专业课程设计之10kV变电所.doc

目录前言.1第一章 课程设任务书.21.1设计目.21.2设计内容.21.3设计任务书.2第二章设计阐明书.52.1车间变电所电压级别拟定和主接线方案拟定.52.2电力负荷计算.62.3车间变电所变压器台数拟定及额定容量选取.82.4短路电流计算.前言10kV变配电所是电力系统一种重要构成某些，由电气设备及配电网络按一定接线方式构成，她从电力系统获得电能，通过其变换、分派、输送与保护等功能，将电能安全、可靠、经济输送到每一种用电设备。变配电所涉及面诸多，需要考虑问题多，需要分析变配电所肩负任务及顾客负荷等状况，运用计算负荷拟定无功功率补偿装置及补偿容量大小。同步进行各种变压器选取，从而拟定变配电所接线方式，再进行短路电流计算，选取变配电所高低压电气设备及保护配备。本车间变配电所初步设计涉及：1、 无功功率补偿2、 主变压器选取3、 系统接线方式选取4、 短路电流计算5、 继电保护选取与整定6、 防雷与接地保护等内容第一章课程设计任务书1.1设计目工厂供电课程设计是按教学筹划安排在有关课程结束后进行教学实践环节，以加强学生所学电气课程理论运用，培养学生综合运用所学知识，解决问题及分析问题能力。培养学生初步工程设计能力。通过课程设计使学生初步掌握电气工程设计环节及办法，学会编写设计阐明书，并按国标绘制工程图样。工厂供电课程设计任务是将电力系统输送来电能，通过合理输送变配电方式，输送给每一种用电设备上。以保证电气设备可以获得安全、可靠、高质量电能，在设计中要遵循国家关于规程和规定。1.2设计内容（1） 拟定车间变电所电压级别；（2） 采用需要系数法，计算单台设备支线、用电设备组干线和车间变电所低压母线和进线计算负荷；（3） 计算补偿容量，选取电容器柜个数和电容器个数；（4） 拟定车间变电所电气主接线；（5） 拟定变电器容量和台数；（6） 短路电流计算，计算出各短路点最大和最小短路电流值及短路容量；（7） 选取低压母线并进行动、热稳定校验；（8） 绘制车间变电所电气主接线图、车间配电系统图和配电平面图。1.3设计任务书1、 设计题目某机械制造厂车间变电所及其低压配电系统设计。2、 设计基本资料（1） 车间负荷所有为三级负荷，对供电可靠性规定不高。（2） 车间平面布置图如图1-1所示，车间用电设备明细表如表1-1所示，车间变电所低压转供负荷如表1-2所示。图1-1车间平面布置图 表1-1 车间用电设备明细表设备序号设备名称台数单台容量效率功率因数启动倍数1普通车床C630110.1250.880.8162平面磨床M713017.60.880.826312普通车床C6C1104.60.90.81613，20砂轮机S3SL-30021.50.920.826.514，15普通机床C61623.30.90.81616摇臂钻Z3518.50.870.825.517，18圆柱立式钻床23.1250.890.83619吊车5t110.20.820.654.521，22牛头刨床B6050240.870.82623，24立式铣床X53T213.80.880.81425，26液压牛头刨床B6902110.890.805.527立式钻床Z51210.60.910.826.528，33立式钻床Z53524.6250.900.80629，30箱式加热电阻炉RJX-452450.971.032，35普通车床CW61100223.70.880.82434龙门刨床B166.80.860.812.5 表1-2 