供配電課程設計--- 工廠降壓變電所的電氣設計

1、<p>　　供 配 電 技 術(shù) 課 程 設 計</p><p>　　設計題目： 工廠降壓變電所的電氣設計 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計根據(jù)紅星機械廠所取得的

2、電源及本廠用電負荷的實際情況，適當考慮工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的要求。通過負荷計算，短路計算，校驗等等，來確定變電所型式，確定變電所主變壓器的臺數(shù)與容量、類型，選擇變電所主結(jié)線方案及高低壓設備和進出線，確定二次回路方案，確定變電所防雷接地裝置，繪制變電所系統(tǒng)圖，功率因數(shù)需要補償?shù)?.9。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 負荷計算 變壓器 繼電保護 二次回路</p>&l

3、t;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　第1章 負荷計算和無功功率補償1</p><p>　　1.1 負荷計算和無功功率計算1</p><p>　　1.2 無功功率補償5</p><p>　

4、　第2章 變電所主變壓器和主接線方案的選擇6</p><p>　　2.1 變電所形式和位置的選擇6</p><p>　　2.2 變電所主變壓器的選擇6</p><p>　　2.2.1 只裝一臺主變壓器7</p><p>　　2.2.2 裝設兩臺主變壓器7</p><p>　　2.2.3 兩種方案的

5、技術(shù)經(jīng)濟比較7</p><p>　　2.3 變電所主接線方案的選擇7</p><p>　　第3章 變電所短路電流的計算9</p><p>　　3.1 確定基準值10</p><p>　　3.2 計算短路電路中各主要元件的電抗標么值10</p><p>　　3.3 k-1點的短路電路總電抗標么值及三相

6、短路電流和短路容量10</p><p>　　3.4 k-2點短路電路總電抗標么值及三相短路電流和短路容量11</p><p>　　第4章 變電所一次設備的選擇和校驗11</p><p>　　4.1 變電所高壓一次設備的選擇11</p><p>　　4.2 變電所高壓一次設備的校驗12</p><p>

7、　　4.3 變電所低壓母線的選擇和校驗13</p><p>　　第5章 變電所高、低壓配電線路的選擇14</p><p>　　5.1 高、低壓線路導線的選擇14</p><p>　　第6章 變電所二次回路方案選擇及繼電保護的整定15</p><p>　　6.1 二次回路方案選擇15</p><p>

8、　　6.1.1 二次回路電源選擇15</p><p>　　6.1.2 高壓斷路器的控制和信號回路15</p><p>　　6.1.3 電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置16</p><p>　　6.1.4 電力系統(tǒng)中的自動重合閘裝置16</p><p>　　6.2 繼電保護的整定16</p><p>　　第7

9、章 防雷裝置的確定17</p><p>　　7.1 防雷裝置確定17</p><p>　　7.2 雷電侵入波保護17</p><p><b>　　總 結(jié)18</b></p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p><b>　　附

10、 錄20</b></p><p>　　第1章 負荷計算和無功功率補償</p><p>　　1.1 負荷計算和無功功率計算</p><p>　　表1-1 工廠負荷統(tǒng)計資料</p><p>　　由表1-1中的工廠負荷統(tǒng)計資料分別計算出各自的計算負荷和工廠總的計算負荷： （1）鑄造車間</p><p>

11、<b>　　動力部分：</b></p><p><b>　　照明部分：</b></p><p><b>　?。?）鍛壓車間</b></p><p><b>　　動力部分：</b></p><p><b>　　照明部分：</b><

12、/p><p><b>　?。?）金工車間</b></p><p><b>　　動力部分：</b></p><p><b>　　照明部分：</b></p><p><b>　　（4）工具車間</b></p><p><b>　　

13、動力部分：</b></p><p><b>　　照明部分：</b></p><p><b>　?。?）電鍍車間</b></p><p><b>　　動力部分：</b></p><p><b>　　照明部分：</b></p><

