机械厂降压变电所电气设计.docx

资源描述

机械厂降压变电所电气设计.docx

《机械厂降压变电所电气设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械厂降压变电所电气设计.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

机械厂降压变电所电气设计.docx

机械厂降压变电所电气设计

1引言

电能是现代工业生产的主要能源和动力。

电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。

因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。

电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度,改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。

从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。

因此，做好工厂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。

由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济

建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。

2设计任务及要求

2.1设计题目

机械厂降压变电所的电气设计

2.2设计要求

要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂

生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求、确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

2.3设计依据

1、工厂总平面布置图图11-2

2、工厂负荷情况

本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时数为4500h,日最大负荷持续时

间为6h。

该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属于二级负荷外，其余均属于三级负荷。

低压动力设备均为三相，额定电压为380V。

电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。

本厂的负荷统计资料如表1-1所示。

3、供电电源情况

按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10KV的

干线取得工作电源。

该干线的走向参看工厂总平面图。

该干线的导线牌号为LJ-150，导线为等边三角形排列，线距1.0m,干线首端距离本厂约8km干线首端所装设的高压短路器断流容量为360MVA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1.9s，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。

已知与本厂高压侧有电气联系的架空

线路总长度为79km电缆线路总长度为23km

4、气象资料

本厂所在地年最高温度38E，年平均气温为16C，年最低温度为-10C,年最热月平均最高温度30C,年最热月平均气温为25C,年最热月地下0.8M处平均温度25E，常年主导风向为南风，覆冰厚度是3CM年雷暴日数35天。

5、地质水文资料：

平均海拔600M地层以沙粘土为主，地下水位5M

6、电费制度

供电贴费800元/KVA。

每月电费按两部电费制：

基本电费为按主变压器容量计为18元/KVA，动力电费为0.2元/KW.H,照明电费为0.5元/KWH工厂最大负荷时功率因数不得小于0.94。

3负荷计算和无功功率补偿

3.1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。

3.2负荷计算

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（kWP30=PcKd

无功计算负荷（kvar）:

Q30=Pj0tan

视在计算负荷（kVA:

S30「P^02-Q302

计算电流（A）:

I30二S30八3Un

具体车间计算负荷如下表：

表3-1XX机械厂负荷计算表

编

号

名称

负荷类别

设备容

量/KW

需^＜系

数Kd

cos

①

tan

①

计算负荷

P30/KW

QMkvar

S30/KVA

130/A

铸造车间

动力

300

0.32

0.69

1.05

100.8

照明

0.78

1.0

4.68

小计

306

100.68

100.8

142.47

216.5

锻压车间

动力

280

0.20

0.62

1.27

71.12

照明

0.81

1.0

7.29

小计

289

63.29

71.12

95.2

144.6

金工

动力

310

0.28

0.61

1.30

86.8

112.8

车间

照明

0.75

1.0

7.5

小计

320

94.3

112.8

147.03

223.4

工具车间

动力

340

0.29

0.64

1.20

98.6

118.3

照明

0.74

1.0

3.7

小计

345

102.3

118.3

156.4

237.0

电镀

车间

动力

180

0.50

0.72

0.96

86.4

照明

1.86

1.0

11.16

小计

186

101.16

86.4

133.03

201.6

热处理车间

动力

130

0.51

0.77

0.83

66.3

55.03

照明

0.81

1.0

6.48

小计

138

72.78

55.03

91.2

138.3

装配车间

动力

110

0.31

0.69

1.05

34.1

35.8

照明

0.81

1.0

6.48

小计

118

40.58

35.8

54.1

82.0

机修车间

动力

150

0.29

0.63

1.23

43.5

53.5

照明

0.79

1.0

2.37

小计

153

45.87

53.5

70.5

106.8

刖房

动力

0.65

0.72

0.96

49.92

照明

0.90

1.0

1.8

小计

53.8

49.92

73.4

111.2

仓库

动力

0.78

0.84

0.65

11.7

7.6

照明

0.74

1.0

0.74

小计

12.44

7.6

14.6

22.1

生活区

照明

310

0.74

0.95

0.33

229.4

75.7

241.6

366

总计

（380V

侧）

动力

1895

916.6

766.97

照明

368

K即=0.8

K占=0.85

0.64

1.20

733.3

651.9

981.2

1486.6

3.3无功功率补偿

由表1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数cos「=0.64<0.9,因此需要

进行功率补偿。

由公式可知：

QN.c=PC'（ta-tan®2）式中

tan――补偿前的自然平均功率因数对应的正切值

tan;：

2――补偿后的功率因数对应的正切值

采用低压侧集中补偿的方法，为使高压侧功率因数达到0.94，则补偿后的低

压功率因数暂取0.95

校正前cos1=0.64,tan1=1.20校正后cos2=0.95,tan2=0.33

Qn.c=733.3X（1.20-0.33）=637.971Kvar

参照图2-6，选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为0.4-14-3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84kvarX5=420kvar<因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的计算负荷如表3-2所示。

无功补偿后无功负荷为Qc=Q30-420Kvar=231.9Kvar

补偿后的功率因数为:

