某機械廠降壓變電所電氣一次課程設計書9

1、口*築龍網$ zhuloncom4言在國民經濟高速發(fā)展的今天，電能的應用越來越廣泛，生 產、科學、研究、日常生活都對電能的供應提出更高的要求， 因此確保良好的供電質量十分必要。本設計書注重理論聯系實 際，理論知識力求全面、深入淺出和通俗易懂，實踐技能注重 實用性，可操作性和有針對性，同時注重介紹和反映現代供配 電技術的新技術。本課程設計選擇進行了一個模擬的中小型工廠10/0.4kV、容量為1000kVA的降壓變電所，既含有高壓供電部分又含有電力 變壓器低壓配電部分。本設計書論述了供配系統(tǒng)的整體功能和相關的技術知識，重 點介紹了工廠供配電系統(tǒng)的組成和部分。系統(tǒng)的設計和計算相 關系統(tǒng)的運行與管理，

2、并根據工廠所能取得的電源及工廠用電 負荷的實際情況，并適當考慮到工廠的發(fā)展，按照安全可靠、 技術先進、經濟合理的要求，確定了變電所的位置與形式及變 電所至變壓的臺數與容量、類型及選擇變電所主接線方案及高 低設備與進出線。本設計書共分部分，包括：負荷計算和無功功率補償、變電 所位置和形式選擇、變電所主變壓器的臺數、類型容量及主接 線方案的選擇、短路電流的計算、變電所一次設備的選擇與校 驗、變電所電氣主結線圖。築龍鋼zhuloncom建筑瓷料下我就宦坯無網目 錄、八 、，13刖言第二章負荷計算和無功功率補償第一章設計任務書第三章 變電所位置和形式的選擇 4 第四章變電所主變壓器和主結線方案的選擇5

3、第五章 短路電流的計算 6第六章變電所一次設備的選擇校驗8第七章變電所進出線的選擇校驗9第八章設計圖樣13附圖1 .14.15附圖2第一章一、設計任務書（一）設計題目某機械廠降壓變電所電氣一次設計（二）設計要求要求根據本廠所能取得的電源及本廠用電負荷的實際情況，并考慮到工廠生產的發(fā)展，按 照安全可靠、技術先進、經濟合理的要求，確定變電所的位置與型式，確定變電所主變壓 器的臺數與容量、類型，選擇變電所主結線及高低壓設備和進出線，最后按要求寫出設計 說明書，繪出設計圖樣。（三）設計依據1工廠總平面圖河流鄰廠工廠生活區(qū)廠區(qū)廠門大街公共電源干線某機械廠總平面圖比例1:2000生活區(qū)的 負荷中心2工廠負

4、荷情況：本廠多數車間為兩班制，年最大負荷利用小時為5000h,日最大負荷持續(xù)時間為8h。該廠籌造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級負荷外，其余均屬三級負荷。低 壓動力設備均為三相，額定電壓為380V。電氣照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V。3.供電電源情況：按照工廠與當地供電部門簽訂的供用電協議規(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（附圖1-4）。該干線的導線品牌號為LGJ-185，導線為等邊三角形排列，線距為2.0m。干線首端（即電力系統(tǒng)的饋電變電站）距離本廠約 10km.干線首端所裝設的高壓斷路器斷流容量為500MWA，此斷路器配備有定時限

5、過電流保護和電流速斷保護，定時限過電流保護整定的動作時間為1.2s。為滿足工廠二級負荷的要求，可采用高壓聯絡線由鄰近的單位取得備用電源。已知與本廠高壓側 有電氣聯系的架空線路總長度為 100km，電纜線路長度為 25km。表1工廠負荷統(tǒng)計資料廠房編 號廠房 名稱負荷類 別設備容量/kw需用系數功率因數1鑄造動力4000.40.70車間照明100.81.002鍛造動力3000.20.65車間照明100.81.003金工動力3500.20.65車間照明100.7:1.004工具動力3800.20.60車間照明100.81.005電鍍動力:2600.5 10.80車間照明70.71.006熱處動力2

