某机械厂降压变电所电气设计.doc

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1、1 绪论1.1 工厂供电的意义和要求 工厂供电（plant power supply），就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂供电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量用以应用；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。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但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

2、，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。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。工厂供电工作要很好的为工业生产服务，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

3、量的要求（4） 经济 供电系统的投资要少，运费要低，并尽可能的节约电能和减少有色金属的消耗量。本设计的任务，主要是对某机械制造厂减压变电所的电气设计，其中包括工厂负荷的统计计算，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，进行短路计算，选择变电所主接线方案，一次设备的选择，高低压设备和进出线，确定防雷和接地装置。并通过设计对中小型工厂的供配电系统和电气照明运行维护和设计计算对工厂供电理论知识有了更加深刻的巩固和复习，为今后从事工厂供电技术工作奠定一定的基础。1.2 工厂供电设计内容及步骤 全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以

4、及负荷布局，结合国家供电情况。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。其基本内容有以下几方面。 （1）负荷计算 全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。 （2）工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。 （3）工厂总降压变电所主结线设计 根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它

5、的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。 （4）厂区高压配电系统设计 根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。 （5）厂供、配电系统短路电流计算 工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量,皆可按无限容量系统供电进行短路计算.由系统不同

6、运行方式下的短路参数,求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。2 负荷计算和无功功率补偿2.1 负荷计算 各厂房和生活区的负荷计算如表2.1 表2.1 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2500.350.681.0887.5094.35照明50.7410.003.700.00小计25591.2094.35131.22199.372锻压车间动力2900.240.621.2769.6088.08照明80.810.006.400.00小计29876.0088.08116.33176.753金工车间动力3100.250.641.2077.5093.05照明70

7、.7310.005.110.00小计31782.6193.05124.43189.054工具车间动力3400.290.651.1798.60115.28照明70.7110.004.970.00小计347103.57115.28154.97235.455电镀车间动力1900.470.720.9689.3086.07照明70.8510.005.950.00小计19795.2586.07128.38195.056热处理车间动力1300.470.780.8061.1049.02照明60.8110.004.860.00小计13665.9649.0282.18124.867装配车间动力1400.340.6

8、81.0847.6051.32照明80.7210.005.760.00小计14853.3651.3274.04112.498机修车间动力1300.240.631.2331.2038.46照明50.7910.003.950.00小计13535.1538.4652.1079.169锅炉房动力750.720.750.8854.0047.62照明20.7710.001.540.00小计7755.5447.6273.16111.1610仓库动力250.370.830.679.256.22照明10.8210.000.820.00小计2610.076.2211.8317.9811生活区照明3400.790.

9、970.25268.6067.32276.91 420.72总计（380V侧）动力1880937.31736.78照明396计入Kp=Kq=0.90.79843.58663.101073.001630.262.2 无功功率补偿由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有0.74.而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.91。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于0.91，暂取0.93来计算380V侧所需无功功率补偿容量： 故选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1（主屏）1台与方案3

10、（辅屏）4台相组合，总共容量。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2.2所示。表2.2 无功补偿后工厂的计算的负荷项 目计算负荷380V侧补偿前负荷0.79843.58663.101073.001630.26380V侧无功补偿容量-336380V侧补偿后负荷0.932843.58327.10904.781374.67主变压器功率损耗13.5754.2910kV侧负荷总计0.914857.15381.39938.1754.073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（3.1）和（3.2）。变电所的位置应尽量接近

11、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: (3.1) (3.2) 图3.1 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3.1所示表3.1坐标轴12345678910生活区X()1.82.03.65.55.96.16.38.79.09.70.6Y()2.84.86.72.04.7

12、5.26.82.13.76.87.4由计算结果可知，x=4.0 y=5.1工厂的负荷中心在3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3号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。4 变电所主变压器的选择和主结线方案的选择4.1 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，

13、即 且 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。4.2 变压器主结线方案的选择 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4.1所示 （2）装设两台主变压器的主接线方案，如图4.2所示 图4.1 装设一台主变压器的主结线方案图4.2 装设两台主变压器的主结线方案4.3两种主结线方案的技术经济比较 如表4.1所示。表4.1 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

