某机械制造厂供配电设计任务书

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某机械制造厂供配电设计任务书2、供电电压的选择
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,导线为等边三角形排列,线距为2m;干线首端距离本厂约8km。

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流保护和电流速断保护,定时限过流保护整定的动作时间为 1.7s。

为满足工厂二级负荷要求,可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。

已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km,电缆线路总长度为25KM。

3、总降压变电所位置及主接线图
(1)变电所主变压器的选择
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30S S T N ≥⋅,T N S ⋅为主变压器容量,30S 为总的计算负荷。

选T N S ⋅=1000 KVA>30S =898.9 KVA ,即选一台S9-1000/10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
⨯≈⋅)7.0~6.0(T N S 898.9 KVA=(539.34~629.23)KVA (4-1) )(30 S S T N ≥⋅=(134.29+165+44.4) KVA=343.7 KVA (4-2) 因此选两台S9-630/10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担。

主变压器的联结组均为Yyn0 。

(2)变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:
2.1装设一台主变压器的主接线方案 如图4-1所示
图4-1 装设一台主变压器的主接线方案
2.2装设两台主变压器的主接线方案 如图4-2所示
GG
1A(J
-0
GG
1A(F -5
GG 1A(F -0
GG 1A(F -0

联络(备用)
高压柜
图4-2 装设两台主变压器的主接线方案
(3) 主接线方案的技术经济比较
GG- 1A(F) -113
GG- 1A(F) -11
GG- 1A(J) -01
GG- 1A(F) -96
GG- 1A(F) -07
GG- 1A(F) -54
主 变 主
变 联络 (备用)
高压柜列
的主接线方案,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。

4、短路电流计算及高压电气设备选择
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
设基准容量d S =100MVA ,基准电压d U =c U =1.05N U ,c U 为短路计算电压,即
高压侧1d U =10.5kV ,低压侧2d U =0.4kV ,则
10.5kV 0.4kV
kA kV MVA U S I d d d 5.55.103100311=⨯=
=
(5-1)
kA kV
MVA U S I d d d 1444.0310032
2=⨯==
(5-2)
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oc S =500MVA ,故 *1X =100MVA/500MVA=0.2 (5-3)
5.3.2架空线路
查表得LGJ-150的线路电抗km x /36.00Ω=,而线路长8km ,故
6.2)
5.10(100)83
6.0(2202=⨯Ω⨯==*
kV MVA
U S l
x X c d (5-4)
5.3.3电力变压器
查表得变压器的短路电压百分值%k U =4.5,故
kVA
MVA
S S U X N d k 10001001005.4100%3⨯
==
*
=4.5 (5-5)
式中,N S 为变压器的额定容量
因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。

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
*2*1)1(X X X k +=*-∑=0.2+2.6=2.8
(5-6)
5.4.2 三相短路电流周期分量有效值
kA kA
X
I I k d k 96.18
.25.5*
)
1(1*1==
=
-∑= (5-7)
5.4.3 其他短路电流
kA I I I k 96.1)
3(1)3()3(''===-∞
(5-8)
kA kA I i sh 0.596.155.255.2)3('')3(=⨯== (5-9) kA kA I I sh 96.296.151.151.1)3('')3(=⨯==
(5-10)
2.01 k-1 k-2
6
.21 5
.41
5.4.4 三相短路容量
MVA MVA
X S S k d
k 7.358
.2100*
)
1()3(1==
=
-∑- (5-11)
5.5 k-2点(0.4kV 侧)的相关计算
5.5.1总电抗标幺值
*3*2*1)1(X X X X k ++=*-∑=0.2+2.6+4.5=7.3 (5-12)
5.5.2三相短路电流周期分量有效值
kA kA
X
I I k d k 7.193
.7144*
)
2(2*2==
=
-∑= (5-13)
5.5.3 其他短路电流
kA I I I k 7.19)
3(1)3()3(''===-∞
(5-14)
kA kA I i sh 2.367.1984.184.1)3('')3(=⨯==
(5-15) kA kA I I sh 5.217.1909.109.1)3('')3(=⨯==
(5-16)
5.5.4三相短路容量
MVA MVA
X
S S k d k 7.133
.7100*
)
2()3(2==
=
-∑-
(5-17)
以上短路计算结果综合图表5-1所示。

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e N U ⋅一般不应小于所在系统的额定电压N U ,即≥⋅e N U N U ,高压设备的额定电压e N U ⋅应不小于其所在系统的最高电压max U ,即≥⋅e N U max U 。

N U =10kV ,
max U =11.5kV ,高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压e N U ⋅=12kV ,穿墙套管额定电压e N U ⋅=11.5kV ,熔断器额定电压e N U ⋅=12kV 。

