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1、辽 宁 工 业 大 学供配电技术课程设计 题目: 壹号机械厂供配电设计设计院(系): 工程技术学院专业班级: 电气工程及其自动化12 学 号: 学生姓名: 指导教师: 教师职称: 起止时间: 2015.11.22015.11.13 目录第1章 前言41、1前言 4第2章 负荷计算和无功功率计算补偿52.1 负荷计算 :5第3章 无功功率的补偿及变压器选择103.1 无功补偿计算103.2 补偿后的变压器容量及功率因数113.3 变配电所选型及总体布置12第4章 变电所主接线方案的选择144.1 装设一台主变压器的主接线方案如下图144.2 装设两台主变压器的主接线方案如下图154.3 主接线方
2、案的技术经济比较16第5章 短路电流的计算165.1 绘制计算电路165.2 确定短路计算基准值175.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值175.3.1电力系统175.3.1 架空线路175.3.2 电力变压器175.4 k-1点(10.5kV侧)的相关计算185.4.1 总电抗标幺值185.4.2 三相短路电流周期分量有效值185.4.3 其他短路电流185.4.4 三相短路容量185.5 点(0.4kV侧)的相关计算185.5.1 总电抗标幺值185.5.2 三相短路电流周期分量有效值195.5.3 其他短路电流195.5.4 三相短路容量19第6章 变电所一次设备的选择校验196.1
3、10kV侧一次设备的选择校验196.1.1 按工作电压选则196.1.2 按工作电流选择206.1.3 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验206.2 380V侧一次设备的选择校验216.3 高低压母线的选择23第7章 变压所高、低压导线的选择237.1 10kV高压进线和引入电缆的选择237.1.1 10kV高压进线的选择校验237.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验237.2 380低压出线的选择247.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验267.3.1 按发热条件选择267.3.2 校验电压损耗267.3.3 短路热稳定校验27第8章 变电所防雷与接地装置设计27
4、8.1 变电所的防雷保护278.1.1 直击雷防护278.1.2 雷电侵入波的防护288.2 变电所公共接地装置的设计288.2.1 接地电阻的要求288.2.2 接地装置的设计28第9章 设计总结29第1章 前言1、1前言 1)众所周知,电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来,又易于转换为其它形式的能量以供应用;电能的输送的分配既简单经济,又便于控制、调节和测量,有利于实现生产过程自动化。因此,电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里,电能虽然是工业生产的主要能源和动力,但是它在产品成本中所占的比重一般很小(除电化工业外)。电能在工业生产中
5、的重要性,并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少,而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量,提高产品质量,提高劳动生产率,降低生产成本,减轻工人的劳动强度,改善工人的劳动条件,有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说,如果工厂的电能供应突然中断,则对工业生产可能造成严重的后果。因此,做好工厂供电工作对于发展工业生产,实现工业现代化,具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面,而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义,因此做好工厂供电工作,对于节约能源、支援国家经济建设,也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产务,切实保证工厂生产和生活用电的需要,
6、并做好节能工作,就必须达到以下基本要求: (1)安全 在电能的供应、分配和使用中,不应发生人身事故和设备事故。 (2)可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。 (3)优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 (4)经济 供电系统的投资要少,运行费用要低,并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。 2)此外,在供电工作中,应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系,既要照顾局部的当前的利益,又要有全局观点,能顾全大局,适应发展。厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量/kw需要系数功率因数1仓库动力600.20.30.650.70照明120.70.91.02铸造车间动力25200.30.40.65
7、0.70照明501000.70.91.03锻压车间动力15200.20.30.600.65照明501000.70.91.04金工车间动力5200.20.30.600.65照明501000.70.91.05工具车间动力2200.20.30.600.65照明501000.70.91.06电镀车间动力8700.40.60.700.80照明501000.70.91.07热处理车间动力11200.40.60.700.80照明501000.70.91.08装配车间动力15200.30.40.650.75照明501000.70.91.09机修车间动力4100.20.30.600.70照明20500.70.9
