(整理)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

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 .............................................................................. 2 二、变电所主变压器和主结线方案的选择 ............................. 4 三、短路电流的计算 ................................................................. 5 四、变电所一次设备的选择校验 ............................................. 7 五、变电所进出线和与邻近单位联络线的选择 ..................... 9 六、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 ........... 10 七、设计图样 ............................................................................ 11 八、车间平面布置图 ............................................................... 12 九、心得体会 .............................................. 错误!未定义书签。

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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 类供电设备容需要 计算负荷 编名别 回路量系数 cosΦ tanΦ P30 Q30 S30 I30/A 号 称 代号 Pe/KW Kd /KW /Kvar /KVA No.1 供电104 0.7 0.95 0.33 72.8 24.0 76.7 116.5 回路 No.2 供电82.9 0.2 0.5 1.73 16.6 28.7 33.2 50.4 回路 1 机动No.3 加力 供电157.7 0.2 0.5 1.73 31.5 54.6 63.0 95.7 工回路 一No.4 车供电22.5 0.2 0.5 1.73 4.5 7.8 9.0 13.7 间 回路 No.5 供电38.6 0.2 0.5 1.73 7.7 13.4 15.4 23.4 回路 No.6 供电160 0.4 0.7 1.02 64 65.3 91.4 138.9 回路 铸 No.7 造动供电140 0.4 0.7 1.02 56 57.1 80.0 121.5 2 车力 回路 间 No.8 供电180 0.4 0.7 1.02 72 73.4 102.8 156.2 回路 照No.9 明 供电8 0.8 1 0 6.4 0 6.4 9.7 回路 No.10 -------------

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3 4 供电铆动回路 焊力 No.11 车供电间 回路 照No.12 明 供电回路 No.13 电动供电修力 回路 车No.14 间 供电回路 150 170 7 150 0.3 0.3 0.8 0.3 0.3 0.8 0.45 0.45 1 0.5 0.56 2.0 2.0 0 1.73 1.48 0 45 51 5.6 45 44 8 89.1 101 0 78 65 0 99.8 113.1 5.6 90.0 78.5 8 151.6 171.9 8.5 136.8 119.3 总计 (380V侧) 146 照 明 No.15 10 供电回路 动1501.7 力 照25 明 计入KΣp=0.8 KΣq=0.85 1 12.2 0.67 1.12 586.1 657.4 880.7 1338.2 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0.64 468.9 558.3 729.5 1108.3 前负荷 -------------

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380V侧无功 -420 补偿容量 380V侧补偿0.96 468.9 138.3 488.9 742.8 后负荷 主变压器功 0.015S30=7.3 0.06S30=29.3 率损耗 10KV侧负0.94 476.2 167.6 504.8 29.1 荷总计 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。

即选一台S9-630/10型低损耗配电变压器。至于T=630KVA>S30=504.8KVA选择，

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 供电安全性 供电可靠性 技 术 供电质量 指 标 灵活方便性 扩建适应性 经 济 电力变压器的 指 综合投资额 标 装设一台主变的方案 满足要求 基本满足要求 由于一台主变，电压损耗略大 只一台主变，灵活性稍差 稍差一些 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 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＝装设两台主变的方案 满足要求 满足要求 由于两台主变并列，电压损耗略小 由于有两台主变，灵活性较好 更好一些 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 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 高压开关柜（含计量柜）的综合投资额 -------------

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21万元 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） 按800元/kVA计，贴费为630×0.08万元＝50.4万元 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 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 交供电部门的一次性 供电贴费 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

Id1Sd3Ud1Sd3Ud2100MVA310.5kV100MVA30.4kV5.5kV

Id2144kA

3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值 （1）电力系统

X1*100MVA/200MVA0.5

（2）架空线路 由LGJ-150的x00.36/kV，而线路长0.3km,故

*(0.360.3) X2100MVA10.5kV20.098

（3）电力变压器 有UZ%4.5，故

* X3

4.5100MVA7.1 100630kVA因此绘等效电路，如图2所示。

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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

*** X(k1)X1X20.50.0980.598

（2）三相短路电流周期分量有效值

(3)* Ik1Id1/X(k1)5.5kA/0.5989.2kA

（3）其他短路电流

（3）(3))IIk(3 I19.2kA

i(3)sh(3)sh（3）2.55I2.559.223.5kA （3）1.51I1.519.213.9kA

I （4）三相短路容量

(3)* Sk1Sd/X(k1)100MVA/0.598167.2MVA

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

**** X(k1)X1X2X30.50.0987.17.7

（2）三相短路电流周期分量有效值

(3)* Ik2Id2/X(k1)144kA/7.718.7kA

（3）其他短路电流

（3）(3))IIk(3 I218.7kA

i(3)sh(3)sh（3）1.84I1.8418.734.4kA （3）1.09I1.0918.720.4kA

I （4）三相短路容量

(3)* Sk2Sd/X(k2)100MVA/7.713.0MVA

以上计算结果综合如表4所示。

表4 短路计算结果

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三相短路电流/kA 短路计算点 k－1 k－2 Ik(3) 9.2 18.7 三相短路容量/MVA (3)Ish I’’(3) 9.2 18.7 (3)I (3)ish Sk(3) 167.2 13.0 9.2 18.7 23.5 34.4 13.9 20.4

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

断流 选择校验项目 电压 电流 能力 参数 装置地点条件 数据 10kV (I1N·T) 额定参数 高压少油断路器10kV SN10-10I/630 高压隔离开关一 次 设 备 型 号 规 格 电压互感器JDJZ-10 6GN8-10/200 动稳定热稳定度 度 (3)ish 台数 UN I30 36.4A Ik(3) 9.2kA (3)2Itima 9.22×1.9 23．5kA =160.8 Ioc imax UN IN It2t 162×2=512 630A 16kV 40kA 2 10kV 200A － 25.5kA 102×5=500 5 高压熔断器10kV RN2-10 电压互感器JDJ-10 10/0.1－ kV 1030.130.5A 50kA － － 2 － － － 1 / / － － － － 1 0.1 3kV 电流互感器10kV 100/5A － 31.8KA 81 3 -------------

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LQJ-10 避雷器FS4-10 户外式高压隔离开关 GW4-15G/200 15kV 200A － － － 1 10kV － － － － 2 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 装置 地点 条件 数据 额定 UN 参数 低压断路器DW15－一 次 1500/3 低压断路630A 设 器DZ20－备 型 630 低压断路200A 号 器DZ20－规 格 200 低压刀开关HD13－1500/30 电流互感500V 器LMZJ11500/5A － 1 380V 1500A － 1 380V (大于I30) 一般25kA 3 380V (大于I30) 一般30kA 12 380V 1500A 40kV 1 IN Ioc imax 380V 总742.8A 参数 电压 UN 电流 I30 断流能力 动稳定度 (3)ish 热稳定度 (3)2Itima 台数 Ik(3) 18.7kA 34.4kA 18.72×0.7=244.8 It2t -------------

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－0.5 电流互感160/5A 器LMZ1－0.5 500V 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。

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（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

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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。

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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：

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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。

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