曙光机加工厂车间变电所及低压配电系统设计.doc

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1、摘 要 电能国家经济的命脉之一,无论是在工业建设还是农业建设方面都发挥着不可取代的作用，是奠定社会主义现代化基础不可缺少的能源。本次设计是机加工车间变电所及低压配电系统的设计。本文首先采用需要系数法进行负荷计算并在低压侧进行无功功率补偿，进而确定所需变压器的容量、台数等。其次，根据机加工车间用电特点及任务书要求综合设计经验以及不同接线方案的优缺点，确定主接线方案，并由住接线方案选择所需的高低压设备型号。最后，综合前面的设计及计算确定相关的继电保护方案并进行照明和防雷设计。在仔细分析符合性质和数量的基础上，以严谨的方法完成本设计的内容，达到设计任务书的要求，并将设计成果用CAD展现出来。关键词：

2、负荷计算 车间变电所 主接线 短路电流计算 低压配电系统 ABSTRACTEnergy is the energy and power of modern industrial production. Supply and distribution technology, is to study the problem of electricity supply and distribution. Factory power supply design is a very important part in the design of the entire plant construction

3、, substation is the core of the system of factory power supply. So It is very important to design and construction of a safe, economical substation, the quality of its design direct impact on the production and development of the future plant. The design is the design of the machine shop substations

4、 and low voltage distribution systems. Firstly, using the need coefficient method to calculate the load in the low-voltage side reactive power compensation and determine the required transformer capacity, number of units. Secondly, proceed from the economy and reliability of electrical characteristi

5、cs according to the machine shop and the mission statement of requirements to determine the main wiring scheme and select the desired high and low voltage device model by wiring scheme. Finally, determine the relay and lighting and lightning protection design according to the front design and calcul

6、ationCareful analysis on the basis of the nature and quantity of, strict compliance with the requirements and principles of the relevant design, follow the steps above design the main wiring of the substation, layout, high and low pressure side of the protection device through CAD drawings unfolded.

7、Keywords：Workshop substation ;Load calculation ;Short-circuit current calculation; Low Voltage Distribution System ;Main wiring 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论1 1.1设计目的及意义1 1.2设计内容1 1.3设计原则1 1.4设计资料12 负荷计算和无功补偿4 2.1负荷计算概述4 2.1.1用需要系数法确定计算负荷4 2.1.2机加一车间负荷计算4 2.1.3车间变电所负荷计算6 2.2无功功率补偿73 变电所主变的选择和主接线设计10 3.1变电所

8、主变压器的选择10 3.1.1变电所主变型式的选择10 3.1.2变电所主变容量的选择10 3.2变电所主变接线方案的选择11 3.2.1变电所主线方案选择的原则11 3.2.2变电所主线方案的比较114 短路电流计算14 4.1短路电流概述14 4.2短路电流的计算145 一次设备的选择与校验17 5.1一次设备的选择与校验条件17 5.2高压一次设备的选择与校验18 5.3低压一次设备的选择与校验206 变电所进出线和电缆的选择与校验22 6.1选择与校验方法22 6.2高压进线和引入电缆的选择与校验22 6.1.1高压进线的选择与校验22 6.1.2变压器室引入电缆的选择与校验22 6.

9、2低压母线的选择与校验23 6.3低压动力线的选择与校验237 车间配线设计25 7.1车间配电线路方案的确定25 7.2.低压配电线路的选择25 7.3刀开关的选择278 车间变电所二次回路设计及继电保护整定28 8.1二次回路方案选择28 8.2变电所的保护装置289 车间照明设计30 9.1.照明光源的选择30 9.2照度计算30 9.3照明线路导线的选择3110 变电所防雷与接地设置34 10.1变电所防雷措施34 10.2变电所接地装置设计3411结论36参考文献37致谢38附录391 绪 论 1.1设计目的及意义本课题主要是为曙光机加工车间变电所及低压配电系统设计，整个系统主要由3

10、5/10Kv工厂总降压变电所，500m高压架空配电线路，10/0.4kV车间变电所，低压配电系统以及用电设备组成。在本次设计时，需要认真贯彻执行国家的各项方针政策，遵照有关的技术设计规范，遵循安全、经济、优质、可靠的原则，从整体出发，深入论证电源以及负荷分布的合理性，根据各个车间负荷的数量和性质，生产工艺对负荷的要求，结合国家供电情况，建立适合自身生产和发展需要的供电系统，同时还应注意近期规划与远期规划的关系，考虑其与发电、输电、变电工程的协调统一关系，统筹兼顾，实现全面发展。1.2设计内容 车间负荷计算及无功功率补偿且功率因数不低于0.9； 车间变电所主变压器选择，选择方案需两种或以上比较，

