2011級機電氣工程及其自動化專業(yè)工廠供電課程設計XX機械廠降壓變電所的電氣設計姓名:院別:專業(yè):電氣工程及其自動化學號:指導教師:2014年06月工學院課程設計評審表《工廠供電課程設計》課程設計任務書XX機械廠降壓變電所的電氣設計說明書前言課程設計是教學過程中的一個重要環(huán)節(jié),通過課程設計可以鞏固本課程理論知識,掌握供配電設計的基本方法,通過解決各種實際問題,培養(yǎng)獨立分析和解決實際工程技術(shù)問題的能力,同時對電力工業(yè)的有關(guān)政策、方針、技術(shù)規(guī)程有一定的了解,在計算、繪圖、設計說明書等方面得到訓練,為今后的工作奠定基礎。此次課程設計是某機械廠降壓變電所的電氣設計,是一個實際的設計課題,能更好的讓我們體會到實際的供配電系統(tǒng)是怎么回事。它涵蓋了本書幾乎所有的內(nèi)容,包括全廠負荷統(tǒng)計,變壓器的選擇,短路電流的計算,供電線路的選擇,供電設備的選擇,無功補償?shù)鹊?并要求畫變電所主接線圖。同時課程設計也是教學過程中的一個重要環(huán)節(jié),通過設計可以鞏固各課程理論知識,了解工廠供電設計的基本方法,了解工廠供電電能分配等各種實際問題,培養(yǎng)獨立分析和解決實際工程技術(shù)問題的能力,同時對電力工業(yè)的有關(guān)政策、方針、技術(shù)規(guī)程有一定的了解,在計算繪圖、編號、設計說明書等方面得到訓練,為以后工作奠定基礎。本設計可分為八部分:負荷計算和無功功率計算及補償;變電所位置和形式的選擇;變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇;短路電流的計算;變電所一次設備的選擇與校驗;變電所高、低壓線路的選擇;防雷和接地裝置的確定;附參考文獻。由于設計者知識掌握的深度和廣度有限,本設計尚有不完善的地方,敬請老師、同學批評指正!目錄1負荷計算和無功功率補償2變電所位置和型式的選擇3變電所主變壓器及主接線方案的選擇4短路電流的計算5變電所一次設備的選擇校驗6變電所進出線及與鄰近單位聯(lián)絡線的選擇7變電所的防雷保護與接地裝置的設計8變電所主接線電路圖9參考文獻XX機械廠降壓變電所的電氣設計(一負荷計算和無功功率補償1、負荷計算各廠房和生活區(qū)的負荷計算如表2所示。2.無功功率補償由表2可知,該廠380V側(cè)最大負荷時的功率因素只有0.72。而供電部門要求該廠10kv進線側(cè)最大負荷時功率因素不應低于0.9。考慮到主變壓器的無功損耗遠大于有功損耗,因此380V側(cè)最大負荷時功率因素應稍大于0.9,暫取0.92來計算380V側(cè)所需無功功率補償容量:QC=P30(tan?1-tan?2=770.2[tan(arccos0.75-tan(arccos0.92]kvar=370kvar參照圖1,選PGJ1型低壓自動補償屏,并聯(lián)電容器為BW0.4-14-3型,采用其方案1(主屏1臺與方案3(輔屏4臺相結(jié)合,總共容量為84kvar?5=420kvar。因此無功補償后工廠380V側(cè)和10kV側(cè)的負荷計算如表3所示。圖1PGJ1型低壓無功功率自動補償屏的接線方案(二變電所位置和型式的選擇變電所的位置應盡量接近工廠的負荷中心,工廠的負荷中心按負荷功率矩法來確定。在工廠平面圖的下邊和左側(cè),分別作一直角坐標的x軸和y軸,然后測出各車間(建筑和宿舍區(qū)負荷點的坐標位置,1P、2P、3P10P分別代表廠房1、2、3...10號的功率,設定1P(1.8,4.1、2P(2.8,2.6、3P(4.2,0.8、4P(3.0,5.0、5P(5.0,5.0、6P(5.0,3.7、7P(5.0,2.5、8P(6.9,5.0、9P(6.9,3.7、10P(6.9,2.5,并設11P(0.7,0.7為生活區(qū)的中心負荷,如圖2所示。而工廠的負荷中心假設在P(x,y,其中P=1P+2P+3P+11P=iP∑。因此仿照《力學》中計算中心的力矩方程,可得負荷中心的坐標:=++++++=iiiPxPPPPPxPxPxPxPx(113211111332211(1-1=++++++=iiiPyPPPPPyPyPyPyPy(113211111332211(1-2把各車間的坐標代入(1-1、(2-2,得到x=3.2,y=2.8。由計算結(jié)果可知,工廠的負荷中心在7號廠房(鍛壓車間的東北角。考慮到周圍環(huán)境及進出線方便,決定在7號廠房的東側(cè)緊靠廠房建造工廠變電所,器型式為附設式。