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1、车间变电所及低压配电系统（一）设计题目 湘钢某电机厂各车间负荷情况及各车间变电所容量 起止日期 2013年 6 月 6 日至 6月 8 日系 资源系 专业 机电一体化 班级 机电1112 学号 013 学生姓名 周发桂 导师姓名 谭世威 教 研 室 负 责 人 （二）设计依据1 车间平面布置图钢机电修造厂总平面布置图2 工厂的生产任务.规模及产品规格 本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的电机、变压器修理和制造任务。年生产规模为修理电机7500台，总容量为45万kW;制造电机总容量为6万Kw,制造单机总容量为5000kW；修理变压器500台；生产电气备件为60万件。本厂为某大型钢铁联合企业的重要
2、组成部分。3 工厂各车间的负荷情况及车间变电所的容量序号车间名称设备容量/kV计算负荷车间变电所代号变压器太数及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVA1电机修造车间2505609500788No.1车变1x10002机械加工车间886163258305No.2车变1x4003新品试制车间634222336403No.3车变1x5004原料车间514310183360No.4车变1x4005备件车间562199158254No.5车变1x3156锻造车间150365868No.6车变1x1007锅炉房269197172262No.7车变1x3158空压站322181159241N
3、o.8车变1x3159汽车站53302740No.9车变1x8010大线圈车间335187118221No.10车变1x25011半成品试验站365287464No.11车变1x50012成品实验站2290640480800No.12车变1x100013加压站2561631392141x25014设备处仓库3382884441x50015成品试验站内大型集中负荷3600288023003686主要为高压整流装置，要求专线供电4 共用电协议（1） 当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选择：1）从某220/35kW区域变电站提供电源，此区域变电站距工厂南约4.5km。 2) 从某35/10k
4、V备用电源，此变电所距工厂南约4km。（2） 电力系统的短路数据，如表所示；其供电系统图如下：系统运行方式系统短路数据系统最大运行方式Skmin=600MVA系统最小运行方式Skmin=2800MVA （3） 供电部门对工厂提出的技术要求：1）区域变电站35kV馈电线的过电流保护整定时间t(op)=1.8s,要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于1.3s。2）在工厂35kV电源侧进行电能计量。3）工厂最大负荷时功率因素不得低于0.9。（4） 供电贴费为 1000 元/kVA。每月电费按两部电费制：基本电费为 1000元/kVA，动力电费为 2000 元/kWh，照明电路为 3000 元
5、/Kwh。5工厂负荷性质 本厂大部分车间为一班制，少数车间为两班制或三班制工厂的年最大功负荷利用小时数为2300h。 锅炉房供应生产用高压蒸汽，其停电将使锅炉发生危险。又由于工厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。因此锅炉房供电要求具有较高的可靠性。6 工厂自然条件 （1）气象资料 年最高气温 40 度，年平均气温 25 度，年最低气温 -40 度，年最热月平均最高气温 35 度，年最热月平均气温 30 度，年最热月地下0.8m处平均温度 20 度，常年主导风向为南风，覆冰厚度 1.1 米，年雷暴日数 3 日。（2）地质水文资料 平均海拔 1500 m，地层以砂粘土为主，地下水位 2.8-5.3
6、 m。负荷计算及功率补偿一、 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
7、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。二、负荷计算的方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。本设计采用需要系数法确定。主要计算公式有： 有功功率： P30 = PeKd无功功率: Q30 = P30 tg视在功率: S3O = P30/Cos计算电流: I30 = S30/3UN 序号车间名称设备容量/kV计算负荷车间变电所代号变压器太数及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVA1电机修造车间2505609500788No.1车变1x10002机械加工车间886163258305No.2车变1x4003新品试制车间63422233640
8、3No.3车变1x5004原料车间514310183360No.4车变1x4005备件车间562199158254No.5车变1x3156锻造车间150365868No.6车变1x1007锅炉房269197172262No.7车变1x3158空压站322181159241No.8车变1x3159汽车站53302740No.9车变1x8010大线圈车间335187118221No.10车变1x25011半成品试验站365287464No.11车变1x50012成品实验站2290640480800No.12车变1x100013加压站2561631392141x25014设备处仓库338288444
9、1x50015成品试验站内大型集中负荷3600288023003686主要为高压整流装置，要求专线供电四、全厂负荷计算取Kp = 0.92; Kq = 0.95根据上表可算出：P30i = 6520kW; Q30i = 5463kvar则 P30 = KPP30i = 0.96520kW = 5999kWQ30 = KqQ30i = 0.955463kvar = 5190kvarS30 = (P302+Q302)1/2 7932KVAI30 = S30/3UN 94.5ACOS = P30/Q30 = 5999/7932 0.75五、功率补偿由于本设计中上级要求COS0.9,而由上面计算可知C
10、OS=0.751.5满足保护灵敏度的要求三、变压器的过负荷保护过负荷保护动作电流的整定IOP(OL) = 1.3I1N.T/Ki = 1.3104/40A = 3A动作时间取1015s四、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
11、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
