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1、某标准件厂冷镦车间低压配电系统及车间变电所设计1 10kv变电所设计任务书及分析工程设计任务书内容包括：工程设计目的，建设规模和系统供电的连接，用电单位负荷容量，工程建设期限等，工程设计人员接到任务书后，应对设计任务书作初步分析，并收集有关设计资料.1.1 10kv变电所设计任务书1.1.1 变电所位置 本变电所设在冷镦车间东北角。车间内最热月平均气温为30；地中最热月平均气温为25；土壤冻结深度为1.10m；车间属正常干燥环境；车间原址为耕地，地势平坦。地层以砂粘土为主，地下水位2.8-5.3m。1.1.2 变电所基本设计资料 1.变电所电压等级：10/0.4kv 2.本变电所10kv经0.
2、2km电缆线路与本厂总降压变电所相连。 3.工厂总降压变电所10kv母线上的短路容量按300Mkv计。工厂降压变电所10kv配电出现定时限过电流保护整定时间top=1.5s。 4.要求车间变电所最大负荷时功率因数不低于0.9，车间变电所10kv侧进行电能计量。 5.本变电所除给冷镦车间供电外，还需给工具、机修车间供电。 6.负荷情况： (1）工具车间要求车间变电所低压侧提供四路电源。 (2)机修车间要求车间变电所低压侧提供一路电源。（3） 工具，机修车间负荷计算表如表1-1所示。 表1-1 工具、机修车间的负荷统计表序号车间名称供电回路代号设备容量kW计算负荷(kW)(kvar)(kVA)(A
3、)1工具车间No.1供电回路4714.116.521.732.9No.2供电回路5616.819.725.939.4No.3供电回路4212.614.719.429.5No.4供电回路3510.512.316.224.62机修车间No.5供电回路15037.543.957.787.7 （4）车间负荷性质：车间为三班工作制，年最大有功负荷利用小时数为4500h，属于三级负荷。 （5）冷镦车间生产任务急产品规格：本车间主要承担我国机械和电器制造工业的标准螺钉配件生产。标准螺钉元件规格范围为M3-M18，车间明细表1-2如图所示 表1-2 冷镦车间设备明细表 设备代号设备名称型号台数单台容量kw总容
4、量kw设备代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw1冷镦机Z47-12163149626铣口机（自制）1772冷镦机GB-31555527铣口机（自制）15.55.53冷镦机A1641282828车床C3361334冷镦机A1241282829车床1336M14.54.55冷镦机A1232204030台钻70.64.26冷镦机A1631202031清洗机（自制）410407冷镦机A1691101032包装机（自制）34.513.58冷镦机Z47-671510533涂油槽1-9冷镦机82BA1111134车床C620-117710冷镦机A12124.79.435车床C620-1M17711冷镦
5、机A12023636车床C62017712切边机A2332204037车床C618K17713切边机A2321141438铣床X62W17.57.514压力机60t1101039平面磨床M723017.627.6215压力机40t17740牛头刨床13316切边机A231472841立钻11.51.517切边机A23014.54.542砂轮机60.63.618切边机（自制）13343钳工台4-19搓丝机GWB162102044划线台1-20搓丝机1141447电葫芦1.5t12.82.821搓丝机A25317748电葫芦1.5t11.11.122搓丝机A253472849叉车0.5t2-23双
6、搓机1111150叉车0.5t1-24搓丝机GWB6525.511合计25搓丝机Z25-41331.1.3主要设计任务（1）负荷计算和无功功率补偿（2）变电所位置和形式的选择（3）变电所主变压器的台数与容量，类型的选择（4）工厂配电系统的确定（5）变电所主接线确定并保证为最佳。（6）变电所主要接线方案的设计（7）短路电流的计算（8）变电所一次设备的选择与校验（9）变电所进出线的选择与校验（10）变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定（10）防雷保护和接地装置的设计1.1.4设计结果 1.设计说明书一份。 2.电气主接线图一份。 3.电气主接线详图一份。 4.变电所平面图一张.1.2任务书分析
7、1.2.1分析一： 由于任务书中对功率因数有要求，要求不低于0.9，粗略功率因数约0.5，需进行无功补偿。1.2.2分析二： 待建变电所可以采用单回路进线.1.2.3分析三： 车间变电所主要有以下两种类型： （1）车间附设变电所:内附式变电所要占用一定的车间面积，但是在车间内部，故对车间外观没有影响。外附式变电所在车间的外部，不占用车间面积，便于车间设备的布置，而且安全性也比内附式变电所高一些； （2）车间内变电所：变电所有屋内式和屋外式两大类型。屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择工厂变配电型时，应该根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优先用屋内式。根据任务书要求，本设计采用屋内
