某工廠的降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)

1、工廠供電課程設(shè)計(jì)題目：某工廠的降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)院系：班級：學(xué)號：姓名： 3 4 10 11 12 13 14 15 172021前言課程設(shè)計(jì)是教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)可以鞏固本課程理論知識，掌握供配電設(shè)計(jì)的基本方法，通過解決各種實(shí)際問題，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力，同時對電力工業(yè)的有關(guān)政策、方針、技術(shù)規(guī)程有一定的了解，在計(jì)算、繪圖、設(shè)計(jì)說明書等方面得到訓(xùn)練，為今后的工作奠定基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)可分為九部分：負(fù)荷計(jì)算和無功功率計(jì)算及補(bǔ)償；變電所位置和形式的選擇；變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇；短路電流的計(jì)算；變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)；變電所高、低壓線路的選擇

2、；變電所二次回路方案選擇及繼電保護(hù)的整定；防雷和接地裝置的確定；心得和體會；附參考文獻(xiàn)。由于設(shè)計(jì)者知識掌握的深度和廣度有限，本設(shè)計(jì)尚有不完善的地方，敬請老師、 同學(xué)批評指正！一、負(fù)荷計(jì)算和無功功率計(jì)算及補(bǔ)償一、負(fù)荷計(jì)算的意義1.計(jì)算負(fù)荷的定義：我們用 “計(jì)算負(fù)荷 ”來表示實(shí)際使用的總負(fù)荷。計(jì)算負(fù)荷又稱需要負(fù)荷或最大負(fù)荷。計(jì)算負(fù)荷是一個假想的持續(xù)性負(fù)荷，其熱效應(yīng)應(yīng)與同一時間內(nèi)通過實(shí)際變動負(fù)荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。所以根據(jù) “計(jì)算負(fù)荷 ”選擇導(dǎo)線和電氣設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行中的最高溫升不會超過允許值。通常將以半小時平均負(fù)荷為依據(jù)所繪制的負(fù)荷曲線上的“最大負(fù)荷 ”稱為計(jì)算負(fù)荷，并把它作為按發(fā)熱條件選擇電

3、氣設(shè)備的依據(jù)，用Pca(Qca、 Sca、 Ica)或 P30(Q30、 S30、I30)表示。規(guī)定取 “半小時平均負(fù)荷”的原因：一般中小截面導(dǎo)體的發(fā)熱時間常數(shù)為10min 以上，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)表明，中小截面導(dǎo)線達(dá)到穩(wěn)定溫升所需時間約為3 =310 30（ min ），如果導(dǎo)線負(fù)載為短暫尖峰負(fù)荷，顯然不可能使導(dǎo)線溫升達(dá)到最高值，只有持續(xù)時間在30min 以上的負(fù)荷時，才有可能構(gòu)成導(dǎo)體的最高溫升。2.計(jì)算負(fù)荷的意義正確確定計(jì)算負(fù)荷意義重大，它是供電設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要手段。計(jì)算負(fù)荷是配電設(shè)計(jì)時選擇電氣設(shè)備（變壓器、開關(guān)電器等） 、導(dǎo)體、確定備用電源容量、無功補(bǔ)償容量的依據(jù)。

4、也是計(jì)算配電系統(tǒng)各回路電流的依據(jù)。3.尖峰電流尖峰電流是負(fù)荷短時（如電動機(jī)起動等）最大電流。是計(jì)算電壓降、電壓波動和選擇導(dǎo)體、電器及保護(hù)元件的依據(jù)。平均負(fù)荷Pav二、平均負(fù)荷平均負(fù)荷Pav，就是電力負(fù)荷在一定時間t 內(nèi)平均消耗的功率，也就是電力負(fù)荷在該時間內(nèi)消耗的電能W 除以時間t 的值，即Pav=W/t年平均負(fù)荷為Pav=Wa/8760負(fù)荷系數(shù)負(fù)荷系數(shù)也稱負(fù)荷率，它是表征負(fù)荷變化規(guī)律的一個參數(shù)。在最大工作班內(nèi)，平均負(fù)荷與最大負(fù)荷之比成為負(fù)荷系數(shù)，并用、 分別表示有功、無功負(fù)荷系數(shù)。PavQavPmaxQmax負(fù)荷系數(shù)越大，則負(fù)荷曲線躍平坦，負(fù)荷波動越小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一般工廠負(fù)荷系數(shù)年平均值