车间变电所低压转供负荷序号转供负荷名称计算负荷转供距离/kmPc/kWQc/kvarSc/kVAI30/Acos1WL4机械加工二车间回路1322037.7457.340.850.2回路2503058.3188.590.86回路3401542.7264.910.94照明41201218.231.0共计13465148.93226.280.902WL5备件库回路1341637.5857.100.900.1回路2221526.6240.440.83共计563164.0197.250.873WL6空压站回路1752077.62117.930.970.15回路2543664.9098.610.83回路3632266.73101.390.94共计19278207.24314.870.934WL7锻压车间回路116817.8927.180.890.2回路2332541.4062.900.80回路3141117.8027.040.79照明42002030.391.0共计834493.94142.730.88（3）二次母线短路容量：=200MVA，=150MVA ；保护动作时限=1.2s；电源进线l=0.4km(电缆) ；电压:/=10/0.4kV；最热日平均气温：地上 30 ，地下 28 ；车间最大负荷运用小时数=4500h；土壤电阻率p=100m；自然接地电阻=20；车间最大负荷时功率因数不得低于0.9，供电贴费为700元/(kVA)。第二章设计阐明书2.1车间变电所电压级别拟定和主接线方案拟定（一）车间变电所主接线方案拟定（1）依照已知机械加工车间负荷均为三级负荷，对供电可靠性规定不高，因而可采用线路-变压器组接线方式。它长处是接线简朴、使用设备少和建设投资省；其缺陷是供电可靠性差。当供电线路，变压器及其低压母线上发生短路或任何高压设备检修时，所有负荷均要停止供电。这种接线合用于三级负荷变电所。为保证对少量二级负荷供电，可在变压器低压侧引入其他变电所联系线作为备用电源。选取主接线方案如图2-1所示。图2-1车间变电所主接线（2）车间变电所高压侧依照电源条件选定为10kV，低压侧额定电压为380V，因而选取降压变压器额定电压为10/0.4kV。（3）机加车间低压配电网络接线方式选取，低压配电网络接线方式有放射式、树干式、环式和链式。低压配电网络接线设计应满足用电设备对供电可靠性和电能质量规定，同步应注意接线简朴，操作安全以便，具备一定灵活性，适应性广和使用上变化及设备检修需要，配电系统层次普通不超过三级。（4）依照GB50052-1995供配电系统设计规范规定，由于机加车间电动机容量不大又集中，对供电可靠性规定不高，因而低压配电网接线可采用树干式和链式接线。车间低压配电网络接线图如图2-2所示。图2-2车间低压配电网络接线图各配电箱所接电气设备如表2-1所示。 表2-1 配电箱及配电箱所接电气设备序号配电箱编号电气设备序号配电箱编号所接电气设备序号AL114,15,16,17,18AL55,7,8,9,10,11,12AL220,21,22AL613,27,28AL323,24,34,35AL725,26AL41,2,3,4,6AL829,302.2电力负荷计算1、 采用需用系数法对车间用电设备进行负荷计算（1）各支线负荷计算及熔断器和导线截面积选取查表1-1，知序号1设备单位容量10.125kW，效率，功率因数，启动倍数，则计算电流：=，启动电流： =621.58=129.48(A)1） 选取支线熔断器。，=0.4129.48=51.79(A)，式中，为熔体额定电流，K为选取熔体计算系数，轻载启动取0.250.4。选=60A，100A，查表5-10（工厂供电设计指引 P 80），选取RT0-100/60。2） 选支线截面积。按容许载流量选取，依照，查表8-32（工厂供电设计指引 P 155），依照实际环境温度=30，选3根单芯塑料导线穿钢管埋地敷设。当截面积A=4,=30时，=22A=21.58A，选取成果为BLV-34-22A15mm（钢管直径）。同理选取出所有电动机支线熔断器和导线截面积如表2-2所示。