14、;p><b>　?。?）熱處理車間</b></p><p><b>　　動力部分：</b></p><p><b>　　照明部分：</b></p><p><b>　?。?）裝配車間</b></p><p><b>　　動力部分：</

15、b></p><p><b>　　照明部分：</b></p><p><b>　?。?）機修車間</b></p><p><b>　　動力部分：</b></p><p><b>　　照明部分：</b></p><p><

16、b>　?。?）鍋爐房</b></p><p><b>　　動力部分：</b></p><p><b>　　照明部分：</b></p><p><b>　　（10）倉庫</b></p><p><b>　　動力部分：</b></p&g

17、t;<p><b>　　照明部分：</b></p><p><b>　　（11）生活區(qū)</b></p><p><b>　　照明部分：</b></p><p>　　取全廠的同時系數(shù)為： ，則全廠的計算負荷為：</p><p>　　工廠總的計算負荷表見附錄表A。&

18、lt;/p><p>　　1.2 無功功率補償</p><p>　　由以上所求可得變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)：</p><p>　　因為供電部門要求該廠10KV進線側(cè)最大負荷時功率因數(shù)不應低于0.90?？紤]到主變壓器的無功損耗大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負荷功率因數(shù)應稍大于0.90，這里取。</p><p>　　則低壓側(cè)需裝設的并聯(lián)電容器容量為：

19、</p><p>　　取 </p><p>　　則補償后變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為：</p><p><b>　　計算電流：</b></p><p>　　變壓器的功率損耗為：</p><p>　　變電所高壓側(cè)的計算負荷為：</p>&l

20、t;p>　　補償后的功率因數(shù)為：</p><p>　　這一功率因數(shù)滿足（大于0.90）要求。</p><p>　　無功功率補償后工廠380V側(cè)和10V側(cè)的計算負荷如表1-2。</p><p>　　表1-2 無功功率補償后工廠的計算負荷</p><p>　　第2章 變電所主變壓器和主接線方案的選擇</p><p&g

21、t;　　2.1 變電所形式和位置的選擇</p><p>　　考慮到本廠負荷較為分散，故變電所采用單獨設立的方式。變電所設立位置盡可能靠近負荷中心，工廠的總平面圖如圖2-1所示</p><p>　　圖2-1 工廠總平面圖</p><p>　　2.2 變電所主變壓器的選擇 </p><p>　　根據(jù)工廠的負荷性質(zhì)和電源情況，工廠變電所的主變壓

22、器可有下列兩種方案：</p><p>　　2.2.1 只裝一臺主變壓器</p><p>　　主變壓器容量應滿足全部用電設備總計算負荷的需要，即，所以此變電所選，即選一臺S9—1000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負荷的備用電源，由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。</p><p>　　2.2.2 裝設兩臺主變壓器</p><p>

23、<b>　　應滿足：</b></p><p>　　= (132+160+44.4) =336.4</p><p>　　因此選兩臺S9—630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷的備用電源由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線承擔。主變壓器的聯(lián)結(jié)組別均采用Dyn11型。</p><p>　　2.2.3 兩種方案的技術(shù)經(jīng)濟比較</p>&l

24、t;p>　　表2-1 兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟比較</p><p>　　從上表2-2可以看出，按技術(shù)指標，裝設兩臺主變的主結(jié)線方案略優(yōu)于裝設一臺主變的主結(jié)線方案，但按經(jīng)濟指標，則裝設一臺主變的方案遠優(yōu)于裝設兩臺主變的方案，因此決定采用裝設一臺主變的方案。（說明：如果工廠負荷近期可有較大增長的話，則宜采用裝設兩臺主變的方案）</p><p>　　2.3 變電所主接線方案的選擇<

25、;/p><p>　　電氣主接線的基本要求：可靠性，靈活性，經(jīng)濟性和先進性。本設計母線選擇方案有兩種。</p><p>　　方案Ⅰ：高、低壓側(cè)均采用單母線接線。優(yōu)點：接線簡單清晰，設備少、投資低，操作方便，便于擴展，也便于采用成套配電裝置。另外，隔離開關(guān)僅僅用于檢修，不作為操作電器，不易發(fā)生誤操作。缺點：可靠性不高，不夠靈活。主接線圖如圖2-2。</p><p>　　方案

