某机械零件加工厂降压变电所的电气设计说明

1、. . . . 工业职业技术学院供 配 电 技 术设 计 报 告课程名称：供配电技术实验项目：某机械零件加工厂降压变电所的电气设计实验班级：指导教师：丽学号： 课程设计日期2013年12月23日到2014年1月3日目录一、负荷计算和无功功率计算与补偿6（一）负荷计算和无功功率计算6（二）变压器低压侧的有功负荷和视在负荷7（三） 年耗电量的估算8二、 变电所位置和形式的选择8三、变电所主变压器台数和容量与主接线方案的选择9（一）变电所主变压器台数的选择91、变电所主变压器容量选择92、变电所主接线方案的选择10四、短路电流的计算10（一）采用标么制法进行短路电流计算111、确定基准值112、计算

2、短路电路中各主要元件的电抗标么值11（一）一次高压设备的选择131、变电所一次高压设备的选择132、所一次高压隔离开关的选择133、电所一次高压熔断器的选择144、 电所一次高压电流电压互感器的选择145、电所一次高压母线的选择14六、变电所二次设备的选择与校验14（一）低压断路器的选择141、瞬时脱扣器额定电流选择和动作电流整定152、长延时过电流脱扣器动作电流整定153、断路器额定电流选择154、灵敏度校验15（二）低压熔断器的选择161、选择熔体与熔断器额定电流162、校验熔断器能力16七、变电所高、低压线路的选择18（一）高压线路导线的选择18（二）低压线路导线的选择18八、变电所二次

3、回路方案选择与继电保护的整定20（一）二次回路方案选择201、二次回路电源选择202、高压断路器的控制和信号回路203、电测量仪表与绝缘监视装置204、电测量仪表与绝缘监视装置21（二）继电保护的整定211、变压器继电保护212、0.28KV侧低压断路器保护23第九章降压变电所防雷与接地装置的设计23一直接防雷保护24二雷电侵入波的防护24致26 前言课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面

4、得到训练，为今后的工作奠定基础。变电所是接受电能、变换电压、分配电能的环节，是供配电系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行。电力系统是由发电机，变压器，输电线路，用电设备（负荷）组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机），变换（变压器，整流器，逆变器），输送和分配（电力传输线，配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以与继电器等。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、

5、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。本设计可分为九部分：负荷计算和无功功率计算与补偿；变电所位置和形式的选择；变电所主变压器台数和容量与主接线方案的选择；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；变电所高、低压线路的选择；变电所二次回路方案选择与继电保护的整定；防雷和接地装置的确定；心得和体会；附参考文献。（一）设计题目某机械零件加工厂降压变电所的电气设计（二）设计要求要求根据本厂所能取得的电源与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，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，

6、选择变电所主结线方案与高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，最后定出设计说明书。（三）设计依据1工厂总平面图，如图（1）所示。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4000h，日最大负荷持续时间为10h。该厂除铸造车间、锻压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280V。照明与家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表（1）所示。3供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供用协议规定，本厂可由附近一条35kV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LGJ120

7、导线为等边三角形排列，线距为0.5m；干线首端（即电力系统的馈电变电电站）距离本厂约15km，该干线首端所装高压断路器400MVA，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1.5s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用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100km，电缆线路总长度达80km。4.气象资料本厂所在地区的年最高气温为37  ，年平均气温为24，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0.8处平均温度为25。当地主导风向为东北风，年雷暴是数为20。

8、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1m。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，按两部电费制缴纳电费。每月基本电费按主变压器容量为0.4元/（kVA），动力电费为0.4元/(kW·h),照明（含家电）电费为0.5元/(kW·h)，工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.92。（四）设计任务1.设计说明书需包括1）目录2）前言与确定了赋值参数的设计任务书3）负荷计算和无功功率补偿4）变电所位置和型式的选择5）变电所主变压器台数、容量与主结线方案的选择6）短路电流计算7）变电所一次设备的选择与校验

9、8）变电所高、低压线路的选择9）变电所二次回路方案选择与继电保护的整定10）附录与参考文献11）收获和体会2设计图样1）主要设备与材料表2）变电所主接线主要参考资料1 介才主编供配电技术：机械工业2 华主编电类专业毕业设计指导：机械工业3 王荣藩编著工厂供电设计与指导：大学工厂负荷统计资料 表（1）厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量kW需要系数功率因数1铸造车间动力3000.40.7照明60.71.02锻压车间动力5000.30.65照明80.71.03金工车间动力5000.30.65照明90.71.04工具车间动力3000.30.6照明70.71.05电镀车间动力3000.60.8照明70

