課程設計之10kV變電所

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄前言.1第1章 課程設任務書.21.1設計目的.21.2設計內(nèi)容.21.3設計任務書.2第二章設計說明書.52.1車間變電所電壓等級確定和主接線方案確定.52.2電力負荷計算.62.3車間變電所變壓器臺數(shù)確定及額定容量的選擇.82.4短路電流計算.專心-專注-專業(yè)前言10kV變配電所是電力系統(tǒng)的一個重要組成部分，由電氣設備及配電網(wǎng)絡按一定的接線方式構(gòu)成，他從電力系統(tǒng)取得電能，通過其變換、分配、輸送與保護等功能，將電能安全、可靠、經(jīng)濟的輸送到每一個用電設備。變配電所涉及面很多，需要考慮的問題多，需要分析變配電所擔負的任務及用戶負荷等情況，利用計算負荷確定無功功率補償

2、裝置及補償容量的大小。同時進行各種變壓器的選擇，從而確定變配電所的接線方式，再進行短路電流的計算，選擇變配電所高低壓電氣設備及保護的配置。本車間變配電所的初步設計包括：1、 無功功率的補償2、 主變壓器的選擇3、 系統(tǒng)接線方式的選擇4、 短路電流的計算5、 繼電保護的選擇與整定6、 防雷與接地保護等內(nèi)容第一章課程設計任務書1.1設計目的工廠供電課程設計是按教學計劃安排在相關課程結(jié)束后進行的教學實踐環(huán)節(jié)，以加強學生所學電氣課程理論的運用，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，解決問題及分析問題的能力。培養(yǎng)學生初步的工程設計能力。通過課程設計使學生初步掌握電氣工程設計的步驟及方法，學會編寫設計說明書，并按國家

3、標準繪制工程圖樣。工廠供電課程設計的任務是將電力系統(tǒng)輸送來的電能，經(jīng)過合理輸送變配電方式，輸送給每一個用電設備上。以保證電氣設備可以獲得安全、可靠、高質(zhì)量的電能，在設計中要遵循國家有關規(guī)程和規(guī)定。1.2設計內(nèi)容（1） 確定車間變電所的電壓級別；（2） 采用需要系數(shù)法，計算單臺設備支線、用電設備組干線和車間變電所低壓母線和進線的計算負荷；（3） 計算補償容量，選擇電容器柜個數(shù)和電容器個數(shù)；（4） 確定車間變電所電氣主接線；（5） 確定變電器的容量和臺數(shù)；（6） 短路電流計算，計算出各短路點最大和最小短路電流值及短路容量；（7） 選擇低壓母線并進行動、熱穩(wěn)定校驗；（8） 繪制車間變電所的電氣主接線

4、圖、車間配電系統(tǒng)圖和配電平面圖。1.3設計任務書1、 設計題目某機械制造廠車間變電所及其低壓配電系統(tǒng)設計。2、 設計基礎資料（1） 車間負荷全部為三級負荷，對供電可靠性要求不高。（2） 車間平面布置圖如圖1-1所示，車間用電設備明細表如表1-1所示，車間變電所低壓轉(zhuǎn)供負荷如表1-2所示。圖1-1車間平面布置圖 表1-1 車間用電設備明細表設備序號設備名稱臺數(shù)單臺容量效率功率因數(shù)啟動倍數(shù)1普通車床C630110.1250.880.8162平面磨床M713017.60.880.826312普通車床C6C1104.60.90.81613，20砂輪機S3SL-30021.50.920.826.514，

5、15普通機床C61623.30.90.81616搖臂鉆Z3518.50.870.825.517，18圓柱立式鉆床23.1250.890.83619吊車5t110.20.820.654.521，22牛頭刨床B6050240.870.82623，24立式銑床X53T213.80.880.81425，26液壓牛頭刨床B6902110.890.805.527立式鉆床Z51210.60.910.826.528，33立式鉆床Z53524.6250.900.80629，30箱式加熱電阻爐RJX-452450.971.032，35普通車床CW61100223.70.880.82434龍門刨床B2016166.