8、1.010锅炉房动力2100.40.60.600.70照明10200.70.91.0宿舍住宅区照明3700.60.81.03)、工厂负荷情况:本厂多数车间为两班制,年最大负荷利用小时为4800h,日最大负荷持续时间8h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外,其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相,额定电压为380V。照明及家用电器均为单相,额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表1所示。4)、供电电源情况:按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定,本厂可由附近一条10Kv的公用电源线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-185,导线为等边三角形排列,
9、线距为1.2m;电力系统馈电变电站距本厂6km,该干线首端所装高压断路器的断流容量为500MV.A,此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护,其定时限过电流保护整定的动作时间为1.5S。为满足工厂二级负荷的要求,可采用高压或低压联络线由邻近的单位取得备用电源。5)、气象资料:本厂所在地区的年最热月平均气温为26.3,土壤中0.7-1米深处一年最热月平均温度为25,年雷暴日为31天,土壤冻结深度为1.10米,夏季主导风向为南风。6)、地质水文资料:根据工程地质勘探资料获悉,厂区地址原为耕地,地势平坦,地层以沙质黏土为主,地质条件较好,地下水位为2.8-5.3米,地耐压力位20吨/平方米。7)
10、、电费制度:本厂与当地供电部门达成协议,在工厂变电所高压侧计量电能,设专用计量柜,按两部电费制交纳电费。一部分为基本电费,按所装用的主变压器容量来计费。另一部分为电度电费,按每月时机耗用的电能计费。工厂最大负荷时的高压侧功率因数不低于0.9。第2章 负荷计算和无功功率计算补偿2.1 负荷计算 : 负荷计算的方法有需要系数法、二项式等几种,本设计采用需要系数法确定。主要计算公式有: 有功功率: 无功功率: 视在功率: 计算电流:注:由车间干线计算负荷直接相加来计算时,取 ,总的有功计算负荷为 : 总的无功计算负荷为: 总的视在计算负荷为: 总的计算电流为 : 根据要求及负荷计算公式,分别计算各车
11、间的,,然后列出表格。1.仓库:(1)动力:查表1得, (2)照明:查表1得, 2铸造车间:(1)动力:查表1得, (2)照明:查表1得, 3.锻压车间:(1)动力:查表1得, (2)照明:查表1得, 4金工车间(1)动力: 查表1得, (2)照明:查表1得, 5.工具车间(1)动力:查表1得, (2)照明:查表1得, 6.电镀车间: (1)动力:查表得, (2)照明:查表1得, 7.热处理车间:(1)动力:查表1得, (2)照明:查表1得, 8.装配车间:(1)动力:查表1得, (2)照明:查表1得, 9.机修车间:(1)动力:查表1得, (2)照明:查表1得, 10.锅炉房:(1)动力:查
12、表1得, (2)照明:查表1得, 宿舍住宅区:照明:查表1得, 所有厂房总的计算负荷:取 通过以上计算得到以下负荷汇总表2:序号车间名称容量KW计算负荷P30KWQ30S30KV.AI30A1仓库动力601818.3625.710.04照明21.801.80.0032铸造车间动力252010081028.161439.852.19照明100900900.143锻压车间动力1520456533.52702.841.07照明100900900.144金工车间动力520156182.52240.100.36照明100900900.145工具车间动力2206677.22101.580.15照明1009
13、00900.146电镀车间动力870522391.5652.500.99照明100900900.147热处理车间动力1120672504840.001.28照明100900900.148装配车间动力1520608535.04809.901.23照明100900900.149机修车间动力410123125.46175.700.27照明50450450.0410锅炉房动力210126128.52179.980.27照明20180180.0311宿舍住宅区照明37029602960.4512总结4508.513418.575658.038.60车间名称P30Q30S30I30仓库19.818.362
14、7.510.043铸造车间10981028.161529.852.33锻压车间546533.52792.841.21金工车间246182.52330.100.50工具车间15677.22191.580.29电镀车间612391.5742.501.13热处理车间762504930.001.42装配车间698535.04899.901.37机修车间168125.46220.700.31锅炉房144128.52197.980.030宿舍住宅区29602960.45表3:车间总体负荷第3章 无功功率的补偿及变压器选择电力变压器得功率损耗:有功损耗: 无功损耗:注意: 以上二式中S30为变压器二次侧的视
15、在计算负荷。并联电容器得容量: 并联电容器的个数:3.1 无功补偿计算按规定,变压器高压侧的,考虑到变压器本身得无功功率损耗远大于其有功功率损耗,因此在变压器低压侧进行无功功率补偿时,低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90,取。又要使低压侧功率因数由0.8提高到0.95,需装设的并联电容器得容量 查工厂供电附录表4,选用BWF-10.5-100-1W的电容器,其参数为额定容量为100Kvar,额定电容为2.89uF.电容个数而由于电容器是单相的,所以应为3的倍数,取21个。故取3.2 补偿后的变压器容量及功率因数补偿后的低压侧的视在计算负荷为 变压器的功率损耗为:变压器高压侧得计算负荷为:补偿
