精编机械制造行业某机械修造厂变电所及配电系统设计.docx

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精编机械制造行业某机械修造厂变电所及配电系统设计

【机械制造行业】某机械修造厂变电所及配电系统设计

xxxx年xx月xx日

xxxxxxxx集团企业有限公司

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摘要2

1、电力负荷计算和无功功率补偿3

1.1负荷的计算3

1.1.1负荷计算的内容和目的3

1.1.2负荷计算的方法3

1.1.3全厂负荷计算的过程3

2.1无功补偿容量电容选择5

2、负荷中心、主变压器的选择7

2.1变电所的位置与型式选择7

2.1按负荷功率矩法确定负荷中心8

2.2主变压器的选择9

3、短路电流的计算9

3.1短路及其原因、后果9

3.2高压电网短路电流的计算10

3.2.2计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值11

3.2.3在k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量11

3.2.4计算K-2点（0.4KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量12

4．主变压器继电保护13

4.1保护要求13

4.1.1继电保护的作用13

4.1.2继电保护装置性能13

4.1.3对继电保护装置的要求13

4.1.4本厂对继电保护的要求14

4.2整定计算14

4.2.1有关参数计算下表所示：

14

4.2.2电流速断保护的动作电流整定：

15

4.2.3过电流保护的动作电流整定：

15

4.2.4过负荷保护16

5、变电所进出线和联络线的选择17

5.1高低压母线的选择17

5.2变电所进出线及邻厂联络线的选择17

5.2.110kV高压进线和引入电缆的选择17

5.2.2380V低压出线的选择18

5.2.3备用电源高压联络线的选择校验25

6、主接线方案的选择26

7、变电所的防雷保护与公共接地装置的设计27

7.1变电所的防雷保护27

7.1.1直击雷防护27

7.1.2雷电波入侵的防护27

7.2变电所公共接地装置的设计27

设计心得29

参考文献30

摘要

现代化工厂的设计是一门综合性技术，而工厂供电系统是其中重要设计内容之一，本文所探讨的就是某机械修造厂全厂总压降变电所及配电系统设计问题。

在文章里，我们认真对工厂所提供的原始资料进行了分析。

首先进行电力负荷的运算，根据功率因数的要求在低压母线侧进行无功补偿，进而对主变和各车间变压器进行选择。

同时对架空线进行了选择和校验。

在文章里，我们对10KV母线处发生短路时的短路电流进行了计算，得到了最大运行方式和最小运行方式下的短路电流。

根据本厂对继电保护的要求，进行了继电保护装置的整定计算。

关键词：

电力负荷，变压器，主接线，短路电流，继电保护

1、电力负荷计算和无功功率补偿

1.1负荷的计算

1.1.1负荷计算的内容和目的

（1）求计算负荷，是选择确定建筑物报装容量、变压器容量的依据；

（2）求计算电流，是选择缆线和开关设备的依据；

（3）求有功计算负荷和无功计算负荷，是确定静电电容器容量的依据。

1.1.2负荷计算的方法

（1）需要系数法——用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。

用于设备数量多，容量差别不大的工程计算，尤其适用于配、变电所和干线的负荷计算。

（2）利用系数法——采用利用系数求出最大负荷区间内的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数，得出计算负荷。

适用于各种范围的负荷计算，但计算过程稍繁。

1.1.3全厂负荷计算的过程

本设计各车间计算负荷采用需要系数法确定。

主要计算公式有：

有功计算负荷（kW）

无功计算负荷（kvar）:

视在计算负荷（kVA）：

计算电流（A）:

具体车间计算负荷如下表：

1.2.1全厂总负荷的计算

，根据表格可知总计算负荷：

=

功率因素：

所以需要进行无功功率补偿

2.1无功补偿容量电容选择

考虑无功功率损耗大于有功功率，取补偿后低压侧的功率因数为：

由公式

其中：

为补偿前自然因数对应正切值

补偿后功率因数对应正切值

（1）采用低压侧集中补偿的方法，为使高压侧功率因数达到0.9，则补偿后的低压功率因数应达到0.92

校正前：

；

校正后：

：

故：

取

补偿后:

=

=

（2）低压侧补偿后视在功率：

=

低压侧功率因数：

=

补偿后低压侧电流：

（1144.16~1467.06）A

高压侧:

