工廠供電廠降壓變電所課程設(shè)計

工廠供電課程設(shè)計設(shè)計課題:XX機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計第一章設(shè)計任務(wù) 3 31.2設(shè)計依據(jù) 31.2.1工廠總平面圖 31.2.2工廠負(fù)荷情況 41.2.3工廠供電情況 5 5第二章負(fù)荷計算和無功功率補(bǔ)償 52.1負(fù)荷計算 52.1.1單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式 52.1.2多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式 52.2無功功率補(bǔ)償 6第三章變電所位置與形式的選擇 7第四章變電所主變壓器及主接線方案的選擇 8第五章短路電流的計算 85.1確定短路基準(zhǔn)值 85.2計算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值 8 8 8 85.3K-1點（10.5KV側(cè)）的相關(guān)計算 95.3.1總電抗標(biāo)幺值 95.3.2三相短路電流周期分量有效值 95.3.3其他短路電流 95.3.4三相短路電容 95.4K-2點（0.4KV側(cè)）的相關(guān)計算 95.4.1總電抗標(biāo)幺值 95.4.2三相短路電流周期分量有效值 95.4.3其他短路電流 95.4.4三相短路電容 9第六章變電所一次設(shè)備的選擇校驗 96.110kV高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇 96.1.110kV高壓進(jìn)線的選擇校驗 96.1.2由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗 6.210KV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 6.2.1按工作電壓選擇 6.2.2按工作電流選擇 6.2.3按斷流能力選擇 6.2.4隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗 6.3380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 6.4高低壓母線的選擇 第七章變電所二次回路方案的選擇與繼電保護(hù)的整定 7.1變電所二次回路反感的選擇 137.2主變電所繼電保護(hù)裝置 7.2.1主變壓器的繼電保護(hù)裝置 7.2.2保護(hù)動作的整定 7.2.3過電流保護(hù)動作時間的整定 7.2.4過電流保護(hù)靈敏度系數(shù)的校驗 7.3裝設(shè)電流速斷保護(hù) 7.3.1速斷電流的整定 7.3.2電流速斷保護(hù)靈敏度系數(shù)的校驗 7.4作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的繼電保護(hù)裝置 第八章降壓變電所防雷與接地裝置的設(shè)計 8.1變電所的防雷保護(hù) 8.1.1直接防雷保護(hù) 8.1.2雷電侵入波的防護(hù) 8.2變電所公共接地裝置的設(shè)計 158.2.1接地電阻的要求 8.2.2接地裝置的設(shè)計 參考文獻(xiàn) XX機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計第一章設(shè)計任務(wù)要求根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負(fù)荷的實際情況，并適當(dāng)考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，確定變電所的位置和型式，確定變電所主變壓器的臺數(shù)、容量與類型，選擇變電所主接線方案及高低壓設(shè)備和進(jìn)出線，確定二次回路方案，選擇整定繼電保護(hù)，確定防雷和接地裝置。最后按要求寫出設(shè)計說明書，繪出設(shè)計圖紙。本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時為4500h，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二級負(fù)荷外，其余均屬三級負(fù)荷。本廠的負(fù)荷統(tǒng)計表1.1工廠負(fù)荷統(tǒng)計資料廠房編號廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量/kW需要系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間動力400照明58鍛壓車間動力320照明67金工車間動力210照明66工具車間動力230照明54電鍍車間動力照明56熱處理車間動力照明63裝配車間動力照明5機(jī)修車間動力照明22鍋爐房動力照明15倉庫動力照明2生活區(qū)照明450供電電源情況按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽定的供用電協(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)線牌號為LGJ-120，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為0.8m；干線首端距離本廠約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流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時限過流保護(hù)整定的動作時間為1.6s。為滿足工廠二級負(fù)荷要求，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)系的架空線路總長度為70km，電纜線路總長度為15km。