6.1.2按工作电流选择 设备的额定电流e N I ⋅不应小于所在电路的计算电流30I ,即≥⋅e N I 30I 6.1.3按断流能力选择
设备的额定开断电流oc I 或断流容量oc S ,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)3(k I 或短路容量)3(k S ,即
≥oc I )3(k I 或≥)
3(oc S )3(k S
对于分断负荷设备电流的设备来说,则为≥oc I max ⋅OL I ,max ⋅OL I 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
≥max i )3(sh
i 或)
3(max sh I I ≥ max i 、max I 分别为开关的极限通过电流峰值和有效值,)3(sh
i 、)
3(sh I 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 im a t t I t I 2
)3(2∞=
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。

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。

6.3 高低压母线的选择
查表得到,10kV 母线选LMY-3(40⨯4mm),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 ,而中性线母线尺寸为80mm ⨯6mm 。

5、车间变电所位置和变压器数量、容量选择、厂区高压配电系统
7.2 380低压出线的选择
7.2.1铸造车间
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30I =201A 及地下0.8m 土壤温度为25℃,查表,初选缆芯截面1202m m ,其al I =212A>30I ,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1202m m 的铝芯电缆的0R =0.31km /Ω (按缆芯工作温度75°计),0X =0.07km /Ω,又1号厂房的30P =94kW, 30Q =91.8 kvar ,故线路电压损耗为
V
kV
k kW U qX pR U N
78.2338.0)1.007.0(var 8.91)288.031.0(94)(=⨯⨯+⨯⨯=+=∆∑
%3.6%100380
78
.23%=⨯=
∆U >%al U ∆=5%。

c )断路热稳定度校验
2)3(min 22476
75
.019700mm C
t I
A ima =⨯
==∞
不满足短热稳定要求,故改选缆芯截面为2402m m 的电缆,即选VLV22-1000-3⨯240+1⨯120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VLV22-1000-3⨯240+1⨯120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 热处理车间
馈电给3号厂房(热处理车间)的线路,亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120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 电镀车间
馈电给4号厂房(电镀车间)的线路,亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120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 仓库
馈电给5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30I =16.2A 及环境温度26C ︒,初选截面积42m m ,其al I =19A>30I ,满足发热条件。

b )校验机械强度 查表得,min A =2.52m m ,因此上面所选的42m m 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0R =0.85km /Ω,0X =0.119km /Ω,又仓库的30P =8.8kW, 30Q =6 kvar ,因此
V kV
k kW U qX pR U N
1038.0)05.0119.0(var 6)05.055.8(8.8)(=⨯⨯+⨯⨯=+=
∆∑
%63.2%100380
10
%=⨯=
∆U <%al U ∆=5%
故满足允许电压损耗的要求。

7.2.6 工具车间
馈电给6号厂房(工具车间)的线路 亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120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金工车间
馈电给7号厂房(金工车间)的线路 亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120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锅炉房
馈电给8号厂房(锅炉房)的线路 亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设(方法同上,从略)。

7.2.9装配车间
馈电给9号厂房(装配车间)的线路 亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120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机修车间
馈电给10号厂房(机修车间)的线路 亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设(方法同上,从略)。

7.2.11 生活区
馈电给生活区的线路 采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。

1)按发热条件选择 由I 30=413A 及室外环境温度(年最热月平均气温)33℃,
初选BLX-1000-1⨯240,其33℃时I al ≈455A>I 30,满足发热条件。

2)效验机械强度 查表可得,最小允许截面积A min =10mm 2,因此BLX-1000-1⨯240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600m 左右,而查表得其阻抗值与BLX-1000-1⨯240近似等值的LJ-240的阻抗0R =0.14km /Ω,0X =0.30km /Ω(按线间几何均距0.8m ),又生活区的30P =245KW ,30Q =117.6kvar ,因此
V kV
k kW U qX pR U N 4.938.0)2.03.0(var 6.117)2.014.0(245)(=⨯⨯+⨯⨯=+=∆∑ %5.2%100380
4.9%=⨯=∆U <%al U ∆=5% 满足允许电压损耗要求。

因此决定采用四回BLX-1000-1⨯120的三相架空线路对生活区供电。

PEN 线均采用BLX-1000-1⨯75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。

7.3.1按发热条件选择
工厂二级负荷容量共335.1KVA ,A kV kVA I 3.19)103/(1.33530=⨯=,最热月土壤平均温度为25℃。

查表《工厂供电设计指导》8-43,初选缆心截面为252mm 的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆,其3090al
I A I 满足要求。

