工廠供電課程設(shè)計---機械降壓變電所的電氣設(shè)計

1、<p><b>　　工廠供電課程設(shè)計</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┰O(shè)計題目</b></p><p>　　XX機械降壓變電所的電氣設(shè)計。</p><p><b>　?。ǘ┰O(shè)計要求</b>

2、;</p><p><b>　?。ㄈ?設(shè)計依據(jù)</b></p><p><b>　　1．總長平面圖</b></p><p>　　2. 工廠負(fù)荷情況 本長多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時為4000h日最大負(fù)荷持續(xù)時間為6h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬于二級負(fù)荷外，其余均屬于三級負(fù)荷。低壓動力設(shè)備均為三相，額

3、定電壓為380V。電氣照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V。本廠的負(fù)荷統(tǒng)計資料如下表—1所示。</p><p>　　表—1工廠負(fù)荷統(tǒng)計資料</p><p>　　3. 供電電源情況 按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽訂的供電合同規(guī)定，本廠可由附近一條10kV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線型號為LGJ-150，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為1.5m；干線首段

4、（即電力系統(tǒng)的饋電變電站）距離本廠約6km。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為500MVA。此斷路器配備有定時限過電流保護和電流速斷保護，定時限過流保護整定的動作時間為1.6s。為滿足工廠二級負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由臨近單位取得備用電源。已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長度為70km，電纜線路總長度為15km。</p><p>　　4. 氣象資料 本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為35℃，年平均氣溫為2

5、6℃，年最低氣溫為-18℃，年最熱月平均最高氣溫為33℃，年最熱月平均氣溫為27℃，年最熱月地下0.8m處平均溫度為24℃。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)，年雷暴日數(shù)為15。</p><p>　　5. 地質(zhì)水文資料 本廠所在地區(qū)平均海拔600m，地層土質(zhì)以粘土為主，地下水位為3m。</p><p>　　6. 電費制度 本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T達(dá)成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計量電能，設(shè)專用計量柜，按兩

6、部電費制交納電費。每月基本電費按主變壓器容量計為18元／kVA，動力電費為0.20元／kW·h，照明（含家電）電費為0.56元／kW·h。工廠最大負(fù)荷時的功率因數(shù)不得低于0.9。此外，電力用戶需按新裝變壓器容量計算，一次性地向供電部門交納供電貼費：6~10kV為 元／kVA。</p><p><b>　?。ㄋ模┰O(shè)計任務(wù)</b></p><p&g

7、t;<b>　　（五）設(shè)計時間</b></p><p>　　年 月 日至 年 月 日</p><p><b>　　二、設(shè)計說明書</b></p><p>　?。ㄒ唬┴?fù)荷計算和無功功率補償</p><p>　　1. 負(fù)荷計算 各廠房和生活區(qū)的

8、負(fù)荷計算如表—2所示</p><p>　　2. 無功功率補償 由表—2可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)只有0.72。而供電部門要求該廠10kV進(jìn)線側(cè)最大時功率因數(shù)不應(yīng)低于0.90?？紤]到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380V側(cè)最大時功率因數(shù)應(yīng)稍大于0.90，暫取0.92來計算380V側(cè)所需無功功率補償容量：</p><p>　　參照工廠供電設(shè)計指導(dǎo)圖2-6，選PGJ1型低

9、壓自動補償屏，并聯(lián)電容器為BW.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1臺與方案3（輔屏）6臺相組合，總共容量84kvar×7=588kvar。因此無功補償后工廠380V側(cè)和10kV側(cè)的負(fù)荷計算表—3所示。</p><p>　　表—3 無功補償后工廠的計算負(fù)荷</p><p>　　(二) 變電所位置和型式的選擇</p><p>　　變電所的位置應(yīng)盡量接近

10、工廠的負(fù)荷中心。工廠的負(fù)荷中心按負(fù)荷功率矩法來確定，由工廠平面圖測得各車間的坐標(biāo)如表—4所示。</p><p>　　表—4 各車間的坐標(biāo)</p><p><b>　　代入下列公式：</b></p><p>　　算得負(fù)荷中心的坐標(biāo)為 (3.6,3.5) ，由計算結(jié)果可知，負(fù)荷中心在2號廠房（工具車間）的東南角?？紤]到周圍環(huán)境及進(jìn)出線方便，決定

11、在2號廠房（工具車間）的正東南角靠近廠房處建造工廠變電所，其型式為附設(shè)式。</p><p>　?。ㄈ?變電所主變壓器及主接線方案的選擇</p><p>　　裝設(shè)兩臺主變壓器，型號采用S9型，每臺變壓器容量按以下兩式確定：</p><p>　　因此選兩臺S9-800∕10型低損耗配電變壓器。工廠二級負(fù)荷所需的備用電源亦與臨近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。</p&

