机械厂降压变电所的电气设计

《供配电系统》课程设计报告书课题名称机械厂降压变电所的电气设计2015年06月18日课程设计任务及要求1设计要求根据该厂所能取得的电源及该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，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，选择整定继电保护装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图。课程设计分为4个小组，每个班按前26位学号为一组，其余为另一组。2设计依据、工厂总平面图第1～4组分别按《工厂供电设计指导》图11-1～11-4设计。、工厂负荷情况该厂多数车间为二班制，年最大负荷利用小时为4600h。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。该厂的负荷统计资料如表1所示。第1组按表1数据设计，第2～4组设备容量按表1逐组递增20%，其余相同。例第2、3、4组铸造车间的动力设备容量分别为260×1.2=312，312×1.2=374，374×1.2=449，其余类推。、供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，该厂可由附近一条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。该干线的导线型号为LGJ-150，导线为等三角形排列，线距为2m；干线首端距离该厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MV·A。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。已知与该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。④、气象资料该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-8℃，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0.8m处平均温度为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20天。⑤、地质水文资料该厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。⑥、电费制度该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计为18元/(kV·A)，电度电价为0.59元/(kW·h)。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：6~10kV为800元/(kV·A)。3设计任务要求在规定时间内独立完成下列工作量：1、设计说明书，内容：1）前言；2）目录；3）负荷计算和无功功率补偿；4）变电所的位置与型式的选择；5）及主变压器的台数、容量与类型的选择；6）变电所主结线方案的设计；7）短路电流的计算；8）变电所一次设备的选择与校验；9）变电所进出线的选择与校验；10）变电所继电保护的整定；11）参考文献；12）变电所主接线图。绘制的电路图、图形符号及文字符号应符合国家标准，设计报告的格式按照附件“课程设计报告书格式”。上交文档：设计说明书打印稿和电子稿各一份，电子稿以“学号姓名”命名。（一）负荷计算和无功功率补偿1.负荷计算表1工厂负荷计算表编厂负荷设备需要功率tan计算负荷号房名称类别容量/kW系数Kd因数(cos)P30/KWQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸造车间动力449.280.350.71.02157.25160.40224.64341.7照明8.640.91.007.7707,7711.8小计457.92165.02160.40232.41353.52锻压车间动力380.160.30.61.17114.04133.42190.06289.1照明10.360.81.007.2507.2511.0小计390.52121.29133.42197.31300.13金工车间动力414.720.250.631.17103.68121.30164.57250.3照明12.090.71.008.4608.4612.8小计426.81112,14121,30173.03263.14工具车间动力345.600.30.61.33103.68137.89172.8262.8照明8.640.81.006.9106.9110,5小计354.24110.59137.89179.71273.35电镀车间动力311.040.50.750.75155.52116.64207.36315.4照明6.910.81.005.5205.528.3小计317.95161.04116.64212.88323.76热处理车间动力276.480.60.80.75165.88124.35207.25314.8照明8.640.81.006.9106.9110.5小计285.12172.79124.35214.16325.37装配车间动力241.920.40.71.0296.7698.69138.22210.2照明10.360.91.009.3309.3314.1小计252.28106.0998.69147.55224.38机修车间动力207.360.30.71.1762.2072.7788.85135.1照明6.910.81.005.5205.528.3小计214.2767.7272.7794.37143.49锅炉房动力86.40.80.750.7569.1251.8492.16140.1照明3.450.81.002.7602.764.1小计89.8571.8851.8494.94144.210仓库动力17.280.30.80.755.183.886.474.8照明1,720.71.001.2001.21.8小计196.383.887.676.6生活区照明345.600.70.90.48241.92116.12268.80408.80总共（380V）动力2730.241336.861137.301822.832766.30照明423.32计入KP=0.8Kq=0.850.741069.48966.701441.622192.912.