2022年某机械厂降压变电所电气一次课程设计书 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 任 务 书内容和要求：下：完成某机械厂 10/0.4kV 变电所电气一次部分设计,其要求如（1）厂内用电负荷情形见附表；（2）与系统接线情形： 10kV 2 回进线长度 2km,系统阻抗 0.5（Sb=100MVA Ub=37kV）；（3）变电所与各车间的距离分别为：机加工车间 400m；铸造车间 200m；铆焊车间 500m：电修车间 300m,其供电线路均采纳直埋敷设电缆方式 ；（4）地区自然条件：当地最高温度41.7 ,最热月平均最高温度 32.5 ,最低温度 -18.6 ,最热月地面下 0.8M 处土壤平均温度25.3 ；设计工作任务及工作量的要求：进行变电所电气主接线的设计、负荷运算、主要电气设备挑选（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线及配电 导线等）、各电压等级配电装置设计；同时,完成全厂供电系统总 接线图,详细为：1）变电所电气主接线的设计；2）指定车间线路的负荷运算及变压器的挑选；3）变电所中供应指定车间的电气设备挑选； 4）校验所挑选电气设备的短路稳固性；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 附表 某机械厂负荷分布情形表序号名称类别回路代号设备容量需要系数功率因数1 机 加动力回路 1 （KW ）0.7 0.95 104 2 工 车（ 一回路 2 82.5 0.2 0.5 间级 负回路 3 157.7 0.2 0.5 荷）回路 4 22.5 0.2 0.5 回路 5 38.6 0.2 0.5 回路 6 160 0.4 0.7 铸 造动 力车间（ 一回路 7 140 0.4 0.7 级 负180 0.4 0.7 回路 8 荷）3 铆 焊照明回路 9 8 前0.8 1 动力150 0.3 0.45 回路 10 4 车间照明回路 11 170 0.3 0.45 回路 12 7 0.8 1 电 修动力回路 13 150 0.3 0.5 车间照明回路 14 146 0.3 0.56 回路 15 10 0.8 1 言在国民经济高速进展的今日,电能的应用越来越广泛,生 产、科学、讨论、日常生活都对电能的供应提出更高的要求,因此确保良好的供电质量非常必要；本设计书留意理论联系实 际,理论学问力求全面、深化浅出和通俗易懂,实践技能留意 有用性,可操作性和有针对性,同时留意介绍和反映现代供配 电技术的新技术；本课程设计挑选进行了一个模拟的中小型工厂 10/0.4kV 、容 量为 1000kVA 的降压变电所,既含有高压供电部分又含有电力 变压器低压配电部分；本设计书论述了供配系统的整体功能和相关的技术学问,重 点介绍了工厂供配电系统的组成和部分；系统的设计和运算相名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 关系统的运行与治理,并依据工厂所能取得的电源及工厂用电负荷的实际情形,并适当考虑到工厂的进展,依据安全牢靠、技术先进、经济合理的要求,确定了变电所的位置与形式及变 电所至变压的台数与容量、类型及挑选变电所主接线方案及高 低设备与进出线；本设计书共分部分,包括：负荷运算和无功功率补偿、变电 所位置和形式挑选、变电所主变压器的台数、类型容量及主接 线方案的挑选、短路电流的运算、变电所一次设备的挑选与校 验、变电所电气主接线图；目 录 前言 第一章设计任务书 .1其次章 负荷运算和无功功率补偿第三章 变电所位置和形式的挑选 3 4 第四章 变电所主变压器和主结线方案的挑选 5 第五章 短路电流的运算 6 第六章 变电所一次设备的挑选校验 8 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第七章 变电所进出线的挑选校验 9 第八章 设计图样 13 附图 1 .14 附图 2 .15 第一章 一、设计任务书（一）设计题目 某机械厂降压变电所电气一次设计（二）设计要求 要求依据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情形,并考虑到工厂生产的进展,按 照安全牢靠、技术先进、经济合理的要求,确定变电所的位置与型式,确定变电所主变压 器的台数与容量、类型,挑选变电所主结线及高低压设备和进出线,最终按要求写出设计 说明书,绘出设计图样；（三）设计依据1.