某中小型工厂的降压变电所电气一次部分--设计说明书.doc

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1、设计任务书项目综述本项目要求对一个中小型工厂的10/0.4kV降压变电所电气一次部分进行设计。设计内容包括：负荷计算及无功功率补偿、变电所位置确定及主变压器的选择、变电所主接线方案设计、短路计算及一次设备选择与校验、变电所的总体布置、继电保护的配置与整定、防雷保护与接地装置设计。要求在设计结束时提供的设计文档包括设计说明书和设计图纸。设计说明书应说明设计的依据，反映出设计的指导思想，突出阐明设计方案。绘制的设计图纸应遵循现行国家标准电气简图用图形符号、电气技术用文件的编制等的规定。通过本项目的设计，使学生掌握供配电系统的组成和设计计算的基本方法以及工程设计的理念和规范要求，深化学生对供配电设备

2、、继电保护原理和装置的理解，培养学生运用工程基础知识解决实际工程问题的能力。工作任务及要求每个项目的设计依据给出了工厂所能取得的电源及厂区用电负荷的实际情况，按照安全可靠、技术先进、经济合理的原则，设计该厂10/0.4kV的降压变电所或箱式变电站，编写设计说明书，绘制设计图纸。设计说明书包括以下章节：目录1 引言1.1 设计的内容1.2 设计的原则1.3 设计的依据2 负荷计算和无功功率补偿2.1按需要系数法确定计算负荷2.2无功功率补偿3 变电所位置和型式的选择4 变电所主变压器选择及主接线设计 4.1负荷分级及供电电源 4.2电力变压器选择 4.3变电所主接线电气设计5 短路电流计算与高低

3、压电器选择 5.1短路电流计算 5.2高低压电器选择6 变电所电线电缆选择 6.1高压进线电缆选择 6.2变电所母线选择 6.3低压出线电缆选择7 变电所保护配置与整定 7.1变压器保护的配置与整定 7.2低压配电线路的保护设置8 过电压保护和接地设计8.1高压电气装置过电压保护设计 8.2变电所公共接地装置的设计参考文献附录A：电气主接线图参考文献 1 刘介才.工厂供电设计指导M.北京：机械工业出版社,2008,042 翁双安.供配电工程设计指导M.北京：机械工业出版社,2008,043 刘振亚.国家电网公司输变电工程典型设计-10kV配电工程分册M.北京：中国电力出版社,2007,034

4、姚志松.新型配电变压器结构、原理和应用M.北京：机械工业出版社,2007,025 黄永红.电气设备丛书-低压电器M.北京：化学工业出版社,2007,086 王晓琪.电气设备运及维护保养丛书-电力互感器M.北京：中国电力出版社,2014,017 刘介才.工厂供电M.北京：机械工业出版社，2010,02.工作计划第1周第8周，完成以下内容：负荷计算和无功功率补偿；变电所位置和型式的选择。从国家电网公司输变电工程典型设计-10kV配电工程分册选取合适的设计方案，绘制该方案的电气主接线图。第9周提交上述部分的设计说明书及指导记录电子文档。第1周第3周，完成以下内容：变电所主变压器选择及主接线设计，变电

5、所主接线图，第3周周末提交上述部分的设计说明书及指导记录文档。第4周第6周，完成以下内容：短路电流计算，高低压电器选择，变电所电线电缆的选择。第6周周末提交上述部分的设计说明书及指导记录文档。第7周第8周，完成以下内容：变电所保护配置与整定，过电压保护和接地设计，整理完成所有相关文档。第8周周末提交完整的设计文档（文档“供配电系统设计1最终设计文档提交说明”中有详细说明），第9周提交修改后装订成册的所有文档。设计说明书目 录论文总 页数：15页1 引言11.1 设计的内容11.2 设计的原则11.3 设计的依据12 负荷计算和无功功率补偿22.1 按需要系数法确定计算负荷22.2无功功率补偿4

6、3 变电所位置和型式的选择44 变电所主变压器选择及主接线设计54.1 负荷分级及供电电源54.2 电力变压器选择54.3 变电所主接线电气设计65 短路电流计算与高低压电器选择65.1 短路电流计算65.2 高低压电器选择96 变电所电线电缆选择106.1 高压进线电缆选择106.2 变电所母线选择116.3 低压出线电缆选择117 变电所保护配置与整定137.1 变压器保护的配置与整定137.2 低压配电线路的保护设置148 过电压保护和接地设计148.1 高压电气装置过电压保护设计148.2 变电所公共接地装置设计15参考文献15附录A 电气主接线图1 引言1.1 设计的内容设计内容包括