满足要求

cos"Pc二一916・6—巾97>0.95

FC2Qc2.916.62231.92

补偿后的负荷如下表

表3-2无功补偿后的计算负荷

项目

cos①

计算负荷

P30/KW

Qo/kvar

S30/KVA

130/A

380V侧补偿前负荷

0.64

733.3

651.9

981.2

1486.6

380V侧无功补偿容

—420

量

380V侧补偿后负荷

0.97

733.3

231.9

769.1

1165.3

主变压器功率损耗

O.O15S3o=11.5

O.O6Sao=46.1

10KV侧负荷总计

0.95

744.8

278

795

45.9

4变电所的位置与型式选择

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.即在工厂平面图的下边和左侧，任作一直角坐标的X轴和丫轴，测出各车间和

P3（x3,y3）等.而工厂的负何

宿舍区负荷点的坐标位置,例如F1（X1,y1）、F2（x2,y2）

中心设在P（x,y）,P为R+R+R+…=EF.

P1X1■P2X2■P3X3…

P1P2P3

'（PiXi）

、Pi

（4.1）

x（Piyi）

vPi

（4.2）

P1y1P2y2'P3y3

P1P2P3

按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表4-1所示

表4-1各车间和宿舍区负荷点的坐标位置

坐标轴

生活区

X（cm）

2.3

5.8

6.3

4.7

7.2

9.5

10.8

0.9

Y（cm）

3.1

5.6

7.4

2.1

5.8

7.6

2.4

4.1

7.8

8.1

由计算结果可知，x=4.3，y=5.5工厂的负荷中心在5号厂房的东面（参考图11-2）。

考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在5号厂房的东侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。

5变电所主变压器和主结线方案的选择

5.1变电所主变压器的选择

根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供

选择的方案：

（1）装设一台主变压器型式米用S9型，而容量根据式Sn.t_S30，选Sn，t=1000kVA>S=795kVA即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。

至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

（2）装设两台主变压器型号亦采用S9,而每台变压器容量按式y哑和式送Pi

且S

（0.6~0.7）795：

（477~556.5）kVA

N.T

因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。

工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

主变压器的联结组均采用Yyn0。

5.2变压器主接线方案的选择

按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：

（1）装设一台主变压器的主接线方案，如图5-1所示

（2）装设两台主变压器的主接线方案，如图5-2所示

^Y4\

Lft

-L

GGZU4

[]

GB-1A0G-1A（JJ-03CD-5^

6G-1A

GG-L4（n-D7

图5-1装设一台主变压器的主接线方案

COASTS

^alu-3—s

m-rsls

一

2EfllZ3BflV

GG-1MD-LE3GGrl^FJ-llGG-lXO）Hnffi-lfttFMSGGTAffl-07GGTAF〕-5^

图5-2装设两台主变压器的主接线方案

5.3两种主接线方案的技术经济比较

表5-1两种主接线方案的比较

比较项目

装设一台主变的方案

装设两台主变的方案

技术指标

供电安全性

满足要求

「满足要求

供电可靠性

基本满足要求

P满足要求

供电质量

由于一台主变，电压损耗较大

由于两台主变并列，电压损耗小

灵活方便性

只一台主变，灵活性稍差

由于有两台主变，灵活性较好

扩建适应性

稍差一些

更好一些

经

济

指

电力变压器的综合投资

由手册查得S9—1000/10单价为15.1万元，而由手册查得变压器综合投资约为其单价的2

倍，因此其综合投资为2X15.1万兀=30.2万兀

由手册查得S9-630/10单价为

74700元，因此两台综合投资为4X74700元=298800元，比一台变压器多投资83600元

高压开关柜（含计量柜）的综合投资额

查手册得GG—A（F）型柜按每台4万元计，查手册得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为4X1.5X4=24万元

本方案米用6台GG-A（F）柜，其综合投资额约为6X1.5X

4=36万兀，比一台主变的方案多投资12万元

标

电力变压器和咼压开关柜的年运行费

参照手册计算，主变和高压开关柜的折算和维修管理费每年为6.2万元

主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为8.94万元，比一台主变的方案多耗274万

元

供电贴费

按800元/KVA计，贴费为1000

X0.08=80力兀

贴费为2X800X0.08万元

=128万兀，比一台主变的方案多交48万兀

从表5-1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，则装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设两台主变的方案。

6短路电流的计算

6.1绘制计算电路

如图6-1本厂的供电系统采用两路电源供线，一路为距本厂8km的变电站经LJ-150架空线，该干线首段所装高压断路器的断流容量为360MVA;一路为邻厂高压联络线。

