某机械厂降压变电所电气设计(共34页)

1、目录毕业论文（设计）任务书- 1 -开题报告- 2 -摘要- 4 -关键词- 5 -绪论1第一章 设计任务31.1、设计要求31.2、设计依据31.2.1、工厂总平面图31.2.2、工厂负荷情况31.2.3、供电电源情况31.2.4、气象资料41.2.5、地质水文资料41.2.6、电费制度5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62.1.3、各车间负荷统计计算72.1.4、总的计算负荷计算92.2、无功功率补偿11第三章变电所位置与型式的选择133.1、变配电所的任务133.2、变配电所的类型13

2、第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择144.1、变电所主变压器的选择144.1.1、变压器型号的选择144.2、变电所主接线方案的选择14第五章 短路电流的计算165.1、绘制计算电路165.2、确定短路计算基准值165.3、计算短路电路中各个元件的电抗标幺值165.3.1、电力系统165.3.2、架空线路165.3.3、电力变压器165.4 、k-1点（10.5kV侧）的相关计算175.4.1、总电抗标幺值175.4.2、三相短路电流周期分量有效值175.4.3、其他短路电流175.4.4、三相短路容量175.5 、k-2点（0.4kV侧）的相关计算175.5.1、总电抗标幺值175.5

3、.3、其他短路电流175.5.4、三相短路容量17第六章 变电所一次设备的选择校验196.1、10kV侧一次设备的选择校验196.2、380V侧一次设备的选择校验196.3、高低压母线的选择19第七章 降压变电所防雷与接地装置的设计207.1、变电所的防雷保护207.1.1、直接防雷保护207.1.2、雷电侵入波的防护207.2、变电所公共接地装置的设计207.2.1、接地电阻的要求207.2.2、接地装置的设计20结论22参考文献23致谢24 毕业论文（设计）任务书学生姓名柴玉林专业班级机电一体化0803班指导教师俞瀛论文题目某机械厂降压变电所电气设计研究的目标、内容及方法（一）研究目标基于

4、工厂供电的理论知识对机械厂总降压变电所进行电气设计，实现对工厂供电的更深入理解，为以后从事此项工作做准备。（二）研究意义电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是放在产品成本中所占的比重一般很小。因此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，而是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。某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品的报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。

5、因此，做好工厂供电工作对于工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。分阶段完成的工作第一阶段：（2010/7/102010/8/15）：完成资料收集，完成开题报告。第二阶段：（2010/8/162010/8/25）：完成负荷统计及相关计算。第三阶段：（2010/8/262010/8/31）：选择适当的变压器，确定变压器主接线方案。第四阶段：（2010/9/012010/9/20）：完成短路电流的计算。第五阶段：（2010/9/212010/10/01）：一次设备的选择。第六阶段：（2010/10/022010/10/21）：变电所防雷及接地选择。第七阶段（2010/10/222010/11

6、/01）：编写论文，准备答辩。系（部）主 任意 见开题报告一、 课题名称某机械厂降压变电所电气设计二、 设计目的和意义（1）、设计目的为促进电能在工业领域的快速发展，实现电能在工业生产中最大利用率，保障工业生产安全及有效利用。根据工厂供电计划，确保供电在工业生产中的可控、在控，搞好输配电设备的质量，提高对工厂生产和生活供电的可靠性及供电能力，能够灵活的调整电网的运行方式，使工厂的生产始终处于健康、稳定、经济的运行状态，提高电网的负载能力，最大限度的满足工厂生产与生活的需求 ，保障变配电所的安全运行。（二）、设计意义虽然电能在工业生产成本中所占比例很小，但是优良的供电可靠性、安全性对于工业生产有

7、着重要的作用。例如增加产量，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等等。作此设计有利于我对工厂供电理论的进一步巩固和完善。也对我今后从事此项工作奠定了一定基础。三、设计内容及设计过程（一）、设计内容（1）统计机械厂负荷并进行负荷计算以及无功功率的补偿确定。（2）变电所的所址和型式的选择。（3）选择变压器类型记住接线方案。（4）短路电流计算。（5）一次设备的选择。（6）降压变电所防雷与接地装置的选择。（二）、设计过程第一阶段：（2011/7/102010/8/15）：完成资料收集，完成开题报告。第二阶段：（2011/8/162

