工厂供电课程设计机械厂10kV降压变电所电气设计.doc-资料库

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工厂供电课程设计题目：机械厂 10kV 降压变电所电气设计专业班级：学生姓名：指导教师：设计时间： 2006 年 4 月

目录前言………………………………………………………………2 一、负荷计算和无功功率计算及补偿…………………………3 二、变电所位置和形式的选择…………………………………6 三、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择………7 四、短路电流的计算……………………………………………8 五、变电所一次设备的选择与校验……………………………10 六、变电所高、低压线路的选择………………………………13 七、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定……………15 八、防雷和接地装置的确定……………………………………18 九、心得和体会…………………………………………………19 十、附录参考文献………………………………………………20 十一、附图………………………………………………………20 - 1 -

一负荷计算和无功功率计算及补偿泰山机械厂负荷统计资料厂房编用电单位负荷性设备容量需要系号名称质 1 2 3 4 5 6 7 8 9 仓库动力照明铸造车间动力照明锻压车间动力照明金工车间动力照明工具车间动力照明电镀车间动力热处理车间照明动力照明装配车间动力照明机修车间动力 10 锅炉房宿舍区照明动力照明照明 (一)负荷计算和无功功率计算 /kw 88 2 338 10 338 10 338 10 338 10 338 10 138 10 138 10 138 5 138 2 400 数 0.25 0.80 0.35 0.80 0.25 0.80 0.25 0.80 0.25 0.80 0.50 0.80 0.50 0.80 0.35 0.80 0.25 0.80 0.50 0.80 0.70 tan 功率因数 cos 1.17 1.02 1.17 1.33 1.17 0.88 1.33 1.02 1.17 1.17 0.65 1.0 0.70 1.0 0.65 1.0 0.60 1.0 0.65 1.0 0.75 1.0 0.60 1.0 0.70 1.0 0.65 1.0 0.65 1.0 1.0 在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。具体步骤如下。 1. 仓库：动力部分， P 30(11)  88 kW  0.25  22 kW ； 30(11) Q  22 kW  1.17  25.74 var k S 30(11)  2 22  25.74 2  33.86 k VA  ； 30(11) I  照明部分， 30(12) P  2 kW  2. 铸造车间：动力部分， 0.8 1.6  kW ； 30(11) Q 33.86  k VA  1.732 0.38  0  51.45 A kV P 30(21)  338 kW  0.35 118.3  kW ； 30(21) Q  118.3 kW  - 2 - 1.02 120.666 var  k

S 30(21)  118.3 2  120.666 2  168.98 k VA  I  30(21) 照明部分， 30(22) P  10 kW  0.8  8 kW ； 30(22) Q  168.98 k VA  1.732 0.38 kV  0  256.75 A 3. 锻压车间：动力部分， P 30(31)  338 kW  0.25  84.5 kW ； 30(31) Q  84.5 kW  1.17  98.865 var k S 30(31)  2 84.5  98.865 2  130.06 k VA  I 30(31)  照明部分， 30(32) P  10 kW  0.8  8 kW ； 30(32) Q  0 130.06 k VA  1.732 0.38 kV   197.61 A 4. 金工车间：动力部分， P 30(41)  338 kW  0.25  84.5 kW ； 30(41) Q  84.5 kW  1.33 112.385 var  k S 30(41)  112.385 2  2 84.5  140.61 k VA  I  30(41) 照明部分， 30(42) P  10 kW  0.8  8 kW ； 30(42) Q 5. 工具车间：动力部分， 140.61  k VA  1.732 0.38 kV  0  213.64 A P 30(51)  338 kW  0.25  84.5 kW ； 30(51) Q  84.5 kW  1.17  98.865 var k S 30(51)  2 84.5  98.865 2  130.06 k VA  I 30(51)  照明部分， 30(52) P  10 kW  0.8  8 kW ； 30(52) Q  130.06 k VA  1.732 0.38 kV  0  197.61 A 6. 电镀车间：动力部分， P 30(61)  338 kW  0.5 169  kW ； 30(61) Q  169 kW  0.88 148.72 var  k S 30(61)  2 169  148.72 2  225.12 k VA  I 30(61) 照明部分， 30(62) P  10 kW  0.8  8 kW ； 30(62) Q 7. 热处理车间：动力部分，  225.12  k VA  1.732 0.38 kV 0   342.04 A P 30(71)  138 kW  0.5  69 kW ； 30(71) Q  69 kW  1.33  91.77 var k S 30(71)  2 69  91.77 2  114.82 k VA  I 30(71)   174.46 A 114.82 k VA  1.732 0.38 kV   0 照明部分， 30(72) P  10 kW  0.8  8 kW 8. 装配车间：动力部分，； 30(72) Q P 30(81)  138 kW  0.35  48.3 kW ； 30(81) Q  48.3 kW  1.02  49.266 var k - 3 -

