机械厂降压变电所的电气设计.docx
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机械厂降压变电所的电气设计
1.3、无功功率补偿
由上表可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数是0.75，而供电部门要求该厂10kv进线侧最大负荷时因数不应低于0.90.考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
Qc=P30（tanφ1-tanφ2）=812.2[tan（arccos0.75）-tan（arccos0.92）]kvar=370kvar
选PGJ1型低压自动补偿屏（如图2.1所示），并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总共容量84kvar*5=420kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表所示：
项目
cosφ
计算负荷
P30/kw
Q30/kvar
S30/kva
I30/A
380v侧补偿前负荷
0.75
812.2
727.6
1090
1656
380v侧无功补偿容量
-420
380v侧补偿后负荷
0.935
812.2
307.6
868.5
1320
主变压器功率损耗
0.015S30=13
0.06S30=52
10kv侧负荷计算
0.92
825.2
359.6
900
52
1.3.1无功补偿的主要作用
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率耗损、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。
安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功补偿在电网中传输，相应减小了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。
无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。
集中补偿与分散补偿相结合，以分撒补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降压相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。
无功补偿的主要作用具体体现在：
①提高电压质量；②降低电能损耗；③提高发供电设备运行效率；④减少用户电费支出。
1.3.2无功功率补偿装置：
一般用并联电容器的方法来进行功率补偿。
2.1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。
1、装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。
2、多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。
3、高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所，当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁，并应按现行国家标准《高层民用建筑设计防火规范》有关规定，采取相应的防火措施。
4、露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所：
一、有腐蚀性气体的场所；
二、挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁；
三、附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场；
四、容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。
变电所的型式应根据用电负荷的状况和周围环境情况确定，并应符合下列规定：
一、负荷较大的车间和站房，宜设附设变电所或半露天变电所；
二、负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间内变电所或组台式成套变电站；
三、高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站；
四、负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设独立变电所，有条件时也可设附设变电所或户外箱式变电站；
五、环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在315KVA及以下时，宜设杆上式或高台式变电所。
带可燃性油的高压配电装置,宜装设在单独的高压配电室内。
当高压开关柜的数量为6台及以下时，可与低压配电屏设置在同一房间内。
不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，可设置在同一房间内。
具有符合IP3X防护等级外壳的不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，当环境允许时，可相互靠近布置在车间内。
。
室内变电所的每台油量为100kg及以上的三相变压器，应设在单独的变压器室内。
在同一配电室内单列布置高、低压配电装置时，当高压开关柜或低压配电屏顶面有裸露带电导体时，两者之间的净距不应小于2m；当高压开关柜和低压配电屏的顶面封闭外壳防护等级符合IP2X级时，两者可靠近布置。
有人值班的配电所，应设单独的值班室。
当低压配电室兼作值班室时，低压配电室面积应适当增大。
高压配电室与值班室应直通或经过通道相通，值班室应有直接通向户外或通向走道的门。
变电所宜单层布置。
当采用双层布置时，变压器应设在底层。
设于二层的配电室应设搬运设备的通道、平台或孔洞。
高（低）压配电室内，宜留有适当数量配电装置的备用位置。