工厂总平面图名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 生活区的 10负荷中心桥河 流工厂生活区大街 后厂门厂区厂门 北大街邻厂 公共电源干线 比例 1:2000 某机械厂总平面图2.工厂负荷情形：本厂多数车间为两班制,年最大负荷利用小时为 5000h,日最大负荷连续时间为 8h；该厂筹造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外,其余均属三级负荷；低压动力设备均为三相,额定电压为 220V ；3.供电电源情形：380V ；电气照明及家用电器均为单相,额定电压为依据工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定,本厂可由邻近一条 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（附图1-4）； 该干线的导线品牌号为 LGJ-185, 导线为等边三角形排列,线距为 2.0m；干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约 10km.干线首端所装设的高压断路器断流容量为 500MW A,此断路器配备有定时限过电流爱护和电流速断爱护,定时限过电流爱护整定的动作时间为 1.2s；为满意工厂二级负荷的要求,可采纳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100km,电缆线路长度为25km ；表 1 工厂负荷统计资料名师归纳总结 厂房编厂房负荷类设备容量需用系数功率因数第 5 页,共 17 页号名称别/kw 1 铸造动力400 0.4 0.70 车间照明10 0.8 1.00 2 锻造动力300 0.2 0.65 车间照明10 0.8 1.00 3 金工动力350 0.2 0.65 车间照明10 0.7 1.00 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 4 工具动力380 0.2 0.60 车间照明10 0.8 1.00 5 电镀动力260 0.5 0.80 车间照明7 0.7 1.00 6 热处动力200 0.5 0.75 理室照明8 0.7 1.00 7 装配动力150 0.4 0.70 车间照明5 0.8 1.00 8 机修动力150 0.3 0.60 车间照明4 0.7 1.00 9 锅炉动力80 0.7 0.8 房照明1 0.9 1.00 10 仓库动力25 0.4 0.80 照明1 0.9 1.00 11 生活动力300 0.8 1.00 区4.气象条件：本厂所在地区的年最高气温为 38,年平均气温为 23,年最低气温为-8,年最热月平均最高气温为 33,年最热月平均气温为 26,年最热月地下 0.8m 处的平均温度为25；当地主导风向为东北向风,年暴日数为 20；5.地质水文条件：本厂所在的地区平均海拔500m；地层以砂粘土（土质）为主；地下水位为4m；6.电费制度：本厂与当地供电部门达成协议,在本厂变电所高压侧计量电能,设专用计量柜,按两部电费交电费；每月基本电费按主变压器容量计为 20 元/KV A,动力电费为 0.3 元/kwh,照明（含家电）电费为 0.5 元/kwh ；工厂最大负荷时的功率因数不得低于 0.95.此外,电力用户需按新装变压器容量运算,一次性地向供电部门交供电贴费：（四）设计任务 要求在规定时间内独立完成以下工作量：1、 设计说明书 1 份,需包括：1） 封面及目录 2） 前言及确定了赋值参数的设计任务书 3） 负荷运算和无功功率补偿 4） 变电所位置和型式的挑选610KV 为 800 元/KV A ；5） 变电所主变压器台数、容量、类型及主结线方案的挑选 6） 短路电流的运算 7） 变电所一次设备的挑选与校验 8） 变电所高、低压进出线的挑选与效验 9） 附录及参考文献 10）设计收成和体会 2、 设计图纸 1 份 变电所主结线图 1 张（ 3 号图纸）（五）设计时间名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其次章一负荷运算和无功功率补偿1. 