无功功率补偿由表2可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.74。而供电部门要求改厂10kV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Qc=P30(tanɚ1-tanɚ2)=1069.48[tan(arccos0.74)-tan(arccos0.92)]kvar=516.48kvar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）1台与方案3（辅屏）3台和方案4（辅屏）2台相组合，总共容量84kvarx4+112kvarx2=560kvar。（二）变电所3、1变电所的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，计算公式：X=P1X1+P2X2+P3X3+..../P1+P2+P3....=(PIXI)/PIY=P1Y1+P2X2+P3Y3+..../P1+P2+P3....=(PIYI)/PIX=(457.92x1.3+390.52x1.3+426.81x3.5+354.24x3.5+317.95x4.2+285.12x6.6+214.27x6.6+89.85x6.6+252.28x6.6+19x9.3+345.60x0.7)/(2730.24+423.32)=3.53Y=(457.92x5.2+390.52x3.6+426.81x5.2+354.24x3.6+317.95x1.8+285.12x6.3+252.28x4.7+214.27x3.1+89.85x1.5+19x4.7+345.60x0.3)/(2730.24+423.32)=3.75由计算结果可知，工厂的负荷中心在4号厂房的（仓库）内中心点偏东北附近。考虑到周围的环境及进出线方便，决定在4号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，其型式为外附式。如图1：图1工厂的负荷中心3、2变电所主变压器及主接线方案的选择、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：装设一台主变压器型号采用S9型，而容量根据SN.T=S30,选SN.T=1250KVAS30=1185.92KVA,即选用一台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。装设两台主变压器型号亦采用S9型，而每台变压器容量根据SN.T≈（0.6~0.7）S30和SN.T=S30(I+II)选择，即SN.T≈（0.6~0.7）S30=(0.6~0.7)x1185.92=(711.55~830.14)kVA且SN.T=S30(I+II)=（232.41+212.88+94.94)=540.23kVA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。主变压器的联接组均采用Yyno。（三）短路电流的计算a)绘制计算电路，如图图2短路计算电路b)确定短路计算基准值设Sd=100MVA,Ud=Uc=1.05UN,即高压侧Ud1=10.5KV,低压侧Ud2=0.4KV,则Id1=Sd/(√3)Ud1=5.5kAId2=Sd/(√3)Ud2=144kAc)计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统X1*=100MVA/500MVA=0.2架空线路X2*=（0.36x8）x((100/10.5)x(100/10.5))=2.6电力变压器X3*=(4.5/100)x（100MVA/1250KVA）=3.6因此绘短路计算等效电路如图5所示：图3短路计算等效电路d)短路计算结果表2短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAIK(3)I’’(3)I(3)ish(3)Ish(3)SK(3)K-11.961.961.965.02.9635.7K-222.522.522.540.7324.5315.63变电所一次设备的选择与校验e)10KV侧一次设备的选择校验，如表3：表310KV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UNINIK（3）ish(3)I^(3)2xtmin数据10KV57.69(I1N.T)1.96KA5.0KA1.96x1.96x1.9=7.3一额定参数UN.eIN.eIimaxIt^2.tm次设备型号规格in高压少油断路器SN10-10II/10kv630A16KA40KA16x16x2=512高压隔离开关GN6/8-10/20010kv200A-25.5KA10x10x5=500高压熔断器RN2-1010kv0.5A50KA--电压互感器JDJ-10100KV----电压互感器JDZJ-10(10/√3)x(0.1/√3)x(0.1/√3)----电流互感器LQJ-1010kv20A-31.8KA81二次负荷0.6避雷器FS4-1010KV----户外隔离开关GW4-12/40012KV400A-25KA500表3所选一次设备均满足要求。f)380V侧一次设备的选择校验，如表4：表4380V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UNINIK（3）ish(3)I^(3)2xtmin数据380v1740.4922.5KA40.73KA22.5x22.5x0.7=354.37一次设备型号规格额定参数UN.eIN.eIimaxIt^2.tmin低压断路器DW15-1500/3D380v1500A40KA---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LMZJ1-0.5500V300A---电