机械厂降压变电所电气设计secret

1、1 引言 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。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

2、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。2 工厂供电设计基本知识2.1工厂供电设计的基本内容1 工厂变配电所设计的基本内容1) 负荷计算及无功功率补偿计算2) 变配电所所址和型式的选择3) 变电所主变压器台数、容量及类型的选择4) 变配电所主接线方案的选择5) 短路电流的计算6) 变配电所一次设备的选择7) 变配电所二次回路方案的选择及继电保护装置的选择与确定8) 变配电所防雷保护与接地装置的设计9) 编写设计说明书及主要设备材料清单10) 绘制变配电所主接线、平面及必要的剖面图，二次回路及其他施工图纸2 工厂高压和车间低压配电线路设计的基本内

3、容1）工厂高压配电系统方案的确定，车间低压配电系统方案的确定2）高压配电线路的负荷计算，低压配电线路的负荷计算3）高压配电线路导线和电缆的选择，低压配电线路导线和电缆的选择4）架空线杆位的确定及电杆、绝缘子、金具的选择，低压配电控制和保护设备的选择5）防雷保护和接地装置的设计，低压配电系统接地装置的设计6）编写设计说明书及主要设备材料清单7）绘制高压配电系统图、平面布线图、电杆总装图及其他施工图纸，绘制车间低压配电系统图、平面布线图及其他施工图纸2.2工厂总平面布置图 图1.12.3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数为4500h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、

4、电镀车间和锅炉房属于二级负荷外，其余均属于三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气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表2-1所示：厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/KW需要系数Kd功率因数1铸造车间动力3700.30.65照明90.91.02锻压车间动力3900.30.60照明70.71.03金工车间动力3500.20.65照明60.81.04工具车间动力3500.250.65照明80.81.05电镀车间动力2000.50.75照明90.91.06热处理车间动力1500.40.75照明100.71.07装配车间动力1500.30.70照明60.81

5、.08机修车间动力1500.20.65照明40.81.09锅炉房动力800.70.75照明20.71.010仓库动力150.30.85照明10.81.0生活区照明1200.70.852.4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LJ-95，导线为等边三角形排列，线距1.2m ,干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压短路器断流容量为 380MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，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，可采用高压联络线由邻

6、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为60km，电缆线路总长度为25km。4、气象资料：本厂所在地年最高温度36，年平均气温为16，年最低温度为-10，年最热月平均最高温度32，年最热月平均气温为25，年最热月地下0.8M处平均温度25，当地主导风向为南风，年雷暴日数30天。5、地质水文资料：平均海拔500M，地层以沙粘土为主，地下水位2m。6、电费制度 供电贴费800元/KVA。每月电费按两部电费制：基本电费为按主变压器容量计为18元/KVA，动力电费为0.2元/KW.H，照明电费为0.5元/KW.H。工厂最大负荷时功率因数不得小于 0.92 。3负荷计算和无功功

7、率补偿 3.1 全厂负荷计算表及方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。本设计采用需要系数法确定。主要计算公式有： 有功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷计算电流单组用电设备计算负荷的计算式：有功计算负荷无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流 机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量需要系数计 算 负 荷1铸造车间动力3700.30.650.8911198.8170.8259.5照明90.91.008.108.112.3小计379119.198.8178.9271.82锻压车间动力3900.30.601.07117125.2195296.3照明70.71.004.904.97.4小计

8、397121.9125.2199.9303.73金工车间动力3500.20.650.897062.3107.7163.6照明60.81.004.804.87.3小计35674.862.3112.5170.94工具车间动力3500.250.650.8987.577.9134.6204.5照明80.81.006.406.49.7小计35893.977.9141.0214.25电镀车间动力2000.50.750.8810088133.3202.5照明90.91.008.108.112.3小计209108.188141.4214.86热处理车间动力1500.40.750.886052.880121.6

