某机修厂电加工车间变电所设计和实现电气工程专业

摘要为使工厂供电工作很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要， 并做好节能工作，本设计在大量收集资料，并对原始资料进行分析后，做出 35kV 变电 所及变电系统电气部分的选择和设计，使其达到以下基本要求： 1、安全 在电能的供应、分配和使用中，不发生人身事故和设备事故。 2、可靠 满足电能用户对供电可靠性的要求。 3、优质 满足电能用户对电压和频率等质量的要求 。4、经济 供电系统的投资少，运行费用低，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，又合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既照顾局部 的当前的利益，又要有全局观点，顾全大局，适应发展。 按照国家标准 GB50052-95 供配电系统设计规范 、GB50059-92 35110kV 变 电所设计规范 、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，工厂供电设计遵循以 下原则： 1、遵守规程、执行政策； 遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属 等技术经济政策。 2、安全可靠、先进合理； 做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效 率高、能耗低和性能先进电气产品。 3、近期为主、考虑发展； 根据工作特点、 规模和发展规划， 正确处理近期建设与远期发展的关系， 做到远近结合， 适当考虑扩建的可能性。 4、全局出发、统筹兼顾。 按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设 计是整个工厂设计中的重要组成部分。 工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发 展。目录1 原始数据51.1 设计任务51.2 设计依据51.3 本车间负荷性质72.负荷计算以及变压器、补偿装置的选择72.1机加工车间一的负荷计算72.2 车间总体负荷的计算95.高、低压一次设备选择135.1 选母线：135.2.选低压侧QF：135.3高压侧选QF：135.4高压侧隔离开关：145.5电流互感器：146.高压侧继电保护选择及整定146.1差动保护146.2变压器的瓦斯保护15确定供电系统167.心得体会及参考文献197.1心得体会197.2参考文献：19绪论变电所担负着从电力系统受电，经过变压然后配电的任务。车间变电所主要用于负荷大而集中、设备布置比较稳定的大型生厂房内。车间变电所一般位于车间的负荷中心，可以降低电能损耗和有色金属的消耗量，并能减少输电线路上的电压损耗可以保证供电的质量。因此，对这种车间变电所的设计技术经济指标要求比较高。车间变电所是工厂供电系统的枢纽，在工厂里占有特殊重要的地位，因而设计一个合理的变电所对于整个工厂供电的可靠、经济运行至关重要。本设计是从工程的角度出发，按照变电所设计的基本要求，综合地考虑各个方面的要素，对供电系统进行了合理的布局，在满足各项技术要求的前提下，兼顾运行方便、维护简单，尽可能地节省投资。1 原始数据1.1 设计任务本车间承担机修厂机械修理的配件生产。1.2 设计依据机加工一车间用电设备明细表，见表1-1。车间变电所配电范围。a.一车间要求三路供电：113，3234为一路，1431为一路，照明为一路（同二车间）。b.车间变电所除为机加工一车间供电外，还要为机加工二车，铸造，铆焊，电修等车间供电。c.其他个车间对参数和要求见表1-2。表11 机加工一车间用电设备明细表设备代号设备名称及型号台数单台容量（千瓦）总容量（千瓦）备注1马鞍车床C630M110.12510.1252万能工具磨床M5M12.0752.0753普通车床C620117.6257.6254普通车床C620117.6257.6255普通车床C620117.6257.6256普通车床C620314.6254.6257普通车床C620114.6254.6258普通车床C620114.6254.6259普通车床C620114.6254.62510普通车床C620114.6254.62511普通车床C620114.6254.62512普通车床C620114.6254.62513旋转套丝机S813913.1253.12514普通车床C620110.12510.12515螺旋纹车床Q11917.6257.62516摇臂钻床Z3518.58.517圆柱立式钻床Z504013.1253.12518圆柱立式钻床Z504013.1253.125195T单梁吊车110.210.220立式砂轮S38l35011.751.7521牛头刨床B66513322牛头刨床B66513323万能升降台铣床X63WT1131324万能升降台铣床X52K19.1259.12525滚齿机Y3614.14.126插床B503214427弓锯机G7211.71.728立式钻床Z51210.60.629井式回火电阻炉1242430箱式电阻炉1454531普通车床CW61，100131.931.932单柱立式车床C5121A135.735.733卧式镗床J681101034单臂刨床B10101707035小结34表12 机加工二，铸造，铆焊，电修等车间计算负荷表序号车间名称容量（千瓦）计算负荷备注P30 (千瓦)Q30(千乏)S30(千瓦)1机加工二车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明1551201046.53654.442.122铸造车间N01供电回路N02供电回路N03供电回路N04 车间照明160140180864567265.357.1273.443铆焊车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明1501707455183.1100.984电修车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明150146.2104543.8577.855小结1.3 本车间负荷性质车间为三班工作制年最大负荷利用小时为5500小时。