6、80.860.812.5 表1-2 車間變電所低壓轉(zhuǎn)供負荷序號轉(zhuǎn)供負荷名稱計算負荷轉(zhuǎn)供距離/kmPc/kWQc/kvarSc/kV·AI30/Acos1WL4機械加工二車間回路1322037.7457.340.850.2回路2503058.3188.590.86回路3401542.7264.910.94照明41201218.231.0合計13465148.93226.280.902WL5備件庫回路1341637.5857.100.900.1回路2221526.6240.440.83合計563164.0197.250.873WL6空壓站回路1752077.62117.930.970.1

7、5回路2543664.9098.610.83回路3632266.73101.390.94合計19278207.24314.870.934WL7鍛壓車間回路116817.8927.180.890.2回路2332541.4062.900.80回路3141117.8027.040.79照明42002030.391.0合計834493.94142.730.88（3）二次母線短路容量: =200MV·A，=150MV·A ；保護動作時限=1.2s；電源進線l=0.4km(電纜) ；電壓:/=10/0.4kV；最熱日平均氣溫：地上 30 ，地下 28 ；車間最大負荷利用小時數(shù)=4500

8、h；土壤電阻率p=100·m；自然接地電阻=20；車間最大負荷時功率因數(shù)不得低于0.9，供電貼費為700元/(kV·A)。第二章設計說明書2.1車間變電所電壓等級確定和主接線方案確定（一）車間變電所主接線方案確定（1）根據(jù)已知機械加工車間負荷均為三級負荷，對供電可靠性要求不高，因此可采用線路-變壓器組接線方式。它優(yōu)點是接線簡單、使用設備少和建設投資?。黄淙秉c是供電可靠性差。當供電線路，變壓器及其低壓母線上發(fā)生短路或任何高壓設備檢修時，全部負荷均要停止供電。這種接線適用于三級負荷的變電所。為保證對少量二級負荷供電，可在變壓器低壓側(cè)引入其它變電所聯(lián)絡線作為備用電源。選擇主接線方

9、案如圖2-1所示。圖2-1車間變電所主接線（2）車間變電所高壓側(cè)根據(jù)電源條件選定為10kV，低壓側(cè)額定電壓為380V，因此選擇降壓變壓器額定電壓為10/0.4kV。（3）機加車間低壓配電網(wǎng)絡接線方式的選擇，低壓配電網(wǎng)絡接線方式有放射式、樹干式、環(huán)式和鏈式。低壓配電網(wǎng)絡接線設計應滿足用電設備對供電可靠性和電能質(zhì)量的要求，同時應注意接線簡單，操作安全方便，具有一定的靈活性，適應性廣和使用上變化及設備檢修的需要，配電系統(tǒng)層次一般不超過三級。（4）根據(jù)GB50052-1995供配電系統(tǒng)設計規(guī)范的規(guī)定，由于機加車間的電動機容量不大又集中，對供電可靠性要求不高，因此低壓配電網(wǎng)接線可采用樹干式和鏈式接線。車

10、間低壓配電網(wǎng)絡接線圖如圖2-2所示。圖2-2車間低壓配電網(wǎng)絡接線圖各配電箱所接電氣設備如表2-1所示。 表2-1 配電箱及配電箱所接電氣設備序號配電箱編號電氣設備序號配電箱編號所接電氣設備序號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電力負荷計算1、 采用需用系數(shù)法對車間用電設備進行負荷計算（1）各支線負荷計算及熔斷器和導線截面積選擇查表1-1，知序號1設備單位容量10.125kW，效率，功率因數(shù)，啟動倍數(shù)，則計算電流：=，啟動電流