表2-2 各支线负荷、熔断器、导线截面积选取成果设备序号设备名称单台容量/kW计算电流/kA启动电流/kA熔断器选取/A导线截面积A/mm2容许截流量/A钢管直径/mm1普通车床C63010.12521.5851.79100/60422152平面磨床M71307.61638.450/402.516153普通车床C6C14.69.5923.0250/302.516154砂轮机S3SL-3001.53.027.8550/102.516155普通机床C6163.36.8816.5150/202.516156摇臂钻Z358.518.1039.8250/402.516157圆柱立式钻床3.1256.4315.4350/202.516158吊车5t10.229.0839.2650/40629159牛头刨床B605048.5220.4550/302.5161510立式铣床X53T13.829.4147.06100/506291511液压牛头刨床B6901123.4751.64100/604221512立式钻床Z5120.61.223.1750/52.5161513立式钻床Z5354.6259.7623.4250/302.5161514箱式加热电阻炉RJX-454570.4877.53100/8025651515普通车床CW6110023.749.9079.84100/8016521516龙门刨床B66.8145.70109.28200/1209514715（2）干线负荷计算及截面积选取。1） 回路WL1负荷为=3.32+8.5+3.1252+1.5+42+23.7+4.625+13.82+66.8+23.7=177.28(kW)回路WL2负荷为=10.125+7.6+4.610+1.5+0.8+4.625=70.45(kW)回路WL3负荷为=112+452=112(kW)机加车间用电设备从低压配电屏引出三个回路WL1、WL2、WL3，各回路所接配电箱及用电设备如表2-3和表2-4所示。表2-3机加车间三个回路负荷计算成果车间回路号配电箱序号设备序号额定容量（kW）需用系数WL1AL114 15 16 17 18177.280.30.621.265AL220 21 22 32 33AL323 24 34 35WL2AL41 2 3 4 670.450.20.611.299AL55 7 8 910 11 12AL613 27 28WL3AL725 261120.30.621.265AL829 30表2-4机加车间三个回路负荷计算成果车间回路号计算负荷（kW）（kvar）(kVA)(A)WL153.1867.2785.75130.28WL221.1427.4634.6552.65WL333.642.554.1882.32车间转供负荷计算成果如表1-2所示。2） 交联聚乙烯绝缘电缆具备优良性能，优先选用。故采用YJLV型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设，由于地下温度 28电缆载流量按0.9校正。查表8-37（工厂供电设计指引 P 159），选取成果如表2-5所示。保护线（PE）截面积选取：当16时，；当16 16；当 。表2-5车间干线计算电流及导线截面积选取成果（YJLV铝芯电缆）回路编号干线计算电流（A）导线容许载流量 (A)导线截面积A（）WL1130.28164.7350+125WL252.65115.2325+125WL382.32115.2325+125WL4226.28274.53120+170WL597.25115.2325+125WL6314.87350.13180+195WL7142.73164.7350+1252.3车间变电所变压器台数及额定容量选取依照负荷性质和电源状况选取变压器台数和容量，有下列两种方案：（1） 方案一：选一台主变压器，低压侧采用单母线，采用低压联系线作为备用电源。=630kVA=579.94kVA，查表2-5(工厂供电设计指引 P29)选取一台S9-630/10/0.4-低损耗配电变压器，技术数据如表2-6所示。（2） 方案二：选两台主变压器，暗备用，低压侧采用单母线分段主接线，有=（0.50.6）579.94=（289.97347.96）kVA，选取两台S9-315/10/0.4-低损耗配电变压器，技术数据如表2-6所示。