安徽科技學(xué)院數(shù)理與信息工程學(xué)院《工廠供配電》課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書題目:某廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)專業(yè):電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí):12級(jí)1班2014年12月9日目錄TOC\o"1-2"\h\u11711設(shè)計(jì)要求

223209設(shè)計(jì)依據(jù)

230166負(fù)荷計(jì)算 324258變電所位置和型式的選擇 421530變電所主變壓器臺(tái)數(shù)和容量及主接線方案的選擇 51387變電所主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇： 56233變電所主變壓器容量選擇： 56681變電所主接線方案的選擇： 66060短路電流計(jì)算

616172確定基準(zhǔn)值： 711762計(jì)算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)么值： 78192計(jì)算k-1點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)么值及三相短路電流和短路容量： 81065計(jì)算k-2點(diǎn)短路電路總電抗標(biāo)么值及三相短路電流和短路容量： 82145變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 92703變電所高壓一次設(shè)備的選擇： 913492變電所高壓一次設(shè)備的校驗(yàn)： 919624變電所低壓一次設(shè)備的選擇： 112133變電所低壓一次設(shè)備的校驗(yàn)： 1213984變電所高、低壓線路的選擇 131018高壓線路導(dǎo)線的選擇 1324231低壓線路導(dǎo)線的選擇 1325630變電所二次回路方案選擇及繼電保護(hù)的整定 1514900二次回路方案選擇 1520406繼電保護(hù)的整定 169808附錄參考文獻(xiàn) 19463設(shè)計(jì)圖樣 19設(shè)計(jì)要求

要求根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負(fù)荷的實(shí)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(jìn)、經(jīng)濟(jì)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(tái)數(shù)與容量、類型，選擇變電所主結(jié)線方案及高低壓設(shè)備和進(jìn)出線，確定二次回路方案，選擇整定繼電保護(hù)裝置，最后定出設(shè)計(jì)說明書。

設(shè)計(jì)依據(jù)

1．工廠總平面圖，如圖（1）所示。

2．工廠負(fù)荷情況：本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時(shí)為3500h，日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為8h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬三級(jí)負(fù)荷。低壓動(dòng)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(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如表（1）所示。

3．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。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線牌號(hào)為L(zhǎng)GJ—95導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為1m；干線首端（即電力系統(tǒng)的饋電變電電站）距離本廠約10km，該干線首端所裝高壓斷路器500MVA，此斷路器配備有定時(shí)限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，其定時(shí)限過電流保護(hù)整定的動(dòng)作時(shí)間為2s。為滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求，可采用聯(lián)絡(luò)線由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(zhǎng)度達(dá)100km，電纜線路總長(zhǎng)度達(dá)30km。4．氣象資料

本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為38

℃，年平均氣溫為23℃，年最低氣溫為-8℃，年最熱月平均最高氣溫為33℃，年最熱月平均氣溫為26℃，年最熱月地下0.8處平均溫度為25℃。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，年雷暴是數(shù)為20。