6、000.50.75理室照明80.71.007裝配動力1500.40.70車間照明50.81.008機修動力P 1500.30.60車間照明40.7 1.009鍋爐動力800.70.8房照明10.91.0010倉庫動力250.40.80照明10.91.0011生活 區(qū)動力3000.81.004氣象條件：本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為 38 C，年平均氣溫為 23 C，年最低氣溫為-8C，年最熱 月平均最高氣溫為 33C，年最熱月平均氣溫為 26C，年最熱月地下 0.8m處的平均溫度為 25C。當地主導風向為東北向風，年暴日數為20。5地質水文條件：本廠所在的地區(qū)平均海拔500m。地層以砂粘土（土質）

7、為主；地下水位為4m。6電費制度：本廠與當地供電部門達成協議，在本廠變電所高壓側計量電能，設專用計量柜，按兩 部電費交電費。每月基本電費按主變壓器容量計為20元/KVA，動力電費為0.3元/kwh，照明（含家電）電費為 0.5元/kwh。工廠最大負荷時的功率因數不得低于0.95.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供電貼費：610KV為800元/KVA。（四）設計任務要求在規(guī)定時間內獨立完成下列工作量：1、設計說明書1份，需包括：1）封面及目錄2）前言及確定了賦值參數的設計任務書3）負荷計算和無功功率補償4）變電所位置和型式的選擇5）變電所主變壓器臺數、容量、類型及主結線

8、方案的選擇6）短路電流的計算7）變電所一次設備的選擇與校驗8）變電所高、低壓進出線的選擇與效驗9）附錄及參考文獻10）設計收獲和體會2、設計圖紙1份變電所主結線圖1張（3號圖紙）（五）設計時間第二章（一）負荷計算和無功功率補償1.負荷計算個廠房和生活區(qū)的負荷計算如表1所示表2某機械廠負荷計算表編號名稱類別設備容量走誦亥 需要系數cos tan P30/KW計算負荷I30/AQ0/KwS30/KVA鑄造車間動力4000.40.71.02160163.2-1照明100.81080-小計410-168163.2234356鍛壓車動力3000.20.651.176070.15-2間照明100.8108

9、0-小計310-6870.1597.7149金工車動力3500.20.651.177081.83-3間照明100.71070-小計360-7781.83112170工具車間動力3800.20.61.3376101.33-4照明80.8106.40-小計388-82.4101.33131199電鍍車間動力2600.50.80.7513097.5-5照明70.7104.90-小計267-134.997.5166253熱處理室動力2000.50.750.7810078-6照明80.7105.60-小計208-105.678131199裝配車動力1500.40.71.026061.2-7間照明50.8

10、1040-小計155-6461.288.61358機修車動力1500.30.61.334560 - -間照明40.7102.80-小計154-47.86076.7117動力800.70.80.755642-9鍋爐房照明10.9100.90-小計81-56.94270.7108動力250.40.80.75107.5-10倉庫照明10.9100.90-小計26-10.97.513.22011生活區(qū)照明3000.8102400240365總計(380V側)動力 照明22953641 :1055.5762.71-計入 p=0.85 K藝 q=0.90.79897.18686.441129.661718

11、.382.無功功率補償由表2可知，該廠380側最大負荷是的功率因數只有 0.75。而供電部門要 求該廠10KV進線側最大負荷時功率因數不應低于0.95?？紤]到主變電器的無功損耗遠大于有功損耗，因此380V側最大負荷時功率因數應稍大于0.95，暫取0.92來計算380V側所需無功功率補償容量：Qc=P30(tan $ 1-tan 2)=897.18tan(arccos0.79)-tan(arccos0.97)=471 kvar參照圖，選PGJ1型低壓自動補償屏，并聯電容器為 BW0.4-14-3型，采用其方 案2 (主屏)1臺與方案3 (輔屏-)6臺相組合，總共容量 84kvarx 6=504k