12、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。变压器瓦斯保护动作后的故障分析变压器瓦斯保护动作后，可由蓄积于气体继电器内的气体性质来分析和判断故障的原因几处理要求，如下表： 二次回路操作电源和中央信号装置一、二次回路的操作电源二次回路操作电源是供高压断路器跳、合闸回路和继电保护装置、信号回路、监测系统及其它二次回路所需的电源。因此对操作电源的可靠性要求很高，容量要求足够大，尽可能不受供电系统运行的影响。二次回路操作电源，分直流和交流两大类。直流操作电源又有由蓄电池组供电的电源和由整流装置供电的两种。交流操作电源又由所用（站用）变压器
13、供电的由仪用互感器供电的两种。其中，蓄电池主要有铅酸蓄电池和镉镍蓄电池两种；整流电源主要有硅整流电容储能式和复式整流两种。而交流操作电源可分为电流源和电压源两种。采用镉镍蓄电池组作操作电源，除不受供电系统运行情况的影响、工作可靠外，还有大电流放电性能好，比功率大，机械强度高，使用寿命长，腐蚀性小，无需专用房间等优点，从而大大降低了投资等优点，因此在工厂供电系统这应用比较普遍。采用交流操作电源，可使二次回路大大简化，投资大大减少，工作可靠，维护方便，但是它不适于比较复杂的电路。二、中央信号装置中央信号装置是指装设在变配电所值班室或控制室的信号装置。中央信号装置包括事故信号和预告信号两种。中央信号
14、装置的要求是：在任一断路器事故跳闸时，能瞬时发出音响信号，并在控制屏上或配电装置有表示事故跳闸的具体断路器位置的灯光指示信号。事故音响信号通常采用电笛（蜂鸣器），应能手动或自动复归。中央事故信号装置按操作电源分，有直流操作的交流操作的两类。按事故音响信号的动作特性分，有不能重复动作的和能重复动作的两种。中央预告信号装置的要求是：当供电系统中发生故障和不正常工作状态但不需立即跳闸的情况时，应及时发出音响信号，并有显示故障性质和地点的指示信号（灯光或光字牌指示）。预告音响信号通常采用电铃，应能手动或自动复归。中央预告信号装置亦有直流操作的和交流操作的两种，同样有不能重复动作的和能重复动作的两种。电
15、测量仪表与绝缘监视装置一、电测量仪表为了监视供电系统一次设备（电力装置）的运行状态和计量一次系统消耗的电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行，工厂供电系统的电力装置中必须装设一定数量的电测量仪表按其用途分为常用测量仪表和电能计量仪表两类，前者是对一次电路的电力运行参数作经常测量、选择测量和记录用的仪表，后者是对一次电路进行供用电的技术经济考核分析和对电力用户用电量进行测量、计量的仪表，即各种电度表。供电系统变配电装置中各部分仪表的配置要求如下：1. 在工厂的电源进线上，或经供电部门同意的电能计量点，必须装设计费的有供电度表和无功电度表，而且宜采用全国统一标准的电能计量柜。为了解负荷
16、电流，进线上还应装设一只电流表。2. 变配电所的每段母线上，必须装设电压表测量电压。在中性点非有效接地的（即小接地电流的）系统中，各段母线上还应装设绝缘监视装置。如出线很少时，绝缘监视电压表可不装设。3. 35110/610KV的电力变压器，应装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电能表和无功电能表各一只，装在哪一侧视具体情况而定。 610/36KV的电力变压器，在其一侧装设电流表、有功和无功电度表各一只。610/0.4KV的电力变压器，在高压侧装设电流表和有功电度表各一只，如为单独经济核算单位的变压器，还应装设一只无功电度表。4. 310KV的配电线路，应装设电流表、有功和无功电度表各一只
17、。如不是送往单独经济核算单位时，可不装无功电度表。当线路负荷在5000KVA及以上时，可再装设一只有功功率表。5.380V的电源进线或变压器低压侧，各相应装一只电流表。如果变压器高压侧未安装设有功电度表一只。6.低压动力线路上，应安装一只电流表。低压照明线路及三相负荷不平衡率大于15%的线路上，应装设三只电流表分别测量三相电流。如需计量电能，一般应装设一只三相四线有功电度表。对负荷平衡的动力线路，可只装设一只单相有功电度表，实际电能按其计度的3倍计。7.并联电力电容器组的回路上，应装设三只电流表，分别测量三相电流，并应装设一只无功电度表。二、绝缘监视装置绝缘监视装置用于小接地电流的系统中，以便
18、及时发现单相接地故障，设法处理，以免故障发展为两相接地短路，造成停电事故。635KV系统的绝缘监视装置，可采用三相双绕组电压互感器和三只电压表，也可采用三个单相三绕组电压互感器或者一个三相五芯柱三绕组电压互感器。接成Y0的二次绕组，其中三只电压表均接各相的相电压。当一次电路其中一相发生接地故障时，电压互感器二次侧的对应相的电压表指零，其它两相的电压表读数则升高到线电压。由指零电压表的所在相即可得知该相发生了单相接地故障，但不能判明是哪一条线路发生了故障，因此这种绝缘监视装置是无选择性的，只适于出线不多的系统及作为有选择性的单相接地保护的一种辅助装置。防雷与接地一、防雷防雷设备防雷的设备主要有接
19、闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。防雷措施1. 架空线路的防雷措施（1）架设避雷线 这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66KV及以上的架空线路上才
20、沿全线装设。35KV的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设。而10KV及以下的线路上一般不装设避雷线。（2）提高线路本身的绝缘水平 在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10KV及以下架空线路防雷的基本措施。（3）利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 由于310KV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。（4）装设自动重合闸装置 线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ARD，使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。（5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器 对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。2.变配电所的防雷措施（1）装设避雷针 室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。