某冶金机械修造厂变电所及配电系统设计
摘 要
工业企业供电，就是指工厂所需电能的供给和分配问题。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量，它的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，又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。从而搞好工业企业供电工作对于整个工业生产开展，实现工业现代化具有十分重要的意义。工厂供电设计是整个工厂设计的重要组成局部，工厂供电设计的质量影响到工厂的和生产及其开展，作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品本钱中所占的比重一般很小〔除电化工业外〕。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品本钱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，降低生产本钱，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，如果工厂的电能供给突然中断，那么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开展工业生产，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效劳，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须到达以下根本要求：
〔1〕平安: 在电能的供给、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。
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，适应开展。
我们这次的课程设计的题目是：某冶金机械修造厂变电所及配电系统设计；作为工厂随着时代的进步和推进和未来今年的开展，工厂的设施建设，特别是电力设施将提出相当大的挑战。因此，我们做供配电设计的工作，要做到未雨绸缪。为未来开展提供足够的空间。这主要变现在电力电压器及一些相当重要的配电线路上，应力求在满足现在需求的根底上从大选择，以防止一台变压器或一组变压器刚服役不到几年就因为容量问题而出现“荣耀下岗〞的情况发生。
第一章 课程设计任务书
一、设计题目
某冶金机械修造厂变电所及配电系统设计。
二、设计要求
要求根据本厂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开展，按照平安、可靠、优质、经济的工厂供电根本要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及上下压设备和进出线，进行导线截面的选择计算，并选择继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明，绘出设计图样。
三、设计依据
1．工厂总平面图
2．车间组成及工厂负荷情况
(1).车间组成及布置
①铸造车间；②锻压车间；③电镀车间；④工具车间；⑤机修车间；⑥装配车间；⑦锅炉房；⑧热处理车间；⑨金工车间；⑩仓库。
(2).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4600H，日最大负荷持续时间为5H。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均为三级负荷。低压动力设备均为三相， 额定电压为380V。电气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所示(表中设备容量是范围值，请各位同学防止取同样的容量数据)。
| 厂房编号 | 厂房名称 | 负荷类型 | 设备容量/kW | 需要系数 | 功率因数 |
| 1 | 铸造车间 | 动力 | 220~300 | ||
| 照明 | 5 | ||||
| 2 | 锻压车间 | 动力 | 300~400 | ||
| 照明 | 6 | ||||
| 3 | 电镀车间 | 动力 | 390~450 | ||
| 照明 | 7 | ||||
| 4 | 工具车间 | 动力 | 160~200 | ||
| 照明 | 6 | ||||
| 5 | 机修车间 | 动力 | 见备注 | ||
| 照明 | 7 | ||||
| 6 | 装配车间 | 动力 | 140~200 | ||
| 照明 | 6 | ||||
| 7 | 锅炉房 | 动力 | 165~200 | ||
| 照明 | 3 | ||||
| 8 | 热处理车间 | 动力 | 160~200 | ||
| 照明 | 6 | ||||
| 9 | 金工车间 | 动力 | 320~400 | ||
| 照明 | 9 | ||||
| 10 | 仓库 | 动力 | 40~60 | ||
| 照明 | 3 |
| 取、 | |||||
3．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的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-150；干线首端(即电力系统的馈电变电站)距离本厂约6.0km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，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，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。与临近单位高压联络架空线线长度为3km。
4．气象资料 本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-8℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。
5．地质水文资料 本厂所在地区平均海拔500m。地层以砂粘土为主；地下水位为2m。
6．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。每月根本电费按主变压器容量计为18元／kVA，动力电费为0.2元／kW．H，照明(含家电)电费为0.5元／kW．H。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：6～10kV为800元／kVA。
四、设计任务
要求在规定时间内完成以下设计说明书 需包括：
①工厂负荷计算及功率补偿，列出负荷计算表、表达计算成果；
②工厂总降压变电所主变压器的台数及容量选择；
③工厂总降压变电所主接线设计；
④导线型号及截面的选择；
