标准件厂冷镦车间10千伏车间变电所及低压配电系统设计.doc

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1、摘要变电所是电力系统的重要组成部分，车间变电所起着变换和分配电能的作用，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，在工厂中有着极其重要的作用。在对任务书的设计要求分析后，设计需要完成以下工作：工厂的负荷计算和无功功率的补偿；变电所位置和形式的选择；变电所主变压器的选择，主接线方案的设计与短路电流计算；变电所一次设备与进出线的选择、校验；变电所二次回路的选择及继电保护的整定；防雷保护和接地装置设计；主接线图等。本次设计是关于标准件厂冷镦车间10千伏车间变电所及低压配电系统的设计。最先从车间的布局考虑，参考了现在很多工厂的平面设计图，从各部分布局的合理性和经济性入手，对工厂厂区的供电进行了设计。从接

2、线方式和各部分的计算入手，其中包括负荷计算和短路电流的计算、一次设备稳定度的校验。接下来进行了对变电所高压进线和低压出线的选择，车间配电线路的设计。在变电所二次回路设计及继电保护整定当中，考虑了各方面的保护及对保护器具的选择，防雷以及接地保护，考虑到了车间布局的实际情况进行了对防雷接地设备的选择和设计。最终利用CAD软件画好了主接线图和车间平面布置图。关键词：负荷计算短路电流继电保护AbstractSubstation is an important part of power system,workshop substation plays a role in transformation

3、and distribution of electricity,which directly affect the security and economic power system operation,the plant has an extremely important role. Book design tasks in requirements analysis,the paper consists of the following parts:Load calculation and compensation of reactive power of the circuit;Lo

4、cation and type selection of substation;Selection of main transformer in substation,design and calculation of short circuit current of main wiring scheme;Selection of substation primary equipment and feeders,check;Selection of secondary circuit of substations and relay protection setting;Design of l

5、ightning protection and earthing devices;Main wiring diagram.This design is about the standard cold heading workshop workshop of 10 kV substation and lv power distribution system.From the first workshop to consider the layout,reference to the many factories graphic design plans for the layout of the

6、 various parts of the economy and the availability of research.Next entered the factory premises of the power supply design.Start with the start of the calculation,including the computational load and short circuit current calculation of equipment and a stable of well-tested and low-voltage distribu

7、tion screen choices.Next,a pair of high voltage substations and low-voltage lines into the choice of wit,workshops distribution line design. Substation in the secondary circuit design and relay setting which I consider various aspects of the protection and the protection of equipment choices.Substat

8、ion design to the natural missed Lightning protection and grounding design.Taking into account the actual layout of the workshop of the grounding of mine equipment selection and design.Finally using CAD to draw the main wiring diagram and workshop floor-plan.Keywords：Load calculation Short circuit c

9、urrent Relay protection 目录第1章 绪论11.1课题研究的背景11.2国内外研究现状11.3课题研究的主要内容2第2章负荷计算和无功功率补偿32.1车间的负荷计算32.1.1冷镦车间设备组负荷计算32.1.2工具、机修车间设备组负荷计算62.1.3车间设备总负荷计算62.2无功功率补偿7第3章变电所位置和形式的选择103.1车间变电所类型选择103.2变电所的所址选择的一般原则10第章变电所主变压器型号、容量与台数的选择124.1车间变电所主变压器型号的确定124.2主变压器容量确定124.3主变压器台数的选择13第5章 变电所主接线设计155.1变配电所主接线方案的设

10、计原则与要求155.2主接线方案的拟定155.2.1一次侧主接线155.2.2二次侧主接线15第6章短路电流的计算166.1短路计算166.2点三相短路时的短路电流和容量的计算176.3点三相短路时的短路电流和容量的计算17第7章 变电所一次设备的选择校验197.110kV侧一次设备的选择和校验197.1.1高压开关柜的选择197.1.2高压断路器的选择和校验207.1.3高压隔离开关的选择和校验207.1.4高压熔断器的选择和校验227.1.5电压互感器的选择和校验227.1.6电流互感器的选择和校验237.1.710kV侧一次设备参数237.2380V侧一次设备的校验237.2.1配电屏的

11、选择247.2.2低压刀开关及低压熔断器、低压断路器的选择和校验247.2.3电流互感器的选择247.2.4380V侧一次设备参数表257.3高低压母线的选择257.4母线的短路稳定度校验267.4.110kV侧母线的校验277.4.2380V侧母线的校验27第8章变电所进出线的选择与校验298.1高低压进出线选择原则298.1.1高压进线298.1.2高压出线298.1.3低压出线298.2 变配电所进出线方式的选择298.3 变配电所进出线导线和电缆型式的选择308.3.1高压电缆线308.3.2低压电缆线308.3.3低压穿管绝缘导线308.3.410kV高压进线的选择和校验308.3.