8、式更合适。.1.2.4 分析四：车间变电所10kv侧需进行电能计量，所以需要设计电能计量原理电路。2.负荷计算和无功补偿计算2.1车间的负荷计算2.1.1冷镦车间设备组负荷计算例取冷镦机Z47-12机组的负荷如下：由于该组设备为连续工作制，其设备功率为：（需台数 16，单台容量31kw） 有Ps=1631=496kw查表有Kd=0.170.2，取Kd=0.2， =0.5=1.73 有P30=KdPs=0.2496=99.2kw Q30=P30=99.21.73=171kvar = 本次设计的其他机组和设备组的负荷计算都如上例，将冷镦车间分为五个设备组，各个设备组的计算负荷如下表所示。 表2-1
9、 冷镦车间设备组I计算负荷表设备组代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw需要系数Kd计算负荷/kw/kvar/KVA/AI冷镦机Z47-68312480.20.51.7344.677.299151 表2-2 冷镦车间设备组II计算负荷表设备组代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw需要系数Kd计算负荷/kw/kvar/KVA/AII冷镦机Z47-68312480.20.51.7344.677.299151 表2-3 冷镦车间设备组III计算负荷表设备组代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw需要系数Kd计算负荷/kw/kvar/KVA/AIII冷镦机GB-3155550.20.51.7
10、311192233冷镦机A164128280.20.51.735.69.711.217冷镦机A124128280.20.51.735.69.711.217冷镦机A123220400.20.51.73813.81624.3冷镦机A163120200.20.51.7346.9812.2冷镦机A169110100.20.51.7323.4546.1冷镦机82BA111110.20.51.732.23.84.46.7冷镦机A12124.79.40.20.51.731.843.183.685.6冷镦机A1202360.20.51.731.22.12.43.7总计247.441.571.882.9125.
11、6 表2-4 冷镦车间设备组IV计算负荷表设备组代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw需要系数Kd计算负荷/kw/kvar/KVA/AIV切边机A233220400.20.51.73813.81624.3切边机A232114140.20.51.732.84.85.68.5压力机60t110100.20.51.7323.4546.1压力机40t1770.20.51.731.42.42.84.3切边机A23147280.20.51.735.69.711.217切边机A23014.54.50.20.51.730.91.561.82.75切边机（自制）1330.20.51.730.61.031.2
12、1.8搓丝机GWB16210200.20.51.7346.9812.2搓丝机114140.20.51.732.84.855.68.56搓丝机A2531770.20.51.731.42.42.84.3搓丝机A25347280.20.51.735.69.711.217双搓机111110.20.51.732.23.84.46.7搓丝机GWB6525.5110.20.51.732.23.84.46.7搓丝机Z25-41330.20.51.730.61.031.21.8铣口机（自制）1770.20.51.731.42.42.84.3铣口机（自制）15.55.50.20.51.731.11.92.23.3
13、车床C3361330.20.51.730.61.031.21.8车床1336M14.54.50.20.51.730.91.561.82.75台钻70.64.20.20.51.730.841.451.682.57清洗机（自制）410400.20.51.73813.81624.3包装机（自制）34.513.50.20.51.732.74.675.48.25涂油槽1-总计256.733.8658.677.9118.5 表2-5 冷镦车间设备组V计算负荷表设备组代号设备名称型号台数单台容量kw总容量kw需要系数Kd计算负荷/kw/kvar/KVA/AV冷镦机Z47-67151050.20.51.732
14、136.34263.8清洗机（自制）410400.20.51.73813.81624.3车床C620-11770.20.51.731.42.42.84.3车床C620-1M1770.20.51.731.42.42.84.3车床C6201770.20.51.731.42.42.84.3车床C618K1770.20.51.731.42.42.84.3铣床X62W17.57.50.20.51.731.52.634.6平面磨床M723017.627.620.20.51.731.62.73.24.8牛头刨床1330.20.51.730.61.031.21.8立钻11.51.50.20.51.730.30
15、.560.60.9砂轮机60.63.60.20.51.730.721.251.442.2钳工台4-划线台1-电葫芦1.5t12.82.80.20.51.730.560.971.121.7电葫芦1.5t11.11.10.20.51.730.220.380.440.67叉车0.5t2-叉车0.5t1-总计265.441.463.8658.677.9 2.1.2 工具、机修车间的负荷统计算见表2-6 表2-6工具、机修车间的负荷统计表序号车间名称供电回路代号设备容量kW计算负荷(kW)(kvar)(kVA)(A)1工具车间No.1供电回路4714.116.521.732.9No.2供电回路5616.