5．工廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.92。

負(fù)荷計(jì)算各車間負(fù)荷計(jì)算有功計(jì)算負(fù)荷（kw）無功計(jì)算負(fù)荷（kvar）視在計(jì)算負(fù)荷（kvA）計(jì)算電流（A）鑄造車間1124.2122.4758.61152.6鍛造車間2125.6140.41344.82043.3金工車間3126.3140.413462045.1電鍍車間4124.945343.3521.6熱處理車間5125.690344.8523.9裝配車間684.981.6510774.9機(jī)修車間762.870.2672.41021.6鍋爐房849.456.16136.2206.9倉(cāng)庫(kù)97.46.1269.5105.6生活區(qū)10140000取全廠的同時(shí)系數(shù)為：K∑p=0.9，K∑q=0.9，則全廠的計(jì)算負(fù)荷為：總的有功計(jì)算負(fù)荷:P30=K∑p∑P=971.1*0.9=873.99kw總的無功計(jì)算負(fù)荷:Q30=K∑p∑Q=752.28*0.9=677.05kvar總的視在計(jì)算負(fù)荷：S30=√P30^2+Q30^2=1105.56kvA總的計(jì)算電流：I30=S30/0.38*√3=1679.7A無功功率補(bǔ)償:由以上計(jì)算可得變壓器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：S30=1105.56kvA這時(shí)的功率因數(shù)為：cosψ=873.99/1105.6=0.791工廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.92，所以QC=P30*(tanarccos(0.791)-tanarccos(0.92))=303.69kvA取QC=310kvA，則補(bǔ)償后的總的視在計(jì)算負(fù)荷:S20=√873.99^2+(677.05-310)^2=947.85kV總的計(jì)算電流：I20=S20/0.38*√3=1440.1A變電所位置和型式的選擇由于本廠有二級(jí)重要負(fù)荷，考慮到對(duì)供電可靠性的要求，采用兩路進(jìn)線，一路經(jīng)10kV公共市電架空進(jìn)線（中間有電纜接入變電所）；一路引自鄰廠高壓聯(lián)絡(luò)線。變電所主變壓器臺(tái)數(shù)和容量及主接線方案的選擇變電所主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇：變壓器臺(tái)數(shù)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行選擇。當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，宜裝設(shè)兩臺(tái)及以上變壓器：有大量一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷；季節(jié)性負(fù)荷變化較大；集中負(fù)荷較大。結(jié)合本廠的情況，考慮到二級(jí)重要負(fù)荷的供電安全可靠，故選擇兩臺(tái)主變壓器。變電所主變壓器容量選擇：每臺(tái)變壓器的容量SN-T應(yīng)同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，宜滿足：SN-T=(0.6~0.7)*S30任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)滿足：SN-T>=S1+2，即滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷需求。代入數(shù)據(jù)可得：SN-T=（0.6~0.7）×1105.56kvA=(663.336~773.892)kvA,所以初步取SN-T=1000kvA?？紤]到安全性和可靠性的問題，確定變壓器為SC3系列箱型干式變壓器。型號(hào)：SC3-1000/10，其主要技術(shù)指標(biāo)如下表所示：變壓器型號(hào)額定容量/額定電壓/kV聯(lián)結(jié)組型號(hào)損耗/kW空載電流%短路阻抗%高壓低壓空載負(fù)載SC3-1000/10100010.50.4Dyn112.457.451.36（附：參考尺寸（mm）：長(zhǎng)：1760寬：1025高：1655重量（kg）：3410）變電所主接線方案的選擇：高、低壓側(cè)均采用單母線分段。優(yōu)點(diǎn)：用斷路器把母線分段后，對(duì)重要用戶可以從不同母線段引出兩個(gè)回路，用兩個(gè)電路供電；當(dāng)一段母線故障時(shí)，分段斷路器自動(dòng)切除故障母線保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。缺點(diǎn)：當(dāng)一段母線或母線隔離開關(guān)檢修時(shí)該母線各出線須停電；當(dāng)出線為雙回路時(shí)，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越；擴(kuò)建時(shí)需向兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建。根據(jù)所選的接線方式，畫出主接線圖，參見附圖《變電所電氣主接線圖》。短路電流計(jì)算