12、5380V低压出线的选择318.3.5.1冷镦车间各设备组线路选择校验318.3.5.2工具车间各回路线路选择校验318.3.5.3 机修车间的线路选择校验32第9章变电所二次回路方案的选择和继电保护的整定339.1 高压断路器的操动机构控制与信号回路339.2 变电所的电能计量回路339.3 变电所的测量和绝缘监察回路349.4 备用电源349.5 整定继电保护359.6变压器的过负荷保护369.7 变压器的瓦斯保护37第10章变电所的防雷保护与接地装置的设计3810.1 防雷保护3810.2 接地装置38第11章确定车间低压配电系统布线方案4011.1 车间配电级数的选择4011.2 车间

13、配电电压的选择4011.3 车间配电系统接线方案的选择4011.3.1车间配电系统接线方案的选择原则4011.3.2车间低压配电系统主接线的选择4011.4 车间低压配电系统布线41第12章低压配电系统导线的选择4212.1 各导线和电缆的试用范围和选择原则4212.2导线和电缆截面的选择原则4212.3冷镦车间各设备供电导线的选择42第13章 控制保护设备的选择4413.1 高压开关柜4413.2 配电屏44第14章结论与展望4614.1结论4614.2展望46致谢47参考文献48附录49附录A外文翻译49附录B附表57表1冷镦车间设备明细表57表2 工具、机修车间负荷计算表58附录C车间低

14、压配电系统布线图59附录D车间变电所电气主接线图60 III石家庄铁道大学四方学院毕业设计第1章 绪论1.1课题研究的背景工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的传输、变换、分配到工厂车间中的每一个用电设备上，随着工业电气自动化技术的发展，工厂用电量快速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等的要求也日益提高，供电设计是否完善，不仅影响工厂的基本建设投资、运行费用和有色金属消耗量，而且也反映到工厂的可靠性和工厂的安全生产上，它与企业的经济效益、设备和人身安全等是密切相关的。本标准件厂主要承担全国机械及电器制造工业的标准螺钉配件生产，建有现代化的冷镦车间、工具车间和机修车间，冷镦

15、车间低压配电系统及车间变电所设计要根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况以及工厂生产的发展前景，以安全、可靠、优质、经济为原则，考虑工厂规模、供电条件、技术要求、自然条件等设计变电所及配电系统。做好该工厂的供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。1.2国内外研究现状在国内，变电所的设计中仍然存在很多问题，比如可靠性还欠提高。我国经济的发展给电力行业带来新问题：电力能源的需求持续增长，电网过负荷运行，减少线路的功率损耗，提高电力系统的稳定性等。变电所的设计需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证保护环境、节约资源、易于实现自动化设计方案。在这种要求下，变电所电气主接

16、线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。与国外相比，我国主要是旧设备更换新型设备，有人控制变为无人控制。而在国外，高科技的技术和先进的设备已经在工厂配电中运用起来。安全，可靠，经济，优质的宗旨已经得到极度提高。低量的电能损耗和保护装置的高度灵敏性对工厂供电的稳定有了保障。1.3课题研究的主要内容本文共有14章。首先简要介绍本设计概况，接着系统地计算各个车间的电力负荷和无功功率补偿，选择变电所位置和形式、变电所主变压器的类型、台数和容量，设计变电所主接线方案，计算短路电流，选择校验变电所的一次设备、变电所进出线，还进行了变电所二次回路方案的选择和继电保护的