本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為35℃,年平均氣溫為26℃,年最低氣溫為-8℃,年最熱月平均最高氣溫為35℃,年最熱月平均氣溫為27℃,年最熱月地下0.8米處平均氣溫為24℃。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)，年雷暴日數(shù)為15。第二章負(fù)荷計算和無功功率補(bǔ)償2.1.1單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式a)有功計算負(fù)荷（單位為KW）P30=KdPe，b)無功計算負(fù)荷（單位為kvar）Q30=P30tanc)視在計算負(fù)荷（單位為kvA）S30=P30d)計算電流（單位為A）I30=0N,UN2.1.2多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式Kd為系數(shù)為用電設(shè)備的額定電壓（單位為KV）a)有功計算負(fù)荷（單位為KW）P30=K#pP30#i式中P30#i是所有設(shè)備組有功計算負(fù)荷P30之和，K#p是有功負(fù)荷同時系數(shù)，可取~b)無功計算負(fù)荷（單位為kvar）Q30=K#qQ30#i，Q30#i是所有設(shè)備無功Q30之和；K#q是無功負(fù)荷同時系數(shù)，可c)視在計算負(fù)荷（單位為kvA）S30=P3Q0 3UNd)計算電流（單位為A）I30= 3UN經(jīng)過計算，得到各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計算表，如表所示（額定電壓取380V）編號名稱類別設(shè)備容量eP/kWe需要系數(shù)Kd計算負(fù)荷P/kWQ30/kvarS30/kVA1鑄造車間動力400————照明500————小計405——8鍛壓車間動力320————照明600————小計326——7金工車間動力210————照明600————小計216——3工具車間動力230————照明500————小計235——4車間動力————照明500————小計——6熱處理車間動力————照明600————小計——9裝配車間動力————照明500————小計——機(jī)修車間動力————照明200————小計——2鍋爐車間動力————照明100————小計——1倉庫動力————照明200————小計——生活區(qū)照明450324總計（380V側(cè)）動力1765————照明493計入K#p=0.8,K#q=0.8517652.2無功功率補(bǔ)償:無功功率的人工補(bǔ)償裝置：主要有同步補(bǔ)償機(jī)和并聯(lián)電抗器兩種。由于并聯(lián)電抗器具有安裝簡單、運(yùn)行維護(hù)方便、有功損耗小以及組裝靈活、擴(kuò)容方便等優(yōu)點，因此并聯(lián)電抗器在供電系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍。由表2.1可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)只有0.74。而供電部門要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時功率因數(shù)不低于0.9?？紤]到主變壓器的無功損耗元大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負(fù)荷時功率因數(shù)應(yīng)稍大于0.9，暫取0.92來計算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量：選PGJ1型低壓自動補(bǔ)償評屏，并聯(lián)電容器為BW0.4-14-3型，采用方案（主屏）1臺與方案3（輔屏）4臺相結(jié)合，總共容量為84kvar5=420kvar。補(bǔ)償前后，變壓器低壓側(cè)的有'功計算負(fù)荷基本不變，而無功計算負(fù)荷Q30=（746.6.9-420）kvar=326.5kvar，視在功率S0P3Q=963.6kVA，計算電流I0'S 3UN=1330A,功率因數(shù)提高為在無功補(bǔ)償前，該變電所主變壓器T的容量為應(yīng)選為1600kVA,才能滿足負(fù)荷用電的需要；而采取無功補(bǔ)償后，主變壓器T的容量選為1250kVA的就足夠了。同時由于計算電流的減少，使補(bǔ)償點在供電系統(tǒng)中各元件上的功率損耗也相應(yīng)減小，因此無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益十分可觀。因此無功補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和10kV側(cè)的負(fù)荷計算如表所示。無計算負(fù)荷功補(bǔ)償后工廠的項目計算負(fù)荷P/KWQ30/kvarS30/kVA380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷1675380V側(cè)無功補(bǔ)償容量380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷1330主變壓器功率損耗10KV側(cè)負(fù)荷計算第三章變電所位置與形式的選擇變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心，工廠的負(fù)荷中心按負(fù)荷功率矩法來確定。在工廠平面圖的下邊和左側(cè)，分別作一直角坐標(biāo)的軸和軸，然后測出各車間（建筑）和宿舍區(qū)負(fù)荷點的坐標(biāo)位置，、、分別代表廠房1、2、3...10號的功率，設(shè)定（1.5，中心負(fù)荷，如圖3-1所示。而工廠的負(fù)荷中心假設(shè)在P(,),其中P=+++=。因此仿照《力學(xué)》中計算中心的力矩方程，可得負(fù)荷中心的坐標(biāo)：PP把各車間的坐標(biāo)代入（3-1）、（3-2得到x=5.42，y=4.28。由計算結(jié)果可知，工廠的負(fù)荷中心在5號廠房（鑄造車間）的東南角?？