9、照明100.71.007.007.010.6小计16067.052.887.0132.27装配车间动力1500.30.700.734532.964.397.7照明60.81.004.804.87.3小计15649.832.969.1105.08机修车间动力1500.20.650.89 3026.746.270.2照明40.81.003.203.24.9小计154 33.226.749.475.19锅炉房动力800.70.750.885649.374.7113.5照明20.71.001.401.42.1小计8257.449.376.1115.610仓库动力150.30.850.614.52.75

10、.38.1照明10.81.000.800.81.2小计165.32.76.19.311生活区照明1200.70.850.618451.298.8150.1总计（380V侧）动力2205814.5667.81160.21708.7照明182计入=0.9=0.950.8651.6634.4909.41381.83.2 无功功率补偿 由上表可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数是0.8，而供电部门要求该厂10kv进线侧最大负荷时因数不应低于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： Qc=P30

11、(tan1-tan2)=651.6tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)kvar=370kvar 选PGJ1型低压自动补偿屏（如图2.1所示），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台相组合，总共容量84kvar*5=420kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表所示：项目cos计算负荷P30/kwQ30/kvarS30/kvaI30/A380v侧补偿前负荷0.8651.6634.4909.41381.8380v侧无功补偿容量-420380v侧补偿后负荷0.94651.6214.4694.91055.8主

12、变压器功率损耗0.015S30=10.40.06S30=41.510kv侧负荷计算0.9662255.9709.71078.33.3无功补偿的意义1 无功补偿可以提高功率因数以减少设备容量和功率耗损、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。 2 集中补偿与分散补偿相结合，以分撒补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降压相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。无功补偿的主要作用具体体现在：提高电压质量；降低电能损耗；提高发供电设备运行效率；减少用户电费支出。 3 安装并联电容器进行无功补偿，可

13、限制无功补偿在电网中传输，相应减小了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。4 变电所位置和形式的选择4.1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

14、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。1、装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。2、多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。3、高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所，当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁，并应按现行国家标准高层民用建筑设

15、计防火规范有关规定，采取相应的防火措施。 4、露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所： 1）有腐蚀性气体的场所； 2）挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁； 3)附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场； 4)容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。5、变电所的型式应根据用电负荷的状况和周围环境情况确定，并应符合下列规定： 1)负荷较大的车间和站房，宜设附设变电所或半露天变电所； 2)负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间内变电所或组台式成套变电站；3)高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站； 4)负荷

16、小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设独立变电所，有条件时也可设附设变电所或户外箱式变电站； 5）环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在315KVA及以下时，宜设杆上式或高台式变电所； 6)带可燃性油的高压配电装置,宜装设在单独的高压配电室内。当高压开关柜的数量为6台及以下时，可与低压配电屏设置在同一房间内。不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，可设置在同一房间内。具有符合IP3X防护等级壳外的不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，当环境允许时，可相互靠近布置在车间内。室内变电所的每台油量为100kg及以上的三相变压器，应设在单独的变压器室内。6

17、、在同一配电室内单列布置高、低压配电装置时，当高压开关柜或低压配电屏顶面有裸露带电导体时，两者之间的净距不应小于2m；当高压开关柜和低压配电屏的顶面封闭外壳防护等级符合IP2X级时，两者可靠近布置。 7、有人值班的配电所，应设单独的值班室。当低压配电室兼作值班室时，低压配电室面积应适当增大。高压配电室与值班室应直通或经过通道相通，值班室应有直接通向户外或通向走道的门。8、变电所宜单层布置。当采用双层布置时，变压器应设在底层。设于二层的配电室应设搬运设备的通道、平台或孔洞。9、高（低）压配电室内，宜留有适当数量配电装置的备用位置。10、高压配电装置的柜顶为裸母线分段时，两段母线分段处宜装设绝缘隔

18、板，其高度不应小于0.3m。11、由同一配电所供给一级负荷用电时,母线分段处应设防火隔板或有门洞的隔墙。供给一级负荷用电的两路电缆不应通过同一电缆沟，当无法分开时，该电缆沟内的两路电缆应采用阻燃性电缆，且应分别敷设在电缆沟两侧的支架上。户外箱式变电站和组合式成套变电站的进出线宜采用电缆。12、配电所宜设辅助生产用房。4.2变电所的形式（1） 车间附设变电所（2） 车间内变电所（3） 露天（或半露天）变电所（4） 独立变电所（5） 杆上变电台（6） 地下变电所（7） 楼上变电所（8） 成套变电所（9） 移动式变电所我们的工厂是10kv以下，变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负

