某厂降压变电所的电气设计

1、一、设计目的熟悉电力设计的相关规程、规定，树立可靠供电的观点，了解电力系统，电网设计的基本方法和基本内容，熟悉相关电力计算的内容，巩固已学习的课程内容，学习撰写工程设计说明书，对变电所区域设计有初步的认识。二、设计要求（1）通过对相应文献的收集、分析以及总结，给出相应项目分析，需求预测说明。（2）通过课题设计，掌握电力系统设计的方法和设计步骤。（3）学习按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计方法和计算结果。（4）学生应抱着严谨认真的态度积极投入到课程设计过程中，认真查阅相应文献以及实现，给出个人分析、设计以及实现。三、 设计任务（一）设计主体内容（1）负荷计算及无功功率补偿（2）变电站位置及

2、形式的选择。（3）变电所主变压器台数，容量及主接线方案的选择。（4）短路电流计算。（5）变电所一次设备的选择及校验。（6）变电所高低压线路的选择。（7）变电所二次回路方案及继电保护的整定。（二）设计任务1设计说明书，包括全部计算过程，主要设备及材料表；2变电所主接线图。四、设计时间安排查找相关资料（1天）、总降压变电站设计（3天）、车间变电所设计（2天）、厂区配电系统设计（1天）、撰写设计报告（2天）和答辩（1天）。五、主要参考文献1 电力工程基础2 工厂供电3 继电保护.4 电力系统分析5电气工程设计手册等资料指导教师签字： 年 月 日一负荷情况某厂变电所担负三个车间、一个办公楼和一个食堂的

3、供电任务，负荷均为380/220v负荷。各部门电气设备、负荷情况如下：（一）一号车间一号车间接有下表所列用电设备编号用电设备名称数量铭牌上额定功率需要系数功率因数备注1冷加工机床20合计45kw0.14 0.160.512吊车组110.5kw0.120.5fc=25%3电焊机122kva0.50.6fc=60%4电焊机28.95kva0.50.6fc=100%（二）二号车间二号车间接有下表所列用电设备编号用电设备名称数量铭牌上额定功率需要系数功率因数备注1电加热设备24kw0.812吊车组110.5kw0.20.5fc=25%3电焊机122kva0.50.6fc=60%4电焊机14.5kva0

4、.50.6fc=100%（三）三号车间三号车间接有下表所列用电设备编号用电设备名称铭牌上额定功率需要系数功率因数备注1装在车间起重机7.5kw0.150.52各类装备用电器7.5kw0.80.83照明2.5kw0.80.8（四）办公楼办公楼接有下表所列用电设备负荷编号用电设备名称铭牌上额定功率需要系数功率因数备注1照明20kw0.80.82空调及通风设备75kw0.80.83电梯10kw0.60.7（五）食堂食堂接有下表所列用电设备负荷编号用电设备名称铭牌上额定功率需要系数功率因数备注1风机、空调机、照明8.8kw0.80.82食品加工机械3.0kw0.70.83电饭锅、电烤箱、电炒锅9.0k

5、w0.81.04电冰箱1.5kw0.70.7二、供用电协议（1）从电力系统的某66/10kv变电站，用10kv架空线路向工厂馈电。该变电站在工厂南侧1km。（2）系统变电站馈电线的定时限过电流保护的整定时间，工厂总配变电所保护整定时间不得大于1.5s。（3）在工厂总配电所的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）系统变电站10kv母线出口断路器的断流容量为200mva。其配电系统图如图2。（5）供电贴费和每月电费制：每月基本电费按主变压器容量计为18元/kva，电费为0.5元/kwh。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：610k

6、v为800元/kva。图1 配电系统图三工厂负荷性质生产车间大部分为一班制，少部分车间为两班制，年最大有功负荷利用小时数为4500h，工厂属三级负荷。四工厂自然条件（1）气象资料：本厂所在地区的年最高气温为38oc，年平均气温为23 oc，年最低气温为8 oc，年最热月平均最高气温为33 oc，年最热月平均气温为26 oc，年最热月地下0.8m处平均温度为25 oc。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。（2）地质水文资料：本厂地区海拔60m，底层以砂粘土为主，地下水位为2m。某厂降压变电所的电气设计摘 要本论文主要依照工厂供电设计必须遵循的一般原则、基本内容和设计流程，对某厂变电所进行了设