11、： =621.58=129.48(A)1） 選擇支線熔斷器。，=0.4×129.48=51.79(A), 式中，為熔體額定電流，K為選擇熔體的計算系數(shù)，輕載啟動取0.250.4。選=60A，100A，查表5-10（工廠供電設計指導 P 80），選擇RT0-100/60。2） 選支線截面積。按允許載流量選擇，根據(jù)，查表8-32（工廠供電設計指導 P 155），根據(jù)實際環(huán)境溫度=30，選3根單芯塑料導線穿鋼管埋地敷設。當截面積A=4,=30時，=22A=21.58A，選擇結(jié)果為BLV-34-22A15mm（鋼管直徑）。同理選擇出所有電動機支線的熔斷器和導線截面積如表2-2所示。表2-2

12、各支線負荷、熔斷器、導線截面積選擇結(jié)果設備序號設備名稱單臺容量/kW計算電流/kA啟動電流/kA熔斷器選擇/A導線截面積A/mm2允許截流量/A鋼管直徑/mm1普通車床C63010.12521.5851.79100/60422152平面磨床M71307.61638.450/402.516153普通車床C6C14.69.5923.0250/302.516154砂輪機S3SL-3001.53.027.8550/102.516155普通機床C6163.36.8816.5150/202.516156搖臂鉆Z358.518.1039.8250/402.516157圓柱立式鉆床3.1256.4315.43

13、50/202.516158吊車5t10.229.0839.2650/40629159牛頭刨床B605048.5220.4550/302.5161510立式銑床X53T13.829.4147.06100/506291511液壓牛頭刨床B6901123.4751.64100/604221512立式鉆床Z5120.61.223.1750/52.5161513立式鉆床Z5354.6259.7623.4250/302.5161514箱式加熱電阻爐RJX-454570.4877.53100/8025651515普通車床CW6110023.749.9079.84100/8016521516龍門刨床B2016

14、66.8145.70109.28200/1209514715（2）干線負荷計算及截面積選擇。1） 回路WL1的負荷為=3.3×2+8.5+3.125×2+1.5+4×2+23.7+4.625+13.8×2+66.8+23.7=177.28(kW)回路WL2的負荷為=10.125+7.6+4.6×10+1.5+0.8+4.625=70.45(kW)回路WL3的負荷為=11×2+45×2=112(kW)機加車間用電設備從低壓配電屏引出三個回路WL1、WL2、WL3，各回路所接配電箱及用電設備如表2-3和表2-4所示。表2-3機加

15、車間三個回路負荷計算結(jié)果車間回路號配電箱序號設備序號額定容量（kW）需用系數(shù)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機加車間三個回路負荷計算結(jié)果車間回路號計算負荷（kW）（kvar）(kV·A)(A)WL153.1867.2785.75130.28WL221.1427.4634.6552.65

16、WL333.642.554.1882.32車間轉(zhuǎn)供負荷計算結(jié)果如表1-2所示。2） 交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜具有優(yōu)良的性能，優(yōu)先選用。故采用YJLV型交聯(lián)聚乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設，由于地下溫度 28電纜載流量按0.9校正。查表8-37（工廠供電設計指導 P 159），選擇結(jié)果如表2-5所示。保護線（PE）截面積的選擇：當16時，；當16 16；當 。表2-5車間干線計算電流及導線截面積選擇結(jié)果（YJLV鋁芯電纜）回路編號干線計算電流（A）導線允許載流量 (A)導線截面積A（）WL1130.28164.73×50+1×25WL252.65115.23×25+1

17、15;25WL382.32115.23×25+1×25WL4226.28274.53×120+1×70WL597.25115.23×25+1×25WL6314.87350.13×180+1×95WL7142.73164.73×50+1×252.3車間變電所變壓器臺數(shù)及額定容量的選擇根據(jù)負荷性質(zhì)和電源情況選擇變壓器臺數(shù)和容量，有下列兩種方案：（1） 方案一：選一臺主變壓器，低壓側(cè)采用單母線，采用低壓聯(lián)絡線作為備用電源。=630kV·A=579.94kV·A，查表2-5(工廠供電

