某工厂降压变电所供电系统设计2.doc

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1、一、设计任务书设计题目某工厂降压变电所供电系统设计课程设计的基本教学目的1、 通过课程设计把所学的课程进行一次综合的运用，从而巩固、加深和扩大专业理论知识。2、 学习和掌握企业供电电气系统设计的基本方法和基本技能（包括学习有关方针政策、技术规程，进行分析、计算、绘图，使用技术资料及编写设计说明书等）。3、 培养和提高独立分析和解决实际工程技术问题的能力。设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，最后按要求写

2、出设计说明书，绘出设计图纸。设计原始资料1、工厂负荷情况工厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4500h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。2、电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该电源的走向参看工厂总平面图（附图13）。该干线的导线牌号为LGJ150，导线为等边三角形排列，线距为1.5m。干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约8km。干线首端所装设的断路器断流容量为400

3、MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速度保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。3、气象条件本厂所在地区的年最高气温为38，年平均气温为23，年最低气温为-8，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下0.8米处平均气温为25。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。4、地质水文资料本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。5、电费制度本厂与当地部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设

4、专用计量柜，按两部电费制缴纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/KVA，动力电费为0.2元/kWh，照明（含家电）电费为0.5元/ kWh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门缴纳供电贴费610kV为800元/KVA。二、负荷计算和无功功率补偿 负荷计算 表2.1 机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量需要系数计 算 负 荷1铸造车间动力3200.30.71.029697.92照明100.81.0080小计3301049792142.84217,022锻压车间动力3000.30.651.1790105.3照明100.71.00702

5、9.1小计31097105.3143.17217.523金工车间动力3000.20.651.176070.2照明80.81.006.40小计30866.470,296.63146.814工具车间动力3600.30.61.33108143.64照明70.9106.30小计367114.3143.64183.57278.915电镀车间动力2500.50.720.9689.386.1照明50.81060小计25595.386.1128.4195.16热处理车间动力1300.470.780.861.14978.3119照明60.81104.904.922.1小计136664982.2124.97装配车

6、间动力1400.340.681.0847.651.370106.4照明80.72105.805.826.2小计14853.451.374112.48机修车间动力1300.240.631.2331.238.549.575.2照明50.791040418小计135 35.238.552.279.39锅炉房动力750.720.750.885447.672109.4照明20.77101.501.57小计7755.547.673.111110仓库动力250.370.830.679.36.211.116.9照明10.82100.800.83.7小计2610.16.211.918.111生活区照明3400.

7、790.970.23268.667.3276.9420.7总计（380V侧）动力1880937.5736.71192.61811.9照明352计入=0.9=0.950.76843.8699.510961665.22.2 无功功率补偿 由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有0.76.而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.91。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于0.91，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：故选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与

8、方案3（辅屏）4台相组合，总共容量。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2.2所示。表2.2 无功补偿后工厂的计算的负荷项 目计算负荷380V侧补偿前负荷0.76843.8699.510961665.2380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.936843.8279.5888.91350.5主变压器功率损耗13.353.310kV侧负荷总计0.92857.1332.8919.453.33 变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心.工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的

9、坐标位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+=Pi. (3.1) (3.2)图3.1 机械厂总平面图按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示。表3.1各车间和宿舍区负荷点的坐标位置坐标轴12345678910生活区X()2.32.32.34.14.14.14.16.56.268Y()4.1325.24.1324.0532.156.2 由计算结果可知,x=4.77,y=4.17,工厂的负荷中心在5号厂房的东面（参考图3.1）。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在5号厂房的东侧

10、紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。4 短路电流的计算4.1 短路计算4.1.1 短路电流计算目的 为了正确选择和校验电气设备，准确计算继电保护装置的整定值，就需要计算短路故障发生时通过元件的最大可能的短路电流。 由于在发电机附近短路的两相短路电流和在靠近中性点接地的变压器短路的单相短路电流可能大于三相短路电流。因此，应根据不同的供电系统模型求出： 最大短路电流：确定电器设备容量或额定参数； 最小短路电流：作为选择熔断器、整定继电保护装置的依据。4.2 一次设备选择4.2.1 概述工厂总降压配电所的各种高压电气设备，主要指6-10KV以上的断路器，隔离开关，负荷开关，熔断器，互感器，电抗器

