毕业设计机械厂降压变电所的电气设计.doc

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作机械厂降压变电所的电气设计毕业设计毕业设计任务书班 级学生姓名指导教师设计题目机械厂降压变电所的电气设计主要研究内容要求根据机械厂所能取得的电源及工厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂的发展，按照安全可靠，技术先进，经济合理的要求，确定变电所的位置与形式，确定变电所主要变压器的台数与容量，类型。选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。主要技术指标或研究目标（1） 负荷计算和无功功率补偿（2） 变电所位置和形式的选择（3） 变电所主要变压器的台数与容量，类型的

2、选择（4） 工厂配电系统的确定（5） 变电所主要接线方案的设计（6） 短路电流的计算（7） 变电所一次设备的选择与校验（8） 变电所进出线的选择与校验（9） 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定（10） 防雷保护和接地方案的设计基本要求（1） 变电所主接线图一张（2） 变电所平、剖面图一张（3） 设计说明书（4） 元器件明细表一份（5） 设计说明书主要参考资料及文献1. 工厂供电使用手册 刘介才主编 中国电力出版社2. 电气工程师手册 机械工业出版社 摘要众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既

3、简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义

4、。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要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，就必须达到以下基本要求：（1）安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2）可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3）优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求（4） 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，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，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾

5、局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 关键词：降压变电所 变压器 工厂负荷 接线方案 防雷及接地保护 目录 摘要.21设计任务.51.1设计要求51.2设计依据51.2.1工厂总平面图.51.2.2工厂负荷情况51.2.3气象资料61.2.4地质水文资料61.2.5供电电源情况61.2.6电费制度及主要费用的计算7第一章 负荷和无功功率计算及补偿.8 1.1 负荷计算的目的、意义及原则.8 1.2 全厂负荷计算及方法.9 1.3无功功率补偿.10 1.3.1无功补偿的作用.11 1.3.2无功补偿装置的选择.11第二章 变电所位置和形式的选择.12 2.1 变电所位置的选择

6、.12 2.2 变电所形式的选择.13第三章变电所主变压器台数、容量类型的选择.15 3.1变压器的选择方案. 15 3.2主变压器数量及容量类型的确定.15第四章 变电所主接线方案的选择.16 4.1装设一台主变压器的主接线方案.16 4.2装设两台主变压器的主接线方案.17 4.3主接线方案的技术经济比较.17第五章 短路电流计算.18 5.1短路电流计算的目的及几点说明.18 5.2绘制计算电路及计算.19第六章 变电所一次设备的选择与校验.22 6.1电气设备选择的一般原则.22 6.2高低压电气设备的选择.22 6.2.一 高压侧一次设备的选择与校验.22 6.2.二 低压侧一次设备

7、的选择与校验.24 6.2.三 高低压母线的选择25第七章 变电所进出线与临时单位联络线的选择267.1 10kv高压进线和引入电缆的选择.267.2 380v低压出线的选择267.3作为备用电源的高压联络线的选择校验29第八章 变电所二次回路方案选择及继电保护的整定.30 8.1变电所二次回路的选择.30 8.2变电所继电保护装置.31 8.3装设电流速断保护.328.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置.32第九章防雷和接地装置的确定.33 9.1变电所的防雷设计.33 9.2 变电所公共接地装置的设计. .34 9.3元件明细表.35结束语.36 本设计将分九章，第一章讲述负荷和无功

8、功率计算及补偿，有了此基础，在第七章便讨论高、低压电力网导线型号及截面的选择，第二、三、四章便是变压器的选择，变电所主接线方案确定，变电所位置的确定，第五章为短路电流计算，并以此为基础，在第六章讨论变电所一次设备的选择与校验，然后第八章是变电所二次回路方案选择及继电保护的整定，第九章讲述防雷和接地装置的确定。1.设计任务1.1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，并适当考虑到工厂的发展，按照安全可靠，技术先进，经济合理的要求，确定变电所的位置与形式，确定变电所主要变压器的台数与容量，类型。选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置