⑤工厂电力系统短路电路的计算；
⑥变电所一侧设备的选择与校验；
⑦防雷保护和接地装置的设计；
五、提交资料
1〕设计说明书
2〕工厂总配电所主接线电路图
3〕变电所平布局图(导线的走向及型号标注)
六、设计时间
一周
第二章 负荷计算及功率补偿
一、负荷计算的方法
1、负荷计算的内容和目的
〔1〕 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。
〔2〕 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。
〔3〕 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班〔即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班〕的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。
本设计采用需要系数法确定。
主要计算公式有：
有功功率：= ， 为系数
无功功率：= tan
视在功率：=
计算电流：=, 为用电设备的额定电压〔单位为KV〕
2、各用电车间负荷计算结果：
〔1〕铸造车间
动力的负荷计算：=230KW =0.3， cos
tan=1.02 =·=69KW = ·tan
照明的负荷计算：=5 KW =0.8 cos
tan=0 =·=4 KW = ·tan=0Kvar
车间总负荷计算：
=(69+4)=73 KW =
〔2〕锻压车间
动力的负荷计算：=340 KW =0.3 cos
tan=0.93 =·=102KW = ·tan
照明的负荷计算：=6 KW =0.8 cos
tan=0 =·=4.8KW = ·tan=0Kvar
车间总负荷计算：
=(102+4.8)=106.8KW =〔0+94.86〕=94.86Kvar
由上述方法算出个车间的符合列表如下：
| 编号 | 厂房名称 | 负荷类型 | 设备 容量 | 需要系数 | 功率因数 | 功率因数 | 计 算 负 荷 | |||
| 1 | 铸造车间 | 动力 | 230 | 69 | ||||||
| 照明 | 5 | 0 | 4 | 0 | 4 | |||||
| 小计 | 235 | 73 | 101.4 | |||||||
| 2 | 锻压车间 | 动力 | 340 | 102 | ||||||
| 照明 | 6 | 0 | 0 | |||||||
| 小计 | 346 | |||||||||
| 3 | 电镀车间 | 动力 | 400 | 200 | 150 | 250 | ||||
| 照明 | 7 | 0 | 0 | |||||||
| 小计 | 407 | 150 | ||||||||
| 4 | 工具车间 | 动力 | 180 | 54 | 90 | |||||
| 照明 | 6 | 0 | 0 | |||||||
| 小计 | 186 | |||||||||
| 5 | 机修车间 | 动力 | ||||||||
| 照明 | 7 | 1 | 0 | 0 | ||||||
| 小计 | ||||||||||
| 6 | 装配车间 | 动力 | 160 | 48 | 1 | |||||
| 照明 | 6 | 1．0 | 0 | 0 | ||||||
| 小计 | 166 | |||||||||
| 7 | 锅炉房 | 动力 | 170 | 119 | ||||||
| 照明 | 3 | 1．0 | 0 | 0 | ||||||
| 小计 | 173 | |||||||||
| 8 | 热处理车间 | 动力 | 180 | 108 | 81 | 135 | ||||
| 照明 | 6 | 1．0 | 0 | 0 | ||||||
| 小计 | 186 | 81 | ||||||||
| 9 | 金工车间 | 动力 | 350 | 70 | ||||||
| 照明 | 9 | 1．0 | 0 | 0 | ||||||
| 小计 | 359 | |||||||||
| 10 | 仓库 | 动力 | 50 | 20 | 15 | 25 | ||||
| 照明 | 3 | 1．0 | 0 | 0 | ||||||
| 小计 | 53 | 15 | ||||||||
| 计入 | ||||||||||
取；
根据上表可算出：；；
=1095.62 kv·A
其中是所有设备组有功计算负荷之和；是所有设备无功之和。
那么=×
=×
= kv·A=1063. kv·A
=
==
二、无功功率补偿
工厂中由于有大量的电动机、电焊机及气体放电灯等感性负荷，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提供其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，那么需考虑人工补偿。要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，而由上面的计算可知=0.79＜0.9，因此需要进行无功补偿，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.9，这里取=0.92。要使低压侧功率因数由0.79提高到0.92，低压侧需装设的并联电容容量为：
= (tan - tan)= [tan(arccos0.79) -tan(arccos0.92) ] =274.53kvar 取=300 kvar
综合考虑到这里采用并联电容器进行高压集中补偿，可选用BGMJ0.4-10-3型的电容器，其额定电容为198uF。
因此，其电容个数为：n=/=300/10=30，由于电容是单相的，所以应为3的倍数，取30正好。
无功补偿后，变电所低压侧补偿后无功功率：
= -=756.6kvar -274.53kvar =
低压侧补偿后视在功率：
==·A
变压器损耗为：
=×
=×
变电所高压侧计算负荷为：
=+=Kw
=-=
==981.92 kv·A
无功率补偿后的功率因数为：
=/=
因此，符合设计的要求。
第三章 变电所位置和型式的选择
变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,然后测出各车间〔建筑〕和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等，、、分别代表厂房1、2、3...10号的功率，工厂的负荷中心假设在P(,),其中P=+++=。因此仿照?力学?中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：
图3.1 机械厂总平面图
按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示。
| 坐标轴 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| X(㎝) | 4.7 | |||||||||