高压配电装置的柜顶为裸母线分段时，两段母线分段处宜装设绝缘隔板，其高度不应小于0.3m。
由同一配电所供给一级负荷用电时,母线分段处应设防火隔板或有门洞的隔墙。
供给一级负荷用电的两路电缆不应通过同一电缆沟，当无法分开时，该电缆沟内的两路电缆应采用阻燃性电缆，且应分别敷设在电缆沟两侧的支架上。
户外箱式变电站和组合式成套变电站的进出线宜采用电缆。
配电所宜设辅助生产用房。
2.2变电所的形式（类型）：
（1）车间附设变电所
（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
我们的工厂是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：
把各车间的坐标带入（3-1）（3-2），得到x=5.38，y=5.38.由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房的西北角。
考虑到周围环境和进出线方便，决定在6号厂房的西侧仅靠厂房建造工厂变电所，器型为附设式。
3.1根据工厂的负荷情况和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：
2.类型：
我们这里选S9-630/10或S9-1000/10（下一章具体介绍选哪一台比较好）主变压器的联结组为Yyn0。
根据上面考虑的两种主变压器方案可设计出下列两种主接线方案：
4.1装设一台主变压器的主接线方案如图4-1所示：
4.2装设两台主变压器的主接线方案如图4-2所示
4.3主接线方案的技术经济比较
从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远优于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。
短路电流是供配电系统中的相间或相地之间因绝缘破坏而发生电气连通的故障状态。
它的数值可达额定电流的十余倍至数十倍，而电路由常态变为短路的暂态工程中，还出现高达稳态短路电流1．8～2．5倍的冲击电流。
会对供配电系统造成严重的破坏。
一、短路电流计算的目的及几点说明：
在供配电系统中除应采取有效技术措施防止发生短路外，还应设置灵敏、可靠的继电保护装置和有足够断流能力的断路器，快速切除短路回路，把短路危害抑制到最低限度。
为此必须进行短路电流计算，以便正确选择和整定保护装置、选择限制短路电流的元件和开关设备。
（1）由于民用建筑内所装置的元件，其容量远比系统容量要小，而阻抗则较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路时，系统母线上的电压变动很小，可认为电压维持不变。
因此，在本次计算中，都是以上述的由无限大容量电力系统供电作为前提来进行计算的。
（2）在计算高压电路中的短路电流时，只需考虑短路电流值有重大影响的电流元件如发电机、变压器、电抗器、架空线及电缆等。
由于发电机、变压器、电抗器的电阻远小于本身电抗，因此可不考虑。
但当架空线和电缆较长，使短路电流的总电阻大于总电抗1/3时，需要计如电阻。
（3）短路电流计算按金属性短路进行。
（4）短路电流计算的符号含义：
短路电流计算应求出最大短路电流值，以确定电气设备容量或额定参数；求出最小短路电流值，作为选择熔断器、整定继电保护装置和校验电动机启动的依据。
（5）短路电流的计算方法有欧姆法和标幺制法。
在此需要计算下列短路电流值：
Id-----三相短路电流周期分量有效值，KA；
Sd----三相短路容量，MVA
I〃----次暂态短路电流，既三相短路电流周期分量第一周的有效值，KA；
I∞----三相短路电流稳态有效值，KA；
Ic-----三相短路电流第一周全电流有效值，KA；
ic----三相短路冲击电流，既三相短路电流第一周全电流峰值，KA；
I0．2----短路开始到0．2s时的三相短路电流有效值，KA；
S0．2----短路开始到0．2s时的三相短路容量，MVA；
二、欧姆法计算短路电流
1.绘制计算电路及计算
2.确定短路计算基准值
设基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud=Uc=1.05UN。
UC为短路计算电压，即高压侧Ud1=10.5kv，Ud2=0.4kv，则
3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值
3.1电力系统
3.2架空线路
3.3电力变压器
式中，Sn为变压器的额定容量
因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示
4.k-1点的相关计算
4.1总电抗标幺值
4.2三相短路电流周期分量有效值
4.3其它短路电流
4.4三相短路容量
5.k-2点的相关计算
5.1总电抗标幺值
5.2三相短路电流周期分量有效值
5.3其它短路电流
5.4三相短路容量
以上短路计算结果综合图表5-1所示
6.1电气设备选择的一般原则
电气设备选择的一般原则主要有以下几条：
（1）按工作环境及正常工作条件选择电气设备。
1）根据设备所在位置（户内或户外）、使用环境和工作条件，选择电气设备型号。
2）按工作电压选择电气设备的额定电压。
3）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流。
电气设备的额定电流IN应不小于实际通过它的最大负荷电流Imax（或计算电
流Ij），即
IN≥Imax
或IN≥Ij（7—1）
（2）按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定。
为保证电气设备在短路故障时不至损坏，按最大可能的短路电流校验电气设备的动稳定和热稳定。
动稳定：
电气设备在冲击短路屯流所产生的电动力作用下，电气设备不至损坏。
热稳定：
电气设备载流导体在最大隐态短路屯流作用下，其发热温度不超过载流导体短时的允许发热温度。
（3）开关电器断流能力校验。
断路器和熔断器等电气设备担负着可靠切断短路电流的任务，所以开关电器还必须校验断流能力，开关设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量.