11、取最优方案； 变电所主接线设计且设计方案需两种或以上比较； 短路电流计算； 变电所一次设备选择和校验； 车间配电线路设计； 车间变电所二次回路设计及继电保护整定； 车间照明设计； 变电所防雷接地设计；1.3设计原则 工厂供电设计必须严格按照相关的法令、标准和规范，严格执行执行与本设计有关方针政策，包括经济政策例如节约能源、节约有色金属等3。 工厂供电设计必须保障人身和设备安全，满足电力系统对电能提出的优质、可靠、经济合理等要求，设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电器产品3。 工厂供电设计必须按照负荷分布和性质、用电要求和地区供电条件，统筹兼顾，确定合理的设计方案3。1

12、.4设计资料 机加工一车间生产任务本车间承担机修厂修理的配件生产。 车间平面布置图（略） 机加工一车间用电设备明细表由工艺、动力、给排水、采暖通风、土建等专业提供的车间用电设备见表：表1机加工一车间设备明细表设备代号设备名称，型号台数单台容量（KW）1马鞍车床C630M110.1252工具磨床M5M12.0753卧式车床C620-119.654卧式车床C620-119.655卧式车床C620-119.656卧式车床C620-319.657卧式车床C62014.6258卧式车床C62014.6259卧式车床C62014.62510卧式车床C62014.62511卧式车床C61814.62512卧

13、式车床C61614.62513螺旋套燃机S-813914.12514卧式车床C630110.12515管螺纹车床Q11917.62516摇臂钻床Z3518.517圆柱式立式钻床Z5013.12518圆柱式立式钻床Z5013.125195T单梁吊车110.2（e=25%）20立式砂轮S38L35011.7521牛头刨床B6651322牛头刨床B6651323升降台铣床X63-WT11324升降台铣床Y-3619.12525滚齿机X-52K15.126插床B50321427弓齿机G7211.728立式钻床Z51210.629电极式盐洛电阻炉12030井式回火电阻炉12431箱式加热电阻炉14532

14、卧式车床CW6-1121.933单柱立式车床C512-1125.734卧式镗床J6812035单臂刨床B1010160 车间变电所配电范围 车间变电所设在机加工一车间东南角，除为机加工一车间配电外，尚要为机加工二车间、铸造、铆焊、电修车间配电。其它车间负荷计算表如下：表2其它车间负荷计算表序号序号供电回路容量（KW）P30（KW）Q30 （KVar）S30(KVA)I30(A)1机加工二车间NO1供电回路1606055NO2供电回路1505045NO3车间照明10902铸造车间NO1供电回路1708065NO2供电回路1607560NO3供电回路1708075NO4车间照明86.403铆焊车间

15、NO1供电回路1806090NO2供电回路19061101NO3车间照明76.304电修车间NO1供电回路1705578NO2供电回路1354465NO3车间照明1080 车间负荷性质本厂为三班工作制，年最大负荷利用小时数为4100小时，属三级负荷。 供电电源条件1)电源从35/10KV工厂总降压变电所采用架空线路受电，线路长为500M；如下图所示： 10KV 架空线路 500m 0.4/km 10KV 车间变电所(待设计)工厂总降压变电所 2)工厂总降压变电所10KV母线上的短路容量为200MVA。3)工厂总降压变电所10KV配电出线路定时限过流保护装置的整定时间为2S；4)要求车间变电所最

16、大负荷时功率因数在0.9以上；5)在车间变电所10KV侧进行计量。 自然条件(略)2 负荷计算和无功补偿2.1负荷计算概述计算负荷是通过负荷的统计计算求出的，用以按发热条件选择系统中各元件的负荷值。在我国普遍采用方法主有需要系数法和二项式法。需要系数法计算简便，主要用于车间以及工厂中用电设备台数较多、单台设备容量相差不大时的负荷计算，它是国际上确定计算负荷普遍采用的方法之一,当用电设备台数较少但是容量相差却是十分悬殊时，二项式方法因其比较简便而占优势，此时采用二项式法确定计算负荷比较合适2。此次设计中，用电设备机床、钻床等设备为主共35台，设备间容量相差不大，使用需要系数法会更加简便快捷。 2

