机电一体化专业范文

1、变电所主电路电气设计目 录 摘要（中文）.21. 绪论.41.1工厂供电课程设计的要求.41.2工厂供电的发展趋势.42.车间变电所负荷计算和无功功率补偿.42.1计算负荷的意义和计算的目的.42.2负荷计算.52.3 功率因数和无功补偿.63.变压器数量.容量及类型选择.74.变电所主接线方案的确定.84.1高.低压侧主接线的基本形式.85.短路电流的计算.96.变电所一次设备的选择与校验.106.1电器设备选择的一般条件.116.2高压一次设备的选择.11 6.3高压电器的选择与校验.13 6.4互感器的选择.14 6.5低压一次设备的选择.15 6.6低压配电屏的选择.156.7低压电器

2、的选择与校验.167.导线和电缆选择的一般原则.177.1导线型号的选择原则.187.2高压侧电源进线的选择.197.3低压干线的选择.197.4母线的选择.20结论.20 参考文献. .21 致谢.21 摘 要变电站是电力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，是联系发电厂和工厂的中间环节，起着变换和分配电能的作用。建国以来，我国的城乡供电事业得到了迅速发展，同时也经历了一个不断认识、提高、完善的过程。“十一五”规划纲要提出，要坚定统筹城乡经济社会发展的基本方略，扎实稳步推进社会主义新农村建设。作为基础产业的电力工业，该为新农村建设做些什么？国家电网公司初步制定了服务新农

3、村、新城镇建设的战略规划。10kV变电所是工厂电力配送的重要环节。变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，为满足城镇负荷日益增长的需要，提高对工厂供电的可靠性和电能质量。随着国民经济的发展，工农业生产的增长需要，迫切要求增长供电容量，拟新建10kV变电所。本次设计的主要任务是为某标准件厂变电所配电系统的设计。该系统为10KV电源进线，经过车间变电所再降压成380V，供给各车间使用。经过对基础设计资料的分析后，发现各个车间设备大都是三级负荷，因此，经过计算，并查到了很多相关资料，最后选择了一台800KV.A的主变压器，主变压器到各车间采用单母线进线方式。各个车间的接

4、线采用放射式的接线方式。根据计算电流，选好各个设备，并通过短路电流、电压损失等惊醒校验和整定。关键词：供电系统 负荷计算 短路校验 继电保护 1、 绪 论1.1工厂供电课程设计的要求 本课程设计的任务是工厂10KV变电所供电系统的设计，厂无大型设备、高压设备、高频设备、及整流装置。车间变电皆为三级负荷。由于厂区较紧凑，装卸产品的起重机工作频繁。为美观起见，除向以外厂区内配电线路一律地下敷设。在进行施工图设计时，供电系统总计算负荷的确定，一般采用逐级计算法由用电设备处逐步向电源进线侧计算，采用的是需要系数法。各级计算点的选取，一般为各级配电箱的出线和进线、变电所低压出线、变压器低压母线、高压进线

5、处。在低压侧一般考虑到可靠性与效率性的问题就采用了放射式和树干式相结合的方法进行布线，通过负荷的计算，选定了变压器的型号。在设计当中，设备分组是至关重要的。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂和生活用电的需要，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、配合使用中，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）优质硬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，运费用要低，并尽可呢个地节能电能和减少有色书的消耗量1.2工厂供电的发展趋势 在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重

6、一般较小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并非在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重少，而是在于工业生产实现电气化可以大大增加产量，提高产品质量，提高生产效率，降低生产成本，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药中的后果。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。由于能源节约是工厂供电的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设也有重要的作用。2.车间变电所负荷计算和无功功率补偿 2.1计算负荷的意义和计算的

7、目的计算负荷：计算负荷是指通过负荷的统计计算确定的、用来按发热条件选择供电系统中的各元件（包括设备和线路）的一种负荷值。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆等，如以计算负荷持续运行时，其发热温度不会超过正常允许值。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费；如计算负荷确定过小，将使电器和导线处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘老化甚至烧毁，同样造成损失。由此可见，正确计算负荷意义重大。 2.2负荷计算 需要系数法利用一个需要系数乘以设备容量即可求

8、得设备的有功计算负荷的一种方法。该方法计算十分简便，它是最早提出的也是至今应用最为普遍的一种方法。但由于需要系数值是根据设备台数较多、容量差别不是很大的一般情况来确定的，未考虑设备容量相差悬殊时少数大容量设备对计算机负荷的影响，因此此法较适用于设备台数较多的车间及全厂范围的计算负荷的确定。需要系数法的基本公式为： 有功计算负荷： （1）式中 ：称为需要系数； ：为该组内各设备额定功率之和，即=； ：为有功功率负荷；其中： ：设备组的同时使用系数（即最大负荷时运行设备的容量与设备组总额定容量之比）；：设备组的平均加权负荷系数（表示设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量的比值）；：设备组的平均