6.2高低压电气设备的选择
一、高压侧一次设备的选择与校验
6.2.1按工作电压选择
6.2.2
设备的额定电流IN不应小于所在的电路计算电流I30，既IN>I30
6.2.3按断流能力选择
6.2.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验
a）动稳定度校验
二、低压侧一次设备的选择与校验
同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如图6-2所示，所选数据均满足要求。
三、高低压母线的选择
查表得到10kv母线选LMY-3（40*4mm），即母线尺寸为40mm*4mm
380V母线选LMY-3（120*10）+80*6，即母线尺寸为120mm*10mm，而中性母线尺寸为80mm*6mm。
7.110kv高压进线和引入电缆的选择
7.1.110kv高压进线的选择校验
采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kv公用干线。
a）按发热条件选择由I30=Int=57.7A及室外环境温度33℃，查表得，初选LGJ-35，其35℃时的IL-149A＞I30，满足发热条件。
b）校验机械强度查表得，最小允许截面积AMIN=25mm2而LGJ-35满足要求，故选它。
由于此线路很短，故不需要检验电压损耗。
7.1.2由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验
采用JL22-10000型交联聚乙烯的铝芯电缆之间埋地敷设。
因此JL22-10000-3*25电缆满足要求。
7.2380V低压出线的选择
7.2.1铸造车间
馈电给1号厂房的线路采用VLV22-10000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。
7.2.2锻压车间
馈电给2号厂房的线路采用VLV22-10000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设（方法同上，略）。
7.2.3热处理车间
馈电给3号厂房的线路采用VLV22-10000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设（方法同上，略）。
7.2.4电镀车间
馈电给4号厂房的线路采用VLV22-10000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设（方法同上，略）。
7.2.5仓库
馈电给5号厂房的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根穿硬塑料管埋地敷设。
7.2.6工具车间
馈电给6号厂房的线路采用VLV22-10000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设（方法同上，略）。
7.2.7金工车间
馈电给7号厂房的线路采用VLV22-10000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设（方法同上，略）。
7.2.8锅炉房
馈电给8号厂房的线路采用VLV22-10000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设（方法同上，略）。
7.2.9装备车间
馈电给9号厂房的线路采用VLV22-10000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设（方法同上，略）。
7.2.10机修车间
馈电给10号厂房的线路采用VLV22-10000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设（方法同上，略）。
7.2.11生活区
7.3作为备用电源的高压联络线的选择校验
采用YJL22-10000型交联聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的临近单位变配电所的10KV母线相连。
7.3.1按发热条件选择
7.3.2校验电压损耗
由此可见满足要求电压损耗5%的要求。
7.3.3短路热稳定校验
按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25mm的交联电缆是满足热稳定要求的。
而临近单位10kv的短路数据不知，因此该连路线的短路热稳定校验计算无法进行只有暂缺。
以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表7-1所示。
8.1变电所二次回路的选择
a）高压断路器的操作机构控制与信号回路：
断路器采用手动操作机构，其控制与信号回路如《工厂供电设计指导》图6-12所示。
b）变电所的电能计量回路：
变电所高压侧装设专用计量柜，装设三项有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。
计量柜由上级供电部门加封和管理。
c）变电所的测量和绝缘检查回路：
变电所高压侧装有电压互感器。
其中电压互感器3个JDZJ-10型，组成Y0/Y0/开口Y0/Y0/的接线，用以实现电压测量和绝缘检查，其接线图见《工厂供电设计指导》图6-8.作为备用电源的高压联络线上，装有三项有功电度表和三项无功电度表、电流表，接线图见《工厂供电设计指导》图6-9。
高压进线上，也装上电流表。
低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压线路照明上装上三相四线有功电度表。
低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。
每一回路均装设电流表。
低压母线装有电压表，仪表的准确度等级应符合要求。
8.2变电所继电保护装置
8.2.1主变压器的继电保护装置
a）装设瓦斯保护：