| Y(㎝) |
负荷中心
图3.2 按负荷功率矩法确定负荷中心
第四章 变电所变压器和主接线方案的选择
1、主变压器的选择
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以下两种可供选择的方案：
a)装设一台变压器 型号为S11型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1250 kv·A>=1063. kv·A，即选一台S11-1250/10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当。
b)装设两台变压器 型号为S11型，而每台变压器容量根据式〔3-1〕、〔3-2〕选择，即
～0.7〕×1063. kv·A =〔～〕kv·A 〔3-1〕
≥〔Ⅰ+Ⅱ〕5 KVA 〔3-2〕
因此选两台S11-630/10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当。主变压器的联结组均为Dyn11。
2、变电所主接线方案的选择
一般大中型企业采用35～110KV电源进线时都设置总降压变电所，将电压降至6～10KV后分配给各车间变电所。总降压变电所主接线一般有线路—变压器组、单母线、内桥式、外桥式等几种接线方式。
按上面考虑的两种主变压器方案可设计以下两种主接线方案：
这种主接线由于采用了高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分方便，而且在发生短路故障时，过电流保护装置动作，断路器会自动跳闸，如果短路故障已经消除，那么可立即合闸恢复供电。如果配备自动重合闸装置，那么供电可靠性更高。但是如果变电所只此一路电源进线时，一般也只用于三级负荷；但如果变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时，或另有备用电源时，那么可用二级负荷。如果变电所有两路电源进线，如图4-1所示，那么供电可靠性相应提高，可供二级负荷或少量一级负荷。
S11-1250/10
图4-1 装设一台主变压器的主接线方案
一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图如4-2所示，其一次侧的QF10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。这种主结线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，那么断开QF11 ，投入QF10 〔其两侧QS先合〕，即可由WL2恢复对变压器T1的供电，这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的时机较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。
S11-630/10
图4-2 装设两台主变压器的主接线方案
2.3 主接线方案的选择
车间的一、二级负荷所占比重较大，必须两个电源供电时，那么应装设两台变压器。每台变压器均能承当对全部一、二级负荷的供电任务。如果与相邻车间有联络线时，当车间变电站出现故障时，其一、二级负荷可通过联络线保证继续供电，那么可以只选用一台变压器。
从上述的方案比拟中可以看出，那么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。
第五章 短路电流的计算
5.1 绘制计算电路
500MVA
K-1
K-2
LGJ-150,6km
10kV
S11-1250/10
380V
(2)
(3)
(1)
～
∞系统
图5-1 短路计算电路
5.2 确定短路计算基准值
取基准容量=100MVA，基准电压=，为短路计算电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，那么
=== 〔5-1〕= ==144kA 〔5-2〕
5.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值
电力系统出口断路器的断流容量=500MV·A，故=100M·VA/500MV·A=0.2 〔5-3〕
查表得LGJ-150的线路电抗=，而线路长6km，故
=0.35()× 6×=1.91 〔5-4〕
查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故
=== 〔5-5〕
式中，为变压器的额定容量
k-1
图5-2 短路计算等效电路
5.4 k-1点〔10.5kV侧〕的相关计算
=0.2+1.91=2.11 〔5-6〕
5.4.2 三相短路电流周期分量有效值
=2.11=2.61 kA 〔5-7〕
5.4.3 其他三相短路电流
=2.61 kA 〔5-8〕
=× 〔5-9〕
=× 〔5-10〕
5.4.4 三相短路容量
=100MV··A 〔5-11〕
5.5 k-2点〔0.4kV侧〕的相关计算
=0.2+1.91+3.6=5.71 〔5-12〕
=144kA/5.71=25.22kA 〔5-13〕
5.5.3 其他短路电流
=kA 〔5-14〕
× kAkA 〔5-15〕
==× kA=27.49 kA 〔5-16〕
=100MV·=17.51 MV·A 〔5-17〕
以上短路计算结果综合图表5-1所示。
表5-1 短路计算结果
| 短路计算点 | 三相短路电流 | 三相短路容量/MVA | ||||
| k-1 | ||||||
| k-2 | ||||||
6.1 10kV侧一次设备的选择校验
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， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。
设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即
设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即
或
对于分断负荷设备电流的设备来说，那么为，为最大负荷电流。
6.1.4 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： 或
、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冲击电流瞬时值和有效值
b)热稳定校验条件：
〔1〕 断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的动稳定电流的峰值应不小于可能的最大的短路冲击电流，或其动稳定电流有效值应不小于可能的最大的短路冲击电流即 ；。
