卞于奎,茍千里,謝利群,鄒貴勝,來文江
(中國聯(lián)合工程有限公司,浙江 杭州 310052)
變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分,與我們的日常的生產(chǎn)和生活密切相關。設計探討工業(yè)企業(yè)10kV變電所及低壓配電系統(tǒng)具有非常重要的現(xiàn)實意義。
1.1.1 整經(jīng)車間負荷計算
表1 整經(jīng)車間用電負荷統(tǒng)計
下同整經(jīng)機計算。
1.1.2 織機車間負荷計算
表2 織機車間用電負荷統(tǒng)計
1.1.3 涂布車間負荷計算
表3 涂布車間用電負荷統(tǒng)計
1.1.4 空氣壓縮機負荷計算
表4 空氣壓縮機用電負荷統(tǒng)計
1.1.5 辦公區(qū)負荷計算
1.1.6 職工食堂負荷計算
1.1.7 其他供電負荷計算
1.2.1 變電所總負荷和電流的初步計算
1.2.2 無功補償計算
根據(jù)供電公司要求,工廠用戶10kV側的功率因數(shù)不得低于0.9,本文設計考慮將功率因數(shù)補償?shù)?.93,采用低壓側集中并聯(lián)電容器補償。
1.3.1 變電所總負荷計算和電流補償容量計算
1.3.2 變壓器的選擇
根據(jù)《20kV及以下變電所設計規(guī)范GB50053-2013》規(guī)定,本項目方案有二級負荷101kVA,其他均為三級負荷,又因本項目有另一條來自供電公司0.4kV供電線路,二級負荷容量也滿足限制要求,所以本項目選擇1臺變壓器供電;在變壓器故障情況下,可切除三級負荷,使用供電公司0.4kV供電線路給二級負荷供電。
根據(jù)SN≥S30,S30′=841kVA,無功補償后計算負荷S30″=783kVA。變壓器長期工作負載率不大于85%,并考慮給未來5年預留20%擴展空間,783×1.2÷0.85=1105kV,變壓器選擇S11-M-1250/10 Dyn11型號的油浸式、全密封、無勵磁調壓、雙繞組型的配電變壓器。
1.3.3 考慮變壓器損耗后計算
額定容量SN:1250kVA;
額定電壓:10.5/0.4kV;
1.3.4 變壓器實際負荷計算
1.4.1 無功補償重新計算
1.4.2 無功補償設備選擇
根據(jù)補償容量選擇BSMJ0.4-30-3型自愈式并聯(lián)電容器,數(shù)量6只,共計180kVar,補償裝置接線位于低壓母線側。
電容柜:選擇GGD固定式低壓開關柜
1000(L)×800(D)×2200(H) 1個;
斷路器:NSX400N3/350 1只;
電流互感器:BH-0.66-40Ⅲ 4只;
儀表:METSEDM2350 1只;
無功功率自動補償控制器:JKL5C 1只;
中間繼電器:RXM2AB2P7 6只;
交流接觸器:LC1-D8011M7C 6只;
電容器:BSMJ0.4-30-3 6只。
主接線和低壓配電系統(tǒng)圖如圖1所示。
圖1 主接線和低壓配電系統(tǒng)圖
2.2.1 主接線方案分析
因為工廠附近只有1個10kV供電節(jié)點,在設計時也只選擇了1臺變壓器,高壓故障或檢修時二級負荷也可以由另一條來自供電公司0.4kV線路供電,所以本項目變壓器一次側主接線采用了無母線的單元接線方式。
2.2.2 低壓配電方案
變壓器二次側主接線采用了單母線接線方式。
2.3.1 10kV電源進線L1的選擇
供電點至變電所0.3km,電源進戶線選擇YJV-6/10kV交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜,變電所變壓器高壓側的計算負荷P30=728.7kW、Q30=283.6kVar、S30=782kVA。
在YJV-10kV-3*25直埋條件下,長期連接負載的允許載流量為140A。YJV-10kV-3*25中,r0取0.87Ω/km,x0取0.12Ω/km。