16、后的功率因数为: 这一功率因数满足要求。项目cos计算负荷P30/kwQ30/kvarS30/kvarI30/A380V侧补偿前负荷0.84508.513418.575658.038600380V侧无功补偿容量 2100380V侧补偿后负荷0.964508.511318.574697.377137主变压器功率损耗0.015S30=70.460.06S30=281.8410KV侧负荷总计0.954578.971600.414850.6089.61表2 无功功率补偿后工厂的计算负荷3.3 变配电所选型及总体布置电力变压器,是变电所中最关键的一次设备,其功能是将电力系统中的电能电压升高或降低,以利于
17、电能的合理输送,分配和和适用。在各种电压等级的变电站中,其担负着变换网络电压,进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。因此,在确保安全可靠供电的基础上,确定变压器的经济容量,提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。主变压器台数的选择正确选择变压器的台数,对实现系统安全经济和合理供电具有重要意义。选择主变压器台数时应考虑原则是:(1)应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一二级负荷的变电所,应采用两台变压器,以便一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。对只有二级负荷而无一级负荷的变电所,也可以只采用一台变压器,但必
18、须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源,或另有自备电源。(2)对季节性负荷或负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所,可以考虑采用两台变压器。(3)除上述两种情况外,一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中而容量相当大的变电所,虽为三级负荷,也可采用两台或多台变压器。(4)在确定变电所主变压器台数时,应适当考虑负荷的发展,留有一定的余地。对本设计而言,负荷集中且容量较大,应考虑选择两台变压器。主变压器容量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考虑有下列两种可供选择的方案:a)装设一台变压器 型号为S9型,而容量根据式,为主变压器容量,为总的计算负荷。选=10
19、00 KVA=4850.6 KVA,即选一台S9-5000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源,考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。b)装设两台变压器 型号为S9型,而每台变压器容量根据式(4-1)、(4-2)选择,即4850.6 KVA=(2910.363395.42)KVA (4-1)=(1439.85+90+652.50+90+179.98+18) KVA=2470.33 KVA (4-2)因此选两台S9-3150/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源,考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yy11 。主变压器形式的选择(1)主变压
20、器相数的确定在330及以下的变电站中,一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小,同时配电装置结构较简单,运行维护较方便。(2)主变压器绕组形式的确定本设计中只有35和10两种电压等级,故采用双绕组变压器。变压器绕组连接方式必须和系统电压相位一致,否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星接和角接,我国110及以上电压,变压器绕组都采用星接,35也采用星接,其中性点多通过消弧线圈接地。35及以下电压,变压器绕组都采用角接。根据本次设计内容可以确定,高、低两侧绕组分别采用星接和角接,其中高压侧的中性点经消弧线圈接地。(3)主变压器调压方式
21、的确定变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头,从而改变其变比来实现。无载调压变压器分接头较少,且必须在停电情况下才能调节;有载调压变压器分接头较多,调压范围可达30%,且分接头可带负荷调节。但有载调压变压器不能并联运行,因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。根据变电所变压器配置,有两台主变压器并列运行,所以应选用无载调压变压器。综合以上分析,结合技术分析对比及经济可靠性分析对比,本所宜采用S9-3150/10型三相双绕组有载调压变压器,其容量以及技术参数如下:主变容量: = 31型号: 三相双绕50组有载调压降压变压器 阻抗电压: 8.0%联接组别: Y/-11台数: 两台第4章 变
22、电所主接线方案的选择按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案:4.1 装设一台主变压器的主接线方案如下图S9-800/1010/0.4KVY0Y0GG-1A(F)-07联络线(备用电源)GG-1A(F)-54GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-03GG-1A(J)-03GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54GG-1A(F)-07GG-1A(F)-07主变联络(备用)220/380V高压柜列4.2 装设两台主变压器的主接线方案如下图Y0Y0220/380VS9-630GG-1A(F)GG-1A(F)-0710/0.4kVSL-63010/0.4kV联络线(备用电源
