某厂降压变电所电气部分设计说明.doc

目 录前 言11 负荷计算和无功功率补偿21.1 负荷计算21.2 无功功率补偿31.3 年耗电量的估算32 变电所位置和型式的选择53 变电所主变压器的选择和主结线方案的选择73.1 变电所主变压器的选择73.2 变压器主接线方案的选择73.3 两种主结线方案的技术经济比较94 短路电流的计算104.1 绘制计算电路104.2 确定短路计算基准值104.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值104.4 10KV侧三相短路电流和短路容量114.5 380V侧三相短路电流和短路容量115 变电所一次设备的选择校验135.1 10kV侧一次设备的选择校验135.2 380V侧一次设备的选择校验135.3 高低压母线的选择146 变电所进出线以及邻近单位联络线的选择156.1 10kV高压进线和引入电缆的选择156.2 380V低压出线的选择156.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验177 变压所的防雷保护197.1 变压所的防雷保护197.2 变电所公共接地装置的设计19参考文献20致谢21附 录22前 言在国民经济高速发展的今天，电能的应用越来越广泛，生产、科学、研究、日常生活都对电能的供应提出更高的要求，因此确保良好的供电质量十分必要。本设计书注重理论联系实际，理论知识力求全面、深入浅出和通俗易懂，实践技能注重实用性，可操作性和有针对性，同时注重介绍和反映现代供配电技术的新技术。本课程设计选择进行了一个模拟的中小型工厂10/0.4kV、容量为1000kVA的降压变电所，既含有高压供电部分又含有电力变压器低压配电部分。本设计书论述了供配系统的整体功能和相关的技术知识，重点介绍了工厂供配电系统的组成和部分。系统的设计和计算相关系统的运行与管理，并根据工厂所能取得的电源及工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，确定了变电所的位置与形式及变电所至变压的台数与容量、类型及选择变电所主接线方案及高低设备与进出线。在工厂里，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（除电化工业外）。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。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。 1 负荷计算和无功功率补偿1.1 负荷计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。单组用电设备计算负荷的计算式: 有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流运用公式对各车间进行负荷计算，结果如表2.1所示。表1.1 机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量需要系数计 算 负 荷1铸造车间动力2500.360.681.1690.00 104.40 照明70.79105.53 0.00 小计25795.53 104.40 141.51 215.01 2锻压车间动力2300.260.631.5259.80 90.90 照明90.77106.93 0.00 小计23966.73 90.90 112.76 171.33 3金工车间动力3400.250.621.685.00 136.00 照明60.82104.92 0.00 小计34689.92 136.00 163.04 247.72 4工具车间动力3000.260.621.678.00 124.80 照明100.82108.20 0.00 小计31086.20 124.80 151.68 230.45 5电镀车间动力1900.420.790.679.80 47.88 照明60.81104.86 0.00 小计19684.66 47.88 97.26 147.78 6热处理车间动力1600.90.740.83144.00 119.52 照明70.72105.04 0.00 小计167149.04 119.52 191.04 290.27 7装配车间动力1200.350.661.342.00 54.60 照明60.73104.38 0.00 小计12646.38 54.60 71.64 108.85 8机修车间动力1700.320.651.3754.40 74.53 照明30.78102.34 0.00 小计17356.74 74.53 93.67 142.32 9锅炉房动力600.620.750.7837.20 29.02 照明20.73101.46 0.00 小计6238.66 29.02 48.34 73.44 10仓库动力150.360.80.565.40 3.02 照明1.60.75101.20 0.00 小计16.66.60 3.02 7.26 11.03 11生活区照明3600.740.940.13262.8034.16265.01402.65总计380V侧）动力1835983.26 818.83 照明417.6计=0.9 =0.90.770.69884.39736.951151.611749.741.2 无功功率补偿 由表1.1可知，该厂380侧最大负荷是的功率因数只有0.77。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.9。考虑到主变电器的无功损耗远大于有功损耗，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：参照图，选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案2（主屏）1台与方案3（辅屏）6台相组合，总共容量84kvar×5=420kvar。因此无功功率补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表所示表1.2 无功补偿后工厂的计算的负荷项目cos计算负荷P30/KWQ30/kvarS30/KVAI30/A380V侧补偿前负荷0.77884.39736.951151.611749.74380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.92884.39316.95939.471427.38主变压器功率损耗0.015=14.09 0.06=56.3710KV侧负荷总计0.92898.48373.32972.9556.171.3 年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量： 年无功电能耗电量： 结合本厂的情况，年最大负荷利用小时数为2600h，取年平均有功负荷系数，年平均无功负荷系数。由此可得本厂：年有功耗电量： ；年无功耗电量：。2 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。工厂的负荷中心按功率矩法来确定，计算公式为式（2.1）和（2.2）。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.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+=Pi.因此仿照力学中计算重心的力矩方程,可得负荷中心的坐标: (2.1) (2.2) 图2.1 机械厂总平面图按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表2.1所示表2.1 各车间和宿舍区负荷点的坐标位置坐标轴12345678910生活区X()1.31.33.53.54.26.66.66.66.69.40.7Y()5.33.75.33.71.86.44.83.21.54.80.4由计算结果可知，x=3.4,y=3.3工厂的负荷中心在6号厂房的西南角。