某机械厂降压变电所的电气课程设计.docx
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某机械厂降压变电所的电气课程设计
某机械厂降压变电所的电气课程设计
江西理工大学应用科学学院
电力工程综合课程设计
专业:
电气工程及其自动化
班级:
电气102
学号:
08060110209
姓名:
曾浩
设计题目:
某机械厂降压变电所的电气设计
设计报告格式25分设计内容45分答辩考勤总计得分
封面
3页面布局
5目录格式
3图表质量
4间行距、字体
5页眉页脚
5设计题目把握
5计算设计正确性
8设备计算、选型
7电气原理图变电所
主接线图
变电所
平、剖面图
151020主接线方案
5二次
回路
方案
52013年12月
前言
课程设计是检验我们本学期学习情况的一项综合测试,它要求我们把所学的知识全部适用,融会贯通的一项训练,是对我们能力的一项综合评定,它要求我们充分法诀自身的潜力,开拓思路设计出合理适用的自动控制系统。
众所周知,电能是现代工业生产的主要能源。
电能即易于由其他形式的能量转换而来,又易于转化为其他形式的能量以供应用。
电能的输送和分配既简单经济,又便于控制、调节、测量。
有利于实现生产过程自动化。
而工厂供电设计要达到为工业生产服务,保障工厂生产和生活用电的需要,并做好节能工作,就必须做到:
安全、可靠、优负、经济。
同时课程设计也是教学过程中一个重要环节,通过设计可以巩固课程理论知识,了解工厂供电电能分配等各种实际问题,培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力,同时对电力工业的相关政策、方针、技术规程由一定的了解,在计算绘图、编号、设计说明等方面得到训练,为以后工作奠定基础。
真心感谢老师的辛勤付出!
学生:
2013-12-30
设计题目
题目9:
1)工厂总平面图见《工厂供电设计指导》图11-4
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10h。
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表9所示。
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。
4)气象资料本厂所在地区的年最高气温为40℃,年平均气温为26℃,年最低气温为-6℃,年最热月平均最高气温为33℃,年最热月平均气温为27℃,年最热月地下0.8米处平均气温为26℃。
当地主导风向为东北风,年雷暴日数为20。
5)地质水文资料本厂所在地区平均海拔400m,地层以砂粘土为主,地下水位为2m。
表9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60.81.0
2锻压车间动力3500.30.65
照明80.71.0
7金工车间动力4000.20.65
照明100.81.0
6工具车间动力3600.30.6
照明70.91.0
4电镀车间动力2500.50.8
照明50.81.0
3热处理车间动力1500.60.8
照明50.81.0
9装配车间动力1800.30.7
照明60.81.0
10机修车间动力1600.20.65
照明40.81.0
8锅炉车间动力500.70.8
照明10.81.0
5仓库动力200.40.8
照明10.81.0
生活区照明3500.70.9
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。
第1章负荷计算和无功功率补偿11.1负荷计算..11.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式11.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式11.2无功功率补偿.2
第2章变电所位置与型式的选择..4
第3章变电所主变压器及主接线方案的选择53.1变电所主变压器的选择53.2变电所主接线方案的选择53.2.1装设一台主变压器的主接线方案..53.2.2装设两台主变压器的主接线方案..63.3主接线方案的技术经济比较6
第4章短路电流的计算..84.1绘制计算电路.84.2确定短路计算基准值..84.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值..84.3.1电力系统..84.3.2架空线路..84.3.3电力变压器.84.4k-1点(10.5kV侧)的相关计算94.4.1总电抗标幺值.94.4.2三相短路电流周期分量有效值..94.4.3其他短路电流..94.4.4三相短路容量..94.5k-2点(0.4kV侧)的相关计算..94.5.1总电抗标幺值.94.5.2三相短路电流周期分量有效值.94.5.3其他短路电流..94.5.4三相短路容量.9
第5章变电所一次设备的选择与校验105.110kV侧一次设备的选择校验105.1.1按工作电压选则..105.1.2按工作电流选择..105.1.3按断流能力选择..105.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验..105.2380V侧一次设备的选择校验.115.3高低压母线的选择11
第6章变压所进出线与邻近单位联络线的选择..126.110kV高压进线和引入电缆的选择126.1.110kV高压进线的选择校验.126.1.2由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择验.126.2380V低压出线的选择..126.2.1铸造车间..126.2.2锻压车间..136.2.3热处理车间.136.2.4电镀车间..136.2.5仓库..136.2.6工具车间..136.2.7金工车间136.2.8锅炉房136.2.9装配车间146.2.10机修车间.146.2.11生活区146.3作为备用电源的高压联络线的选择校验..146.3.1按发热条件选择..146.3.2校验电压损耗..146.3.3短路热稳定校验..14
第7章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定167.1变电所二次回路方案的选择..167.2变电所继电保护装置..16
7.2.1主变压器的继电保护装置16
7.2.2护动作电流整定..167.2.3过电流保护动作时间的整定..167.2.4过电流保护灵敏度系数的检验..167.3装设电流速断保护.167.3.1速断电流的整定..177.3.2电流速断保护灵敏度系数的检验..177.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置..177.4.1装设反时限过电流保护177.4.2装设电流速断保护.177.4.3变电所低压侧的保护装置17
第8章降压变电所防雷与接地装置的设计..188.1变电所的防雷保护.18
8.1.1直接防雷保护.18
8.1.2雷电侵入波的防护188.2变电所公共接地装置的设计..18
8.2.1接地电阻的要求..18
8.2.2接地装置的设计..18
第9章设计总结.20
参考文献..21
某机械厂降压变电所的电气设计
第1章负荷计算和无功功率补偿
1.1负荷计算
1.1.1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)
为系数(1-1)
b无功计算负荷(单位为kvar)
tan(1-2)
c视在计算负荷(单位为kvA)
(1-3)
d计算电流(单位为A),为用电设备的额定电压(单位为KV)(1-4)
1.1.2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)(1-5)
式中是所有设备组有功计算负荷之和,是有功负荷同时系数,可取0.85~0.95
b无功计算负荷(单位为kvar)
是所有设备无功之和;是无功负荷同时系数,可取0.9~0.97
c视在计算负荷(单位为kvA)(1-6)
d计算电流(单位为A)(1-7)
经过计算,得到各厂房和生活区的负荷计算表,如表1.1所示(额定电压取380V)
表1.1各厂房和生活区的负荷计算表
编号名称类别设备容量/kW需要系数
costan计算负荷
/kW/kvar/kVA/A
1铸造
车间动力3000.30.71.029091.8?
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照明60.81.004.80?
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小计306?
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94.891.8132.0200.6
2锻压
车间动力3500.30.651.17105123?