14、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15.1万元，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215.1万元=30.2万元由手册查得S9630单价为10.5万元，因此两台综合投资为410.5万元=42万元，比一台变压器多投资11.8万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查手册得 GG1A（F）型柜按每台4万元计，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41.54=24万元本方案采用6台GGA

15、（F）柜，其综合投资额约为61.53.5=31.5万元，比一台主变的方案多投资7.5万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10000.08=80万元贴费为28000.08万元=128万元，比一台主变的方案多交48万元从表4.1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，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，因工厂负荷近期有较大增长，则宜采

16、用装设两台主变的方案。5 短路电流的计算5.1 绘制计算电路图5-1计算电路5.2 计算电路短路电流 确定短路计算基准值 设，即高压侧，低压侧则 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统 已知故架空线路 查表A-12，得LJ-150的，而线路长10km，故 电力变压器 查表A-1，得，故 因此绘短路计算等效电路如图5-2所示图5-2 等效电路10KV侧三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其他短路电流 三相短路容量380V侧三相短路电流和短路容量总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值其他短路电流 三相短路容量 以上计算结果归纳到表5.1所示表5.1 归纳短路计算点三

17、相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-11.311.311.313.341.9823.81k-215.7215.7215.7228.9217.1313.796 变电所一次设备的选择校验6.1 10kV侧一次设备的选择校验 如表6.1所示表6.1 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 度装置地点条件参数/kv/A/KA/KA数据10kV54.071.313.343.00一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I106301640463.36高压隔离开关GN8-10T/2001020025.5500高压熔断器RW4-1010100100

18、电压互感器JDJ-1010/0.1电压互感器JDZJ-10电流互感器LQJ-10105100493.21973.01避雷器FZ-1010户外式高压隔离开关 GW4-35G/6003560050980表6.1所示内容已经演算过，都合格。6.2 380V侧一次设备的选择校验 如表6.2所示：表6.2 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 度装置地点条件参数/V/A/A/A数据380V1374.6715.7228.92494.24一次设备型号规格额定参数低压断路器DW48-1600380160050表6.2所选的一次设备均满足所需要求。6.3 高低压母

19、线的选择 母线的选择：1.材料一般以铝为主，单条矩形截面积不应该大雨10001200 2. 按发热条件选择 3.按经济电流密度选择 为经济电流密度。 4.动稳定校验 5.热稳定校验 最小允许截面。参照表A9，10kV母线选LMY-3（），即母线尺寸为40mm4mm；380V母线选LMY-3,即母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。7 变电所进出线选择7.1 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 LG型铝导线架空敷设，接往10kV公用干线。1) 按发热条件选择 由及室外环境温度，查表A-12，初选LJ-16，其时的满足发热条件。2) 校

20、验机械强度 查表3-2，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，因此不需校验电压损耗。2. 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 查附录表A-7 采用ZLQ2型油浸纸绝缘电力电缆直接埋地敷设。 1）按发热条件选择 由及土壤温度查表A-7，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 按下式计算满足短路热稳定的最小截面式中C值由表4-6得88；按终端变电所保护动作时间1.7s，加断路器断路时间0.06s，再加0.05s计，故。因此ZLQ2-3+25电缆满足短路热稳定条件。7.2 380V低压出线的选择1. 馈电给2

21、号厂房（铸造车间）的线路 查附录表A-7 采用ZLQ2型油浸纸绝缘电力电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择 由及地下0.8m土壤温度，查表A-7，初选缆芯截面，其，满足发热条件。2）校验电压损耗 由图1所示工厂平面图量得变电所至2号厂房距离约为100m，而由表A-12查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又2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 按下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VLV22-1000-3300+1150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