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在4号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。3 变电所主变压器的选择和主结线方案的选择3.1 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：（1）装设一台主变压器型式采用S9型，而容量根据式，选，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，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。（2）装设两台主变压器 型号亦采用S9，而每台变压器容量按式 和式选择，即因此选两台S9-800/10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。3.2 变压器主接线方案的选择 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：（1）装设一台主变压器的主接线方案，如图3.1所示 （2）装设两台主变压器的主接线方案，如图3.2所示 图3.1 装设一台主变压器的主结线方案 图3.2 装设两台主变压器的主结线方案3.3 两种主结线方案的技术经济比较表3.1 两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变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，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗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由手册查得S91000单价为10.76万元，而由手册查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为2×10.76万元=21.52万元由手册查得S9800单价为8.52万元，因此两台综合投资为4×8.52万元=34.08万元，比一台变压器多投资12.56万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查手册得 GGA（F）型柜按每台3.5万元计，查手册得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为4×1.5×3.5=21万元本方案采用6台GGA（F）柜，其综合投资额约为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参照手册计算，主变和高压开关柜的折算和维修管理费每年为4.893万元（其余略）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，比一台主变的方案多耗2.174万元供电贴费按800元/KVA计，贴费为1000×0.08=80万元贴费为2×800×0.08万元=128万元，比一台主变的方案多交48万元从表3.1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，因此决定采用装设两台主变的方案。4 短路电流的计算 4.1 绘制计算电路 如图4.1所示图4.1 短路计算电路4.2 确定短路计算基准值设，即高压侧，低压侧，则 4.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统 已知，故 （2）架空线路 查表得LJ-90的，而线路长8km，故（3）电力变压器 查表得，故因此绘短路计算等效电路如图4.2所示。 图4.2 等效电路4.4 10KV侧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 4.5 380V侧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）三相短路容量以上计算结果综合如表4.1表4.1 短路的计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-11.931.931.934.922.9135.09k-216.9816.9816.9831.2518.5111.795 变电所一次设备的选择校验5.1 10kV侧一次设备的选择校验 表5.1 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 他装置地点条件参数数据1056.171.932.917.08一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA512高压隔离开关GN8-10T/20010kV200A25.5KA500高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-1010/0.1kV电流互感器LQJ-1010Kv100/5A31.8kA81二次负荷0.6避雷器FS4-1010kV户 外 式 高 压隔离开关GW4-15G/20012kV400A25Kv500表5.1所选一次设备均满足要求。5.2 380V侧一次设备的选择校验 如表5.2所示。表5.2 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 度其 他装置地点条件参数数据3801427.3816.9831.25547.81一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kV低压断路器DZ20-630380V630A30kA低压断路器DZ20-200380V200A25kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5160/5表5.2所选一次设备均满足要求。5.3 高低压母线的选择 参照表528，10kV母线选LMY-3（），即母线尺寸为；380V母线选LMY-3,即母线尺寸为，而中性线母线尺寸为。6 变电所进出线以及邻近单位联络线的选择6.1 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 由及室外环境温度，查资料，初选LJ-16，其时的满足发热条件。2）校验机械强度 最小允许截面，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，不需校验电压损耗。（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 由及土壤温度查表，初选缆芯截面为的交联电缆，其，满足发热条件。2）校验短路热稳定 按式计算满足短路热稳定的最小截面 因此YJL22-10000-325电缆满足短路热稳定条件。6.2 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 由及地下0.8m土壤温度，查表资料，初选缆芯截面，其，其中1.014为时的温度修正系数，满足发热条件。2）校验电压损耗 由图11-4所示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为70m，而由资料查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又1号厂房的，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为的电缆，即选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。（2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面，的四芯电缆。（3）馈电给3号厂房（精工车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面，VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆。（4）馈电给4号厂房（工具车间）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型四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。按发热条件选择 由及环境温度，查表资料，应选VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆。（5）馈电给5号厂房（电镀车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面，VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆。 （6）馈电给6号厂房（热处理车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面，VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆。（7）馈电给7号厂房（装配车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面，VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆。（8）馈电给8号厂房（机修车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面，VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆。（9） 馈电给9号厂房（锅炉房）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面，VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆。（10）馈电给10号厂房（仓库）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面，VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆。（11）馈电给生活区的线路 采用LG型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1）按发热条件选择 由及室外环境温度为，查表初选其时的，满足发热条件。2）校验电压损耗 由图11-4所示工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约150m，而由表查得LJ-240的阻抗,，又生活区的，因此按式得：满足允许电压损耗要求。6.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10kV母线相联。（1） 按发热条件选择 工厂二级负荷容量287.11KVA,而最热月土壤平均温度为,因此查表初选缆芯截面为的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆（注：该型电缆最小芯线截面积为），其,满足发热条件。（2）校验电压损耗 由资料查得缆芯为的铝芯电缆的 (缆芯温度按计)，而二级负荷的，线路长度按2km计，因此由此可见该电缆满足允许电压损耗要求。（3）短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯的交联电缆是满足短路热稳定要求的。综合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6.1 所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号线路名称导线或电缆的型号规格10kV电源进线LJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22-10000-325交联电缆（直埋）380V低压出线至1号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至6号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至生活区单回路，回路线3LJ-240+1LJ-120（架空）与邻近单位10kV联络线YJL22-10000-325交联电缆（直埋）7 变压所的防雷保护7.1 变压所的防雷保护（1）直击雷防护 在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。避雷针采用直径20mm的镀银圆钢，避雷带采用的镀锌扁钢。 （2）雷电侵入波的防护1）在10kV电源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器。其引下线采用的镀锌扁钢，下面与公共接地网焊接相联，上面与避雷器接地端螺栓连接。2）在10kV高压配电室装设的GG-1A（F）-54型高压开关柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来防护雷电侵入波的危害。3)在380V低压架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入雷电波。7.2 变电所公共接地装置的设计（1）接地电阻的要求 按表9-23，本变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件： 且 式中 因此公共接地装置接地电阻应满足（2）接地装置的设计 采用长2.5m、50mm的镀锌钢管数，按式（9.24）计算初选16根，沿变电所三面均匀布置（变电所前面布置两排），管距5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m。管间用的镀锌扁钢焊接相连。变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地线与室外公共接地装置焊接相连。接地干线均采用采用的镀锌扁钢。变电所接地装置平面布置图如图11-9所示。接地电阻的演算：满足的要求。参考文献1 介才.工厂供电设计指导M.2版.北京：机械工业，1998.2 介才.工厂供电M.4版.北京：机械工业，2004.3 介才.供配电技术M.2版.北京：机械工业，2005.4 介才.工厂供电简明技术手册M.北京：机械工业，1993.5 介才.供电工程师技术手册M.北京：机械工业，1998.6 介才.实用供配电技术手册M.北京：机械工业，2002.7 苏文成.工厂供电M.2版.北京：中国水利水电，1990.8 宗纲等.工厂供电设计M.:科学技术，1985.9 中国航天工业规划设计研究院组编.工业与民用配电设计手册M.3版.北京:中国电力出 出版设，2005.10 电气简图用图形符号过肩标准汇编S.北京：中国标准，2001.11 电气制图国家标准汇编S.北京:中国计划，200112 电气标准规汇编S.北京：中国计划，2006.13 机械工厂电力设计规(JBJ6-1996)S.北京：14 民用建筑电气设计规（JGJ/T 16-1992）S.北京：中国计划，1994.15 吕光大.建筑电气安装工程图集M.北京：水利电力，1987.16 介才.三相交流相序代号问题的商榷J.电工设计杂志，19979(3).17 介才.接地电阻简化计算公式辨析J.建筑电气季刊，1998（2）.致谢通过本次课程设计，我不仅加深了对电力工程基础的理解，而且还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃，懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这两个星期的学习，在老师的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。最后我要感谢在这次设计中所有帮助过我的老师和同学们。附 录某厂降压变电所主接线电路图