工厂降压变电所的电气设计

1、安徽工业大学 供 配 电 技 术 课 程 设 计设计题目： 某工厂降压变电所的电气设计 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气101班 学 号 姓 名 指 导 教 师 前 言工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，在工厂里，电能是工业生产的主要能源和动力。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，节能等。

2、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，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 现根据某一工厂需求，保障工业生产安全进行，保证电能合理分配、输送，灵活改变运行方式。特进行本次设计。本设计主要阐述了对机械厂总降压变电所的电气设计方案。在设计中进行了对工厂负荷的统计计算；变电所位置与型式的选择；变电所主变压器及主接线方案的选择；短路电流的计算；变电所一次设备的选择校验；变电所进出线与邻近单位联络线的选择；降压变电所防雷与接地装置的设计等。目 录前言1第一章 设计任务41.1、设计要求41.2、设计依据41.2.1、工厂总平面图41.2.2、工厂负荷情

3、况41.2.3、供电电源情况61.2.4、气象资料61.2.5、电费制度6第二章 负荷计算和无功功率补偿62.1、负荷计算62.1.1、单组用电设备计算负荷的计算公式62.1.2、多组用电设备计算负荷的计算公式72.2、无功功率补偿9第三章 变电所位置与型式的选择103.1、变配电所的任务103.2、变配电所的类型10第四章 变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择114.1、变电所主变压器台数和容量的选择114.2、变电所主接线方案的选择114.2.1、装设一台主变压器的主接线方案114.2.2、装设两台主变压器的主接线方案13第五章 短路电流的计算145.1、绘制计算电路145.2、确定

4、短路计算基准值145.3、计算短路电路中各个元件的电抗标幺值145.3.1、电力系统145.3.2、架空线路145.3.3、电力变压器145.4 、k-1点（10.5kV侧）的相关计算155.4.1、总电抗标幺值155.4.2、三相短路电流周期分量有效值155.4.3、其他短路电流155.4.4、三相短路容量155.5 、k-2点（0.4kV侧）的相关计算155.5.1、总电抗标幺值155.5.3、其他短路电流155.5.4、三相短路容量16第六章 变电所一次设备的选择校验166.1、10kV侧一次设备的选择校验166.2、380V侧一次设备的选择校验18第七章 变电所高低压线路的选择与校验1

5、97.1、10kV高压进线和引入电缆的选择197.2、380kV低压出线的选择197.3、作为备用电源的高压联络线的选择校验22第八章 设计总结23参考文献23第一章 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 设计依据1.2.1工厂总平面图 图1.1 工厂总平面图1.2.2 工厂负荷情况

6、该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。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。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。厂房编号用电单位负荷性质设备容量（kW）需要系数功率因数1铸造车间动力30003070照明6O8102锻压车间动力35003065照明8O7103金工车间动力40002065照明10O8104工具车间动力36003060照明709105电镀车间动力25005080照明5O8106热处理车间动力15006080照明5O8107装配车间动力1

7、8003070照明6O8108机修车间动力16002065照明4O8109锅炉房动力500708照明1O81010仓库动力200408照明1O810生活区照明350O709注：生活区的负荷除照明外，尚含家用电器。1.2.3 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，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km，该干线首端所装高压断路器的断流容量为500MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。为

8、满足工厂二级负荷的要求，可采用高压或低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达80km，电缆线路总长度达25km。1.2.4 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。年主导风向为东北风，年雷暴日数为20。1.2.5电费制度 工厂最大负荷时的功率因数不得低于095。第二章 负荷计算和无功功率补偿2.1 负荷计算2.1.1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） = ， 为系数b)无功计算负荷（单位为kvar）=

9、tanc)视在计算负荷（单位为kvA）=d)计算电流（单位为A） =, 为用电设备的额定电压（单位为KV）2.1.2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）=式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.850.95b)无功计算负荷（单位为kvar）=，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.90.97c)视在计算负荷（单位为kvA） =d)计算电流（单位为A） =经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2.1所示（额定电压取380V）表2.1各厂房和生活区的负荷计算表编号名称类别设备容量/kW需要系数costan计算负荷/kW/kvar/kV

10、A/A1铸造车间动力30003071.029091.8照明5081004.00小计3059491.81322012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367114.31441842804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

11、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1081000.80小计218.8610.716.211生活区照明3500.70.90.48245117.6272413总计动力22191013.5856.1照明403计入=0.8

12、, =0.850.75810.8727.6108916552.2 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2.1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0.9。考虑到主变压器的无功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：=(tan - tan)=810.8tan(arccos0.75) - t

13、an(arccos0.92) = 369.66 kvar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84kvar5=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=（727.6-420）kvar=307.6 kvar，视在功率=867.2 kVA，计算电流=1317.6 A,功率因数提高为cos=0.935。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

14、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3所示。图2.1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案表2.2无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷/KW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.75810.8727.610891655380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.935810.8307.6867.21317.6主变压器功率损耗0.015=130.06=5210KV侧负荷计算0.935823.8359.6898.952第三章 变电所位置与型式的选择3.1、变配电

15、所的任务变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。配电所担负着从电力系统受电，然后直接配电的任务。3.2、变配电所的类型车间附设变电所、车间内变电所、露天（半露天）变电所、独立变电所、杆上变电所、地下变电所、楼上变电所、成套变电所、移动式变电所。 变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，根据本厂的负荷统计数据，并考虑到周边环境及进出线方便，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所。第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择4.1变电所主变压器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，为主变压器

16、容量，为总的计算负荷。选=1000 KVA=898.9 KVA，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898.9 KVA=（539.34629.23）KVA（4-1）=(134.29+165+44.4) KVA=343.7 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 。4.2 变电所主接线方案的选择 按上面考虑的两种