属于三级负荷。供电电源条件：电源从35/10千伏厂总降压变电所采用架空线路受电，线路长度为300米。供电系统短路数据见下图所示。厂总降压变电所配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为2秒。要求车间变电所功率因数应在0.9以上。当地最热月的平均温度为25。2.负荷计算以及变压器、补偿装置的选择在进行负荷计算时选用需用系数法，具体计算公式如下： (i=1,2,3n) 2.1机加工车间一的负荷计算根据机加工车间一的负荷性质，将一车间分为三路：113，3234为一路，1431为一路，照明电路为一路。通过分析机加工车间一的第一路属于小批生产的金属冷加工，查表2-1得它的需用系数为：Kd=0.3 Cos=0.65 tan=1.17Pca1=Kd Pn=0.16*Pn=55.883（KW）Qca1=Pca1*tan=65.383（Kvar）其中：Pn=10.125+2.075+7.65*3+4.625*7+3.125+3.57+10+70=186.275（KW）=86 (KVA)=/130.67 (A)通过分析机加工车间一的第二路属于小批热加工，查表2-1得：Kd=0.3Cos=0.65 tan=1.17Pca2=Kd Pn=0.3*Pn=55.163（KW）Qca1=Pca1*tan=64.54（Kvar）其中Pn=183.875（KW）=84.9 (KVA)=/=129 (A)第三路=10= =10/（*0.4）=14.434（A）通过以上的计算得到以下的负荷的汇总：序号车间名称容量（千瓦）计算负荷备注P30 (千瓦)Q30(千乏)S30(千瓦)1机加工一车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明85.96383.2551029.80445.96951.56169.4132机加工二车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明1551201046.53654.442.123铸造车间N01供电回路N02供电回路N03供电回路N04 车间照明160140180864567265.357.1273.444铆焊车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明1501707455183.1100.985电修车间N01供电回路N02供电回路N03 车间照明150146.2104543.8577.856小结2.2 车间总体负荷的计算 车间名称有功功率Pn无功功率Qn视在功率Sca负荷电流In一车间134.80875.227154.377222.831二车间7477.216106.950154.374铸造车间180176.274251.938363.652铆焊车间92.7179.982202.452292.223电修车间88.96570.065113.243163.457根据附表2-2查得车间的同时系数Ksi=0.9，则Pca=（Pn1+Pn4）*Ksi=570.473*0.9=513.426 KW Ica=741.088 AQca=(Qn1+Qn4)*Ksi=578.764*0.9=520.888 KVASca=731.389 KVar COS=Pca/Qca=0.702 tan=1.0142.3无功补偿的计算和变压器的选择 变压器的预选变压器低压侧：Pca=513.426 KW Qca=520.888 KVA Sca=731.389KVar相关参数全部列举如下：额定容量：800KVA 高压：10KV 高压分接范围（）：4*2.5 低压：4KV 连接组标号：Yyn0 空载损耗：1.36KW 负载损耗：9.4KW 空载电流（）：1.2 阻抗电压（）：4.5 重量：器身2050Kg 油重-805Kg 总重：3245Kg 外形尺寸（mm）长*高*宽：2445*800*2420无功补偿计算Pt=P0+Pk（Sca/Sn）=1.36+9.4*（731.389/800）=9.2KWQt=0+Qk（Sca/Sn）=（I0/100）*Sn+ （=*800+*800*（）=39.66 KW高压侧：P高=Pca+Pt=513.426+9.21=522.636 KW Q高=Qca+Qt=520.888+39.66=560.548 KVA实际需要变压器容量：St=766.4 KVA 此时功率因数：COS=P高/St=522.636/766.4=0.682 =47.005取补偿后要求达到的功率因数为COS=0.92 =23.074补偿无功：Qc=P高（tan47.005-tan23.074）=337.914KVar根据以上计算选择电力电容器：简明电工手册P579页 BWM04-25-1 选15台，每三台一组，共分5组 Qc=25*15=375KVar考虑无功补偿后应选的变压器无功补偿后应选的变压器容量为： S=533.750 考虑无功补偿后最终确定变压器： 根据简明电工手册 应选sz9型， 额定容量为：630kvA（具体参数见P33页）（4）变压器的校验：PT=P0+Pk()=1.12+7.7()=6.647kwQT=SN+ SN() =630+630() =27.41kvar考虑损耗后实际需要变压器容量： S实 548.186630kvAcos=0.9493.供电系统的选择从原始资料我们知道车间为三级负荷，供电的可靠性要求并不是很高，且通过负荷计算我们知道车间的总消耗功率并不是很高，初步估计了后决定使用一台变压器来为车间供电，同时为了节省变电所建造的成本和简化总体的布线，所以在设计中我们首先考虑了线路变压器组结线方式。线路变压器组结线方式的优点是结线简单，使用设备少，基建投资省。缺点是供电可靠性低，当主结线中任一设备（包括供电线路）发生故障或检修时，全部负荷都将停电。但对于本设计来说线路变压器组结线方式已经可以达到设计的要求。线路变压器组结线方式也按元件的不同组合分为：a进线为隔离开关；b进线为跌落式保险；c进线为断路器。