工廠供電課程設(shè)計--機械廠降壓變電所的電氣設(shè)計

1、<p><b>　　設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　設(shè)計題目</b></p><p>　?。兀貦C械廠降壓變電所的電氣設(shè)計</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　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

2、工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟合理的要求，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。</p><p><b>　　設(shè)計依據(jù)</b></p><p><b>　　工廠總平面圖</b&g

3、t;</p><p><b>　　如圖1.</b></p><p>　　圖1 xx機械廠總平面圖</p><p>　　2.工廠負(fù)荷情況　本廠大多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時為3300ｈ，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)計資料如表1所示。</p><

4、p>　　3.供電電源情況　按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽訂的供用電合同規(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)線型號為LGJ-120，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為1.5m；干線首端（即電力系統(tǒng)的饋電變電站）距本廠約5km。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為300MVA。此斷路器配備有定時限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時限過電流保護(hù)整定的動作時間為1.6s。為滿足工廠二級負(fù)荷的要

5、求可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近單位取得備用電源。已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長度為70km，電纜線路總長度為15km。</p><p>　　4.氣象資料 本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為35。C，年平均氣溫為26。C，年最低氣溫為-8。C，年最熱月平均最高氣溫為35。C，年最熱月平均氣溫為27。C，年最熱月地下0.8km處平均溫度為24。C。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)，年雷暴日數(shù)為15。</p><

6、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)計量電能，設(shè)專用計量柜，按兩部電費制交納電費。每月基本電費按主變壓器容量計為18元/kVA,動力電費為0.20元/KVh,照明（含家電）電費為元0.56/KVh。工廠最大負(fù)荷時的功率因數(shù)不得低于0.9。此外，電力用戶需按新裝變壓器容

7、量計算，一次性地向供電部門交納供電貼費：6～10KV為____元/KVA。</p><p><b>　　（四）設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　要求在規(guī)定時間內(nèi)獨立完成下列工作量:</p><p><b>　　設(shè)計時間</b></p><p>　　2011年5月7日至2011年5月21日（兩周）

8、</p><p>　　二． 設(shè)計說明書 </p><p><b>　　1. 前言：</b></p><p>　　眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民

9、經(jīng)濟生活中應(yīng)用極為廣泛。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小（除電化工業(yè)外）。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。因此，做

10、好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟建設(shè)，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)務(wù)，切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達(dá)到以下</p><p><b>　　2.目錄</b></p>

11、;<p>　　(1)負(fù)荷計算和無功功率補償</p><p>　　(2)變電所位置和型式的選擇</p><p>　　(3)變電所主變壓器及主接線方案的選擇</p><p><b>　　(4)短路電流計算</b></p><p>　　(5)變電所一次設(shè)備的選擇與校驗</p><p>　　

12、(6)變電所進(jìn)出線及與鄰近單位聯(lián)絡(luò)線的選擇</p><p>　　(7)變電所二次回路方案選擇及繼電保護(hù)整定</p><p>　　(8)變電所的防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計</p><p><b>　　(9)主接線示意圖</b></p><p>　　(10)附錄參考文獻(xiàn)</p><p>　　負(fù)荷計算和無

13、功功率補償</p><p>　　負(fù)荷計算 各廠房的負(fù)荷計算如2所示</p><p>　　表2 ＸＸ機械廠負(fù)荷計算</p><p>　　2.無功功率補償 由表2-6可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)只有0.72.而供電部門要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時功率因數(shù)不低于0.90。考慮到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)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

14、0.90，暫取0.91來計算380V側(cè)所需無功功率補償容量：</p><p>　　QC=P30(tan1-tan2)=945.4[tan(arccos0.72)-tan(arccos0.91)]kvar</p><p><b>　　=480kvar</b></p><p>　　選PGJ1型低壓自動補償屏*,并聯(lián)電容器為BWO.4-14-3型,采

15、用方案1（主屏）一臺與方案3（輔屏）5臺相組合,總共容量84kvar×6=504kvar。因此無功補償后工廠380V側(cè)和10KV側(cè)的負(fù)荷計算如表3所示。</p><p>　　表3 無功補償后工廠的計算負(fù)荷</p><p>　　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

16、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（2.5，5.6）、（3.5，3.6）、（5.5，1.4）、（4.0，6.5）、（6.2，6.5）、（6.2，5.0）、（6.2，3.3）、（8.7，6.5）、（8.7，5.0）、（8.7，3.3）.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)