26、Ⅱ：高壓側(cè)采用單母線分段接線。優(yōu)點：用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同母線段引出兩個回路，用兩個電路供電；當一段母線故障時，分段斷路器自動切除故障母線保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電 。缺點：當一段母線或母線隔離開關(guān)檢修時該母線各出線須停電；當出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越；擴建時需向兩個方向均衡擴建。主接線圖如圖2-3。</p><p>　　以上兩種方案均能滿足主接線要求，采用方案

27、二相對來說需要的斷路器數(shù)量多，接線復雜，它們的經(jīng)濟性能較差；采用方案一既滿足負荷供電要求又較經(jīng)濟，故本次設計選用方案Ⅰ。</p><p>　　圖2-2 單母線主接線圖</p><p>　　圖2-3 單母線分段主接線圖</p><p>　　第3章 變電所短路電流的計算</p><p>　　本廠的供電系統(tǒng)簡圖如圖3-1所示。采用兩路電源供線，一

28、路為距本廠8km的饋電變電站經(jīng)LGJ-150架空線（系統(tǒng)按∞電源計），該干線首段所裝高壓斷路器的斷流容量為 ；一路為鄰廠高壓聯(lián)絡線。下面計算本廠變電所高壓10kV母線上k-1點短路和低壓380V母線上k-2點短路的三相短路電流和短路容量。</p><p>　　圖 3-1 短路計算電路</p><p>　　3.1 確定基準值</p><p><b>　　取

29、，，</b></p><p><b>　　所以： </b></p><p>　　3.2 計算短路電路中各主要元件的電抗標么值</p><p>　?。?）電力系統(tǒng)的電抗標么值： </p><p>　　（2）架空線路的電抗標么值：查手冊得，因此：</p><p>　　（3）電力變壓器的電

30、抗標么值：由所選的變壓器的技術(shù)參數(shù)得，因此：</p><p>　　可繪得短路等效電路圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 短路等效電路圖</p><p>　　3.3 k-1點的短路電路總電抗標么值及三相短路電流和短路容量</p><p>　?。?）總電抗標么值： </p><p>　?。?）三相短路電流周

31、期分量有效值： </p><p>　?。?）其他三相短路電流： </p><p>　　（4）三相短路容量： </p><p>　　3.4 k-2點短路電路總電抗標么值及三相短路電流和短路容量</p><p>　?。?）總電抗標么值：</p><p>　　（2）三相短路電流周期分量有效值：</p><

32、;p>　　（3）其他三相短路電流：</p><p>　?。?）三相短路容量：</p><p>　　第4章 變電所一次設備的選擇和校驗</p><p>　　4.1 變電所高壓一次設備的選擇</p><p>　　高壓斷路器不僅能夠通斷正常負荷電流，而且能接通和承受一定時間的短路電流，并能在保護裝置作用下自動跳閘切除短路故障。真空斷路器具

33、有體積小、動作快、壽命長、安全可靠和便于維修等優(yōu)點，所以初步選擇真空斷路器。由于工廠的電源進線為10kv，所以額定電壓為10kv。因為變電所采用單獨設立方案，故采用戶內(nèi)式 。由第1章負荷計算可知，所以綜合考慮，選擇型號為ZN4-10/1250的高壓斷路器。</p><p>　　高壓隔離開關(guān)可以隔離高壓電源，以保證其他設備和線路的安全檢修，由第1章計算結(jié)果可知，故采用型號為GN-10/50的高壓隔離開關(guān)。</

34、p><p>　　由所以高壓側(cè)母線載流量要大于47.42A,查資料可知，高壓側(cè)母線型號：LMY-3（404mm）的允許載流量為480A，滿足要求。</p><p>　　4.2 變電所高壓一次設備的校驗</p><p>　　根據(jù)《高壓一次設備的選擇校驗項目和條件》，在據(jù)電壓、電流、斷流能力選擇設備的基礎(chǔ)上，對所選的高壓側(cè)設備進行必需的動穩(wěn)定校驗和熱穩(wěn)定度校驗。</p