8、010/8/25）：完成负荷统计及相关计算。第三阶段：（2011/8/262010/8/31）：选择适当的变压器，确定变压器主接线方案。第四阶段：（2011/9/012010/9/20）：完成短路电流的计算。第五阶段：（2011/9/212010/10/01）：一次设备的选择。第六阶段：（2011/10/022010/10/21）：变电所防雷及接地选择。第七阶段（2011/10/222010/11/01）：编写论文，准备答辩。摘要为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

9、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。AbstractTo protect the safety of industrial production, to ensure reasonable distribution of electric energy, transmission, flexible operation mode changes. Special for this design. Elaborated on the design of the

10、 main mechanical plant a total step-down substation electrical design. Carried out in the design of the statistical calculation of the load on the plant; substation location and type of choice; substation main transformer and main line scheme of choice; short-circuit current calculation; substation

11、equipment selection of a check; substation into the outlet and adjacent units of the contact line of choice; step-down substation lightning protection and grounding equipment design.关键词工厂供电，变电所，无功功率补偿，变压器，短路电流计算，一次设备，避雷器KeywordsPower plants,substations,reactive pover compensation,transformer,short c

12、ircuit current calculation,a device,surge arresters. 绪论工厂供电（plant power supply），就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂供电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量用以应用；电能的输送和分配既简单经济，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额中所

13、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。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。工厂供电工作要很好的为工业生产服务，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，不应发生人身和设备事故（2） 可靠 应满

14、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，运费要低，并尽可能的节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理的处理局部和全局，当前和长远等关系，既要照顾局部的当前利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。本设计的任务，主要是对某机械制造厂减压变电所的电气设计，其中包括工厂负荷的统计计算，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，进行短路计算，选择变电所主接线方案，一次设备的选择，高低压设备和进出线，确定防雷和接地装置。并通过设计对中小型工厂的供配电系统和电气照明运行维护和设计计算对工厂供电

15、理论知识有了更加深刻的巩固和复习，为今后从事工厂供电技术工作奠定一定的基础。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情况，并适当考虑工厂生产的发展，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、一次设备的选择、高低压设备和进出线，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(4)(5)(6)(7)(10)(9)(8)(1)(2)(3)图1.1 工厂平面图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4600

16、h，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。本厂的负荷统计资料如表1.1所示。1.2.3、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。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

17、的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为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-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。1.2.5、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2m。表1.1 工厂负荷统计资料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3000307照明508102锻压车间动力35003065照明807103热处理车间动力1500608照明508104电镀车间动力2500508照

18、明508105仓库动力200408照明108106工具车间动力3600306照明709107金工车间动力40002065照明1008108锅炉车间动力500708照明108109装配车间动力1800307照明6081010机修车间动力16002065照明40810生活区照明35007091.2.6、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

19、交纳供电贴费：610VA为800/kVA。第二章 负荷计算和无功功率补偿2.1、负荷计算在工厂里，除了广泛应用的三相设备外，还有部分单相设备，单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配。使三相负荷尽可能均衡。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%，则不论单相设备如何分配，单相可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。如果单相设备容量超过三相设备的15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。综上所述，由于本厂各车间单相设备容量均不超过三相设备容量的15%，所以可以按三相负荷平衡计算。即： 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

20、KW） = ， 为系数b)无功计算负荷（单位为kvar） = 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0.80.95b)无功计算负荷（单位为kvar）=式中是所有设备无功计算负荷之和；是无功负荷同时系数，可取0.850.97c)视在计算负荷（单位为kvA） =d)计算电流（单位为A） =2.1.3、各车间负荷统计计算1）、铸造车间计算负荷： 无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 2)、锻压车间计

21、算负荷： 无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 3）、热处理车间计算负荷： 无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 4）、电镀车间计算负荷： 无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 5）、仓库计算负荷： 无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 6）、工具车间计算负荷： 无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 7）、金工车间计算负荷： 无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 8）、锅炉房计算负荷： 无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 9）、装配车间计算负荷： 无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 10）、机修车间计算负荷： 无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 11）、生活区计算负荷：