9、，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。1.2设计依据：1.2.1工厂总平面图：1.2.2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。全厂负荷情况如1.1工厂负荷统计资料表所示：1.2.3气象资料 本场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-9，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0.8米处平均气温为25，当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20天。1.2.4地质水文资料 本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为1m。

10、1.2.5供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条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该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等腰三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级符合要求，可采用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80km，电缆线路总长度为25km。1.2.6电费制度 本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设

11、专用计量柜，按两部电费制缴纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元KVA，动力电费为0.9元KW.H，照明电费为0.5元KW.H。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门缴纳供电贴费：610VA为800KVA。由下面的经济指标表可以得知：电力变压器的综合投资为30.2万元，主变压器的折扣费=30.2*0.05=1.51万元，高压开关柜的折旧费=24万元*0.06=1.44万元，变配电的维修管理费=（30.2+24）万元*0.06=3.25万元（24万为高压开关柜的综合投资），因此计算主变压器和高压开关柜的折旧费和维修管理费= （1.51+

12、1.44+3.25）=6.2万元。 供电贴费：主变压器容量每KVA 为800元，供电贴费=1000 KVA*0.08万元/ KVA=80万元。月基本电费按主变压器容量计为18元/ KVA,故每年电费1000*18*12=21.6万元；由前面可知年最大负荷利用小时为4600h，故可求得：动力费用：2220kw*4600h*0.2元/kwh=204.24万元；照明费用：406kw*4600h*0.5元/kwh=92.69万元。 年用电总计约：21.6+204.24+92.69=318.53万元（不含供电贴费）。 第一章 负荷计算和无功功率补偿 1.1、 负荷计算的目的、意义及原则（1）供电系统要能

13、安全可靠地正常运行，其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因次，有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。（2）计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选的过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定的过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，同样会造成更大损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。（3）平均负荷为一段时

14、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。（4）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。（5）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。1.2、全厂负

15、荷计算表及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 机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量Pe/kw需要系数Kdcostan计算负荷P30/kwQ30/kwS30/kvaI30/A1铸造车间动力3000.30.71.029091.8照明60.81.004.80小计30694.891.81322012锻压车间动力3500.30.651.17105123照明80.71.005.60小计3581

16、10.61231652513热处理车间动力1500.60.80.759067.5照明50.81.0040小计1559467.54电镀车间动力2500.50.80.7512593.8照明50.81.0040小计25512993.81602445仓库动力200.40.80.7586照明10.81.000.80小计218.8610.716.26工具车间动力3600.30.61.33108144照明70.91.006.30367114.31441842807金工车间动力4000.20.651.178093.6照明100.81.0080小计8893.61281948锅炉房动力500.70.80.7535

17、26.3照明10.81.000.80小计5135.826.344.4679装配车间动力1800.30.71.025455.180.6122照明60.81.004.837.4小计18658.8010机修车间动力1800.20.651.173237.4照明40.81.003.20小计16435.237.451.47811生活区照明3500.70.90.48245117.6272413总计（380V侧）动力22201015.3856.1照明403计入Kep=0.8Keq=0.850.75812.2727.6109016561.3、无功功率补偿 由上表可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数是0.75

18、，而供电部门要求该厂10kv进线侧最大负荷时因数不应低于0.90.考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量： Qc=P30(tan1-tan2)=812.2tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)kvar=370kvar 选PGJ1型低压自动补偿屏（如图2.1所示），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台相组合，总共容量84kvar*5=420kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表所示：项目cos计算负荷P30

19、/kwQ30/kvarS30/kvaI30/A380v侧补偿前负荷0.75812.2727.610901656380v侧无功补偿容量-420380v侧补偿后负荷0.935812.2307.6868.51320主变压器功率损耗0.015S30=130.06S30=5210kv侧负荷计算0.92825.2359.6900521.3.1无功补偿的主要作用无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率耗损、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功补偿在电网中传输，相应减小了线路的电压损耗，提高了配