7、计说明，本文按照设计要求，在查阅大量参考资料、手册后，对负荷计算及无功功率补偿计算，变配电所所址和型式的选择，变电所主变压器台数、容量及类型的选择，变配电所主结线方案的设计，短路电流的计算，变配电所一次设备的选择，变配电所二次回路方案的选择及继电保护装置的选择与整定，变配电所防雷保护与接地装置的设计等进行了详细的设计说明。并附有相应的图表、公式和计算结果。这次设计的变配电所完全满足设计要求。本设计通过对计算负荷，选出变压器；通过计算三相短路电流，选出其他保护器件；通过三相短路电流，选择过电流保护设备；然后选择二次回路的设备，对一次侧设备进行控制、检测。关键词：有功功率，电力变压器，三相短路电流

8、，过电流目 录第一章 负荷计算和无功补偿71.1负荷计算的目的和方法71.2全厂负荷计算的过程71.3 无功功率补偿10第二章 变电所的选择及主变压器的选择112.1 变电所的位置及变压器容量选择112.2 总降压变电所和车间变电所位置选择132.3 总降压变电所电气主接线设计142.4 短路电流计算15第三章 高低压电气一次设备的选择183.1 10kv侧一次设备的选择校验183.2 0.38kv低压电器设备选择193.3 高低压母线的选择203.4 10.5kv高压出线的选择21第四章 电力变压器继电保护设计234.1电力变压器继电保护配置234.2电力变压器继电保护设计23第五章 变电所

9、二次回路方案的选择与继电保护的整定255.1 变电所的电能计量回路255.2 变电所的测量和绝缘监察回路255.3 变电所的保护装置25总 结28参考文献29第一章 负荷计算和无功补偿1.1负荷计算的目的和方法一、负荷计算的内容和目的（1）求计算负荷，是选择确定建筑物报装容量、变压器容量的依据；（2）求计算电流，是选择缆线和开关设备的依据；（3）求有功计算负荷和无功计算负荷，是确定静电电容器容量的依据。二、负荷计算的方法（1）需要系数法用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。用于设备数量多，容量差别不大的工程计算，尤其适用于配、变电所和干线的负荷计算。（2）二项式系数法应用局限性较

10、小大，主要适用于设备台数较少且容量差别较悬殊的的场合。（3）利用系数法采用利用系数求出最大负荷区间内的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数，得出计算负荷。适用于各种范围的负荷计算，但计算过程稍繁。1.2全厂负荷计算的过程本设计各车间计算负荷采用需要系数法确定。主要计算公式有： 有功计算负荷（kw）：无功计算负荷（kvar）：视在计算负荷（kva）：计算电流（a）：以冷加工机为例：kd=0.15，cos=0.5，tan=1.73 具体车间计算负荷如下表1-1所示：表1 各车间负荷计算表车间设备容量pe/kw需要系数kd功率因数cos功率因数角的正切tan有功计算

11、负荷pc/kw无功计算负荷qc/kvar视在计算负荷sc/kva一号车间冷加工机床450.150.51.736.7511.67 11.99吊车组10.50.120.51.731.382.392.76电焊机17.040.50.61.338.5211.3314.18 电焊机8.950.50.61.334.45 5.927.40二号车间电加热设备80.8100.6400.64 吊车组10.50.20.51.732.13.6334.20 电焊机17.040.50.61.33 8.5211.3314.18电焊机4.50.50.61.332.252.993.74三号车间装载车间起重机7.50.150.51

12、.731.131.955.10各类装备用电器7.50.80.80.7564.57.5 照明2.50.80.80.7521.52.5办公楼照明200.80.80.75161220空调及通风设备750.80.80.75564270照明100.60.71.0266.128.57食堂风机空调机照明8.80.80.80.757.045.288.8食品加工机械3.00.70.80.752.11.582.63电饭锅电烤箱电炒锅9.00.8107.207.2电冰箱1.50.70.71.021.051.071.50有功计算负荷pc/kw无功计算负荷qc/kw视在计算负荷(sc/kw)总计138.38123.97