11、，母线，电缆等。这些电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选取，并且按短路情况进行校验。所谓的正常工作条件是指：（1） 电器的额定电压不应小于所在回路的工作电压。（2） 电器的额定电流不应小于该回路的最大长期工作电流。（3） 选择电器时应考虑设备的装设地点，即按工作环境，运行条件和要求，选择设备的型号规格，如屋内或屋外设备，防爆型或普通型，如工作环境、污染程度，应加强绝缘的电器，电路操作频繁时应选取胜任频繁操作的真空断路器而不应选取不适于频繁操作的少油断路器。4.2.2 一次设备的选择原则为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按下列原则选择和校验：1）按正常工作条件，包括电压、电流、频率

12、、开断电流等选择。2）按短路条件，包括动稳定和热稳定来校验。3）考虑电气设备运行的环境条件如温度、湿度、海拔以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。4）按各类设备的不同特点和要求如断路器的操作性能、互感器的二次负荷和准确级等进行选择。4.2.3 按短路情况校验电器的稳定性（一） 短路热稳定校验短路热稳定校验就是要求所选的电器，当短路电流通过它时，其最高温度不应超过制造厂规定的短路时发热允许温度，即： 或 式中 短路电流所产生的热量；电器在短路时的允许发热量,制造厂通常以t秒（通常为1，4，5秒）内通过的电流所产生的热量表示；短路延续时间，秒；=秒式中 短路延续时间，秒；主保护动作时间，秒；断路器

13、分闸时间，秒。如果缺乏断路器分闸时间数据，当主保护为速动时，短路电流可取下列数据；对于快速及中速短路器，=0.15秒。对于低速断路器=0.2秒。此外，当1秒时，可认为=（二） 动力稳定校验电动力稳定是指电器承受短路电流引起机械效应的能力，在校验时，用短路电流的最大幅值与制造厂规定的最大允许电流进行比较即 或 式中 短路冲击电流及其有效值；电器极限通过电流的最大值及有效值。对于下列情况，可不进行短路校验：(1) 用熔断器保护的电器和导体可不校验热稳定。除有限流作用的熔断器保护电路，电器和裸导体的动稳定仍应校验。(2) 装设在电压互感器回路内的电器和裸导线可不校验动、热稳定。(3) 架空线可不校验

14、动、热稳定。(4) 在非重要用电场所的导体，当变压器容量在1250KVA以下，高压侧电压为10KV以下，且不致因短路故障损坏导体而产生严重后果者，可不校验动、热稳定。（三） 表4.3 选择电气设备时应校验的项目序号设备名称电压KV电流A断流能力短路稳定度校验动稳定热稳定1高压断路器2高压负荷开关3高压隔离开关4熔断器5电流互感器6电压互感器续表 4.37套管绝缘子8母线电缆9低压断路器10限流电抗器应满足的条件装置地的设备的计算电流设备的按三相短路冲击电流校验按三相短路稳态电流校验备注（1） 表中“”表示必须校验，“”表示不要校验；（2） 选择变电所高压侧的设备和导体时，其计算电流应取主变压器

15、高压侧额定电流；（3） 对高压断路器，其最大开断电流应不小于实际开断时间。4.2.4 一次设备选择与校验 (一）高压侧一次设备及其选择 1、高压开关柜的选择 根据主接线方案,选择GG-1A(F)-11型作为进线开关柜其设备型号,规格的选择及校验如表4.4所示：表4.4 GG-1A(F)-11进线开关柜一次设备选择校验结果选择项目装置地点数据设备的型号规格参数数据参数高压断路器高压隔离开关电流互感器SN10-10 GN8-10/400LQJ-10-200/5电压10KV10KV10KV10KV电流37.58A630A400A200/5A断流能力9.17KA16KA/动稳定23.38KA40KA4

16、0KA160*2(1/2)*0.4=90.5KA热稳定172.4KA162*2=512KA142*5s=980KA（75*0.4)2*1=900KA校验结论合格合格合格（注：本设计，,电流互感器的动稳定,其中为动稳定倍数）2、 电能计量和互感器柜的选择GG-1A-J型，其设备型号,规格的选择及校验如表4.5所示。表4.5 GG-1A-J高压计量柜一次设备选择校验结果选择项目装置地点数据设备的型号规格参数数据参数高压隔离开关高压熔断器电流互感器电压互感器GN8-10/400RN2-10LQJ-10-200/5JDZ-10电压10KV10KV10KV10KV10KV电流37.58A400A0.52