7、：负荷计算及无功功率补偿、变电所位置确定及主变压器的选择、变电所主接线方案设计、短路计算及一次设备选择与校验、变电所的总体布置、继电保护的配置与整定、防雷保护与接地装置设计。1.2 设计的原则1)柴油机厂的电力设计应做到保障人身和财产安全，供电可靠，电能质量符合标准，技术先进，经济合理，节能和维护方便。2)柴油机厂的电力设计，应根据工程特点、规模和发展规划，适当考虑发展的可能。3)柴油机厂的设计，除应符合本规范外，尚应符合现行的有关国家标准和规范的规定。1.3 设计的依据1.3.1 工厂总平面图如图1-1所示。图1-1 工厂总平面图1.3.2 工厂负荷情况本厂年产4160型柴油机5000台/8

8、500吨。工厂各车间的负荷情况如表1-1所示，查手册确定各车间负荷为二级负荷或三级负荷。表1-1工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称类别设备容量/kw需要系数功率因数1热处理车间动力5200.650.702机修车间动力2800.300.653冲焊车间动力2500.300.504机加工车间动力6800.350.655装配车间动力2800.350.506铸造车间动力3800.400.607锻工车间动力2500.250.658锅炉房动力1500.750.809材料库动力1200.200.50生活区照明3200.70.91.3.3 供电协议1)从电力系统的某35/10kV变电站，用双回10kV架空线路向工

9、厂馈电。系统变电站在工厂东2.5km。2)系统变电站馈线的定时限过电流保护的整定时间top=1.5s，要求工厂降压变电所的保护整定时间不大于1s。3)在工厂变电所的10kV进线侧进行电能计量。工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9.4)电力系统的短路数据，如表1-2所示。表1-2电力系统10kV母线的短路数据系统运行方式10kV母线短路容量备注系统最大运行方式电力系统可视为无限大容量系统最小运行方式1.3.4 气象资料 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处平均温度为25。当地主导风向为东北风

10、，年雷暴日数为20。1.3.5地质水文资料 本厂所在地区平均海拔500m，地层土质以砂黏土为主，地下水位为2m。1.3.6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，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量计为18元/kWh，动力电费为0.2/kWh，照明（含家电）电费为0.5元/kWh。工厂最大负荷时的功率因素不得低于0.9.此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：10kV为150元/kVA。2 负荷计算和无功功率补偿2.1 按需要系数法确定计算负荷（1）单组用电设备计算负荷的计算公式1）有功计算负荷（单位为kW）的计算

11、公式： (2-1)式中:为用电设备组总的设备容量，为用电设备组的需要系数。2)无功计算负荷（单位为kvar）的计算公式： (2-2)式中:为用电设备组的正切值。3)视在计算负荷（单位为kVA）的计算公式： (2-3)式中:为用电设备的平均功率因数。4)计算电流（单位为A）： (2-4)式中:为用电设备组的额定电压。 （2）多组用电设备计算负荷公式：1)总的有功计算负荷公式： (2-5)2)总的无功计算负荷公式: (2-6)式中:、为多组用电设备的同时系数。3)总的视在功率公式： (2-7)4)总的计算电流： (2-8)各厂房和生活区的负荷计算如表2-1所示。表2-1机械厂负荷计算表厂房编号厂房

12、名称负荷类别设备容量/kw需要系数Kd功率因数有功功率/kw无功功率/kvar视在功率/kVA计算电流/A1热处理车间动力5200.650.7338344.8 482.9 733.6 2机修车间动力2800.30.658498.2 129.2 196.3 3冲焊车间动力2500.30.575129.9 150.0 227.9 4机加工车间动力6800.350.65238278.3 366.2 556.3 5装配车间动力2800.350.598169.7 196.0 297.8 6铸造车间动力3800.40.6152202.7 253.3 384.9 7锻工车间动力2500.250.6562.5