17、： </p><p>　　得到負(fù)荷中心坐標(biāo)P(5.32，4.55) 。由計算結(jié)果可知，工廠的負(fù)荷中心在6號廠房（工具車間）的東南角。考慮到周圍環(huán)境及進(jìn)出線方便，決定在6號廠房的西側(cè)緊靠廠房建造工廠變電所，器型式為附設(shè)式。</p><p>　　（三） 變電所主變壓器及主接線方案的選擇</p><p>　　變電所主變壓器的選擇 </p>

18、<p>　　根據(jù)工廠的負(fù)荷性質(zhì)和電源情況，選擇裝設(shè)兩臺變壓器，型號均采用S9型的，而容量根據(jù)公式 和則有：</p><p>　　選擇，即選擇兩臺S9-800/10配電變壓器。工廠二級負(fù)荷所需要的備用電源亦由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。</p><p>　　主變壓器的聯(lián)借組均采用Yyn0。</p><p>　　（四） 短路電流的計算</p>

19、<p>　　1，繪制計算電路　（如圖2）</p><p>　　2.確定短路計算基準(zhǔn)值：</p><p>　　3 計算短路電路中個元件的電抗標(biāo)幺值</p><p>　　(1)電力系統(tǒng)已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量=300MVA，故 =100MVA/300MVA=0.33 </p><p>

20、　　(2)架空線路 查表得LGJ-120的線路電抗，而線路長5km，故</p><p>　　(3) 電力變壓器</p><p>　　查表得變壓器的短路電壓百分值=4.5，故</p><p><b>　　=5.6</b></p><p><b>　　=5.6</b></p>&

21、lt;p>　　式中，為變壓器的額定容量 （如圖3）</p><p>　　4. k-1點（10.5kV側(cè)）的相關(guān)計算</p><p><b>　　（1）總電抗標(biāo)幺值</b></p><p>　　=0.33+1.59=1.92 </p><p>　?。?）三相短路電流周期分量有效值</p><

22、p>　?。?） 其他短路電流</p><p>　　（4） 三相短路容量</p><p>　　5. k-2點（0.4kV側(cè)）的相關(guān)計算</p><p><b>　?。?）總電抗標(biāo)幺值</b></p><p>　?。?）三相短路電流周期分量有效值</p><p>　?。? ）其他短路電流<

23、/p><p><b>　?。?）三相短路容量</b></p><p>　　表4 短路計算結(jié)果：</p><p>　　（五） 變電所一次設(shè)備的選擇校驗</p><p>　　1.(1). 表5 10kv側(cè)變壓器線路上一次設(shè)備的選擇校驗 </p><p>　　1.(2) 表6. 10kv側(cè)進(jìn)線上設(shè)

24、備的選擇校驗 </p><p>　　1.(3). 備用電源線路上的設(shè)備的選擇與校驗</p><p>　　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 </p><p>　　鑄造車間317A，電鍍車間為313A，鍋爐房為100A.則二級負(fù)荷總的電流為：</p><p>　　317A+313A+100A=730A</p>

25、<p>　　而變壓器的變比為10kv/0.4kv，所以高壓側(cè)電流為</p><p>　　所以我們選擇的導(dǎo)線型號為LGJ-35.</p><p>　　則備用電源線路上的各元件的選取如表7：</p><p>　　380側(cè)所選一次設(shè)備的選擇與校驗 如表8:</p><p>　　3. 高低壓母線的選擇 </p><

26、p>　　參照表5-28 10kv母線選擇LMY-3（40×4），即母線尺寸為40mm×4mm</p><p>　　380v母線選擇，LMY-3（100×10）+60×6，即母線尺寸為100mm×8mm，而中性線母線尺寸為60mm×6mm。</p><p>　　變電所進(jìn)出線及與鄰近單位聯(lián)絡(luò)線的選擇</p><

27、;p>　　1. 10kv高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇</p><p>　　（1）10kv高壓進(jìn)線的選擇校驗</p><p>　　采用LJ型鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kv公用干線。</p><p>　　1）按發(fā)熱條件選擇 </p><p>　　由及室外環(huán)境溫度35℃，查表初選LJ-16，其35℃時的 ,滿足發(fā)熱要求。</p>

28、<p>　　2）校驗機械強度 </p><p>　　查表知，最小允許截面，因此按發(fā)熱條件選擇的LJ-16不滿足機械強度要求，故改選LJ-35。</p><p>　　由于此線路很短，不需校驗電壓損耗。</p><p>　　由高壓配電室至主變壓器的一段引入電纜的選擇校驗</p><p>　　采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的