表2-6S9型电力变压器技术数据型号额定容量（kVA）空载损耗（kW）负载损耗（kW）空载电源%短路阻抗%连接组别标号参照价（元/台）S9-630/10/0.46301.26.20.94.574 700S9-315/10/0.43150.673.0651.1443 000表2-7两种主接线方案技术经济比较比较项目方案1方案2技术指标供电安全性满足规定满足规定供电可靠性基本满足规定基本满足规定供电质量一台主变，电压损耗大两台并列运营，电压损失小灵活以便性一台主变，灵活性小两台主变，灵活性好扩建适应性留有扩建余地小扩建适应性好经济指标电力变压器综合投资查表2-5，S9-630单价:7.47万元查表3-1，变压器综合投资为其单价2倍，即14.94万元查表2-5，S9-315单价:4.3万元查表3-1，变压器综合投资为其单价2倍，即17.2 万元 比喻案1多投资2.26万元高压开关柜综合投资KYN-10型柜每台单价按5万元计，采用4台柜，查表3-1高压开关柜综合投资为设备价1.3倍，即541.3=26万元KYN-10型柜每台单价按5万元计，采用6台柜，查表3-1高压开关柜综合投资为设备价1.3倍，即561.3=39万元比喻案1多投资13万元电力变压器和高压开关柜年运营费用查表3-2，主变压器和高压开关柜折旧和维修管理费用每年为：14.94（0.05+0.06）=1.64万元26（0.06+0.06）=3.12万元总计 4.76万元查表3-2，主变压器和高压开关柜折旧和维修管理费用每年为：17.2（0.05+0.06）=1.89万元39（0.06+0.06）=4.68万元总计 6.57万元比喻案1多投资1.81万元续表比较项目方案1方案2经济指标交给供电部门一次性供电贴费按700元/(kVA)计，贴费为0.07630=44.1万元按700元/(kVA)计，贴费为0.073152=44.1万元两种方案供电贴费相等由上表分析，技术指标方案2优于方案1，而经济指标方案1优于方案2。本题目对供电可靠性规定不高，采用方案1比较合理。2.4短路电流计算短路电流计算目是为了选取和校验车间变电所高、低压电气设备及提供继电保护所需要技术数据，因而应计算在最大运营方式下和最小运营方式下短路电流值。（1） 计算电路图如图2-3所示。图2-3供电系记录算电路图（2） 等值电路图如图2-4所示。图2-4供电系统等值电路图（3） 计算各器件基准电抗标幺值。基准容量：，基准电压：,基准电流：,由已知：，电源内阻：，由已知：l=0.4km,电缆进线阻抗：,变压器：=7.143（4） 计算k1点和k2点短路电流= 0.7135 1.015 =5.42kA=0.5435 0.754 =7.29kA =7.8565 7.874 =18.33kA=7.6865 7.704 18.73kA取高压冲击系数=1.8，则=18.56kA取低压冲击系数=1.6，则=42.38kA最大短路容量：=132.63 MVA，=12.98 MVA表2-10短路电流计算成果 短路点运营方式最大运营方式短路电流/kA7.2918.73最小运营方式短路电流/kA5.4218.33冲击电流/kA18.5642.38最大短路容量/MVA132.6312.982.5车间高低压电气设备选取1、选取母线截面积车间低压母线，可选LMY型矩形硬铝母线，按经济电流密度选取。已知母线计算电流=881.13A，由于年最大负荷运用小时数=4500h，查表8-26（工厂供电设计指引 P151）得经济电流密度=1.73A/mm，因而经济截面为=509mm。查表8-30（工厂供电设计指引 P154）选LMY型硬铝母线1008，竖放时=1625A，平放时减少8，则=1495A，因而，符合规定。（1） 对母线作热稳定校验：，则热效应容许最小截面积为：=264 (C为短路热稳定系数，查表5-2（工厂供电设计指引 P66）得C=87 A/),由于A=1008264，因此热稳定合格。（2） 对母线作动稳定校验：母线采用平放布置，依照低压配电屏构造尺寸拟定a=0.25m，l=0.9m。