5、為0.700.750.760.82負(fù)荷計(jì)算的方法有：需要系數(shù)法、利用系數(shù)法、單位指標(biāo)法、二項(xiàng)式法、形狀系數(shù)法、附加系數(shù)法。單位指標(biāo)法與需要系數(shù)法因比較簡便因而廣泛使用。需計(jì)算負(fù)荷設(shè)備容要系編tan量 Pe數(shù) cosQ30S30I 30名稱類別P30號/kWK d/kW/kvar/kVA/A動力302030 71.0290.692.4129.46196.6鑄造1照明5081 004.00410.5車間207.小計(jì)30794.692.4133.41動力3503 0651.1710.512.316.224.52鍛壓照明8071 005.605.614.7車間小計(jì)31096.212.321.839.2

6、動力392020651.1778.491.7120.6183.3金工3照明10081 0080821.0車間204.小計(jì)40286.491.7128.63動力352030 61.33105.6140.4176267.4工具4照明7091 006.306.316.5車間283.小計(jì)359111.9140.4182.39動力242050 80.7512190.8151.3229.8電鍍5照明5081 0040410.5車間240.小計(jì)24712590.8155.33熱處動力142060 80.7585.263.9106.5161.86 理車照明5081 0040410.5間小計(jì)14789.263.

7、9110.5172.3動力292030 71.0287.689.4125.1190.1裝配7照明8081 006.406.416.8車間206.小計(jì)2999489.4131.59動力13202 0651.1726.430.940.661.78機(jī)修照明5081 004.004.010.5車間小計(jì)13730.430.944.672.2動力92080 80.7573.655.292139.8鍋爐9照明208 1 001.601.64.2房181.小計(jì)9475.255.293.68動力15040 80.756.04.57.511.41倉庫照明1081 000.800.82.10小計(jì)166.84.58.

8、313.51宿舍照明3220.80.90.48257.6123.6286.2751.1區(qū)1動力1996987.3795.11296.12372照明378.6總計(jì)計(jì)入 Kp =0.8,K q1600.0.750.88789.8695.11053.10=0.85三、單位指標(biāo)法（常用于規(guī)劃設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)）設(shè)備組有功功率計(jì)算負(fù)荷PCKPN（KW ）1000設(shè)備組視在功率計(jì)算負(fù)荷K SN（KVA ）SC1000N單位數(shù)量（m2 、戶、床）KP單位負(fù)荷密度（W/m2、 W/ 戶、 W/ 床）KS單位負(fù)荷密度（VA/m2、 VA / 戶、VA / 床)基本公式P cK x Pe (千瓦 )式中Pe 設(shè)備總?cè)?/p>

9、量 (不計(jì)備用設(shè)備容量 )(千瓦 )；Kx 需要系數(shù)。Q cP ctan(千乏 )S c22或S cP c(千伏安 )PcQ ccos計(jì)算電流IcS cP c3 U3 U l cosl1）有功計(jì)算負(fù)荷 ： Pca1=Kx PeKx 用電設(shè)備組的需要系數(shù)見相關(guān)手冊；Pe 用電設(shè)備組的設(shè)備額定容量之和，但不包括備用設(shè)備容量。2）無功計(jì)算負(fù)荷 ：Qca 1=Pca wm1tantanwm 值見相關(guān)手冊。3）視在計(jì)算負(fù)荷 ：計(jì)算目的：用于選擇各配電干線截面積及保護(hù)控制該線路的開關(guān)設(shè)備確定變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷1）總有功計(jì)算負(fù)荷 ：Pca2 p Pca12）總無功計(jì)算負(fù)荷 ：Qca2 qQca13）

10、總視在計(jì)算負(fù)荷 ：Pca 2、Qca 2、Sca 2Pca1、 Qca2各配電干線上的有功、無功計(jì)算負(fù)荷的總和 p、 K q有功功率、無功功率的同時系數(shù)。分別取0.8 0.9 和0.930.97；注意：當(dāng)變電所的低壓母線上裝有無功補(bǔ)償用的靜電電容器組，其容量為Qc2,則當(dāng)計(jì)算Qca2時，要減去無功補(bǔ)償容量，即Qca 2qQca 2Qc2計(jì)算目的：用于變電所電力變壓器容量的選擇。四、并聯(lián)電容值的補(bǔ)償原理二、變電所位置和形式的選擇三、變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇變電所主變壓器接線方案的選擇電力系統(tǒng)在人民生活中占重要的地位，隨著我們現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)的迅速發(fā)展，工廠供電設(shè)計(jì)的任務(wù)越來越重，