23、)GG-1A(F)-54GG-1A(F)-113、11GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-01GG-1A(F)-113GG-1A(F)-11GG-1A(J)-01GG-1A(F)-96GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54主变主变联络(备用)高压柜列-96 4.3 主接线方案的技术经济比较 比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标经济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,电压损耗较大由于两台主变并列,电压损耗较小灵活方便性只有一台主变,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电力变压器的综合投资额
24、查得S9-800/10的单价为15.1万元,而变压器综合投资约为其单价的2倍,因此综合投资约为2*15.1=30.2万元查得S9-630/10的单价为10.5万元,因此两台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元,比一台主变方案多投资11.8万元高压开关柜(含计量柜)的综合投资额查得GG-1A(F)型柜可按每台4万元计,其综合投资可按设备的1.5倍计,因此高压开关柜的综合投资约为4*1.5*4=24万元本方案采用6台GG-1A(F)柜,其综合投资约为6*1.5*4=36万元,比一台主变方案多投资12万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变的折旧费=30.2万元*0.05=1.51万元;高压开
25、关柜的折旧费=24万元*0.06=1.44万元;变配电的维修管理费=(30.2+24)万元*0.06=3.25万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=(1.51+1.44+3.25)=6.2万元主变的折旧费=42万元*0.05=2.1万元;高压开关柜的折旧费=36万元*0.06=2.16万元;变配电的维修管理费=(42+36)万元*0.06=4.68万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=(2.1+2.16+4.68)=8.94万元,比一台主变方案多投资2.74万元表4-1 主接线方案的技术经济比较从上表可以看出,按技术指标,装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案,
26、但按经济指标,则装设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案,因此决定采用装设一台主变的主接线方案。第5章 短路电流的计算5.1 绘制计算电路 图5-1短路计算电路5.2 确定短路计算基准值选基准容量Sd=100MVA , 取Ud1=10.5KV 则Id1=取Ud2=0.38KV 则Id2=5.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值5.3.1电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量Soc=500MVA,故=100MVA/500MVA=0.2 5.3.1 架空线路查表得LGJ-150的线路电抗,而线路长8km,故5.3.2 电力变压器查表得=4.5,故=5.6式中,为变压器的额定容量因此
27、绘制短路计算等效电路如图5-2所示。k-1k-2图5-2 短路计算等效电路5.4 k-1点(10.5kV侧)的相关计算5.4.1 总电抗标幺值=0.2+2.6=2.8 5.4.2 三相短路电流周期分量有效值 5.4.3 其他短路电流 5.4.4 三相短路容量 5.5 点(0.4kV侧)的相关计算5.5.1 总电抗标幺值=0.2+2.6+5.6=8.4 5.5.2 三相短路电流周期分量有效值 5.5.3 其他短路电流 5.5.4 三相短路容量 以上短路计算结果综合图表5-1所示。短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVAk-11.961.961.965.02.9635.7k-218.118
28、.118.133.2819.7311.9表5-1短路计算结果第6章 变电所一次设备的选择校验6.1 10kV侧一次设备的选择校验6.1.1 按工作电压选则 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压,即,高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压,即。=10kV, =10+10*15%=11.5kV,高压开关设备、互感器、支柱绝缘额定电压,穿墙套管额定电压、熔断器额定电压=10kV。6.1.2 按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流,即6.1.3 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值,、分别为开关所处的三相短路
29、冲击电流瞬时值和有效值b)热稳定校验条件 对于上面的分析,如表6-1所示,由它可知所选一次设备均满足要求。选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数据10kV57.71.96kA5.0kA=6.5一次设备型号规格 额定参数高压少油断路器SN10-10I10kV630A16kA40kA=512高压隔离开关-10T/20010kV200A-25.5 kA高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA-电压互感器JDJ-1010/0.1kV-电压互感器JDZJ-10kV-电流互感器LQJ-1010kV100/5A-=31.8 kA=81避雷针FS4-1010kV-户外隔离开关GW