18、設計指導 P29)選擇一臺S9-630/10/0.4-低損耗配電變壓器，技術數(shù)據(jù)如表2-6所示。（2） 方案二：選兩臺主變壓器，暗備用，低壓側(cè)采用單母線分段主接線，有=（0.50.6）×579.94=（289.97347.96）kV·A，選擇兩臺S9-315/10/0.4-低損耗配電變壓器，技術數(shù)據(jù)如表2-6所示。表2-6S9型電力變壓器技術數(shù)據(jù)型號額定容量（kV·A）空載損耗（kW）負載損耗（kW）空載電源%短路阻抗%連接組別標號參考價（元/臺）S9-630/10/0.46301.26.20.94.574 700S9-315/10/0.43150.673.065

19、1.1443 000表2-7兩種主接線方案的技術經(jīng)濟比較比較項目方案1方案2技術指標供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求基本滿足要求供電質(zhì)量一臺主變，電壓損耗大兩臺并列運行，電壓損失小靈活方便性一臺主變，靈活性小兩臺主變，靈活性好擴建適應性留有擴建余地小擴建適應性好經(jīng)濟指標電力變壓器的綜合投資查表2-5，S9-630單價:7.47萬元查表3-1，變壓器的綜合投資為其單價的2倍，即14.94萬元查表2-5，S9-315單價:4.3萬元查表3-1，變壓器的綜合投資為其單價的2倍，即17.2 萬元 比方案1多投資2.26萬元高壓開關柜的綜合投資KYN-10型柜每臺單價按5萬元計，采用4臺

20、柜，查表3-1高壓開關柜綜合投資為設備價的1.3倍，即5×4×1.3=26萬元KYN-10型柜每臺單價按5萬元計，采用6臺柜，查表3-1高壓開關柜綜合投資為設備價的1.3倍，即5×6×1.3=39萬元比方案1多投資13萬元電力變壓器和高壓開關柜的年運行費用查表3-2，主變壓器和高壓開關柜的折舊和維修管理費用每年為：14.94×（0.05+0.06）=1.64萬元26×（0.06+0.06）=3.12萬元總計 4.76萬元查表3-2，主變壓器和高壓開關柜的折舊和維修管理費用每年為：17.2×（0.05+0.06）=1.89萬元

21、39×（0.06+0.06）=4.68萬元總計 6.57萬元比方案1多投資1.81萬元續(xù)表比較項目方案1方案2經(jīng)濟指標交給供電部門的一次性供電貼費按700元/(kV·A)計，貼費為0.07×630=44.1萬元按700元/(kV·A)計，貼費為0.07×315×2=44.1萬元兩種方案供電貼費相等由上表分析，技術指標方案2優(yōu)于方案1，而經(jīng)濟指標方案1優(yōu)于方案2。本題目對供電可靠性要求不高，采用方案1比較合理。2.4短路電流計算短路電流計算目的是為了選擇和校驗車間變電所高、低壓電氣設備及提供繼電保護所需要的技術數(shù)據(jù)，因此應計算在最大運行

22、方式下和最小運行方式下的短路電流值。（1） 計算電路圖如圖2-3所示。圖2-3供電系統(tǒng)計算電路圖（2） 等值電路圖如圖2-4所示。圖2-4供電系統(tǒng)等值電路圖（3） 計算各器件基準電抗標幺值?；鶞嗜萘浚?，基準電壓：,基準電流：,由已知：，電源內(nèi)阻：，由已知：l=0.4km,電纜進線阻抗：,變壓器：=7.143（4） 計算k1點和k2點短路電流= 0.7135 1.015 =5.42kA=0.5435 0.754 =7.29kA =7.8565 7.874 =18.33kA=7.6865 7.704 18.73kA取高壓沖擊系數(shù)=1.8，則=18.56kA取低壓沖擊系數(shù)=1.6，則=42.38kA

23、最大短路容量：=132.63 MV·A，=12.98 MV·A表2-10短路電流計算結(jié)果 短路點運行方式最大運行方式短路電流/kA7.2918.73最小運行方式短路電流/kA5.4218.33沖擊電流/kA18.5642.38最大短路容量/MV·A132.6312.982.5車間高低壓電氣設備選擇1、選擇母線截面積車間低壓母線，可選LMY型矩形硬鋁母線，按經(jīng)濟電流密度選擇。已知母線計算電流=881.13A，由于年最大負荷利用小時數(shù)=4500h，查表8-26（工廠供電設計指導 P151）得經(jīng)濟電流密度=1.73A/mm²，因此經(jīng)濟截面為=509mm