13、73.1 96.2 146.1 8锅炉房动力1500.750.8112.584.4 140.6 213.7 9材料库动力1200.20.52441.6 48.0 72.9 10生活区照明3200.70.9224108.5 248.9 378.1 总计（380侧）合计323014081531.1Kp=0.8, Kq=0.8526230.651126.41301.41721.22615.12.2无功功率补偿 由表2可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.65。而供电部门要求该厂10kV进线侧最大负荷时功率因数不应低于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

14、功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量： (2-9)选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为型，采用其主屏1台与辅屏5台相组合，总共容量。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表2-2所示。表2-2无功补偿后工厂的计算负荷项目计算负荷380V侧补偿前负荷0.651126.41301.41721.22615.1380V侧无功补偿容量-900380V侧补偿后负荷0.9351126.4401.41204.71830.4主变压器功率损耗0.015S30=180.06S30=7210kV侧负荷总计0.921144.4473.41243.9723 变电所位

15、置和型式的选择变电所的所址选择应符合10kV及以下变电所设计规范外，还应根据工程具体情况，相应符合民用建筑设计通则、爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范、高层民用建筑设计防火规范和建筑设计防火规范的有关规定。 (3-1) (3-2)式中：Xn为总平面图中厂房横坐标，Yn为总平面图中厂房纵坐标，Pn为各厂房有功功率。（n=1，2，3.10）根据公式算出X=5.1，Y=5.1。由计算结果可知，工厂的负荷中心在2号厂房和5号厂房中间。4 变电所主变压器选择及主接线设计 4.1 负荷分级及供电电源（1）负荷等级根据JBJ 6-1996机械工厂电力设计规范规定，本工程负荷等级为：铸造车间、电镀车间、和锅炉

16、房属二级负荷，其余均属三级负荷。根据第二章的负荷计算结果可知：二级负荷合计264.5kW，三级负荷合计1143.5kW。考虑同时系数后的二级负荷合计224.8kW，三级负荷合计972kW。4.2 电力变压器选择根据10kV及以下变电所设计规范以及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：1） 装设一台主变压器。选择的主变压器容量SN.T应不小于总的计算负荷S30，即，故选一台S9-1250/10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。2） 装设二台主变压器。型号亦采用S6，而每台容量即 （4-1）而且 （4-2

17、）因此选两台S9-1000/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由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用Yyn0。通过对比，按技术指标，装设两台主结线方案略优于装设一台主变的主结线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案。4.3 变电所主接线电气设计参考国家电网公司输变电工程典型设计 10kV配电工程分册（2006年版）（1） 变电所高压电气主接线设计主接线图如图4-1所示。图4-1 主接线图5 短路电流计算与高低压电器选择5.1 短路电流计算（1）绘制计算电路及选取短路计算点由于备用电源的相关数据未给出

18、，仅考虑公用电源供电时的短路计算。计算电路图中将所有电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件编号，如图5-1所示。选择变压器高压侧母线k-1及低压侧母线k-2为短路计算点。图5-1 短路计算电路（2）确定基准值 设，即高压侧Ud1=10.5KV，低压测Ud2=0.4KV，则 （5-1） （5-2）（3）计算短路电路中各元件的电抗标幺值1）电力系统最大运行方式系统阻抗： （5-3）最小运行方式系统阻抗： （5-4）2）架空线路 查表得 LGJ-150的,而线路长2.5km,故 （5-5）3)电力变压器根据电力变压器型号可知，故 （5-6）因此绘等效电路，如图5-2所示。图5-2 等效电路(4)

19、计算k-1点（10.5kV侧）的短路电流总电抗及三相短路电流和短路容量1）总电抗标幺值最大运行方式 (5-7)最小运行方式 (5-8)2）三相短路电流周期分量有效值最大运行方式 (5-9)最小运行方式 (5-10)3）其它短路电流最大运行方式 (5-11) (5-12) (5-13)最小运行方式 (5-14) (5-15) (5-16)4）三相短路容量最大运行方式 (5-17)最小运行方式 (5-18)(5)计算k-2点（0.4kV侧）的短路电流总电抗及三相短路电流和短路容量1）总电抗标幺值最大运行方式 （5-19)最小运行方式 (5-20)2）三相短路电流周期分量有效值最大运行方式 (5-21)最小运行方式 (5-22)3）其它短路电流最大运行方式 (5-23) (5-24) (5-25)最小运行方式 (5-26) (5-27) (5-2