機(jī)械廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

XX機(jī)械廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)一.設(shè)計(jì)任務(wù)書（一）設(shè)計(jì)題目XX機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)。（二）設(shè)計(jì)要求1.工廠總平面圖如下圖所示。.2.供電電源情況 按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽訂的供用電協(xié)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。該干線的導(dǎo)線牌號(hào)為L(zhǎng)GJ-150，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為2m；干線首端距離本廠約8km。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器容量為500MVA。此斷路器配備有定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)整定的動(dòng)作時(shí)間為1.7s。為滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長(zhǎng)度為80km,電纜線路總長(zhǎng)度為25km。.氣象資料本廠所在的地區(qū)的年最高氣溫為38°C，年平均氣溫為23°C，年最低氣溫為-8°C，年最熱月平均最高氣溫為33°C，年最熱月平均氣溫為26°C.年最熱月地下0.8m處平均溫度為25°C。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，年雷暴日數(shù)為20..電費(fèi)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(jì)量電能，設(shè)專用計(jì)量柜，按兩部電費(fèi)制度交納電費(fèi)。每月基本電費(fèi)按主變壓器容量計(jì)為18元/KVA,動(dòng)力電費(fèi)為0.20元/KWh,照明電費(fèi)為0.50元/KWh.工廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.92,此外，電力用戶需按新裝變壓器容量計(jì)算，一次性地向供電部門交納供電貼費(fèi)：6?10kV為800元/Kva..地質(zhì)水文資料本廠所在地區(qū)平均海拔500m，地層以砂粘土為主，地下水位為2m..工廠負(fù)荷情況本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用時(shí)間小時(shí)為4800小時(shí)，日前最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為6h。鍍車間和鍋爐房是二級(jí)負(fù)荷，其余均為三級(jí)負(fù)荷。本廠的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料表1-1所示：表1-1工廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料廠房編負(fù)荷類設(shè)備容號(hào)廠房名稱別量需要系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間動(dòng)力3000.3-0.40.65-0.70照明60.7-0.912鍛壓車間動(dòng)力4000.2-0.30.60-0.65照明60.7-0.913金工車間動(dòng)力2300.2-0.30.60-0.65照明50.7-0.914電鍍車間動(dòng)力3000.4-0.60.70-0.80照明100.7-0.915熱處理車動(dòng)力2000.4-0.60.70-0.80間照明50.7-0.916裝配車間動(dòng)力1800.3-0.40.65-0.75照明70.7-0.917機(jī)修車間動(dòng)力1300.2-0.30.60-0.70照明50.7-0.918鍋爐房動(dòng)力700.6-0.80.70-0.80照明20.7-0.919動(dòng)力150.3-0.40.80-0.90倉(cāng)庫(kù)照明20.7-0.9110工具車間動(dòng)力3000.25-0.350.60-0.65照明80.7-0.91生活區(qū)照明2000.7-0.80.9-1備注：鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房是二級(jí)負(fù)荷，其余均為三級(jí)負(fù)荷低壓動(dòng)力設(shè)備均為三相，額定電壓是380V電氣照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V二設(shè)計(jì)說(shuō)明書（一）負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償.