〔2〕电流互感器大多数给出动稳定倍数，其动稳定度校验条件为；式中，为电流互感器的额定一次电流。
6.1.4.2断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的热稳定度校验
断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的热稳定度校验条件为 式中，为电器的热稳定电流；t为其热稳定时间；为通过电器的三相短路稳态电流；为短路发热假想时间。
电流互感器大多给出热稳定倍数和热稳定时间t，其热稳定度校验条件为 式中，为电流互感器额定一次电流母线、电缆的短路热稳定度,可按其满足热稳定度的最小截面来校验，即 式中，A 为母线、电缆的导体截面积；C 为导体的短路热稳定系数，35千伏高压侧的短路计算值：Ik=2.61KA,Ish=3.94KA,ish=6.66KA。
过程：SW2-35/630型高压断路器
校验：额定工作电压35KV线路计算电压35KV
额定工作电流630A
额定动稳定电流峰值17KA
×42×
GW5-35G/630-72 型高压隔离开关
校验：额定工作电压35KV线路计算电压35KV
额定工作电流630A
额定动稳定电流峰值72KA
LCW-35 型电流互感器
校验：额定工作电压35KV线路计算电压35KV
额定工作电流500A
额定动稳定电流峰值210KA
热稳定合格
JDJ-35 型电压互感器
校验：额定工作电压35KV线路计算电压35KV
1S热稳定电流是(65+0.1)××
经计算以上设备都合格。
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。
表6-1 10 kV一次侧设备的选择校验
| 选择校验工程 | 电压 | 电流 | 断流能力 | 动态定度 | 热稳定度 | 其它 | ||
| 装置地点条件 | 参数 | |||||||
| 数据 | 10kV | () | ||||||
| 一次设备型号规格 | 额定参数 | |||||||
| 高压少油断路器SN10-10I/630 | 10kV | 630kA | 16kA | 40 kA | ||||
| 高压隔离开关-10/200 | 10kV | 200A | - | 25.5 kA | ||||
| 高压熔断器RN2-10 | 10kV | 50 kA | - | - | ||||
| 电压互感器JDJ-10 | - | - | - | - | ||||
| 电压互感器JDZJ-10 | - | - | - | - | ||||
| 电流互感器LQJ-10 | 10kV | 100/5A | - | =31.8 kA | =81 | |||
| 避雷针FS4-10 | 10kV | - | - | - | - | |||
| 户外隔离开关GW4-12/400 | 12kV | 400A | - | 25kA | ||||
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。
表6-2 380V一次侧设备的选择校验
| 选择校验工程 | 电压 | 电流 | 断流 能力 | 动态 定度 | 热稳定度 | 其它 | ||
| 装置地点条件 | 参数 | - | ||||||
| 数据 | 380V | 总 | - | |||||
| 一次设备型号规格 | 额定参数 | - | ||||||
| 低压断路器DW15-1500/3D | 380V | 1500A | 40kA | - | - | - | ||
| 低压断路器DW20-630 | 380V | 630A 〔大于〕 | 30Ka (一般) | - | - | - | ||
| 低压断路器DW20-200 | 380V | 200A 〔大于〕 | 25 kA | - | - | - | ||
| 低压断路HD13-1500/30 | 380V | 1500A | - | - | - | - | ||
| 500V | 1500/5A | - | - | - | - | |||
| 500V | 100/5A 160/5A | - | - | - | - | |||
查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3〔12021〕+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。
第七章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择
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LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。
a).按发热条件选择 由=°，查表得，初选LGJ-35,其35°C时的=149A>,满足发热条件。
b).校验机械强度 查表得，最小允许截面积=25，而LGJ-35满足要求，应选它。
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=°，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=149A>,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+0.05=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 7.2 380低压出线的选择 馈电给1号厂房〔铸造车间〕的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。 a〕按发热条件需选择 由℃，查表，初选缆芯截面4298，其=212A>，满足发热条件。 b〕校验电压损耗 由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为288m，而查表得到120的铝芯电缆的 〔按缆芯工作温度75°计〕，，又1号厂房的=94.8kW, =91.8 kvar，故线路电压损耗为 >=5%。 c〕断路热稳定度校验 不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。 7.2.2 锻压车间 馈电给2号厂房〔锻压车间〕的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设〔方法同上，从略〕。 7.2.3 电镀车间 馈电给3号厂房〔电镀车间〕的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设〔方法同上，从略〕。 7.2.4 工具车间 馈电给4号厂房〔工具车间〕的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设〔方法同上，从略〕。 