紤]到周圍環(huán)境及進(jìn)出線方便，決定在5號廠房的北側(cè)緊靠廠房建造工廠變電所，器型式為附設(shè)式。圖3-1按負(fù)荷功率矩法確定負(fù)荷中心第四章變電所主變壓器及主接線方案的選擇裝設(shè)兩臺變壓器，每臺主變壓容量SN不小于總計算負(fù)荷的60%~70%；SN每臺主變壓器的容量SN不小于全部一二級負(fù)荷之和；SNS30()=(110.8+146.5+73.5)KVA=443.2KVA因此選兩臺S9-630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負(fù)荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組均為Yyn0。第五章短路電流的計算5.1確定短路計算基準(zhǔn)值查表得LGJ查表得LGJ-120的線路電抗，Xx02U設(shè)基準(zhǔn)容量Sd=100MVA，基準(zhǔn)電壓Ud=Uc=1.05UN，Uc為短路計算電壓，即高壓側(cè)Ud1=10.5kV，低壓側(cè)Ud2=0.4kV，則d1d2 Sd /3US dSd2 /d2100MVA 100MVA 144kA5.2計算短路電路中個元件的電抗標(biāo)幺值oc已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量SocX1=100MVA/500MVA=0.2=500MVA，故（5-3）100MVA2/km而線路長6km，故查表得變壓器的短路電壓百分值Uk%=4.5，故X3式中，SN為變壓器的額定容量5.3k-1點（10.5kV側(cè)）的相關(guān)計算5.3.2三相短路電流周期分量有效值（5-7）32.62kA（5-8）（5-9）5.3.4三相短路容量347.6MVA5.4k-2點（0.4kV側(cè)）的相關(guān)計算X*X*X*1X*0.21.93.5735.4.2三相短路電流周期分量有效值225.4KA325.4kA46.7kAs)27.7kA5.4.4三相短路容量S dSX*X* 100MVA 17.6MVA以上短路計算結(jié)果綜合圖表所示。（5-10）（5-11）（5-12）（5-13）（5-14）（5-15）（5-16）（5-17）短路計算點三相短路電流三相短路容量/MVAkkk-1k-2第六章變電所一次設(shè)備的選擇校驗6.110kV高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇6.1.110kV高壓進(jìn)線的選擇校驗采用LGJ型鋼芯鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kV公用干線。a).按發(fā)熱條件選擇由I30=2I1N=236.4=72.8A及室外環(huán)境溫度35°,查表得，初選LGJ-35,其35°C時的Ial=149A>I30,滿足發(fā)熱條件。b).校驗機(jī)械強(qiáng)度查表得，最小允許截面積Amin=35mm2，而LGJ-35滿足要求，故選由于此線路很短，故不需要校驗電壓損耗。6.1.2由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗采用YJLV22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的四芯(加銅芯)電纜之間埋地敷設(shè)。a)按發(fā)熱條件選擇由I30=I1N=36.4A及土壤環(huán)境24°,查表得，初選纜線芯截面為35mm2的交聯(lián)電纜，其Ial=110A>I30,滿足發(fā)熱條件。 imaCb)校驗熱路穩(wěn)定 imaC,A為母線截面積，單位為minA為min滿足熱路穩(wěn)定條件的最大截面積，單位為mm2；C為材料熱穩(wěn)定系數(shù)；I(3)為母線通過的三相短路穩(wěn)態(tài)電流，單位為A；tima短路發(fā)熱假想時間，單位為s。本電纜線中I(3)=2470，min把這些數(shù)據(jù)代入公式中得minC26205229.5mm2<A=35mm2。因此JL22-10000-335電纜滿足要求。6.210kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗設(shè)備的額定電壓UN#e一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓UN，即UN#eUN，高壓設(shè)備的額定電壓UN#e應(yīng)不小于其所在系統(tǒng)的最高電壓Umax，即UN#eUmax。UN=10kV，Umax=11.5kV，高壓開關(guān)設(shè)備、互感器及支柱絕緣額定電壓UN#e=12kV，穿墻套管額定電壓UN#e=11.5kV，熔斷器額定電壓UN#e=12kV。6.2.2按工作電流選擇設(shè)備的額定電流IN#e不應(yīng)小于所在電路的計算電流I30，即IN#eI306.2.3按斷流能力選擇設(shè)備的額定開斷電流Ioc或斷流容量Soc，對分?jǐn)喽搪冯娏鞯脑O(shè)備來說，不應(yīng)小于它可能分?jǐn)嗟淖畲蠖搪酚行е礗3)或短路容量S3)，即oc對于分?jǐn)嘭?fù)荷設(shè)備電流的設(shè)備來說，則為IocIOLax，IOLax為最大負(fù)荷電流。6.2.4隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗a)動穩(wěn)定校驗條件Imaxs)、Imax分別為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值，is)、Is)分別為開關(guān)所處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值。對于上面的分析，如表6-1所示，由它可知所選一次設(shè)備均滿足要求。