12、var。因此無功功率補償后工廠380V側和10KV側的負荷計算如表所示工程cos$計算負荷P30/KWQ30/kvarS30/KVAI30/A380V側補償前負 荷0.79897.18686.441129.661718.38380V側無功補償 容量-504380V側補償后負 荷0.98897.18182.44915.541392.67主變壓器功率損 耗0.015S30=14.040.06S30=56.1610KV側負荷總計0.97911.22238.6941.9454.45第三章(二) 變電所位置和型式的選擇變電所的位置應盡量接近工廠的負荷中心。工廠的負荷中心按功率矩法來確定，計算公式為 x=

13、 (P1x1+P2x2+P3x3+ )/( P1+P2+P3+ )=E(PiXi)/ 刀Pi,y= ( P1y1+P2y2+P3y3)/ (P1+P2+P3+)=刀(PiYi)/ 刀 Pi。計算：x=4.22 y=3.97由計算結果可知，工廠的負荷中心在2, 3，5, 6號車間之間。考慮到方便進出線，周邊環(huán)境及交通情況，決定在 5號車間的西側僅靠車間修建工廠變電所，其形式為附設式第四章(三) 變電所主變壓器和主結線方案的選擇1.變電所主變壓器的選擇根據工廠的負荷性質和電源情況，工廠變電所的主變壓器可有下列兩種方案：(1) 裝設一臺主變壓器型式采用S9,而容量根據式 SN*T S30,選SN*T

14、=1000KVAS30=906.05和選一臺S9-1000/10型低損耗配電變壓器。至于 工廠二級負荷的備用電源，由與鄰近單位相聯的高壓聯絡線來承擔。(2) 裝設兩臺主變壓器型號亦采用 S9, 二每臺容量按式SN*T-(0.6-0.7)S30 和 SN*TS30( I +H )，即SN*T( 0.6-0.7 ) 906.05VA= (543.63-634.235 ) KVA 而且 SN*T S30(I +H )=(234+166+70.7)KVA=470.7KVA因此選兩臺S9-630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷的備用電源亦由與 鄰近單位相聯的高壓聯絡線來承擔。主變壓器的聯結組別均采

15、用Yyn02變電所主結線方案的選擇按上面考慮的兩種主變壓器的方案可設計下列兩種主結線方案：(1)裝設一臺主變壓器的主結線方案如圖所示(見附圖1)(2)裝設兩臺主變壓器的主結線方案如圖所示(見附圖2)(3)兩種主結線方案的計算經濟比較表表表11-6兩種主結線方案的比較比較工程裝設一臺主變的方案(圖11-5)裝設兩臺主變的方案(圖 11-6)技術指標供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質量由于一臺主變，電壓損耗略大由于兩臺主變并列，電 壓損耗略小靈活方便性只一臺主變，靈活性稍差由于有兩臺主變，靈活 性較好擴建適應性稍差一些更好一些電力變壓器的綜 合投資額由表2-8查得 S9

16、-1000單價為10.76 萬元，而由表 4-1查得變壓器綜合 投資約為其單價的2倍，因此其投資為2*10.76萬元=21.52萬元由表2-8查得 S9-630單 價為7.47萬元，因此兩臺綜合投資為4*7.47萬兀=29.88萬兀，比 1臺主變方案多投資8.36萬元高壓開關柜的綜 合投資額查表4-10得GG-1A ( F)型柜按每 臺3.5萬元計，查表 4-1得其綜合投資按設備價1.5倍計，因此其綜合投資約為4*1.5*3.5萬元=21萬元本方案采用 6臺GG 1A(F)柜，其綜合投資約為 6*1.5*3.5 萬元=31.5 萬元，比1臺主變的方案多投資10.5萬元電力變壓器和咼 壓開關柜的