7.2.5 机修车间 馈电给5号厂房〔机修车间〕的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设〔方法同上，从略〕。 7.2.6 装配车间 馈电给6号厂房〔装配车间〕的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设〔方法同上，从略〕。 7.2.7 锅炉房 馈电给7号厂房〔锅炉房〕的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设〔方法同上，从略〕。 7.2.8 热处理车间 馈电给8号厂房〔热处理车间〕的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设〔方法同上，从略〕。 馈电给9号厂房〔金工车间〕的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设〔方法同上，从略〕。 7.2.10 仓库 馈电给10号厂房〔仓库〕的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根〔包括3根相线、1根N线、1根PE线〕穿硬塑料管埋地敷设。 a〕按发热条件需选择 由，初选截面积4，其=19A>，满足发热条件。 b〕校验机械强度 查表得，，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50m，而查表得，，又仓库的=8.8kW, =6 kvar，因此 <=5% 故满足允许电压损耗的要求。 7.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用YJL22—10000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10KY母线相连。 工厂二级负荷容量共335.1KVA，，最热月土壤平均温度为21℃。查表?工厂供电设计指导?8-43，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。 由表?工厂供电设计指导?8-41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。 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的交联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。 表7-1 进出线和联络线的导线和电缆型号规格 低压 出线 a)高压断路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用手动操动机构，其控制与信号回路如?工厂供电设计指导?图6-12所示。 b)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表和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。 c)变电所的测量和绝缘监察回路 变电所高压侧装有电压互感器——避雷器柜。其中电压互感器为3个JDZJ——10型，组成Y0/Y0/的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察，其接线图见?工厂供电设计指导?图6-8。作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电度表和三相无功电度表、电流表，接线图见?工厂供电设计指导?图6-9。高压进线上，也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。每一回路均装设电流表。低压母线装有电压表，仪表的准确度等级按符合要求。 8.2 变电所继电保护装置 a〕装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。 b〕装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。 其中，可靠系数，接线系数，继电器返回系数，电流互感器的电流比=100/5=20 ，因此动作电流为： 因此过电流保护动作电流整定为10A。 因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间〔10倍的动作电流动作时间〕可整定为最短的0.5s 。 其中，19.7kA/(10kV/0.4kV)=0.682 ，因此其灵敏度系数为： 满足灵敏度系数的1.5的要求。 利用GL15的速断装置。 8.3.1速断电流的整定： 利用式，其中，，，，，因此速断保护电流为 速断电流倍数整定为(注意不为整数,但必须在2～8之间) 利用式，其中，，因此其保护灵敏度系数为 从?工厂供电课程设计指导?表6-1可知，按GB50062—92规定，电流保护的最小灵敏度系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是到达要求的。但按JBJ6—96和JGJ/T16—92的规定，其最小灵敏度为2，那么这里装设的电流速断保护灵敏度系数偏底。 亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。 a)过电流保护动作电流的整定,利用式，其中=2，取= ×52A=43.38A，， =1，=0.8， =50/5=10，因此动作电流为： 因此过电流保护动作电流整定为7A。 b)过电流保护动作电流的整定 按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。 c)过电流保护灵敏度系数 因无临近单位变电所10kV母线经联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，只有从略。 亦利用GL15的速断装置。但因无临近单位变电所联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，也只有从略。 a〕低压总开关采用DW15—1500/3型低压短路器，三相均装设过流脱钩器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路。脱钩器动作电流的整定可参看参考文献和其它有关手册。 b〕低压侧所有出线上均采用DZ20型低压短路器控制，其瞬间脱钩器可实现对线路的短路故障的保护，限于篇幅，整定亦从略。 第九章 降压变电所防雷与接地装置的设计 9.1.1 直接防雷保护 在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，那么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围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，那么可不另设的避雷针。