負(fù)荷計(jì)算各廠房和生活區(qū)域的負(fù)荷計(jì)算如下表所示表1-1XX機(jī)械廠負(fù)荷計(jì)算表設(shè)備容量需要系編號(hào)廠房名稱負(fù)荷類別Pr/kw數(shù)Kdcos@tan@P30Q30S30I30動(dòng)力3000.350.71.02105107.1--1鑄造車間照明60.8104.80--小計(jì)306109.8107.1153.4233動(dòng)力4000.250.651.17100117--2鍛壓車間照明60.8104.80--小計(jì)406104.8117156.5238動(dòng)力2300.250.651.1757.567.3--3金工車間照明50.81040--小計(jì)23561.567.391.2139動(dòng)力3000.50.80.75150112.5--4電鍍車間照明100.81080--小計(jì)310158112.51942955熱處理車間動(dòng)力照明20050.50.80.810.7501004750 小計(jì)20510475128.2195動(dòng)力1800.350.750.886355.4 6裝配車間照明70.8105.60--小計(jì)18768.655.488.2134動(dòng)力1300.250.71.0232.533.2--7機(jī)修車間照明50.81040 小計(jì)13536.533.249.375動(dòng)力700.70.80.754936.8 8鍋爐房照明20.8101.60--小計(jì)7250.636.862.595動(dòng)力150.350.90.485.252.5--9倉(cāng)庫(kù)照明20.8101.60 小計(jì)176.852.57.3-動(dòng)力3000.30.651.1790105.3 10工具車間照明80.8106.40--小計(jì)30896.4105.3142.8217生活區(qū)照明2000.750.90.4815072166.4253總計(jì)（380v側(cè)）動(dòng)力947.0784.1照明 5計(jì)入 KSP=0.8KSQ=0.85 0.75 757.6666.5 1009 1535.無(wú)功功率補(bǔ)償 由表表1-1可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)只有0.75供電部門要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不應(yīng)低于0.90?？紤]到主變壓器的無(wú)功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)應(yīng)稍大于0.90，取0.92來(lái)計(jì)算380V側(cè)所需無(wú)功功率補(bǔ)償容量：Qc=P30(tan41-tan42)=757.6[tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)]=345kavr所以，要使低壓側(cè)功率引述由0.65提高到0.92,低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容容量應(yīng)為：Qc=350kavr補(bǔ)償電容型號(hào)為BCMJ0.4-50-3,則需：n=國(guó)=7個(gè)501-3無(wú)功補(bǔ)償后工廠的計(jì)算負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷項(xiàng)目cos@P30/kWQ30/kavrS30/kvaI30/A380v側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.75757.6666.510091533380v無(wú)功補(bǔ)償容量-350380V側(cè)補(bǔ)償h后負(fù)荷0.925757.6316.58211247.4主變壓器功率補(bǔ)償0.015S30=11.60.06S30=2010KV側(cè)負(fù)荷總計(jì)0.92769.2336.5839.648.5(二)變電所位置和型式的選擇在所給出的的XX機(jī)械廠總平面圖上建立坐標(biāo)，如附錄圖1所示。在坐標(biāo)上分別標(biāo)出個(gè)車間的坐標(biāo),又已計(jì)算出個(gè)車間的計(jì)算負(fù)荷以及工廠總的計(jì)算負(fù)荷，所以根據(jù)公式：PSx=S(Pixi)PWy=W(Piyi)可求得工廠區(qū)負(fù)荷中心所在的坐標(biāo)為(8.9,8.2)。根據(jù)變電所位置選擇的一般原則，選擇變電所的位置在1號(hào)車間的地下，為地下變電所。(三)變電所主變壓器和主結(jié)線方案的選擇.變電所主變壓器的選擇，可有以下兩種方案：(1)裝設(shè)一臺(tái)主變壓器型式采用S9，而容量選取SN?T=1000kVA>S30=839.6kVA,即選擇一臺(tái)S9-1000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級(jí)負(fù)荷的備用電源，由與領(lǐng)近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來(lái)承擔(dān)。(2)裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器型號(hào)采用S90，而每臺(tái)容量：SNr=(0.6?0.7)*840Kva=(504?588)kVASn?tnS30(1+1)=(153.4+194+62.5)kVA=410kVA所以選兩臺(tái)S9-630/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級(jí)負(fù)荷的備用電源，由與領(lǐng)近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來(lái)承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組別均采用Yyn0。