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.doc

某机械加工车间低压配电系统及车间变电所设计
2008年7月2日
目录
一、负荷计算 4
二、变电所主变压器和主结线方案的选择 6
三、短路电流的计算 7
四、变电所一次设备的选择校验 9
五、变电所进出线和与邻近单位联络线的选择 11
六、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 12
七、设计图样 13
八、车间平面布置图 14
九、心得体会 15

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 配电箱的位置：D-②靠墙放置
NO.2：14——28 配电箱的位置：C-③靠墙放置
NO.3：1、32、33、34、35 配电箱的位置：B-⑤靠柱放置
NO.4：6、7、11、12、13 配电箱的位置：B-④靠柱放置
NO.5：2、3、4、5、8、9、10 配电箱的位置：B-⑥靠柱放置

2．总负荷计算表如表1所示。

表1 机加工一车间和铸造、铆焊、电修等车间负荷计算表

编号

名称
类别
供电回路代号
设备容量Pe/KW
需要系数
Kd

cosΦ

tanΦ
计算负荷
P30
/KW
Q30
/Kvar
S30
/KVA
I30/A

1

机加工一车间

动力
No.1供电回路

104

0.7

0.95

0.33

72.8

24.0

76.7

116.5
No.2供电回路

82.9

0.2

0.5

1.73

16.6

28.7

33.2

50.4
No.3供电回路

157.7

0.2

0.5

1.73

31.5

54.6

63.0

95.7
No.4
供电回路

22.5

0.2

0.5

1.73

4.5

7.8

9.0

13.7
No.5
供电回路

38.6

0.2

0.5

1.73

7.7

13.4

15.4

23.4

2

铸造车间

动力
No.6供电回路

160

0.4

0.7

1.02

64

65.3

91.4

138.9
No.7供电回路

140

0.4

0.7

1.02

56

57.1

80.0

121.5
No.8供电回路

180

0.4

0.7

1.02

72

73.4

102.8

156.2
照明
No.9
供电回路

8

0.8

1

0

6.4

0

6.4

9.7

3

铆焊车间

动力
No.10
供电回路

150

0.3

0.45

2.0

45

89.1

99.8

151.6
No.11
供电回路

170

0.3

0.45

2.0

51

101

113.1

171.9
照明
No.12
供电回路

7

0.8

1

0

5.6

0

5.6

8.5

4

电修车间

动力
No.13
供电回路

150

0.3

0.5

1.73

45

78

90.0

136.8
No.14
供电回路

146

0.3

0.56

1.48

44

65

78.5

119.3
照明
No.15
供电回路

10

0.8

1

0

8

0

8

12.2

总计
(380V侧)
动力
1501.7

0.67

1.12

586.1

657.4

880.7

1338.2
照明
25
计入KΣp=0.8
KΣq=0.85

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）1台与方案3（辅屏）4台相组合，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
项目
cosΦ
计算负荷
P30/KW
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.64
468.9
558.3
729.5
1108.3
380V侧无功补偿容量

-420

380V侧补偿后负荷
0.96
468.9
138.3
488.9
742.8
主变压器功率损耗

0.015S30=7.3
0.06S30=29.3

10KV侧负荷总计
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
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，电压损耗略大
由于两台主变并列，电压损耗略小
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
综合投资额
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
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
高压开关柜（含计量柜）的综合投资额
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
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
电力变压器和高压开关柜的年运行费
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为3.706万元（其余略）
主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为6.752万元，比一台主变方案多耗3.046万元
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
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
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

3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值
（1）电力系统

（2）架空线路 由LGJ-150的，而线路长0.3km,故

（3）电力变压器 有，故

因此绘等效电路，如图2所示。

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

（2）三相短路电流周期分量有效值

（3）其他短路电流

（4）三相短路容量

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

（2）三相短路电流周期分量有效值

（3）其他短路电流

（4）三相短路容量

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
三相短路容量/MVA

I’’(3)

k－1
9.2
9.2
9.2
23.5
13.9
167.2
k－2
18.7
18.7
18.7
34.4
20.4
13.0

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
选择校验项目
电压
电流
断流
能力
动稳定度
热稳定度
台数
装置地点条件
参数
UN
I30

2tima

数据
10kV
36.4A (I1N·T)
9.2kA
23．5kA
9.22×1.9
=160.8

一
次
设
备
型
号
规
格
额定参数
UN
IN
Ioc
imax
t

高压少油断路器SN10-10I/630
10kV
630A
16kV
40kA
162×2=512
2
高压隔离开关GN-10/200
10kV
200A
－
25.5kA
102×5=500
5
高压熔断器RN2-10
10kV
0.5A
50kA
－
－
2
电压互感器JDJ-10
10/0.1kV
－
－
－
－
1
电压互感器JDJZ-10
/
/

kV
－
－
－
－
1
电流互感器LQJ-10
10kV
100/5A
－
31.8KA
81
3
避雷器FS4-10
10kV
－
－
－
－
2
户外式高压隔离开关
GW4-15G/200
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
电流
断流能力
动稳定度
热稳定度
台数
装置
地点
条件
参数
UN
I30

2tima

数据
380V
总742.8A
18.7kA
34.4kA
18.72×0.7=244.8

一
次
设
备
型
号
规
格
额定
参数
UN
IN
Ioc
imax
t

低压断路器DW15－1500/3
380V
1500A
40kV

1
低压断路器DZ20－630
380V
630A
(大于I30)
一般30kA

12
低压断路器DZ20－200
380V
200A
(大于I30)
一般25kA

3
低压刀开关HD13－1500/30
380V
1500A
－

1
电流互感器LMZJ1－0.5
500V
1500/5A
－

1
电流互感器LMZ1－0.5
500V
160/5A
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。由I30=36.4A及室外环境温度年最热月平均最高气温为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。
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电流速断保护灵敏系数的检验。 Ik.min=IK-1(2) =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。

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：

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。