某某机械厂降压变电所电气设计.docx

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1、最好的沉淀整理目录一、绪论1二、负荷计算和无功功率补偿4三、变电所位置和型式的选择8四、变电所主变压器台数和容量、类型的选择9五、变电所主结线方案的设计10六、短路电流的计算13七、变电所一次设备的选择与校验15八、变电所进出线的选择与校验18九、变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定24十、防雷保护和接地装置的设计27十一、总结28附录：变电所主结线图29参考书目2931一、绪论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，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线

2、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，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。1.2 工厂供电的意义和目的工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。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。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。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。由于能源

3、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。1.3 工厂供电的目的（1）通过该厂变电所的设计培养学生综合运用所学的基础理论知识，基于技能和专业知识进行分析和解决实际问题的能力。(2) 掌握中小型工厂供电系统设计计算和运行维护所必须的基本理论和基本技能。(3) 掌握供配电设计的基本原则和方法，深刻理解“安全，可靠，优质，经济”的设计要求，为今后从事工厂供配电技术奠定一定的基础。1.4 工厂总平面图 工厂平面图1.4.1 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 400

4、0h，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。低压动力设备均为三相，额定电压为 380V。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为 220V。本厂的负荷统计资料如下表所示。厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力3000.30.70照明60.81.02锻压车间动力3500.30.65照明80.71.07金工车间动力4000.20.65照明100.81.06工具车间动力3600.30.60照明70.91.04电镀车间动力2500.50.80照明50.81.03热处理车间动力1500.60.80照明50.81.09装配车

5、间动力1800.30.70照明60.81.010机修车间动力1600.20.65照明40.81.08锅炉房动力500.70.80照明10.81.05仓库动力200.40.80照明10.81.0生活区照明3500.70.90工厂负荷统计资料1.4.2 供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，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。该干线的导线型号为LGJ-120，导线为等边三角形排列，线距为1.22m；干线首端距离本厂约7km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为 350MVA。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

6、保护整定的动作时间为 1.6s。为满足贯彻二级负荷要求，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 22km。1.4.3 气象资料 本厂所在地区的年最高气温为 36，年平均气温为 22，年最低气温为-11，年最热月平均最高气温为 31，年最热月平均气温为 26，年最热月地下 0.8m 处平均温度为26。当地主导风向为西北风，年雷暴日数为 33。1.4.4 地质水文资料 本厂所在地区平均海拔 620m，地层以黄土为主，地下水位为 3.2m。1.4.5 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，设专用计量

7、柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为 18 元/kVA，动力电费为 0.20 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 0.93。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：610VA 为 800/kVA二、负荷计算和无功功率补偿2.1 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） P30 = KdPe ， Kd 为系数b) 无功计算负荷（单位为 kvar）Q30 = P30 tanjc) 视在计算负荷（单位为 kvA）S30 =P30cosj3U Nd) 计算电流（单位为 A） I30 =S

8、30, U N为用电设备的额定电压（单位为 KV）2.2 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）P30 = K p P30i式中 P30i 是所有设备组有功计算负荷 P30 之和， K p 是有功负荷同时系数，可取 0.850.95b) 无功计算负荷（单位为 kvar）Q30 = K q Q30i ， Q30i 是所有设备无功Q30 之和； Kq 是无功负荷同时系数，可取 0.90.97P 2 + Q 23030c) 视在计算负荷（单位为 kvA）S30 =3U Nd)计算电流（单位为 A）I30 =S30经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表所示（额定电压取

9、 380V）各厂房和生活区的负荷计算表编号名称类别设备容量 Pe /kW需要系数Kdcosjtanj计算负荷P30 /kWQ30 /kvarS30 /kVAI30 /A1铸造车间动力30003071.029091.8照明6081004.80小计30694.891.81322012锻压车间动力350030651.17105123照明8071005.60小计358110.61231652517金工车间动力400020651.178093.6照明100810080小计4108893.61281946工具车间动力36003061.33108144照明7091006.30小计367114.3144184

10、2804电镀车间动力25005080.7512593.8照明50810040小计25512993.81602443热处理车间动力15006080.759067.5照明50810040小计1559467.51161769装配车间动力18003071.025455.1照明6081004.80小计18658.855.180.612210机修车间动力160020651.173237.4照明4081003.20小计16435.237.451.4788锅炉车间动力5007080.753526.3照明1081000.80小计5135.826.344.4675仓库动力2004080.7586照明1081000