insv-V-1O?VA（備用電氏13y-lDOT/lD1J/0.1EV其—自〕二占LiIVI\sm/sacv39-63071010/0.1KV5—記二T-M監(jiān)很一片生嗓氏器胸上他爆才至〔若用電函喊耍的臺(tái)主受壓劇的主街嬪力至圖1-2裝設(shè)一臺(tái)變壓器的主結(jié)線方案2、變電所主結(jié)線方案的選擇圖1-3insv-V-1O?VA（備用電氏13y-lDOT/lD1J/0.1EV其—自〕二占LiIVI\sm/sacv39-63071010/0.1KV5—記二T-M監(jiān)很一片生嗓氏器胸上他爆才至〔若用電函喊耍的臺(tái)主受壓劇的主街嬪力至圖1-2裝設(shè)一臺(tái)變壓器的主結(jié)線方案2、變電所主結(jié)線方案的選擇圖1-3裝設(shè)兩臺(tái)變壓器的主結(jié)線方案按上面考慮的兩種主變壓器的方案可設(shè)計(jì)下列兩種主結(jié)線方案:（1）裝設(shè)一臺(tái)主變壓器的主結(jié)線方案，如圖1-2所示（2）裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的主結(jié)線方案，如圖1-3所示（3）兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較：

表1-4兩種主結(jié)線方案的比較比較項(xiàng)目裝設(shè)一臺(tái)主變壓器的方案裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的方案技術(shù)指標(biāo)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(zhì)量由于一臺(tái)主變，電壓損耗略大由于兩臺(tái)主變并列，電壓損耗小靈活方便性只一臺(tái)主變，靈活性稍差由于有兩臺(tái)主變，靈活性較好擴(kuò)建適應(yīng)性稍差更好一些經(jīng)濟(jì)指標(biāo)電力變壓器的綜合投資額S9—1000單價(jià)為10.76萬(wàn)元，變壓器綜合投資約為其單價(jià)的2倍，因此其綜合投資為2x10.76萬(wàn)元=21.52萬(wàn)元S9-630單價(jià)為7.47萬(wàn)元兩臺(tái)投資為7.47x4=29.88萬(wàn)元，比一臺(tái)主變壓器多投資8.36萬(wàn)元高壓開關(guān)柜（含計(jì)量柜）的綜合投資額GG—1A（尸）型柜按每臺(tái)3.5萬(wàn)元計(jì)，其綜合投資按設(shè)備價(jià)1.5倍計(jì)，因此其綜合投資約為4x1.5x3.5萬(wàn)元=21萬(wàn)元本方案采用6臺(tái)GG—1A（F）柜，其綜合投資額約為6x1.5x3.5萬(wàn)元=31.5萬(wàn)元，比一臺(tái)主變的方案多投資10.5萬(wàn)元電力變壓器和高壓開關(guān)柜的年運(yùn)行費(fèi)主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修管理費(fèi)每年為4.893萬(wàn)元主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修管理費(fèi)每年為7.067萬(wàn)元，比一臺(tái)主變的方案多耗2.174萬(wàn)元交供電部門的一次性供電貼費(fèi)按800元/kVA計(jì)，貼費(fèi)為1000x0.08萬(wàn)元=80萬(wàn)元貼費(fèi)為2x630x0.08=100.8萬(wàn)元，比一臺(tái)主變的方案多交20.8萬(wàn)元從上表可以看出，雖然在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上，裝設(shè)一臺(tái)主變的方案優(yōu)于裝設(shè)兩臺(tái)主變的方案，但為了保證供電安全性、可靠性，和未來(lái)的工廠擴(kuò)建，采用裝設(shè)兩臺(tái)主變的方案更合理，安全。（四）短路電路的計(jì)算1、繪制計(jì)算電路2、確定基準(zhǔn)值設(shè)s’=100MVA2、確定基準(zhǔn)值設(shè)s’=100MVA，Ud=U，即高壓側(cè)Ud「10.5kV，低壓側(cè)Ud2=0.4kV，100MV?A.<3x10.KV:5.50kA，100MV?A一…-= =144kA<3x0.4kV3、計(jì)算短路電路中元件的電抗標(biāo)幺值（1）電力系統(tǒng)：X:=100MV?A500MV?A=0.2（2）架空線路：查表得LGJ—150的X0=0.35Q/km，l=10km，則X*=Xl三=0.35（Q/km）x10kmx100MV?A=3.250U （10.5kV）2d1（3）電力變壓器：查表得Uk%=4.5，貝1J=7.144.5x100x103=7.14100x630kV?A由以上繪等效電路圖:3/7141/02477.144、計(jì)算k—1點(diǎn)(10.5kV側(cè))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(biāo)幺值：Xt =X*+X*=0.2+3.25=3.45TOC\o"1-5"\h\z乙(k一1) 1 2(2)三相短路電流周期分量有效值：I(3)=_I-=2=1.59kAk-1 X. 3.45S(k-1)(3)其他三相短路電流:I〃G)=IG)=I⑴=1.59kAg k-1