19、荷功率矩法来确定。在工厂的平面图下侧和左侧，分别作一条直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，p1、p2、p3p10分别代表厂房1、2、310号的功率，设定p1、p2p10并设定p11为生活区的中心负荷，如图所示。而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：坐标轴12345678910生活区X()11222.53.53.53.53.54.51Y()4.53.54.53.52543241把各车间的坐标带入（3-1） （3-2），得到x=1.92，y=3.71.由计算结果可知，工厂的负荷中心在9号厂房的西北角。考虑到周围环境和进出线方便，决定在9号厂房的西侧仅靠厂房建造工

20、厂变电所，器型为附设式。5变电所主要的变压器根据工厂的负荷情况和电源情况，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）装设一台主变压器型式采用S9型，而容量根据式，选976.55KVA，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，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。（2）装设两台主变压器型号亦采用S9，而每台变压器容量按式和式选择，即 SN.T(0.60.7)×976.55KVA=（585.93683.59）KVA且 因此选两台S9-800/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变

21、压器的联结组均采用Yyn0。6 变电所主接线方案的选择6.1装设一台主变压器的主接线方案 如图所示：6.2装设两台主变压器的主接线方案 如图所示6.3主接线方案的技术经济比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗小灵活方便性只一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资由手册查得S91000/10单价为15.1万元，而由手册查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为2×15.1万元=30.2

22、万元由手册查得S9800单价为10.5万元，因此两台综合投资为4×10.5万元=42万元，比一台变压器多投资11.8万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查手册得 GGA（F）型柜按每台4万元计，查手册得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为4×1.5×4=24万元本方案采用6台GGA（F）柜，其综合投资额约为6×1.5×4=36万元，比一台主变的方案多投资12万元电力变压器和高压开关柜的年运行费参照手册计算，主变和高压开关柜的折算和维修管理费每年为6.2万元主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为8.94万元，比一台主变的方案多耗

23、274万元供电贴费按800元/KVA计，贴费为1000×0.08=80万元贴费为2×800×0.08万元=128万元，比一台主变的方案多交48万元 从上表可以看出，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优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。7短路电流的计算7.1 短路的危害 短路电流是供配电系统中的相间或相地之间因绝缘破坏而发生电气连通的故障状态。它的数值可达额定电流的十余倍至数十倍，而电路由常态变为短路的暂态工程中，还出现高达稳态短路电流1825倍的冲击电流。会

24、对供配电系统造成严重的破坏。7.2 短路电流计算的目的（1）由于民用建筑内所装置的元件，其容量远比系统容量要小，而阻抗则较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路时，系统母线上的电压变动很小，可认为电压维持不变。因此，在本次计算中，都是以上述的由无限大容量电力系统供电作为前提来进行计算的。（2）在计算高压电路中的短路电流时，只需考虑短路电流值有重大影响的电流元件如发电机、变压器、电抗器、架空线及电缆等。由于发电机、变压器、电抗器的电阻远小于本身电抗，因此可不考虑。但当架空线和电缆较长，使短路电流的总电阻大于总电抗1/3时，需要计如电阻。（3）短路电流计算的符号含义：短路电流计算应求出最大短路电流值，

25、以确定电气设备容量或额定参数；求出最小短路电流值，作为选择熔断器、整定继电保护装置和校验电动机启动的依据。7.3欧姆法计算短路电流绘制计算电路及计算7.4 确定短路计算基准值设，即高压侧，低压侧，则 7.5 计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统 已知，故（2）架空线路 查表8-37，得LJ-150的，而线路长12km，故（3）电力变压器 查表2-8，得，故因此绘短路计算等效电路如图5.2所示。 图5.2 等效电路7.6 10KV侧三相短路电流和短路容量（1） 总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量 7.7 380KV侧三相短路电流和短路容量（