29、鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。</p><p>　　1）按發(fā)熱條件選擇 </p><p>　　由及土壤溫度24℃，查表后，初選纜芯截面的交聯(lián)電纜，其滿足發(fā)熱要求。</p><p>　　2）校驗短路熱穩(wěn)定 </p><p>　　按下列公式計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面 </p><p>　?。ㄊ街蠧值由表查知，按終端變電

30、所保護(hù)動作時間0.5s，加斷路器斷路時間0.2s，再加0.05s計，故=0.75s。） 由式可知所選線不符合要求，故改選纜芯截面為95。因此選擇電纜型號為YJL22-10000-395.</p><p>　　2. 380v低壓出線的選擇</p><p>　　饋電給1號廠房(鑄造車間）的線路 </p><p>　　采用VLV22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋

31、地敷設(shè)。</p><p>　　1) 選擇低壓斷路器及其過流脫扣器規(guī)格</p><p>　　查表知，DW16-2000型低壓斷路器的過流脫扣器額定電流,故初步選擇DW16-2000型低壓斷路器，其。</p><p>　　設(shè)瞬時脫扣電流整定為2倍，即而,滿足的要求，因此.滿足脫扣電流躲過尖峰電流的要求。 校驗斷流能力：在查表知，所選擇的DW16-2000型斷路器滿足要求

32、。</p><p><b>　　2) 選擇導(dǎo)線截面</b></p><p>　　查表知，當(dāng)?shù)腣LV三芯電纜直接埋地敷設(shè)且土壤溫度在25℃時其，故按發(fā)熱條件可以選。</p><p><b>　　校驗短路熱穩(wěn)定：</b></p><p>　　（式中C值由表查知，按終端變電所保護(hù)動作時間0.5s，加斷路器

33、斷路時間0.2s，再加0.05s計，故=0.75s。）</p><p>　　3) 校驗導(dǎo)線與低壓斷路器保護(hù)的配合</p><p>　　由于瞬時過流脫扣器整定為，而,不滿足的要求。因此將導(dǎo)線面積增大為，這時其,,滿足導(dǎo)線與保護(hù)裝置配合的要求。則選擇VLV22-1000-3400的三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋁芯電纜。因此饋電給其他廠房的線路的選擇也可按1號廠房去選擇.</p><p

34、>　　饋電給生活區(qū)的線路 </p><p>　　采用BX-1000型的銅芯橡皮絕緣線架空敷設(shè)。</p><p>　　1) 按發(fā)熱條件選擇 由及室外環(huán)境溫度為35℃，查表可知初選BX-1000-1×240，其35℃時的,滿足發(fā)熱要條件。 </p><p>　　2）檢驗機械強度 查表可知，最小允許的截面積，因此BX-1000-3×24

35、0滿足機械強度要求。</p><p>　　3）校驗電壓損耗 經(jīng)過計算不滿足要求，故采用四回BX-1000-3×120的三相架空線對生活區(qū)供電。PEN線均采用BX-1000-1×70橡皮絕緣線。</p><p>　　最終列出表9： </p><p>　　注意：生活區(qū)所選擇是架空線且為銅芯橡皮線且依照外界溫度為33℃時的值。</p&g

36、t;<p>　　(七) 變電所二次回路方案的選擇與繼電保護(hù)的整定</p><p>　　1.高壓斷路器的操作機構(gòu)控制與信號的回路</p><p>　　斷路器采用彈簧儲能操作機構(gòu)，，可實現(xiàn)一次重合閘。</p><p>　　2.變電所的電能計量回路</p><p>　　變電所高壓側(cè)裝設(shè)裝用計量柜，其上裝有三相有功電能表和無功電能表，分

37、別計量全廠消耗的有功電能和無功電能，并據(jù)以計算工廠每月的平均功率因數(shù)。計量柜由有關(guān)部門加封和管理。</p><p>　　3．變電所的測量和絕緣監(jiān)察回路</p><p>　　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型的，組成開口三角的接線，用以實現(xiàn)電壓測量和絕緣監(jiān)視。</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、

38、三相無功電能表和電流表。高壓進(jìn)線上亦裝有電流表。</p><p>　　低壓側(cè)的動力出線上，均裝有有功電能表和無功電能表。低壓照明線路上，裝有三相四線有功電能表。低壓并聯(lián)電容器組線路上，裝有無功電能表。每一個回路均裝有電流表。低壓母線上裝有電壓表。儀表的準(zhǔn)確度級按規(guī)范要求。</p><p>　　4. 變電所的保護(hù)裝置</p><p>　　(1) 主變壓器的繼電保護(hù)裝置