圖2按負荷功率矩法確定負荷中心(三變電所主變壓器及主接線的選擇1.變電所主變壓器的選擇根據(jù)工廠的負荷性質(zhì)和電源情況,工廠變電所的主變壓器考慮有下列兩種可供選擇的方案:(1裝設一臺變壓器型號為S9型,而容量根據(jù)式30SSTN≥?,TNS?為主變壓器容量,30S為總的計算負荷。選TNS?=1000KVA>30S=843.3kVA,即選一臺S9-1000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負荷所需的備用電源,考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。(2裝設兩臺變壓器型號亦采用S9型,而每臺變壓器容量根據(jù)式(1、(2選擇,即?≈?7.0~6.0(TNS843.3kVA=(505.98~590.31kVA(1SN·T≥S30(Ⅱ=(88.6+131.5+38.1=258.2kVA(2因此選兩臺S9-400/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷所需的備用電源,考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。主變壓器的聯(lián)結(jié)組均為Yyn0。2.變電所主接線方案的選擇按上面考慮的兩種主變壓器方案可設計下列兩種主接線方案:(1裝設一臺主變壓器的主接線方案如圖3所示(2裝設兩臺主變壓器的主接線方案如圖4所示3.兩種主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟比較如表4所示。表4主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟比較變的主接線方案,但按經(jīng)濟指標,則裝設一臺主變的主接線方案遠優(yōu)于裝設兩臺主變的主接線方案,因此決定采用裝設一臺主變的主接線方案。(四短路電流的計算1.繪制計算電路如圖5所示圖5短路計算電路2.確定短路計算基礎值設Sd=100MVA,Ud=Uc=1.05UN,cU為短路計算電壓,即高壓側(cè)1dU=10.5kV,低壓側(cè)2dU=0.4kV,則kAkVMVAUSIddd5.55.1010011=?==10.5kV0.4kVkAkVMVAUSIddd1444.03100322=?==3.計算短路電路中各元件的電抗標幺值(1電力系統(tǒng)已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量ocS=400MVA,故*1X=100MVA/400MVA=0.25(2架空線路查表得LGJ-150的線路電抗kmx/36.00Ω=,而線路長10km,故26.35.10(1001036.0(2202=?Ω?==*kVMVAUSlxXcd(3電力變壓器查表得變壓器的短路電壓百分值%kU=4.5,故kVAMVASSUXNdk10001001005.4100%3?==*=4.5式中,NS為變壓器的額定容量因此繪制短路計算等效電路如圖6所示。圖6短路計算等效電路4.k-1點(10.5kV側(cè)的相關(guān)計算(1總電抗標幺值*2*11(XXXk+=*-∑=0.25+3.26=3.51(2三相短路電流周期分量有效值kAkAXIIkdk56.151.35.5*1(1*1===-∑=(3其他短路電流kAIIIk56.13(13(3(''===-∞kAkAIish98.356.155.255.23(''3(=?==kAkAIIsh36.256.151.151.13(''3(=?==(4三相短路容量MVAMVAXSSkdk49.2851.3100*1(3(1===-∑-5.k-2點(0.4kV側(cè)的相關(guān)計算25.01k-126.325.43(1總電抗標幺值*3*2*11(XXXXk++=*-∑=0.25+3.26+4.5=8.01(2三相短路電流周期分量有效值kAkAXIIkdk98.1701.8144*2(2*2===-∑=(3其他短路電流kAIIIk98.173(13(3(''===-∞kAkAIish08.3398.1784.184.13(''3(=?==kAkAIIsh60.1998.1709.109.13(''3(=?==(4三相短路容量MVAMVAXSSkdk48.1201.8100*2(3(2===-∑-以上短路計算結(jié)果綜合圖表5所示。表5短路計算結(jié)果(五變電所一次設備的選擇校驗1.10kV側(cè)一次設備的選擇校驗如表6所示。