17、.1.1用需要系数法确定计算负荷 有功计算负荷： （2-1）式中，Pe为用电设备组的设备容量，为设备的需要系数。 无功计算负荷： （2-2）式中，为对应用电设备组的正切值。 视在计算负荷： （2-3）式中，为用电设备的平均功率因素。 计算电流： （2-4）式中，为用电设备组的额定电压(kV)。 2.1.2机加一车间负荷计算对机加一车间平面布置图按就近原则将35台用电设备划分为3个设备组，即为机加一车间设计四路干线进行供电，其中一、二、三号线路为动力线，四号线路为照明干线。 一号干线负荷计算13台冷加工机床组 查工厂供电附录表1：取 因而，有功计算负荷： 无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流：

18、二号干线计算负荷3台电阻炉查工厂供电附录表1：取 因而，有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷：计算电流： 三号干线负荷计算18台冷加工机床组和吊车组 1）18台冷加工机床组：查工厂供电附录表1：取 因而，有功计算负荷： 无功计算负荷： 2）吊车组（）： 查工厂供电附录表1：取 因而，有功计算负荷： 无功计算负荷：因而，三号干线总计算负荷： 取 总有功计算负荷：总无功计算负荷： 总视在计算负荷： 总的计算电流： 1）车间照明的安装容量 由机加一车间平面布置图可知，照明面积为，查阅参考文献工厂供电简明设计手册表ZL13-13可知，单位面积安装功率为 ，因而，车间均匀布置的照明负荷为： 其他

19、部分照明负荷如下表 查电气照明设计手册可知，其他各室照明照度如下表中照度数据。因而机加一车间内其他部分照明负荷计算如下表2.1。表2.1其他部分照明负荷表照明照度（lx）面积（m2）安装功率（W）工具室30120工艺室30120低压配电室30150变压器室20100高压室30100总计590由上表可知机加一车间总照明负荷，取8kW。 2.1.3车间变电所负荷计算车间变电所不仅要为机加一车间配电，而且也要为本工厂内其他车间配电，以满足工厂生产发展需求。通过上述计算后可得车间变电所计算负荷表如下。表2.2车间变电所计算负荷表 序号 车间供电回路01机加工一车间NO1供电回路132.626.545.

20、95380.6NO2供电回路8962.3062.394.8NO3供电回路161.730.253.461.493.4NO4车间照明1080812.2小计-12799.3161.2245.32机加工二车间NO1供电回路160605581.4123.8NO2供电回路150504567.3102.3NO3车间照明1090913.7小计-119100155.4236.43铸造车间NO1供电回路1708065103.1156.8NO2供电回路160756096146.1NO3供电回路1708075109.7166.8NO4车间照明86.406.49.7小计-241.4200313.5476.94铆焊车间N

21、O1供电回路1806090108.2164.5NO2供电回路19061101118179.5NO3车间照明76.306.39.6小计-127.3191229.5349.25电修车间NO1供电回路170557895.4145.2NO2供电回路135446578.5119.4NO3车间照明1080812.2小计-107143178.6271.7总计（380V侧）动力1868.3721.7733.3照明45计入649.5696.6952.41448.82.2无功功率补偿具有电感的特性的负荷可以导致功率因数降低，而在工厂供电系统中，此类感性负荷所占比例较大。若通过各种措施充分发挥设备潜力、改善设备运行

22、性能后功率因数依旧达不到规定的要求，则必须增设无功功率补偿装置。同步补偿机和并联电容器是无功功率的人工补偿两种重要方式。本次设计无功功率补偿也采用并联电容器的方法。由表2.2表可知，该机加工380V侧如下：，由于在变压器的损耗中其无功损耗远大于有功损耗，因而要求380V压侧最大负荷时的功率因数应大于0.9，这里暂时选取来计算无功补偿的容量：因而，低压侧所需补偿的无功容量为： 选择GCK型自动补偿屏和BCMT0.4-16-3型并联电容器，采用主屏一台与辅屏一台的补偿方案，并联电容器总共容量为400kvar。补偿过后低压侧无功功率为补偿过后低压侧视在功率为 补偿过后低压侧计算电流为 补偿过后低压侧

23、功率因数 满足要求。 变压器的功率损耗为 因而，变压器高压侧的计算负荷为： 高压侧补偿后的计算电流为 高压侧补偿后的功率因数为 0.9 满足要求。因此无功补偿后车间变电所的计算负荷如下表2.3。表2.3无功补偿后车间变电所的计算负荷项目计算负荷380V侧补偿前负荷0.68649.5696.6952.41448.8380V侧无功补偿容量-400380V侧补偿后负荷0.92649.5296.67061074主变压器功率损耗0.01S30=7.060.0530=33.410kV侧符合总计0.903656.6311.9726.9423 变电所主变的选择和主接线设计3.1变电所主变压器的选择 3.1.1