39、</p><p>　　1）裝設(shè)瓦斯保護(hù) 當(dāng)變壓器油箱內(nèi)發(fā)生故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，瞬時動作于信號，當(dāng)因嚴(yán)重故障產(chǎn)生大量瓦斯時，則動作于跳閘。</p><p>　　2）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，兩相兩繼電器式接線，去分流跳閘的操作方式。</p><p>　?、龠^電流保護(hù)動作電流整定</p><p>　

40、　由, ， ，，，所以動作電流為</p><p>　　因此過電流保護(hù)動作電流整定為8A。</p><p>　　②過電流保護(hù)動作時間的整定 由于本變電所為電力系統(tǒng)的終端變電所，故其過電流保護(hù)的動作時間可整定為最短的0.5s。</p><p>　?、圻^電流保護(hù)靈敏系數(shù)的檢驗 </p><p>　　由于，,因此其保護(hù)的靈敏系數(shù)為</p&g

41、t;<p>　　滿足規(guī)定的靈敏度系數(shù)1.5的要求。 </p><p>　　3） 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實現(xiàn)。</p><p>　?、?速斷電流的整定 由,, ,因此速斷電流為,速斷電流倍數(shù)整定為，不滿足要求，故選.經(jīng)檢驗也符合前面的要求。</p><p>　?、陔娏魉贁啾Ｗo(hù)靈敏系數(shù)的檢驗</p>

42、;<p>　　由于,因此其保護(hù)的靈敏系數(shù)為 </p><p>　　按照GB50062-1992規(guī)定，電流保護(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。但按照J(rèn)BJ6-1996和JGJ/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。</p><p>　　作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的繼電保護(hù)裝置</p>&

43、lt;p>　　1） 裝設(shè)反時限過電流保護(hù) 亦采用GL15感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分流跳閘的操作方式。</p><p>　?、龠^電流保護(hù)動作電流的整定 由,而,，，，因此動作電流為因此過電流保護(hù)動作電流整定為6A。</p><p>　?、谶^電流保護(hù)動作的時間整定 按終端保護(hù)考慮，動作時間整定為0.5s。</p><p>　?、圻^電流保

44、護(hù)靈敏系數(shù) 數(shù)據(jù)不全，暫缺。</p><p>　　2） 裝設(shè)電流速斷保護(hù) 亦采用GL15型繼電器的電流速斷裝置，但數(shù)據(jù)不全，暫缺。</p><p>　?。?）變電所低壓側(cè)的保護(hù)裝置</p><p>　　1）低壓總開關(guān)采用 DW15-2500/3型的低壓斷路器，三相均裝有過流脫扣器，即可實現(xiàn)對低壓側(cè)相間短路和過負(fù)荷的保護(hù)，又可實現(xiàn)對低壓單相接地短路的保護(hù)。<

45、/p><p>　　2）低壓側(cè)所有出線上均裝設(shè)</p><p>　?。ò耍┳冸娝姆览妆Ｗo(hù)與接地裝置的設(shè)計</p><p>　　1.直擊雷保護(hù) 在變電所屋頂裝設(shè)避雷針或避雷帶，并引出兩根接地線與變電所公共接地線裝置相連。避雷針采用直徑20mm的鍍鋅圓鋼，避雷帶采用25mm×4mm的鍍鋅扁鋼。</p><p>　　2．雷電侵入波的防護(hù)&

46、lt;/p><p>　?。?）在10kv電源進(jìn)線的終端桿上裝設(shè)FS4-10型的閥式避雷器。其引下線才用25mm×4mm的鍍鋅扁鋼，下面與公共接地網(wǎng)焊接相連，上面與避雷器接地端螺栓連接。</p><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防護(hù)雷電侵入波的危害。</p>

47、<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>　　主接線示意圖 （見附表）</p><p><b>　　附錄參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】劉介才. 工廠供電設(shè)計指導(dǎo)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.</p>

48、<p>　　【2】劉介才. 工廠供電[M].5版.北京：機械工業(yè)出版社，2009.</p><p>　　【3】電氣簡圖用圖形符號國家標(biāo)準(zhǔn)匯編[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， </p><p><b>　　2001.</b></p><p>　　【4】電氣制圖國家標(biāo)準(zhǔn)匯編[S].北京：中國計劃出版社，2