变压器损耗：

高压侧有功功率：

高压侧无功功率

高压侧视在功率：

高压侧电流：

=

因此无功补偿后的主变压器容量初选1000KVA

（3）补偿后高压侧的功率因数为：

补偿后负荷表：

项目

计算负荷

低压侧补偿前负荷

0.72~0.73

729.41~897.26

687.25~856.77

1002.17~1240.62

1552.6~1885.0

低压侧补偿容量

―

―

―500

―

―

低压侧补偿后负荷

0.93~0.97

729.41~897.26

187.25~356.77

753.06~965.59

1144．2~1467.1

变压器功率损耗

―

11.3~14.5

45.2~58.0

―

―

高压侧补偿后负荷

0.91~0.95

740.71~911.74

232.43~414.71

776.32~1001.63

44.8~57.8

2、负荷中心、主变压器的选择

2.1变电所的位置与型式选择

变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较确定：

一、接近负荷中心；

二、进出线方便；

三、接近电源侧；

四、设备运输方便；

五、不应设在有剧烈振动或高温的场所；

六、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；

七、不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；

八、不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾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《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定；

九、不应设在地势低洼和可能积水的场所。

2.1按负荷功率矩法确定负荷中心

工厂是10kv以下，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。

在工厂的平面图下侧和左侧，分别作一条直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，p1、p2、p3……p10分别代表厂房1、2、3……10号的功率，设定p1、p2……p10并设定p11为生活区的中心负荷，如图3-1所示。

而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：

把各车间的大致坐标带入上述2个公式，得到x=5.38，y=5.38.由计算结果可知，工厂的负荷中心在5号厂房的东北角。

考虑到周围环境和进出线方便，且5号机加工车间干线分配多，所以变电所设在5号机修车间的右方。

变电所类型有室内型和室外型。

室内型运行维护方便，占地面积少。

所以采用室内型变电所。

2.2主变压器的选择

主变压器选择要求，且单台运行时能带起60%~70%负荷

即：

为满足供电的连续稳定性，故选两台变压器，根据《供配电技术》附表3，择型号为S9-800/10,低损耗变压器。

工厂所需的备用电源由邻厂的联络线来承担，主变压器的连接组别为Yyn0。

3、短路电流的计算

3.1短路及其原因、后果

短路：

指供电系统中不同电位的导电部分（各相导体、地线等）之间发生的低阻性短接。

短路是电力系统最常见的一种故障，也是最严重的一种故障

主要原因：

电气设备载流部分的绝缘损坏，其次是人员误操作、鸟兽危害等。

短路后果：

Ø短路电流产生的热量，使导体温度急剧上升，会使绝缘损坏；

Ø短路电流产生的电动力，会使设备载流部分变形或损坏；

Ø短路会使系统电压骤降，影响系统其他设备的正常运行；

Ø严重的短路会影响系统的稳定性；

Ø短路还会造成停电；

Ø不对称短路的短路电流会对通信和电子设备等产生电磁干扰等。

3.2高压电网短路电流的计算

利用标幺值法计算:

由于采用10KV电压供电，故线路电流

由设计要求中可知：

工厂使用干线的导线牌号为LGJ-150，干线首端距离本厂约6km。

干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MV·A。

此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，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。