22、 无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 2.1.4、总的计算负荷计算a)、总的计算负荷=b)、总的无功计算负荷=c)、总的视在计算负荷=d)、总的计算电流=经过计算，得到各厂房和生活区的负荷统计表，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统计表编号名称类别设备容量/kW需要系数Costan计算负荷/kW/kvar/kVA/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358110.61231652513热处理车间动力1500608

23、0.759067.5照明50810040小计1559467.51161764电镀车间动力25005080.7512593.8照明50810040小计25512993.81602445仓库动力2004080.7586照明1081000.80小计218.8610.716.26工具车间动力36003061.33108144照明7091006.30小计367114.31441842807金工车间动力400020651.178093.6照明100810080小计4108893.61281948锅炉房动力5007080.753526.3照明1081000.80小计5135.826.344.4679装配车间

24、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16435.237.451.47811生活区照明3500.70.90.48245117.6272413总计动力22191013.5856.1照明403计入=0.8, =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容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍

25、。由于本厂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远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，这里取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：=(tan - tan)=810.8tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) = 369.66 kvar选择PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其1台主屏与4台辅屏相结合。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，但是无功计算负荷、视在

26、功率、计算电流都有变化，以下对补偿后的无功计算负荷、视在功率、计算电流进行计算。1）无功计算负荷=（727.6-420）kvar=307.6 kvar2）视在功率=867.2 kVA3）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2.1、所示。表2.1无功补偿后工厂的计算负

27、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

28、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，变压器器型式为附设式。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本场的负荷情况有两种接线方案可选。即一台变压器，两台变压器。按技术指标，装设两台主变压器的主接线方案略优于装设一台主变压器的主接线方案，但按经济指标，由于装设两台变压器的前期投资及其后期维修费用很大，所以装设一台主变压器的主接线方案远优于装设两台主变压器的主接线方案，因此决定采用装设一台主变压器的主接线方案。4.1.1、变压器型号的选择型号为S

29、9型，而容量根据式，为主变压器容量，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。4.2、变电所主接线方案的选择4.2.1、装设一台主变压器的主接线方案 如图4-1所示图4-1 装设一台主变压器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-150,8km10.5kVS9-10000.4kV(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

30、，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，则 5.3、计算短路电路中各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=0.25.3.2、架空线路查表得LGJ-150的线路电抗，而线路长8km，故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-1k-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=2.85.4.2、三相短路电流周期分量有效值5.4.3、其他短路电流5.4

31、.4、三相短路容量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=7.35.5.2、三相短路电流周期分量有效值5.5.3、其他短路电流5.5.4、三相短路容量以上短路计算结果综合图表5-1所示。表5-1短路计算结果短路计算点三相短路电流（kA）三相短路容量/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表6-1 10 kV一次侧设备的设备数据额定参数（kV）高压隔离开关-10/20010200A-25.5 kA高压少

32、油断路器SN10-10I/63010kV630kA16kA40 kA高压熔断器RN2-10100.5A50 kA-电压互感器JDJ-1010/0.1-电流互感器LQJ-1010kV100/5A-31.8 kA避雷器FS4-1010kV-6.2、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一次侧设备的设备数据额定参数低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA-低压断路器DW20-630380V630A30kA-电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-电流互感器LMZ1-0.5500V100

33、/5A-160/5A6.3、高低压母线的选择10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（12010）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。第七章 降压变电所防雷与接地装置的设计7.1、变电所的防雷保护7.1.1、直接防雷保护 在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外或有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独

34、立的避雷针的接地装置接地电阻。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排或多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm×4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长11.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。7.1.2、雷电侵入波的防护 a)在10KV电源进线的终端杆上装设FS410型阀式避雷器。引下线采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。 b）在10KV高压配电室内装设有GG1A（F）54型开关柜，其中配有FS410型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。 c）在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。7.2、变电所公共接地装置的设计7.2.1、接地电阻的要求按工厂供电设计指导表9-6。此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件： 且 其中, 因此公共接地装置接地电阻。