降压变电所的电气设计.doc

中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书1 引言 电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节、测量。有利于实现生产过程自动化。而工厂供电就是指工厂所需要电能的供应和分配。工厂供电设计要达到为工业生产服务，保障工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须做到：安全、可靠、优负、经济. 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。 工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：（1）安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2）可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3）优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。2. 设计任务与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。设计依据：（1）工厂总平面布置图 参考附图A（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见附表所示。（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-120，导线为等边三角形排列，线距1.5m ,干线首端距离本厂约13km。干线首端所装设的高压短路器断流容量为 500MVA，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1.7s，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。（4）气象资料：本厂所在地年最高温度38，年平均气温为16，年最低温度为-10，年最热月平均最高温度32，年最热月地下0.8M处平均温度25，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1200M，地层以沙粘土为主，地下水位3-5M。（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/KW.H。工厂最大负荷时功率因数不得小于 0.90 。3 负荷计算和无功功率计算及补偿3.1 负荷计算和无功功率计算表2-1 某厂负荷计算表编号名称类别设备容量需要系数计算负荷1铸造车间动力3000.30.651.1790105.3138.52210.5照明80.8106.40-小记308-96.42锻压车间动力3200.20.651.176474.8898.5149.7照明80.7105.60-小记328-69.63金工车间动力3700.30.651.17111129.87170.8259.6照明70.8105.60-小记377-116.64工具车间动力3000.350.651.17105122.85161.6245.6照明90.9108.10-小记309-113.15电镀车间动力3000.60.750.88180158.4239.8364.4照明80.7105.60-小记308-185.66热处理车间动力1300.60.750.887868.64103.9157.9照明60.9105.40-小记136-83.47装配车间动力1300.30.71.013939.3955.4384.24照明70.8105.60-小记137-44.68机修车间动力1600.20.651.173237.4449.2574.85照明40.7102.80-小记164-34.89锅楼房动力800.80.750.886456.3285.25129.56照明20.7101.40-小记82-65.410仓库动力250.40.80.75107.512.518.99照明10.7100.70-小记26-10.711生活区照明3400.80.90.48272130.56301.71458.53总计动力2115照明400=0.9=0.94 0.731060.2931.15954.18875.281294.81967.83.2无功功率补偿由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：这时低压侧的功率因数为：为使高压侧的功率因数0.91，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.91，取：。要使低压侧的功率因数由0.79提高到0.92则低压侧需装设的并联电容器容量为：选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-1/3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。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2-3所示。表2-2 无功补偿后工厂的计算的负荷项 目计算负荷380V侧补偿前负荷0.73954.81875.281294.81967.8380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.94954.81455.281057.81607.5主变压器功率损耗13.35310kV侧负荷总计0.89941.51402.281023.851556.04 变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按功率矩法来确定，计算公式为式（3.1）和（3.2）。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Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+=Pi.因此仿照力学中计算重心的力矩方程,可得负荷中心的坐标: (3.1) (3.2)图3-1 机械厂总平面图按比例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3-1所示.坐标轴12345678910生活区X()0.980.980.983.33.33.33.37.256.769.6Y()4.32.751.164.32.751.14.33.11.57.1由计算结果可知，x=4.2,y=5.4工厂的负荷中心在3号厂房的东北角.考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。5.变电所主变压器的选择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采用S9型，而容量根据式，选，即选一台S9-1250/10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和式选择，即且因此选两台S9-800/10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。（3）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4-1所示 （2）装设两台主变压器的主接线方案，如图4-2所示 图4-1 装设一台主变压器的主结线方案 图4-2装设两台主变压器的主结线方案5.3 两种主结线方案的技术经济比较 对两种主接线方案进行比较，如表4-1所示.表4-1 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标电力变压器的综合投资由手册查得S91250单价为15.76万元，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215.76万元=31.52万元由手册查得S9800单价为10.5万元，因此两台综合投资为410.5万元=42万元，比一台变压器多投资10.48万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查手册得 GGA（F）型柜按每台3.5万元计，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41.53.5=21万元本方案采用6台GGA（F）柜，其综合投资额约为61.53.5=31.5万元，比一台主变的方案多投资10.5万元电力变压器和高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4.893万元（其余略）主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为7.067万元，比一台主变的方案多耗2.174万元供电贴费按800元/KVA计，贴费为12500.08=100万元贴费为28000.08万元=128万元，比一台主变的方案多交28万元变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。6.短路电流的计算 本厂的供电系统简图如图4-2所示。