16、819.725.939.4No.3供电回路4212.614.719.429.5No.4供电回路3510.512.316.224.6小计1805463.283.2126.42机修车间No.5供电回路15037.543.957.787.72.1.3车间设备总负荷计算： 在配电干线上火车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设别组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应在计入一个同时系数。由前面统计的结果，可知各设备组的有功和无功如下设备组1：=44.6kw， =77.2kvar设备组2：=44.6kw， =77.2kvar设备组3：=41.
17、5kw， =71.8kvar设备组4：=33.86kw， =58.6kvar设备组5：=41.4kw， =63.86kvar工具车间：=54kw, =63.2kvar机修车间：=37.5kw, =43.9kvar取=0.9，=0.95可得总的计算负荷：=0.9(44.6+44.6+41.5+33.86+41.4+54+37.5)=329.976330.0kw=0.95(77.2+77.2+71.8+58.6+63.86+63.2+43.9)=554.04554.0kvar=644.8A=979.7A2.1.4车间设备总负荷统计见表2-7：表2-7车间设备总负荷统计表用电单位名称设备容量需要系数
18、计算负荷 (kW) (kvar) (kVA)(A)设备组2480.20.51.7344.677.299151设备组II2480.20.51.7344.677.299151设备组III247.40.20.51.7341.571.882.9125.6设备组IV256.70.20.51.7333.8.658.677.9118.5设备组V265.40.150.20.51.7341.463.8658.6117.8工具车间1805463.283.2126.4机修车间15037.543.957.787.7总计1717.5366.64583.23558.7929.48取=0.90 , =0.953305546
19、44.8979.72.2无功功率补偿1）补偿前的变压器低压侧的视在计算负荷为： 因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选为了1000 kVA。这时变电所低压侧的功率因数为： =330644.8=0.512） 无功补偿容量按规定，变电所高压侧的0.9，考虑到变压器本身的无功功率损耗远大于其有功功率损耗，一般=(45)，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90 ，这里取=0.92。要使低压侧功率因数由=0.51提高到=0.92，低压侧需装设的并联电容器容量为： 取 查表可选用BCMJO.4-30-3型电容器，BCMJO.4-30-3型电容型补偿器技术参数如下表：BCM
20、J额定电压(kv)额定容量(kvar)总电容量(uf)额定电流(A)0.4-30.-30.43059743.3其个数为，选12个。3）补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：变压器的功率损耗为：变电所高压侧的计算负荷为补偿后工厂的功率因数为满足要求。4）车间变电所负荷计算见表2-8：表2-8车间变电所负荷计算表序 号车间名称需要系数设备容量kW计算负荷(kW)(kvar)(kVA)(A)1设备组I0.224844.677.2991512设备组II0.224844.677.2991513设备组III0.2247.441.571.882.89125.64设备组IV0.2256.733.8658.677
21、.9118.65设备组V0.150.2265.441.463.8658.6117.86工具车间1805463.283.13126.47机修车间15037.543.957.7387.7总计1717.5330554644.8979.7380V侧补偿前负荷330554644.8979.7380V侧无功补偿容量417380V侧补偿后负荷330137357543变压器功率损耗5.421.410kV侧负荷总计335.4158.437121.43 变电所位置和形式的选择3.1变电所的位置选择原则： 应尽可能接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。 考虑电源的进线方向，偏向电源侧。
22、进出线方便。 不应妨碍企业的发展，要考虑扩建的可能行。 设备运输方便。 尽量避开有腐蚀性气体和污秽的地段，如无法避免，则应位于污源的上风侧。 变电所屋外配电装置与其他建筑物、构筑物之间的防火间距符合规定。变电所建筑物、变压器及屋外配电装置应与附近的冷却塔或喷水池之间的距离负荷规定。 不应设在地势低洼和可能积水的场所。 高压配电所应尽量与临近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起。变电所的位置选择应根据选择原则，经技术、经济比较后确定。根据接近负荷中心，偏向电源侧的选择方法。本车间变电所已给出，位于车间的东北角。3.2车间变电所主要有以下两种类型的变电所 车间附设变电所内附式变电所要占用
