建筑电气实验报告.doc

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1、课 题： 某机械厂供电配电系统设计 专 业： 电气工程及其自动化班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 设计日期： 2013 年 6 月 23 日成 绩：目录 一. 设计目的作用-1 二. 设计要求-1 三. 设计的具体实现-13.1、设计任务-13.2、单元电路设计与分析-2 3.2.1. 工厂负荷情况-23.2.2. 负荷计算-23.2.3. 无功功率补偿-53.2.4. 变电所位置的选择-63.2.5. 变电所变压器的选择-73.2.6. 变电所主接线方案-83.2.7. 短路电流计算-103.2.8. 变电所一次设备选择校验-143.2.9. 变电所进出线与邻近单位联络线-173.2

2、10. 接地装置设计-34 四. 总结-35 五. 附录-37 六. 参考文献 -37 某机械厂供电配电系统设计一、设计目的作用 1、掌握简单企事业供电系统的设计方法。 2、通过课程设计总结复习工厂供电课程基本内容。 3、综合应用相关知识解决供配电系统设计的工程问题。 4、加强工程文件编写的训练。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发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，进行设计： 1、通过负荷计算选出变压器台数、容量和型号。 2、设计出全厂供电系统主接线，画出主接线图，进行计算。 3、选择高、低压导线、断路器、刀闸、互感器。 4、

3、并联无功补偿装置设计，并设计选出防雷接地装置。 5、分别配置高、低压设备的继电保护并整定计算。三、设计的具体实现3.1 设计任务 、通过负荷计算选出变压器台数、容量和型号。 、设计出全厂供电系统主接线，画出主接线图，进行计算。 、选择高、低压导线、断路器、刀闸、互感器。 、并联无功补偿装置设计，并设计选出防雷接地装置。 、分别配置高、低压设备的继电保护并整定计算。3.2单元电路设计与分析3.2.1 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6h。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。本厂的负荷统计资料如表1所示。表1 负

4、荷统计资料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880.251.170.65照明20.801.02铸造车间动力3380.351.020.70照明100.801.03锻压车间动力3380.251.170.65照明100.801.04金工车间动力3380.251.330.60照明100.801.05工具车间动力3380.251.170.65照明100.801.06电镀车间动力3380.500.880.75照明100.801.07热处理车间动力1380.501.330.60照明100.801.08装配车间动力1380.351.020.70照明100.801.09机修车间

5、动力1380.251.170.65照明50.801.010锅炉房动力1380.501.170.65照明20.801.0宿舍区照明4000.701.03.2.2 负荷计算： 单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW） = ， 为系数b)无功计算负荷（单位为kvar）= tanc)视在计算负荷（单位为kvA）=d)计算电流（单位为A） =, 为用电设备的额定电压（单位为KV） 多组用电设备计算负荷的计算公式a) 有功计算负荷（单位为KW） = 是所有设备组有功计算负荷之和， 是有功负荷同时系数，可取0.800.95b)无功计算负荷（单位为kvar） =， 是所有设备无功计算负荷之

6、和；是无功负荷同时系数，可取0.850.97 c)视在计算负荷（单位为kvA） =d)计算电流（单位为A） =经计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2所示 （额定电压取380V）表2 各厂房和生活区的负荷计算表厂房编号用电单位负荷性质设备容量/kw需要系数 功率因数计算复负荷P30/KWQ30/KvarS30/KVAI30/A1仓库动力880.251.170.652225.74照明20.8011.60小计9023.625.7434.9253.062铸造车间动力3380.351.020.7118.3120.67照明100.80180小计348126.3120.67174.68265.43锻

7、压车间动力3380.251.170.6584.598.87照明100.80180小计34892.598.87135.4205.724金工车间动力3380.251.330.684.5112.39照明100.80180小计34892.5112.39145.56221.165工具车间动力3380.251.170.6584.598.87照明100.80180小计34892.598.87135.4205.726电镀车间动力3380.50.880.75169148.72照明100.80180小计348177148.72231.19351.267热处理车间动力1380.51.330.66991.77照明10