11、而我們要做好設(shè)計(jì)，我們變配電所主接線方案的設(shè)計(jì)也是很重要的，下面我就來淺談下主接線方案的設(shè)計(jì)原則和一般要求。其設(shè)計(jì)要求一般我們要考慮四個原則：安全性、可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性，下面我們分各點(diǎn)來說明。安全性：我們必須要保證人身和設(shè)備的安全，所以我們設(shè)計(jì)的時候需要在高壓斷路器的電源側(cè)和可能反饋電能的另一側(cè)必須安裝高壓隔離開關(guān)，在低壓斷路器的電源側(cè)及可能反饋負(fù)荷的另一側(cè)，必須安裝低壓刀開關(guān)， 35KV 及以上的線路末端我們應(yīng)安裝與隔離開關(guān)聯(lián)鎖的接地到閘，為了防止雷擊造成短路或線路損壞，我們要在高壓母線上及架空線路末端裝設(shè)避雷器。可靠性：首先對一級負(fù)荷我們應(yīng)有兩路電源供電，當(dāng)一級變壓器損壞或電路檢修的時

12、候不會造成全部停電，減少損失。對二級負(fù)荷也應(yīng)由兩個回路或者一回專用架空線路供電。對接于公共干線上的變配電所電源進(jìn)線首端，我們應(yīng)安裝帶有短路保護(hù)的開關(guān)設(shè)備。對一般生產(chǎn)區(qū)的車間變電所，我們通常采用放射式高壓配電來確保供電的可靠性。對輔助生廠區(qū)及生活區(qū)的變電所，可以采用樹干式配電。變電所低壓側(cè)（電壓 380v）的總開關(guān)，采用低壓斷路器比較好，當(dāng)有繼電保護(hù)或者自動切換電源要求時，低壓側(cè)總開關(guān)和低壓母線分段開關(guān)都應(yīng)采用低壓斷路器。靈活性 :變電所的高低壓母線，通常采用單母線或單母線分段接線。需要帶負(fù)荷切換主變壓器的變電所，高壓側(cè)應(yīng)裝設(shè)高壓斷路器或高壓負(fù)荷開關(guān)。經(jīng)濟(jì)性：主接線方案力求簡單，采用的一次設(shè)備特

13、別是高壓斷路器少，并且應(yīng)選用技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的節(jié)能產(chǎn)品。應(yīng)考慮無功功率的補(bǔ)償，使得最大負(fù)荷時功率因數(shù)達(dá)到規(guī)定的要求。由于工廠變配電所一般都選用安全可靠并且經(jīng)濟(jì)美觀的成套配電裝置，因此變配電所主接線方案應(yīng)與所選成套配電裝置的主接線方案配合一致，柜型一般選用固定式，只有在供電可靠性要求較高時才用手車式和抽屜式。以上就是在學(xué)習(xí)過程中總結(jié)的主接線設(shè)計(jì)中一般的要求和一些需要注意的步驟，要很好的完成和掌握變電所的設(shè)計(jì)還需要進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算和無功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算、變電所的位置和型式的選擇、短路計(jì)算、變電所一次設(shè)備的選擇和校驗(yàn)，選擇導(dǎo)線、變電所進(jìn)出線的選擇和校驗(yàn)。四、短路電流的計(jì)算五、變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)六、變

14、電所高、低壓線路的選擇七、變電所二次回路方案選擇及繼電保護(hù)的整定7.1 變電所二次回路方案的選擇a)高壓斷路器的操作機(jī)構(gòu)控制與信號回路斷路器采用手動操動機(jī)構(gòu)，其控制與信號回路如工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)圖6-12 所示。b)變電所的電能計(jì)量回路變電所高壓側(cè)裝設(shè)專用計(jì)量柜，裝設(shè)三相有功電度表和無功電度表，分別計(jì)量全廠消耗的有功電能表和無功電能，并以計(jì)算每月工廠的平均功率因數(shù)。計(jì)量柜由上級供電部門加封和管理。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 JDZJ10型，組成 Y0/ Y0/(開口) Y0/Y0/ 的接線，用以實(shí)現(xiàn)電壓側(cè)量和絕緣監(jiān)察，其接線圖見 工廠供