9、加权效率；：配电线路的平均效率。 无功计算负荷： （2）tan：用电设备组的功率因数角的正切值； 视在计算负荷： （3） cos：用电设备组的平均功率因数； 计算电流：（4） U：用电设备组的额定电压；注意：需要系数值是按设备较多的情况来确定的，对单台设备，=1；即 ；但对于电动机，它本身损耗较大，因此当只有一台时，。1标准件厂负荷明细表序号车间名称设备容量（kW）计算负荷P30（kW）Q30（kvar）S30（kVA）I30（A）1机加工车间15546.584.596.5146.62铸造车间1606465.391.4138.93铆焊车间1504589.199.8151.74电修车间14644

10、6578.5119.35工具车间15037.543.957.787.76照明负荷352802842.5总计796265347.8451.9686.7变压器低压侧总计算负荷251.8330.4415.4631.2注：（表中数据有以上方法得到） 2.3 功率因数和无功补偿1>>最大负荷时的功率因数 ：=/=251.8/415.40.62>无功功率补偿容量 该厂的最大负荷功率因数是0.6，而供电部门要求该长10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此10KV侧最大负荷时426.9功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算10KV侧

11、的无功功率补偿容量： Qc= P30（- ）=251.8×tan(acrcos0.6)tan(arccos0.92)= 204.4kvar3>>无功功率补偿设备选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW 0.4143型，采用方案1（主屏）1 台与方案3（辅屏）4台相组合，总容量84kvar×5=420kvar。注：参考工厂供电设计指导图2.64>无功补偿后工厂计算负荷的确定补偿后变电所低压侧的视在功率S30 （2）=(251.82+（330.4-204.4）2)(12)KVA= 283.5(kV·A)变压器的功率损耗 PT0.015*283.5

12、= 4.3(KW) QT0.06*283.5=17(Kvar)变压器高压侧的计算负荷=251.8+4.3=256.11(kW)=（330.4-204.4）+17 =143（kvar)S30 （1）=(256.11 2+1432)(12)= 284.1(kV·A)补偿后的公路因数=0.901补偿后高压侧的功率因数为0.901>0.9，满足补偿要求，补偿电路如图所示：3.变压器数量、容量及类型选择选择主变压器台数按其符合性质要求为：1.工厂负荷性质 工厂为三班工作制，年最大有功负荷利用小时数为3500h，属于三级负荷。2供电电源条件（1）本厂变电所从附近35/10kV变电所引入10

13、kV电源，架空线路长800m。（2）要求工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。（3）工厂10kV母线上的短路容量按200MVA计算。因此只装设一台主变压器. 装有一台主变压器的变电所，主变压器容量SN。T 应不小于总的计算负荷S30，即根据补偿后一次侧容量,可以选择其额定容量为400KVA,型号为S9系列三项环氧树脂干式变压器，连接组别为Dyn11，即S9400100.4Dyn11.4.变电所主接线方案的确定 变配电所主接线方案的基本要求（1）保证向用户供电的可靠性、安全性、灵活性、经济性。（2）保证电能质量-频率和电压符合要求。 （3）大型电厂的机组在分期投入过程中，应考虑逐年电力，电量平衡

14、。4.1 高、低压侧主接线的基本形式1>10KV侧电气主接线的基本形式2> 380/220侧电气主接线的基本形式 3> 低压线路的接线方式MMM1放射式接线： 220/380V 放射式接线1）配电线路互不影响，供电可靠性较高，但配电设备和导线材料耗用较多，且运行不够灵活。2）主要用于容量大、负荷集中或重要的用电设备，或者需要集中联锁启动。2树干式接线树干式接线1）配电设备和导线材料耗用较少，运行灵活性好，特别是采用封闭式母线槽时；但干线故障时影响范围大，供电可靠性较低。2）一般用于用电设备容量不很大、布置较均匀的场合，例如对机械加工车间的中小机床设备供电以及对照明灯具供电等，

