1、山東理工大學(xué)供配電實用技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：某機械廠降壓變電所的電氣設(shè)計電氣與電子工程學(xué)院設(shè)計題目某機械廠降壓變電所的電氣設(shè)計二、設(shè)計要求要求根據(jù)本廠所取得的電源及本廠用電負荷的實際情況，并適當(dāng)考慮到工廠生產(chǎn)的 發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的要求，確定變電所的位置與型式，確定變 電所主變壓器的臺數(shù)與容量，選擇變電所主接線方案及高低壓設(shè)備與進出線，確定二次 回路方案，選擇整定繼電保護裝置，確定防雷和接地裝置。最后按要求寫出設(shè)計說明書， 繪制設(shè)計圖紙。三、設(shè)計依據(jù)1）工廠負荷情況：本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負荷利用時數(shù)為 4000h,日最大負荷持續(xù)時間為4h。 該廠除鑄造車間、電

2、鍍車間和鍋爐房屬于二級負荷外，其余為三級負荷。低壓動力設(shè)備 均為三相，額定電壓為 380V。照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V。本廠的負荷統(tǒng)計資料如圖所示。2）供電電源情況：按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽訂的供用協(xié)議規(guī)定， 本廠可由附近一條 10kV 的公用電源 干線取得工作電源。該干線的走向參考工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線型號為LGJ-95,導(dǎo)線 為等邊三角形排列，線距為1m,干線首端距本廠8km，該干線首端所裝高壓斷路器的斷 流容量為500MVA，此斷路器配備有定時限過電流保護和電流速斷保護，其定時限過電 流保護整定的動作時間為1.5s。為滿足工廠二級負荷的要求，可采用高壓或低壓聯(lián)絡(luò)線 由

3、鄰近的單位取得備用電源。 已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長度達 150km， 電纜線路總長度 25km。3）氣象資料：本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為 38C,年平均氣溫為23C,年最低氣溫為15C,年最 熱月平均最高氣溫為32C，年最熱月平均氣溫為28T，年最熱月地下0.8m處平均氣溫 為21C。年主導(dǎo)風(fēng)向為東北風(fēng)，年雷暴日數(shù)為 12。4）地質(zhì)水文資料：本廠所在地區(qū)平均海拔120m地層為沙粘土為主，地下水位為 3m5）電費制度：本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T達成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計量電能，設(shè)專用計量柜，按 照兩部電費制度繳納電費。每月基本電費按主變壓器容量為4元/kVA，動力電費為0.6元/kW

4、h,照明電費為0.55元/kWh。本廠最大負荷時的功率因數(shù)不得低于 0.9。6 ）工廠總平面圖見下圖：工廠負荷統(tǒng)計資料表:序號用電名稱負荷性質(zhì)設(shè)備容量kW需要系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間動力2300.20.40.650.7照明50.70.91.02鍛壓車間動力3000.20.30.60.65照明60.70.91.03金工車間動力2400.20.30.60.65照明60.70.91.04工具車間動力2000.20.40.60.65照明50.70.91.05電鍍車間動力3200.40.60.70.8照明60.70.91.06熱處理車間動力1800.40.60.70.8照明50.70.91.07裝配車間動

5、力1200.30.40.650.7照明50.70.91.08機修車間動力1300.20.30.60.7照明40.70.91.09鍋爐房動力800.40.60.60.7照明20.70.91.010倉庫動力250.20.30.60.7照明10.70.91.011宿舍2000.60.81.0總平面圖大-TJ廠比例1； 2000四、設(shè)計任務(wù)要求在規(guī)定的時間完成下列工作量：1設(shè)計說明書包含：1）目錄2）前言3）負荷計算和無功功率補償4）變電所位置和型式的選擇5）變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的確定6）短路電流計算7）變電所一次設(shè)備的選擇與校驗8）變電所所址選擇及平面布置圖（不畫剖面圖）9）專題：變

6、壓器繼電保護整定計算（或防雷選擇與計算）10）參考文獻2、設(shè)計圖紙變電所主接線圖一 A3 ，五、設(shè)計時間2011年11月1日至2011年 12月 9日六、考核方法 成績按五級考核，分為優(yōu)、良、中、及格和不及格。 成績包括：設(shè)計說明書 50分圖紙 20分答辯 30分其他沒有說明的事情可根據(jù)具體情況處理。指導(dǎo)教師： 鄧洪偉2011年 11月 1日前言為使工廠供電工作很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(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， 本設(shè)計在大量收集資料， 并對原始資料進行分析后， 做出 35kV 變電所 及變電系統(tǒng)電氣部分的選擇和設(shè)計，使其達到以下基本要求：1、安全 在電能的供應(yīng)、分配和使