17、主变压器方案可设计下列两种主接线方案：4.2.1装设一台主变压器的主接线方案Y0Y0S9-1000GG-1A(F)-0710/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-03GG-1A(J)-03GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54GG-1A(F)-07GG-1A(F)-07主变联络（备用）220/380V高压柜列图4-1 装设一台主变压器的主接线方案4.2.2装设两台主变压器的主接线方案 Y0Y0220/380VS9-630GG-1A(F)GG-1A(F)-0710/0.4kVS9-63010/0.4kV联络线（备用电源）GG-

18、1A(F)-54GG-1A(F)-113、11GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-01GG-1A(F)-113GG-1A(F)-11GG-1A(J)-01GG-1A(F)-96GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54主变主变联络（备用）高压柜列-96图4-2 装设两台主变压器的主接线方案 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线方案。第五章 短路电流的计算5.1 绘制计算电路 500MVAK-1K-2LGJ-150,8km10.5kVS9-100

19、00.4kV(2)(3)(1)系统图5-1 短路计算电路5.2 确定短路计算基准值设基准容量=100MVA，基准电压=1.05，为短路计算电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，则 （5-1） （5-2）5.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值5.3.1电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA，故=100MVA/500MVA=0.2 （5-3）5.3.2架空线路查表得LGJ-150的线路电抗，而线路长8km，故 （5-4）5.3.3电力变压器查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故=4.5 （5-5）式中，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。k-1

20、k-2图5-2 短路计算等效电路5.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算5.4.1总电抗标幺值=0.2+2.6=2.8 （5-6）5.4.2 三相短路电流周期分量有效值 （5-7）5.4.3 其他短路电流 （5-8） （5-9） （5-10）5.4.4 三相短路容量 （5-11）5.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算5.5.1总电抗标幺值=0.2+2.6+4.5=7.3 （5-12）5.5.2三相短路电流周期分量有效值 （5-13）5.5.3 其他短路电流 （5-14） （5-15） （5-16）5.5.4三相短路容量 （5-17）表5-1短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量

21、/MVAk-11.961.961.965.02.9635.7k-219.719.719.736.221.513.7第六章 变电所一次设备的选择校验6.1 10kV侧一次设备的选择校验6.1.1按工作电压选则 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。6.1.2按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即6.1.3按断流能力选择设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应

22、小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。6.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件或、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关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 对于上面的分析，如表6-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。表6-1 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数据10kV57.7A()1.96kA5.0kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630kA16kA40 kA高压

23、隔离开关-10/20010kV200A-25.5 kA二次负荷0.6高压熔断器RN2-1010kV0.5A50 kA-电压互感器JDJ-1010/0.1kV-电压互感器JDZJ-10-电流互感器LQJ-1010kV100/5A-=31.8 kA=81避雷针FS4-1010kV-户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA6.2 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6-2所示，所选数据均满足要求。 表6-2 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-数据380V总1317.6A19.7kA36.

24、2kA-一次设备型号规格额定参数-低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA-低压断路器DW20-630380V630A（大于）30Ka(一般)-低压断路器DW20-200380V200A（大于）25 kA-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-第七章 变电所高低压线路的选择与校验7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。a).按发热条件选择由=57.7A及室外环境温度33，查表得，初选LGJ-35,

25、其35C时的=149A,满足发热条件。b).校验机械强度查表得，最小允许截面积=25，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。7.2 380k低压出线的选择7.2.1铸造车间馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。 a）按发热条件需选择由=201A及地下0.8m土壤温度为25，查表，初选缆芯截面120，其=212A，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号厂房距离约为288m，而查表得到120的铝芯电缆的=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又1号厂房的=94kW,

26、=91.8 kvar，故线路电压损耗为=5%。c）断路热稳定度校验不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120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，下同。7.2.2 锻压车间馈电给2号厂房（锻压车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.2.3 热处理车间馈电给3号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.2.4 电镀车间馈电给4号厂房（电镀车间）的线路，亦

27、采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.2.5 仓库馈电给5号厂房（仓库）的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根（包括3根相线、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。a）按发热条件需选择由=16.2A及环境温度26，初选截面积4，其=19A，满足发热条件。 b）校验机械强度查表得，=2.5，因此上面所选的4的导线满足机械强度要求。c) 所选穿管线估计长50m，而查表得=0.85，=0.119，又仓库的=8.8kW, =6 kvar，因此I30,满足发热条件。2）效验机

28、械强度 查表可得，最小允许截面积Amin=10mm2，因此BLX-1000-1240满足机械强度要求。3）校验电压损耗 查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离600m左右，而查表得其阻抗值与BLX-1000-1240近似等值的LJ-240的阻抗=0.14，=0.30（按线间几何均距0.8m），又生活区的=245KW，=117.6kvar，因此=5%满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回BLX-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-175橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格。7.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL2210000型交联聚

29、氯乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敖设，与相距约2Km的临近单位变配电所的10KY母线相连。7.3.1按发热条件选择 工厂二级负荷容量共335.1KVA，最热月土壤平均温度为25。查表工厂供电设计指导8-43，初选缆心截面为25的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其满足要求。7.3.2校验电压损耗 由表工厂供电设计指导8-41可查得缆芯为25的铝（缆芯温度按80计），而二级负荷的,，线路长度按2km计，因此 由此可见满足要求电压损耗5%的要求。7.3.3短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。 以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表 7-1所示。表7-1 进出线和联络线的导线和电缆型号规格线 路 名 称导线或电缆的型号规格10KV电源进线L