8、0.80180小计1487791.77119.8182.028装配车间动力1380.351.020.748.349.27照明100.80180小计14856.349.2774.81113.669机修车间动力1380.251.170.6534.540.37照明50.80140小计14338.540.3755.7984.7610锅炉房动力1380.51.170.656980.72照明20.8011.60小计14070.680.72107.24162.9311宿舍区照明4000.7012800280425.4总计动力23301126.8867.39照明479同期系数：KP =0.80.75901.4

9、4737.281164.551769.35 KQ=0.853.2.3 无功功率补偿： 由表2可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：=(tan - tan)=901.44tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) = 401.98 kvar选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，总

10、共容量为84kvar5=420kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷=（737.28-420）kvar=317.28 kvar，视在功率=955.65kVA，计算电流=1451.96A ,功率因数提高为cos=0.943。表3无功补偿后工厂的计算负荷项 目cos计算负荷/KW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.75901.44737.281164.551769.35380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.943901.44317.28955.651451.96主变压器功率损耗0.015=14.330.06=57.3410KV侧负荷计算0.

11、943915.77374.62989.4357.343.2.4 变电所位置的选择： 图1 某机械厂总平面图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，分别作一直角坐标的轴和轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，、分别代表厂房1、2、3.10号的功率，设定（2.5，3.6）、（2.5，3.6）、（2.5，1.5）、（4，6.6）、（4，5.6）、（4，3.6）、（4，1.5）、（7.8，5.6）、（6，3.6）、（5，2.5），并设（9.2，9.2）为生活区的中心负荷，而工厂的负荷中心假设在P(,),其中P=+=。因此计算中心

12、的力矩方程，可得负荷中心的坐标： 由上式算出工厂的负荷中心在5号厂房的东南角如图。考虑到方便进出线及周围的环境情况，决定在5号厂房的东侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。3.2.5 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： 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=1000 KVA =989.43 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。 装设两台变压器 型号为S9型，而每台变压器容量根据下式（1）、（2

13、选择，即 989.43 KVA=（593.66 692.6）KVA（1） =(174.68+231.19+107.24) KVA=513.11 KVA（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 。3.2.6 变电所主接线方案：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： 装设一台主变压器的主接线方案Y0Y0S9-1000GG-1A(F)-0710/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-03GG-1A(J)-03GG-

14、1A(F)-07GG-1A(F)-54GG-1A(F)-07GG-1A(F)-07主变联络（备用）220/380V高压柜列图2 装设一台主变压器的主接线方案图 装设两台主变压器的主接线方案 图3 装设两台主变压器的主接线方案图 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，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，但此机械厂为二、三级负荷，因此选两台主变压器的方案。3.2.7 短路电流的计算： 短路计算电路 图4 短路计算电路图 确定短路计算基准值设基准容量=100MVA，基准电压=10.5，为短路计算电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0

15、4kV，则 计算短路电路中个元件的电抗标幺值a) 电力系统表4 无限大容量系统的电抗值已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA，故=100MVA/500MVA=0.2 b) 架空线路表5 LGJ型钢芯铝线的主要技术数据查表5得LGJ-150的线路电抗，而线路长为3km，故 c) 电力变压器 表6 610/0.4KV变压器的电抗值查表6得变压器的短路电压百分值=4.5，故 =7.14 d) k1点（10.5kV侧）的相关计算 总电抗标幺值=0.2 三相短路电流周期分量有效值 其他短路电流 三相短路容量 e) k2=k3点（0.4kV侧）的相关计算 总电抗标幺值=7.34 三相短路电流周期

16、分量有效值 其他短路电流 三相短路容量 f) k4点（0.4kV侧）的相关计算 总电抗标幺值=8.32 三相短路电流周期分量有效值 其他短路电流 三相短路容量 以上短路计算结果综合图表7所示表7短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAk127.527.527.570.12541.53500k219.6219.6219.6236.1021.3913.62K319.6219.6219.6236.1021.3913.62K417.3117.3117.3131.8518.8712.023.2.8 变电所一次设备的选择校验 10kV侧一次设备的选择校验a) 按工作电压选则 设备的额定电压一