7、用中，不發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。2、可靠 滿足電能用戶對供電可靠性的要求。3、優(yōu)質(zhì) 滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求4、經(jīng)濟 供電系統(tǒng)的投資少，運行費用低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗 量。此外，在供電工作中，又合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長遠等關(guān)系，既照顧局部 的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點，顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。按照國家標(biāo)準(zhǔn) GB50052-95供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)、GB50059-9235110kV變電所設(shè)計規(guī)、 GB50054-95 低壓配電設(shè)計規(guī)等的規(guī)定，工廠供電設(shè)計遵循以下原則：1 、遵守規(guī)程、執(zhí)行政策； 遵守國家的有關(guān)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有

8、色金屬 等技術(shù)經(jīng)濟政策。2、安全可靠、先進合理； 做到保障人身和設(shè)備的安全，供電可靠，電能質(zhì)量合格，技術(shù)先進和經(jīng)濟合理，采用效 率高、能耗低和性能先進電氣產(chǎn)品。3、近期為主、考慮發(fā)展； 根據(jù)工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠期發(fā)展的關(guān)系，做到遠近結(jié)合， 適當(dāng)考慮擴建的可能性。4、全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。 按負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計方案。工廠供電設(shè) 計是整個工廠設(shè)計中的重要組成部分。工廠供電設(shè)計的質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn)及發(fā) 展。目錄一、負荷計算和無功功率補償 8 1 負荷計算 8 2 無功功率補償 錯.誤 !未定義書簽。二、變電所主變壓器和主結(jié)線方案的

9、選擇 111變電所主變壓器選擇 122變壓器主結(jié)線方案的選擇 123兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟比較 13三、變電所短路電流的計算 141 繪制計算電路 錯.誤 !未定義書簽。2 確定基準(zhǔn)值 錯 誤 !未定義書簽。3 短路電路中各元件的電抗標(biāo)么值 錯. 誤 !未定義書簽。4 10.5KV 側(cè) k-1 點的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量 錯誤 ! 未定 義 書簽。5 0.4KV 側(cè) k-2 點的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量 錯誤 ! 未定義書 簽。四、變電所一次設(shè)備的選擇校驗 錯. 誤!未定義書簽。1 10KV 側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 錯. 誤 !未定義書簽。2 380V 側(cè)一次設(shè)備

10、的選擇校驗 錯. 誤 !未定義書簽。五、變電所二次回路的選擇及繼電保護的整定 錯誤 !未定義書簽。1 二次回路選擇 錯.誤 !未定義書簽。2 繼電保護的整定 錯.誤 !未定義書簽。附錄：參考文獻附錄：變電所主接線圖圖紙.錯誤!未定義書簽負荷計算和無功功率補償錯誤!未定義書簽1 負荷計算負荷計算在負荷計算時，采用需要系數(shù)法對各個車間進行計算，并將照明和動力部分分開計算，照明部分最后和宿舍區(qū)照明一起計算。單組用電設(shè)備計算負荷的計算式有功計算負荷P Pe Kd無功計算負荷Q P tanPS視在計算負荷S 計算電流I cosv3U NSj .Pj2Qj2運用公式對各車間進行負荷計算如下表。表1工廠負荷

11、計算表序用電負荷設(shè)備需要功率因tan ©計算負荷號名稱性質(zhì)容量kW系Kd數(shù)數(shù)©P3C/kWQ30/kvarS3c/kvarI30/A1鑄造動力2300.30.651.176980.73106.15161.3車間照明50.81.004046.12鍛壓動力3000.30.61.3390119.7150228車間照明60.81.004.804.87.33金工動力2400.30.61.337295.76120182車間照明60.81.004.804.87.34工具動力2000.30.61.336079.8100151.9車間照明50.81.004046.15電鍍動力3200.50.