负荷运算个厂房和生活区的负荷运算如表 1 所示表 2 某机械厂负荷运算表编号名称类别设备容需要系costan P30/Kw 运算负荷I 30/A 量数Q30/Kw S30/KVA 1 铸造车 间动力400 0.4 0.7 1.02 160 163.2 - - 照明10 0.8 1 0 8 0 - - 小计410 - 168 163.2 234 356 2 锻压车 间动力300 0.2 0.65 1.17 60 70.15 - - 照明10 0.8 1 0 8 0 - - 小计310 - 68 70.15 97.7 149 3 金工车 间动力350 0.2 0.65 1.17 70 81.83 - - 照明10 0.7 1 0 7 0 - - 小计360 - 77 81.83 112 170 4 工具车 间动力380 0.2 0.6 1.33 76 101.33 - - 照明8 0.8 1 0 6.4 0 - - 小计388 - 82.4 101.33 131 199 5 电镀车 间动力260 0.5 0.8 0.75 130 97.5 - - 照明7 0.7 1 0 4.9 0 - - 小计267 - 134.9 97.5 166 253 6 热处理 室动力200 0.5 0.75 0.78 100 78 - - 照明8 0.7 1 0 5.6 0 - - 小计208 - 105.6 78 131 199 7 装配车 间动力150 0.4 0.7 1.02 60 61.2 - - 照明5 0.8 1 0 4 0 - - 小计155 - 64 61.2 88.6 135 8 机修车动力150 0.3 0.6 1.33 45 60 - - 间照明4 0.7 1 0 2.8 0 - - 9 锅炉房小计154 - 47.8 60 76.7 117 0.8 0.75 动力80 0.7 56 42 - - 照明1 0.9 1 0 0.9 0 - - 10 仓库小计81 - 0.8 0.75 56.9 42 70.7 108 动力25 0.4 10 7.5 - - 照明1 0.9 1 0 0.9 0 - - 11 生活区小计26 - 1 0 10.9 7.5 13.2 20 照明300 0.8 240 0 240 365 总计 380V 侧 动力2295 0.79 1055.5 762.71 - - 照明364 897.18 686.44 1129.66 1718.38 计入 K p=0.85 K q=0.9 名师归纳总结 2.无功功率补偿第 7 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 由表 2 可知,该厂 380 侧最大负荷是的功率因数只有 求该厂 10KV 进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.75；而供电部门要 0.95；考虑到主变电器的无功损耗远大于有功损耗,因此 380V 侧最大负荷时功率因数应稍大于0.95,暂取 0.92来运算 380V 侧所需无功功率补偿容量：Qc=P30tan 1-tan 2=897.18tanarccos0.79-tanarccos0.97=471 kvar 参照图,选 PGJ1 型低压自动补偿屏,并联电容器为BW0.4-14-3 型,采纳其方案 2（主屏） 1 台与方案 3（辅屏 -）6 台相组合,总共容量 84kvar× 6=504kvar；因此无功功率补偿后工厂380V 侧和 10KV 侧的负荷运算如表所示工程cosP30/KW 897.18 运算负荷S30/KVA 1129.66 I30/A 1718.38 Q30/kvar 686.44 380V 侧补偿前负0.79 荷0.98 897.18 -504 915.54 1392.67 380V 侧无功补偿容量182.44 380V 侧补偿后负荷主变压器功率损0.015S30=14.04 0.06S30=56.16 耗0.97 911.22 238.6 941.94 54.45 10KV 侧负荷总计第三章二变电所位置和型式的挑选变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心；工厂的负荷中心按功率矩法来确定,运算公式为 x= P1x1+P2x2+P3x3+ / P1+P2+P3+ ） =PiXi/Pi,y=（ P1y1+P2y2+P3y3 ） / P1+P2+P3+ =PiYi/Pi ；运算： x=4.22 y=3.97 由运算结果可知,工厂的负荷中心在 便进出线,周边环境及交通情形,打算在 电所,其形式为附设式；2,3,5,6 号车间之间；考虑到方 5 号车间的西侧仅靠车间修建工厂变第四章（三）变电所主变压器和主结线方案的挑选1. 