工厂供电课程设计.docx
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工厂供电课程设计
《工厂供电课程设计》课程设计报告
课题:
XX机械厂降压变电所的电气设计
系别:
专业:
班级:
姓名:
学号:
指导教师:
目录
一.前言……………………………………….……………2
二.设计题目…………………………………….………....2
三.设计要求……………………………….………………2
四.设计依据……………………………………....……….2
五.设计任务………………………………………….……4
设计说明书
1)负荷计算和无功功率补偿………………………………..……………………………………….…………...………4
2)变电所位置和形式的选择……………………………………………………………………………..…………...…6
3)变电所主变压器的台数、容量和类型的设计……………………………………………………..……………….....6
4)变电所主接线方案的设计…………………………………………………………………………………..…...7
5)短路电流的计算………………………………………………………………………………….…………..…..7
6)变电所一次设备的选择和校验………………………………………………………………….……………....9
7)变电所进出线的选择和校验,…………………………………………………………………...………....…...10
8)变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定………………………………………………...……………12
9)防雷饱和和接地装置的设计…………………………………………………………………..……………….12
六.结束语..………………….....……..………………...….13
七.参考文献………..………………………………..…….13
附录…………...…..…………………………..……..………14
变电所主接线图……………………….……………………………………..14
前言
众所周知,电能是现代生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来,又易于转换为其它形式的能量以供应用;电能的输送的分配既简单,又便于控制、调节和测量,有利于实现生产过程自动化。
因此,电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
在工厂里,电能虽然是工业生产的主要能源和动力,但是它在产品中所占的比重一般很小(除电化工业外)。
电能在工业生产中的重要性,并不在于它在产品成本中或总额中所占的比重多少,而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量,提高产品质量,提高劳动生产率,降低生产成本,减轻工人的劳动强度,改善工人的劳动条件,有利于实现生产过程自动化。
从另一方面来说,如果工厂的电能供应突然中断,则对工业生产可能造成严重的后果。
因此,做好工厂供电工作对于发展工业生产,实现工业现代化,具有十分重要的意义。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面,而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义,因此做好工厂供电工作,对于节约能源、支援国家经济建设,也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务,切实保证工厂生产和生活用电的需要,并做好节能工作,就必须达到以下基本要求:
(1)安全在电能的供应、分配和使用中,不应发生人身事故和设备事故。
(2)可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
(3)优用户对电压和频率等质量的要求
(4)经济供电质应满足电能系统的投资要少,运行费用要低,并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外,在供电工作中,应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系,既要照顾局部的当前的利益,又要有全局观点,能顾全大局,适应发展。
设计题目
XX机械厂降压变电所的电气设计
设计要求
要求根据本厂所能取得的电源及本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,确定变电所的位置和形式,确定变电所主变电器的台数,容量和类型,选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线,确定二次回路方案,选择确定继电保护,确定防雷和接地装置。
最后按要求写出设计说明书,绘出设计图纸。
设计依据
电源:
按照工厂和当地供电部门签订的供用电合同规定,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。
该干线的导线型号为LGJ-70,导线为等边三角形排列,线距为1.0m,干线首端距离本厂约为7km,干线首端所装设的高压断路器断流容量为700MVA。
此断路器配备有定时限过电流保护盒电流速断保护,定时限过流保护整定动作时间为1.7s,为满足工厂二级负荷的要求,可采用高压联络线由附近单位取得设备用电源,已知与本厂高压侧有电气联系的架空线总长度为50km,电缆线路总长为20km。
工厂负荷情况
本厂多数车间为两班制,两最大负荷利用小时为3000h,日最大负荷持续时间为6h。
该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉车间属二级负荷外,其余均属三级负荷。
低压动力设备均为三相,额定电压为380v,电气照明及家用电器均为单向,额定电压为220v。
工厂总平面图
气象资料
本厂所在地区的年最高气温为39℃,年平均气温为20℃,年最低气温为-5℃,年最热月平均最高气温为32℃,年最热月平均气温为30℃,年最热月地下0.8m处温度为25℃,当地主导风向为东风,年雷暴日数为15.
