某工厂车间低压配电系统及变电所设计_secret

红河学院

课  程  设  计

课    程            工厂供电

题    目    某厂的车间变电所及低压配电系统设计

院    系            工学院

学生姓名           陈文勐

学生学号         201101030353

指导教师            雷竞业

 

 

 

一、设计任务书

1.1设计题目

某厂的车间变电所及低压配电所系统设计

1.2 设计要求

要求根据用户所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定配电所及车间变电所的位置与型式，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定车间变电所主变压器的台数与容量、类型，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

1.3设计任务

设计内容包括：负荷计算及无功功率补偿计算，高压配电所所址的选择，配电所主接线方案的选择，车间变压器位置、台数和容量的确定，高低压配电线路及导线截面的选择，短路计算和开关设备的选择，保护配置及整定计算，防雷保护与接地装置设计等。

二、负荷计算

一、车间的负荷计算及无功功率补偿

1、车间的负荷计算

1）车间设备组1负荷计算见表1-1：

表1-2 冷镦车间设备组2的负荷计算表

" 设备代号		" 台 数	单台容量 kw	总 容 量 kw	需 要 系 数 Kd	"	"	计算负荷
								" /kw	" /kvar	" /	" /A
45	桥式吊车	2	18.7	37.4	0.15	0.5	1.73	4.32	8.5	9.3	12.6
46	梁式吊车	1	8.2	8.2	0.15	0.5	1.73	2.52	3.3	4.4	8.2
小计				45.6	0.15	0.5	1.73	6.84	11.8	13.7	20.8

表1-3 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	47	14.1	16.5	21.7	32.9
		No.2供电回路	56	16.8	19.7	25.9	39.4
		No.3供电回路	42	12.6	14.7	19.4	29.5
		No.4供电回路	35	10.5	12.3	16.2	24.6
2	机修车间	No.5供电回路	150	37.5	43.9	57.7	87.7
小计			180	54	63.2	83.2	126.4

     4）车间设备总负荷统计见表1-4：

表1-4冷镦车间总的负荷统计表

用电单位名称	设 备 容 量	需要系数	"	"	计算负荷
					(kW)	(kvar)	(kVA)	(A)
设备组Ⅰ	1341.7	0.2	0.5	1.73	268.3	4.3	536.7	815.4
设备组Ⅱ	45.6	0.15	0.5	1.73	6.84	11.83	13.68	20.8
工具车间	180				54	63.2	83.2	126.4
机修车间	150				37.5	43.9	57.7	87.7
总计	1717.3				366.	583.23	691.28	1050.3
	取=0.90 =0.95				330.0	554.0	4.8	979.7

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 kV·A。这时变电所低压侧的功率因数为： 

2） 无功补偿容量按规定，变电所高压侧的，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，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。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    

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

　　　　　　

4）车间变电所负荷计算 见表1-5：

表1-5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1	0.2	1341.72	268.3	4.3	518.6	828.4
2	设备组2	0.15	45.6	6.84	11.83	15.48	21.34
3	工具车间		180	54	63.2	50.22	52.3
4	机修车间		150	37.5	43.9	60.5	77.66
总计			1717.32	330	554	4.8	979.7
380V侧补偿前负荷			330	330	554	4.8	979.7
380V侧无功补偿容量			235	235	417	512.6	735.2
380V侧补偿后负荷			330	330	137	357	543
变压器功率损耗			5.4	5.4	21.4	85	125
10kV侧负荷总计			335.4	335.4	158.4	371	21.4

二、确定车间变电所主变压器型式、容量和数及主接线方案

1、确定车间变电所主变压器型式

 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变电所常采用三相油浸自冷电力变压器（S9、S10-M、S11、S11-M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、SC6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）。

   本设计选择S9系列三相油浸自冷电力变压器。

    2、总降压变电所主变压器台数和容量的确定

   车间变电所变压器台数和容量确定原则和总降压变电所基本相同。即首先保证电能质量的要求下，最大限度减少投资、运行费用和有色金属耗用量。

   车间变电所变压器台数选择原则，对于二、三级负荷，变电所只设置一台变压器，其容量可根据计算负荷决定。可以考虑从其他车间的低压线路取得备用电源，这不仅在故障下可以对重要的二级负荷供电，而且在负荷极不均匀的轻负荷时，也能使供电系统达到经济运行。对一、二级负荷较大的车间，采用两回进线，设置两台变压器，其容量确定和总降压变电所相同。当负荷分散时，可设置两个各有一台变压器的变电所。车间变电所中，单台变压器容量不宜超过1000kVA。

根据本设计属三级负荷，选择一台变压器。经计算： 

变压器容量选择630kVA。

综上变压器选择S9——630/10，变压器参数见表3-1：

表3-1 变压器参数表

额定容量kVA	额定电压/kV		联结组标号	损耗/W		空载电流	阻抗电压	价 格
	一次	二次		空载	负载
630	10	0.4	Yyn0	1200	6200	0.9	4.5	74700