查表得=0.358,=0.221

33.2.1确定基准值

取

而

3.2.2计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

1）电力系统（）

X1*==100/500=0.2

2）架空线路（=0.358Ω/km）

3）电力变压器,查表得故

3.2.3在k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量

1）电源至短路点的总电抗标幺值

2）三相短路电流周期分量有效值

3）其他三相短路电流

4）三相短路容量

3.2.4计算K-2点（0.4KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量

1）总电抗标幺值

2）三相短路电流周期分量有效值

3）其他短路电流

4）三相短路容量

短路电流计算结果：

短路计算点

三相短路电流/kA

三相短路容量

k-1

2.56

2.56

2.56

6.528

3.865

35.74

k-2

21.65

21.65

21.65

39.836

23.598

13.7

4．主变压器继电保护

4.1保护要求

4.1.1继电保护的作用

继电保护的主要作用是：

在电力系统范围内，按指定保护区实时地检测各种故障和不正常运行状态，及时地采取故障隔离或警告措施，力求最大限度地保证用户安全连续用电。

在现代的电力系统中，如果没有专门的继电保护装置，要想维持系统的正常运行根本不可能。

4.1.2继电保护装置性能

　　继电保护装置是保障电网可靠运行的重要组成部分，一般由感受元件、比较元件和执行元件组成。

　　继电保护装置必须具备以下4项基本性能：

①灵敏性。

　　灵敏性表示保护范围内发生故障或不正常运行状态时，继电保护装置的反应能力，通常以灵敏系数表示。

在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数。

②可靠性。

　　在规定的保护范围内发生了属于其应该动作的故障时，保护装置不应拒动作；而在任何不属于其应该动作的情况下，保护装置不应该误动作。

③快速性。

　　为防止故障扩大，减轻其危害程度，加快系统电压的恢复，提高电力系统运行的稳定性，在系统发生故障时，保护装置应尽快动作，切除故障。

④选择性。

在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。

即首先由距故障点最近的断路器动作切除故障线路，尽量减小停电范围，保证系统中无故障部分仍能正常运行。

4.1.3对继电保护装置的要求

（1）变压器的电流速断保护：

瓦斯保护不能反映变压器外部故障。

因而对于较小容量的变压器需要在电源侧装设电流速断保护，作为电源侧绕组、管套及引出线故障的主要保护，并用过电流保护作为变压器内部故障的后备保护。

（2）变压器的过电流保护：

为了反映变压器外部短路引起的过电流并作为变压器主保护的后备保护，变压器还要装设过电流保护。

（3）过负荷保护：

为了防止长期过负荷而引起的过电流，变压器要装设过负荷保护。

4.1.4本厂对继电保护的要求

根据实际情况，本厂的继电保护要求有以下三点：

（1）电流速断保护

（2）过电流保护

（3）过负荷保护

4.2整定计算

4.2.1有关参数计算下表所示：

表4-1各参数值计算表：

参数名称

计算参数值

10KV侧

0.4KV侧

变压器额定电流

I1N=

I2N=

电流互感器的接线方式

Y

电流互感器一次电流

577.4A

电流互感器型号

LRD-10，200/5

LRD-0.4,600/5

电流互感器变比

200/5=40

600/5=120

二次回路额定电流

40/40=1A

577.35/120=9.344A

表4-2电流互感器的参数

型号

额定电压

额定频率

额定二次电流

电流比

负荷

准确级次

LRD-10,200/5

10KV

50HZ

1A

200/5

0.8Ω

0.2

LRD-0.4,600/5

10KV

50HZ

1A

600/5

0.8Ω

0.2

4.2.2电流速断保护的动作电流整定：

Imax=

I

其中K为可靠系数：

取=1.3；

为接线系数z=1

为变压器低压侧母线三相短路时最大短路电流;