12、gt;<p>　　主變壓器的聯(lián)結(jié)組均采用。</p><p>　　（四） 短路電流的計算</p><p>　　1. 繪制計算電路 如下圖所示：</p><p>　　2. 求k-1點三相短路電流和短路容量（）</p><p>　　1)計算短路電路中各元件的電抗及總電抗</p><p>　　a.電力系統(tǒng)的電抗：

13、 已知，故</p><p>　　b.架空線路的電抗：查表得，因此</p><p>　　c.繪k-1點短路的等效電路，如圖所示，計算總電抗為：</p><p>　　2)計算三相短路電流和短路容量</p><p>　　a.三相短路電流周期分量有效值</p><p>　　b.三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流</p>

14、<p>　　c.三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值</p><p><b>　　d.三相短路容量</b></p><p>　　3.求k-2點的短路電流和短路容量</p><p>　　1)計算短路電路中各元件的電抗及總電抗</p><p>　　a.電力系統(tǒng)的電抗：</p><p&g

15、t;　　b.架空線路的電抗：</p><p>　　c.電力變壓器的電抗：由附錄表5查得，因此</p><p>　　d.繪k-2點短路的等效電路，如圖所示，計算總電抗為：</p><p>　　2) 計算三相短路電流和短路容量</p><p>　　a.三相短路電流周期分量有效值</p><p>　　b.三相短路次暫態(tài)電流和

16、穩(wěn)態(tài)電流</p><p>　　c.三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值</p><p><b>　　d.三相短路容量</b></p><p><b>　　短路計算如表—5</b></p><p>　　（五） 變電所一次設(shè)備的選擇校驗</p><p>　　1. 10kV

17、側(cè)一次設(shè)備的校驗，如下表：</p><p>　　表—6 10kV側(cè)一次設(shè)備的校驗</p><p>　　3.高低壓母線的選擇 參照表5-28,10kV母線應(yīng)選LMY-3（），即母線為40mm4mm；380V母線選LMY-3(1008)+606,即母線尺寸為100mm8mm,而中性線母線尺寸為60mm6mm。</p><p>　　（六）變電所進(jìn)出線及與鄰近單位聯(lián)絡(luò)

18、線的選擇</p><p>　　1.10kV高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇</p><p>　　（1）10kV高壓進(jìn)線的選擇校驗 采用鋁絞架線空敷設(shè)，接住10kV公用干線。</p><p>　　1）按發(fā)熱條件選擇 由==46.2A及室外環(huán)境溫度30℃。查表8-36，初選LJ-16，其35℃時的=93.5A,滿足發(fā)熱條件。</p><p>　　2）

19、校驗機械強度 查表8-34，最小允許截面，因此按發(fā)熱條件選擇的LJ-16不滿足機械強度要求，故改選LJ-35。</p><p>　　由于此路很短，不需校驗電壓損耗。</p><p>　　（2）由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗 采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。</p><p>　　1）按發(fā)熱條件選擇 由==46.2A及

20、土壤溫度24℃查表8-44，初選纜芯截面為25的交聯(lián)電纜，其=90A，滿足發(fā)熱條件。</p><p>　　2）校驗短路熱穩(wěn)定 按式（5-41）計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面</p><p>　　式中C 值由表5-13查得；按終端變電所保護動作時間0.5s，加斷路器斷路時間0.2s，再加0.05s計，故=0.75s。</p><p>　　因此YJL22-10000-3

21、25電纜不滿足短路熱穩(wěn)定條件，所以改選YJL22-10000-335</p><p>　　2.380V低壓出線和斷路器等的選擇</p><p>　?。?）饋電給1號廠房（鑄造車間）的線路 采由附錄表11可知，DW16-630型低壓斷路器的過流脫扣器額定電流=400A=326.3A，故初步選DW16-630型低壓斷路器，其=400A。設(shè)順時脫扣電流整定為4倍，即=4400A=1600A。而

22、=1.35978.9=1322A，滿足。</p><p>　　校驗斷流能力：所選DW16-630型低壓斷路器=30kA=27.36kA，滿足要求。</p><p>　　選擇導(dǎo)線截面和穿線塑料管直徑：因此采用雙導(dǎo)線，由附錄表19-3知，當(dāng)A=150的BLV型鋁芯塑料線三根穿管在35℃時，其=179A，2=358A326.3A，故按發(fā)熱條件可選擇A=150,管徑選為75 mm，由附表15可知，