10、.71.06热处理车间动力2000.60.8照明80.71.07装配车间动力1000.40.7照明70.71.08焊接车间动力2000.30.65照明40.71.09锅炉房动力800.60.65照明20.71.010仓库动力200.30.7照明20.71.0生活区照明2000.71.0加工厂总平面图一、负荷计算和无功功率计算与补偿（一）负荷计算和无功功率计算用电单位名称负荷性质功率需要系数cosatanaP30(Kw)Q30(kvar)S30(Kva)I30(KA)1铸造车间动力3000.40.71.02120122.42171.43353.48照明60.71.04.24.219.092锻压车

11、间动力5000.30.651.17150175.37230.77475.84照明80.71.05.65.625.453金工车间动力5000.30.651.17150175.37230.77475.84照明90.71.06.36.328.644工具车间动力3000.30.61.3390120150309.24照明70.71.04.94.922.275电镀车间动力3000.60.80.75180135225463.94照明70.71.04.94.922.276热处理车间动力2000.60.80.7512090150309.24照明80.71.05.65.625.457装配车间动力1000.40.7

12、1.024040.8157.14117.82照明70.71.04.94.922.278焊接车间动力2000.30.651.176070.1592.31190.34照明40.71.02.82.812.739锅炉房动力800.60.651.174856.1273.85152.28照明20.71.01.41.46.3610仓库动力200.30.71.0266.128.5717.67照明20.71.01.41.46.36生活区照明2000.71.0140140636.36=0.9×1146=1031.4kw=0.95×992.02=942.42kvar=1397KVA I=2883

13、.98KA（二）变压器低压侧的有功负荷和视在负荷变压器低压侧的有功负荷和视在负荷分别为P=1031.4kw,S=1397KVA这时低压侧的功率因数为：=P/S=0.738为使高压侧的功率因数0.92，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.92。取=0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为：=603.37kvar实际补偿容量取610kvar无功补偿后变电器低压侧实在计算负荷=1083.65KVA主变压器容量选为1250kVA此时变压器的功率损耗为:=0.01=10.31kw=0.05=51.55kvar变电所高压侧总的计算负荷为=1041.71kw=Q-+=383.97kvar=1110KVAIc

14、1=2150.52kAcosQ=Pc/Sc=0.938>0.92，满足要求。（3） 年耗电量的估算结合本厂的情况，年负荷利用小时数为4000h，取年平均有功负荷系数a=0.7照明费用=182*0.7*4000*0.5=254800元动力费用=964*0.7*4000*0.4=1349600元主变电器用费=1250*12*0.4=6000元2、 变电所位置和形式的选择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。车间附设变电所、车间变电所、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。

15、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，并考虑到周边环境与进出线方便，决定在5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。三、变电所主变压器台数和容量与主接线方案的选择（一）变电所主变压器台数的选择这个单位变电所虽然是二、三级负荷，考虑到现实当中的实际情况，结合实际的用电情况，采用两台变压器，一台负责第一到第十车间动力供电，另一台变压器负责照明和生活区的供电。为满足工厂二级负荷的要求，可采用联络线由邻近的单位取得备用电源。即使其中一台变压器出现了故障，因有另一台变压器正常工作，可为另一负荷提供电源。1、变电所主变压器容量选择每台变压器的容量应同时满足以下两个

16、条件：（1）任一台变压器单独运行时，宜满足：（2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷需求。即代入数据可得：=（0.60.7）×1397=838.2977.9KVA查表A-3得，可选两台容量为1000KVA的变压器，型号为S9-1000/10。其主要技术指标如下表所示：变压器型号额定容量/额定电压/kV联 结 组型 号损耗/KW空载电流%短路阻抗%高压低压空载负载S9-1000/10100010.50.4Dyn111.79.21.752、变电所主接线方案的选择（1）一次侧单母线不分段，二次侧单母线分段主接线因为在二级负荷中采用双电源进线，独立变电所装两台变压器，应采用一次侧

17、单母线不分段，二次侧单母线分段主接线比较合适。优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，满足工厂二级负荷的要求，可采用联络线由邻近的单位取得备用电源。四、短路电流的计算本单位的供电系统简图如图（一）所示。采用一路电源供线，一路为距本厂15km的馈电变电站经LGJ-120架空线100KM（系统按电源计），在经过80KM的高压电缆线接入本单位的变电所。该干线首段所装高压断路器的断流容量为400MV。A。下面计算本厂变电所高压35kV母线上k-1点短路和低压280V母线上k-2点和K-3点短路的三相短路电流和短路容量。

