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工厂供电课程设计——


某机械加工车间低压配电系统及车间变电所设计
*年*月*日 年 月 日

目录 一、负荷计算.............................................................................. 2 二、变电所主变压器和主结线方案的选择 ............................. 4

三、短路电流的计算 ................................................................. 5 四、变电所一次设备的选择校验 ............................................. 7 五、变电所进出线和与邻近单位联络线的选择 ..................... 9 六、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 ........... 10 七、设计图样............................................................................ 11 八、车间平面布置图 ............................................................... 12 九、心得体会........................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。

1

一、负荷计算 1.由车间平面布置图,可把一车间的设备分成 5 组,分组如下: NO.1:29、30、31 NO.2:14——28 NO.3:1、32、33、34、35 NO.4:6、7、11、12、13 NO.5:2、3、4、5、8、9、10 2.总负荷计算表如表 1 所示。 机加工一车间和铸造 铆焊、 铸造、 表 1 机加工一车间和铸造、铆焊、电修等车间负荷计算表 类 供 电 设备容 需 要 计算负荷 别 回 路 量 系数 cosΦ tanΦ P30 Q30 S30 代号 Pe/KW Kd /KW /Kvar /KVA No.1 供 电 104 0.7 0.95 0.33 72.8 24.0 76.7 回路 No.2 0.2 0.5 1.73 16.6 28.7 33.2 供 电 82.9 回路 动 No.3 力 供 电 157.7 0.2 0.5 1.73 31.5 54.6 63.0 回路 No.4 0.2 0.5 1.73 4.5 7.8 9.0 供 电 22.5 回路 No.5 供 电 38.6 0.2 0.5 1.73 7.7 13.4 15.4 回路 No.6 供 电 160 0.4 0.7 1.02 64 65.3 91.4 回路 No.7 动 供 电 140 0.4 0.7 1.02 56 57.1 80.0 力 回路 No.8 供 电 180 0.4 0.7 1.02 72 73.4 102.8 回路 照 No.9 0.8 1 0 6.4 0 6.4 明 供 电 8 回路 No.10
2

配电箱的位置:D-②靠墙放置 配电箱的位置:C-③靠墙放置 配电箱的位置:B-⑤靠柱放置 配电箱的位置:B-④靠柱放置 配电箱的位置:B-⑥靠柱放置

编 名 号 称

I30/A

116.5

50.4

1

机 加 工 一 车 间

95.7

13.7

23.4

138.9

2

铸 造 车 间

121.5

156.2

9.7

3

铆 焊 车 间

动 力

照 明

4

电 修 车 间

动 力

照 明

供 电 回路 No.11 供 电 回路 No.12 供 电 回路 No.13 供 电 回路 No.14 供 电 回路 No.15 供 电 回路

150

0.3

0.45

2.0

45

89.1

99.8

151.6

170

0.3

0.45

2.0

51

101

113.1

171.9

7

0.8

1

0

5.6

0

5.6

8.5

150

0.3

0.5

1.73

45

78

90.0

136.8

146

0.3

0.56

1.48

44

65

78.5

119.3

10

0.8

1

0

8

0

8

12.2

总计 (380V 侧)

动 1501.7 力 照 25 明 计入 KΣp=0.8 KΣq=0.85

0.67

1.12

586.1

657.4

880.7

1338.2

0.64

1.19

468.9

558.8

729.5

1108.3

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素只有 0.64。而供电部门要 求该厂 10KV 进线最大负荷时的功率因素不应地于 0.90。 考虑到主变压器的无功 损耗远大于有功损耗,因此 380V 侧最大负荷时的功率因素应稍大于 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)=468.9[tan(arccos0.64)- tan(arccos0.92)]Kvar =361.1 Kvar 参照图 2-6,选 PGJ1 型低压自动补偿屏,并联电容器为 BW0.4-14-3 型,采 用其方案 1 (主屏) 台与方案 3 1 (辅屏) 台相组合, 4 总容量 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: 表 2 无功补偿后工厂的计算负荷 cosΦ 计算负荷 P30/KW Q30/Kvar S30/KVA 0.64 468.9 558.3 729.5 -420 0.96 468.9
3