24、变电所主变型式的选择变压器型式的选择是指选择变压器的相数、绕组型式、联结组标号等指标。由于此次设计中车间变电所位于机加一车间东南角且为附设式，因而变压器的冷却问题成为了一个不得不考虑的因素。变压器因其冷却方式不同可以分为：干式变压器、油浸变压器和氟化物变压器三种类型。干式变压器和油浸式变压器属于自冷变压器，而氟化物变压器则采用蒸发冷却实现变压器的冷却。由于氟化物变压器在蒸发冷却过程中容易对环境产生污染，所以不做考虑。两种变压器的比较如下表3.1。表3.1干式变压器和油浸式变压器的比较项目干式变压器油浸式变压器特点1 高压线圈采用能够长期耐热180的F级绝缘材料。2 线圈环氧浇注，器身紧固，抗短

25、路能力强，节能性好3 低压为箔绕组，抗短路能力强4 防潮能力强5 长期运行免维护6 散热性能好，能承受一定的湿度，对环境要求高优点：冷却效果好，可以满足大容量需求，其瓦斯继电保护器可以及时反映出绕组的故障，保证系统稳定运行。缺点：必须不断关注油位的变化，防止油渗漏，不适宜在地下室以及消防要求高的区域安装投入成本高干式变压器的60%运行场所任何场所室外运行成本长期运行免维护需经常维护且每1.5-2年变换一次变压器油寿命2020 由上表可知，此次设计中干式变压器比油浸式变压器更具优势，因而选择SC9系列树脂浇注干式变压器。 3.1.2变电所主变容量的选择 本次设计中工厂工作制度为三班制，年最大负荷

26、利用小时数为4100小时，属于三级负荷。根据变压器选择原则及相关规范结合工厂的负荷性质，主变压器有以下两种可供选择的方案： 假设装有一台变压器，型号采用SC9型，而容量根据工厂供电设计指导表3-2可知选择，即选择一台SC9-800/10型干式变压器。 假设装有两台变压器，型号亦采用SC9型，而每台变压器的容量根工厂供电设计指导表3-2以及和的要求。即选择两台SC9-630/10型变压器。综合考虑以上因素和技术经济比较，车间变电所选用一台SC9-800/10型变压器，联结组别为Yyn0。3.2变电所主变接线方案的选择 3.2.1变电所主线方案选择的原则综合分析变配电所所在供电系统中的地位、负荷性

27、质等以及设备特点等因素确定变电所的主接线，且确定的主接线方案满足安全、可靠、灵活、经济等要求。结合机加厂实际情况归纳原则如下： 安全性 1）高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关3。 2）变电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器3。 可靠性 1）变电所主接线方案，必须与其符合级别相适应。 2）车间变电所的一般生产区，为确保供电可靠性，宜采用放射式高压配电，而辅助生产区及生活区，可采用树干式配电； 灵活性 1）变电所高低压母线的接线方式，一般为单母线或者单母线分段。 2）变电所的主接线方案应该积极响应国家节能号召，经济合理。 经济性1）在满足运行条件的前提下应使变电

28、所的主接线方案尽可能简便。 2）变电所的电气设备不能选用国家明令淘汰或技术水平落后的产品，同时应保证所选产品技术先进、经济适用。 3.2.2变电所主线方案的比较 由以上负荷计算以及变压器台数选择可知，此此设计中变电所为只装设一台变压器的小型变电所，且高压侧只有一路进线。根据变电所高压侧采用的开关电器的不同，变电所高压侧采用负荷开关-熔断器以及断路器两种比较典型的接线方案1。具体接线如下图3-1方案一方案二图3.1两种主接线方案 接线方案的优缺点的比较如下表3.23.2 三种接线方案的优缺点方案类型优点缺点方案一不存在带负荷拉闸的危险，停电和送电操作灵活。发生短路故障时，只能是熔断器熔断，排除短

29、路故障时恢复供电时间较长。方案二停电和送电操作十分灵活方便，发生故障时，断路器会自动跳闸，若短路故障已排除，可立即合闸恢复供电。只有一路电源进线时，只用于三级负荷。 由上表可知，此次设计变电所高压侧采用方案二的主接线方案。具体主接线方案见附录。4 短路电流计算4.1短路电流概述短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺制法。短路电路中各主要元件的电抗标幺值求出来以后，即可利用其等效电路图将电路化简，求出其总的电抗标幺值。由于各元件均采用标幺值，与短路计算点电压没有任何关系，因此采用标幺值法时不需要进行电压换算，而采用欧姆法需要进行换算，这里充分体现了标幺制法比欧姆法更加优越。因此在本次设计中采用