当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应付动作于高压侧断路器。
b）装设反时限过电流保护：
采用型感应式过电流继电器，两项两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。
8.2.2动作电流整定
因此过电流保护动作电流整定为10A。
8.2.3过电流保护动作时间的整定
因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间可整定为最短的0.5s。
8.2.4过电流保护灵敏度系数的校验
8.3装设电流速断保护
8.3.1速断电流的整定：
8.3.2电流速断保护灵敏度的校验
8.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置
8.4.1装设反时限过电流保护
b）过电流保护工作电流的整定
按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。
c）过电流保护灵敏度系数
因无临近变单位电所10kv母线经联络线到本场变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，只有略。
8.4.2装设电流速断保护
亦利用GL15的速断装置。
但因无临近单位变电所联络线到本场的变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，只有略。
8.4.3变电所低压侧的保护装置
a）低压总开关采用DW15-1500/3型低压断路器，三项均装设过流脱扣器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路，脱扣器动作电流的整定可参看参考文献和其他有关手册。
b）低压侧所有出线上均采用DZ20型低压断路器控制，瞬间脱扣器可实现对线路的短路故障的保护，此限于篇幅，整定略。
9.1变电所的防雷设计
9.1.1直接防雷保护
在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。
如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在配电所外面的适当位置装设独立避雷针（器），装设高度应使其防雷保护范围保卫整个变电所。
如果变电所在其他建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。
按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻RE<10欧（表9-6），通常采用3-6根长2.5米的钢管，再装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6m，接地管间用40mm*4mm的镀锌扁钢焊接相连。
引下线用25mm*4m的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针相连接。
避雷针采用直径20mm的镀锌扁钢，长1至1.5.独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。
9.1.2雷电侵入波的防护
a）在10kv电源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器。
引下线采用25mm*4mm的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。
b）在10kv高压配电室内装设有GG-1A-54型开关柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主变压器。
主变压器主要靠此避雷器保护，防雷电波的危害。
c）在380V低压架空线的出线杆上，装设保护间隙，，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护低压架空线侵入的电雷波。
9.2变电所公共接地装置的设计
9.2.1接地电阻的要求
按《工厂供电设计指导》表9-6.此边点的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：
其中
因此公共接地电阻RE<4欧。
9.2.2接地装置的设计
采用2.5m，直径50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5m，垂直打入地下，管顶距地面0.6米，管间用40mm*4m的镀锌扁钢焊接而成。
变电所的变压器室有两条接地干线，高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接而成，接地干线均采用25mm*4mm的镀锌扁钢。
变电所接地装置平面布置图如图9-1所示，接地电阻的验算：
9.3元件明细表：
元件明细表
名称
型号
作用
数量
隔离开关
GN8-10/200
隔离高压电源
8
断路器
SN10-10Ⅰ/630
切除短路故障
3
避雷器
FS4-10
保护设备的绝缘
2
变压器
S9-630/10
改变电压
1
电流互感器
LQJ-10
测量比较大的电流
3
电压互感器
JDZJ-10
测量比较大的电压
2
熔断器
RN2-10
短路保护
2
10kv侧高压进线
LGJ-35
——
——
380v侧低压出线
VLV22-10000
——
——
此次实验让我们在学习课本知识的同时，能够有机会实践锻炼，我也是非常认真，积极努力与同学老师进行商讨，并不断从中找到自己的不足，努力发现问题并及时解决问题。
我深深懂得了要不断把所学知识学以致用，还需通过自身不断努力，不断提高自己的分析问题、解决问题的能力，同时也提高了我的专业技能，拓展了我的专业知识面，使我更加体会到要想完成一件事必须认真、踏实、勤于思考、和谨慎稳重。
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