20、电网的电压质量。无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。集中补偿与分散补偿相结合，以分撒补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降压相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。无功补偿的主要作用具体体现在： 提高电压质量； 降低电能损耗； 提高发供电设备运行效率；减少用户电费支出。1.3.2无功功率补偿装置：一般用并联电容器的方法来进行功率补偿。第二章 变电所位置和形式的选择2.1变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较确定： 一、接近负荷中心； 二、进出线方便； 三、接近电源侧； 四、设备运输方便； 五、不应设在有剧烈振动或高温的场所

21、； 六、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧； 七、不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻； 八、不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定； 九、不应设在地势低洼和可能积水的场所。1、装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。2、多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠外

22、墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。3、高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所，当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁，并应按现行国家标准高层民用建筑设计防火规范有关规定，采取相应的防火措施。4、露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所： 一、有腐蚀性气体的场所； 二、挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁； 三、附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场； 四、容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。变电所的型式应根据用电负

23、荷的状况和周围环境情况确定，并应符合下列规定： 一、负荷较大的车间和站房，宜设附设变电所或半露天变电所； 二、负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间内变电所或组台式成套变电站； 三、高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站； 四、负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设独立变电所，有条件时也可设附设变电所或户外箱式变电站； 五、环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在315KVA及以下时，宜设杆上式或高台式变电所。带可燃性油的高压配电装置,宜装设在单独的高压配电室内。当高压开关柜的数量为6台及以下时，可与低压配电屏设置在同一房间内。不带

24、可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，可设置在同一房间内。具有符合IP3X防护等级外壳的不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，当环境允许时，可相互靠近布置在车间内。 。室内变电所的每台油量为100kg及以上的三相变压器，应设在单独的变压器室内。在同一配电室内单列布置高、低压配电装置时，当高压开关柜或低压配电屏顶面有裸露带电导体时，两者之间的净距不应小于2m；当高压开关柜和低压配电屏的顶面封闭外壳防护等级符合IP2X级时，两者可靠近布置。 有人值班的配电所，应设单独的值班室。当低压配电室兼作值班室时，低压配电室面积应适当增大。高压配电室与值班室应直通或经过通道相通，值班室

25、应有直接通向户外或通向走道的门。变电所宜单层布置。当采用双层布置时，变压器应设在底层。设于二层的配电室应设搬运设备的通道、平台或孔洞。高（低）压配电室内，宜留有适当数量配电装置的备用位置。高压配电装置的柜顶为裸母线分段时，两段母线分段处宜装设绝缘隔板，其高度不应小于0.3m。由同一配电所供给一级负荷用电时,母线分段处应设防火隔板或有门洞的隔墙。供给一级负荷用电的两路电缆不应通过同一电缆沟，当无法分开时，该电缆沟内的两路电缆应采用阻燃性电缆，且应分别敷设在电缆沟两侧的支架上。户外箱式变电站和组合式成套变电站的进出线宜采用电缆。配电所宜设辅助生产用房。2.2变电所的形式（类型）：（1） 车间附设变

26、电所（2） 车间内变电所（3） 露天（或半露天）变电所（4） 独立变电所（5） 杆上变电台（6） 地下变电所（7） 楼上变电所（8） 成套变电所（9） 移动式变电所我们的工厂是10kv以下，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。在工厂的平面图下侧和左侧，分别作一条直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，p1、p2、p3p10分别代表厂房1、2、310号的功率，设定p1、p2p10并设定p11为生活区的中心负荷，如图3-1所示。而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：把各车间的坐标带入（3-1） （3-2），得到x=5.38，y=

27、5.38.由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房的西北角。考虑到周围环境和进出线方便，决定在6号厂房的西侧仅靠厂房建造工厂变电所，器型为附设式。第三章 变电所主要变压器的台数与容量、类型的选择3.1根据工厂的负荷情况和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案： 2.类型 ：我们这里选S9-630/10或S9-1000/10（下一章具体介绍选哪一台比较好） 主变压器的联结组为Yyn0。第四章、变电所主接线方案的选择 根据上面考虑的两种主变压器方案可设计出下列两种主接线方案：4.1装设一台主变压器的主接线方案 如图4-1所示：4.2装设两台主变压器的主接线方案 如图4-2所示4