7.3.2校验电压损耗
由表《工厂供电设计指导》8-41可查得缆芯为252mm 的铝km R /54.10Ω= (缆芯温度按80℃计),km X /12.00Ω=,而二级负荷的kW kW P 8.258)8.3512994(30=++=,var 9.211var )3.268.938.91(30k k Q =++=,线路长度按2km 计,因此 V kV
k kW U 8510)212.0(var 9.211)254.1(8.258=Ω⨯⨯+Ω⨯⨯=∆ %585.0%100)10000/85(%=∆<<=⨯=∆al U V V U
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252mm 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。

6、继电保护的选择与整定
8.1变电所二次回路方案的选择
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)(//00开口∆Y Y 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
8.2.1主变压器的继电保护装置
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。

8.2.2护动作电流整定
max ⋅⨯⨯⨯=L i
re w rel op I K K K K I 其中A A KV KVA I I T N L 1157.572)103/(1000221max =⨯=⨯⨯==⋅,可靠系数1.3rel K ,接线系数1w K ,继电器返回系数0.8re K ,电流互感器的电流比i K =100/5=20 ,因此动作电流为:
A A I OP 3.911520
8.013.1=⨯⨯⨯= 因此过电流保护动作电流整定为10A 。

8.2.3过电流保护动作时间的整定
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 。

8.2.4过电流保护灵敏度系数的检验
1
min ⋅⋅=op k p I I S 其中,T K T K k K I K I I /866.0/)3(2)2(2min --⋅===0.866⨯19.7kA/(10kV/0.4kV)=0.682
A A K K I I w i op op 2001/2010/1=⨯==⋅,因此其灵敏度系数为:
p S =682A/200A=3.41>1.5 满足灵敏度系数的1.5的要求。

8.3装设电流速断保护
利用GL15的速断装置。

8.3.1速断电流的整定:利用式max ⋅⨯⨯⨯=k T
i w rel qb I K K K K I ,其中kA I I k k 7.19)3(2max ==-⋅,
=1.4rel K ,=1w K ,=100/5=20i K ,=10/0.4=25T K ,因此速断保护电流为A A I qb 551970025
2014.1=⨯⨯⨯= 速断电流倍数整定为/=55A/10A=5.5qb qb op K I I (注意qb K 不为整数,但必须在
2~8之间)
8.3.2、电流速断保护灵敏度系数的检验 利用式1
min ⋅⋅=qb k p I I S ,其中kA I I I K K k 7.196.1866.0866.0)3(2)2(2min =⨯===--⋅,A A K K I I w i op op 11001/2055/1=⨯==⋅,因此其保护灵敏度系数为
S=1700A/1100A=1.55>1.5
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达到要求的。

但按JBJ6—96和JGJ/T16—92的规定,其最小灵敏度为2,则这里装设的电流速断保护灵敏度系数偏底。

8.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置
8.4.1装设反时限过电流保护。

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max ⋅⨯⨯⨯=
L i re w rel op I K K K K I ,其中 .max L I =230I ,取
30I =
A kV kVA U S S S I N 4.19)103/()4.44160132()3/()(18.304.301.30)(30=⨯++=+≈∑ 0.6×52A=43.38A ,=1.3rel K ,w K =1,re K =0.8,i K =50/5=10,因此动作电流为:
A A I op 3.64.19210
8.013.1=⨯⨯⨯⨯= 因此过电流保护动作电流op I 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。

8.4.2装设电流速断保护
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。

8.4.3变电所低压侧的保护装置
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。

7、防雷与接地
第九章 降压变电所防雷与接地装置的设计
9.1变电所的防雷保护
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,则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针,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,则可不另设独立的避雷针。

按规定,独立的避雷针的接地装置接地电阻R<10(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基础内的钢筋相焊接,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。

独立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
9.2.1接地电阻的要求
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:
Ω≤4E R
且 Ω==≤4.427/120/120A V I V R E E
其中,27350
)253580(10=++=A I E 因此公共接地装置接地电阻Ω≤4E R 。

9.2.2接地装置的设计
采用长2.5m 、Φ50mm 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、高低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9-1所示。

接地电阻的验算: Ω=⨯⋅Ω=≈=85.365
.0165.2/100/)
1(m m n l n R R E E ηρη 满足Ω≤4E R 欧的接地电阻要求,式中,65.0=η查《工厂供电设计指导》表9-10”环行敖设”栏近似的选取。

图9-1变电所接地装置平面布置
8、车间电力平面图及系统图
9、车间配电线路选择
11、车间照明平面图及系统图10、照度选择及灯数确定
详细的设计方案、分析说明。

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