下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。

K-1（3）K-2

360MVA⑵「严「

LJ-150,8km[亠丿

10.5kVS9-10000/kv

图6-1短路计算电路

6.2确定短路计算基准值

设&=100MVA，Ud=Uc=1.05Un，即高压侧Ud1=10.5V，低压侧

ud2=0•冰V则

1d1

100MVA

■3ud1

=-=5.5kA

310.5kV

£=100MVA

3Ud230.4kV

=144kA

6.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值

（1）

电力系统

已知Sc=360MVA故

X*=100MVA/360MVA=0.28

架空线路

查表8-37，得LJ-150的X。

二0.32“/km，

而线路长8km故

（3）

电力变压器

X2=（0.328”誰阱

-2.32

查表2-8，得Uz%=4.5，故

、，*4.5100MVA

X34.5

1001000kVA

因此绘短路计算等效电路如图6-2所示。

0.28

k-11

k-2

2.32

4.5

图6-2等效电路

6.410KV侧三相短路电流和短路容量

（1）总电抗标幺值

X；（k4）=X；X；=0.282.32=2.6

（2）三相短路电流周期分量有效值

|（3）

1k4

*d1=5^^^-2.12kA

X\（kj）2.6

（3）其他短路电流

I'叽I（3）

=1跆）=2.12kA

iSh=2.55l"⑶=2.552.12kA=5.406kA

lS?

=1.511"⑶=1.512.12kA=3.2kA

（4）三相短路容量

100MVA

k-4）

2.6

-38.5MVA

6.5380KV侧三相短路电流和短路容量

（1）总电抗标幺值

（2）=x；X；X；=0.282.324.5=7.1

144kA

7.1

=20.3kA

（2）三相短路电流周期分量有效值

I⑶Id2

1心*

X'（k/）

（3）其他短路电流

=IC20.3kA

iSh=1.84I''（3）=1.8420.3kA=37.35kA

iSh=1.091"⑶=1.0920.3kA=20.13kA

（4）三相短路容量

（2）

100MVA

7.1

-14.10MVA

以上计算结果综合如表6-1

表6-1短路的计算结果

短路计算点

三相短路电流/kA

三相短路容量/MVA

1（3）

I"（3）

I（3）

IoQ

（3）

ish

1（3）

Ish

k-1

2.6

5.406

3.2

38.5

k-2

20.3

37.35

20.13

14.10

7变电所一次设备的选择校验

7.110KV侧一次设备的选择校验

1.按工作电压选则

设备的额定电压UNe一般不应小于所在系统的额定电压Un，即Une-UN，高

压设备的额定电压Une应不小于其所在系统的最高电压Umax，即UnUmax。

2.按工作电流选择

设备的额定电流INe不应小于所在电路的计算电流丨30，即iNe-丨30

3.按断流能力选择

设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc，对分断短路电流的设备来说，不应小

于它可能分断的最大短路有效值lk3）或短路容量sk3），即

Ioc_ik3）或S03）—sk3）

对于分断负荷设备电流的设备来说，则为loc_l°Lmax，IOLmax为最大负荷电流

4•隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验

a）动稳定校验条件

imax

-iS3）或I

max

（3）sh

imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，iSJ>lS3）分别为开关所处

的三相短路冲击电流瞬时值和有效值

b）热稳定校验条件|/=1（3）1说

对于上面的分析，如表7-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求

表7-110kV侧一次设备的选择校验

选择校验项目

电压

电流

断流能力

动态定度

热稳定度

其它

装置地点条件

参数

I（3）

I⑶

Ish

[（3）2t

1oQlima

数据

10kV

57.7A

（I（1NT）

）

2.6kA

5.406k

2.6^2.1=

14.196

一次设备型号规格

额定参数

UNe

Ioc

imax

It2t

高压少油断路器

SN10-10I/630

10kV

630kA

16kA

40kA

162汇2=512

咼压隔离开关

GN8-10/200

10kV

200A

25.5kA

102汇5=500

高压熔断器

RN2-10

10kV

0.5A

50kA

电压互感器

JDJ-10

10/0.1

电压互感器

JDZJ-10

10/0.1

/°dkV丽

电流互感器

LQJ-10

10kV

100/5A

22^2

x0.1kA

=31.8

（90述0.1）2疋1

=81

二次负荷

0.6Q

避雷针FS4-10

10kV

户外隔离开关

GW4-12/400

12kV

400A

25kA

102汇5=500

7.2380V侧一次设备的选择校验

同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表7-2所示，所选数据均满足要

求。

表7-2380V侧一次设备的选择校验

选择校验项目

电压

电流

断流能力

动态定度

热稳定度

其它

装置地点条件

参数

I（3）

Ish

1⑶2

1oOiima

数据

380V

总

1165.3

20.3kA

37.35k

20.3冬0.7=

288.463

一次设备型号规格

额定参数

Une

UNe

Ioc

imax

It2t

低压断路器

DW15-1500/3D

380V

1500A

40kA

低压断路器

DW20-630

380V

630A

（大于

I30）

30Ka

（一般）

低压断路器

DW20-200

380V

200A

（大于

I30）

25kA

低压断路

HD13-1500/30

380V

1500A

电流互感器

LMZJ1-0.5

500V

1500/5

电流互感器

LMZ1-0.5

500V

100/5A

160/5A

表7-2所选一次设备均满足要求

7.3高低压母线的选择

参照表5—28,10kV母线选LMY-3（404），即母线尺寸为40mm4mm；38

展开阅读全文