工廠供電課程設(shè)計(jì)---機(jī)械降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　工廠供電課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　（一）設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　XX機(jī)械降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　（二）設(shè)計(jì)要求</b>

2、;</p><p><b>　　（三） 設(shè)計(jì)依據(jù)</b></p><p><b>　　1．總長(zhǎng)平面圖</b></p><p>　　2. 工廠負(fù)荷情況 本長(zhǎng)多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時(shí)為4000h日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為6h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬于二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬于三級(jí)負(fù)荷。低壓動(dòng)力設(shè)備均為三相，額

3、定電壓為380V。電氣照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V。本廠的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如下表—1所示。</p><p>　　表—1工廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料</p><p>　　3. 供電電源情況 按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽訂的供電合同規(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)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-150，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為1.5m；干線首段

4、（即電力系統(tǒng)的饋電變電站）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(shí)限過(guò)電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過(guò)流保護(hù)整定的動(dòng)作時(shí)間為1.6s。為滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由臨近單位取得備用電源。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70km，電纜線路總長(zhǎng)度為15km。</p><p>　　4. 氣象資料 本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為35℃，年平均氣溫為2

5、6℃，年最低氣溫為-18℃，年最熱月平均最高氣溫為33℃，年最熱月平均氣溫為27℃，年最熱月地下0.8m處平均溫度為24℃。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，年雷暴日數(shù)為15。</p><p>　　5. 地質(zhì)水文資料 本廠所在地區(qū)平均海拔600m，地層土質(zhì)以粘土為主，地下水位為3m。</p><p>　　6. 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

6、部電費(fèi)制交納電費(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／kW·h，照明（含家電）電費(fèi)為0.56元／kW·h。工廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.9。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 元／kVA。</p><p><b>　?。ㄋ模┰O(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p&g

7、t;<b>　?。ㄎ澹┰O(shè)計(jì)時(shí)間</b></p><p>　　年 月 日至 年 月 日</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)說(shuō)明書</b></p><p>　?。ㄒ唬┴?fù)荷計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償</p><p>　　1. 負(fù)荷計(jì)算 各廠房和生活區(qū)的

8、負(fù)荷計(jì)算如表—2所示</p><p>　　2. 無(wú)功功率補(bǔ)償 由表—2可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)只有0.72。而供電部門要求該廠10kV進(jìn)線側(cè)最大時(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)最大時(shí)功率因數(shù)應(yīng)稍大于0.90，暫取0.92來(lái)計(jì)算380V側(cè)所需無(wú)功功率補(bǔ)償容量：</p><p>　　參照工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)圖2-6，選PGJ1型低

9、壓自動(dòng)補(bǔ)償屏，并聯(lián)電容器為BW.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1臺(tái)與方案3（輔屏）6臺(tái)相組合，總共容量84kvar×7=588kvar。因此無(wú)功補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和10kV側(cè)的負(fù)荷計(jì)算表—3所示。</p><p>　　表—3 無(wú)功補(bǔ)償后工廠的計(jì)算負(fù)荷</p><p>　　(二) 變電所位置和型式的選擇</p><p>　　變電所的位置應(yīng)盡量接近

10、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(lái)確定，由工廠平面圖測(cè)得各車間的坐標(biāo)如表—4所示。</p><p>　　表—4 各車間的坐標(biāo)</p><p><b>　　代入下列公式：</b></p><p>　　算得負(fù)荷中心的坐標(biāo)為 (3.6,3.5) ，由計(jì)算結(jié)果可知，負(fù)荷中心在2號(hào)廠房（工具車間）的東南角?？紤]到周圍環(huán)境及進(jìn)出線方便，決定

11、在2號(hào)廠房（工具車間）的正東南角靠近廠房處建造工廠變電所，其型式為附設(shè)式。</p><p>　?。ㄈ?變電所主變壓器及主接線方案的選擇</p><p>　　裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器，型號(hào)采用S9型，每臺(tái)變壓器容量按以下兩式確定：</p><p>　　因此選兩臺(tái)S9-800∕10型低損耗配電變壓器。工廠二級(jí)負(fù)荷所需的備用電源亦與臨近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來(lái)承擔(dān)。</p&

12、gt;<p>　　主變壓器的聯(lián)結(jié)組均采用。</p><p>　　（四） 短路電流的計(jì)算</p><p>　　1. 繪制計(jì)算電路 如下圖所示：</p><p>　　2. 求k-1點(diǎn)三相短路電流和短路容量（）</p><p>　　1)計(jì)算短路電路中各元件的電抗及總電抗</p><p>　　a.電力系統(tǒng)的電抗：