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照明80.71.005.60?
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小计358110.6123165251
7金工
车间动力4000.20.651.178093.6?
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照明100.81.0080?
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小计410?
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8893.6128194
6工具
车间动力3600.30.61.33108144?
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照明70.91.006.30?
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小计367?
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114.3144184280
4电镀
车间动力2500.50.80.7512593.8?
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照明50.81.0040?
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小计255?
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12993.8160244
3热处理车间动力1500.60.80.759067.5?
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照明50.81.0040?
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小计155?
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9467.5116176
9装配
车间动力1800.30.71.025455.1?
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照明60.81.004.80?
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小计186?
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58.855.180.6122
10机修
车间动力1600.20.651.173237.4?
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照明40.81.003.20?
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小计164?
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35.237.451.478
8锅炉
车间动力500.70.80.753526.3?
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照明10.81.000.80?
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小计51?
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35.826.344.467
5仓库动力200.40.80.7586?
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照明10.81.000.80?
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小计21?
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8.8610.716.2
11生活区照明3500.70.90.48245117.6272413
总计动力2220?
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1014.3856.1?
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照明403计入0.8,0.850.75?
?
811.8727.61089.01654.6
1.2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1.1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:
tan-tan811.8[tanarccos0.75-tanarccos0.92]370.12kvar
参照图1.1,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84kvar5420kvar。
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(727.6-420)kvar307.6kvar,视在功率863.1kVA,计算电流1319.0A,功率因数提高为cos0.941。
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1.2所示。
图1.1PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案
表1.2无功补偿后工厂的计算负荷
项目cos计算负荷
/KW/kvar/kVA/A
380V侧补偿前负荷0.75811.8727.610891654.6
380V侧无功补偿容量-420
380V侧补偿后负荷0.935811.8307.6868.11319.0
主变压器功率损耗0.01513.020.0652.08
10KV侧负荷计算0.935824.82359.68899.852.08
第2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轴和轴,然后测出各车间(建筑)和宿舍区负荷点的坐标位置,、、分别代表厂房1、2、310号的功率,设定(2.5,5.6)、(3.6,3.6)、(5.7,1.5)、(4,6.6)、(6.2,6.6)、(6.2,5.2)、(6.2,3.5)、(8.8,6.6)、(8.8,5.2)、(8.8,3.5),并设(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,,其中P+++。
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:
(2-1)(2-2)
把各车间的坐标代入(2-1)、(2-2),得到5.38,5.38。
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2-1按负荷功率矩法确定负荷中心
第3章变电所主变压器台数及主接线方案的选择
3.1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,为主变压器容量,为总的计算负荷。
选1000KVA899.8KVA,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(3-1)、(3-2)选择,即
899.8KVA(539.88~629.86)KVA(3-1)
132.0+160+44.4KVA336.47KVA(3-2)
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。
3.2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:
3.2.1装设一台主变压器的主接线方案
如图3-1所示
图3-1装设一台主变压器的主接线方案3.2.2装设两台主变压器的主接线方案如图3-2所示
图3-2装设两台主变压器的主接线方案
3.3主接线方案的技术经济比较
表3-1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