按规定，的避雷针的接地装置接地电阻〔表9-6〕。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm×4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其根底内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长1～1.5。避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。 9.1.2 雷电侵入波的防护 a)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25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。 b〕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。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。 c〕在380V低压架空线出线杆上，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的雷电波。 9.2 变电所公共接地装置的设计 按?工厂供电设计指导?表9-6。此边点所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件： 且 其中, 因此公共接地装置接地电阻 。 采用长2.5m、50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5 m，垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm×4mm的镀锌扁刚焊接相接。变电所的变压器室有两条接地干线、上下压配电室各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25 mm ×4 mm的镀锌扁刚。变电所接地装置平面布置图如图8-1所示。接地电阻的验算： 满足欧的接地电阻要求，式中,查?工厂供电设计指导?表9-10〞环行敖设〞栏近似的选取。 第十章 设计总结 课程设计是检验我们本学期学习的情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯穿的一项训练，是对我们能力的一项综合评定，它要求我们充分开掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的工厂供电系统。 通过这次课程设计，使我得到了很多的经验，并且稳固和加深以及扩大了专业知识面，锻炼综合及灵活运用所学知识的能力，正确使用技术资料的能力。知识系统化能力得到提高,设计过程中运用了很多的知识，因此如何将知识系统化就成了关键。如本设计中用到了工厂供电的绝大多数的根底理论和设计方案，因此在设计过程中侧重了知识系统化能力的培养，为今后的工作和学习打下了很好的理论根底。动得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会效劳，从而提高自己的实际动手能力和思考的能力。 这次课程设计，我做了大量的参数计算，锻炼从事工程技术的综合运算能力，参数计算尽可能采用先进的计算方法。使我了解工厂供电设计的根本方法，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关、方针、技术规程有一定的了解。 本次课设应该感谢学校和系里的安排，让我们在学习课本知识的同时，能够有这样良好的时机实践,加深对所学理论知识的理解,掌握工程设计的方法。更应该感谢导老师的细心指导，要不然靠我们自己不可能那么顺利完成。通过这次课程设计,我深深懂得要不断的把所学知识学以致用,还需通过自身不断的努力,不断提高自己分析问题、解决问题的能力。 最后更应该感谢我的指导老师:张乐平和颜峥老师的细心指导.正是由于老师们的辛勤培养,谆谆教导,才使此次课程设计得以完成！ 第十一章 参考文献 [1]?工厂供电?第二版 主编 苏文成 机械工业出版社 [2]?电力工程综合设计指导书? 主编 卢帆兴 肖清 周宇恒 [3]?实用供配电技术手册? 中国水利水电出版社 [4]?现代电工技术手册? 中国水利水电出版社 [5]?电气工程专业毕业设计指南供配电分册 ? 中国水利水电出版社 [6]?电气工程专业毕业设计指南继电保护分册?中国水利水电出版社 [7]?电气工程专业毕业设计指南电力系统分册?中国水利水电出版社 [8]?实用电工电子技术手册?实用电工电子技术手册编委会编 机械工业出版社 [9]?工厂供电设计指导? 主编 刘介才 机械工业出版社 附录1 某冶金机械修造厂变电所平面布局图 附录2 某冶金修造机械厂总配电所电所主接线电路图(A2图纸) 某冶金机械修造厂变电所平面布局图
第八章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定线 路 名 称 导线或电缆的型号规格 10KV电源进线 LGJ-35铝绞线〔三相三线架空〕 主变引入电缆 YJL22—10000—3×25交联电缆 380V 至1号厂房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆 至2号厂房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆 至3号厂房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆 至4号厂房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆 至5号厂房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆 至6号厂房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆 至7号厂房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆 至8号厂房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆 至9号厂房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆 至10号厂房 BLV—1000—1×4铝芯线5根穿内径25硬塑管 与临近单位10KV联络线 YJL22—10000—3×16交联电缆
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