S 30(81)  2 48.3  49.266 2  68.99 k VA  I 30(81) 照明部分， 30(82) P  10 kW  0.8  8 kW ； 30(82) Q 9. 机修车间：动力部分，  68.99  k VA  1.732 0.38 0  kV  104.82 A P 30(91)  138 kW  0.25  34.5 kW ； 30(91) Q  34.5 kW  1.17  40.365 var k S 30(91)  2 34.5  40.365 2  53.10 k VA  I 30(91)  照明部分， 30(92) P  5 kW  0.8  4 kW ； 30(92) Q 10. 锅炉房：动力部分， 53.10  k VA  1.732 0.38  0 kV  80.68 A P 30(101)  138 kW  0.5  69 kW ； 30(101) Q  69 kW  1.17  80.73 var k S 30(101)  2 69  80.73 2  106.2 k VA  I 30(101)   161.36 A 照明部分， 30(102) P  2 kW  0.8 1.6  kW ； 30(102) Q k VA  1.732 0.38 106.2  0  kV 11.宿舍区照明， 30(11) P  400 0.7  kW  280 kW 。 30(11) Q  0 另外，所有车间的照明负荷： ' P 30  63.2 KW 取全厂的同时系数为： pK  0.95 ， qK  0.97 ，则全厂的计算负荷为： P 30  0.95( 11  i 1  P 30( 1) i  ' P 30 )  0.95 (1063.6 63.2)    1070.46 kW Q 30  0.97 11  i 1  Q 30( 1) i  0.97 867.372=841.35 var  k S 30  1070.46 2  841.35 2  (二)无功功率补偿 1361.53 kV A I  ； 30  1361.53 kV A  kV 3 0.38   2068.69 A S 由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为： 30  这时低压侧的功率因数为： cos   (2) 1070.46 1361.53  0.79 1361.53 kV A  为使高压侧的功率因数  0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于 0.90，取： cos '   0.95 。要使低压侧的功率因数由 0.79 提高到 0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为： - 4 -

CQ  1070.46 (tan arccos0.79 tan arccos0.95) var   k  47 8.92 var k 取: CQ =480 var k 则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为： S ' 30(2)  2 1070.46  (841.35 480)  2  1129.80 kV A  计算电流 ' I 30(2)  1129.80 kV A  kV 3 0.38   1716.60 A 变压器的功率损耗为： TP   0.015 S ' 30(2)   TQ  0.06 S ' 30(2)  0.015 1129.80  kV A   16.95 kW 0.06 1129.80  kV A   67.79 var k 变电所高压侧的计算负荷为： ' P 30(1)  1070.46 kW  16.95 kW  1087.41 kW Q ' 30(1)  (841.35 480) var 67.79 var   k k  429.14 var k S ' 30(1)  2 1087.41  2 429.14 kV A   1169.03 kV A  I ' 30(1)  1169.03 3 10  kV A  kV  67.50 A 补偿后的功率因数为： cos '   1087.41 1169.03 (三)年耗电量的估算  0.93 满足（大于 0.90）的要求。年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量： pW qW P T   30  Q T   30  年无功电能耗电量：结合本厂的情况，年负荷利用小时数T为 4800h，取年平均有功负荷系数 0.72 平均无功负荷系数 0.78 。由此可得本厂：   ，年年有功耗电量：年无功耗电量： pW   qW   0.72 1169.03  kW  4800 h  6 4.04 10  kW h  ； 0.78 841.35 var 4800 h   k  6 3.15 10  kW h  。二变电所位置和形式的选择由于本厂有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经 10kV 公共市电架空进线（中间有电缆接入变电所）；一路引自邻厂高压联络线。 - 5 -

变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和形式的选择规定》及 GB50053－1994 的规定，结合本厂的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。其设立位置参见附图一《厂区供电线缆规划图》。内部布置形式参见附图二《变电所平面布置图》。三变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择 (一)变电所主变压器台数的选择变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。 (二)变电所主变压器容量选择。每台变压器的容量 N TS  应同时满足以下两个条件： 1）任一台变压器单独运行时，宜满足： N TS   (0.6 ~ 0.7)  S 30 2）任一台变压器单独运行时，应满足： N TS   S 30(1 11)  ，即满足全部一、二级负荷需求。代入数据可得： N TS  =（0.6~0.7）×1169.03=（701.42~818.32） kV A 。又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为 20 C ），所选变压器的实际容量： S N T  实  (1 0.08)   S NT  920 KVA 也满足使用要求，同时又考虑到未来 5~10 年的负荷发展，初步取 N TS  =1000 kV A 。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为 SC3 系列箱型干式变压器。型号：SC3-1000/10 ，其主要技术指标如下表所示：变压器型号额定容量额定联结损耗/kW 电压组型 / kV A /kV 号高压低压空载负载空载电流 0I % 短路阻抗 KU % SC3-1000/10 1000 10.5 0.4 Dyn11 2.45 7.45 1.3 6 （附：参考尺寸（mm）：长：1760 宽：1025 高：1655 重量（kg）：3410）（三）变电所主接线方案的选择方案Ⅰ：高、低压侧均采用单母线分段。优点：用断路器把母线分段后，对重要 - 6 -

用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。方案Ⅱ：单母线分段带旁路。优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。方案Ⅲ：高压采用单母线、低压单母线分段。优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。以上三种方案均能满足主接线要求，采用三方案时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案Ⅰ。根据所选的接线方式，画出主接线图，参见附图三《变电所高压电气主接线图》。四短路电流的计算本厂的供电系统简图如图（一）所示。采用两路电源供线，一路为距本厂 6km 的馈电变电站经 LGJ-185 架空线（系统按∞电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为500MV A ；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压 10kV 母线上 k-1 点短路和低压 380V 母线上 k-2 点短路的三相短路电流和短路容量。 SC3-1000/10 K-1 K-2 Dyn11 ∞系统 G QF 架空线L=6KM 邻厂高压联络线 10KV 380V SC3-1000/10 图（一）下面采用标么制法进行短路电流计算。 (一)确定基准值： - 7 -

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