灵活方便性只有一台主变,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查得S9-1000/10的单价为15.1万元,而变压器综合投资约为其单价的2倍,因此综合投资约为2*15.130.2万元查得S9-630/10的单价为10.5万元,因此两台变压器的综合投资约为4*10.542万元,比一台主变方案多投资11.8万元
高压开关柜(含计量柜)的综合投资额查得GG-1AF型柜可按每台4万元计,其综合投资可按设备的1.5倍计,因此高压开关柜的综合投资约为4*1.5*424万元本方案采用6台GG-1AF柜,其综合投资约为6*1.5*436万元,比一台主变方案多投资12万元
电力变压器和高压开关柜的年运行费主变的折旧费30.2万元*0.051.51万元;高压开关柜的折旧费24万元*0.061.44万元;变配电的维修管理费(30.2+24)万元*0.063.25万元。
因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费(1.51+1.44+3.25)6.2万元主变的折旧费42万元*0.052.1万元;高压开关柜的折旧费36万元*0.062.16万元;变配电的维修管理费(42+36)万元*0.064.68万元。
因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费(2.1+2.16+4.68)8.94万元,比一台主变方案多投资2.74万元
供电贴费主变容量每KVA为800元,供电贴费1000KVA*0.08万元/KVA80万元供电贴费2*630KVA*0.08万元100.8万元,比一台主变多交20.8万元
从上表可以看出,按技术指标,装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案,但按经济指标,则装设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案,因此决定采用装设一台主变的主接线方案。
第4章短路电流的计算
4.1绘制计算电路图4-1短路计算电路
4.2确定短路计算基准值
设基准容量100MVA,基准电压1.05,为短路计算电压,即高压侧10.5kV,低压侧0.4kV,则
(4-1)(4-2)
4.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值
4.3.1电力系统
已知电力系统出口断路器的断流容量500MVA,故100MVA/500MVA0.2(4-3)
4.3.2架空线路
查表得LGJ-150的线路电抗,而线路长8km,故(4-4)
4.3.3电力变压器
查表得变压器的短路电压百分值4.5,故
4.5(4-5)
式中,为变压器的额定容量因此绘制短路计算等效电路如图4-2所示。
图4-2短路计算等效电路
4.4k-1点(10.5kV侧)的相关计算
4.4.1总电抗标幺值
0.2+2.62.8(4-6)
4.4.2三相短路电流周期分量有效值(4-7)
4.4.3其他短路电流(4-8)(4-9)(4-10)
4.4.4三相短路容量(4-11)
4.5k-2点(0.4kV侧)的相关计算
4.5.1总电抗标幺值
0.2+2.6+4.57.3(4-12)
4.5.2三相短路电流周期分量有效值(4-13)
4.5.3其他短路电流(4-14)(4-15)(4-16)
4.5.4三相短路容量(4-17)
以上短路计算结果综合图表4-1所示。
表4-1短路计算结果
短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVA
k-11.961.961.965.02.9635.7
k-219.719.719.736.221.513.7
第5章变电所一次设备的选择校验
5.110kV侧一次设备的选择校验
5.1.1按工作电压选则设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压,即,高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压,即。
10kV,11.5kV,高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压12kV,穿墙套管额定电压11.5kV,熔断器额定电压12kV。
5.1.2按工作电流选择
设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流,即
5.1.3按断流能力选择
设备的额定开断电流或断流容量,对分断短路电流的设备来说,不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量,即
或(5-1)
对于分断负荷设备电流的设备来说,则为,为最大负荷电流。
5.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验
a动稳定校验条件
或(5-2)
、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值,、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值
b热稳定校验条件(5-3)
对于上面的分析,如表5-1所示,由它可知所选一次设备均满足要求。
表5-110kV一次侧设备的选择校验
选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度其它
装置地点条件参数
数据10kV57.7A1.96kA5.0kA
一次设备型号规格额定参数
高压少油断路器SN10-10I/63010kV630kA16kA40kA
高压隔离开关-10/20010kV200A-25.5kA二次负荷0.6
高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA?
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电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-10?
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电流互感器LQJ-1010kV100/5A?
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31.8kA
81?
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避雷针FS4-1010kV?
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?
户外隔离开关GW4-12/40012kV400A?
?
25kA?
?
5.2380V侧一次设备的选择校验
同样,做出380V侧一次设备的选择校验,如表5-2所示,所选数据均满足要求。
表5-2380V一次侧设备的选择校验
选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度其它
装置地点条件参数?
?
数据380V总1317.6A19.7kA36.2kA?
?
一次设备型号规格额定参数?
?
低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA?
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?
低压断路器DW20-630380V630A(大于)30Ka
一般?
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低压断路器DW20-200380V200A(大于)25kA?
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低压断路HD13-1500/30380V1500A?
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电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A?
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电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A
160/5A?
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5.3高低压母线的选择
查表得到,10kV母线选LMY-3404mm,即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3(12010)+806,即相母线尺寸为120mm10mm,而中性线
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