28、.3主接线方案的技术经济比较从上表可以看出，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优于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。第五章 短路电流的计算短路电流是供配电系统中的相间或相地之间因绝缘破坏而发生电气连通的故障状态。它的数值可达额定电流的十余倍至数十倍，而电路由常态变为短路的暂态工程中，还出现高达稳态短路电流1825倍的冲击电流。会对供配电系统造成严重的破坏。一、短路电流计算的目的及几点说明：在供配电系统中除应采取有效技术措施防止发生短路外，还应设置灵敏、可靠的继电保护装置和有足够断流能力的断

29、路器，快速切除短路回路，把短路危害抑制到最低限度。为此必须进行短路电流计算，以便正确选择和整定保护装置、选择限制短路电流的元件和开关设备。（1）由于民用建筑内所装置的元件，其容量远比系统容量要小，而阻抗则较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路时，系统母线上的电压变动很小，可认为电压维持不变。因此，在本次计算中，都是以上述的由无限大容量电力系统供电作为前提来进行计算的。（2）在计算高压电路中的短路电流时，只需考虑短路电流值有重大影响的电流元件如发电机、变压器、电抗器、架空线及电缆等。由于发电机、变压器、电抗器的电阻远小于本身电抗，因此可不考虑。但当架空线和电缆较长，使短路电流的总电阻大于总电抗1/

30、3时，需要计如电阻。（3）短路电流计算按金属性短路进行。（4）短路电流计算的符号含义：短路电流计算应求出最大短路电流值，以确定电气设备容量或额定参数；求出最小短路电流值，作为选择熔断器、整定继电保护装置和校验电动机启动的依据。（5）短路电流的计算方法有欧姆法和标幺制法。在此需要计算下列短路电流值：Id-三相短路电流周期分量有效值，KA；Sd-三相短路容量，MVAI-次暂态短路电流，既三相短路电流周期分量第一周的有效值，KA；I-三相短路电流稳态有效值，KA；Ic-三相短路电流第一周全电流有效值，KA；ic-三相短路冲击电流，既三相短路电流第一周全电流峰值，KA；I02-短路开始到02s时的三相

31、短路电流有效值，KA；S02-短路开始到02s时的三相短路容量，MVA；二、欧姆法计算短路电流1.绘制计算电路及计算2.确定短路计算基准值设基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud=Uc=1.05UN。UC为短路计算电压，即高压侧Ud1=10.5kv，Ud2=0.4kv，则3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值3.1电力系统3.2架空线路3.3电力变压器式中，Sn为变压器的额定容量 因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示4.k-1点的相关计算4.1总电抗标幺值4.2三相短路电流周期分量有效值4.3其它短路电流4.4三相短路容量5.k-2点的相关计算5.1总电抗标幺值5.2三相短路电流周期分量有效

32、值5.3其它短路电流5.4三相短路容量以上短路计算结果综合图表5-1所示 第六章 变电所一次设备的选择与校验6.1电气设备选择的一般原则电气设备选择的一般原则主要有以下几条：(1)按工作环境及正常工作条件选择电气设备。 1)根据设备所在位置(户内或户外)、使用环境和工作条件，选择电气设备型号。 2)按工作电压选择电气设备的额定电压。 3)按最大负荷电流选择电气设备的额定电流。电气设备的额定电流IN应不小于实际通过它的最大负荷电流Imax(或计算电 流Ij)，即 INImax 或INIj(71)(2)按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定。 为保证电气设备在短路故障时不至损坏，按最大可能的短路电

33、流校验电气设备的动稳定和热稳定。动稳定：电气设备在冲击短路屯流所产生的电动力作用下，电气设备不至损坏。热稳定：电气设备载流导体在最大隐态短路屯流作用下，其发热温度不超过载流导体短时的允许发热温度。(3)开关电器断流能力校验。断路器和熔断器等电气设备担负着可靠切断短路电流的任务，所以开关电器还必须校验断流能力，开关设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量.6.2高低压电气设备的选择一、高压侧一次设备的选择与校验6.2.1按工作电压选择6.2.2 设备的额定电流IN不应小于所在的电路计算电流I30，既INI306.2.3按断流能力选择6.2.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a）动稳定度校验