由b=100mm,h=8mm,则m=12.5,=1.39,查图4-13（工厂供电设计指引 P63），则导体形状系数1.05，中间相（b相）受最大电动力Fmax=1.73 =1174.5N计算应力。2、 10kV进线电缆热稳定校验查表5-2（工厂供电设计指引 P66）得10kV交联聚乙烯绝缘电缆热稳定系数C=77 A/)，则，按热稳定规定重选交联聚乙烯绝缘电缆，容许载流量，符合规定，电缆不作动稳定校验。3、 车间变电所高低压电气设备选取表2-11车间变电所进线侧和低压侧计算数据项目额定电压/kV计算电流A短路电流kA短路容量/MVA冲击电流/kA热稳定s进线侧1033.487.29132.6318.561.5=79.72低压侧0.38881.1318.7312.9842.381.5=526.2表2-12车间变电所高压电气设备选取型号额定电压=10kV额定电流=33.48A断流能力/7.29kA动稳定度=18.56kA热稳定度79.72额定断流容量132.63MVA高压少油断路器106301640300高压隔离开关1020025.5高压限流式熔断器100.5501000电压互感器JDZ-1010/0.1电压互感器JDZJ-10/电流互感器LQJ-1010100/531.82避雷器FS-10或FZ-1010表2-13车间低压干线断路器及低压刀开关选取车间回路号计算电流/A低压断路器型号低压刀开关型号WL1WL2WL3WL4WL5WL6WL7130.2852.6582.32226.2897.25314.87142.73DW15-200DW15-200DW15-200DW15-400DW15-200DW15-400DW15-200HD13-200HD13-200HD13-200HD13-400HD13-200HD13-400HD13-2004、 高压开关柜选取查 P880，选用KYN-10型金属铠装式开关柜，依照车间变电所主接线选取开关柜编号方案如图2-5所示。图2-5车间变电所主接线选取开关柜编号方案表2-14车间变电所主接线选取开关柜编号方案KYN-10高压开关柜编号004042005018 开关柜用途数量型号电缆进线电压测量及保护接车间主变压器右联系SN10-10I少油断路器111CD10I型操动机构111RN2-10/0.5高压熔断器1FS2/FZ2型避雷器3JDZ型电压互感器3LDJ型电流互感器233ZDJ型电压监视装置1JN-10型接地开关1外形尺寸（宽mm/深mm/高mm）800/1650/2200800/1500/2200800/1500/2200800/1500/22005、 低压配电屏选取查 P960，选用PGL-2型低压启动式开关柜，依照车间变电所低压配电线路选取低压开关柜编号方案如图7所示。查 P754，选用PGJ1型低压无功功率补偿屏，依照车间变电所低压配电线路选取低压补偿柜编号方案如图2-6所示。图2-6低压配电线路选取低压开关柜及低压补偿柜编号方案表2-15低压配电线路选取低压开关柜及低压补偿柜编号方案PGL2低压配电屏编号0325252525252525PGJ1PGJ1 用途 数量 型号电缆进线WL1馈电WL2馈电WL3馈电WL4馈电WL5馈电WL6馈电WL7馈电主补偿屏1辅补偿屏3DW15-1500/3低压断路器1HD13-1500/30型刀开关1LMZJ1-0.5电流互感器3DZX10-600/3低压断路器1111111HD-13-600/31型刀开关1111111LMZ1-0.5电流互感器1111111aM332A熔断器1818HD13-400/3隔离开关11LMZJ-200/5电流互感器33CJ10-40/3型接触器66BW0.4-14-3型电容器666、 动力配电箱选取查 P1165，选用XF-10型动力配电箱，依照车间变电所低压干线选取动力配电箱编号方案如图2-7所示。图2-7低压干线动力配电箱编号方案2.6变电所防雷保护及接地装置设计1、直击雷保护 在变电所屋顶装置避雷针或避雷带，并引出两根地线与变电所公共接地装置相连，由于变电所高压电气设备均在室内，因而不必设立独立避雷针。