iG)=2.551〃G)=2.55x1.59kA=4.05kA IG)iG)=2.551〃G)=2.55x1.59kA=4.05kA IG)=1.511〃G)=1.51x1.59kA=2.4kAshsh(4)三相短路容量：SG)= S. =100MV.A=29Mv”k-1X勺 3.45乙(k-1)5、計(jì)算k-2點(diǎn)(0.4kV側(cè))的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量總電抗標(biāo)幺值：Xt =X*+X*+X*//X*=0.2+3.25+7—=7.02乙限-2) 1 2 3 4 2三相短路電流周期分量有效值：IG)=12k-2 X%-2)144kA=20.5kA7.02(3)其他三相短路電流:I〃G)=IG)=IG)=20.5kA8 k-2i(3)=1.841〃G)=1.84x20.5kA=37.72kA IG)=1.091〃G)=1.09x20.5kA=22.345kAsh sh(4)三相短路容量:100MV?A

7^02=14.25MV?A以上計(jì)算結(jié)果綜合如表:表1-5短路計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/kA三相短路容量/MV?AIG)kI〃(3)IG)8iG)shIG)shS(3)k-11.591.591.594.052.429k-220.520.520.537.7222.34514.25(五)變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)1.10kV一次側(cè)的選擇校驗(yàn)(表1-6)

表1-610kV一次側(cè)的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目電壓電流斷流能力動(dòng)穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其它安裝地占八、、條件參數(shù)U130I（3）kiG)shIG)t9ima數(shù)據(jù)10kV48.5A1.59kA4.05kA4.8kA次設(shè)備型號(hào)格額定參數(shù)U1N19imaxI21高壓少油斷路器SN10—10I/630型10kV630kA16kA40kA512kA高壓隔離開關(guān)GN—10/20010kV200A 25.5kA500kA高壓熔斷器RN2—1010kV0.5A50kA 電壓互感器JDJ—1010/0.1kV 電壓互感器JDZJ—1010耳0.13,0.13kV 電流互感器LQJ—1010kV100/5A 31.82kA81kA二次負(fù)荷0.6Q

避雷器FS4—1010kV 戶外式高壓隔離開關(guān)GW4—15G/2015kV200A 該表所選設(shè)備均滿足要求。2、380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)（表1-7）表1-7380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目電壓電流斷流能力動(dòng)穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其它安裝地點(diǎn)條件參數(shù)UNI30I（3）ki（3）shIG）tgima數(shù)據(jù)380V總1247.4.60A20.5kA37.7kA294kA額定參數(shù)UNINIgimax121t低壓斷路器DW15—1500/3380V1500A40kA低壓斷路器DZ20一630380V630A（大于130）一般30kA低壓斷路器DZ20一200380V200A（大于130）一般25kA低壓刀開關(guān)HD13—1500/30380V1500kA 電流互感器LMZJ1—0.5500V1000/5A 電流互感器LMZ1—0.5500V160/5A100/5A 該表所選的設(shè)備均滿足要求。3.高低壓母線的選擇，10kV母線選擇LMY-3(40x4),即母線的尺寸為40mmx4mm；380V母線選擇LMY-3(120x10)+80x6,即母線的尺寸為120mmx10mm,中性母線尺寸為80mmx6mm。(六)變電所進(jìn)出線和鄰近單位聯(lián)絡(luò)線的選擇1.10KV的高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇(1)10KV的高壓進(jìn)線的校驗(yàn)采用LJ型鋁絞線架空敷設(shè)，接往10KV公用干線。1)按發(fā)熱條件選擇由I3「Iint=48.5A及室外環(huán)境溫度33°C，選LJ-16,其35°C時(shí)的1al=95A>I3o,滿足發(fā)熱條件。2)按校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度 查表得，最小允許截面Amin=35mm,因此LJ-16不滿足機(jī)械強(qiáng)度，故改選LJ-35.由于線路很短，不需校驗(yàn)電壓損耗。(2)由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。1)按發(fā)熱條件選擇由I3o=I1nt=48.5A及土壤溫度25°C，初選纜芯為25mm的交聯(lián)電纜，其1al=95A>I3o,滿足發(fā)熱條件。