13、 已知，故</p><p>　　b.架空線路的電抗：查表得，因此</p><p>　　c.繪k-1點(diǎn)短路的等效電路，如圖所示，計(jì)算總電抗為：</p><p>　　2)計(jì)算三相短路電流和短路容量</p><p>　　a.三相短路電流周期分量有效值</p><p>　　b.三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流</p>

14、<p>　　c.三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路全電流有效值</p><p><b>　　d.三相短路容量</b></p><p>　　3.求k-2點(diǎn)的短路電流和短路容量</p><p>　　1)計(jì)算短路電路中各元件的電抗及總電抗</p><p>　　a.電力系統(tǒng)的電抗：</p><p&g

15、t;　　b.架空線路的電抗：</p><p>　　c.電力變壓器的電抗：由附錄表5查得，因此</p><p>　　d.繪k-2點(diǎn)短路的等效電路，如圖所示，計(jì)算總電抗為：</p><p>　　2) 計(jì)算三相短路電流和短路容量</p><p>　　a.三相短路電流周期分量有效值</p><p>　　b.三相短路次暫態(tài)電流和

16、穩(wěn)態(tài)電流</p><p>　　c.三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路全電流有效值</p><p><b>　　d.三相短路容量</b></p><p><b>　　短路計(jì)算如表—5</b></p><p>　?。ㄎ澹?變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)</p><p>　　1. 10kV

17、側(cè)一次設(shè)備的校驗(yàn)，如下表：</p><p>　　表—6 10kV側(cè)一次設(shè)備的校驗(yàn)</p><p>　　3.高低壓母線的選擇 參照表5-28,10kV母線應(yīng)選LMY-3（），即母線為40mm4mm；380V母線選LMY-3(1008)+606,即母線尺寸為100mm8mm,而中性線母線尺寸為60mm6mm。</p><p>　　（六）變電所進(jìn)出線及與鄰近單位聯(lián)絡(luò)

18、線的選擇</p><p>　　1.10kV高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇</p><p>　?。?）10kV高壓進(jìn)線的選擇校驗(yàn) 采用鋁絞架線空敷設(shè)，接住10kV公用干線。</p><p>　　1）按發(fā)熱條件選擇 由==46.2A及室外環(huán)境溫度30℃。查表8-36，初選LJ-16，其35℃時(shí)的=93.5A,滿足發(fā)熱條件。</p><p>　　2）

19、校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度 查表8-34，最小允許截面，因此按發(fā)熱條件選擇的LJ-16不滿足機(jī)械強(qiáng)度要求，故改選LJ-35。</p><p>　　由于此路很短，不需校驗(yàn)電壓損耗。</p><p>　　（2）由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗(yàn) 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)。</p><p>　　1）按發(fā)熱條件選擇 由==46.2A及

20、土壤溫度24℃查表8-44，初選纜芯截面為25的交聯(lián)電纜，其=90A，滿足發(fā)熱條件。</p><p>　　2）校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定 按式（5-41）計(jì)算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面</p><p>　　式中C 值由表5-13查得；按終端變電所保護(hù)動(dòng)作時(shí)間0.5s，加斷路器斷路時(shí)間0.2s，再加0.05s計(jì)，故=0.75s。</p><p>　　因此YJL22-10000-3

21、25電纜不滿足短路熱穩(wěn)定條件，所以改選YJL22-10000-335</p><p>　　2.380V低壓出線和斷路器等的選擇</p><p>　?。?）饋電給1號(hào)廠房（鑄造車間）的線路 采由附錄表11可知，DW16-630型低壓斷路器的過(guò)流脫扣器額定電流=400A=326.3A，故初步選DW16-630型低壓斷路器，其=400A。設(shè)順時(shí)脫扣電流整定為4倍，即=4400A=1600A。而

22、=1.35978.9=1322A，滿足。</p><p>　　校驗(yàn)斷流能力：所選DW16-630型低壓斷路器=30kA=27.36kA，滿足要求。</p><p>　　選擇導(dǎo)線截面和穿線塑料管直徑：因此采用雙導(dǎo)線，由附錄表19-3知，當(dāng)A=150的BLV型鋁芯塑料線三根穿管在35℃時(shí)，其=179A，2=358A326.3A，故按發(fā)熱條件可選擇A=150,管徑選為75 mm，由附表15可知，

23、最小截面為2.5?，F(xiàn)A=150，滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。</p><p>　　校驗(yàn)導(dǎo)線與低腰斷路器保護(hù)的配合：由于瞬時(shí)過(guò)流脫扣器整定為=1600A，而4.5（2）=1611A,滿足4.5（2），故滿足導(dǎo)線與保護(hù)裝置配合的要求，下同。</p><p>　　表—7 380V側(cè)一次設(shè)備的校驗(yàn)</p><p>　　(2)作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇校驗(yàn) 采用YJL22-1