2.380V側(cè)一次設備的選擇校驗如表7所示。3.高低壓母線的選擇查表得到,10kV母線選LMY-3(40?4mm,即母線尺寸為40mm?4mm;380V母線選LMY-3(120?10+80?6,即相母線尺寸為120mm?10mm,而中性線母線尺寸為80mm?6mm。(六變壓所進出線與鄰近單位聯(lián)絡線的選擇1.10kV高壓進線和引入電纜的選擇(110kV高壓進線的選擇校驗采用TJ型銅絞線架空敷設,接往10kV公用干線。1按發(fā)熱條件選擇由30I=TNI?1=57.7A及室外環(huán)境溫度33°C,查表得,初選TJ-16,其35°C時的alI=120.62A>30I,滿足發(fā)熱條件。2校驗機械強度查表得,最小允許截面積minA=352mm,因此按發(fā)熱條件選擇的TJ-16不滿足機械強度要求,故改選TJ-35。由于此線路很短,不需要校驗電壓損耗。(2由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗采用YJ22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的銅芯電纜直接埋地敷設。1按發(fā)熱條件選擇由30I=TNI?1=57.7A及土壤環(huán)境25°,查表得,初選纜線芯截面為252mm的交聯(lián)電纜,其alI=116.1A>30I,滿足發(fā)熱條件。2校驗熱路穩(wěn)定按式CtIAAima3(min∞=≥計算滿足短路熱穩(wěn)定的的最小截面223(min25=A18.913765.01560mmmmCtIAima<=?==∞式中C查表為137;imat按終端變電所保護動作時間0.5s;加斷路器斷路時間0.1s;再加0.05s計,故imat=0.65s。因此YJ22-10000-3?25電纜滿足短路熱穩(wěn)定條件。2.380V低壓出線的選擇(1饋電給1號廠房(鑄造車間的線路采用VV22-1000型聚氯乙烯絕緣銅芯電纜直接埋地敷設。1按發(fā)熱條件需選擇由30I=134.6A及地下0.8m土壤溫度為25℃,查表,初選纜芯截面952mm,其alI=251.55>30I,滿足發(fā)熱條件。2校驗電壓損耗由圖1所示的工廠平面圖量得變電所至1號廠房距離約為37m,而查表得到952mm的銅芯電纜的0R=0.24km/Ω(按纜芯工作溫度75°計,0X=0.07km/Ω,又1號廠房的30P=64kW,30Q=61.2kvar,故線路電壓損耗為(64(0.240.03761.2var(0.070.0371.910.38NpRqXkWkUVUkV+??+???===1.91%100%0.503%380U?=?=<%alU?=5%。故滿足允許電壓損耗的要求3斷路熱穩(wěn)定度校驗23(min13511575.017980mmCIAima=?==∞不滿足短熱穩(wěn)定要求,故改選纜芯截面為1502mm的電纜,即選VV22-1000-3?150+1?95的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜,中性線芯按不小于相線芯一半選擇,下同。(2饋電給2廠房(鍛壓車間的線路,由于鍛壓車間就在變電所旁邊,而且共一建筑物,因此采用聚氯乙烯絕緣銅芯導線BV-1000型5根(包括3根相線、1根N線、1根PE線穿硬塑料管埋地敷設。1按發(fā)熱條件需選擇由30I=232.8A及環(huán)境溫度26C?,初選截面積1202mm,其alI=240A>30I,滿足發(fā)熱條件。按規(guī)定,N線和PE線也選為1202mm,與相線截面相同,即選用BV-1000-1?1202mm塑料導線5根穿內(nèi)徑80mm的硬塑管埋地敷設。2校驗機械強度查表得最小允許截面積minA=12mm,因此上面所選的1202mm的導線滿足機械強度要求。3校驗電壓損耗所選穿管線,估計長20m,而查表得0R=0.22km/Ω,0X=0.085km/Ω,又倉庫的30P=95.6kW,30Q=119.7kvar,因此(95.6(0.220.02119.7var(0.0850.031.910.38NpRqXkWkUVUkV+??+???===1.91%100%0.503%<5%380U?=?=故滿足允許電壓損耗的要求。(3饋電給3號廠房(金工車間的線路,亦采用VV22-1000-3?150+1?95的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(方法同上,從略。