。其配电系统图如图示。2.5 车间负荷性质生产车间大部分分为三班制，少部分为两班或单班制，年最大有功负荷利用小时数为5000h。工厂属三级负荷。2.6 供电电源条件1）电源由35/10KV总降压变电所采用架空线路受电，线路长300M。2）工厂总降压变电所10KV母线上的短路容量按200MVA计。3）工厂总降压变电所10KV配电出线定时限过流保护装置的整定时间top=2s。4）要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于0.9。5）要求在车间变电所10KV侧进行计量。2.7 车间自然条件A.气温历年最高气温： 40.6历年最低气温： -7.7一月最低气温： 5.3七月最高气温： 29.6B.车间内计算气温：353 负荷计算和无功功率补偿3.1、车间的负荷计算3.1.1车间设备组1负荷计算见表3-1：表3-1 冷镦车间设备组1的负荷计算表设备代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw需要系数Kd计算负荷/kw/kvar/A1冷镦机Z47-1216314960.20.51.7399.21711983022冷镦机GB-3155550.20.51.73111922333冷镦机A164128280.20.51.735.69.711.2174冷镦机A124128280.20.51.735.69.711.2175冷镦机A123220400.20.51.73813.81624.36冷镦机A163120200.20.51.7346.9812.27冷镦机A169110100.20.51.7323.4546.18冷镦机Z47-67151050.20.51.732136.34263.89冷镦机82BA111110.20.51.732.23.84.46.710冷镦机A12124.79.40.20.51.731.843.183.685.611冷镦机A1202360.20.51.731.22.12.43.712切边机A233220400.20.51.73813.81624.313切边机A232114140.20.51.732.84.85.68.514压力机60t110100.20.51.7323.4546.115压力机40t1770.20.51.731.42.42.84.316切边机A23147280.20.51.735.69.711.21717切边机A23014.54.50.20.51.730.91.561.82.7518切边机（自制）1330.20.51.730.61.031.21.819搓丝机GWB16210200.20.51.7346.9812.220搓丝机114140.20.51.732.84.855.68.5621搓丝机A2531770.20.51.731.42.42.84.322搓丝机A25347280.20.51.735.69.711.21723双搓机111110.20.51.732.23.84.46.724搓丝机GWB6525.5110.20.51.732.23.84.46.725搓丝机Z25-41330.20.51.730.61.031.21.826铣口机（自制）1770.20.51.731.42.42.84.327铣口机（自制）15.55.50.20.51.731.11.92.23.328车床C3361330.20.51.730.61.031.21.829车床1336M14.54.50.20.51.730.91.561.82.7530台钻70.64.20.20.51.730.841.451.682.5731清洗机（自制）410400.20.51.73813.81624.332包装机（自制）34.513.50.20.51.732.74.675.48.2533涂油槽1-34车床C620-11770.20.51.731.42.42.84.335车床C620-1M1770.20.51.731.42.42.84.336车床C6201770.20.51.731.42.42.84.337车床C618K1770.20.51.731.42.42.84.338铣床X62W17.57.50.20.51.731.52.634.639平面磨床M723017.627.620.20.51.731.62.73.24.840牛头刨床1330.20.51.730.61.031.21.841立钻11.51.50.20.51.730.30.560.60.942砂轮机60.63.60.20.51.730.721.251.442.243钳工台4-44划线台1-47电葫芦1.5t12.82.80.20.51.730.560.971.121.748电葫芦1.5t11.11.10.20.51.730.220.380.440.6749叉车0.5t2-50叉车0.5t1-合计1341.70.20.51.73268464.3536.7815.43.1.2车间设备组2负荷计算见表3-2：表3-2 冷镦车间设备组2的负荷计算表设备代号台数单台容量kw总容量kw需要系数Kd计算负荷/kw/kvar/A45桥式吊车218.737.40.150.51.735.619.711.217.146梁式吊车18.28.20.150.51.731.232.12.53.7小计45.60.150.51.736.8411.813.720.83.1.3工具、机修车间负荷计算见表3-3：表3-3 工具、机修车间的负荷统计表序号车间名称供电回路代号设备容量kW计算负荷(kW)(kvar)(kVA)(A)1工具车间No.1供电回路4714.116.521.732.9No.2供电回路5616.819.725.939.4No.3供电回路4212.614.719.429.5No.4供电回路3510.512.316.224.62机修车间No.5供电回路15037.543.957.787.7小计1805463.283.2126.4 3.1.4车间设备总负荷统计见表3-4：表3-4冷镦车间总的负荷统计表用电单位名称设备容量需要系数计算负荷 (kW) (kvar) (kVA)(A)设备组1341.70.20.51.73268.3464.3536.7815.4设备组45.60.150.51.736.8411.8313.6820.8工具车间1805463.283.2126.4机修车间15037.543.957.787.7总计1717.3366.64583.23691.281050.3取=0.90 =0.95330.0554.0644.8979.73.2无功功率补偿1）补偿前的变压器低压侧的视在计算负荷为： 因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选为了1000 kV·A。这时变电所低压侧的功率因数为：2） 无功补偿容量按规定，变电所高压侧的，考虑到变压器本身的无功功率损耗远大于其有功功率损耗，一般，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90 ，这里取。