因为设计为车间为变电所，所以采用c方式。供电系统短路图 （a） （b） （c）图1.1 线路变压器组结线a进线为隔离开关；b进线为跌落式保险；c进线为断路器4.短路电流电流计算4.1各短路点的平均电压线路的平均电压Uav1=10.5Kv Uav2=0.4Kv4.2各元件电抗计算 电源的电抗：Xs=Uav1 /Sk=0.551线路L的电抗：Xl=0.20.4=0.08变压器的电抗;Xt=Uk%=4.5%=7.875 4.3各短路点总阻抗 K1点短路：Xk1=Xs+XL=0.551+0.08=0.631 K2点短路Xk2=(0.631+7.875)()=0.01234 4.4根据电抗值计算短路电流 K1点短路 k9.61ish2.55Ik1=2.55*9.61=24.51KA Ish1=1.52IK1=1.52*9.61=14.61KA Ica1=30.139A K2点短路时 Ik2=18.715 KA ish2=1.84Ik2=1.84*18.715=34.43565 KA Ish2=1.09Ik2=1.09*18.715=20.3994 KA Ica2=770.42 A5.高、低压一次设备选择5.1 选母线：导体尺寸：638 单条，平放：995 矩形铝导线长期允许载流量和肌肤效应系数Kf导线 尺寸 单条双条 三条平放 竖放 Kf 平放 竖放 Kf平放 竖放 Kf 63899510821.03151116441.1190820751.25.2.选低压侧QF：选Dk21000型，见低压电器P440 表2.41.1DK2系列低压真空智能型断路器主要技术特征型号 额定工作电压（Kv）额定工作电流（A）额定极限分断能力（VA）额定短路运行分断能力（KA）1s短时耐受点（KA）380V660V380V660VDK2-1000380、660100040304030405.3高压侧选QF：选SN1010I，见供电技术P125型号额定电压kv额定电流A额定开断电流KA断流容量MVA动稳定电流KA热稳定电流(4S)KASW2-3535150024.8150063.424.8SN10-101010002950074295.4高压侧隔离开关：选GN610/60052，见发电厂电气部分 P346 附表7 隔离开关技术数据 型号额定电压（KV）额定电流 （KA）极限通过 电流峰值（KA）热稳定电流（KA）4s5sGN6-10/1000-521060052205.5电流互感器：根据上述情况初步选用LFZJ1-3型电流互感器.具体参数如下: 型号 额定电流比(A)级次组合准确级次二次负荷准确级次(0.5) LFZJ1-320200/50.50.50.8电压互感器选择:型号:JDJ-10具体参数如下:型号 额定电压(Kv)一次绕组1额定容量(VA)最大容量(VA)一次绕组二次绕组0.5JDJ-10100.1 806406.高压侧继电保护选择及整定6.1差动保护变压器差动保护动作电流应满足以下三个条件应躲过变压器差动保护区外出现的最大短路不平衡电流应躲过变压器的励磁涌流在电流互感器二次回路端线且变压器处于最大符合时，差动保护不应动作由于车间变电所是三级负荷，变压器容量为500MVA在选用保护时选电流限时电流速断保护，而不采用差动保护。1 速断整定：Idz=KkImax=1.316.4844=21.429 Ks=不能满足灵敏度要求，可使用低压闭锁保护。过电流保护的整定：Idz=2.18 KA 近后备保护的灵敏系数=6.548 2 动作时限：t=0.5s6.2变压器的瓦斯保护瓦斯保护，又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。按GB5006292规定，800KVA及以上的一般油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。为了使油箱内产生的气体能够顺畅地通过气体继电器排往油枕，变压器安装应取1%1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有 2%4%的倾斜度。当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。这时上触点接通而接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。这大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。这时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器），同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器），这称之为“重瓦斯动作”。如果变压器油箱漏油，使得气体继电器内的油也慢慢流尽。先是继电器的上油杯下降，发出报警信号，接着继电器内的下油杯下降，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。确定供电系统方案1方案2方案3方案47.心得体会及参考文献7.1心得体会通过这次的供配电课程设计，使我对供配电系统有了进一步的认识和了解，让我们掌握了如何计算短路电流，如何选择高，低压开关设备并对其进行校验，系统的负荷计算以及导线进出线截面的选择等方面的知识。通过这次的供配电设计，也让我学习到了如何确定供电系统，如何设计供电系统以及如何根据原始资料设计一个车间变电所的系统接线图等。通过Auto CAD 的绘图，让我提高自身的动手实践能力，也让我在绘图中加深了对所设计的系统有了进一步的了解和认识。7.2参考文献：电力工程 华中科技大学出版社 吴希再等编著中小型变压器实用设计手册 中国水利水电出版社 雷振山等编著电气工程电气设计200例 中国电力出版社 卓乐友 编著供电技术 煤炭工业出版社 邹有明等编著变配电所及其安全运行 机械工业出版社 谈笑君等编著10KV及以下供配电设计于安装手册 煤炭工业出版社 王子午等编著常用供配电设备选型手册 煤炭工业出版社 王子午等编著电力系统继电保护原理 中国水利水电出版社 孙过凯等编著8.附录变电所电路总体设计图高压侧继电保护电路高压侧继电保护展开图