30、标幺制法计算短路电流。4.2短路电流的计算本次设计中采用标幺值法进行短路电流的计算。综合以任务书中给出的电源条件可绘出该机加工厂供电系统电路图如下图4.1所示图4.1曙光机加工厂供电系统电路图 确定基准值取而 计算短路电路中各个原件的电抗标幺值1）电力系统电抗标幺值由任务书可知，因而 2）架空线路的电抗标幺值由任务书可知，因而 3）电力变压器的电抗标幺值 查工厂供电附表5知，因而 计算短路点K-1短路电路总电抗标幺值以及三相短路电流和容量根据变电所主接线方案绘制出K-1点短路等效电路图如下图4.2，并在图中标出了各元件的序号、电抗的标幺值以及短路计算点。图4.2 K-1点短路等效电路1)系统总

31、电抗标幺值 、2）三相短路路电流周期分量有效值 3）三相短路电流次暂态电流和稳态电流 4）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 5）三相短路容量 计算短路点K-2电路总电抗标幺值以及三相短路电流和短路容量绘制出短路点K-2等效电路图如下图4.3，图中标出了各元件的序号、电抗的标幺值以及短路计算点。图4.3 K-2点短路等效电路图1）系统总电抗标幺值 2） 三相短路电流周期分量有效值 3）三相短路电流次暂态电流和稳态电流 4）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 5）三相短路容量 综合上述计算，可列出短路计算表如下表4.1。短路计算点三相短路电流（kA）电压（kV）三相短路容量（

32、MVA）K-18.0920.612.210.5147.1K-225.446.727.70.417.6表4.1短路计算表5 一次设备的选择与校验5.1一次设备的选择与校验条件 按正常的工作条件选择 2）按工作电流选择 （5-1）3）按断流能力选择 （5-2） 或 （5-3） 按短路条件校验 1）隔离开关以及断路器的短路稳定度校验 动稳定度校验条件 （5-4）或 （5-5） 热稳定度校验 （5-6）式中，开关的热稳定电流有效值（单位为kA）； 开关的热稳定实验时间（单位为s）； 短路发热假设时间（单位为s）。 短路假想时间一般按下式计算： s （5-7） 无穷大容量系统中发生短路时， s （5-8

33、） 当s时，可以认为。 （5-9） 对于一般高压断路器（如油断路器），可取s；对于高速断路器（如真空断路器和SF6 断路器 ），可取s。 2）电流互感器的短路稳定度校验 动稳定度校验条件 （5-10）或 （5-11）式中，电流互感器的动稳定电流（单位为kA）； 电流互感器的动稳定倍数（对）； 电流互感器的额定一次电流（单位为A）。热稳定度校验条 （5-12）或 （5-13）式中，电流互感器的热稳定电流（单位为kA）； 电流互感器的热稳定实验时间，一般取1s； 电流互感器的热稳定倍数（对）。5.2高压一次设备的选择与校验 根据主接线方案，选择KYN28-12-31作为进线加计量开关柜查工厂供电附

34、表20可知，在高压侧电压为10kV时容量为800kVA的变压器配用的高压熔断器规格为，试选用真空断路器VD4-12/630进行校验。如下表5.1。表5.1选用真空断路器VD4-12/630的校验表序号装设地点的电气条件真空断路器VD4-12/630项目数据项目数据结论1电压10kV12kV合格2电流46.2A()630A合格3断流能力8.09kA16kA合格4动稳定度20.6 kA40kA合格5热稳定度合格通过上述验证可知，选用真空断路器VD4-12/630是符合要求的，采用同样的方法校验全部一次设备可得校验表如下表5.2。表5.2 进线计量开关柜设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳

35、定度热稳定度结论装置地点条件参数数据10kV462A()8.093kA20.6 kA一次设备型号额定参数真空断路器VD4-12/63012kV630A16kA40kA合格高压熔断器XRNP-10/0.510kV0.5A-合格电压互感器JDZ8 -1010/0.1kV-合格电流互感器LZZQB-1010kV100/5A-2250.1kA=31.8kA合格避雷器HY5WZ-17/4510kV-合格 根据主接线方案，选择KYN28A-12-43作为互感器和避雷针柜。表5.3互感器和避雷针柜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结论装置地点条件参数数据10kV46.2A()8.093kA20.6 kA一次设备型号额定参数高压熔断器XRNP-10/0.510kV0.5A-合格电压互感器JDZ8 -1010/0.1kV-合格避雷器HY5WZ-17/4510kV-合格 根据主接线方案，选择KYN28A-12-05作为变压器进线柜。表5.4变压器进线柜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结论装置地点条