要使低压侧功率因数由0.51提高到092，低压侧需装设的并联电容器容量为： 取 3）补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：变压器的功率损耗为：变电所高压侧的计算负荷为补偿后工厂的功率因数为4）车间变电所负荷计算 见表3-5：表3-5车间变电所负荷计算表序 号车间名称需要系数设备容量kW计算负荷(kW)(kvar)(kVA)(A)1设备组10.21341.72268.3464.3175326782设备组20.1545.66.8411.8313.720.873工具车间1805463.283.13126.974机修车间15037.543.957.7388.18总计1717.32330554644.8979.7380V侧补偿前负荷330554644.8979.7380V侧无功补偿容量417380V侧补偿后负荷330137357543变压器功率损耗5.421.410kV侧负荷总计335.4158.437121.44 变电所位置和形式的选择4.1变电所的位置选择原则： 应尽可能接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。 考虑电源的进线方向，偏向电源侧。 进出线方便。 不应妨碍企业的发展，要考虑扩建的可能行。 设备运输方便。 尽量避开有腐蚀性气体和污秽的地段，如无法避免，则应位于污源的上风侧。 变电所屋外配电装置与其他建筑物、构筑物之间的防火间距符合规定。变电所建筑物、变压器及屋外配电装置应与附近的冷却塔或喷水池之间的距离负荷规定。 不应设在地势低洼和可能积水的场所。 高压配电所应尽量与临近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起。变电所的位置选择应根据选择原则，经技术、经济比较后确定。根据接近负荷中心，偏向电源侧的选择方法。本车间变电所已给出，位于车间的东北角。4.2车间变电所主要有以下两种类型的变电所。 车间附设变电所内附式变电所要占用一定的车间面积，但其在车间内部，故对车间外观没有影响。外附式变电所在车间的外部，不占用车间面积，便于车间设备的布置，而且安全性也比内附式变电所要高一些。 车间内变电所变配电所有屋内式和屋外式两大型式。屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择工厂总变配电型式时，应根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优选用屋内式。 由于屋内式优点众多，本设计采用屋内式。5 变电所主变压器台数、容量、与类型的选择5.1确定车间变电所主变压器型式 在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S9系列或S10系列。高损耗变压器已被淘汰，不再采用。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器；供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器（S9、S10-M、S11、S11-M等）；对于高层建筑、地下建筑、发电厂、化工等单位对消防要求较高的场所，宜采用干式电力变压器（SC、SCZ、SG3、SG10、SC6等）；对电网电压波动较大的，为改善电能质量应采用有载调压电力变压器（SZ7、SFSZ、SGZ3等）。 本设计选择S9系列三相油浸自冷电力变压器。 5.2总降压变电所主变压器台数和容量的确定 车间变电所变压器台数和容量确定原则和总降压变电所基本相同。即首先保证电能质量的要求下，最大限度减少投资、运行费用和有色金属耗用量。 车间变电所变压器台数选择原则，对于二、三级负荷，变电所只设置一台变压器，其容量可根据计算负荷决定。可以考虑从其他车间的低压线路取得备用电源，这不仅在故障下可以对重要的二级负荷供电，而且在负荷极不均匀的轻负荷时，也能使供电系统达到经济运行。对一、二级负荷较大的车间，采用两回独立进线，设置两台变压器，其容量确定和总降压变电所相同。当负荷分散时，可设置两个各有一台变压器的变电所。车间变电所中，单台变压器容量不宜超过1000kVA。根据本设计属三级负荷，选择一台变压器。经计算：变压器容量选择630kVA。综上变压器选择S9630/10，变压器参数见表5-1：表5-1 变压器参数表额定容量kVA额定电压/kV联结组标号损耗/W空载电流阻抗电压价 格一次二次空载负载630100.4Yyn0120062000.94.5747006 变电所主接线方案的设计变电所的主结线，应根据变配电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。按上面两种主变压器的方案可设计两种主结线方案：两种主结线方案的比较见表6-1：表6-1 两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变压器的方案装设两台主变压器的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗略大由于两台主变并列，电压损耗略小灵活方便性只一台主变，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好一些经济指标电力变压器的综合投资额查表得S9630/10单价为7.47万元，查表得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为万元=14.94万查表得S315/10单价为4.3万元，因此两台综合投资为=17.2万元，比一台主变方案多投资2.26万高压开关柜的综合比较查表得GG1A（F）型柜按每台3.5万元计，查表得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为万元=21万元本方案采用6台GG1A（F）柜，其综合投资约为6×1.5×3.5=31.5万元，比一台主变的方案多投资10.5万元。电力变压器和高压开关柜的年运行费查表计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为4.89万元主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为7.067万元，比1台主变压器的方案多耗2.177万元交供电部门的一次性供电贴费按800元/kVA计，贴费为万元=50.4万元贴费为2×315×0.08万元=50.4万元，和一台主变压器相同 从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案。主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。供配电系统变电所常用的主接线基本形式有线路变压器组接线、单母线接线和桥式接线3种类型。线路变压器组接线、单母线接线、桥式接线。本设计采用一次侧为线路变压器组接线、二次侧为单母线不分段接线。7 短路电流的计算7.1 短路计算1） 确定基准值采用标幺制法进行三相短路计算，基准值取:S=100 MV·A,U=10.5 kV, U=0.4 kV确定基准值 由 S=100 MV·A,U=10.5 kV, U=0.4 kV 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值由表查得, 因此 = =0.5电缆线路的电抗标幺值由表3-1查得, 因此 电力变压器的电抗标幺值查表得 , 因此 X = = =7.94绘短路等效电路图如图7-1所示, 图上标出各元件的序号和电抗标幺值， 并标明短路计算点图7-1 短路等效图7.2 点三相短路时的短路电流和容量的计算计算短路回路总阻抗标幺值计算点所在电压级的基准电流 计算短路电流各值 7.3 计算点三相短路时的短路电流 计算短路回路总阻抗标幺值 计算点所在电压级的基准电流 计算短路电流各值 计算结果列表7-2：表7-2 短路计算结果短路计算点短路计算点三相短路电流（