采用两路电源供线，一路为距本厂8km的馈电变电站经LGJ-120架空线（系统按电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为450MVA；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。6.1 确定基准值取，;所以： ;6.2 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的电缆电抗）(1)电力系统的电抗标么值： (2)架空线路的电抗标么值：查手册得，因此：(3)电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得，因此：可绘得短路等效电路图如图5所示。图5-2 短路计算的等效电路6.3 计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量(1)总电抗标么值：(2)三相短路电流周期分量有效值： (3)其他三相短路电流： ； (4)三相短路容量：6.4 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量(1)总电抗标么值：(2)三相短路电流周期分量有效值：(3)其他三相短路电流： ; (4)三相短路容量：以上计算结果综合如表5-1所示.表5-1 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/MVAk-12.182.182.185.5593.2939.68k-234.0434.0434.0462.6437.1023.647. 变电所一次设备的选择校验7.1 10kV侧一次设备的选择校验 10kV侧一次设备的选择校验如表6-1所示。表6-1 10kV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 稳定 度热 稳定 度其 他装置地点条件参数数据10kV57.7A2.18kA5.559kA8.5一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA512高压隔离开关GN-10/20010kV200A25.5Ka500高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-10电流互感器LQJ-1010Kv100/5A31.8Ka81二次负荷0.6避雷器FS4-1010kV户 外 式 高 压隔离开关GW4-15G/20012kV400A25Kv500表6-1所选一次设备均满足要求。7.2 380V侧一次设备的选择校验 380V侧一次设备的选择校验如表6-2所示。表6-2 380V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 稳定 度热 稳定 度其 他装置地点条件参数数据3801243.6034.0462.64926.98一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kV低压断路器DZ20-630380V630A30kA低压断路器DZ20-200380V200A25kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5160/5避雷器-户外隔离开关-表6-2 所选一次设备均满足要求。7.3 高低压母线的选择 参照参考文献，10kV母线选LMY-3（），即母线尺寸为；380V母线选LMY-3,即母线尺寸为，而中性线母线尺寸为。8.变电所进出线以及邻近单位联络线的选择8.1 10kV高压进线和引入电缆的选择（1）10kV高压进线的选择校验 采用LGJ型铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。1) 按发热条件选择 由及室外环境温度，参照参考文献，初选LJ-16，其时的满足发热条件。2）校验机械强度 参照参考文献，最小允许截面，因此按发热条件选择的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 由及土壤温度，参照参考文献，初选缆芯截面为的交联电缆，其，满足发热条件。2）校验短路热稳定 按式计算满足短路热稳定的最小截面式中C值由参考文献查得；按终端变电所保护动作时间0.5s，加断路器断路时间0.2s，再加0.05s计，故。 因此YJL22-10000-3*25电缆满足短路热稳定条件。8.2 380V低压出线的选择（1）馈电给1号厂房（铸造车间）的线路 采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择 由及地下0.8m土壤温度，参照参考文献，初选缆芯截面，其，满足发热条件.2）校验电压损耗 由附图1所示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为50m，而由参考文献查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又1号厂房的，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求.3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同.（2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。（3）馈电给3号厂房（热处理车间）的线路选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆 .（4）馈电给4号厂房（电镀理车间）的线路选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择.（5）馈电给3号厂房（仓库）的线路 由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用的聚氯乙烯绝缘的铝芯导线BLV-1000型（见表8-30）5根（包括3根相线、一根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设.（6）馈电给6号厂房（工具车间）的线路采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋.（7）馈电给7号厂房（金工车间）的线路采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设.（8）馈电给8号厂房（锅炉房）的线路采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设.（9）馈电给9号厂房（装配车间）的线路采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设.（10）馈电给10号厂房（机修车间）的线路采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设.（11）馈电给生活区的线路采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设.8.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10kV母线相联.（1）按发热条件选择 工厂二级负荷容量共,而最热月土壤平均温度为,因此参照参考文献，初选缆芯截面为的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆（注：该型电缆最小芯线截面积为），其,满足发热条件.（2）校验电压损耗 由参考文献可查得缆芯为25mm的铝芯电缆的 (缆芯温度按计)，而二级负荷的，线路长度按2km计，因此由此可见该电缆满足允许电压损耗要求.（3）短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯的交联电缆是满足短路热稳定要求的.综合以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表7.1所示.表7-1 所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格线路名称导线或电缆的型号规格10kV电源进线LJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22-10000-325交联电缆（直埋）380V低压出线至1号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV22-1000-3300+170 四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV22-1000-3300+195 四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至6号厂房VLV22-1000-3300+1185四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV22-1000-3300+1185四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV22-1000-3300+170 四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV22-1000-3300+195 四芯塑料电缆（直埋）至生活区单回路，回路线3LJ-240+1LJ-120（架空）与邻近单位