17、年運 行費參照表4-2計算，主變和高壓開關 柜的折舊和維修管理費每年為4.893力兀主變和咼壓開關柜的折 舊費和維修管理費每年為7.067萬元，比1臺主 變的方案多耗2.174萬元交供電部門的一 次性供電貼費按 800元/KVA 計，貼費為1000*0.08萬兀=80萬兀貼費為2*630*0.08萬兀=100.8萬元，比 1臺主變的方案多交20.8萬元從上表可以看出，按技術指標，裝設兩臺主變的主結線方案（圖）略優(yōu)于裝設一臺主變的主結線方案（圖），但按經濟指標，則裝設一臺主變的方案（圖）遠優(yōu)于裝 設兩臺主變的方案（圖），因此決定采用裝設一臺主變的方案（圖）。（說明：如 果工廠負荷近期可有較大增長

18、的話，則宜采用裝設兩臺主變的方案。）第五章（四）短路電流的計算1.2確定基準值SdId1 3Ud2Sd=100MVA 5.5kA3 10.5kvI d2100MVA =144kA3 0.4kv3U d23.計算短路電路中各元件的電抗標幺值（1）電力系統(tǒng)設 Sd=100MVA，Ud=Uc,即高壓側 Udi=10.5KV，低壓側 Ud2=0.4KV，則kA口*築龍網$ zhuloncomX，J00MVA/500MVA =0.2(2)X2架空線路 查表8-36，得LGJ-185的x=o.35Q/km，而線路長10km，故100MVA= (0.35 10)2 =3.2(10.5KV)2(3)電力變壓器

19、 查表2-8，得Uz%=4.5,故4.5100MVA ,4.5100 1000 KVAX3因此繪等效電路圖，如圖 11-8所示I -14.計算k-l點(10.5kv側)的短路總電抗及三相短路電流和短路容量 (1 )總電抗標幺值X；(k4)= X； x2 =0.2 3.2 =3.4(2 )三相短路電流周期分量有效值1料=咕 X*(k 書=5.5kA3.4 = 1.62kA其他短路電流(3)(3)(3)I W I k* =1.62kAi 二 2.551 二 4.1kAlS；)=1.511 二 2.45KA(4)三相短路容量SHX* 書=100MVA3.2 = 31.25MVA5.計算k-2點（0.

20、4KV側）的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量（1）總電抗標幺值X*（2）=X； X； X； =0.2 32 45=7.9（2 ）三相短路電流周期分量有效值鹿-Id； X*（2）=144kA7.9=18.2kA（3）其它短路電流I =I（3）=丨鳥=18.2kAiS3）=1.841 “（3） =1.848.2kA=335kAlS3）=1.091 （3） =1.09 匯 18.2kA = 19.8kA（4）三相短路容量Sk3i 二 Sd . X*（2）“2.7MVA以上計算結果綜合如表 11-7所示.表11-7短路計算結果短路計算點三相短路電流/KA三相短路容量/MVA| (3)I KI（3

21、）I (3)I odii shI (3)I ihSk3)k-11.621.621.62：4.13 :2.4531.25k-218.218.218.233.519.812.7第六章（五）變電所一次設備的選擇校驗1.10KV側一次設備的選擇校驗（表11-8）表11-8 10kv側一次設備的選擇校驗選擇校驗工程電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn) 定度苴丿、他裝置地點 條件參數UnI30IkishI( 3)數據10KV53.7(|1N T)M.62KA4.13KA3.4一次設備型號規(guī)格額定參數UnINIOCimaxItt高壓真空 斷路器SN10-10I/63010KV630A8KA20KA128高壓隔離開關

22、GN 810/20010KV200A25.5KA500高壓熔斷器 RN2-1010KV0.5A50KA-電壓互感器 JDJ-1010/0.1KV-電壓互感器 JDZJ-1010 0., /KVv3 130,滿足發(fā)熱條件。2)校驗機械強度。查表8-33，最小允許截面Amin=25mm2，因此LGJ-185滿足機械強度要求，故改選LJ-35。由于此線路很短，不需要校驗電壓損耗。采用YJL22-10000型交聯聚乙烯絕（2）由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗 緣的銅芯電纜直接埋地敷設。1） 按發(fā)熱條件選擇。由l30=l1N t=53.7A及土壤溫度25C查表8-43，初選纜芯為 25 mm2