本廠的供電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖（一）所示。采用兩路電源供線，一路為距本廠6km的饋電變電站經(jīng)LGJ-185架空線（系統(tǒng)按∞電源計(jì)），該干線首段所裝高壓斷路器的斷流容量為；一路為鄰廠高壓聯(lián)絡(luò)線。下面計(jì)算本廠變電所高壓10kV母線上k-1點(diǎn)短路和低壓380V母線上k-2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。圖（一）下面采用標(biāo)么制法進(jìn)行短路電流計(jì)算。確定基準(zhǔn)值：取，，所以：計(jì)算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)么值：電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)么值：架空線路的電抗標(biāo)么值：查手冊(cè)得，因此：3）電力變壓器的電抗標(biāo)么值：由所選的變壓器的技術(shù)參數(shù)得，因此：可繪得短路等效電路圖如圖（二）所示。圖（二）計(jì)算k-1點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)么值及三相短路電流和短路容量：總電抗標(biāo)么值：三相短路電流周期分量有效值：其他三相短路電流：三相短路容量：計(jì)算k-2點(diǎn)短路電路總電抗標(biāo)么值及三相短路電流和短路容量：總電抗標(biāo)么值：三相短路電流周期分量有效值：其他三相短路電流：三相短路容量：變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)變電所高壓一次設(shè)備的選擇：根據(jù)機(jī)械廠所在地區(qū)的外界環(huán)境，高壓側(cè)采用天津市長(zhǎng)城電器有限公司生產(chǎn)的JYN2-10（Z）型戶內(nèi)移開式交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備。此高壓開關(guān)柜的型號(hào)：JYN2-10/4ZTTA（說明：4：一次方案號(hào)；Z：真空斷路器；T：彈簧操動(dòng)；TA：干熱帶）。其內(nèi)部高壓一次設(shè)備根據(jù)本廠需求選取，具體設(shè)備見附圖《變電所電氣主接線圖》。初選設(shè)備：高壓斷路器：ZN24-10/1250/20高壓熔斷器：RN2-10/0.5-50電流互感器：LZZQB6-10-0.5-200/5電壓互感器：JDZJ-10接地開關(guān)：JN-3-10/25母線型號(hào)：TMY-3（504）；TMY-3（8010）+1（606）絕緣子型號(hào)：ZA-10Y抗彎強(qiáng)度：3.75kN（戶內(nèi)支柱絕緣子）從高壓配電柜引出的10kV三芯電纜采用交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜，型號(hào)：YJV-350，無鋼鎧護(hù)套，纜芯最高工作溫度。變電所高壓一次設(shè)備的校驗(yàn)：根據(jù)《高壓一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)項(xiàng)目和條件》，在據(jù)電壓、電流、斷流能力選擇設(shè)備的基礎(chǔ)上，對(duì)所選的高壓側(cè)設(shè)備進(jìn)行必需的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)和熱穩(wěn)定度校驗(yàn)。１．設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)高壓電器動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)校驗(yàn)條件：imax>=i(3)sh;Imax>=Ish(3)由以上短路電流計(jì)算得i(3)sh=6.666kA；Ish(3)==2.614kA。并查找所選設(shè)備的數(shù)據(jù)資料比較得：高壓斷路器ZN24-10/1250/20imax=50kA>=6.666kA，滿足條件；電流互感器LZZQB6-10-0.5-200/5imax=79kA>=6.666kA，滿足條件；JN-3-10/25接地開關(guān)imax=63kA>=6.666kA，滿足條件。絕緣子動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)校驗(yàn)條件：Fai>=Fc母線采用平放在絕緣子上的方式，則：（其中=200mm；=900mm）。所以：=滿足要求。母線的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)校驗(yàn)條件：TMY母線材料的最大允許應(yīng)力=140MPa。