17、整定，变电所的防雷保护与接地装置的设计，车间低压配电系统布线的实施方案，低压配电系统的导线及控制保护设备的选择。第2章负荷计算和无功功率补偿2.1车间的负荷计算2.1.1冷镦车间设备组负荷计算冷镦机Z47-12机组的负荷：由于该组设备为连续工作制，其设备功率为：=1631 kW=496kW查资料 Kd=0.170.2，取Kd=0.2=0.5=1.73= Kd =0.2496 kW=99.2kW = =99.21.73 =171kvar =kVAA本设计的其他机组和设备组的负荷计算都如上例。将冷镦车间分为五个设备组，各个设备组的计算负荷如下列各表所示：表2-1冷镦车间设备组I计算负荷表设备组代号

18、设备名称型号台数单台容量kW总容量kW需要系数Kd计算负荷/kW/kvar/kVA/AI冷镦机Z47-68312480.20.51.7344.677.299150.5表2-2冷镦车间设备组II计算负荷表设备组代号设备名称型号台数单台容量kW总容量kW需要系数Kd计算负荷/kW/kvar/kVA/AII冷镦机Z47-68312480.20.51.7344.677.299150.5表2-3冷镦车间设备组III计算负荷表设备组代号设备名称型号台数单台容量kW总容量kW需要系数Kd计算负荷/kW/kvar/kVA/AIII冷镦机GB-3155550.20.51.7311192233冷镦机A164128

19、280.20.51.735.69.711.217冷镦机A124128280.20.51.735.69.711.217冷镦机A123220400.20.51.73813.81624.3冷镦机A163120200.20.51.7346.9812.2冷镦机A169110100.20.51.7323.4546.1冷镦机82BA111110.20.51.732.23.84.46.7冷镦机A12124.79.40.20.51.731.843.183.685.6冷镦机A1202360.20.51.731.22.12.43.7总计247.441.571.882.9125.6表2-4 冷镦车间设备组IV计算负荷

20、表设备组代号设备名称型号台数单台容量kW总容量kW需要系数Kd计算负荷/kW/kvar/kVA/AIV切边机A233220400.20.51.73813.81624.3切边机A232114140.20.51.732.84.85.68.5压力机60t110100.20.51.7323.4546.1压力机40t1770.20.51.731.42.42.84.3切边机A23147280.20.51.735.69.711.217切边机A23014.54.50.20.51.730.91.561.82.75切边机（自制）1330.20.51.730.61.031.21.8搓丝机GWB16210200.20

21、.51.7346.9812.2搓丝机114140.20.51.732.84.855.68.56搓丝机A2531770.20.51.731.42.42.84.3搓丝机A25347280.20.51.735.69.711.217双搓机111110.20.51.732.23.84.46.7搓丝机GWB6525.5110.20.51.732.23.84.46.7搓丝机Z25-41330.20.51.730.61.031.21.8铣口机（自制）1770.20.51.731.42.42.84.3铣口机（自制）15.55.50.20.51.731.11.92.23.3车床C3361330.20.51.730

22、.61.031.21.8车床1336M14.54.50.20.51.730.91.561.82.75台钻70.64.20.20.51.730.841.451.682.57续表2-4 设备组代号设备名称型号台数单台容量kW总容量kW需要系数Kd计算负荷/kW/kvar/kVA/AIV清洗机（自制）410400.20.51.73813.81624.3包装机（自制）34.513.50.20.51.732.74.675.48.25涂油槽（自制）1总计278.255.696.0111.3169.3表2-5 冷镦车间设备组V计算负荷表设备组代号设备名称型号台数单台容量kW总容量kW需要系数Kd计算负荷/k

23、W/kvar/kVA/AV冷镦机Z47-67151050.20.51.732136.34263.8清洗机（自制）410400.20.51.73813.81624.3车床C620-11770.20.51.731.42.42.84.3车床C620-1M1770.20.51.731.42.42.84.3车床C6201770.20.51.731.42.42.84.3车床C618K1770.20.51.731.42.42.84.3铣床X62W17.57.50.20.51.731.52.634.6平面磨床M723017.627.620.20.51.731.62.73.24.8牛头刨床1330.20.51.