18、500MVAK-1K-2LGJ-185,100km36.75kVS9-10000.3kV(2)(3)(1)系统（一）采用标么制法进行短路电流计算1、确定基准值 取Soc=100MVA，Uc1=36.75kv，Uc2=0.3kv2、计算短路电路中各主要元件的电抗标么值电力系统的电抗标么值： =0.25架空线路1WL的电抗标么值： = 11.847电缆线2WL的电抗标么值： =2.843电力变压器T1，T2的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得%=4，因此，=4可绘得短路等效电路图如图（二）所示。k-1k-2图（二）（1） 计算k-1点的短路电路总电抗标么值与三相短路电流和短路容量总电抗标么值：

19、0.25+11.847+2.843=14.94k-1点所在电压级的基准电流:=1.57KAk-1点短路电流和短路容量各量：0.0669 1.57×0.0.0669=0.105KA=0.171KA=6.693MVA (4) 计算k-2点短路电路总电抗标么值与三相短路电流和短路容量 总电抗标么值:0.25+11.847+2.843+4=18.94 k-2点所在电压级的基准电流:=192.678KA k-2点短路电流和短路容量各量： 1192.678×0.0528=10.173KA=18.718KA=5.280MVA五、变电所一次设备的选择与校验（一）一次高压设备的选择1、变电所

20、一次高压设备的选择由短路计算可得，=15.729A1.57×0.0669=0.105KA=0.268KA查表A-4，选择SN1035I/1000型少油断路器。高压一次断路器选择校验表 序 号SN10-35I/1000选择要求装设地点电气条件 结 论项目数据项目数据135KV35KV合格21000A15.729A合格316KA0.105KA合格445KA0.268KA合格510243.696合格经校验所选SN1035I/1000型少油断路器合格。2、所一次高压隔离开关的选择根据1、给的电气条件，查表A-5，选择型高压隔离开关。高压隔离开关选择校验表序 号选择要求装设地点电气条件结 论项

21、目数据项目数据135KV35KV合格2600A0.105A合格375.5KA0.268KA合格4126003.696合格经校验所选型高压隔离开关合格。3、电所一次高压熔断器的选择 根据变压器一次侧高压额定电压35KV，额定电流0.105A，查表A-6-2，选择RN2-35/0.5-50型高压熔断器。4、 电所一次高压电流电压互感器的选择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1.5s。5、电所一次高压母线的选择根据=18.33A ，选择LGJ120导线为等边三角形排列六、变电所二次设备的选择与校验（一）低压断路器的选择第一车间低压断路器的选择DW15-6

22、001、瞬时脱扣器额定电流选择和动作电流整定，故选取脱扣器=1.35×2×353.48=954.396A查表A-9-5的整定倍数，选择3倍整定倍数瞬时脱扣器，则动作电流整定为2×600=1200A954.396A与保护线路的配合故满足要求。2、长延时过电流脱扣器动作电流整定动作电流整定：=1.1×353.48=388.828A查表A-9-5，选择384-600中整定电流为400A的脱扣器，则=400A与保护线路的配合 故满足要求。3、断路器额定电流选择=600A查表A-9-4，选择600A DW15系列断路器，=50KA断流能力校验=50KA=16.78

23、1KA故满足要求。4、灵敏度校验故满足要求。所以选低压断路器为DW15-600，过电流脱扣器额定电流为600A。同理，第二车间低压断路器选择DW15-600，过电流脱扣器额定电流为600A。 第三车间低压断路器选择DW15-600，过电流脱扣器额定电流为600A。第四车间低压断路器选择DW15-600，过电流脱扣器额定电流为400A。第五车间低压断路器选择DW15-600，过电流脱扣器额定电流为600A。第六车间低压断路器选择DW15-600，过电流脱扣器额定电流为400A。 第七车间低压断路器选择DW15-200，过电流脱扣器额定电流为150A。第八车间低压断路器选择DW15-400，过电流

24、脱扣器额定电流为300A。第九车间低压断路器选择DW15-200，过电流脱扣器额定电流为200A。第十车间低压断路器选择DW15-200，过电流脱扣器额定电流为100A。 生活区低压断路器选择DW15-1000，过电流脱扣器额定电流为800A。（二）低压熔断器的选择第一车间低压熔断器的选择：1、选择熔体与熔断器额定电流=353.48A， =0.4×3×353.48=424.176A根据两式计算结果查表A-10，选=430A。选RT0-600型熔断器，其熔体额定电流为450A，熔断器额定电流为600A，最大断流能力为50KA。2、校验熔断器能力=50KA=16.781KA断流