变电所主变压器的挑选依据工厂的负荷性质和电源情形,工厂变电所的主变压器可有以下两种方案：（1）装设一台主变压器 型式采纳 S9,而容量依据式 SN*TS30,选SN*T=1000KVA>S30=906.05A,即选一台 S9-1000/10 型低损耗配电变压器；至于工厂二级负荷的备用电源,由与邻近单位相联的高压联络线来承担；（2）装设两台主变压器型号亦采纳S9,二每台容量按式SN*T0.6-0.7S30和 SN*TS30+ ,即SN*T（ 0.6-0.7 ）906.05VA=（543.63-634.235 ）KVA 名师归纳总结 而且 SN*TS30+=234+166+70.7KVA=470.7KVA 第 8 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 因此选两台 S9-630/10 型低损耗配电变压器；工厂二级负荷的备用电源亦由与 邻近单位相联的高压联络线来承担；主变压器的联结组别均采纳 Yyn02 变电所主结线方案的挑选 线方案：按上面考虑的两种主变压器的方案可设计以下两种主结（1）装设一台主变压器的主结线方案如下列图 见附图 1 （2）装设两台主变压器的主结线方案如下列图 见附图 2 （3）两种主结线方案的运算经济比较表表表 11-6 两种主结线方案的比较技 术比较工程装设一台主变的方案（图11-5）装 设 两 台 主 变 的 方 案（图 11-6）供电安全性满意要求满意要求供电牢靠性基本满意要求满意要求供电质量由于一台主变,电压损耗略大由于两台主变并列,电指 标压损耗略小敏捷便利性只一台主变,敏捷性稍差由于有两台主变,敏捷性较好扩建适应性稍差一些更好一些由表 2-8 查得 S9-630 单由表 2-8 查得 S9-1000 单价为 10.76价为 7.47 万元,因此两经 济 指 标电力变压器的综万元,而由表4-1 查得变压器综合台综合投资为4*7.47 万合投资额投资约为其单价的2 倍,因此其投元=29.88 万元,比1 台高压开关柜的综资为 2*10.76 万元 =21.52 万元主变方案多投资8.36 万元查表 4-10 得 GG-1A （F）型柜按每本方案采纳6 台 GG1AF 柜,其综合投资约台 3.5 万元计,查表4-1 得其综合为 6*1.5*3.5万 元 =31.5合投资额投资按设备价1.5 倍计,因此其综万元,比1 台主变的方合投资约为4*1.5*3.5 万元 =21 万元案多投资 10.5 万元电力变压器和高参照表4-2 运算,主变和高压开关主变和高压开关柜的折旧费和修理治理费每年压开关柜的年运柜 的 折 旧 和 维 修 管 理 费 每 年 为为 7.067 万元,比1 台主行费4.893 万元变的方案多耗2.174 万元交供电部门的一按800元 /KVA计 , 贴 费 为贴费为2*630*0.08万元=100.8 万元,比1 台主次性供电贴费1000*0.08 万元 =80 万元变的方案多交20.8 万元从上表可以看出,按技术指标,装设两台主变的主结线方案（图）略优于装设一台主变的主结线方案（图）,但按经济指标,就装设一台主变的方案（图）远优于装 设两台主变的方案（图）,因此打算采纳装设一台主变的方案（图）；（说明：如 果工厂负荷近期可有较大增长的话,就宜采纳装设两台主变的方案；）第五章 四 短路电流的运算名师归纳总结 1.绘制计算电路第 9 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1500MVA23 系统2.确定基准值 设 Sd=100MV A,Ud=U c,即高压侧 U d1=10.5KV ,低压侧 U d2=0.4KV ,就I d 13 SU dd 2 1003 10 MVA5. kv 5 5. kAS d 100 MVAI d 23 U d 2 3 0 . 4 kv 144 kA3. 运算短路电路中各元件的电抗标幺值1 电力系统kA名师归纳总结 X*100 MVA/500 MVA0 2.10km,故第 10 页,共 17 页1（2）架空线路查表 8-36,得 LGJ-185 的 x0=0.35/km ,而线路长X*0. 