13、192.25同时系数=0.95131.46120.25178.16功率因素（）0.738从表中可知：有功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷192.25 再乘以同时系数=0.95,=0.97此时功率因素0.9，所以要进行无功功率补偿。1.3 无功功率补偿由于本设计中cos=0.7380.90，满足要求。补偿后的负荷如下表1-2所示：表1-2 补偿后的计算负荷全厂负荷有功功率pc/kw无功功率qc/kvar视在计算负荷(sc/kva)补偿前131.46120.25192.25无功补偿-64补偿后131.4656.25142.99补偿后功率因数（）0.92第二章 变电所的选择及主变压器的选择2.1 变

14、电所的位置及变压器容量选择变电所位置的选择，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；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。十、总降压变电所变压器容量选择由于

15、工厂厂区范围不大，高压配电线路上的功率损耗可忽略不计，因此表2-1所示车间变压器高压侧的计算负荷可认为就是总降压变电所出线上的计算负荷。取，则总降压变电所低压母线上的计算负荷为：在选择变压器方面应注意以下几点：（1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，当一台发生故障或检修时，另一台可以对负荷持续供电。对只有二级负荷的变电所也可以只采用一台变压器，但必须有备用电源。（2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而采用经济运行方式的变电所，也可考虑用两台变压器。（3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷

16、，也可以采用两台以上变压器。（4）在确定变电所主变压器台数时，要考虑负荷的发展，留有一定的余地。因为工厂负荷为三级负荷，故总降压变电所可装设一台容量为200kva的变压器,型号为s9-200/35/10/yd11。总降压变电所低压侧的功率因数为：经过无功补偿，查附表a-2，选择s9-200/35型、35/10.5kv的变压器，其技术数据如下：变压器的负荷率为，则变压器的功率损耗为变压器高压侧计算负荷为：则工厂进线处的功率因数为：则满足电业部门的要求。2.2 总降压变电所的选择1、总降压变电所位置选择根据供电电源情况，考虑尽量将总降压变电所设置在靠近负荷中心且远离人员集中区，结合厂区供电平面图，

17、拟将总降压变电所设置在厂区南部。2、车间变电所位置选择根据各车间负荷情况，设置七个车间变电所，每个车间变电所装设一台变压器，根据厂区平面布置图所提供的分布情况及车间负荷情况，结合其他各项选择原则，并与工艺、土建等相关方面协商确定变电所位置，变电所设置在车间入口方便处。根据所选主变压器的容量以及负荷对供电可靠性的要求，初步确定23个比较合适的主接线方案来进行技术经济比较，择其忧者作为选定的变配电所主接线方案。主接线的基本方式有以下四种：1)单母线接线母线是连接电源和引出线的中间环节，起汇集和分配电能的作用，只有一组母线的接线称为单母线.单母线接线简单明了，操作方便，便于扩建，投资少。2)双母线连

18、线在单母线连线的基础上，设备备用母线，就成为双母线。它在供电可靠性和运行灵活性方面是最好的一种主接线。可投资大，开关电器多，配电装置复杂，占地面积大，不适合一般配电所。3)桥式接线当配电所只有两回路电源进线和两台主变压器时，采用桥式接线用的断路器台数最少，投资低。线路一变压器组单元接线：当单回路单台变压器供电时，宜采用此进线，所有的电气设备少，配电装置简单，节约建设投资。2.3 总降压变电所电气主接线设计对于电源进线电压为10kv及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为610kv的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。总降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的

19、路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。由上面的负荷计算知本设计中的主接线方案为如图2-1所示：图2-1 主接线图2.4 短路电流计算为了选择高压电气设备，整定继电保护，必须进行短路电流计算。短路电流按系统正常运行方式进行计算。短路电流计算电路及短路点的如图2-3所示：200mvak-1k-2x0=0.4,1km10.5kv0.4kv(2)(3)(1)系统图2-3 办公楼1、求k1点的三相短路电流和短路容量（u=10.5kv）(1