24、730.61.031.21.8立钻11.51.50.20.51.730.30.560.60.9砂轮机60.63.60.20.51.730.721.251.442.2钳工台4划线台1桥式吊车5t218.737.40.20.51.737.4812.9414.9522.71梁式吊车3t18.28.20.20.51.731.642.843.284.98电葫芦1.5t12.82.80.20.51.730.560.971.121.7电葫芦1.5t11.11.10.20.51.730.220.380.440.67叉车0.5t2叉车0.5t1总计245.749.2284.9798.43149.662.1.2工

25、具、机修车间设备组负荷计算工具、机修车间的计算负荷如表2-6所示：表2-6 工具、机修车间的计算负荷表序号车间名称供电回路代号设备容量kW计算负荷(kW)(kvar)(kVA)(A)1工具车间No.1供电回路4714.116.521.732.9No.2供电回路5616.819.725.939.4No.3供电回路4212.614.719.429.5No.4供电回路3510.512.316.224.6合计1805463.283.2126.42机修车间No.5供电回路15037.543.957.787.72.1.3车间设备总负荷计算在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是

26、各个用电设备组的最大负荷并非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应计入一个同时系数。由前面统计的结果，可知各设备组的有功和无功如下：设备组1：=44.6kW，=77.2kvar设备组2：=44.6kW，=77.2kvar设备组3：=41.5kW，=71.8kvar设备组4：=55.6kW，=96.0kvar设备组5：=49.2kW，=84.9kvar工具车间：=54kW, =63.2kvar机修车间：=37.5kW, =43.9kvar计入同时系数，取=0.9，=0.95总的计算负荷：=0.9(44.6+44.6+41.5+55.6+49.2+54+37.5) kW29

27、4kW=0.95(77.2+77.2+71.8+96.0+84.9+63.2+43.9) kvar 488kvar=kVA=569.7 kVA kV =865.6A车间设备总负荷统计如表2-7所示：表2-7车间设备总负荷统计表用电单位名称设备容量需要系数计算负荷 (kW) (kvar) (kVA)(A)设备组2480.20.51.7344.677.299150.5设备组II2480.20.51.7344.677.299150.5设备组III247.40.20.51.7341.571.882.9125.6设备组IV278.20.20.51.7355.696.0111.3169.3设备组V245.

28、70.20.51.7349.284.998.4149.7工具车间1805463.283.2126.4机修车间15037.543.957.787.7总计1597.3327514.2631.5959.7取=0.90 , =0.95294.3488.5570.3866.52.2无功功率补偿(1)补偿前的变压器低压侧的视在计算负荷为570.3kVA 未进行无功补偿时，变电所低压侧的功率因数为:1=294.3 kW 570.3 kVA =0.52(2)无功补偿容量按规定，变电所高压侧的0.9，在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90，这里取=0.92。要使低压侧功率因数由1=

29、0.52提高到2=0.92，低压侧需装设的并联电容器容量为: 查资料可选用BCMJ0.4-30-3型电容器，其参数如表2-8所示：表2-8 BCMJ0.4-30-3型电容器参数指标产品型号额定电压kV额定容量总电容量uF额定电流A 外形尺寸长宽高LWH（mm)安装尺寸LW(mm)400V，AC，50Hz系列，三相自愈式并联电容器，三角形接线BCMJ0.4-30-30.43059743.31708525020060该电容器补偿器额定容量为30kvar，个数n=357 kvar /30 kvar =11.9，取12个。(3)补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为： kVAS322 kVA)357488

30、(29422)2(30=-+=变压器的功率损耗为：kVA=SPTkW332201.001.0)2(30=D 1632205.005.0)2(30kvarkVASQT=D变电所高压侧的计算负荷为： P30（1）=294 kW +3 kW =297 kW) kvar+357488()1(30Q-=16 kvar=147 kvar kVAS330)147()297(22)1(30+=kVA =补偿后工厂的功率因数为：cos)1(30)1(30297 kW330 kVA=0.9=SPj(4)车间变电所负荷计算见表2-9：表2-9 车间变电所负荷计算表序 号车间名称需要系数设备容量kW计算负荷(kW)(

31、kvar)(kVA)(A)1设备组I0.224844.677.2991512设备组II0.224844.677.2991513设备组III0.2247.441.571.882.9125.64设备组IV0.2278.255.696.0111.3169.35设备组V0.2245.749.284.998.4149.76工具车间1805463.283.2126.47机修车间15037.543.957.787.7总计1597.3294488570866续表2-9 序 号车间名称需要系数设备容量kW计算负荷(kW)(kvar)(kVA)(A)380V侧补偿前负荷294488570866380V侧无功补偿容