12、71.02160163.2228.57347.3車間照明60.81.004.804.87.36熱處動力1800.50.71.029091.8128.57195.3理車照明50.81.004046.1間7裝配動力1200.40.651.174856.1673.85112.2車間照明50.81.004046.18機修動力1300.30.61.333951.876598.8車間照明40.81.003.203.24.99鍋爐動力800.50.61.334053.266.7101.3房照明20.81.001.601.62.410倉庫動力250.30.61.337.59.97512.519照明10.81.

13、000.800.81.211宿舍2000.71.001400140212.7合計851.5802.212271865有功負荷同時系數(shù)80976211111688取kP 0.95無功負荷同時系數(shù)取kq 0.95說明：考慮到發(fā)展性原則以及安全性原則，本表中所有需要系數(shù)均取最大值，所有 功率因數(shù)均取最小值。變壓器損耗估算 Pb=1%S0=0.01 1111=11.11kw Qb=5%l30=0.05 1688=84.4kvar2 無功功率補償由表1可知，該廠380V側(cè)最大負荷是的功率因數(shù)只有 0.728.而供電部門要求該廠 10KV進線側(cè)最大負荷是功率因數(shù)不應(yīng)該低于 0.90?？紤]到變壓器的無功功率

14、損耗 Qb 遠遠大于有功功率損耗 Pb因此，在變壓器的10kV側(cè)進行無功功率補償時，其補償后 的功率因素應(yīng)稍大于0.9，現(xiàn)設(shè)cos© =0.9,則10kV 側(cè)在補償前的功率因素為 :cos 1 P30 /S30=809/1111=0.728因此，所需要的補償容量為：Qc P30 (tg 1 tg 2)809 (tg arccos0.728 tg arccos0.97)559kvar選取 Qc 410k var 選并聯(lián)電容器為 BCMJ0.4143 型， 總共容量14kvar 40=560kvar。10kV 側(cè)在補償后的負荷及功率因素計算：Pjg P30Pb 809 11.11 820

15、.11kWQjg Q30Qb Qc 762 84.4 560 286.4k varSjgPjg2Qjg2820.112 286.42 8687Kvacos 2 Pjg/Sjg=820.11/868.7=0.94因此無功功率補償后工廠380V側(cè)和10V側(cè)的負荷計算如表2表2無功功率補償后工廠的計算負荷計算負荷項目cos©P30/kwQ30/kvarS30/kvaI30/A380V側(cè)補償前負荷0.72880976211111688380V側(cè)無功補償容量-560380V側(cè)補償后負荷0.978092028341267主變壓器功率損耗11.1184.410KV側(cè)負荷總計0.94820.1128

16、6.4868.750.2二、變電所位置和型式的選擇本處雖然老師給出了負荷中心的位置，但是由于負荷中心與工廠的所有車間都隔著一條 大街，而且，變電所屬于易燃易爆場所，應(yīng)該遠離宿舍區(qū)域。最后，變電所在廠區(qū)外不 便于管理，故我選擇靠近負荷中心的位置車間 1與車間4車間5之間的位置，大致符合 變電所選址標(biāo)準(zhǔn)：（1）盡量靠近負荷中心。（2）進出線方便（靠近工廠外圍）。（3）接近電源側(cè)。(4)設(shè)備運輸方便(靠近工廠大門)。(5)工廠廠區(qū)常年東北風(fēng)。變電所選取在東北方位，處于上風(fēng)頭，不會有太多的雜質(zhì)積聚。(6)不靠近廁所浴室變電所位置如下圖圖一低壓配電所工廠宿舍區(qū)鄰廠10北街某機械廠總平面圖比例1 : 20

17、0011551廠區(qū)116111117廠門廠門負荷中心圖一變電所主變壓器和主結(jié)線方案的選擇1. 變電所主變壓器選擇 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可有下列兩種方案：(1) 裝設(shè)一臺主變壓器型式采用 S9系列的，選SN.T=100KVA>S30=868.7KVA , 即 選一臺S9100/10(6)型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負荷的備用電源，由與鄰近 單位相聯(lián)的低壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。(2) 裝設(shè)兩臺主變壓器型號采用 S9系列的變壓器，而每臺容量為：Sn.t (06:0.7) 868.7kva(520:60&SNT S30()(132 160 44.4) kar 3