23、一定的车间面积，但其在车间内部，故对车间外观没有影响。外附式变电所在车间的外部，不占用车间面积，便于车间设备的布置，而且安全性也比内附式变电所要高一些。 车间内变电所变配电所有屋内式和屋外式两大型式。屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择工厂总变配电型式时，应根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优选用屋内式。 由于屋内式优点众多，本设计采用屋内式。4.变电所主变压器类型、容量与台数的选择 4.1车间变电所主变压器型号的确定 在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S9系列或S10或S11系列。高损耗变压器已被淘汰，不再采用。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭
24、型变压器或防腐型变压器；供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器（S9、S10-M、S11等）；对于高层建筑、地下建筑、发电厂、化工等单位对消防要求较高的场所，宜采用干式电力变压器（SC、SCZ、SG3、SG10等）；对电网电压波动较大的，为改善电能质量应采用有载调压电力变压器（SZ7、SFSZ、SGZ3等）。 根据设计要求，可选用S9或S11系列，通过资料可知S11系列变压器的空载损耗要比同容量S9系列平均降低30%，空载电流比S9系列下降70%85%，并且S11系列变压器油箱采用全密封结构，变压器不与空气接车，隐私延长了使用寿命，运行可靠性比S9高，而且两者价
25、格相差不大，所以本设计选择是S11系列三相油浸式自冷电力变压器。4.2主变压器容量确定在选择变压器容量时，可满足变压器在计算负荷通过时不致过热损坏，当只装一台主变压器时，变压器的容量Sn应满足全厂（或车间）用电社别总计算负荷Sjs的需要，即SnSjs.当装两台及以上变压器时， 当断开任一台变压器时，其余变压器的容量能保证用户的工作和级负荷运行，但此时应计入变压器的过负荷能力。变压器容量选择630kVA。4.3主变压器台数的选择 车间变电所变压器台数确定主要根据负荷大小，供电可靠性和电能质量要求来选择，并且兼顾节约电能，降低成本，运行方便等原则。对于带有三级负荷的车间变电所的选择原则是：负荷较小
26、时采用一台变压器；负荷较大时，一台变压器不能满足要求时，采用两台或以上变压器。对于带有一二级负荷的车间变电所，选择的原则是：1.一、二级负荷较多时，应选用两台或两天以上变压器；2.只有少量一、二级负荷且能从邻近车间变电所获得低压备用电源时，可选用一台变压器。根据设计要求，可选两种方案。方案1：选一台S11-630/10三相油浸式电力变压器。方案2：选两台S11-315/10三相油浸式电力变压器S11-630/10 电力变压器参数见表4-1表4-1 S11-630/10 电力变压器参数额定容量630kvA空载电流0.9%额定电压（电压等级）一次侧10KV短路阻抗4.5%二次侧0.4KV连接组别Y
27、，yn0价 格4.6万/每台损耗空载0.81kw生 产 商平顶山恒瑞电气制造公司负载6.21kwS11-315/10 电力变压器参数见表4-2表4-2 S11-315/10 电力变压器参数额定容量315KvA 空载电流1.0%额定电压（电压等级）一次侧10KV短路阻抗4.0%二次侧0.4KV连接组别Y，yn0价 格2.9万/每台损耗空载0.48kw生 产 商平顶山恒瑞电气制造公司负载3.65kw两种主变选择方案比较见表4-3：表4-3 两种主变选择方案比较比较项目装设一台主变压器的方案装设两台主变压器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
28、压损耗略大由于两台主变并列，电压损耗略小灵活方便性只一台主变，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表得S11630/10单价为4.6万元，查表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*4.6=9.2万元查表得S11315/10单价为2.9万元，因此两台综合投资为4*2.9=11.6万元，比一台主变方案多投资2.4万高压开关柜的综合比较查表得GG1A（F）防误型柜按每台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万元=21万元本方案采用6台GG1A（F）柜，其综合投资约为61.53.5=31.5万元，比
29、一台主变的方案多投资10.5万元。电力变压器和高压开关柜的年运行费查表计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为4.89万元主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为7.067万元，比1台主变压器的方案多耗2.177万元交给供电部门的一次性供电贴费按800元/kVA计，贴费为万元=50.4万元贴费为23150.08万元=50.4万元，和一台主变压器相同 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接线方案，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。510kv变电所主接线设计 变电所主接线设计应根据变电所在供电系