地质水文资料
本厂所在地区平均海拔50m,地质土层以砂粘土为主,地下水位为2m。
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,按两部电费制缴纳电费,每月基本电费按主变电器容量计为18元/kVA,动力电费为0.2元/kWh,照明(含家电)电费为0.5元/kWh,工厂最大负荷时的功率因素不得低于0.9.此外,电力用户需按新装变压器容量计算,一次性的向供电部门缴纳供电贴费:
6~10kV为800元/kVA。
工厂负荷情况
厂房编号
厂房名称
负荷类型
设备容量/kW
需要系数
功能因素
1
铸造车间
动力
200
0.4
0.7
照明
5
0.8
1
2
锻压车间
动力
400
0.3
0.6
照明
5
0.8
1
3
金工车间
动力
300
0.8
0.65
照明
5
0.3
1
4
工具车间
动力
300
0.8
0.65
照明
5
0.3
1
5
电镀车间
动力
300
0.5
0.7
照明
10
0.8
1
6
热处理车间
动力
150
0.5
0.8
照明
5
0.9
1
7
装配车间
动力
150
0.4
0.75
照明
10
0.9
1
8
机修车间
动力
100
0.2
0.7
照明
3
0.7
1
9
锅炉房
动力
50
0.8
0.7
照明
1
0.9
1
10
仓库
动力
10
0.3
0.8
照明
1
0.7
1
11
生活区
照明
500
0.8
0.9
备注:
铸造车间、电镀车间和锅炉房是二级负荷,其余均为三级负荷
低压动力设备均为三相,额定电压是380V
电气照明及家用电器均为单相,额定电压为220V
设计任务
1.负荷计算和无功功率补偿
计算负荷:
各厂房和生活区的计算负荷如下表所示。
编号
负荷类别
设备容量Pe
需要系数Kd
计算负荷
P(30)
Q(30)
S(30
I(30
1
动力
200
0.4
0.7
1.02
80
81.6
114.3
173.7
照明
5
0.8
1
0
--
--
--
--
合计
205
--
--
--
--
--
--
--
2
动力
400
0.3
0.6
1.33
120
156
200
303.9
照明
5
0.8
1
0
--
--
--
--
合计
405
--
--
--
--
--
--
--
3
动力
300
0.8
0.65
1.17
240
280.8
369.2
561.1
照明
5
0.3
1
0
--
--
--
--
合计
305
--
--
--
--
--
--
--
4
动力
300
0.5
0.7
1.02
240
280.8
369.2
561.1
照明
5
0.8
1
0
--
--
--
--
合计
305
--
--
--
--
--
--
--
5
动力
300
0.5
0.8
0.75
150
153
214.3
325.7
照明
10
0.8
1
0
--
--
--
--
合计
310
--
--
--
--
--
--
--
6
动力
150
0.5
0.8
0.75
75
56.25
93.75
142.5
照明
5
0.8
1
0
--
--
--
--
合计
155
--
--
--
--
--
--
--
7
动力
150
0.4
0.75
0.88
60
52.8
80
121.6
照明
10
0.8
1
0
--
--
--
--
合计
160
--
--
--
--
--
--
--
8
动力
100
0.2
0.7
1.02
20
20.4
28.6
40.8
照明
3
0.8
1
0
--
--
--
--
合计
103
--
--
--
--
--
--
--
9
动力
50
0.8
0.7
1.02
40
40.8
57.1
86.8
照明
1
0.8
1
0
--
--
--
--
合计
51
--
--
--
--
--
--
--
10
动力
10
0.3
0.8
0.75
3
2.3
3.75
5.7
照明
1
0.8
1
0
--
--
--
--
合计
11
--
--
--
--
--
--
--
11
照明
500
0.8
0.9
0.48
400
192
444
1050
动力
--
--
--
--
--
--
--
--
合计
500
--
--
--
--
--
--
--
无功功率补偿:
由负荷计算可知,该厂380V侧最大负荷时的功率因素只有0.8。
而供电部门要求该厂10kV进线侧最大负荷时的功率因素不低于0.9,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0.9,故取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量:
选补偿电容型号为BCMJ0.4-40-3,
工厂装设了无功补偿装置后,则在确定补偿装置设地点以前的总计算负荷时,应扣除无功补偿的容量,即总的无功计算负荷为:
补偿后总的视在计算负荷为:
无功补偿后工厂的计算负荷表
项目
cosψ
计算负荷
P30/kW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.8
1245.76
1012.23
1967.8
2516
380V侧无功补偿容量
1252.19
673.65
1605.2
380V侧补偿后负荷
0.93
1172