11、.80小计218.8610.716.211生活区照明3500.70.90.48245117.6272413总计动力22201015.3856.1照明403计入 K p =0.8, Kq =0.850.75812.2727.6109016562.3 无功功率补偿 无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点， 因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。由表可知，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 0.93。考虑到主变压器的无功

12、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：QC = P30 (tanj1 - tanj2 )=812.2tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) = 370 kvarP 2 + Q 23030参照图 2，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，总共容量为 84kvar 5=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Q3030 =（727.6-420）kv

13、ar=307.6 kvar，视在功率S =868.5 kVA，计S P30算电流 I = 30 =1320 A,功率因数提高为 cosj=0.935。S3U30N30在无功补偿前，该变电所主变压器 T 的容量为应选为 1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器 T 的容量选为 1000kVA 的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂 380V 侧和10kV 侧的负荷计算如表所示。主屏辅屏CCC1#方案6支路2#方案8支路3#方案6支路4#方案8支路PGJ1 型低压无功功率自动

14、补偿屏的接线方案无功补偿后工厂的计算负荷项目cosj计算负荷P30 /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0.015 S30 =130.06 S30 =5210KV 侧负荷计算0.92825.2359.690052三、 变电所位置与型式的选择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 x 轴和 y 轴，然后测出各车间（建筑）和

15、宿舍区负荷点的坐标位置， P1 、 P2 、 P3 L P10 分别代表厂房1、2、3.10 号的功率，设定 P1 （1.3，5.3）、 P2 （1.3，3.6）、 P3 （3.4，5.3）、P4 （3.4，3.6）、 P5 （4.2，1.8）、 P6 （6.7，6.5）、 P7 （6.7，4.8）、 P8 （6.7，3.1）、 P9 （6.7，1.4）、 P10 （9.5，4.8），并设 P11 （0.7，0.3）为生活区的中心负荷。而工厂的负荷中心假设在 P( x , y ),其中 P= P1 + P2 + P3 L + P11 = SPi 。因此仿照力学中计算中心的力矩方程，可得负荷中心

16、的坐标：x = P1 x1 + P2 x2 + P3 x3 +L P11 x11 P1 + P2 + P3 +L P11= (Pi xi ) Pi（3-1）y = P1 y1 + P2 y2 + P3 y3 +L P11 y11 P1 + P2 + P3 +L P11= (Pi yi ) Pi（3-2）把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到 x =3.63， y =3.43 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在 6 号厂房（工具车间）的西北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在 6 号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。按负荷功率矩法确定负荷中心四、变电所主变压器台数和容量

17、、类型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：a) 装设一台变压器型号为 S9 型，而容量根据式S N T S30 ， SN T 为主变压器容量， S30 为总的计算负荷。选SN T =1000 KVA S30 =900KVA，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。b) 装设两台变压器 型号为 S9 型，而每台变压器容量根据式（4-1）、（4-2）选择，即SN TSN T (0.6 0.7) 900KVA=（540-630）KVA（4-1） S30(C) =(132+

18、160+44.4) KVA=336.4 KVA（4-2）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 。五、变电所主结线方案的设计5.1 装设一台主变压器的主接线方案FS4-10GW 口-10GG-1A(J)-03GG-1A(F)-07GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54Y0Y0联络线（备用电源）S9-100010/0.4kV220/380V10kVGG- 1A(F)-07GG- 1A(F)-54GG- 1A(J)-03GG- 1A(F)-07高压柜列主变联络（备用）装设一台主变压器

19、的主接线方案5.2 装设两台主变压器的主接线方案FS4-1010kVGW 口-10GG-1A(F)-113、11GG-1A(J)-01GG-1A(F)-54GG-1A(F)-96GG-1A(F)-07YY0S90-630 10/0.4kVS9-630 10/0.4kV联络线（备用电源）220/380VGG- 1A(F)-07GG- 1A(F)-96GG- 1A(J)-01GG- 1A(F)-11GG- 1A(F)-113高压柜列GG- 1A(F)-54主主联 络 变变（备用）装设两台主变压器的主接线方案5.3 主接线方案的技术经济比较 主接线方案的技术经济比较比较项目装设一台主变的方案装设两台