15、均采用树干式接线。3链式接线： 220/380V 链式接线它实质上是一种树干式接线，适用范围与树干式相似，但链式相连的用电设备一般不宜多于5台，链式相连的配电箱不宜多于3台，且总容量不宜超过10kW。以上介绍了低压配电系统的三种基本接线方案，各有优缺点；总的来说，树干式系统投资较省，但负荷支接点多，检修和事故时停电面大，一般适用于对三级负荷供电。放射式系统投资大，但线路没有分支接点。因此，应根据情况具体对待，但对于本机电修车间而言，按可靠性第一的原则，所以采用放射式供电。5.短路电流的计算1>短路的形式三相短路的基本形式有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相短路。三相短路电压和电流仍是

16、对称的，只是电流比正常值增大，电压比额定值降低。三相短路发生的概率最小，只有5%左右，但是它的危害是最严重的短路形式。两相短路发生的概率约为10%15%两相接地短路是指中性点不接地系统中两不同相均发生单相接地而形成的两相短路，亦指两相短路后又接地的情况。两相接地短路发生的概率约为10%20%。单相接地的危害虽不如其他短路形式严重但中性点直接接地的系统中，发生的概率最高，约占短路故障的65%70%2>采用标幺制法计算短路电流标么值法(相对单位制法)1.绘计算电路图，选短路计算点。，（短路计算电压）。短路基准电流按下式计算：3.计算短路回路中各主要元件的阻抗标么值一般只计算电抗。(1)电力系

17、统的电抗标么值式中电力系统出口断路器的断流容量单位为MVA)。(2)电力线路的电抗标么值2.设定基准容量和基准电压Ud，计算短路点基准电流一般设式中Uc线路所在电网的短路计算电压(单位为kV)。采用标么值计算时，无论短路计算点在哪里，电抗标么值均不需换算。(3)电力变压器的电抗标么值式中Uk%一一变压器的短路 电压(阻抗电 压)百分值; 一一变压器的额定 容童(.单位为 kVA，计算时化为与Sd同单位）（4）绘短路回路等效电路，并计算总阻抗采用标么值法计算时.无论有几个短路计算点，其短路等效电路只有一个，图中对一次侧的短路回路总电扰标么值为;图中对二次侧的短路回路总电抗标么值为:（5）计算短路

18、电流分别对各短路计算点计算其各种短路电流如其余短路电流的计算与欧姆法相同。6.变电所一次设备的选择与校验6.1>电器设备选择的一般条件1>按正常运行条件选择电器设备按正常运行条件选择，就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电器装置所处的位置特征；电气要求是指电器装置对设备的电压、电流、频率等方面的要求；对一些断路电器如开关、熔断器等，还应考虑其断流能力。 考虑所选设备的工作环境。 所选设备的额定电压应不低于安装地点电网的额定电压，即 电器的额定电流是指在额定周围环境温度下电器的长期允许电流。应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即 ： 。 2>按

19、短路条件校验 动稳定校验动稳定是指导体和电器承受短路电流机械效应的能力。满足稳定的条件是。 式中设备安装地点短路冲击电流的有效值（kV）。设备允许通过的电流的有效值（kV）。对于下列情况可不校验动稳定或热稳定。1）用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故不校验热稳定。2）电压互感器及其所在回路的裸导体和电器可不校验动、热稳定，因为短路电流很小。3）电缆可不校验动稳定。 热稳定校验短路电流通过时，电器各部件温度不应该超过短时发热最高允许值，即 （18）式中 设备安装地点稳态三相短路电流（kV）；短路电流假象时间（s）；t秒内允许通过的短路电流值（kV）；t厂家给出的热稳定计算时间（s）。6

20、.2高压一次设备的选择高压一次设备的选择，必须满足一次电路正常条件下和短路条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。高压电器的选择和校验可按表所列各项条件进行。选择条件设备名称额定电压额定电流开断电流动稳定热稳定高压断路器隔离开关负荷开关高压熔断器（1）高压开关柜的选择GG-1A和GG-1A(F)型高压开关柜为固定式，一般靠墙安装，从正面进行操作和维修，适于310kV、50Hz三相交流单母线系统作为接受和分配电能之用；其中GG-1A(F)为防误型，它在GG-1A型的基础上略加改进，增加了一些闭锁机构，以实现“五防”：防止带负荷拉、合隔离开关；防止误分、合断路器；防止

21、带电挂接地线；防止带接地线合隔离开关；防止人员误入带电间隔。GG-1A(F)型与GG-A型在应用范围、一次线路方案及有关技术数据方面都是相同的。该设计选择的高压开关柜如下表所示： 编号型号主要设备接线方式少油断路器隔离开关No101No106GG-1A(F)-11SN10-10ISN10-10SN10-10-10TNo102No105No107GG-1A(F)-24（2）计量柜的选择 GG-1A-J和GG-1A(J)型计量用高压开关柜，通称为高压计量柜，专用于中小型发电厂和变配电所在三相交流50Hz、电压10kV及以下、电流400A及以下的单母线系统中作为输送或接受电能计量之用。本型产品系室内