35、><p>　?。?）高壓斷路器的動穩(wěn)定度校驗</p><p><b>　　校驗條件：或</b></p><p>　　由以上短路電流計算得：；</p><p>　　查找所選設備的數(shù)據(jù)資料比較得：</p><p>　　高壓斷路器ZN4-10/1250的，滿足要求。 </p><p>

36、;　?。?）母線的動穩(wěn)定校驗</p><p>　　校驗條件：, LMY母線材料的最大允許應力。</p><p>　　母線的短路電流； 三相短路時所受的最大電動力 </p><p><b>　　母線的彎曲力矩：</b></p><p><b>　　母線的截面系數(shù)：</b></p>

37、<p>　　母線在三相短路時的計算應力：</p><p>　　可得：,滿足動穩(wěn)定性要求。</p><p>　?。?）高壓斷路器熱穩(wěn)定性校驗</p><p>　　校驗條件：,查閱資料可知高壓斷路器：，將數(shù)據(jù)代入上式，經(jīng)計算高壓電路器滿足熱穩(wěn)定性要求。</p><p>　?。?）高壓母線的熱穩(wěn)定性校驗</p><p

38、>　　校驗條件：A=，查資料可知鋁母線的C=87，取。</p><p>　　母線的截面：A=404=160</p><p><b>　　允許的最小截面：</b></p><p>　　從而，，該母線滿足熱穩(wěn)定性要求。</p><p>　　4.3 變電所低壓母線的選擇和校驗</p><p>　

39、?。?）低壓母線的選擇</p><p>　　由第1章計算結(jié)果可知，查資料可知LMY-3(80 10)+1806的允許載流量為1427A，滿足要求。</p><p>　　（2）低壓母線的動穩(wěn)定性校驗</p><p>　　校驗條件：, LMY母線材料的最大允許應力。</p><p>　　母線的短路電流 ，三相短路時所受的最大電動力 </

40、p><p><b>　　母線的彎曲力矩：</b></p><p><b>　　母線的截面系數(shù)：</b></p><p>　　母線在三相短路時的計算應力：</p><p>　　可得：，滿足動穩(wěn)定性要求。</p><p>　?。?）低壓母線熱穩(wěn)定性校驗</p><

41、p>　　校驗條件：A=查資料可得鋁母線的C=87，取 。</p><p>　　母線的截面：A=8010=800</p><p><b>　　允許的最小截面：</b></p><p>　　從而，，該母線滿足熱穩(wěn)定性要求。 </p><p>　　第5章 變電所高、低壓配電線路的選擇</p><p&

42、gt;　　為了保證供電的安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟，選擇導線和電纜時應滿足下列條件：發(fā)熱條件；電壓損耗條件；經(jīng)濟電流密度；機械強度。</p><p>　　根據(jù)設計經(jīng)驗：一般10KV及以下的高壓線路和低壓動力線路，通常先按發(fā)熱條件選擇導線和電纜截面，再校驗其電壓損耗和機械強度。對于低壓照明線路，因?qū)﹄妷核揭筝^高，通常先按允許電壓損耗進行選擇，再校驗其發(fā)熱條件和機械強度。</p><p>　　

43、5.1 高、低壓線路導線的選擇</p><p>　　由設計要求可知高壓側(cè)的導線型號為LGJ-150，高壓側(cè)計算電流，查資料可知所選電纜的允許載流量滿足發(fā)熱條件。</p><p>　　進入各個車間的導線接線采用TN-C系統(tǒng)；從變電所到各個車間及宿舍區(qū)用埋地電纜供電，電纜采用BLV鋁芯塑料線和BV銅芯塑料線，根據(jù)不同的車間負荷采用不同的截面。其中導線和電纜的截面選擇滿足條件：</p&g