23、最小截面為2.5?，F(xiàn)A=150，滿足機械強度要求。</p><p>　　校驗導(dǎo)線與低腰斷路器保護的配合：由于瞬時過流脫扣器整定為=1600A，而4.5（2）=1611A,滿足4.5（2），故滿足導(dǎo)線與保護裝置配合的要求，下同。</p><p>　　表—7 380V側(cè)一次設(shè)備的校驗</p><p>　　(2)作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇校驗 采用YJL22-1

24、0000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜，直接埋地敷設(shè)，與相距約2km的鄰近單位變配電所的10kV母線相聯(lián)。</p><p>　　a.按發(fā)熱條件選擇 工廠二級負(fù)荷容量共，,而最熱月土壤平均溫度為24℃，因此查表8-44，初選纜芯截面為25的交聯(lián)聚乙烯絕緣鋁芯電纜，其,滿足發(fā)熱條件。</p><p>　　b.校驗電壓損耗 由表8-42可查得纜芯為25的鋁芯電纜的（纜芯溫度按80℃計），，而二級

25、負(fù)荷的，，線路長度按2km計，因此 </p><p>　　由此可見該電纜滿足允許電壓損耗要求。</p><p>　　c.短路熱穩(wěn)定校驗 按本變電所高壓側(cè)短路校驗，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗，可知纜芯25的交聯(lián)電纜是滿足短路熱穩(wěn)定要求的。由于鄰近單位10kV的短路數(shù)據(jù)不詳，因此該聯(lián)絡(luò)線的短路熱穩(wěn)定校驗無法進(jìn)行，只能暫缺。</p><p>　?。?）饋電給生

26、活區(qū)的線路 采用BLX-1000型鋁芯橡皮絕緣線架空敷設(shè)。</p><p>　　a.按發(fā)熱條件選擇 由及室外環(huán)境溫度為33℃，查表8-40，初選BLX-1000-1240，其33℃時的，滿足發(fā)熱條件。</p><p>　　b.校驗機械強度 查表8-35，最小允許截面積，因此BLX-1000-1240滿足機械強度要求。</p><p>　　c.校驗電壓損耗 由

27、圖量得變電所至生活區(qū)負(fù)荷中心距離約88m，由表8-39查得其近似阻抗值，（按線幾何均距0.8m計），又生活區(qū)的，，因此</p><p>　　滿足電壓損耗要求，所以決定采用四回BLX-1000-1240的三相架空線路對生活區(qū)供電。PEN線均采用BLX-1000-1120橡皮絕緣線。</p><p>　　綜合以上所選變電所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格如表—8所示。</p>

28、<p>　　表—7 變電所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的型號規(guī)格</p><p>　　變電所二次回路方案的選擇與繼電保護的整定</p><p>　　高壓斷路器的操作機構(gòu)與信號回路 斷路器采用彈簧儲能操作機構(gòu)，其控制和信號回路如下 圖所示，可實現(xiàn)一次重合閘。</p><p>　　變電所的電能計量回路 變電所高壓側(cè)裝設(shè)專用計量柜，其上裝有三相有功電能表和無功電

29、能表，分別計量全廠消耗的有功電能和無功電能，并據(jù)以計算每月工廠的平均功率因數(shù)。計量柜由有關(guān)供電部門加封和管理。</p><p>　　變電所的測量和絕緣監(jiān)察回路 變電所高壓側(cè)裝有電壓互感器-避雷器柜，其中電壓互感器為3個JDZJ-10型，組成的接線，用以實現(xiàn)電壓測量和絕緣監(jiān)視，其接線如圖所示。</p><p>　　作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線上，裝有三相有功電能表、三相無功電能表和電流表，其接

30、線如下圖所示。高壓進(jìn)線上，亦裝有電流表。</p><p>　　低壓側(cè)的動力出線上，均裝有有功電表和無功電能表。電壓照明線路上，裝有三相四線有功電表。低壓并聯(lián)電容器組線路上，裝有無功電能表。每一回路均裝有電流表。低壓母線上裝有電壓表。儀表的精確度級按規(guī)范要求。</p><p>　　4.變電所的保護裝置</p><p>　　主變壓器的繼電保護裝置</p>

31、<p>　　裝設(shè)瓦斯保護 當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，瞬時動作于信號；當(dāng)以嚴(yán)重故障產(chǎn)生大量瓦斯時，則動作于跳閘。</p><p>　　裝設(shè)反時限過電流保護 采用GL15型感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分流跳閘的操作方式。</p><p>　　過電流保護動作電流的整定 利用式, =