防雷引下线，应优先运用自然引下线，还可以运用建筑物钢柱、消防梯、金属烟囱作为自然引下线。人工防雷引下线采用圆柱或扁钢，优先采用圆钢，其截面积应满足规范规定，引下线沿建筑物外墙敷设，并经最短途径接地，规定接地电阻为4。2、雷电侵入波保护在10kV高压侧配电室装有FS2/FZ2型避雷器，引下线采用25mm4mm镀锌扁钢，下与公共接地网焊接，上与避雷器接地端螺栓连接。3、 变电所公共接地装置设计 查表9-6（工厂供电设计指引 P175）接地电阻应满足： 1） 且10；2）4为车间变电所单相接地短路电流，即：=(+35)/350=1.3A，则=92.3，因此取4。（2）已知土壤电阻率=100m，自然接地电阻=20 ,接地体采用长L=2.5m，直径=50mm镀锌钢管，管距5m垂直打入地下，管顶离地面0.6m，管间用40mm4mm镀锌扁钢焊接相连。（3）单根垂直接地体电阻估算，=40，已知自然接地体电阻=20，则需人工接地体电阻 =)/(-)=5。查表9-11（工厂供电设计指引 P177），=2，则0.66，则所需接地体个数n=12.1,取n=14根。校验复合电阻：R=/n =4.33=(R)/(R+)=3.56100A）113、中央信号装置在变电所控制或值班室内普通装设中央信号装置，由事故信号和预告信号构成。车间变电所中央信号装置普通采用重复动作信号装置。若变电所接线简朴可采用不重复动作信号装置。本变电所采用集中复归不能重复动作事故信号装置和集中复归预告信号装置，它们采用交流操作电源，取自电压互感器作为信号电路电源。4、车间变电所继电保护装置配备继电保护装置应当满足可靠性、选取性、灵活性和速动性规定。电力设备和线路短路故障保护应设有主保护和后备保护，必要时再增长辅助保护。（1）10kV线路继电保护装置查表2-5 工业与民用配电设计手册 P309拟定采用电流速断保护，过电流保护，单相接地短路电流保护。1）10kV线路电流速断保护整定计算保护装置一次侧动作电流(kA)，电流继电器动作电流=474（A）敏捷度校验：=0.037km保护范畴：m=9.25%15%，不符合规定，可以不装设电流速断保护。2）过电流保护一次侧动作电流=，二次侧动作电流,保护时限=0.4+0.5=0.9s敏捷度校验：,合格。（2）主变压器继电保护配备1）装设瓦斯保护当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当因严重故障产生大量瓦斯时，动作于跳闸。2）装设过电流保护动作电流整定：,则,由于本变电所为终端变电所，故动作时间可整定为最短0.5s。敏捷性校验：3）装设电流速断保护速断电流整定：敏捷度校验：=，则3） 过负荷保护动作电流整定：动作时间可整定为：课程设计总结本次课程设计咱们组一共七人，作为组长，我要积极带领成员做好课程设计，培养咱们解决问题和分析问题以及初步工程设计能力。设计过程中，咱们共同收集资料，上网、去图书馆，理解工程设计普通环节及规范，拟定设计题目，分析原始数据。然后，依照实际状况，由a负责计算负荷某些，b负责选取变压器和补偿计算某些，c负责进线电缆和功率损耗某些，d负责短路计算某些，e负责防雷及接地设计某些，f负责继电保护某些，我负责各成员间协调工作，拟定主接线形式和设备选型，并且负责绘制电气CAD图以及进行文档编辑和整顿，整个过程有条不紊顺利完毕。由于本课程设计涉及面广、工作量大，错误及不当之处在所难免，请教师批评指正。最后，感谢教师和成员协助与支持！参照文献1 刘学军，等. 工厂供电设计指引. 北京：中华人民共和国电力出版社，.2 刘介才. 工厂供电设计指引. 2版. 北京：机械工业出版社，.3 工厂惯用电气设备手册编写组. 工厂惯用电气设备手册（上册）. 2版. 北京：中华人民共和国电力出版社，1997.4 中华人民共和国航空工业规划设计研究院组. 工业与民用配电设计手册. 3版. 北京：中华人民共和国电力出版社，.附图1. 车间变电所电气主接线图2. 车间电气平面布置图