18、36.4kar因此選每臺臺變壓器的容量為630kar因此選兩臺S9630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷的備用電源由與鄰近單 位相聯(lián)的低壓聯(lián)絡(luò)線承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組別均采用Y, yn0 o2. 變壓器主結(jié)線方案的選擇按上面考慮的兩種主變壓器的方案可設(shè)計下列兩種主結(jié)線方案:(1) 裝設(shè)一臺主變壓器的主結(jié)線方案 如圖1(2) 裝設(shè)兩臺主變壓器的主結(jié)線方案 如圖2裝設(shè)兩臺主變的主結(jié)線方案變壓所主接線圖如下圖:變配電所總體布置如下:HQF1FV1TV1TV2QF5高低壓側(cè)均為單母線分 段的變電所主接線圖10KV電源進線LQF2QF3CKA6T2QF4220/380V(3) 兩種主結(jié)線方案的技術(shù)

19、經(jīng)濟比較圖4短路計算電路表3兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟比較廠比較項目裝設(shè)一臺主變的方案裝設(shè)兩臺主變的方案H1技術(shù)供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質(zhì)量由于一臺主變電壓損耗大兩臺并聯(lián)，電壓損耗略小靈活方便性只一臺主變，靈活性稍差靈活性較好擴建適應(yīng)性稍差一些幾乎不能再擴建更好一些經(jīng)濟投資金額投資低投資咼從上表可以看出，裝設(shè)兩臺主變的主結(jié)線方案略優(yōu)于裝設(shè)一臺主變的主結(jié)線方案, 裝設(shè)一臺主變的方案不能滿足發(fā)展的需要，因此決定采用裝設(shè)兩臺主變的方案。四變電所短路電流的計算繪制短路計算電路1.確定短路計算基準(zhǔn)值設(shè)Sd100MVA，Ud Uc 1.05Un，即高壓側(cè) Ud1 10.5

20、kV，低壓側(cè) Ud2 0.4kV，則ISd100 MVA55kAd1-3Ud1 -3 10.5kVd2Sd100MVA、3Ud23 0.4kV144kA2.計算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值（1）電力系統(tǒng) 已知Soc=500MVA故X1 100MVA 500MVA 0.2（2）架空線路 LGJ-95的X0=0.36,而線路長6km,故X；0.36 62.16（3）電力變壓器 查表2-8，得Uz%=4.5，故K-22/2.16(1)0.2SdI(3)k 23/3. 55圖5i sh1 shX2XiIshXi:i shX3X2| "(3)1 d21 di| "(3)X (k 2)

21、X (k 2)1 k 1X (k 1)X (k 1)X ( k 1)4.5 100 MVAX3 而"1/0.2(2)三相短路電流周期分量有效值(3)其他短路電流(4)三相短路容量(2)三相短路電流周期分量有效值(3)其他短路電流因此繪短路計算等效電路如圖5.2所示。等效電路3.10KV側(cè)三相短路電流和短路容量2.16 2.361.51I '1.51 2.33kA3.52kA100MVA 42.37MVA2.364. 380KV側(cè)三相短路電流和短路容量(1)總電抗標(biāo)幺值0.2 2.16 3.55 5.91144kA24.37kA5.91I I (為 24.37kA總電抗標(biāo)幺值2

22、.33kAI(3)1) 2.33kA2.55I ''(3)2.55 2.33kA5.94kA1.84I1.8424.37kA44.84kA1.09I ''(3)1.0924.37kA26.56kA5.5kA2.36(4)三相短路容量Sd*X (k 2)100MVA5.9116.9MVA以上計算結(jié)果綜合如表5.1表5.1短路的計算結(jié)果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAI (3)1 kI "(3)I (3)i (3)i shI (3)1 shU Nk-12.332.332.335.943.5242.37k-224.3724.3724.3744

23、.8426.5616.9五變電所一次設(shè)備的選擇校驗1. 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 如表6.1所示。表5 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗壓 電流 電流力 斷能穩(wěn)度 動定穩(wěn)度 熱定他 其裝數(shù)參NUNK2O12 a53324一 次設(shè)備型號規(guī)格數(shù) 參 定 額高Skv O10A36kA61K2關(guān)00離0/口3 一壓G高kv o10Ao2OO5口昔 5 斷0/ 熔-1 壓N2 高Rkv o15A aO1B J器O 感- 流g 電81心0°Q二荷器 雷 避kv o1壓00 高關(guān)GG2 式開15 離4- 外隔W 戶Gkv-O50n表5所選一次設(shè)備均滿足要求2. 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗如表6所