(4饋電給4號廠房(工具車間的線路,亦采用VV22-1000-3?150+1?95的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(方法同上,從略。(5饋電給5號廠房(電鍍車間的線路,亦采用VV22-1000-3?150+1?95的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(方法同上,從略。(6饋電給6號廠房(熱處理車間的線路,亦采用VV22-1000-3?150+1?95的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(方法同上,從略。(7饋電給7號廠房(裝配車間的線路,亦采用VV22-1000-3?150+1?95的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(方法同上,從略。(8饋電給8號廠房(機修車間的線路,亦采用VV22-1000-3?150+1?95的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(方法同上,從略。(9饋電給9號廠房(鍋爐房的線路,亦采用VV22-1000-3?150+1?95的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(方法同上,從略。(10饋電給10號廠房(倉庫的線路,亦采用VV22-1000-3?150+1?95的四芯聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜直埋敷設(方法同上,從略。(11饋電給生活區(qū)的線路采用BX-1000型銅芯橡皮絕緣線架空敷設。1按發(fā)熱條件選擇由30I=471.9A及室外環(huán)境溫度(年最熱月平均氣溫33℃,初選BX-1000-1?240,其33℃時alI≈570A>I30,滿足發(fā)熱條件。2校驗機械強度查表可得,最小允許截面積minA=6mm2,因此BX-1000-1?240滿足機械強度要求。3校驗電壓損耗查工廠平面圖可得變電所至生活區(qū)的負荷中心距離64m左右,而查表得其阻抗值與BX-1000-1?240近似等值的TJ-240的阻抗0R=0.09km/Ω,0X=0.30km/Ω(按線間幾何均距0.8m,又生活區(qū)的30P=280KW,30Q=134.4kvar,因此(280(0.090.064134.4var(0.30.06411.0340.38NpRqXkWkUVUkV+??+???===11.034%100%2.9%%5%380alUU?=?=<?=滿足允許電壓損耗要求。為確保生活用電(的照明、家電的電壓質(zhì)量,決定采用二回BX-1000-1?240的三相架空線路對生活區(qū)供電。PEN線均采用BX-1000-1?70橡皮絕緣線。重新校驗電壓損耗,完全合格。3.作為備用電源的高壓聯(lián)絡線的選擇校驗采用YJ22—10000型交聯(lián)聚氯乙烯絕緣的銅芯電纜,直接埋地敖設,與相距約2km的臨近單位變配電所的10kV母線相連。(1按發(fā)熱條件選擇工廠二級負荷容量共258.2kVA,30258.2/1014.9IkVAkVA==,最熱月土壤平均溫度為25℃。初選纜心截面為252mm的交聯(lián)聚乙烯絕緣的銅芯電纜,其alI=116.1A>30I滿足要求。(2校驗電壓損耗查得纜芯為252mm的銅kmR/91.00Ω=(纜芯溫度按80℃計,kmX/12.00Ω=,而二級負荷的30234.4PkW=,30217.2varQk=,線路長度按2km計,因此234.4(0.912217.02var(0.12247.8710kWkUVkV??Ω+??Ω?==%(47.87/10000100%0.48%5%alUVVU?=?=<?=由此可見該電纜滿足允許電壓損耗要求。(3短路熱穩(wěn)定校驗按本變電所高壓側(cè)短路電流校驗,由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗,可知纜芯252mm的交聯(lián)電纜是滿足熱穩(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)路線的短路熱穩(wěn)定校驗計算無法進行,只有暫缺。綜合以上所選變電所進出線和聯(lián)絡線的導線和電纜型號規(guī)格如表8所示。(七降壓變電所防雷與接地裝置的設計1.變電所的防雷保護(1直擊防雷保護在變電所屋頂裝設避雷針和避雷帶,并引進出兩根接地線與變電所公共接