44、t;<p>　?。?）線截面的選擇以滿足發(fā)熱條件即，；</p><p>　?。?）中性線（N線）截面選擇，這里采用的為一般三相四線，滿足；</p><p>　?。?）保護線（PE線）的截面選擇</p><p><b>　　時，；</b></p><p><b>　　時，</b><

45、/p><p><b>　　時，</b></p><p>　?。?）結(jié)合計算負荷，可得到由變電所到各個車間的低壓電纜的型號為：</p><p>　　電鍍車間：BV-3150+195 </p><p>　　鑄造車間：BLV-3185+195 </p><p>　　鍋爐房：BLV-335+12

46、5 </p><p>　　鍛壓車間：BV-3150+195 </p><p>　　金工車間：BLV-3150+195 </p><p>　　工具車間：BV-3185+195 </p><p>　　熱處理車間：BLV-3150+195 </p><p>　　裝配車間：BLV-370+

47、135 </p><p>　　機修車間：BLV-335+125 </p><p>　　倉庫：BLV-34+116 </p><p>　　生活區(qū)：BLV-3185+195 兩根并聯(lián)： </p><p>　　第6章 變電所二次回路方案選擇及繼電保護的整定</p><p>　　6.1

48、 二次回路方案選擇</p><p>　　6.1.1 二次回路電源選擇</p><p>　　二次回路操作電源有直流電源，交流電源之分。</p><p>　　蓄電池組供電的直流操作電源帶有腐蝕性，并且有爆炸危險；由整流裝置供電的直流操作電源安全性高，但是經(jīng)濟性差。 </p><p>　　考慮到交流操作電源可使二次回路大大簡化，投資大大減少，且

49、工作可靠，維護方便。這里采用交流操作電源。</p><p>　　6.1.2 高壓斷路器的控制和信號回路</p><p>　　高壓斷路器的控制回路，就是指控制（操作）高壓斷路器分，合閘回路。它取決于操作機構(gòu)的形式和操作電源的類別。電磁操作只能采用直流操作電源。彈簧操作機構(gòu)和手動操作機構(gòu)可交直流兩用。結(jié)合上面設備的選擇和電源選擇，采用彈簧操作機構(gòu)的斷路器控制和信號回路。</p>

50、<p>　　6.1.3 電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置</p><p>　　這里根據(jù)GB/T 50063-2008（電力裝置的電測量儀表設計規(guī)范）的規(guī)范要求選用合適的電測量儀表并配用相應絕緣監(jiān)視裝置。</p><p>　　（1）在工廠的電源進線上，或在經(jīng)供電部門同意的電能計量點，必須裝設計費的有功電能表和無功電能表，而且應采用經(jīng)供電部門認可的標準的電能計量表。為了了解負荷電流，進線

51、上還應裝設一只電流表。</p><p>　?。?）10KV的電力變壓器，應裝設電流表，有功電能表、無功電能表，有功電能表、無功電能表各一只，裝在那一側(cè)視具體情況而定。</p><p>　?。?）10KV的配電系統(tǒng)中，應裝設電流表、有功和無功電能表各一只</p><p>　?。?）變電所每段母線上：裝設電壓表測量電壓并裝設絕緣檢測裝置。</p><

52、p>　?。?）380V的電源進線和變壓器低壓側(cè)：各裝一只電流表。</p><p>　　（6）低壓動力線路：裝設電流表一只。</p><p>　　6.1.4 電力系統(tǒng)中的自動重合閘裝置</p><p>　　電力線路中采用自動重合閘裝置，可以大大的提高供電的可靠性，避免因停電而給國民經(jīng)濟帶來巨大的損失。</p><p>　　在二次回路中安

53、裝自動重合閘裝置（ARD）（機械一次重合式）、備用電源自動投入裝置（APD）。因為一次重合式ARD比較簡單經(jīng)濟，而且基本上能滿足供電可靠性的要求。</p><p>　　6.2 繼電保護的整定</p><p>　　繼電保護要求具有選擇性，速動性，可靠性及靈敏性。</p><p>　　由于本廠的高壓線路不很長，容量不很大，因此繼電保護裝置比較簡單。對線路的相間短路保護