30、4-12/40012kV400A25kA表6-1 6 kV一次侧设备的选择校验6.2 380V侧一次设备的选择校验同样,做出380V侧一次设备的选择校验,如表6-2所示,所选数据均满足要求。选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数据380V总929.57A18.1kA33.28kA一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA-低压断路器DW20-630380V630A(大于)30kA-低压断路器DW20-200380V200A(大于)25kA-低压断路HD13-1500/30380V1500A-电流互感器LMZJ1-0.5500V1
31、500/5A-电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A-表6-2 380V一次侧设备的选择校验6.3 高低压母线的选择查表得到,10kV母线选LMY-3(40*4),即母线尺寸为40mm*4mm;380V母线选LMY-3(120*10)+80*6,即相母线尺寸为120mm*10mm, 中性线母线尺寸为80mm*6mm。第7章 变压所高、低压导线的选择7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择7.1.1 10kV高压进线的选择校验采用LJ型铝绞线架空敷设,接往10kV公用干线。a).按发热条件选择由=57.7A及室外环境温度36,查表得,初选LJ-16,其40C时的=86.1A,
32、满足发热条件。b).校验机械强度查表8-34得,最小允许截面积=35,而LJ-35满足要求,故选它。由于此线路很短,故不需要校验电压损耗。7.1.2 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之间埋地敷设。a)按发热条件选择 由=57.7A及土壤环境23,查表8-44得,初选缆线芯截面为25的交联电缆,其=90A,满足发热条件。b)校验热路稳定按式,A为母线截面积,单位为;为满足热路稳定条件的最大截面积,单位为;C为材料热稳定系数;为母线通过的三相短路稳态电流,单位为A;短路发热假想时间,单位为s。本电缆线中=1960,=0.5+0.2+0
33、.05=0.75s,终端变电所保护动作时间为0.5s,断路器断路时间为0.2s,C=77,把这些数据代入公式中得,满足发热条件。 b)校验机械强度查表8-35得,=2.5,因此上面所选的4的导线满足机械强度要求。c) 所选穿管线估计长60m,而查表8-39得=8.55,=0.119,又仓库的=8.8kW, =6kvar,因此,满足发热条件。 b)校验电压损耗由图3-1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为100m,而查表8-42得到120的铝芯电缆的=0.31 (按缆芯工作温度75计),=0.07,又1号厂房的=66.5kW, =73.71kvar,故线路电压损耗为I30,满足发热条件。
34、2)效验机械强度 查表8-35可得,最小允许截面积Amin=10mm2,因此BLX-1000-1120满足机械强度要求。3)校验电压损耗 查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离280m左右,而查表8-36得其阻抗值与BLX-1000-1120近似等值的LJ-120的阻抗=0.28,=0.32(按线间几何均距0.8m),又生活区的=140KW,=67.81kvar,因此=5%不满足允许电压损耗要求。为了确保生活用电的电压质量,决定采用四回BLX-1000-195的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-150橡皮绝缘线。重新校验电压损耗,完全合格。7.3 作为备用电源的高
35、压联络线的选择校验采用YJL2210000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆,直接埋地敖设,与相距约2Km的临近单位变配电所的10kV母线相连。7.3.1 按发热条件选择 工厂二级负荷容量共309.95KVA,最热月土壤平均温度为23。查表工厂供电设计指导8-44,初选缆心截面为25的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆,其满足要求。7.3.2 校验电压损耗 由表工厂供电设计指导8-42可查得缆芯为25的铝(缆芯温度按80计),而二级负荷的,,线路长度按2km计,因此 由此可见满足要求电压损耗5%的要求。7.3.3 短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路电流校验,由前述引入电缆的短路热稳定校验,可知缆芯25的聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套铠装的铝心电力电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知,因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行,只有暂缺。以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表 7-1所示。线 路 名 称导线或电缆的型号规格10KV电源进线LJ-35铝绞线(三相三线架空)主变引入电缆YJL22-10000-3*25交联电缆(直埋)380V低压出线至1号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑胶电缆(直埋)至2号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑胶电缆(直埋)至3号厂房VLV22-100