25、能力满足要求。所以选低压熔断器为RT0-600，其熔体额定电流为450A，熔断器额定电流为600A，最大断流能力为50KA。同理，第二车间低压熔断器选择为RT0-600，其熔体额定电流为500A，熔断器额定电流为600A，最大断流能力为50KA。第三车间低压熔断器选择为RT0-600，其熔体额定电流为475A，熔断器额定电流为600A，最大断流能力为50KA。第四车间低压熔断器选择为RT0-400，其熔体额定电流为350A，熔断器额定电流为400A，最大断流能力为50KA。第五车间低压熔断器选择为RT0-600，其熔体额定电流为500A，熔断器额定电流为600A，最大断流能力为50KA。第六车

26、间低压熔断器选择为RT0-400，其熔体额定电流为350A，熔断器额定电流为400A，最大断流能力为50KA。第七车间低压熔断器选择为RT0-200，其熔体额定电流为120A，熔断器额定电流为200A，最大断流能力为50KA。第八车间低压熔断器选择为RT0-200，其熔体额定电流为200A，熔断器额定电流为200A，最大断流能力为50KA。第九车间低压熔断器选择为RT0-200，其熔体额定电流为200A，熔断器额定电流为200A，最大断流能力为50KA。第十车间低压熔断器选择为RT0-100，其熔体额定电流为30A，熔断器额定电流为100A，最大断流能力为50KA。生活区低压熔断器选择为RT0

27、-1000，其熔体额定电流为700A，熔断器额定电流为1000A，最大断流能力为50KA。七、变电所高、低压线路的选择为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。根据设计经验：一般10KV与以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。（一）高压线路导线的选择架空进线后接了一段交联聚乙烯绝缘电力电缆YJV-350做引入线（直埋），高压主接线。高压侧计算电流=18.33A所选电缆

28、的允许载流量：=18.33A，满足发热条件。（二）低压线路导线的选择由于没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TN-C-S系统；从变电所到各个车间与宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用BV型铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。其中导线和电缆的截面选择满足条件：（1）相线截面的选择以满足发热条件即，；（2）中性线（N线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足；（3）保护线（PE线）的截面选择时，；时，时，（4）保护中性线（PEN）的选择，取（N线）与（PE）的最大截面。结合计算负荷，查表A-12-2可得到由变电所到各个车间的低压电缆的型号为

29、：主变引入电缆YJL22-10000-325交联电缆（直埋）280V低压出线至1号厂房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至6号厂房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV22

30、-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至生活区单回路，回路线3LJ-240（架空）与邻近单位10kV联络线YJL22-10000-325交联电缆（直埋）八、变电所二次回路方案选择与继电保护的整定（一）二次回路方案选择1、二次回路电源选择二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；.由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。 考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少

31、，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。2、高压断路器的控制和信号回路高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。3、电测量仪表与绝缘监视装置这里根据GBJ63-1990的规要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。（1）10KV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。（2）变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。（3）电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。（4）380V的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。（5）低压动力线路：

32、装设电流表一只。4、电测量仪表与绝缘监视装置在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合式）、备用电源自动投入装置（APD）。（二）继电保护的整定 继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性与灵敏性。由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型

33、号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。1、变压器继电保护变电所装有两台35/0.41000的变压器。低压母线侧三相短路电流为=16.781KA，高压侧继电保护用电流互感器的变比为300/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。（1）过电流保护动作电流的整定，.66.06A故其动作电流：=17A动作电流整定为17A。（2）过电流保护动作时限的整定由于此变电

34、所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为。（3）电流速断保护速断电流倍数整定取，故其速断电流为：=1.65因此速断电流倍数整定为： =0.09（4）35KV侧继电保护在此选用GL-25/10型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短路电流为0.105kA；变比为300/5A保护用电流互感器动作电流为17A。下面对高压母线处的过电流保护装置进行整定。（高压母线处继电保护用电流互感器变比为300/5A）整定的动作电流取=5375A,，故=1455A根据GL-25/10型继电器

35、的规格，动作电流整定为1455A 。整定的动作时限：母线三相短路电流反映到中的电流：=0.105×1/60=1.68A对的动作电流的倍数，即：0.28由反时限过电流保护的动作时限的整定曲线确定的实际动作时间：=0.6s。的实际动作时间：母线三相短路电流反映到中的电流：=0.105×1/60=1.68A对的动作电流的倍数，即：1.12A所以由10倍动作电流的动作时限曲线查得的动作时限：。2、0.28KV侧低压断路器保护整定项目：（1）瞬时过流脱扣器动作电流整定：满足：对万能断路器取1.35；对塑壳断路器取22.5。（2）短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足:取1.2。另外还应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差0.2s(0.4s,0.6s)。（3）长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足：取1.1。（4）过流脱扣器与被保护线路配合要求：满足：绝缘导线和电缆允许短