17、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。b) 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c) 按断流能力选择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，则为，为最大负荷电流。d) 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验动稳定校验条件 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

18、相短路冲击电流瞬时值和有效值热稳定校验条件 对于上面的分析，如表8所示，由它可知所选一次设备均满足要求。表8 10 kV一次侧设备的选择校验选择校验项目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10kV57.7A()1.96kA5.0kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630kA16kA40 kA高压隔离开关-10/20010kV200A-25.5 kA二次负荷0.6高压熔断器RN2-1010kV0.5A50 kA-电压互感器JDJ-1010/0.1kV-电压互感器JDZJ-10-电流互感器LQJ-1010kV100/5A-=31.8 kA=

19、81避雷针FS4-1010kV-户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA 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9所示，所选数据均满足要求。 表9 380V一次侧设备的选择校验选择校验项目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1320A19.7kA36.2kA-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(一般)-低压断路器DW20-200380V200A（大于）25 kA-低压断路HD13-1500/30380

20、V1500A-电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A- 高低压母线的选择表10 610变电所高低压LMY型硬铝母线的常用尺寸（m m） 查表10得到:10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（808）+505，即相母线尺寸为80mm8mm;中性线母线尺寸为50mm5mm。3.2.9 变压所进出线与邻近单位联络线的选择 10kV高压进线和引入电缆的选择10kV高压进线的选择校验采用LJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。a) .按发热条件选择表11 LJ型铝绞线的主

21、要技术数据 由=57.7A及室外环境温度33，查表11得，初选LJ-16,其35C时的=93.5A,满足发热条件。b).校验机械强度表12 架空裸导线的允许最小截面查表得，最小允许截面积=35，因LJ-16不满足机械强度要求，而LJ-35满足要求，故改选LJ-35。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。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) 按发热条件选择表13 10KV铝芯电缆的允许载流量（A）由=57.7A及土壤环境25，查表得，初选缆线芯截面为25的交联聚乙烯电缆，其=90A,满足发热条件。b)校验热路稳定按式，

22、A为母线截面积，单位为；为满足热路稳定条件的最小截面积，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=27500，=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A=25 380V低压出线的选择1. 铸造车间馈电给2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）按发热条件需选择表14 13KV铝芯电缆的允许载流量（A）由=201A及地下0.8m土壤温度为25，查表，初选缆芯截面120，其=212A，满足发热

23、条件。 b）校验电压损耗表15 电力电缆的电阻和电抗值 图1 某机械厂总平面图由工厂平面图量得变电所至2号厂房距离约为100m，而查表15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=126.3kW, =120.67 kvar，故线路电压损耗为=5。 由此看来，对宿舍区采用LJ-185架空线路供电是不行的。为了确保生活用电的电压质量，决定采用LJ-120架空线路对宿舍区供电。查表15得LJ-120得=0.28，=0.3，因此=10.3V =(10.3V/380V)100=2.7I 。满足发热条件。按规定，中性线和保护线也选25，与相线截面相同，即选用BL

24、V-1000-125塑料导线5根。b） 校验机械强度。查表 表18 绝缘导线线芯的允许最小截面最小允许截面=2.5,由此上面所选25的相线满足机械强度的要求。c） 校验电压损耗 所选穿管线，估计长度50m，而由表查得=1.36，=0.099，又仓库的P=23.6KW，Q=25.74KW，因此=4.56 V=(4.56V/380V)100=1.21.5按GB5006292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。 （2）作为备用电源的高压联络线的继电保护装置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

25、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=， =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10A。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。 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。 3. 变电所低压侧的保护装置 低压总开关采用DW151500/3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。 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。 降压变电所防雷与接地装置的设计 1. 变电所的防雷保护 直接防雷保护