20、)计算短路电路中各元件的电抗和总电抗：1）电力系统的计算电抗：2）架空线路的电抗：x=0.4()1km3）经k1点短路的等效电路如图所示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗值（分母），然后计算电路总电抗： x=x+ x=0.5+0.363=0.863图2-4 k-1点短路等效电路(2)计算三相短路电流和短路容量1）三相短路次暂态电流和稳态电流：i=i= i=6.38ka2）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i=2.55i=2.556.38=16.269kai=1.51i=1.556.38=9.634ka3）三相短路容量2、求k2点的三相短路电流和短路容量（u=0.4kv）(1)计算短

21、路电路中各元件的电抗和总电抗1）电力系统的电抗：2）架空线路的电抗：x=0.4()1km3）电力变压器的电抗电力电压器型号：s98010 查附表得知：u%=4则：x=50经k-2点短路的等效电路如图所示：图2-5 k-2点短路等效电路计算电路总阻抗：= x+ x+ x=0.5+0.363+50=50.863(2)计算三相短路电流和短路容量1）三相短路次暂态电流和稳态电流i=i= i=2.84ka2）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i=2.55i=2.552.84=7.23kai=1.51i=1.552.84=4.4ka3）三相短路容量：s=数据统计见下表2-6所示：表2-6 短路电

22、流计算短路计算点变电所号码三相短路电流/ka三相短路容量/mva（s）iiiiik-116.386.386.3816.279.63116k-222.842.842.847.234.41.966第三章 高低压电气一次设备的选择3.1 10kv侧一次设备的选择校验表2-7 10kv侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kv57.7a1.96ka5.0ka7.3一次设备型号规格额定参数高压少油短路器sn-101/63010kv630a16ka40ka1622=512高压隔离开关gn-10/20010kv200a16ka25.5ka1025=500

23、高压熔断器rn2-1010kv0.5a电压互感器jdj-1010/0.1kv50ka电压互感器jdzj-10电流互感器lqj-1010kv100/5a31.8ka81户外高压隔离开关gw4-15g/20015kv200a3.2 0.38kv低压电器设备选择低压侧的电器选择只是本车间的的出线柜里的电气设备即可。（1）低压断路器选择：第二车间的计算电流为 低压断路器，其能承受瞬时冲击电流40ka。所以选择dw15型断路器额定电流为1000a，脱扣电流为600a及dw151000过流脱扣为600a。以母联柜的断路器计算为例，其他列表如下2-8所示：表2-8 母联柜的断路器型号台数dw15-10001

24、0dw15-15002（2）刀开关的选择：选择hd13600型的刀开关额定电流为600a运行稳定峰值电流（ka）杠杆式的为50ka。以母联柜的刀开关计算为例，其他列表如下2-9所示：型号台数hdb-15002hdb-6002hdb-4004hdb-2002hdb-1003（3）电压侧的电流互感器选择：二次侧绕组用于测量，二次侧回路用bv-500-12.5的铜芯塑料导线，ic=428a所以lmzj1-0.5-600/5型的电流互感器变比为600a/5a，t=1s动稳定校验：动稳定满足要求。热稳定校验：满足热稳定要求（4）低压熔断器选择：第二车间的容量为22.76 kva 因此选择 rt0-100

25、0型号的熔断器。（5）支柱绝缘子选择绝缘子的选择只要满足动稳定即可，故选择zna10mm型机械破坏负荷不小于3kn。有母线动稳定校验满足。所以zna10mm型绝缘子负荷要求。3.3 高低压母线的选择10kv馈电线路设备：以去空压站的馈电线路为例，由表2-1知空压站线路的计算负荷192.25kva，其计算电流为,10kv馈电线路设备选择方法与主变压器10kv侧相同，选用gg-1a(f)-03型高压开关柜，计算从略。采用lgj型钢芯铝绞线架空铺设（1）按经济电流密度选择导线截面线路的计算电流为由资料可查的经济电流密度，因此导线的经济截面为，选用与接近的标准截面，即选lgj-16型钢芯铝绞线。（2）