22、择。2. 同理可以得到厂房3到10所用出线也应当是VLV22-1000-3300+1150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。3. 馈电给生活区的线路 采用BLX-1000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8-40，初选BLX-1000-1120,其时的，满足发热条件。 2）校验机械强度 查表8-35，最小允许截面积，因此 满足机械强度要求。 3）校验电压损耗 由图11-2所示工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约84m，而由表8-36查得其阻抗与BLX-1000-1120近似等值的LJ-120的阻抗,，又生活区的,，因此满足允许电压损耗要求。7.3

23、作为备用电源的高压联络线的选择采用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,而最热月土壤平均温度为,因此查表8-44，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 由表8-42可查得缆芯为25mm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

24、。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7.1 变电所进出线和联络线的型号规格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VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电

25、缆（直埋）至6号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至生活区单回路，回路线3BLX-1000-1120+1BLX-1000-175橡皮线（架空）与邻近单位10kV联络线YJL22-10000-325交联电缆（直埋）8 继电保护的整定8.1主变压器的继电保护装置（1）装设瓦斯保护：当变压器油

26、箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，动作于跳闸。（2）过电流保护：用来反应外部相间短路引起的过电流，并作为瓦斯保护的后备，保护延时动作于跳闸。过电流保护：1）继电器动作电流 其中为可靠系数，感应型继电器取1.3；为电动机的自起动系数，一般取1.53；为继电器的返回系数，感应型继电器取0.8，为电流互感器的变比20，为接线系数一般取1，为正常情况下流过被保护线路的最大负荷电流。 因此过电流保护动作电流整定为10A2）一般过电流保护时间可整定为最短的0.5s3）过电流保护灵敏度的检验 所以灵敏度系数1.5，所以满足要求。8.2 变电所低压侧保护装置低压侧均采用DW4

27、8-1600型低压断路器进行保护，三相均装有过流脱扣器，既可以保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可以保护低压侧的单相接地短路。9降压变电所防雷与接地装置的设计9.1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和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外或有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排或多边形排列，管间距离5

28、m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长11.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。2. 雷电侵入波的防护对于雷电侵入波的过电压保护是利用阀形避雷器以及与阀形避雷器相配合的进线段保护，阀形避雷器的作用是限制电气设备上的过电压幅值；进线段保护的作用是使雷不直接打在导线上，且利用进线段本身的阻抗来限制流过的雷电流幅值，利用导线的电晕损耗来降低雷电波陡度。1）在10kV电源进线

29、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高压配电室内装设的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。9.2 变电所公共接地装置的设计1. 接地电阻的要求按工厂供电设计指导表9-3。此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

30、锌钢管数，按公式计算初选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。接地电阻的演算：满足的要求。10 设计图纸变电所主接线图，某机械厂降压变电所主接线电路图，如图10.1所示。这里略去图框和标题栏。图10.1 某机械厂降压变电所主接线图11 结论 经过对机械厂降压变电所的电气设计，我对工厂供电的设计意义有了更深刻的认识，对设计过程有了一定了解，也对Word文档AutoCAD的操作更加熟练了。在工厂里，电能虽然是

31、工业生产的主要能源和动力，而且它在产品成本中所占的比重一边很小，电能再工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资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。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。通过课程的设计，对工厂供电的设计方法及步骤，以及对工厂供配电的重要意

32、义的理解更加深刻了。对即将走向工作岗位的我来说也是一次很好的锻炼。参考文献1. 刘介才.工厂供电设计指导北京：机械工业出版社2. 霍利明.电力系统继电保护. 北京: 中国电力出版社3. 苏文成. 工厂供电. 北京：机械工业出版社4. 刘笙电气工程基础北京：科学出版社5. 贺家李 宋从矩电力系统继电保护原理北京：中国电力出版社6. 实用供配电技术手册. 北京: 中国水利水电出版社7. 电气制图国家标准汇编. 北京：北京计划出版社8. 电气标准规范汇编. 北京：中国计划出版社9. 王士政. 电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程. 北京：中国水利水电出版社10. 水利电力部西北电力设计院编. 电力工程电气设计手册. 北京：中国电力出版社11. 实用电工电子技术手册编委会编实用电工电子技术手册北京：机械工业出版社