32、量357380V侧补偿后负荷294131322489变压器功率损耗31610kV侧负荷总计29714733019第3章变电所位置和形式的选择3.1车间变电所类型选择(1)车间附设变电所变电所变压器室的一面墙或几面墙与车间建筑的墙共用，变压器室的大门朝车间外开。按变压器位于车间的墙内还是墙外，可分为内附式和外附式。(2)车间内变电所 (3)露天（或半露天）变电所 (4)独立变电所 (5)杆上变电台(6)地下变电所 (7)楼上变电所(8)成套变电所 (9)移动式变电所上述的车间附设变电所、车间内变电所、独立变电所、地下变电所和楼上变电所，均属室内型变电所。露天、半露天变电所和杆上变电台，则属室外型

33、变电所。成套变电所和移动式变电所，则室内型和室外型均有。室内型运行维护方便，占地面积少。在选择工厂总变配电型式时，应根据具体地理环境，因地制宜，技术经济合理时，应优选用室内型,本设计选用车间内变电所。3.2变电所的所址选择的一般原则变配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术分析比较后确定：(1)尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。(2)进出线方便，特别是要便于架空进出线。(3)接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。(4)设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。(5)不应设在有剧烈振动或高温的场所，无法避开时，应有防振和隔热的

34、措施。(6)不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧。(7)不应设在厕所、浴室和其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。(8)不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方。当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。(9)不应设在地势低洼和可能积水的场所。变电所的位置选择应根据选择原则，经技术、经济比较后确定。根据接近负荷中心，偏向电源侧的选择方法。本车间变电所已给出，位于车间的东北角。第章变电所主变压器型号、容量与台数的选择4.1车间变电所主变压器型号的确定在选择变压器时，应选用低

35、损耗节能型变压器，如S9系列或S11系列。S11型与S9型配电变压器主要性能比较，S11型配电变压器在技术性能上有4大进步：(1)空载电流平均下降6080；(2)空载损耗平均下降2035；(3)总重量平均下降810；(4)噪声只有4050dB。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器；供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器。 由于S11系列变压器油箱采用全密封结构，变压器不与空气接触，运行可靠性比S9系列变压器高，而且两者价格相差不大，所以本设计选择S11系列三相油浸式自冷电力变压器。4.2主变压器容量确定确定总降压变电所主

36、变压器的容量，要依据其所供的负荷容量和负荷等级来求。对于装设一台主变压器的变电所，主变压器容量应不小于总的计算负荷，即 （4-1）即570 kVA对于装设两台主变压器的变电所，每台主变压器的容量应不小于总的计算负荷的60%70%，一般取最大值，留有一定裕量。同时每台主变压器容量应不小于所有一、二级负荷的总和，即 （60%70%） （4-2） （4-3）按装设一台算变压器容量最大为570 kVA。所以主变压器容量确定为630 kVA。 4.3主变压器台数的选择选择主变压器台数时应考虑下列原则：(1)应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一级、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变

37、压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一级、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。(2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大，采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。(3)除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。 (4)在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。根据设计要求和主变压器台数选择原则，可选两种方案。方案1：选一台S11-630/10三相油浸式电力变压器。方案2：选

38、两台S11-315/10三相油浸式电力变压器。S11-630/10 电力变压器参数见表4-1：表4-1 S11-630/10电力变压器参数产品名称三相油浸式变压器产品型号S11-630/10报 价7.5万/台连接组别Dyn11/Yyn0冷 却 形 式液/油浸式绕 组 数 目三绕组防潮 方 式全密封式冷 却 方 式油浸自冷(J)电 压 比10kV/0.4kV额 定 容 量630kVA额 定 功 率50HZ短 路 阻 抗4.5%空 载 损 耗0.81kW负 载 损 耗6.21kW尺 寸 大 小195512351882总 重2195kGS11-315/10 电力变压器参数见表4-2：表4-2 S11-315/10电力变压器参数产品名称三相油浸式变压器产品型号S11-315/10报 价4.3万/台连接组别Dyn11/Yyn0冷 却 形 式液/油浸式绕 组 数 目三绕组防潮 方 式全密封