24、示。表6 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗壓 電流 電流力 斷能穩(wěn)度 動定穩(wěn)度 熱定他 其裝數(shù)參NUKshaIL2 Q一次設(shè)備型號規(guī)格數(shù) 參 定 額83kA83kA O383kA5283器感M 流MZ 電LO5器.5 感-O 如ZZ 流_M 電LO5O 61 1表6所選一次設(shè)備均滿足要求。六變電所進出線的選擇1. 10kV高壓進線的選擇（1）10kV高壓進線的選擇校驗采用LJ-50型鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kV公用干線。1）按發(fā)熱條件選擇 由I30 Iint50.2A及室外環(huán)境溫度30 C，初選LJ-16，其30攝氏度時的Ial 99 I30滿足發(fā)熱條件。2） 校驗機械強度查表得最小允許截面Ami

25、n 35mm2，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-50 o由于此線路很短，不需校驗電壓損耗。3）校驗短路熱穩(wěn)定按式C M計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面W（3） - tima'1.65222Amin I（2330mm 34.4mm A 50mmC87式中C值由附表7查得；垢玄按終端變電所保護動作時間1.5S，加斷路器斷路時間0.1S，再加 0.05s 計，故。tima 1 .65因此LJ50-3 50電纜滿足短路熱穩(wěn)定條件。2. 380V低壓出線的選擇由于本設(shè)計中含有十個車間外加一個工廠，眾多線路校驗比較麻煩，而且各個工廠功率 相近，再考慮到發(fā)展性原則，為方

26、便各個車間以后擴建，所以，本處只校驗5號車間電鍍車間進行選線。（1）饋電給5號車間（鑄造車間）的線路 采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地 敷設(shè)。1） 按發(fā)熱條件選擇由G 354.6A及地下0.8m 土壤溫度25 C，查表，初選芯線截面185mm 2，其lai 540A130，滿足發(fā)熱條件。2） 校驗電壓損耗由圖3.1所示工廠平面圖量得變電所至 5號廠房距離約為p得:Un30m而查得185mm2的銅芯絕緣導(dǎo)線R。0.12 /km （按纜芯工作溫度65度），X=0.18164.8kW (0.12* 0.03)163.2kW (0.18 0.03) o oox/ 3.88V0.38kV3.88

27、V 100%1% Ual%5%. km，又 5 號廠房的 P30164.8kW，Q30 163.2kvar，因此按式 UU %380V故滿足允許電壓損耗的要求。3）短路熱穩(wěn)定度校驗按式CM計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面AI (3) timaAmi n丨亠C1652224370mm 279.5mm112由于前面按發(fā)熱條件所選185mm2的纜心截面小于Amin，所以 滿不足短路熱穩(wěn)定要求,故選芯截面為300mm2的線，即選BLX-300型橡皮絕緣銅線.所以 所有車間和宿舍區(qū) 選用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。表5.1變電所進出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格線路名稱導(dǎo)線或電纜的型號規(guī)格10

28、kV電源進線LJ-50鋁絞線（三相三線架空）380V 低 壓 出 線至1號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至2號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至3號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至4號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至5號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至6號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至7號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至8號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至9號廠房采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至10號廠房采用BLX-30

29、0型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。至生活區(qū)采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。與鄰近單位380V聯(lián)絡(luò)線采用BLX-300型橡皮絕緣銅線直接埋地敷設(shè)。七變壓所的防雷保護1. 防雷裝置意義雷電引起的大氣過電壓會對電器設(shè)備和變電所的建筑物產(chǎn)生嚴重的危害，因此，在 變電所必須采取有效的防雷措施，以保證電器設(shè)備的安全。下面分情況對防雷裝置進行 選擇。2. 直擊雷的防治根據(jù)變電所雷擊目的物的分類，在變電所的中的建筑物應(yīng)裝設(shè)直擊雷保護裝置。在 進線段的1km長度進行直擊雷保護。防直擊雷的常用設(shè)備為避雷針。所選用的避雷器： 接閃器采用直徑10mm的圓鋼；引下線采用直徑6mm的圓鋼；接地體采用三根2.5m長的 50mm 50mm 5mm的