23、的交聯電纜，其lai=90A I30,滿足發(fā)熱條件。Amin(3) . timaIP2）校驗短路熱穩(wěn)定。按式（5-40）計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面二 19600.75 mm2 二 22mm2vA 二 25mm277式中的C值由表5-12查得。因此YJL22-10000-3 X 25電纜滿足要求。2.380V低壓出線選擇（1）饋電給1號廠房（鑄造車間）的線路采用VV22-1000型聚氯乙烯絕緣銅芯電纜直接埋地 敷設。1）按發(fā)熱條件選擇。由I30=356A及地下 0.8m 土壤溫度為 25 C,查表 8-42，初選240mm2,其lai=319A I30,滿足發(fā)熱條件。（注意：如當地土壤溫度不為

24、25C，則其 口應乘以表8-44的修正系數。）2）校驗電壓損耗。由圖 11-3所示平面圖量得變電所至 1號廠房距離約 50m，而由表8- 41查得240mm2的銅芯電纜的 Rg=0.1 Q/km（按纜芯工作溫度 75C計）,X0=0.07Q/km,又1號 廠房的 P30=160kw,Q30=163.2kvar,因此按式（8-13）得；AU _ 160kwx （0.1 x 0.05）0+163.2kvarx （0.07 x 0.05）094v-0.38kv-. U% =（1.94/380v） 100% =1.3% ： Ual% =5%滿足允許電壓損耗 5%的要求。3）短路熱穩(wěn)定度校驗。按式 （5

25、-40）求滿足短路熱穩(wěn)定度的最小截面2-194.0mm斗tima cccc V0.652Amin = I 匚 18200 mm式中tma變電所高壓側過電流保護動作時間按0.5秒整定（終端變電所），再加上斷路 器斷路時間0.1秒，再加0.05秒（參看式5-33）。由于前面所選120mm2的纜芯截面小于 Amin，不滿足短路熱穩(wěn)定度要求，因此改選纜芯150mm2的聚氯乙烯電纜，即VV22-1000-3 X 240+1 X 120的四芯電纜（中性線芯按不小于相線芯一半選擇，下同）。盛築龍網（2）饋電給2號廠房（鍛壓車間）的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯絕緣銅芯電纜直埋敷丄 設。（方法同上，從

26、略）纜芯截面選240mm2,即卩VV22-1000-3 X 240+1 X 120的四芯（3）饋點給3號廠房（熱處理車間）的線路 亦采用 W22-1000聚氯乙烯絕緣銅芯電纜直埋 敷設。（方法同前，從略）纜芯纜芯截面選 240mm2,即卩VV22-1000-3 X 240+1 X 120的四芯電 纜。（4）饋電給4號廠房（倉庫）的線路由于就在變電所旁邊，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯絕緣銅芯導線BLV-1000型（見表8-29）5根（3根相線、一根中性線、一根保護線）穿硬塑料管埋地敷設。截面初選120mm2,其la仔215A 也，滿足發(fā)熱條件。按規(guī)定，中性線和保護線也選為120mm2，與相線

27、截面相同，即選用 BLV-1000-1 X120mm2塑料導線5根穿內徑25mm的硬塑料管。2）校驗機械強度。查表8-34，最小允許截面 Amin=1.0mm2因此上面所選120mm2的相線滿足機械強度要求。3）校驗電壓損耗。所選穿管線，估計長度50m，而由8-38查得 Ro=O.18 Q/km ,Xo=O.O83 Q/km,又倉庫的 P3o=82.4KW,Q 3o=1O1.33kvar,因此U _ 82.4KW 漢（0.18 漢 0.05）0 +101.33k vae （0.083 疋 0.05）0 _ 3 簡-0.38kv-. :U% =（10v/380v） 100% =0.80% ： ：

