某机械厂降压变电所的电气设计

-1-题目：机械厂降压变电所的电气设计系别：电气工程系-2-第一章设计任务1.1设计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，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。1.2设计依据1.2.1工厂总平面图(4)(5)(6)(7)(10)(9)(8)(1)(2)(3)图1.1工厂平面图1.2.2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为4600h，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二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1.1所示。1.2.3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的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。1.2.4气象资料-3-本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-9℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8米处平均气温为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。1.2.5地质水文资料本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。表1.1工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力3000．30．7照明50．81．02锻压车间动力3500．30．65照明80．71．07金工车间动力4000．20．65照明100．81．06工具车间动力3600．30．6照明70．91．04电镀车间动力2500．50．8照明50．81．03热处理车间动力1500．60．8照明50．81．09装配车间动力1800．30．7照明60．81．010机修车间动力1600．20．65照明40．81．08锅炉车间动力500．70．8照明10．81．05仓库动力200．40．8照明10．81．0生活区照明3500．70．91.2.6电费制度本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA，动力电费为0.9元/Kw.h，照明电费为0.5元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：6~10VA为800/kVA。-4-第二章负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW）30P=dKeP，dK为系数b)无功计算负荷（单位为kvar）30Q=30Ptanc)视在计算负荷（单位为kvA）30S=cos30Pd)计算电流（单位为A）30I=NUS330,NU为用电设备的额定电压（单位为KV）2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW）30P=ipPK30式中iP30是所有设备组有功计算负荷30P之和，pK是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95b)无功计算负荷（单位为kvar）30Q=iqQK30，iQ30是所有设备无功30Q之和；qK是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97c)视在计算负荷（单位为kvA）30S=230230QPd)计算电流（单位为A）30I=NUS330经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2.1所示（额定电压取380V）表2.1各厂房和生活区的负荷计算表编号名称类别设备容量eP/kW需要系数dKcostan计算负荷30P/kW30Q/kvar30S/kVA30I/A1铸造车间动力3000．30．71.029091.8————照明50．81．004.00————小计305——9491.8132201-5-2锻压车间动力3500．30．651.17105123————照明80．71．005.60————小计358——110.61231652517金工车间动力4000．20．651.178093.6————照明100．81．0080————小计410——8893.61281946工具车间动力3600．30．61.33108144————照明70．91．006.30————小计367——114.31441842804电镀车间动力2500．50．80.7512593.8————照明50．81．0040————小计255——12993.81602443热处理车间动力1500．60．80.759067.5————照明50．81．0040————小计155——9467.51161769装配车间动力1800．30．71.025455.1————照明60．81．004.80————小计186——58.855.180.612210机修车间动力1600．20．651.173237.4————照明40．81．003.20————小计164——35.237.451.4788锅炉车间动力500．70．80.753526.3————照明10．81．000.80————小计51——35.826.344.4675仓库动力200．40．80.7586————照明10．81．000.80————小计21——8.8610.716.211生活区照明3500.70.90.48245117.6272413总计动力22191013.5856.1————照明403计入pK=0.8,qK=0.850.75810.8727.6108916552.2无功功率补偿无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：CQ=30P(tan1-tan2)=810.8[tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)]=369.66kvar-6-参照图2，选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，总共容量为84kvar5=420kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷'30Q=（727.6-420）kvar=307.6kvar，视在功率2'30230'30QPS=867.2kVA，计算电流NUSI3'30'30=1317.6A,功率因数提高为cos'='3030SP=0.935。在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表3所示。主屏辅屏1#方案6支路3#方案6支路2#方案8支路4#方案8支路CCC图2.1PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案表2.2无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷30P/KW30Q/kvar30S/kVA30I/A380V侧补偿前负荷0.75810.8727.610891655380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.935810.8307.6867.21317.6主变压器功率损耗0.01530S=130.0630S=5210KV侧负荷计算0.935823.8359.6898.952-7-第三章变电所位置与型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，1P、2P、3P10P分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定1P（2.5，5.6）、2P（3.6，3.6）、3P（5.7，1.5）、4P（4，6.6）、5P（6.2，6.6）、6P（6.2，5.2）、7P（6.2，3.5）、8P（8.8，6.6）、9P（8.8，5.2）、10P（8.8，3.5），并设11P（1.2，1.2）为生活区的中心负荷，如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(x,y),其中P=1P+2P+3P+11P=iP。因此仿照《力学》中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：iiiPxPPPPPxPxPxPxPx)(113211111332211（3-1）iiiPyPPPPPyPyPyPyPy)(113211111332211（3-2）把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到x=5.38，y=5.38。由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房（工具车间）的西北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。图3-1按负荷功率矩法确定负荷中心11P3P2P1P4P5P6P7P8P9P10PPyx-8-第四章变电所主变压器及主接线方案的选择4.1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：a)装设一台变压器型号为S9型，而容量根据式30SSTN，TNS为主变压器容量，30S为总的计算负荷。选TNS=1000KVA30S=898.9KVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。b)装设两台变压器型号为S9型，而每台变压器容量根据式（4-1）、（4-2）选择，即)7.0~6.0(TNS898.9KVA=（539.34~629.23）KVA（4-1）)(30SSTN=(134.29+165+44.4)KVA=343.7KVA（4-2）因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0。4.2变电所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：4.2.1装设一台主变压器的主接线方案如图4-1所示图4-1装设一台主变压器的主接线方案4.2.2装设两台主变压器的主接线方案如图4-2所示Y0Y0S9-1000GG-1A(F)-0710/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-03GG-1A(J)-03GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54GG-1A(F)-07GG-1A(F)-07主变联络（备用）220/380V高压柜列-9-图4-2装设两台主变压器的主接线方案4.3主接线方案的技术经济比较表4-1主接线方案的技术经济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，电压损耗较小Y0Y0220/380VS9-630GG-1A(F)GG-1A(F)-0710/0.4kVS9-63010