2)校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定。計(jì)算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面Amin=/G)x，tima=2i0Z5x1590=18.mm2<A=25mm29C76式中C值由表查得到。因此YJL22-10000-3*25電纜滿足要求。2.380V低壓出線的選擇.饋電給1號(hào)廠房（鑄造車間）的線路采用由于倉(cāng)庫(kù)就在變電所上邊，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯絕緣銅心導(dǎo)線BLV—1000型5根（3根相線、1根中性線、1根保護(hù)線）穿硬塑料管埋地敷設(shè)。1）按熱條件選擇。由及環(huán)境溫度（年最熱月平均氣溫）26攝氏度，相線截面初選185mm2，^Ial=273A>I30，滿足發(fā)熱條件。按規(guī)定，中性線和保護(hù)線也選為185mm2,與相線截面相同，即選用BLV—1000—1x185mm2塑料導(dǎo)線5根穿內(nèi)徑100mm的硬塑料管。2）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度。查表得，上面所選的185mm2相線滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。3）校驗(yàn)電壓損耗。所選穿管線，估計(jì)長(zhǎng)度100m，查表得R0=0.13Q/km,X0=0.081Q/km,又倉(cāng)庫(kù)的P30=109.8kw,Q30=107.1kvar,因此AU_109.8kwx（0.13x0.1）Q+107.1kvarx（0.081x0.1）Q_6V0.38kvAU%=（6V/380V）x100%=1.6%<5%滿足允許電壓損耗5%的要求。.饋電給2號(hào)廠房（鍛壓車間）的線路采用VLV22—1000聚氯乙烯絕緣鋁心電纜直埋敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇。由I30=238A及地下0.8m土溫度為25攝氏度,查表得，初選240mm2,其Ial=302A>I30,滿足發(fā)熱條件。2）效驗(yàn)電壓損耗。由附錄圖得，變電所至2號(hào)廠房距離約100m,查表得120mm2的鋁心電纜的R0=0.15Q/km,X0=0.0080Q/km(按纜心工作溫度75攝氏度計(jì)），，又2號(hào)廠房的P30=104.8kw，Q30=117kvar得:AU_104.8kwx(0.15x0.1)Q+117kvarx(0.080x0.01)Q_44V0.38kvAU%=(4.4V/380V)x100%=1.15%<5%滿足允許電壓損耗5%的要求。3）短路熱穩(wěn)定度效驗(yàn)。短路熱穩(wěn)定度的最小截面Amin=/G）vtima_g75義20500_234mm2gC76式中tima變電所高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間按0.5s整定（終端變電所），再加上斷路器斷路時(shí)間0.2s,再加0.05s。由于前面所選120毫米平方的纜芯截面小于Amin,不滿足短路熱穩(wěn)定度要求，因此改選纜芯240mm2的聚氯乙烯電纜，即VLV22-1000-3x240+1x120的四芯電纜（中性線芯按不小于相線芯一半選擇，下同）。.饋電給3號(hào)廠房（金工車間）的路線，亦采用VLV22-1000聚氯乙烯絕緣鋁心電纜直埋敷設(shè)。（方法同前，從略）纜芯截面選240mm2,即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯電纜。.饋電給2號(hào)廠房（電鍍車間）的路線，亦采用VLV22—1000聚氯乙烯絕緣鋁心電纜直埋敷設(shè)。（方法同前，從略）纜芯截面選240mm2,即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯電纜。5.饋電給5號(hào)廠房（倉(cāng)庫(kù)）的線路，亦采用VLV22—1000聚氯乙烯絕緣鋁心電纜直埋敷設(shè)。（方法同前，從略）纜芯截面選240mm2，即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯電纜。.饋電給6號(hào)廠房（工具車間）的線路，亦采用VLV22—1000聚氯乙烯絕緣鋁心電纜直埋敷設(shè)。（方法同前，從略）纜芯截面選240mm2,即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯電纜。.饋電給7號(hào)廠房（金工車間）的線路，亦采用VLV22—1000聚氯乙烯絕緣鋁心電纜直埋敷設(shè)。（方法同前，從略）纜芯截面選240mm2,即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯電纜。.饋電給8號(hào)廠房（鍋爐房）的線路，亦采用VLV22—1000聚氯乙烯絕緣鋁心電纜直埋敷設(shè)。（方法同前，從略）纜芯截面選240mm2,即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯電纜。.饋電給9號(hào)廠房（裝配車間）的線路，亦采用VLV22—1000聚氯乙烯絕緣鋁心電纜直埋敷設(shè)。（方法同前，從略）纜芯截面選240mm2,即VLV22—1000—3x240+1x120的四芯電纜。/r/