  3、变电所主接线方案

变电所的主结线，应根据变配电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。

按上面两种主变压器的方案可设计两种主结线方案：

两种主结线方案的比较见表3-2：

表3-2 两种主接线方案的比较

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S9——630/10单价为7.47万元，查表得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为万元=14.94万	查表得S——315/10单价为4.3万元，因此两台综合投资为=17.2万元，比一台主变方案多投资2.26万
	高压开关柜的综合比较	查表得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万元=21万元	本方案采用6台GG——1A（F）柜，其综合投资约为6×1.5×3.5=31.5万元，比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4.万元	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2×315×0.08万元=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。

主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。供配电系统变电所常用的主接线基本形式有线路—变压器组接线、单母线接线和桥式接线3种类型。线路—变压器组接线、单母线接线、桥式接线。

本设计采用一次侧为线路变压器组接线、二次侧为单母线不分段接线。

四、短路计算，并选择一次设备

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 MV·A,U=10.5 kV, U=0.4 kV

确定基准值 由 S=100 MV·A,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

由表查得,  因此   = =0.5

电缆线路的电抗标幺值

由表3-1查得,  因此 

电力变压器的电抗标幺值

查表得,  因此    X = = =7.94

绘短路等效电路图如图4-1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4-1 短路等效图

点三相短路时的短路电流和容量的计算

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

                  

计算短路电流各值

                  

                  

                  

                  

                  

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

                  

计算短路电流各值

                  

                  

                  

                  

计算结果列表4-1：

表4-1 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(MV·A)
	10.68	27.24	16.24	10.5	51.5
	17.03	31.33	18.56	0.4	11.8

    2）一次设备的选择

1、10kV侧一次设备的选择

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。

2、一次设备的校验

10kV侧一次设备的校验      装设地点条件见表4-2：

表4-2装设地点条件

选择校验项目		电压	电流	断流能力	动稳定度	热稳定度
装设地点条件	参数
	数据	10kV	57.7A	10.68kA	27.24kA	114

高压断路器的校验

安装设地点额定电压和额定电流选择断路器SN10-10Ⅰ/630。

动稳定校验：，  ，  ，  满足要求。

热稳定校验：，，，满足要求。

断流能力校验：，，，满足要求。

高压隔离开关

安装设地点额定电压和额定电流选择，高压隔离开关选GN8-10/200和GN6-10/200，经校验，满足要求。

高压熔断器

安装设地点额定电压和额定电流选择，高压熔断器选RN2-10，经校验，满足要求。

表4-3 10kV侧一次设备参数表

电气设备名称	型号	主要技术参数
		（kV）	（A）	（kA）	其它
高压断路器	SN10-10Ⅰ	10	630	16
高压隔离开关	GN8-10	10	200	——
高压熔断器	RN2-10	10	0.5	50
电流互感器	LQJ-10	10	100/5	——
电压互感器	JDZJ-10
避雷器	FS4-10	10
柜外形尺寸（长×宽×高）	1200mm×1200mm×3100mm

   电压互感器

安装设地点额定电压选择，电压互感器选择JDZJ-10，经校验满足要求。

电流互感器

安装设地点额定电压和额定电流选择，电压互感器选择LQJ-10，经校验满足要求。

   10kV侧一次设备参数见表4-3：

表4-4 装设地点条件

选择校验项目		电压	电流	断流能力	动稳定度	热稳定度
装设地点条件	参数
	数据	380V	543A	17.03kA	31.33kA

   380侧一次设备的校验        装设地点条件见表4-4

低压断路器的校验

安装设地点额定电压和额定电流选择低压断路器DW15-1000/3电动。

断流能力校验：

，，，满足要求。

380V侧一次设备的参数见表4-5：

表4-5 380V侧一次设备的参数表

电气设备名称	型号	主要技术参数
		（V）	（A）	（kA）	其它
低压断路器	DW15-1000/3电动	380	1000	500
低压断路器	DZ20-630	380	630A	450
低压断路器	DZ20-200	380	200A	210
低压刀开关	HD13-1500/30	380	1500	1300
电流互感器	LMZJ1-0.5	500	1500/5A	1300/5
外形尺寸（长×宽×高）	600mm×600mm×2200mm

高低压母线的选择

按经济截面选择（铝母线的经济电流密度为1.15）   

式中，为经济电流密度；为母线经济截面；为汇集到母线上的计算电流。

10kV母线按经济截面选择：    

参照常用硬铝母线尺寸表母线选，即母线尺寸为40mm×4mm。

380V母线按经济截面选择：   

表4-6  10kV变电所高低压LMY型硬铝母线的常用尺寸表（mm）

变压器容量		200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1600
高压母线		40×4
低压母线	相母线	40×4		50×5	60×6	80×6	80×8	100×8	120×10	2（100×10）	2（120×10）
	中性母线	40×4				50×5		60×6	80×6	80×8	80×10

     参照常用硬铝母线尺寸表80V侧母线选，即相母线尺寸为80mm×8mm，中性母线尺寸为50mm×5mm。

     10kV变电所高低压LMY型硬铝母线尺寸见表4-6

母线的短路稳定度校验

动稳定校验：       

式中  ——母线材料的最大允许应力，硬铜，硬铝；  ——母线通过时所受到最大计算应力。

上述最大计算应力按下式计算：   

热稳定校验条件：      

式中  ——母线截面积

      ——满足短路热稳定条件的最小截面积；

      ——母线材料的热稳定系数，

      ——母线通过的三相短路稳态电流。

10kV侧母线的校验

动稳定校验

三相短路电动力

              