为电流互感器变比。

由书本《供配电技术》附表18-2得：

取：

I型继电器

I段灵敏度校验：

原则：

按保护安装处的最小运行下两相短路电流校验；

I=I

I

因此其保护灵敏系数为

S

满足规定的灵敏系数1.5的要求。

符合要求。

4.2.3过电流保护的动作电流整定：

按照躲过最大负荷电流整定计算来得到电流继电器的整定值

I

式中为电机的自动启动系数；

——继电器返回系数，取0.8~0.85；

——变压器额定电流。

整定值为2A，动作时限t=0.5S

查书本《供配电技术》图7-14和附表18-2得：

实际动作时间t

高压断路器按断速分，高速：

小于0.01S中速：

0.1~0.2S

低速：

大于0.2S,现采用高速比较多，因此得

t

由公式=t+0.05S；

t=0.7+0.01+0.05=0.706S；

其中：

为短路发热的假想时间；tt+t；

根据小运行方式下，被保护线路末端发生短路的情况进行校验

Ⅱ段灵敏度校验：

S

故符合要求

其中：

为折算到高压侧的低压侧两相短路电流最小短路电流值。

4.2.4过负荷保护

动作于发出信号，时限一般取10~15s。

动作电流按下式整定：

I

为电流互感器变比。

5、变电所进出线和联络线的选择

5.1高低压母线的选择

根据高低压侧计算电流，并参考《供配电技术》附表12-2,10KV母线选择LMY-1（40×4）即母线尺寸为：

40mm×4mm；

380V母线选择LMY-1（100×6）+80×6，即母线尺寸为：

100mm×6mm中性线尺寸为80mm×6mm。

5.2变电所进出线及邻厂联络线的选择

5.2.110kV高压进线和引入电缆的选择

（1）10kV高压进线的选择校验

采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV公干线

1）按发热条件选择校验

由=57.8A及平时温度33,查《工厂供电设计指导》表8-36，初选LJ-16型铝绞线，35时,满足要求。

2）校验机械强度

由10KV非居民区，铝绞线查《供配电技术》附表15-1，其导线最小允许截面为25mm，按发热条件选择的LJ-16铝绞线不满足要求，故改选LJ-25的铝绞线。

（2）引入电缆的选择校验

1）按发热条件选择

由=57.8A及土壤平均温度25，查《工厂供电设计指导》表8-44，初选缆芯截面为25mm的橡皮绝缘导线，其满足发热条件。

1）校验短路热稳定

计算满足热稳定的最小截面：

>不合格，故改选橡皮绝缘导线。

式中：

热稳定系数查《供配电技术》附表17得，为动作保护时间（由第4章4.2.3计算出）。

因此，所选的电缆线为：

BLX-10000-3×30

5.2.2380V低压出线的选择

（1）馈电给1号房（铸造车间）的线路

采用BLX-1000型四芯橡皮绝缘导线直接埋地敷设。

1）按发热条件选择

由，地下0.8m土壤温度为25，查《供配电技术》附表13-1，初选缆芯截面为70的BLX橡皮绝缘铝导线，其,满足发热条件。

2）校验电压损耗

=

故电压损耗满足要求。

3）短路热稳定度校验

21650A209mm

由于前面初选的导线截面70mm小于，不满足短路热稳定要求，故改选线芯截面为240mm的橡皮绝缘导线，即选BLX-1000-3×240+1×120的四芯橡皮绝缘铝导线，中性线按不小于相线一般选择。

（2）馈电给2号房（锻压车间）的线路

采用BLX-1000型四芯橡皮绝缘导线直接埋地敷设。

1）按发热条件选择

由，地下0.8m土壤温度为25，查《供配电技术》附表13-1，初选缆芯截面为120的BLX橡皮绝缘铝导线，其,满足发热条件。

2）校验电压损耗

=

故电压损耗满足要求。

3）短路热稳定度校验

21650A209mm

由于前面初选的导线截面120mm小于，不满足短路热稳定要求，故改选线芯截面为240mm的橡皮绝缘铝导线，即选BLX-1000-3×240+1×120的四芯橡皮绝缘铝导线，中性线按不小于相线一般选择。

（3）馈电给3号房（电镀车间）的线路

采用BLX-1000型四芯橡皮绝缘铜导线直接埋地敷设。

1）按发热条件选择

由，地下0.8m土壤温度为25，查《供配电技术》附表13-1，初选缆芯截面为185的BLX橡皮绝缘铜导线，其,满足发热条件。

2）校验电压损耗

=

故电压损耗满足要求。

3）短路热稳定度校验

21650A209mm

由于前面初选的导线截面185mm小于，不满足短路热稳定要求，故改选线芯截面为240mm的橡皮绝缘导线，即选BLX-1000-3×240+1×120的四芯橡皮绝缘铝导线，中性线按不小于相线一般选择。

（4）馈电给4号房（工具车间）的线路

采用BLX-1000型四芯橡皮绝缘导线直接埋地敷设。

1）按发热条件选择

由，地下0.8m土壤温度为25，查《供配电技术》附表13-1，初选缆芯截面为50的BLX橡皮绝缘铝导线，其,满足发热条件。

2）校验电压损耗

=

故电压损耗满足要求。

3）短路热稳定度校验

21650A209mm

由于前面初选的导线截面120mm小于，不满足短路热稳定要求，故改选线芯截面为240mm的橡皮绝缘导线，即选BLX-1000-3×240+1×120的四芯橡皮绝缘铝导线，中性线按不小于相线一般选择。