3510100MVA23 .22 10.5 KV（3）电力变压器查表 2-8,得 UZ%=4.5, 故X*4.5100MVA4.531001000KVA因此绘等效电路图,如图11-8 所示- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 4. 运算 k-l 点 10.5kv 侧 的短路总电抗及三相短路电流和短路容量 1 总电抗标幺值X*k1X*X*.023 . 23 . 412（2）三相短路电流周期重量有效值I3 Id 1X* k15.5 kA4.31 . 62 kAk1其他短路电流I3I3II31 .62kAk1i32. 5534. 1 kAI31.51 I32 .45KAsh（4）三相短路容量 S k3 S dX*k1 100 MVA.3 231 . 25 MVA15. 运算 k-2 点0.4KV 侧的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值X*k2X 1 *X 2 *X*2.0.3 25.49.73（2）三相短路电流周期重量有效值I3Id2X*k2144 kA7 . 918 . 2 kAk2（3）其它短路电流名师归纳总结 I 3I 3I 3 18 2. kA第 11 页,共 17 页k2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - i3.1 84 I3 .1 8418 . 2 kA33 . 5 kAshI3.1 09 I3.10918 2. kA19 . 8 kAsh（4）三相短路容量 S k3S dX*k212 . 7 MVA11-7 所示 . 2以上运算结果综合如表表 11-7 短路运算结果短路运算点三相短路电流 /KA i3I3三相短路容量 /MVA I3I（3）I3 S k3Kshihk-1 1.62 1.62 1.62 4.13 2.45 31.25 k-2 18.2 18.2 18.2 33.5 19.8 12.7 第六章五变电所一次设备的挑选校验1.10KV 侧一次设备的挑选校验（表 11-8）表 11-8 10kv 侧一次设备的挑选校验挑选校验工程电压电流T断 流 能动稳固度热 稳其装 置 地 点参数UN I30 力i sh 定度他Ik （3）I条件数据10KV 53.7I1N·1.62KA4.13KA3.4一 次 设 备 型 号 规额定参数 高 压 真 空UNINIOCimaxItt 10KV630A8KA20KA128断路器10KV200A-25.5KA500SN10-10I/630 高 压 隔 离格开 关GN 8-10KV0.5A50KA- - 10/200 高 压 熔 断器 RN2-10 电 压 互 感10/0.1KV- - - - 器 JDJ-10 电 压 互 感10 3/0.1/0 .1KV - - - - 二器 JDZJ-10 33100/5A - 255 ×281 电 流 互 感10KV 器 LQJ-10 次× 0.1 负KA=31.8kA 荷0.6 避雷器10KV - - - - FS4-10 15KV 200A - 户 外 式 高压 隔 离 开名师归纳总结 关GW4-第 12 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 15G/200 2、 380 侧一次设备的挑选校验（表 11-9）表 11-9 380 侧一次设备的挑选校验挑选校验工程电压电流断流能- 动稳固热稳固其他装置地点条件参数U N I30 力度度 kI3 3I32timaish数据380KV1378.25A18.2KA33.5KA231.8额定参数UNINIOCimax2 I tt低压断路器380V1500A40KADW15-1500/3 电380V630A一般一 次 设 备 型 号 规 格动低压断路器 DZ20-630 低压断路器 DZ20-200 低压到开关 HD13-1500/30 380V200A30KA一般25KA380V1500A电流互感器500V 1500/5A - LMZJ1-0.5 500V 160/5A - 电流互感器LMZ1-0.5 100/5A 表 11-9 所选设备均满意要求3.