10kV母線的短路電流=；=三相短路時(shí)所受的最大電動(dòng)力：=母線的彎曲力矩：母線的截面系數(shù)：母線在三相短路時(shí)的計(jì)算應(yīng)力：可得，=140MPa=，滿足動(dòng)穩(wěn)定性要求。２.高壓設(shè)備的熱穩(wěn)定性校驗(yàn)高壓電器熱穩(wěn)定性校驗(yàn)校驗(yàn)條件：查閱產(chǎn)品資料：高壓斷路器：=31.5kA,t=4s；電流互感器：=44.5kA,t=1s；接地開關(guān)：=25kA,t=4s。取，=，將數(shù)據(jù)代入上式，經(jīng)計(jì)算以上電器均滿足熱穩(wěn)定性要求。高壓母線熱穩(wěn)定性校驗(yàn)校驗(yàn)條件：A=查產(chǎn)品資料，得銅母線的C=171，取。母線的截面：A=504=200允許的最小截面：從而，，該母線滿足熱穩(wěn)定性要求。3)高壓電纜的熱穩(wěn)定性校驗(yàn)校驗(yàn)條件：A=允許的最小截面：所選電纜YJV-350的截面A=50從而，，該電纜滿足熱穩(wěn)定性要求。變電所低壓一次設(shè)備的選擇：低壓側(cè)采用的也是天津長(zhǎng)城電器有限公司生產(chǎn)的GGD2型低壓開關(guān)柜：低壓斷路器：NA1型智能萬能斷路器低壓熔斷器：DW15-2000電流互感器：LMZJ1-0.5-2000/5A母線型號(hào)：TMY-3（8010）+1（606）另外，無功補(bǔ)償柜選用2個(gè)GCJ1-01型柜子，采用自動(dòng)補(bǔ)償，滿足補(bǔ)償要求。變電所低壓一次設(shè)備的校驗(yàn)：由于根據(jù)《低壓一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)項(xiàng)目和條件》進(jìn)行的低壓一次側(cè)設(shè)備選擇，不需再對(duì)熔斷器、刀開關(guān)、斷路器進(jìn)行校驗(yàn)。關(guān)于低壓電流互感器、電壓互感器、電容器及母線、電纜、絕緣子等校驗(yàn)項(xiàng)目與高壓側(cè)相應(yīng)電器相同，這里僅列出低壓母線的校驗(yàn)：380kV側(cè)母線上母線動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)：校驗(yàn)條件：TMY母線材料的最大允許應(yīng)力=140MPa。380kV母線的短路電流=;=三相短路時(shí)所受的最大電動(dòng)力為：母線的彎曲力矩：母線的截面系數(shù)：母線在三相短路時(shí)的計(jì)算應(yīng)力：可得，=140MPa=，滿足動(dòng)穩(wěn)定性要求。380V側(cè)母線熱穩(wěn)定性校驗(yàn)：校驗(yàn)條件：A=查產(chǎn)品資料，得銅母線的C=171，取。母線的截面：A=8010=800允許的最小截面：從而，，滿足熱穩(wěn)定性要求。變電所高、低壓線路的選擇為了保證供電的安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)，選擇導(dǎo)線和電纜時(shí)應(yīng)滿足下列條件：發(fā)熱條件；電壓損耗條件；經(jīng)濟(jì)電流密度；機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)：一般10KV及以下的高壓線路和低壓動(dòng)力線路，通常先按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線和電纜截面，再校驗(yàn)其電壓損耗和機(jī)械強(qiáng)度。對(duì)于低壓照明線路，因?qū)﹄妷核揭筝^高，通常先按允許電壓損耗進(jìn)行選擇，再校驗(yàn)其發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度。滿足發(fā)熱條件。高壓線路導(dǎo)線的選擇架空進(jìn)線后接了一段交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜YJV-350做引入線（直埋）。高壓側(cè)計(jì)算電流所選電纜的允許載流量：低壓線路導(dǎo)線的選擇由于沒有設(shè)單獨(dú)的車間變電所，進(jìn)入各個(gè)車間的導(dǎo)線接線采用TN-C-S系統(tǒng)；從變電所到各個(gè)車間及宿舍區(qū)用埋地電纜供電，電纜采用VV22型銅芯交聯(lián)聚氯乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜，根據(jù)不同的車間負(fù)荷采用不同的截面。其中導(dǎo)線和電纜的截面選擇滿足條件：相線截面的選擇以滿足發(fā)熱條件即，；中性線（N線）截面選擇，這里采用的為一般三相四線，滿足；保護(hù)線（PE線）的截面選擇時(shí)，；時(shí)，時(shí)，保護(hù)中性線（PEN）的選擇，取（N線）與（PE）的最大截面。