140A>55.73A,YJV(6/10kV)-3*25滿足發(fā)熱條件。由于電纜溝直埋不考慮機械強度要求,且δu<5%,故電纜滿足要求。
2.3.2 高壓房至變壓器電纜L3
高壓房至變壓器電纜L3與L1負載相同,也選擇YJV-10KV-3*25。
2.3.3 0.4kV電源進線L2的選擇
供電點至變電所電纜L2為0.5km,電源進戶線選擇YJV-0.6/1kV交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜,最大允許負荷為250kVA,Pc4=81kW,Qc4=60.8kVar,Sc4=101.25kVA。
在YJV-1KV-4*240直埋條件下,長期連接負載的允許載流量為408A。YJV-1KV-4*240中,r0取0.091Ω/km,x0取0.08Ω/km。
電纜選擇YJV-1KV-4*240,電流408A>361A,滿足發(fā)熱條件。由于電纜溝直埋不考慮機械強度要求,且δu<5%,故電纜滿足要求。
2.3.4 0.4kV出線L4的選擇
變壓器出線L4選擇YJV-0.6/1kV單芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜,負載P30′=722.68kW,Q30′=430.31kVar,S30′=841kVA,I30′=1227.8A。
YJV-1KV-4*300在空氣中時,長期連接負載的允許載流量為552A。
電纜采用三拼形式連接,三拼電流系數(shù)取0.8,IL4=552×3×0.8=1324A。
YJV-1KV-4*300中,r0取0.09Ω/km,x0取0.08Ω/km。(YJV-1KV-4*300)*3中,r0取0.03Ω/km,x0取0.027Ω/km,變壓器至配電柜為7m。
電纜選(YJV-1KV-4*300)*3,電流1324A>1228A,滿足發(fā)熱條件。由于橋架架空不考慮機械強度要求,且δu<5%,故電纜滿足要求。如果預算允許,變壓器的出線可直接選擇I-LINE V系列1600A母線槽。
2.3.5 至各區(qū)域導線的選擇
配電柜至各區(qū)域導線的計算電流見表5。配電柜至各區(qū)域導線的選擇見表6。
表5 配電柜至各區(qū)域導線計算電流
表6 配電柜至各區(qū)域導線選擇
當各區(qū)域電纜查表電流(詳見表6)>計算電流(詳見表5)時,滿足發(fā)熱條件。由于橋架架空不考慮機械強度要求,且δu<5%,故所有電纜都滿足要求。
3.1.1 電源供電
電源來自300米處園區(qū)變電所供電網(wǎng)絡,用YJV-10kV電纜給企業(yè)變電所供電
3.1.2 基準容量
圖2 短路電流計算圖
設定基準容量為Sj=100MVA。
3.1.3 計算基準電壓和電流
3.1.4 計算各元件阻抗的標幺值
3.1.5 電源點至短路點的總阻抗
3.1.6 沖擊電流及短路容量
3.2.1 高壓開關柜
選擇KYN28A-12型移開式交流開關柜3臺,尺寸為1000mm(L)×1500mm(D)×2300mm(H)。
3.2.2 10kV抽出式斷路器QF1
選擇ZN63A(VS1)-12系列戶內(nèi)斷路器:額定電壓12kV;額定電流630A;額定工頻耐受電壓有效值42kV;雷電沖擊耐受電壓75kV(峰值);額定峰值耐受電流40kA;額定短時耐受電流16kA(4s);機械壽命30000次。
3.2.3 10kV電流互感器TA1
TA11/12/13/14選擇LZZBJ9-10型電流互感器60/5,準確級為0.2/10P10,額定輸出為15/15VA,絕緣水平為12kV。
3.2.4 10kV電壓互感器TV1
FU1保護熔斷器型號為XRPN1-12/1A。TV1電壓互感器選擇JDZX11-10C型電壓互感器(五繞組)。
3.2.5 高壓側計量
預留位置由供電公司提供并安裝。
3.2.6 10kV避雷器F1
避雷器F1選擇HY5WS-17/50氧化鋅避雷器,避雷器額定電壓為17kV,大電流沖擊耐受為65kA。
3.3.1 低壓開關柜