1.10kv側(cè)變壓器線路上一次設(shè)備的選擇校驗如下圖選擇校驗項目斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件參數(shù)UNIN k I#數(shù)據(jù)10kvA2.62kA6.68kA2額定參數(shù)UN#eIN#eocmaxI#t高壓少油斷器SN10-10I/63010kv630A16kA40kA162高壓隔離開關(guān)10kv200A25.5kA25GN6810T/200高壓熔斷器RN2-1010kv0.5A50kA電壓互感器JDZJ-10電流互感器LAJ-1010kv200/52.10kv側(cè)進(jìn)線上變壓器部分設(shè)備的選擇校驗如下圖選擇校驗項目斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件參數(shù)UNIN k I#數(shù)據(jù)10kv36.4A2.62kA6.68kA額定參數(shù)UN#eIN#eocmaxI#t高壓隔離開關(guān)10kv200A25.5kA25GN10TGN高壓斷路器SN10-10I/63010KV630A16kA40kA高壓熔斷器RN2-1010kv0.5A50kA電壓互感器JDJ-103,備用電源線路上的設(shè)備的選擇與校驗因為備用電源僅僅給二級負(fù)荷供電，而二級負(fù)荷電流分別為鑄造車間333.4A，電鍍車間為189.0A，鍋爐房為148.1A.則二級負(fù)荷總的電流為：333.4A+189.0A+148.1A=670.5A而變壓器的變比為10kv/0.4kv，所以高壓側(cè)電流為670.5/25=26.8所以我們選擇的導(dǎo)線型號為LGJ-35.則備用電源線路上的各元件的選取如下表：選擇校驗項目斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件參數(shù)UNIN k I#數(shù)據(jù)10kvA2.62kA6.68kA2額定參數(shù)UN#eIN#eocI#t電流互感器LAJ-1010kv100/5高壓隔離開關(guān)10kv200A25.5kA25GN10T/200導(dǎo)線LGJ-3510kv137A高壓斷路器SN10-10I/63010kv630A16kA40kA1626.3380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗計算30/Apk/A短路3)/kA截面積mm2量al/AK1鑄造車間8鍛壓車間7金工車間3工具車間4車間6熱處理車9裝配車間機(jī)修車間8鍋爐房1倉庫1op(o)OLalOLal符合要求生活區(qū)饋電給生活區(qū)的線路采用BLX-1000型鋁芯橡皮絕緣線架空敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇由I30=534.8A及室外環(huán)境溫度（年最熱月平均氣溫）27℃,初選BX-1000-1240，其30℃時Ial≈615A>I30,滿足發(fā)熱條件。2）效驗機(jī)械強(qiáng)度查表可得，最小允許截面積Amin=10mm2，因此BLX-1000-1240滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。6.4高低壓母線的選擇查表得到，10kV母線選LMY-3(404mm),即母線尺寸為40mm4mm;380V母線選LMY-3（12015）+806，即相母線尺寸為120mm10mm，而中性線母線尺寸為80mm6mm。第七章變電所二次回路方案的選擇與繼電保護(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)計指導(dǎo)》圖6-12所示。c)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Y0/Y0/(開口)Y0/Y0/的接線，用以實現(xiàn)電壓側(cè)量和絕緣監(jiān)察，其接線圖見《工廠供電設(shè)計指導(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opopLmax1NLmax1NKKopLax relwKKopLaxKreKi2630KVA/(310KV)73A，可靠系數(shù)Krel=數(shù)Kw=1，繼電器返回系數(shù)Kre=0.8，電流互感器的電流比Ki=100/5=20，因此動作電流為：IOP73A5.9A因此過電流保護(hù)動作電流整定為6A。7.2.3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過電流保護(hù)靈敏度系數(shù)的檢驗p其中，IkinI2)2/KT0.866I3)2/KT=0.86625.4kA/(10kV/0.4kV)=0.88KAopKi/Kw6A20/1120A，因此其靈敏度系數(shù)為：p=880A/120A=7.3>1.5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IqbIkax，其中IkaxKrel=1.4，Kw=1，Ki=100/5=20，KT=10/0.4=25，因此速斷保護(hù)電流為qb25400A71.1A速斷電流倍數(shù)整定為KqbIqb/Iop=71.1A/6A=11.97.3.2、電流速斷保護(hù)靈敏度系數(shù)的檢驗opKi/Kw71.1A20/11422A，因此其保護(hù)靈敏度系數(shù)為S=2270A/1422A=1.596>1.5從《工廠供電課程設(shè)計指導(dǎo)》表6-1可知，按GB50062—92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JBJ6—96和JGJ/T16—92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。KrelKwKreKrelKwKreKi1N)Lax，其中IL.max=2I30，取Krel=1.3，Kw=1，Kre=0.8，Ki=50/5=20，因此動作電流為：op8.78A因此過電流保護(hù)動作電流Iop整定為9A。b)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。第八章降壓變電所防雷與接地裝置的設(shè)計8.