26、校验发热条件:查电力工程基础附录表a-8知，lgj-16型钢芯铝绞线的允许载流量（室外25度）,因此发热条件满足要求。（3）校验机械强度查电力工程基础表3-2知10kv钢芯铝绞线的最小允许截面为，因此所选用的lgj-16型钢芯铝绞线不满足机械强度要求。因此改选lgj-25型钢芯铝绞线.3.4 10.5kv高压出线的选择（1） 馈电给厂房的线路采用yjl22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。 按发热条件选择由及土壤温度25，查表，初选缆芯为的交联电缆，其，满足发热条件。 校验电压损耗 表查得的铝芯电缆的（按缆芯工作温度80计），又3号厂房的，因此按式 （2-9）满足允许电压损耗

27、5的要求。 短路热稳定校验计算满足短路热稳定的最小截面由于前面所选的缆芯截面小于，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯的交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，即yjl22-10000-335125的四芯电缆（中性线芯按不小于相线芯一半选择）。第四章 电力变压器继电保护设计4.1电力变压器继电保护配置电力变压器继电保护配置的一般原则：（1）装设过电流保护和电流速断保护保护装置用于保护相间短路；（2）800kva以上油浸式变压器和400kva及以上车间内油浸式变压器应装设气体保护装置用于保护变压器的内部故障和油面降低；（3）单台运行的变压器容量在10000kva及以上和并列运行的变压器每台容量在6300kva

28、及以上或电流速断保护的灵敏度不满足要求时应装设差动保护装置用于保护内部故障和引出线相间短路；本次为机械厂设计的变电所的主变压器设置如下的保护：电流速断保护，定时限过电流保护，气体保护，过负荷保护，温度保护。4.2电力变压器继电保护设计继电保护配置的原理如下：1电流速断保护由继电器ka1、ka2和信号继电器ks1等组成，保护动作后，由出口中间继电器km瞬时断开qf1、qf1，并由连接片xb4xb5确定要断开的断路器。2定时限过电流保护由电流继电器ka3、ka4时间继电器kt1与信号继电器ks2等组成，保护范围内故障时，ka3、ka4启动kt1，经整定时限作用于跳闸。3气体保护气体保护（瓦斯保护）

29、由气体继电器（瓦斯继电器）kg、信号继电器ks3、xb、r2等组成。轻瓦斯触点kg1仅作用于信号，重瓦斯触点kg2则瞬时断开变压器两侧的断路器。变压器换油或试验时，为了防止气体保护误动作，可将切换片xb投至位置2，作用于信号。气体继电器是靠油气流冲击而动作的，为了使重瓦斯保护可靠动作，保护出口回路选择具有自保持线圈的中间继电器km。4过负荷保护过负荷保护由电流继电器ka5与时间继电器kt2等组成，保护延时作用于信号。5温度保护温度保护由温度继电器k与信号继电器ks4等组成，保护作用于信号。第五章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定5.1 变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜，

30、装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并据一计量每月工厂的平均的功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。5.2 变电所的测量和绝缘监察回路变电所高压侧有电压互感器避雷器柜，其长电压互感器为3个jdzj10型，组成y0/y0/（开口三角）的结线，用以实现电压侧量和绝缘监察。作为备用电源的高压联络线上，装有三相有功电度表，三相无功电度表和电流表，高压进线上，也装有电流表。低压侧的动力出线上，均有有功电度表和无功电度表，低压照明线上装有三相四线有懂电度表。低压并联电容组线路上，装有无功电度表，每一回路都装有电流表。低压母线装有电压表。仪表的准备度等级按规范要求。5.

31、3 变电所的保护装置（1）住变压器的继电保护装置1）装设瓦斯保护 当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于高压侧断路器。2）装设反时限过电流保护 采用gl15型感应式电力继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。过电流保护动作电流整定。其中 ，因此动作电流为：，整定为10a。多电流保护动作时间的整定：因本变电所为电力系统的终端变电所，孤其过电流保护的动作时间可整定为最短的0.5s过电流保护灵敏系数的检验：利用公式，其中，因此其保护灵敏系数为：，满足灵敏系数1.5的要求。3）装设电流速断保护 利用gl15的速断装置速断电流的整定：其中， 因此速断电流为： 速断电流倍数整定为： ， （注意：可不为整数，但必须在2-8之间）电流速断保护灵敏系数的检验：其中，因此起保护灵敏系数为： 按gb5006