故母线满足动稳定要求。

母线热稳定校验   

母线实际截面为  。

  故母线也满足热稳定要求。

查表得，支柱绝缘子最大允许机械破坏负荷为3.75kN，

              

故支柱绝缘子满足动稳定要求。

条件选择。由及地下土壤温度为25，由于一条电缆不能满组该车间电流，所以采用双电缆向该车间供电，查表选3条截面为的电缆，其

五、选择电源进线的二次回路方案及整定继电保护

1、高压断路器的操动机构控制与信号回路

 断路器采用手力操动机构，其控制与信号回路如图6-1所示。

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 KO—合闸接触器 YO—合闸线圈 YR—跳闸线圈 KA—保护装置 QF1~6—断路器辅助触电 GN—绿色指示灯 RD—红色指示灯 ON—合闸 OFF—跳闸

图6-1  电磁操动的断路器控制与信号回路

    3 、变电所的电能计量回路

变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并据以计算每月车间的平均功率因数，计量柜由上级供电部门加封和管理。

4、变电所的测量和绝缘监察回路

图6-2  10kV线路测量和计量仪表的原理电路

变电所高压侧装有电压互感器—避雷器柜，其中电压骨干其为3个JDZJ-10型，组成△（开口三角）的结线，用以实现电压测量和绝缘监察，其结线图见图6-2。

作为备用电源的高压联络线上，装有三相有功电度表、三相无功电度表和电流表，结线图见图6-3。高压进线上，亦装有电流表。

  图6-3  380V线路测量和计量仪表的原理电路

低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装有三相四线有功电度表。低压并联电容器组线路上，装有无功电度表。每一回路均装有电流表。低压母线装有电压表。仪表的准确度等级按规范要求。每一回路均装有电流表。低压母线装有电压表。仪表的准确度等级按规范要求。

5、 在对供电可靠性要求较高的变配电所中，通常采用两路及以上的电源进线。或互为备用，或一为主电源，另一为备用电源。备用电源自动投入装置就是当主电源线路中发生故障而断电时，能自动而且迅速将备用电源投入运行，以确保供电可靠性的装置，简称（APD）。

六．车间变电所的防雷保护和接地装置的设计

    1、防雷保护

1） 直击雷的过电压保护

在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。如变电所的主变压器装设在室外或露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包括整个变电所。如果变电所处在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设避雷针。按规定，避雷针的接地装置接地电阻。通常采用3~6根长、的钢管，在装设避雷针的杆塔附近作一排或多边形排列，管间距离，打入地下，管顶距地面。接地管间用的镀锌扁钢焊接相连。引下线用的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用的镀锌圆钢，长1~1.5m。避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上距离。

2）雷电侵入波的防护

在10kV电源进线的终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。引下线采用25mm×4mm的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷针接地端螺栓连接。

在10kV高压配电室内装设有GG—1A（F）—54型开关柜，其中配有FS4—10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。

在380V低压架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入波的雷电波。

2、接地装置

由资料得车间变压器容量为630kVA。电压为10/0.4kV，接线组为Yyn0，与工厂变压器连接到车间变压器的电缆长200m。

确定接地电阻值  

查表，此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件  

    

因此公共接地装置接地电阻。

接地装置的设计  采用长2.5m、mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m。管间用40mm×4mm的镀锌扁钢焊接相连。变电所的变压器室有两条接地干线、低压配电室有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25mm×4mm的镀锌扁钢。

七.确定车间低压配电系统布线方案

1、车间配电电压的选择

一般应采用220/380V中性点直接接地的三相4线制系统。具体是采用TN-C、TN-S还是TT配电系统。

一般的生产车间，宜采用TN-C的配电系统，其PE线与N线合为PEN线，投资较省，能满足一般用电设备的要求。对于有电脑控制的高精度机床设备及其它有数据处理、抗电磁干扰要求较高的场合，宜采用TN-S的配电系统或TT配电系统。TN-S系统的PE线与N线是分开的，在其中某设备发生单相接地故障时，对其它设备产生的电磁干扰小。TT系统中各设备的PE线与电源的PE线互无电气联系，抗干扰性更好。对环境比较恶劣、安全要求较高的场合，也宜采用TN-S或TT配电系统。本设计采用TN-C配电系统

2、车间配电级数的选择

低压配电系统，由变压器二次侧至用电设备点一般不宜超过3级。

3、低压配电线路的选择

低压线路的作用是从车间变电所或建筑物变电所以380/220V的电压向车间或建筑物各用电设备或负荷点配电。低压配电线路也有放射式、树干式和环形等接线方式。

实际低压配电系统的接线，也往往是上述几种接线的综合，根据具体情况而定。一般在正常环境的车间或建筑内，当大部分用电设备容量不大而且无特殊要求时，宜采用树干式配电。

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