750
1260
1915
主变压器功率损耗
19
75.6
10kV侧负荷总计
0.92
1191
825.6
1295
75
2.变电所位置和形式的选择
如下图所示:
通过计算负荷中心,得出负荷中心在⑧厂房东侧,考虑到进出线问题和厂区内货物运输问题,所以不宜在此地设立变电所。
根据变电所所址选择的一般原则,最终将变电所制定在⑦号厂房西南角。
3.变电所主变压器的台数、容量和类型的选择
1.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有下列两种方案:
(1)装设1台主变压器
主变压器容量
应满足全部用电设备总计算负荷
的需要,即
在考虑到今后的发展会增大用电量,因此选择型号为S9-2000/10(6)的变压器。
(2)装设2台主变压器
每台主变压器容量
应同时满足以下两个条件:
因此选择每台主变压器型号为S9-1000/10(6)。
以上均选用S9系列油浸式配电变压器
在经济指标上,装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案,,决定采用装设一台主变的方案。
4.变电所主接线方案设计
变电所主接线方案的选择按上面考虑的两种主变压器的方案,装设两台主变压器的主接线方案,如附录所示
5.短路电流的计算
1.绘制计算电路
如上图所示,系统为无限大容量系统,断流器的断流容量Soc=700KV.A,架空线长l=50km,电缆线长l=20km,查表可得架空线路的单位长大衣电抗平均值
。
查表可得电缆线路的单位长大衣电抗平均值
(1)对k-1点
系统电抗
架空线路电抗
电缆线路电抗
作短路等效电路图:
计算总电抗
三相短路电流周期分量有效值:
三相短路次暂态电流和稳态电流有效值:
三相短路冲击电流及其有效值:
三相短路容量:
(2)对k-2点
电力系统电抗:
架空线路电抗:
电力变压器电抗:
查表得
,因此,
作短路等效电路图:
计算总电抗
三相短路电流周期分量有效值:
三相短路次暂态电流和稳态电流有效值:
三相短路冲击电流及其有效值:
三相短路容量:
作短路计算表:
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MV.A
k-1
0.3
0.3
0.3
0.76
0.45
5.19
k-2
8
8
8
14.72
8.72
5.54
6.变电所一次设备的选择和校验
1.10kV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
其他
装置地点条件
参数
UN
IN
I³k
i³sh
(I³∞)²·tima
数据
10kv
57.7A(I1NT)
2.16kA
5.5kA
2.16²×1.9=8.9
一次设备型号规格
额定参数
UNe
INe
Ioc
imax
It²×t
高压少油断路器SN10-10I/630
10KV
630A
16KA
40KA
512
高压隔离开关GN6、8-10/200
10KV
200A
—
25.5KA
500
高压熔断器RN2-10
10KV
0.5A
50KA
—
—
电压互感器JDJ-10
10/0.1KV
—
—
—
—
电压互感器JDZJ-10
10/3½,0.1/3½,0.1/3½KV
—
—
—
—
电流互感器LQJ-10
10KV
100/5A
—
31.8KA
81
二次负荷0.6Ω
避雷器FS4-10
10KV
—
—
—
—
户外隔离开关GW4-12/400
12KV
400A
—
25KA
500
上表所选设备均满足要求。
2.380V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
其他
装置地点条件
参数
UN
IN
I³k
i³sh
(I³∞)²·tima
—
数据
380V
总1915A
26.3kA
48.4kA
922
—
一次设备型号规格
额定参数
UNe
INe
Ioc
imax
It²×t
—
低压断路器DW15-2500/3D
380V
2500A
60KA
—
—
—
低压断路器DZ20-1250
380V
1250A
50KA
—
—
—
低压断路器DZ20-630
380V
630A
30KA
—
—
—
低压刀开关HD13-1500/30
380V
1500A
—
—
—
—
电流互感器LMZJ1-0.5
500V
2000/5A
—
—
—
—
电流互感器LMZ1-0.5
500V
100/5A160/5A
—
—
—
—
上表所选一次设备满足要求。
3.高低压母线的选择
10kv母线选LMY-3(40x4),即母线尺寸为40mmx4mm;380v母线选择LMY-3(120x10)+80x6,即相母线尺寸为120mmx10mm,而中性线母线尺寸为80mmx6mm。
7.变电所进出线的选择和校验
1.10kV高压进出线和引入电缆的选择
1).10kv高压进线的选择校验
采用LJ型铝绞线架空敷设,接往10kv公用干线。
按发热条件选择:
由I30=57.7A及室外环境温度32℃,初选LJ-16,其35℃时的Ial=93.5A>I30,满足发热条件。
校验机械强度:
最小允许截面Amin=35mm²,因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求,故改选LJ-35.