项目 380V 侧补偿 前负荷 380V 侧无功 补偿容量 380V 侧补偿

I30/A 1108.3

138.3

488.9

742.8

后负荷 主变压器功 率损耗 10KV 侧负 荷总计

0.015S30=7.3 0.06S30=29.3 0.94 476.2 167.6 504.8 29.1

二、变电所主变压器和主结线方案的选择 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 的主变压器可以有下列两种方案: (1)装设一台主变压器 型 式 采 用 S9 , 而 容 量 根 据 SN 。 T=630KVA>S30=504.8KVA 选择,即选一台 S9-630/10 型低损耗配电变压器。至于 工厂二级负荷的备用电源,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 型式也采用 S9,每台容量按式 SN·T≈(0.6~0.7) S30 选择,即 SN·T≈(0.6~0.7)×504.8kVA=(302.9~353.36)kVA 因此选两台 S9-400/10 型低损耗配电变压器。 主变压器的联结组别均采用 Yyn0。 2.变电所主结线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下 列两种主结线方案: (1)装设一台主变压器的主结线方案。 (2)装设两台主变压器的主结线方案。 (3)两种主结线方案的技术经济比较(表 3) 。 表 3 两种主结线方案的比较
比较项目 供电安全性 供电可靠性 技 术 指 标 供电质量 装设一台主变的方案 满足要求 基本满足要求 由于一台主变,电压损耗略大 装设两台主变的方案 满足要求 满足要求 由于两台主变并列,电压损 耗略小 由于有两台主变,灵活性较 好 更好一些 由表 2-8 差得 S9-400 的单价 为 5.31 万元,因此两台综合 投资为 4×5.31 万元=21.24 万元,比一台主变方案多投 资 6.3 万元 本方案采用 6 台 GG-1A(F) 柜,其综合投资约为 6×1.5 ×3.5 万元=31.5 万元,比一 台主变方案多投资 10.5 万元 主变和高压开关柜的折旧和 维修管理费每年为 6.752 万

灵活方便性 扩建适应性 经 济 指 标

只一台主变,灵活性稍差 稍差一些 由表 2-8 差得 S9-630 的单价为 7.47 万元,而由表 4-1 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 2×7.47 万元=14.94 万元 查表 4-10 得 GG-1A(F)型柜按每 台 3.5 万元计,查表得其综合投 资按设备价 1.5 倍计,因此其综 合投资约为 4×1.5×3.5 万元= 21 万元 参照表 4-2 计算, 主变和高压开 关柜的折旧和维修管理费每年
4

电力变压器的 综合投资额

高压开关柜(含计量 柜)的综合投资额

电力变压器和高压开 关柜的年运行费

为 3.706 万元(其余略)

元,比一台主变方案多耗 3.046 万元 贴费为 2×400×0.08 万元= 64 万元,比一台主变方案多 交 13.6 万元

交供电部门的一次性 供电贴费

按 800 元/kVA 计,贴费为 630 ×0.08 万元=50.4 万元

从上表可以看出,按技术指标,装设两台主变的主结线方案略优于装设一台 主变的主结线方案,但按经济指标,则装设一台主变的方案远优于装设两台主变 的方案,因此决定采用装设一台主变的方案。 (说明:如果工厂负荷近期有较大 增长的话,则宜采用装设两台主变的方案。 三、短路电流的计算 1.绘制计算电路(图 1)

图 1 短路计算电路 2.确定基准值 设 Sd=100MVA,Ud1=10.5kV,低压侧 Ud2=0.4kV,则 I d 1= Sd 3U d 1 Sd 3U d 2 = 100 MVA 3 × 10.5kV 100 MVA 3 × 0.4kV = 5.5kV

Id2 =

=

= 144kA

3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值 (1)电力系统 X 1* = 100 MVA / 200 MVA = 0.5 (2)架空线路 由 LGJ-150 的 x0 = 0.36? / kV ,而线路长 0.3km,故

* X 2 = (0.36 × 0.3)? ×

(10.5kV )2

100 MVA

= 0.098

(3)电力变压器 有 U Z % = 4.5 ,故
4.5 100 MVA × = 7 .1 100 630kVA 因此绘等效电路,如图 2 所示。
* X3 =

5

图 2 等效电路 4.计算 k-1 点(10.5kV 侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容 量 (1)总电抗标幺值
* * X Σ ( k ?1) = X 1* + X 2 = 0.5 + 0.098 = 0.598

(2)三相短路电流周期分量有效值
* I k( 3)1 = I d 1 / X Σ ( k ?1) = 5.5kA / 0.598 = 9.2kA ?

(3)其他短路电流 I″
(3) ( = I ∝3) = I k( 3)1 = 9.2kA ? (3)

(3 i sh ) = 2.55 I ″

= 2.55 × 9.2 = 23.5kA = 1.51 × 9.2 = 13.9kA

(3 I sh ) = 1.51I ″

(3)

(4)三相短路容量
* S k(3)1 = S d / X Σ ( k ?1) = 100 MVA / 0.598 = 167.2MVA ?

5.计算 k-2 点(0.4kV 侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 (1)总电抗标幺值
* * * X Σ ( k ?1) = X 1* + X 2 + X 3 = 0.5 + 0.098 + 7.1 = 7.7

(2)三相短路电流周期分量有效值
* I k(3)2 = I d 2 / X Σ ( k ?1) = 144kA / 7.7 = 18.7 kA ?