選擇GGD固定式低壓開關柜1只,外形尺寸為1000(L)×800(D)×2200(H),防護等級為外殼IP40。
3.3.2 0.4kV進線斷路器QF2
QF2選擇Compact NSX400N Micrologic 2.3 400 A-4P 3D,極數(shù)為4P,額定電流為400A,額定絕緣電壓為800 V AC,額定沖擊耐受電壓為8kV,分斷能力為415 V/50kA。
3.3.3 0.4kV進線隔離開關QS2
QS2選擇ISFT630熔斷器式隔離開關,熔絲類型為DIN,熔絲NH3為361×1.6≈580A,額定負載電流為630A,額定絕緣電壓為800V AC,額定沖擊耐受電壓為8kV。
3.3.4 0.4kV電流互感器TA2
TA2選擇BH-0.66 50Ⅲ 400/5,準確級為0.5,額定輸出為10vA,穿心匝數(shù)為1。
3.3.5 低壓側計量
預留位置由供電公司提供并安裝。
3.3.6 0.4kV低壓避雷器F2
避雷器F2選擇HY1.5WS-0.50/2.6氧化鋅避雷器,避雷器額定電壓為0.5kV,大電流沖擊耐受為10kA,直流參考電壓(U1mA)≮1.2kV,雷電沖擊電流下殘壓≯2.6kV。
3.3.7 0.4kV進線柜儀表
選擇PM2225C電力參數(shù)測量儀,電能精度為1.0,具有全電力參數(shù)測量和多種報警功能。
3.4.1 低壓電源配電柜
(1)低壓配電柜
選擇GCS低壓抽出式開關柜1000(L)×800(D)×2200(H),外殼防護等級為IP40。
(2)低壓總斷路器QF3
QF3選擇Masterpac NT 12 H2 4P抽屜式斷路器+MICROLOGIC 2.0 FOR DRAWOUT控制單元。
極數(shù)為4P,頻率為50/60Hz,額定電流為1250A,額定絕緣電壓為1000VAC,額定沖擊耐受電壓為12kV,分斷能力在400VAC時為50kA,安裝類型為抽屜式,機械壽命為12500次,保護類型為過載保護(長延時)。
(3)電流互感器TA3
TA3選擇BH-0.66 60Ⅱ 1500/5,準確級為0.2,額定輸出為20VA,穿心匝數(shù)為1。
(4)綜合儀表
選擇PM2225C電力參數(shù)測量儀。
3.4.2 空氣壓縮機電源柜
(1)分配柜
選擇GGD固定式低壓開關柜,尺寸為1000(寬)×800(深)×2200(高),外殼防護等級為IP40。
(2)斷路器QF8
QF8a/QF8b選擇Compact NSX250N4200,極數(shù)為4P,頻率為50/60 Hz,額定電流為200A,額定絕緣電壓為800V AC,額定沖擊耐受電壓為8kV,分斷能力在415 V AC時為50kA,安裝類型為固定式,機械壽命為15000次。
(3)刀閘熔斷器QS8
QS8選擇ISFT250熔斷器式隔離開關,熔絲類型為DIN,熔絲NH1為154×1.6≈250A。
額定負載電流為250A,額定絕緣電壓為800V AC 50/60Hz,額定沖擊耐受電壓為8kV,額定工作電壓為400V,機械壽命為1000次。
(4)接觸器KM8
KM8a/KM8b選擇LC1D1700M7C+LA1-DN22C。
(5)電流互感器
TA8選擇BH-0.66 40Ⅲ 200/5,準確級為0.5,額定輸出為5VA,穿心匝數(shù)為1。
(6)儀表
選擇METSEDM2350三相數(shù)字電能表。
3.4.3 其他區(qū)域分配柜
分配柜選擇GGD固定式低壓開關柜,尺寸為1000(寬)*800(深)*2200(高)。
為了滿足江蘇樂福德新材料技術有限公司的搬遷需要,本公司為其設計了10KV企業(yè)變電所及低壓配電系統(tǒng)。本設計實例符合GB 50053-2013《20kV及以下變電所設計規(guī)范》規(guī)范要求,通過對此變電所及低壓配電系統(tǒng)的設計,為企業(yè)設計變電所提供了設計模板,具有一定的參考及實用價值。本設計可廣泛適用于大部分企業(yè)10kV及以下變電所及低壓配電系統(tǒng)的新建或搬遷工程。