20、主变的方案技供电安全性满足要求满足要求术指标供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗较小灵活方便性只有一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额查得 S9-1000/10 的单价为15.1 万元，而变压器综合投资约为其单价的 2 倍，因此综合投资约为 2*15.1=30.2 万元查得S9-630/10 的单价为10.5 万元，因此两台变压器的综合投资约为 4*10.5=42 万元，比一台主变方案多投资 11.8 万元高压开关柜（含计量柜） 的综合投资额查得 GG-1A(F)型柜可按每台

21、 4 万元计，其综合投资可按设备的 1.5 倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4*1.5*4=24 万元本方案采用 6 台 GG-1A(F)柜，其综合投资约为 6*1.5*4=36 万元， 比一台主变方案多投资 12 万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变的折旧费=30.2 万元*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。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）=6.2 万元主变的折旧费=42 万元*0.05=2.1 万元；高压开关柜的折旧费=36 万

22、元*0.06=2.16 万元；变配电的维修管理费=（42+36）万元*0.06=4.68 万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（2.1+2.16+4.68）=8.94 万元，比一台主变方案多投资 2.74 万元供电贴费主变容量每 KVA 为 800 元，供电贴费=1000KVA*0.08 万元/KVA=80 万元供电贴费=2*630KVA*0.08 万元=100.8 万元，比一台主变多交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，因此决定采用装设一台主变的主接

23、线方案。六、短路电流的计算6.1 绘制计算电路(1)350MVA(2)K-1(3)K-2系统LGJ-120,7km10.5kVS9-1000 0.4kV 短路计算电路6.2 确定短路计算基准值设基准容量Sd =100MVA，基准电压U d =Uc =1.05U N ，Uc 为短路计算电压，即高压侧Ud1 =10.5kV，低压侧Ud 2 =0.4kV，则3U d1SdI d1 =3U d 2I=Sd= 5.5kA100MVA3 10.5kV100MVA3 0.4kV= 144kAd 26.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值6.3.1 电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量Soc =350MV

24、A，故1X * =100MVA/350MVA=0.3 6.3.2 架空线路查表得 LGJ-120 的线路电抗 x0 = 0.35W / km ，而线路长 7km，故 X * = x l Sd= (0.35 7)W 100MVA= 2.2U202c(10.5kV )26.3.3 电力变压器查表得变压器的短路电压百分值Uk % =4.5，故X * = Uk %Sd= 4.5 100MVA =4.5 N3100S1001000kVA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所示10.322.2k-134.5k-2 短路计算等效电路6.4 k-1 点（10.5kV 侧）的相关计算6.

25、4.1 总 电 抗 标 幺 值 X *= X * + X * =0.3+2.2=2.5 S(k -1)12k =16.4.2 三相短路电流周期分量有效值 I *=I d1X*S(k -1)= 5.5kA = 2.2kA 2.56.4.3 其他短路电流 I (3) = I (3) = I (3) = 2.2kAk -1shi (3) = 2.55I (3) = 2.55 2.2kA = 5.61kAk -16.4.4 三相短路容量 S (3) =SdX*S(k -1)= 100MVA = 40MVA 2.56.5 k-2 点（0.4kV 侧）的相关计算6.5.1 总电抗标幺值 X *= X *

26、+ X * + X * =0.3+2.2+4.5=7 S(k -1)123k =26.5.2 三相短路电流周期分量有效值 I *=I d 2X*S(k -2)= 144kA = 20.57kA 76.5.3 其 他 短 路 电 流 I (3) = I (3) = I (3) = 20.57kAk -1shi (3) = 1.84I (3) = 1.84 20.57kA = 37.85kAshI (3) = 1.09I (3) = 1.09 20.57kA = 22.42kA6.5.4 三相短路容量 S=(3)k -2SdX*S(k -2)= 100MVA = 14.3MVA 7以上短路计算结果

27、综合图表所示。短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAI (3)kI (3)I (3)i(3)shI (3)shS (3)kk-12.22.22.25.613.32240k-220.5720.5720.5737.8522.4214.3短路计算结果七、 变电所一次设备的选择校验7.1 10kV 侧一次设备的选择校验7.1.1 按工作电压选则 设备的额定电压U N e 一般不应小于所在系统的额定电压UN ，即U N e UN ， 高压设备的额定电压U N e 应不小于其所在系统的最高电压U max ，即U N e U max 。UN =10kV， U max =11.5kV，高压开关设备、互感器