24、0000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜，直接埋地敷設(shè)，與相距約2km的鄰近單位變配電所的10kV母線相聯(lián)。</p><p>　　a.按發(fā)熱條件選擇 工廠二級(jí)負(fù)荷容量共，,而最熱月土壤平均溫度為24℃，因此查表8-44，初選纜芯截面為25的交聯(lián)聚乙烯絕緣鋁芯電纜，其,滿足發(fā)熱條件。</p><p>　　b.校驗(yàn)電壓損耗 由表8-42可查得纜芯為25的鋁芯電纜的（纜芯溫度按80℃計(jì)），，而二級(jí)

25、負(fù)荷的，，線路長(zhǎng)度按2km計(jì)，因此 </p><p>　　由此可見該電纜滿足允許電壓損耗要求。</p><p>　　c.短路熱穩(wěn)定校驗(yàn) 按本變電所高壓側(cè)短路校驗(yàn)，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)，可知纜芯25的交聯(lián)電纜是滿足短路熱穩(wěn)定要求的。由于鄰近單位10kV的短路數(shù)據(jù)不詳，因此該聯(lián)絡(luò)線的短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，只能暫缺。</p><p>　?。?）饋電給生

26、活區(qū)的線路 采用BLX-1000型鋁芯橡皮絕緣線架空敷設(shè)。</p><p>　　a.按發(fā)熱條件選擇 由及室外環(huán)境溫度為33℃，查表8-40，初選BLX-1000-1240，其33℃時(shí)的，滿足發(fā)熱條件。</p><p>　　b.校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度 查表8-35，最小允許截面積，因此BLX-1000-1240滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。</p><p>　　c.校驗(yàn)電壓損耗 由

27、圖量得變電所至生活區(qū)負(fù)荷中心距離約88m，由表8-39查得其近似阻抗值，（按線幾何均距0.8m計(jì)），又生活區(qū)的，，因此</p><p>　　滿足電壓損耗要求，所以決定采用四回BLX-1000-1240的三相架空線路對(duì)生活區(qū)供電。PEN線均采用BLX-1000-1120橡皮絕緣線。</p><p>　　綜合以上所選變電所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號(hào)規(guī)格如表—8所示。</p>

28、<p>　　表—7 變電所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的型號(hào)規(guī)格</p><p>　　變電所二次回路方案的選擇與繼電保護(hù)的整定</p><p>　　高壓斷路器的操作機(jī)構(gòu)與信號(hào)回路 斷路器采用彈簧儲(chǔ)能操作機(jī)構(gòu)，其控制和信號(hào)回路如下 圖所示，可實(shí)現(xiàn)一次重合閘。</p><p>　　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，其上裝有三相有功電能表和無(wú)功電

29、能表，分別計(jì)量全廠消耗的有功電能和無(wú)功電能，并據(jù)以計(jì)算每月工廠的平均功率因數(shù)。計(jì)量柜由有關(guān)供電部門加封和管理。</p><p>　　變電所的測(cè)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(gè)JDZJ-10型，組成的接線，用以實(shí)現(xiàn)電壓測(cè)量和絕緣監(jiān)視，其接線如圖所示。</p><p>　　作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線上，裝有三相有功電能表、三相無(wú)功電能表和電流表，其接

30、線如下圖所示。高壓進(jìn)線上，亦裝有電流表。</p><p>　　低壓側(cè)的動(dòng)力出線上，均裝有有功電表和無(wú)功電能表。電壓照明線路上，裝有三相四線有功電表。低壓并聯(lián)電容器組線路上，裝有無(wú)功電能表。每一回路均裝有電流表。低壓母線上裝有電壓表。儀表的精確度級(jí)按規(guī)范要求。</p><p>　　4.變電所的保護(hù)裝置</p><p>　　主變壓器的繼電保護(hù)裝置</p>

31、<p>　　裝設(shè)瓦斯保護(hù) 當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)，瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)；當(dāng)以嚴(yán)重故障產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，則動(dòng)作于跳閘。</p><p>　　裝設(shè)反時(shí)限過(guò)電流保護(hù) 采用GL15型感應(yīng)式過(guò)電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分流跳閘的操作方式。</p><p>　　過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流的整定 利用式, =

32、，=1.3，=0.8，=20，因此動(dòng)作電流為 </p><p>　　因此過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流整定為8A。（GL15型繼電器的過(guò)流保護(hù)動(dòng)作電流只能2~10A，且為整數(shù)）</p><p>　　過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間整定 由于本變電所為電力系統(tǒng)的終端變電所，故其過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間可整定為最短的0.5s。</p><p>　　過(guò)電流保護(hù)靈敏系數(shù)的檢驗(yàn) 利用式，</p&