26、1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量以上计算结果综合如表5.1表7.1 短路的计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-11.431.431.433.652.225.9k-221.421.421.439.3723.32158 变电所一次设备的选择校验8.1 10KV侧一次设备的选择校验表8.1 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他装置地点条件参数）数据10kV57.7A（I1N·）1.6kA4.1kA1.62×1.9=4.9一次设备型号规格额定参数UNINIocImax

27、It2t高压少油断路器SN-1010I/63010kV630A16kA40kA162×2=512高压隔离开关GN-10/20010kV200A25.5kA102×5=500高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-10/kV电流互感器LQJ-1010kV100/5A225××0.1kA=31.8kA(90×0.1)2×1=81二次负荷0.6避雷器FS4-1010kV户外式高压隔离开关GW4-12G/20012kV400A25KA102×5=5008.2 380V侧

28、一次设备的选择校验表8.2 380V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他装置地点条件参数）数据380V总1401A18.3kA33.7kA19.72×0.7=272一次设备型号规格额定参数UNINIocImaxIt2t低压断路器DW15-1500/3电动380V1500A40kV低压断路器DZ20-630380V630A（大于I30）一般30kA低压断路器DZ20-220380V200A（大于I30）一般25kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V160

29、/5A 100/5A8.3 高低压母线的选择参见手册，10KV母线选LMY-3（40×4），即母线尺寸为40mm×4mm;380V母线选LMY-3（120×10）+80×6，即母线尺寸为120mm×10mm,中性母线尺寸为80mm×6mm。9变电所进出线和与邻近单位联络线的选择9.1 压进线的选择校验（1）采用LJ型铝绞线架空敷设，接住10KV公用干线1）按发热条件选择 由I30=I1N·T=57.7A及室外环境温度32，查手册，初选LJ-16，其35时的Ial=93.5AI30,满足发热条件。2）校验机械强度。由手册，最小

30、允许截面AMIN=35mm2,因此LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。因为此线路很短，不需校验电压损耗。9.2 380V低压出线的选择（1）馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择由I30=290.1及土壤温度为25，查表，初选缆芯截面240mm2，其32时的Ial=321I30，满足发热条件。2）检验电压损耗 由图11-2所示平面图量得变电所至1号厂房距离约为45m，由表8-35查得LJ150的R0=0.16/km(按缆芯工作温度75°C计)，X0=0.07/km(按接线几何均距0.8 m来计)，又1

31、号厂房的P30=126.3kW,Q30=140Kvar,因此：U=126.3kw×0.34×0.045140kw×0.48×0.0450.38kv13U13V380V×1003Ua15满足允许电压损耗5%的要求. 3）短路热稳定度校验 计算满足短路热稳定的最小截面即选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。（2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路 由于锻压车间就在变电所附近，而且共为同一建筑，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型，5根（包括1根N线，一根PE线，3根相线）埋地敷设直埋敷设。1）按发热

32、条件选择 由I30=211.1A及环境温度26，查手册，相线截面初选185 mm2 ，N线和PE线也都选为185 mm2即选用BLV-1000-1×185导线5根。2）校验机械强度 查手册，最小允许截面积=Amin=2.5mm2，因此所选的185 mm2的导线满足机械强度要求。3） 校验电压损耗 所选管线，估计长为50m，R0=0.19/km，X0=0.081/km又车间的P30=85.6kW,Q30=106.7Kvar，因此 故满足允许电压损耗要求。（3）馈电给3号厂房（金工车间）的线路 亦采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。缆芯截面选240mm，即VLV2

33、2-1000-3×240+1×120的四芯电缆直埋敷设。（4）馈电给4号厂房（工具车间）的线路 亦采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。缆芯截面选240mm，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆直埋敷设。（5）馈电给5号厂房（电镀车间）的线路 亦采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。缆芯截面选240mm，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆直埋敷设。（6）馈电给6号厂房（热处理车间）的线路 亦采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。缆芯截面选240mm，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。10 变电所二次回路方案的选择