28、及支柱绝缘额定电压U N e =12kV，穿墙套管额定电压U N e =11.5kV，熔断器额定电压U N e =12kV。7.1.2 按工作电流选择设备的额定电流 I N e 不应小于所在电路的计算电流 I30 ，即 I N e I307.1.3 按断流能力选择设备的额定开断电流 Ioc 或断流容量 Soc ，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 I (3) 或短路容量S (3) ，即kkI I (3) 或S (3) S (3)ockock对于分断负荷设备电流的设备来说，则为 Ioc IOLmax ， IOLmax 为最大负荷电流。7.1.4 隔离开关、负荷开关和断路

29、器的短路稳定度校验a) 动稳定校验条件i i(3) 或 I I (3)maxshmaxshi、 I分别为开关的极限通过电流峰值和有效值， i (3) 、 I (3) 分别为开关maxmaxshsh所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b)热稳定校验条件 I 2t = I (3)2ttima对于上面的分析，如表所示，由它可知所选一次设备均满足要求。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UNI NI (3)kI (3)shI (3)2 tima数据10kV57.7A( I (1N T ) )1.96kA5.0kA1.962 1.9 = 7.3

30、一次设备型号规格额定参数U N eU N eIocimaxI 2 tt高压少油断路器SN10-10I/63010kV630kA16kA40 kA162 2 = 512高压隔离开关GN 6 -10/200810kV200A-25.5 kA102 5 = 500二次负荷0.6高压熔断器10kV0.5A50 kA-RN2-10电压互感器10/0.1kV-JDJ-10电压互感器10 / 0.1 / 0.1 kV333-JDZJ-10电流互感器10kV100/5A-225 2 0.1kA(90 0.1)2 1LQJ-10=31.8 kA=81避雷针 FS4-1010kV-户外隔离开关GW4-12/400

31、12kV400A-25kA102 5 = 5007.2 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，如表所示，所选数据均满足要求。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UNI NI (3)kI (3)shI (3)2 tima-数据380V总 1317.6A19.7kA36.2kA19.72 0.7 = 272-一次设备型号额定参数U N eU N eIocimaxI 2 tt-低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA-低压断路器DW20-630380V630A（大于 I30 ）30Ka(

32、一般)-低压断路器380V200A25 kA-规格DW20-200（大于 I30 ）低压断路HD13-1500/30380V1500A-电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A-7.3 高低压母线的选择查表得到，10kV 母线选 LMY-3(40 4mm),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，而中性线母线尺寸为 80mm 6mm。八、 变压所进出线与邻近单位联络线的选择8.1 10kV 高压进线的选择校验采用 LGJ 型钢芯铝绞线架空敷

33、设，接往 10kV 公用干线。a). 按发热条件选择由 I30 = I1N T =57.7A 及室外环境温度 36，查表得，初选 LGJ-35,其 35C 时的 I al =149A I30 ,满足发热条件。b). 校验机械强度查表得，最小允许截面积 Amin=25 mm2 ，而 LGJ-35 满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。8.2 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) 按发热条件选择由 I30 = I1N T =57.7A 及土壤环境 22，查表得，初选缆线芯截面为 25 mm2 的交联

34、电缆，其 I al =149A I30 ,满足发热条件。b) 校验热路稳定按式 A A= I (3)，A 为母线截面积，单位为mm2 ；timaminCAmin为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为mm2 ；C 为材料热稳定系数； I (3)为母线通过的三相短路稳态电流，单位为 A； tima 短路发热假想时间，单位为 s。本电缆线中 I (3) =1960， tima=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Amin= I (3)timaC= 2200 0.75

35、= 24.7mm2 I ，满足发热条件。 b） 校验电压损耗由图 1.1 所示的工厂平面图量得变电所至 1 号厂房0距离约为 288m，而查表得到 120 mm2 的铝芯电缆的 R =0.31 W / km （按缆芯工作温度 75计）， X 0 =0.07 W / km ，又 1 号厂房的 P30 =94.8kW, Q30 =91.8 kvar，故线路电压损耗为DU = ( pR + qX ) = 94.8kW (0.31 0.1) + 91.8k var (0.07 0.1) = 9.4VU NDU % = 9.4 100% = 2.5% DU380alc） 断路热稳定度校验0.38kV% =5%。Amin= I (3)timaC= 22000 0.75 = 240mm276不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为 240 mm2 的电缆，即选 VLV22-1000-3 240+1 120 的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。8.3.2 锻压车间馈电给 2 号厂房（锻压车间）的线路，亦采用 VLV22-1000-3 240+1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。8.3.3 热处理车间