30、统中的地位，进出线回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，并满足安全可靠、简单灵活、操作方便和经济等要求。在满足上述要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器少的或不用断路器的接线，如线路-变压器组单元接线或桥形接线，除了这两种主接线外，常用的主接线还有单母线接线、单母线分段接线，双母线接线、双母线分段接线。 5.1 一次主接线：由于本设计中车间变电所主变压器只选择了一台，所以一次侧采用线路-变压器组单元接线。 5.2二次侧主接线：由于一次侧采用线路-变压器组单元接线，属于单电源供电，所以二次侧主接线采用单母线不分段接线。 并且单母线不分段接线具有接线简单清晰，使用设备少，经济向比较好等特点，它适用于
31、对供电连续性要求不高的三级负荷用户，本设计车间属于三级负荷，满足要求。主接线概略图如图所示：6 短路电流的计算6.1 短路计算(1) 确定基准值采用标幺制法进行三相短路计算，基准值取: S=100 MVA, U=10.5 kV, U=0.4 kV 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值由已知条件得, 因此 = =0.33电缆线路的电抗标幺值由已知条件得, 因此 电力变压器的电抗标幺值查表得 , 因此 X = = =7.94绘制短路等效电路图如图6-1所示, 图上标出各元件的序号和电抗标幺值， 并标明短路计算点图6-1 短路等效图6.2 点三相短路时的短路电流和容量的计算计算短
32、路回路总阻抗标幺值计算点所在电压级的基准电流 计算点处短路电流各值 冲击电流 冲击电流有效值 短路容量 6.3 计算点三相短路时的短路电流 计算短路回路总阻抗标幺值 计算点所在电压级的基准电流 计算点短路电流各值 冲击电流 冲击电流有效值 短路容量 计算结果列表6-1：表6-1 短路计算结果短路计算点短路计算点三相短路电流（kA）电压（kV）三相短路容量(MVA)15.95 40.6724.2410.5289.8617.4632.1319.030.412.077 变电所一次设备的选择校验7.1 10kV侧一次设备的选择和校验装设地点条件见表7-1：表7-1装设地点条件选择校验项目电压电流断流能
33、力动稳定度热稳定度装设地点条件参数数据10kV57.7A15.95kA40.67kA381.67.1.1 高压开关柜的选择高压开关柜是成套设备，柜内有断路器、隔离开关、互感器设备等。 选择开关柜的型号主要根据负荷等级选择开关柜的型号，一般一、二级负荷选择移开式开关柜，如, , 型开关柜，三级负荷选择固定式开关柜，如,型开关柜。本设计属三级负荷，选型开关柜。+-选择开关柜回路方案号本设计是电缆进线，因此选择回路方案号07。 计量柜选型，方案号03。7.1.2 10KV母线出线口高压断路器的选择和校验（1）、根据装设地点条件选择SN10-10II/1000型断路器，其技术参数如下：表7-2 断路器
34、技术参数（SN-户内少油式断路器）型号数量技术参数额定电流（A）额定开断电流（KA）极限通过电流(KA)2秒热稳定电流（KA）SN10-10II/1000若干100031.58031.5额定电压：额定电流：动稳定校验：， ， ， 满足要求。热稳定校验： ，满足要求。断流能力校验：，额定断开电流，满足要求。温度校验：SN10-10II/1000断路器允许使用环境温度：-404010KV待设变电所车间内最热月平均温度为30，地中最热月平均温度为20，符合要求。通过以上校验可知,10KV侧选SN10-10II/1000高压断路器完全符合要求。7.1.3 高压隔离开关的选择和校验隔离开关是电力系统中用
35、量最多的一种开关电器，主要作用有隔离电源、道闸操作、开合小电流电路。由于隔离开关没有灭弧装置，因此不能用来开断负荷电流或短路电流，与断路器配合操作时，必须遵循“先通后断”的原则。根据装设地点条件选户内高压隔离开关为GN8-10T/600和GN6-10T/600，户外隔离开关为GW4-10/600。其技术参数如下表表7-3 高压隔离开关技术参数（GN-户内隔离开关，GW-户外）型号数量技术参数额定电流（A）额定电压kv极限通过电流(KA)5秒热稳定电流（KA）GN8-10T/600若干600105220GW4-10/600若干600105021.5（1） 户内高压隔离开关GN8-10T/600的校验： 额定电压：额定电流：，满足要求。动稳定校验：， ， ， 满足要求。热稳定校验： ，满足要求。温度校验：GN8-10T/600高压隔离开关允许使用环境温度：-404010KV待设变电所车间内最热月平均温度为30，地中最热月平均温度为20，符合要求。通过以上校验可知,10KV侧选GN8-10T/600和GN6-10T/600高压隔离开关完全符合要求。（2）户外隔离开关GW4-10/600的校验 额定电压：额定电流：，满足要求。动稳定校验：， ， ， 满足要求。热稳定校验： ，