由于此线路很短,故不需要校验电压损耗。
2).由高压配电室至主变得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。
按发热条件选择:
由I30=I1NT=57.7A及土壤温度25℃,初选截面积25mm²的交联电缆,其Ial=90A>I30,满足发热条件。
校验短路热稳定度:
计算满足短路热稳定度的最小截面
(查表可得:
)
因此,YJL22—10000—3×95电缆满足要求。
2.380V低压出线的选择
1).馈电给1号厂房(铸造车间)的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。
按发热条件选择:
由I30=201A及地下0.8m土壤温度为25℃,初选缆芯截面120mm²,其Ial=212A>I30,满足发热条件。
校验电压损耗:
由工厂变电所得位置量出1号厂房距离变电所距离约为200m,查表得120mm²的铝芯电缆的R0=0.31Ω/km,X0=0.07Ω/km,又1号厂房的P30=84kw,Q30=81.6kvar,故得:
\
满足允许电压损耗5%的要求。
短路热稳定度校验:
计算满足短路热稳定度的最小截面
120mm²不满足短路热稳定度,故改选缆芯截面为300mm²的电缆,既选VLV22-1000-3×300+1×150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆,中性线芯按不小于相线芯一半的选择。
2).馈电给2号厂房(锻压车间)的线路亦采用VLV22-1000-3×300+1×150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直接敷设。
3).馈电给3号厂房(热处理车间)的线路亦采用VLV22-1000-3×300+1×150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直接敷设。
4).馈电给4号厂房(电镀车间)的线路亦采用VLV22-1000-3×300+1×150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直接敷设。
5).馈电给5号厂房(仓库)的线路采用BLV-1000型5根(3相线,1N线,1PE线)穿硬塑料管埋地敷设。
6).馈电给6号厂房(工具车间)的线路亦采用VLV22-1000-3×300+1×150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直接敷设。
7).馈电给7号厂房(金工车间)的线路亦采用VLV22-1000-3×300+1×150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直接敷设。
8).馈电给8号厂房(锅炉房)的线路亦采用VLV22-1000-3×300+1×150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直接敷设。
9).馈电给9号厂房(装配车间)的线路亦采用VLV22-1000-3×300+1×150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直接敷设。
10).馈电给10号厂房(机修车间)的线路亦采用VLV22-1000-3×300+1×150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直接敷设。
11).馈电给生活区的线路采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。
3.作为备用电源的高压联络线的选择校验
采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆,直接埋地敷设,与相距约2km的临近单位变配电所的10kv母线相联。
线路名称
导线或电缆的型号规格
10kV电源进线
LJ-35铝绞线(三相三线架空)
主变引入电缆
YJL22-10000-3×25交联电缆(直埋)
380v低压出线
至1号厂房
VLV22-1000-3×300+1×150四芯塑料电缆(直埋)
至2号厂房
VLV22-1000-3×300+1×150四芯塑料电缆(直埋)
至3号厂房
VLV22-1000-3×300+1×150四芯塑料电缆(直埋)
至4号厂房
VLV22-1000-3×300+1×150四芯塑料电缆(直埋)
至5号厂房
BLV-1000-1×4铝芯塑料线5根穿内径25mm硬塑管
至6号厂房
VLV22-1000-3×300+1×150四芯塑料电缆(直埋)
至7号厂房
VLV22-1000-3×300+1×150四芯塑料电缆(直埋)
至8号厂房
VLV22-1000-3×300+1×150四芯塑料电缆(直埋)
至9号厂房
VLV22-1000-3×300+1×150四芯塑料电缆(直埋)
至10号厂房
VLV22-1000-3×300+1×150四芯塑料电缆(直埋)
至生活区
四回路,每回路3×BLX-1000-1×120+1×BLX-1000-1×75橡皮线(三相四线架空)
与邻近单位10kV联络线
YJL22-10000-3×25交联电缆(直埋)
8.变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定
1.高压断路器的操作机构控制与信号回路断路器采用弹簧储能操作机构,其控制和信号回路可实现一次重合闸。
2.变电做的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜,其上装有三相有功电能表和无功电能表,分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能,并据以计算每月工厂的平均功率因素,计量柜由有关供电部门加封和管理。
3.变电所的测量和绝缘监察回路变电所高压侧装有电压互感器-避雷器柜,其中电压互感器为3个JDZJ-10型,组成Y0/Y0/开口三角的接线,用以实现电压测量和绝缘监视。
作为备用电源的高压联络线上,装有三相有功电能表,三相无功电能表和电流表。
高压进线上,亦装有电流表。
低压侧的动力出线上,均装有有功电能表和无功电能表,低压照明线路上,装有三相四线有功电能表。
仪表的准确度级按规范要求。
4.变电所的保护装
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