28、Ual% =5%滿足允許的電壓損耗 5%的要求。（5）饋點給5號廠房（電鍍車間）的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯絕緣銅芯電纜直埋敷 設。（方法同前，從略）纜芯纜芯截面選 240mm2,即卩VV22-1000-3 X 240+1 X 120的四芯電 纜。（6）饋電給6號廠房（工具車間）的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯銅芯電纜直埋敷設。 （方法同前，此略）纜芯截面選240mm2,即卩VV22-1000-3 X 240+1 X 120的四芯電纜。（7）饋電給7號廠房（金工車間）的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯銅芯電纜直埋敷設。（方法同前，此略）纜芯截面選240mm2,即卩VV

29、22-1000-3 X 240+1 X 120的四芯電纜。（8） 饋電給8號廠房（鍋爐房）的線路亦采用VV22-1000聚氯乙烯銅芯電纜直埋敷設。 （方法同前，此略）纜芯截面選240mm2, 即卩VV22-1000-3 X 240+1 X 120的四芯電纜。（9）饋電給9號廠房（裝配車間）的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯銅芯電纜直埋敷設。（方法同前，此略）纜芯截面選240mm2,即卩VV22-1000-3 X 240+1 X 120的四芯電纜。（10）饋電給10號廠房（機修車間）的線路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯銅芯電纜直埋敷 設。（方法同前，此略）纜芯截面選240mm2,即卩V

30、V22-1000-3 X 240+1 X 120的四芯電纜。（11）饋電給生活區(qū)的線路采用LJ型銅絞線架空敷設。1）按發(fā)熱條件選擇。由130= 365及室外環(huán)境溫度為 33C，查表8-35，初選LJ-150，其 33C時的la產390A I?。，滿足發(fā)熱條件。2）校驗機械強度。查表8-33，最小允許截面 Amin=16mm2,因此LJ-185滿足機械強度要求。3）校驗電壓損耗。由圖 11-3所示平面圖量得變電所枝生活區(qū)負荷中心約80m，而由表8-35查得LJ-185的R=0.23 Q/km , X0=0.31 Q/km （按線間幾何均距 0.8m計），又生活區(qū)的 P30=240kW , Q30

31、=0kvar,，因此”240kW 0.23 漢 0.08）0,八，U4.4V0.38kvU% =（4.4/380） 100% =1.2% ： Uai =5%滿足要求。中性線采用LJ-70銅絞線。3作為備用電源的高壓聯絡線的選擇校驗采用YJL22-10000型交聯聚乙烯絕緣的鋁芯電纜，直接埋地敷設，與相距約2km鄰近單位變配電所的 10kv母線相聯。（1）按發(fā)熱條件選擇工廠二級負荷容量共 470.7kVA ,130 = 470.7kVA/ 3 10kv = 27.2A最熱月土壤平均溫度為25C，因此查表8-43,初選纜芯截面為25mm2的 交聯聚乙烯絕緣銅芯電纜（一），其lal=90Al30滿足

32、發(fā)熱條件。校驗電壓損耗由表8-41可查得纜芯為25mm2的銅芯電纜的 R=1.54Q/km（纜芯溫度按 80 C 計），X0=0.12 Q /km,而二級負荷的 P30=（168+134.9+56.9）kW=359.8kW , Q30=（163.2+97.5+42）kvar=302.7kvar,線路長按 1km 計，因此359.8kW（1.54 2）302.7k var （0.12 2）1lU118v10kv.：U% =（118v 10000v） 100% =1.18%： ：Ual =5%由此可見滿足允許電壓損耗5%的要求。（2）短路熱穩(wěn)定校驗按本變電所高壓側短路電流校驗，由前述引入電纜的熱穩(wěn)定校驗，可知纜芯 25mm2的交聯電纜是滿足熱穩(wěn)定要求的。