24、8;。查表8-30（工廠供電設計指導 P154）選LMY型硬鋁母線100×8，豎放時=1625A，平放時減少8，則=1495A，因此，符合要求。（1） 對母線作熱穩(wěn)定校驗：，則熱效應允許最小截面積為：=264 (C為短路熱穩(wěn)定系數(shù)，查表5-2（工廠供電設計指導 P66）得C=87 A/),因為A=100×8264，所以熱穩(wěn)定合格。（2） 對母線作動穩(wěn)定校驗：母線采用平放布置，根據(jù)低壓配電屏結(jié)構(gòu)尺寸確定a=0.25m，l=0.9m。由b=100mm,h=8mm,則m=12.5,=1.39,查圖4-13（工廠供電設計指導 P63），則導體形狀系數(shù)1.05，中間相（b相）受最大電

25、動力Fmax=1.73 =1174.5N計算應力。2、 10kV進線電纜熱穩(wěn)定校驗查表5-2（工廠供電設計指導 P66）得10kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的熱穩(wěn)定系數(shù)C=77 A/)，則，按熱穩(wěn)定要求重選交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，允許載流量，符合要求，電纜不作動穩(wěn)定校驗。3、 車間變電所高低壓電氣設備的選擇表2-11車間變電所進線側(cè)和低壓側(cè)計算數(shù)據(jù)項目額定電壓/kV計算電流A短路電流kA短路容量/MV·A沖擊電流/kA熱穩(wěn)定s進線側(cè)1033.487.29132.6318.561.5=79.72低壓側(cè)0.38881.1318.7312.9842.381.5=526.2表2-12車間變電所高壓電氣設

26、備的選擇型號額定電壓=10kV額定電流=33.48A斷流能力/7.29kA動穩(wěn)定度=18.56kA熱穩(wěn)定度79.72額定斷流容量132.63MVA高壓少油斷路器106301640300高壓隔離開關1020025.5高壓限流式熔斷器100.5501000電壓互感器JDZ-1010/0.1電壓互感器JDZJ-10/電流互感器LQJ-1010100/531.82避雷器FS-10或FZ-1010表2-13車間低壓干線斷路器及低壓刀開關的選擇車間回路號計算電流/A低壓斷路器型號低壓刀開關型號WL1WL2WL3WL4WL5WL6WL7130.2852.6582.32226.2897.25314.87142

27、.73DW15-200DW15-200DW15-200DW15-400DW15-200DW15-400DW15-200HD13-200HD13-200HD13-200HD13-400HD13-200HD13-400HD13-2004、 高壓開關柜的選擇查<<工廠常用電氣設備手冊>> P880，選用KYN-10型金屬鎧裝式開關柜，根據(jù)車間變電所主接線選擇開關柜編號方案如圖2-5所示。圖2-5車間變電所主接線選擇開關柜編號方案表2-14車間變電所主接線選擇開關柜編號方案KYN-10高壓開關柜編號004042005018 開關柜用途數(shù)量型號電纜進線電壓測量及保護接車間主變壓器

28、右聯(lián)絡SN10-10I少油斷路器111CD10I型操動機構(gòu)111RN2-10/0.5高壓熔斷器1FS2/FZ2型避雷器3JDZ型電壓互感器3LDJ型電流互感器233ZDJ型電壓監(jiān)視裝置1JN-10型接地開關1外形尺寸（寬mm/深mm/高mm）800/1650/2200800/1500/2200800/1500/2200800/1500/22005、 低壓配電屏的選擇查<<工廠常用電氣設備手冊>> P960，選用PGL-2型低壓開啟式開關柜，根據(jù)車間變電所低壓配電線路選擇低壓開關柜編號方案如圖7所示。查<<工廠常用電氣設備手冊>> P754，選用P