(3)其他短路电流 I″
(3) ( = I ∝3) = I k(3)2 = 18.7 kA ? (3)

(3 i sh ) = 1.84 I ″

= 1.84 × 18.7 = 34.4kA = 1.09 × 18.7 = 20.4kA

(3 I sh ) = 1.09 I ″

(3)

(4)三相短路容量
* S k(3)2 = S d / X Σ ( k ?2 ) = 100MVA / 7.7 = 13.0MVA ?

以上计算结果综合如表 4 所示。 表 4 短路计算结果 短路计算点 三相短路电流/kA
6

三相短路容量/MVA

I k(3)

I’’(3)
9.2 18.7

(3) I∞

(3 ish )

(3 I sh )

S k(3)
167.2 13.0

k-1 k-2

9.2 18.7

9.2 18.7

23.5 34.4

13.9 20.4

四、变电所一次设备的选择校验 1.10kV 侧一次设备的选择校验(表 5) 表 5 10kV 侧一次设备的选择校验
断流 选择校验项目 电压 电流 能力 参数 装置地点条件 数据 10kV (I1N·T) 额定参数 高压少油断路器 10kV SN10-10I/630 高压隔离开关 一 次 高压熔断器 设 RN2-10 备 电压互感器 型 JDJ-10 号 规 电压互感器 格 JDJZ-10
0.1 3
6 GN 8 -10/200

动稳定 热稳定度 度
(3 ish ) (3) I ∞ 2tima

台数

UN

I30 36.4A

I k(3)
9.2kA

9.22×1.9 23. 5kA =160.8 Ioc imax

UN

IN

I t2 t
162×2=512 2

630A

16kV

40kA

10kV

200A



25.5kA

102×5=500

5

10kV 10/0.1

0.5A

50kA





2

- kV
10 3







1

/ /
- - - - 1

0 .1 3

kV
电流互感器 10kV LQJ-10 100/5A - 31.8KA 81 3

7

避雷器 FS4-10 户外式高压隔离 开关 GW4-15G/200

10kV









2

15kV

200A







1

表 5 所选设备均满足要求。 2.380 侧一次设备的选择校验(表 6) 表 6 380V 侧一次设备的选择校验
选择校验项目 电压 UN 电流 I30 断流能力 动稳定度
(3 ish )

热稳定度
(3) I ∞ 2tima

台数

装置 地点

参数

I k(3)

18.72×0.7=24
数据 380V 总 742.8A

条件

18.7kA

34.4kA
4.8

额定 UN 参数 低压断路 器 DW15- 1500/3 一 低压断路 次 器 DZ20- 设 630 备 低压断路 型 器 DZ20- 号 200 规 低压刀开 格 关 HD13- 1500/30 电流互感 器 LMZJ1 -0.5 500V 1500/5A - 1 380V 1500A - 1 380V (大于 I30) 200A 一般 25kA 3 380V (大于 I30) 630A 一般 30kA 12 380V 1500A 40kV 1 IN Ioc imax

I t2 t

8

电流互感 160/5A 器 LMZ1- 0.5 500V 100/5A - 1

表 6 所选设备均满足要求。 3.高低压母线的选择 参照表 5-25,10KV 母线选 LMY-3(40×4) ,即母 线尺寸为 40mm×4mm;380V 母线选 LMY-3(80×8)+50×5,即相母线尺寸为 80mm×6mm,中性母线尺寸为 50mm×5mm。 五、变电所进出线和与邻近单位联络线的选择 1.10KV 高压进线和引入电缆的选择 (1)10KV 高压进线的选择和校验 采用 LJ 型铝绞线敷设,接往 10KV 公 用干线。 1) 按发热条件选择。 I30=36.4A 及室外环境温度年最热月平均最高气温为 由 。 33 C,查表 8-35, 初选 LJ-16,其在 35。C 时的 Ial=93.5>I30,满足发热条件。 2)校验机械强度。查表 8-33,最小截面 Amin=35mm2,因此 LJ-16 不满足 机械强度要求,故改选 LJ-35。 由于此线路很短,不需要校验电压损耗。 (2)由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用 YJL22- 10000 型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。 1)按发热条件选择。由 I30=36.4A 及土壤温度 25。C 查表 8-43,初选缆芯为 25mm2 的交联电缆,其 Ial=90A>I30,满足发热条件。 2)校验短路稳定。计算满足短路热稳定的最小截面 Amin=103mm2>25 mm2, 因此 25mm2 不满足短路稳定要求,故选择 YJL22-10000-3×120 电缆。 2.380V 低压出线的选择 (1) 馈电给机加工一车间的线路采用 VLV22-1000 型聚氯乙烯绝缘铝心电 缆直接埋地敷设。 。 1)按发热条件选择。由 I30=287A 及地下 0.8m 土壤温度 25 C 查表,初选缆 芯截面为 240mm2,其 Ial=319A>I30,满足发热条件。 2)校验电压损耗。因未知变电所到机加工一车间的距离,因此未能校验电 压损耗。 3)短路热稳定度的校验。满足短路热稳定度的最小截面 Amin=213mm2 所选 240mm2 的缆芯截面大于 Amin,满足短路热稳定度的要求,因此选择 VLV22-1000-3×240+1×120 的四芯电缆(中性线芯按不小于相线芯一半选择, 下同) 。 (2) 馈电给铸造车间的线路采用 VLV22-1000 型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直 接埋地敷设。 (方法同上)缆芯截面 240mm2 聚氯乙烯电缆,即 VLV22-1000- 3×240+1×120 的四芯电缆。 (3) 馈电给铆焊车间的线路采用 VLV22-1000 型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直 接埋地敷设。 (方法同上)缆芯截面 300mm2 聚氯乙烯电缆,即 VLV22-1000- 3×300+1×150 的四芯电缆。 (4) 馈电给电修车间的线路采用 VLV22-1000 型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直
9