15、電設(shè)計(jì)指導(dǎo)圖6-8 。作為備用電源的高壓聯(lián)路線上，裝有三相有功電度表和三相無功電度表、電流表，接線圖見工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)圖6-9 。高壓進(jìn)線上，也裝上電流表。低壓側(cè)的動力出線上，均裝有有功電度表和無功電度表，低壓照明線路上裝上三相四線有功電度。低壓并聯(lián)電容器組線路上，裝上無功電度表。每一回路均裝設(shè)電流表。低壓母線裝有電壓表，儀表的準(zhǔn)確度等級按符合要求。7.2變電所繼電保護(hù)裝置7.2.1主變壓器的繼電保護(hù)裝置a）裝設(shè)瓦斯保護(hù)。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，瞬時動作于信號；當(dāng)產(chǎn)生大量的瓦斯時，應(yīng)動作于高壓側(cè)斷路器。b）裝設(shè)反時限過電流保護(hù)。采用GL15型感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電器

16、式結(jié)線，去分流跳閘的操作方式。7.2.2護(hù)動作電流整定I opK relK wI L maxK reK i其 中 I L max2I1N T21000KVA /(310KV ) 2 57.7 A115A，可靠系數(shù)Krel= 1.3 ，接線系數(shù) K w= 1，繼電器返回系數(shù)K re= 0.8，電流互感器的電流比K i =100/5=20 ，因此動作電流為：1.31115 A9.3A10A。I OP20因此過電流保護(hù)動作電流整定為0.87.2.3過電流保護(hù)動作時間的整定因本變電所為電力系統(tǒng)的終端變電所，故其過電流保護(hù)的動作時間（10 倍的動作電流動作時間）可整定為最短的0.5s。7.2.4過電流保

17、護(hù)靈敏度系數(shù)的檢驗(yàn)S pI k minI op 1其中， I k min I K(2 )2/ K T0.866I K(3)2 / K T =0.866 19.7kA/(10kV/0.4kV)=0.682I op 1 I op K i / K w10 A20/1200 A ，因此其靈敏度系數(shù)為：Sp =682A/200A=3.411.5滿足靈敏度系數(shù)的1.5 的要求。7.3 裝設(shè)電流速斷保護(hù)利用 GL15的速斷裝置。7.3.1速斷電流的整定 ：利用式K relK wI k max ，其中 I k max(3 )19.7kA ， K rel =1.4 ，I qbK iK TI k 2Kw =1 ，

18、 K i =100/5=20 ， K T =10/0.4=25，因此速斷保護(hù)電流為I qb1.4155 A2019700 A25速斷電流倍數(shù)整定為K qb = I qb / I op =55A/10A=5.5 ( 注意 K qb 不為整數(shù) , 但必須在 28之間 )7.3.2、電流速斷保護(hù)靈敏度系數(shù)的檢驗(yàn)利用式 SpI k min ，其中 I k minI K(2)20.866 I K(3 )20.8661.961.7kA ，I qb 1I op 1I op K i / K w55A20 /11100A ，因此其保護(hù)靈敏度系數(shù)為S=1700A/1100A=1.551.5從工廠供電課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)表

19、6-1 可知，按 GB5006292 規(guī)定，電流保護(hù)的最小靈敏度系數(shù)為1.5 ，因此這里裝設(shè)的電流速斷保護(hù)的靈敏度系數(shù)是達(dá)到要求的。但按 JBJ696 和 JGJ/T1692 的規(guī)定，其最小靈敏度為 2，則這里裝設(shè)的電流速斷保護(hù)靈敏度系數(shù)偏底。7.4 作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的繼電保護(hù)裝置7.4.1裝設(shè)反時限過電流保護(hù)。亦采用 GL15型感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分跳閘的操作方式。a) 過電流保護(hù)動作電流的整定, 利用式 I opK relK wI L .max =2 I30 ，取 I 30 =K reI L max ，其中K iI30( )(S30.1S30.4 S30.8

20、) /(3U1N)(132 16044.4)kVA /( 3 10kV )19.4 A0.6 52A=43.38A ， K rel =1.3 ， K w=1 ， K re =0.8 ， Ki =50/5=10 ，因此動作電流為：I op1.31219.4A 6.3A因此過電流保護(hù)動作電流I op 整定為 7A。0.810過電流保護(hù)動作電流的整定按終端保護(hù)考慮，動作時間整定為0.5s 。過電流保護(hù)靈敏度系數(shù)因無臨近單位變電所10kV 母線經(jīng)聯(lián)絡(luò)線到本廠變電所低壓母線的短路數(shù)據(jù)，無法檢驗(yàn)靈敏度系數(shù)，只有從略。7.4.2裝設(shè)電流速斷保護(hù)亦利用 GL15 的速斷裝置。 但因無臨近單位變電所聯(lián)絡(luò)線到本廠變電所低壓母線的短