結(jié)合計(jì)算負(fù)荷，可得到由變電所到各個(gè)車間的低壓電纜的型號(hào)為：電鍍車間：VV22-1KV-3×120+1×70三根并聯(lián)；鑄造車間：VV22-1KV-3×240+1×12兩根并聯(lián)；金工車間：VV22-1KV-3×185+1×95兩根并聯(lián)；裝配車間：VV22-1KV-3×70+1×50兩根并聯(lián)；機(jī)修車間：VV22-1KV-3×50+1×35兩根并聯(lián)；另外，送至各車間的照明線路采用：銅芯聚氯乙烯絕緣導(dǎo)線BV型號(hào)。變電所二次回路方案選擇及繼電保護(hù)的整定二次回路方案選擇（1）二次回路電源選擇二次回路操作電源有直流電源，交流電源之分。蓄電池組供電的直流操作電源帶有腐蝕性，并且有爆炸危險(xiǎn)；由整流裝置供電的直流操作電源安全性高，但是經(jīng)濟(jì)性差?？紤]到交流操作電源可使二次回路大大簡(jiǎn)化，投資大大減少，且工作可靠，維護(hù)方便。這里采用交流操作電源。（2）高壓斷路器的控制和信號(hào)回路高壓斷路器的控制回路取決于操作機(jī)構(gòu)的形式和操作電源的類別。結(jié)合上面設(shè)備的選擇和電源選擇，采用彈簧操作機(jī)構(gòu)的斷路器控制和信號(hào)回路。（3）電測(cè)量?jī)x表與絕緣監(jiān)視裝置這里根據(jù)GBJ63-1990的規(guī)范要求選用合適的電測(cè)量?jī)x表并配用相應(yīng)絕緣監(jiān)視裝置。（a）10KV電源進(jìn)線上：電能計(jì)量柜裝設(shè)有功電能表和無功電能表；為了解負(fù)荷電流，裝設(shè)電流表一只。（b）變電所每段母線上：裝設(shè)電壓表測(cè)量電壓并裝設(shè)絕緣檢測(cè)裝置。（c）電力變壓器高壓側(cè)：裝設(shè)電流表和有功電能表各一只。（d）380V的電源進(jìn)線和變壓器低壓側(cè)：各裝一只電流表。（e）低壓動(dòng)力線路：裝設(shè)電流表一只。（4）電測(cè)量?jī)x表與絕緣監(jiān)視裝置在二次回路中安裝自動(dòng)重合閘裝置（ARD）（機(jī)械一次重合式）、備用電源自動(dòng)投入裝置（APD）。繼電保護(hù)的整定繼電保護(hù)要求具有選擇性，速動(dòng)性，可靠性及靈敏性。由于本廠的高壓線路不很長(zhǎng)，容量不很大，因此繼電保護(hù)裝置比較簡(jiǎn)單。對(duì)線路的相間短路保護(hù)，主要采用帶時(shí)限的過電流保護(hù)和瞬時(shí)動(dòng)作的電流速斷保護(hù)；對(duì)線路的單相接地保護(hù)采用絕緣監(jiān)視裝置，裝設(shè)在變電所高壓母線上，動(dòng)作于信號(hào)。繼電保護(hù)裝置的接線方式采用兩相兩繼電器式接線；繼電保護(hù)裝置的操作方式采用交流操作電源供電中的“去分流跳閘”操作方式（接線簡(jiǎn)單，靈敏可靠）；帶時(shí)限過電流保護(hù)采用反時(shí)限過電流保護(hù)裝置。型號(hào)都采用GL-25/10。其優(yōu)點(diǎn)是：繼電器數(shù)量大為減少，而且可同時(shí)實(shí)現(xiàn)電流速斷保護(hù)，可采用交流操作，運(yùn)行簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，投資大大降低。此次設(shè)計(jì)對(duì)變壓器裝設(shè)過電流保護(hù)、速斷保護(hù)裝置；在低壓側(cè)采用相關(guān)斷路器實(shí)現(xiàn)三段保護(hù)。（1）變壓器繼電保護(hù)變電所內(nèi)裝有兩臺(tái)10/0.41000的變壓器。低壓母線側(cè)三相短路電流為，高壓側(cè)繼電保護(hù)用電流互感器的變比為200/5A，繼電器采用GL-25/10型，接成兩相兩繼電器方式。下面整定該繼電器的動(dòng)作電流，動(dòng)作時(shí)限和速斷電流倍數(shù)。（a)過電流保護(hù)動(dòng)作電流的整定：，故其動(dòng)作電流：動(dòng)作電流整定為9A。（b)過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的整定由于此變電所為終端變電所，因此其過電流保護(hù)的10倍動(dòng)作電流的動(dòng)作時(shí)限整定為。（c)電流速斷保護(hù)速斷電流倍數(shù)整定取，故其速斷電流為：因此速斷電流倍數(shù)整定為：。（2）10KV側(cè)繼電保護(hù)在此選用GL-25/10型繼電器。由以上條件得計(jì)算數(shù)據(jù)：變壓器一次側(cè)過電流保護(hù)的10倍動(dòng)作時(shí)限整定為0.5s；過電流保護(hù)采用兩相兩繼電器式接線；高壓側(cè)線路首端的三相短路電流為2.614kA；變比為200/5A保護(hù)用電流互感器動(dòng)作電流為9A。下面對(duì)高壓母線處的過電流保護(hù)裝置進(jìn)行整定。（高壓母線處繼電保護(hù)用電流互感器變比為200/5A）整定的動(dòng)作電流取，，，