54、，主要采用帶時限的過電流保護和瞬時動作的電流速斷保護；對線路的單相接地保護采用絕緣監(jiān)視裝置，裝設在變電所高壓母線上，動作于信號。</p><p>　　繼電保護裝置的接線方式采用兩相星型接線方式。繼電保護裝置的操作方式采用交流操作電源供電中的“去分流跳閘”操作方式（接線簡單，靈敏可靠）；帶時限過電流保護采用反時限過電流保護裝置。型號都采用GL-25/10 。其優(yōu)點是：繼電器數(shù)量大為減少，而且可同時實現(xiàn)電流速斷保護，

55、可采用交流操作，運行簡單經(jīng)濟，投資大大降低。</p><p>　　此次設計對變壓器裝設過電流保護、速斷保護裝置；在低壓側(cè)采用相關(guān)斷路器實現(xiàn)三段保護。</p><p>　　第7章 防雷裝置的確定</p><p>　　7.1 防雷裝置確定</p><p>　　雷電引起的大氣過電壓會對電器設備和變電所的建筑物產(chǎn)生嚴重的危害，因此，在變電所必須采

56、取有效的防雷措施，以保證電器設備的安全。下面分情況對防雷裝置進行選擇。</p><p>　　根據(jù)變電所雷擊目的物的分類，在變電所的中的建筑物應裝設直擊雷保護裝置。在進線段的1km長度內(nèi)進行直擊雷保護，防直擊雷的常用設備為避雷針。</p><p>　　7.2 雷電侵入波保護</p><p>　　由于雷電侵入波比較常見，且危害性較強，對其保護非常重要。對變電所來說，雷

57、電侵入波保護利用閥式避雷器以及與閥式避雷器相配合的進線保護段；為了其內(nèi)部的變壓器和電器設備得以保護，在配電裝置內(nèi)安放閥式避雷器。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　這次工廠供配電的降壓變電所設計，不僅讓我們重新學習了課本知識，還讓我們了解了更多關(guān)于工廠供電課外的知識，增加了我們的實踐能力，拓展了我們的視野。由于這實踐時間有點緊張，不過在

58、老師和同學的幫忙下，最后還是完成了這次任務。所以我真的非常感謝我們的知道老師，和幫助我的朋友。通過我們一步步的討論和研究，讓我們的方案更加的成熟。</p><p>　　在這次設計實踐中，我們不僅僅用了工廠供電知識，還用到了電力工程上有關(guān)母線的知識，繼電保護的二次回路設計和保護設備整定值等等。在以前的學習中我只知道看書本，只是很膚淺地了解供電的一些知識。通過這次設計實踐，我對一些之前不太了解的知識，現(xiàn)在有了更加深入

59、的了解。對于一些不太熟悉的公式，現(xiàn)在都運用自如了。</p><p>　　總之，此次設計實踐的完成帶給我了很大的收獲，為以后的學習和工作打下了扎實的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 劉介才.工廠供電[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.</p><p>　　[2] 劉介才.

60、工廠供電實用手冊[M].北京:中國電力出版社,2001.</p><p>　　[3] 陳怡.電力系統(tǒng)分析[M].北京:中國電力出版社,2003.</p><p>　　[4] 劉從愛，徐中立.電力工程[M].北京:機械工業(yè)出版社,1992.</p><p>　　[5] 顧選能.變壓器基礎(chǔ)知識[M].北京:機械工業(yè)出版社,1993.</p><p&g

61、t;　　[6] 劉介才.工廠供電設計指導[M].北京:中國電力出版社,1998.</p><p>　　[7] 白玉敏.電纜的安裝敷設及運行維護[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.</p><p>　　[8] 劉介才.工廠供電設計指導[M].北京:中國電力出版社,1998.</p><p>　　[9] 周勵志.常用電器選擇與計算手冊[M].沈陽:遼寧科學技術(shù)出版社