接埋地敷设。 (方法同上)缆芯截面 300mm2 聚氯乙烯电缆,即 VLV22-1000- 3×300+1×150 的四芯电缆。

六、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 1.高压断路器的操动机构与信号回路 断路器采用手力操动机构,其控制与信号回路如图 3 所示。

图 3 电磁操动的断路器控制与信号回路
WC—控制小母线 WL—灯光指示小母线 WF—闪光信号小母线 WS—信号小母线 WAS—事 故音响小母线 WO—合闸小母线 SA—控制开关(操作开关) KO—合闸接触器 YO—合闸 线圈 YR—跳闸线圈 (脱扣器) KA—保护装置 QF1~6—断路器辅助触点 GN—绿色指示 灯 RD—红色指示灯 ON—合闸 OFF—跳闸(箭头指向为 SA 的返回位置)

2 主变压器的继电保护装置 1)装设反时限过电流保护。 采用 GL15 型感应式过电流继电器,两相两继 电器式结线,去分流跳闸的操作方式。 ①过电流保护动作电流的整定。IL.max=2IiN.T=2×630/(1.732×10)=72.7A Krel=1.3 Kw=1 Kre=0.8 Ki=100/5=20 Iop=1.3×1×72.7/(0.8×20)=5.9A 因此整流为 6A。 ②过电流保护动作时间的整定。整定高最小动作时间为 0.5s。 ③过电流保护灵敏系数的检验。Ik.min=IK-2(2)/KT=0.866×18.7/(10/0.4)=648A Iop.1= Iop×Ki/Kw=6×20/1=120A, 因此保护灵敏系数为 Sp=648/120=5.4>1.5, 满 足灵敏系数 1.5 的要求。

10

3)装设电流速断保护。利用 GL15 的速断装置。 ①速断电流的整定。Ik.max= Ik-2(3)=18.7kA , Krel=1.5 , Kw=1 , Ki=100/5=20 KT =10/0.4=25 ,因此速断电流为:Iqb=1.5×1×18700/(20×25)=56.1A 速断电流倍数整定为 Kqb=Iqb/Iop =56.1/6=9.35 (2) ②电流速断保护灵敏系数的检验。 Ik.min=IK-1 =0.866×9.2kA=8.0kA, Iqb.1=Iqb × Ki/KWw=56.1 × 20/1=1122A, 因 此 其 保 护 灵 敏 系 数 为 : Sp=8000/1122=7.1>2 , 满足电流速断灵敏系数为 2 的要求。 七、设计图样 某机修厂降压变电所主结线电路图,如图 4 所示。这里略去图框和标题栏。

11

图 4 某机修厂降压变电所主结线电路图

八、车间平面布置图 变电所平面图:
12

九、设计心得
通过这次设计, 让我了解了进行一个设计项目的过程和要注意的事项, 设计是一个比较 繁琐的过程,许多的细节问题还要联系实际情况来考虑,当外部条件变化时,有一些相应的 参数值将跟着变化,这就对我们的设计的精密度提出了更高的要求。 实训时间很短, 但是通过这次实训可以学到很多书本没有的东西, 有了这一次的实践经 验, 我们的动手能力和思维能力也相应的得到了的提高, 这次实训进一步锻炼了自己的逻辑 思维能力,并从中总结出宝贵的经验。我相信,我们女生也可以做得很好,虽然步伐慢了一 点,但最终会跟上速度,甚至超越,“天道酬勤”,我一直都相信这个道理。

13


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