29、GJ1型低壓無功功率補償屏，根據(jù)車間變電所低壓配電線路選擇低壓補償柜編號方案如圖2-6所示。圖2-6低壓配電線路選擇低壓開關柜及低壓補償柜編號方案表2-15低壓配電線路選擇低壓開關柜及低壓補償柜編號方案PGL2低壓配電屏編號0325252525252525PGJ1PGJ1 用途 數(shù)量 型號電纜進線WL1饋電WL2饋電WL3饋電WL4饋電WL5饋電WL6饋電WL7饋電主補償屏1輔補償屏3DW15-1500/3低壓斷路器1HD13-1500/30型刀開關1LMZJ1-0.5電流互感器3DZX10-600/3低壓斷路器1111111HD-13-600/31型刀開關1111111LMZ1-0.5電流互

30、感器1111111aM332A熔斷器1818HD13-400/3隔離開關11LMZJ-200/5電流互感器33CJ10-40/3型接觸器66BW0.4-14-3型電容器666、 動力配電箱的選擇查<<工廠常用電氣設備手冊>> P1165，選用XF-10型動力配電箱，根據(jù)車間變電所低壓干線選擇動力配電箱編號方案如圖2-7所示。圖2-7低壓干線動力配電箱編號方案2.6變電所防雷保護及接地裝置設計1、直擊雷保護 在變電所屋頂裝置避雷針或避雷帶，并引出兩根地線與變電所公共接地裝置相連，由于變電所高壓電氣設備均在室內(nèi)，因此不必設置獨立的避雷針。防雷引下線，應優(yōu)先利用自然引下線，還

31、可以利用建筑物的鋼柱、消防梯、金屬煙囪作為自然引下線。人工防雷引下線采用圓柱或扁鋼，優(yōu)先采用圓鋼，其截面積應滿足規(guī)范要求，引下線沿建筑物外墻敷設，并經(jīng)最短路徑接地，要求接地電阻為4。2、雷電侵入波的保護在10kV高壓側(cè)配電室裝有FS2/FZ2型避雷器，引下線采用25mm×4mm鍍鋅扁鋼，下與公共接地網(wǎng)焊接，上與避雷器接地端螺栓連接。3、 變電所公共接地裝置的設計 查表9-6（工廠供電設計指導 P175）接地電阻應滿足： 1） 且10；2）4為車間變電所單相接地短路電流，即：=(+35)/350=1.3A，則=92.3，所以取4。（2）已知土壤電阻率=100·m，自然接地電阻

32、=20 ,接地體采用長L=2.5m，直徑=50mm的鍍鋅鋼管，管距5m垂直打入地下，管頂離地面0.6m，管間用40mm×4mm鍍鋅扁鋼焊接相連。（3）單根垂直接地體電阻估算，=40，已知自然接地體電阻=20，則需人工接地體電阻 =·)/(-)=5。查表9-11（工廠供電設計指導 P177），=2，則0.66，則所需接地體個數(shù)n=12.1,取n=14根。校驗復合電阻：R=/n =4.33=(R·)/(R+)=3.56<4，即符合要求。4、 變電所接地裝置布置圖如圖2-8所示。圖2-8變電所接地裝置布置圖2.7車間變電所繼電保護裝置1、 斷路器控制和信號回路設計，采用燈光監(jiān)視的斷路器控制信號回路接線。2、 變電所測量及計量儀表，10kV變電所計量儀表的裝設如表2-16所示。表2-1610kV變電所計量儀表的裝設線路名稱裝設的表計數(shù)量電流表電壓表有功功率表有功電能表無功電能表10kV進線11110kV母線（每段）410kV聯(lián)絡線11210kV出線111變壓器高壓側(cè)111變壓器低壓側(cè)31低壓母線（每段）1出線（>100A）113、中央信號裝置在變電所控制或值班室內(nèi)一般裝設中央信號裝置，由事故信號和預告信號組成。車間變電所中央信號裝置一般采用重復動作的信號裝