（5）馈电给5号房（机修车间）的线路

由于机修车间在配电所旁，共一栋建筑，采用BLX-1000型五芯橡皮绝缘导线（3根相线，一根N线，一根PE线）穿塑料管埋地敷设。

1）按发热条件选择

由，地下0.8m土壤温度为25，查《供配电技术》附表13-1，初选缆芯截面为25的BLX橡皮绝缘铝导线，其,满足发热条件。

按《低压配电设计规范》规定取PE线和N线均为16,穿线管径根据25，环境温度25度，5芯线，查《供配电技术》附表13-2，选择穿线管型号为：

PC40。

2）校验机械强度

根据穿管敷设绝缘铝导线，查《供配电技术》附表15-2，知道线芯最小截面为2.5，因此选的25的导线满足机械强度要求。

3）校验电压损耗

故电压损耗满足要求，即选BLX-1000-（3×25+1×16+PE16）-PC40的内径为40mm的穿线管五芯橡皮绝缘铝导线。

（6）馈电给6号房（装配车间）的线路

采用BLX-1000型四芯橡皮绝缘导线直接埋地敷设。

1）按发热条件选择

由，地下0.8m土壤温度为25，查《供配电技术》附表13-1，初选缆芯截面为50的BLX橡皮绝缘铝导线，其,满足发热条件。

2）校验电压损耗

=

故电压损耗满足要求。

3）短路热稳定度校验

21650A209mm

由于前面初选的导线截面50mm小于，不满足短路热稳定要求，故改选线芯截面为240mm的橡皮绝缘导线，即选BLX-1000-3×240+1×120的四芯橡皮绝缘铝导线，中性线按不小于相线一般选择。

（7）馈电给7号房（锅炉房）的线路

采用BLX-1000型四芯橡皮绝缘导线直接埋地敷设。

1）按发热条件选择

由，地下0.8m土壤温度为25，查《供配电技术》附表13-1，初选缆芯截面为120的BLX橡皮绝缘铝导线，其,满足发热条件。

2）校验电压损耗

=

故电压损耗满足要求。

3）短路热稳定度校验

21650A209mm

由于前面初选的导线截面120mm小于，不满足短路热稳定要求，故改选线芯截面为240mm的橡皮绝缘导线，即选BLX-1000-3×240+1×120的四芯橡皮绝缘铝导线，中性线按不小于相线一般选择。

（8）馈电给8号房（热处理车间）的线路

采用BLX-1000型四芯橡皮绝缘导线直接埋地敷设。

1）按发热条件选择

由，地下0.8m土壤温度为25，查《供配电技术》附表13-1，初选缆芯截面为120的BLX橡皮绝缘铝导线，其,满足发热条件。

2）校验电压损耗

=

故电压损耗满足要求。

3）短路热稳定度校验

21650A209mm

由于前面初选的导线截面120mm小于，不满足短路热稳定要求，故改选线芯截面为240mm的橡皮绝缘导线，即选BLX-1000-3×240+1×120的四芯橡皮绝缘铝导线，中性线按不小于相线一般选择。

（9）馈电给9号房（金工车间）的线路

采用BLX-1000型四芯橡皮绝缘铝导线直接埋地敷设。

1）按发热条件选择

由，地下0.8m土壤温度为25，查《供配电技术》附表13-1，初选缆芯截面为70的BLX橡皮绝缘铝导线，其,满足发热条件。

2）校验电压损耗

=

故电压损耗满足要求。

3）短路热稳定度校验

21650A209mm

由于前面初选的导线截面70mm小于，不满足短路热稳定要求，故改选线芯截面为240mm的橡皮绝缘导线，即选BLX-1000-3×240+1×120的四芯橡皮绝缘铝导线，中性线按不小于相线一般选择。

（10）馈电给10号房（仓库）的线路

采用BLX-1000型四芯橡皮绝缘铝导线直接埋地敷设。

1）按发热条件选择

由，地下0.8m土壤温度为25，查《供配电技术》附表13-1，初选缆芯截面为10的BLX橡皮绝缘铝导线，其,满足发热条件。

2）校验电压损耗

=

故电压损耗满足要求。

3）校验机械强度

根据一般低压线路，铝导线，查《供配电技术》附表15-1最小截面为=16mm

由于初选的导线截面10mm小于，不满足短路热稳定要求，故改选线芯截面为16mm的橡皮绝缘导线，即选BLX-1000-3×16+1×16的四芯橡皮绝缘铝导线。

5.2.3备用电源高压联络线的选择校验

采用聚氯乙烯绝缘铝导线，直接埋地敷设，与相距3kM邻单位10kV高压联络线相连。

二级负荷总容量为：

=131.4+285.75+176.93

=594.08

二级负荷计算电流：

1）按发热条件选择

根据计算电流为34.3A,土壤月平均温度25度，查《供配电技术》附表13-1，初选25mm的聚氯乙烯绝缘铝导线，其,满足发热条件。

2）校验电压损耗

=

故电压损耗满足要求。

3）校验机械强度

由非居民区3~10kV线路，铝导线，查《供配电技术》附表15-1最小截面为=25mm