32、，=1.3，=0.8，=20，因此動作電流為 </p><p>　　因此過電流保護動作電流整定為8A。（GL15型繼電器的過流保護動作電流只能2~10A，且為整數(shù)）</p><p>　　過電流保護動作時間整定 由于本變電所為電力系統(tǒng)的終端變電所，故其過電流保護的動作時間可整定為最短的0.5s。</p><p>　　過電流保護靈敏系數(shù)的檢驗 利用式，</p&

33、gt;<p><b>　　，，</b></p><p>　　因此其保護靈敏系數(shù)為，滿足規(guī)定的靈敏系數(shù)1.5的要求。</p><p>　　裝設(shè)電流速斷保護 利用GL15型繼電器的電流速斷裝置來實現(xiàn)。</p><p>　　速斷電流的整定 利用式，式中，，，，，，因此速斷電流為</p><p>　　速斷電流倍

34、數(shù)整定為（可不為整數(shù)，但必須在2~8之間。）</p><p>　　電流速斷保護靈敏系數(shù)的校驗利用式，式中，，，因此其保護靈敏系數(shù)為，按GB50062-1992規(guī)定，電流保護（含電流速斷保護）的最小靈敏系數(shù)為1.5，因此這里裝設(shè)的電流速斷保護滿足要求。但按JBJ/T16-1992的規(guī)定，電流速斷保護的最小靈敏系數(shù)為2，則這里的電流速斷保護靈敏系數(shù)偏低一些。</p><p>　　作為備用電源的

35、高壓聯(lián)絡(luò)線的繼電保護裝置</p><p>　　裝設(shè)反時限過流保護 亦采用GL15型感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分流跳閘的操作方式。</p><p>　　過電流保護動作電流的整定 亦利用式，式中=，取，，，因此動作電流為因此過電流保護動作電流整定為10A。</p><p>　　過電流保護動作時間的整定 按終端保護考慮，動作時間整定為0.5s。<

36、;/p><p>　　過電流保護靈敏系數(shù) 因數(shù)據(jù)資料不全，暫缺。</p><p>　　裝設(shè)電流速斷保護 亦利用GL15型繼電器的電流速斷裝置，但因數(shù)據(jù)資料不全，其整定計算亦暫缺。</p><p>　　變電所低壓側(cè)的保護裝置 </p><p>　　低壓總開關(guān)采用DW15-2500/3型低壓斷路器，三相均裝過流脫扣器，即可實現(xiàn)對低壓側(cè)相間短路和過

37、負(fù)荷的保護，又可實現(xiàn)對低壓單相接地短路的保護。</p><p>　　低壓側(cè)所有出線上均裝設(shè)DZ20型低壓斷路器控制，其過流脫扣器可實現(xiàn)對線路短路故障的保護，此處整定計算略。</p><p>　　變電所的防雷保護與接地裝置的設(shè)計</p><p><b>　　變電所的防雷保護</b></p><p>　　直擊雷防護 在變電

38、所屋頂裝設(shè)避雷針或避雷帶，并引出兩根接地線與變電所公共接地裝置相連。避雷針采用直徑20mm的鍍鋅圓鋼，避雷帶采用25mm4mm的鍍鋅扁鋼。</p><p><b>　　雷電侵入波的防護</b></p><p>　　在10kV電源進(jìn)線的終端桿上裝設(shè)FS4-10型閥式避雷器。其引下線采用25mm4mm的鍍鋅扁鋼，下面與公共接地網(wǎng)相聯(lián)，上面與避雷器接地螺栓連接。</p

39、><p>　　在10kV高壓配電室內(nèi)裝設(shè)的GG-1A(F)-54型高壓開關(guān)柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主變壓器。主變壓器主要靠此避雷器來防護雷電侵入波的危害。</p><p>　　在380V低壓架空出線桿上，裝設(shè)保護間隙，或?qū)⑵浣^緣子的鐵腳接地，用以防護沿低壓架空線侵入的雷電波。</p><p><b>　　接地裝置的設(shè)計</b><

40、/p><p>　　接地電阻的要求 由指導(dǎo)書表9-23可知，本變電所的公共接地裝置的接地電阻應(yīng)滿足以下要求：</p><p>　　且 </p><p>　　式中 </p><p>　　因此公共接地裝置接地電阻應(yīng)滿足。</p><p>　　接地裝置的設(shè)計 采用長2.

41、5m、50mm的鍍鋅鋼管數(shù)，按式計算初選16根，沿變電所三面均布置（變電所前面布置兩排），管距5m，垂直打入地下，管頂離地面0.6m，管間用40mm4mm的鍍鋅扁鋼焊接相連。變壓器室有兩條接地干線、高低壓配電室各有一條接地干線與室外公共接地裝置焊接相連。接地干線均采用40mm4mm的鍍鋅扁。</p><p><b>　　接地電阻的驗算：</b></p><p><