高低压母线的挑选 参照表 5-25,10KV 母线选 LMY 3（40× 4）,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 ,中性母线尺寸为 80mm× 6mm；第七章（六）变电所进出线和与接近单位联络线的挑选110KV 高压进线和引入电缆的挑选（1）10KV 高压进线的挑选校验采纳 LJ 型铜绞线架空敷设,接往10KV 公用干线；LGJ-1 按发热条件挑选；由I30=I 1N·T=53.7A 及室外环境温度38,查表8-36,初选185,其 38时的 Ial 416AI30,满意发热条件；2 校验机械强度；查表8-33,最小答应截面Amin=25mm 2,因此LGJ-185 满意机械强度要求,故改选LJ-35 ；由于此线路很短,不需要校验电压损耗；（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的挑选校验 缘的铜芯电缆直接埋地敷设；采纳 YJL22-10000 型交联聚乙烯绝mm1）按发热条件挑选；由 I 30=I 1N·T=53.7A 及土壤温度2 的交联电缆,其 Ial=90A I30,满意发热条件；25查表8-43,初选缆芯为25 2校验短路热稳固；按式（5-40）运算满意短路热稳固的最小截面A minI3tima19600 . 752 mm2 22 mmA2 25 mm式中的 C 值由表5-12C77查得；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 因此 YJL22-10000-3 × 25 电缆满意要求；2.380V 低压出线挑选1馈电给 1 号厂房 铸造车间 的线路采纳 敷设；VV22-1000 型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地1按发热条件挑选；由 I30=356A 及地下 0.8m 土壤温度为 25,查表 8-42,初选240mm 2,其 Ial=319A I 30,满意发热条件；（留意：如当地土壤温度不为 25,就其 Ial应乘以表 8-44 的修正系数；）2校验电压损耗；由图 11-3 所示平面图量得变电所至41 查得 240mm 2的铜芯电缆的 R0=0.1/km按缆芯工作温度厂房的 P30=160kw,Q 30=163.2kvar,因此按式 8-13 得；1 号厂房距离约50m,而由表8-75计 ,X 0=0.07/km,又 1 号U160kw0.10.05 01632.kvar0 .070. 051.94v. 38kvU% 1 . 94/380 v100 %1 . 3 %Ual%5 %满意答应电压损耗5%的要求；3短路热稳固度校验；按式5-40求满意短路热稳固度的最小截面A minI3t ima18200.0652 mm194 .2 0 mmC76式中 tima变电所高压侧过电流爱护动作时间按 器断路时间 0.1 秒,再加 0.05 秒参看式 5-33；0.5 秒整定 终端变电所 ,再加上断路由于前面所选 120mm 2的缆芯截面小于 A min,不满意短路热稳固度要求,因此改选缆芯150mm 2 的聚氯乙烯电缆,即 VV22-1000-3 × 240+1× 120 的四芯电缆 中性线芯按不小于相线芯一半挑选,下同 ；2馈电给 2 号厂房 锻压车间 的线路亦采纳 VV22-1000 聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设； 方法同上,从略缆芯截面选240mm2,即 VV22-1000-3 × 240+1× 120 的四芯电缆；3馈点给 3 号厂房 热处理车间 的线路 敷设； 方法同前,从略 缆芯缆芯截面选缆；亦采纳 VV22-1000 聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋 240mm 2,即 VV22-1000-3 × 240+1× 120 的四芯电4馈电给 4 号厂房 仓库 的线路 由于就在变电所旁边,而且共一建筑物,因此采纳聚氯乙烯绝缘铜芯导线 BLV-1000 型见表 8-295 根 3 根相线、一根中性线、一根爱护线 穿硬塑料管埋地敷设；1按发热条件挑选；由 I 30=199A 及环境温度 年最热平均气温 26,查表 8-40,相线截面初选 120mm 2,其 Ial215A I30,满意发热条件；按规定,中性线和爱护线也选为 120mm 2,与相线截面相同,即选用 BLV-1000-1 ×120mm 2 塑料导线 5 根穿内径 25mm 的硬塑料管；2校验机械强度；查表 8-34,最小答应截面 A min=1.0mm 2因此上面所选 120mm 2的