17、00/5A/断流能力9.17KA/50KA/动稳定23.38KA40KA/160*2(1/2)*0.4=90.5KA/热稳定172.4KA142*5s=980KA/（75*0.4)2*1=900KA/校验结论合格合格合格合格3、避雷器选择GG-1A-55柜其设备型号,规格的选择及校验如表4.6所示。表4.6 GG-1A-55高压避雷器选择校验结果选择项目装设地点数据设备型号规格参数数据参数避雷器FS3-10电压10KV10KV电流37.58A/断流能力9.17KA/动稳定23.38KA/热稳定172.4KA/结论合格4、穿墙套管的选择在10kV电压等级下，不同相带电导体的最小安全距离为0.12

18、5m,因此设汇流母线相间距离为a=0.5m，查矩形母线形状系数图可知，汇流母线截面的形状系数。根据额定电压和额定电流，本设计初步选择FCGW-10/200-630复合干式穿墙套管，其主要技术参数如表4.7所示。(设绝缘子跨距为1.2)表4.7 FCGW-10/200-630复合干式穿墙套管主要技术参数型号额定电压/kV额定电流/A雷电冲击耐受电压峰值/kV工频耐受电压有效值/kV弯曲破坏负荷/N允许弯曲负荷/NFCGW-10/200-63010200160075301250625动稳定校验：穿墙套管弯曲破坏负荷为满足动稳定条件。故选择FCGW-10/200-630型复合干式穿墙套管符合要求。（

19、二） 低压侧一次设备选择及校验低压配电屏的种类有PGL型和GGD，GGD型低压开关柜性能比PGL型低压配电屏优越，考虑PGL型价格便宜，经济效果好，能满足要求，因此本设计用PGL型低压配电屏。方案号采用04、40号。1、低压配电屏选择： 根据变电所一车间低压配电室的面积及配电需要，选择低压配电屏七台，其中一台为低压侧电源进线配电屏，其它六台分别为一车间、二车间、铸造车间、铆焊车间、电修车间和备用的低压配电屏。NO.1 低压侧电源进线配电屏选择PGL-1-04，PGL-1-04A型低压配电屏选择校验结果如表4.8所示。表4.8 PGL-1-04A低压配电屏选择校验结果选择校验项目电压电流断流能力

20、动稳定热稳定结论装设地点条件参数数据380V1151A31.3KA57.8KA685.8KA低压侧一次设备型号规格额定参数低压刀开关HD13-1500/30380V1500A/合格低压断路器DW10-1500/3380V1500A40KA/合格续表4.8 电流互感器LMZJ1-0.5-500/5500V1500KA/合格(注：=0.7s)NO.2 低压侧一车间选择低压配电屏PGL-1-40A。 PGL-1-40型低压配电屏选择校验结果如表4.9所示。表4.9 PGL-1-40型低压配电屏选择校验结果电压电流断流能力动稳定热稳定结论装设地点条件参数数据380V284.2A31.3KA57.8KA

21、685.8KA低压侧一次设备型号规格额定参数低压刀开关HD13-400/31380V400A/合格电流互感器LMZ1-0.5-200/5500V200/5A/合格NO.1低压断路器DZ20-160/3380V160A25A/合格NO.2低压断路器DZ20-160/3380V160A25A/合格NO.3低压断路器DZ20-160/3380V160A25A/合格NO.4低压断路器DZ20-100/3380V100A25A/合格NO.3 由于机加工二车间、铸造车间、电修车间支路干线同一车间额定电流都小于160A所以低压配电屏中一次设备与一车间类同。NO.4 铆焊车间选择低压配电屏PGL-1-40。 PGL-1-40型低压配电屏选择校验结果如表4.10所示。表4.10 PGL-1-40型低压配电屏选择校验结果电压电流断流能力动稳定热稳定结论装设地点条件参数数据380V332A31.3KA57.8KA685.8KA续表4.10低压侧一次设备型号规格额定参数低压刀开关HD13-400/31380V400A/合格电流互感器LMZ1-0.5-200/5500V200/5A/合格NO.1低压断路器DZ20-160/3380V160A25A/合格NO.1低压断路器DZ20-200/3380V200A25A/合格NO.1低压断路器DZ20-100/3380V100A25A/合格