33、gt;<p><b>　　，，</b></p><p>　　因此其保護(hù)靈敏系數(shù)為，滿足規(guī)定的靈敏系數(shù)1.5的要求。</p><p>　　裝設(shè)電流速斷保護(hù) 利用GL15型繼電器的電流速斷裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　速斷電流的整定 利用式，式中，，，，，，因此速斷電流為</p><p>　　速斷電流倍

34、數(shù)整定為（可不為整數(shù)，但必須在2~8之間。）</p><p>　　電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)利用式，式中，，，因此其保護(hù)靈敏系數(shù)為，按GB50062-1992規(guī)定，電流保護(hù)（含電流速斷保護(hù)）的最小靈敏系數(shù)為1.5，因此這里裝設(shè)的電流速斷保護(hù)滿足要求。但按JBJ/T16-1992的規(guī)定，電流速斷保護(hù)的最小靈敏系數(shù)為2，則這里的電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)偏低一些。</p><p>　　作為備用電源的

35、高壓聯(lián)絡(luò)線的繼電保護(hù)裝置</p><p>　　裝設(shè)反時(shí)限過(guò)流保護(hù) 亦采用GL15型感應(yīng)式過(guò)電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分流跳閘的操作方式。</p><p>　　過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流的整定 亦利用式，式中=，取，，，因此動(dòng)作電流為因此過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流整定為10A。</p><p>　　過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定 按終端保護(hù)考慮，動(dòng)作時(shí)間整定為0.5s。<

36、;/p><p>　　過(guò)電流保護(hù)靈敏系數(shù) 因數(shù)據(jù)資料不全，暫缺。</p><p>　　裝設(shè)電流速斷保護(hù) 亦利用GL15型繼電器的電流速斷裝置，但因數(shù)據(jù)資料不全，其整定計(jì)算亦暫缺。</p><p>　　變電所低壓側(cè)的保護(hù)裝置 </p><p>　　低壓總開關(guān)采用DW15-2500/3型低壓斷路器，三相均裝過(guò)流脫扣器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓側(cè)相間短路和過(guò)

37、負(fù)荷的保護(hù)，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓?jiǎn)蜗嘟拥囟搪返谋Ｗo(hù)。</p><p>　　低壓側(cè)所有出線上均裝設(shè)DZ20型低壓斷路器控制，其過(guò)流脫扣器可實(shí)現(xiàn)對(duì)線路短路故障的保護(hù)，此處整定計(jì)算略。</p><p>　　變電所的防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　變電所的防雷保護(hù)</b></p><p>　　直擊雷防護(hù) 在變電

38、所屋頂裝設(shè)避雷針或避雷帶，并引出兩根接地線與變電所公共接地裝置相連。避雷針采用直徑20mm的鍍鋅圓鋼，避雷帶采用25mm4mm的鍍鋅扁鋼。</p><p><b>　　雷電侵入波的防護(hù)</b></p><p>　　在10kV電源進(jìn)線的終端桿上裝設(shè)FS4-10型閥式避雷器。其引下線采用25mm4mm的鍍鋅扁鋼，下面與公共接地網(wǎng)相聯(lián)，上面與避雷器接地螺栓連接。</p

39、><p>　　在10kV高壓配電室內(nèi)裝設(shè)的GG-1A(F)-54型高壓開關(guān)柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主變壓器。主變壓器主要靠此避雷器來(lái)防護(hù)雷電侵入波的危害。</p><p>　　在380V低壓架空出線桿上，裝設(shè)保護(hù)間隙，或?qū)⑵浣^緣子的鐵腳接地，用以防護(hù)沿低壓架空線侵入的雷電波。</p><p><b>　　接地裝置的設(shè)計(jì)</b><

40、/p><p>　　接地電阻的要求 由指導(dǎo)書表9-23可知，本變電所的公共接地裝置的接地電阻應(yīng)滿足以下要求：</p><p>　　且 </p><p>　　式中 </p><p>　　因此公共接地裝置接地電阻應(yīng)滿足。</p><p>　　接地裝置的設(shè)計(jì) 采用長(zhǎng)2.

41、5m、50mm的鍍鋅鋼管數(shù)，按式計(jì)算初選16根，沿變電所三面均布置（變電所前面布置兩排），管距5m，垂直打入地下，管頂離地面0.6m，管間用40mm4mm的鍍鋅扁鋼焊接相連。變壓器室有兩條接地干線、高低壓配電室各有一條接地干線與室外公共接地裝置焊接相連。接地干線均采用40mm4mm的鍍鋅扁。</p><p><b>　　接地電阻的驗(yàn)算：</b></p><p><