22、安装，于GG-1A(F)型固定式高压开关柜配套使用。计量用高压开关柜的一次线路方案和技术数据如表所示。型 号主 要 设 备接 线 方 式GG1A（J）04名称型号高压隔离开关GN8-10高压熔断器RN2-10电流互感器LQJ-10电压互感器JDJ-10注：本设计中的计量柜（No103和No104）都采用GG1A（J）04型。6.3高压电器的选择与校验 高压断路器选择与校验现初选SN10-10/630-300进行校验，如表所示。高压断路器选择校验表序号SN10-10/630-300选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据110KV10KV合格2630A54.06A合格316KA4.52KA合

23、格440KA5.1KA合格5=512合格显然所选的高压断路器是满足要求的。（2）高压隔离开关的选择与校验由于隔离开关主要是用于电气隔离而不能分断正常负荷电流和短路电流，因此，只需要选择额定电压和额定电流，校验动稳定度和热稳定度。由于选用GG-1A（F）型开关柜，故初步选择GN8-10T/200型进行校验，如表所示。 高压隔离开关选择校验表序号选择要求安装地点电气条件结论项目数据项目数据110KV10KV合格2200A54.06A合格3额定峰值耐受电流(动稳定)25.5KA4.52KA合格44s热稳定电流(热稳定)7.6合格故所选的高压断路器是满足要求。6.4互感器的选择（1）电流互感器的选择电

24、流互感器的选择与校验主要有以下几个条件：(1)电流互感器额定电压应不低于安装地点线路额定电压；(2) 根据一次负荷计算电流选择电流互感器变比；(3)根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度；（4）校验动稳定度和热稳定度。1）电流互感器变比选择2）电流互感器准确度选择及校验准确度选择的原则：计费计量用的电流互感器其准确度为0.20.5级，计量用的电流互感器其准确度为0.13.0级。为了保证准确度误差不超过规定值，一般还校验电流互感器二次负荷（伏安），互感器二次负荷不大于二次额定负荷，所选准确度才能得到保证。（2）电压互感器选择电压互感器的选择应按以下几个条件： 按安装地点环境及工作要

25、求选择装置类型； 电压互感器的额定电压应不低于装设点线路额定电压； 按测量仪表对电压互感器准确度要求选择并校验准确度。电压互感器准确度的设置一般有档，计量用的为.级以上，一般测量用的准确度为.3.0级，保护用准确度为级和级。为了保证准确度的误差在规定范围内，二次负荷应不大于相应的额定值，计算公式为 （21） （22）式中，和分别为仪表、继电器电压线圈消耗的总有功功率和总无功功率。与电压互感器的选择目的相同，故选用JDZJ-10，准确度为0.5级。6.5低压一次设备的选择低压一次设备的选择，与高压一次设备的选择一样，必须考虑安装地点并满足在正常条件下和短路条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠

26、，运行维护方便，投资经济合理。低压一次设备的选择校验项目如表所列。 低压一次设备的选择校验项目设备名称电压（V）电流（A）断流能力（kA）短路电流校验动稳定度热稳定度低压熔断器低压刀开关低压负荷开关低压断路器注：表中“”表示必须校验；“”表示一般可不校验。“-”表示不必校验。6.6低压配电屏的选择 低压配电屏是按一定接线方案将有关电气设备组装在一起的一种金属框架，结构简单、价廉，并可双面维护，检修方便，在变电所中，作为变电所用低压配电装置。他有固定式和抽屉式两种结构。 抽屉式低压屏为封闭式结构。它的特点是：密封性能好，可靠性高。由于主要设备均装在抽屉内，当回路故障时，可拉出检修或换上备用抽屉，

27、一边与迅速恢复供电。抽屉式低压屏还具有布置紧凑、占地面积小的优点，但其结构比较复杂，工艺要求较高，钢材消耗较多，价格也较高。因此在大机组的厂用电和粉尘较多的车间，抽屉式低压屏使用较多。 PGL型低压配电屏是我国80年代统一设计的结构比较合理、性能比较优越的产品，目前应用最为普遍。它又分1、2型，即PGL1型和PGL2型，两者的一次线路方案相同，只是其中电器设备型号有些区别。由于PGL1型中又得电器已列为淘汰产品，因此现在主要应用PGL2型。将低压配电屏的选择列表，如表所示。 低压配电屏的选择表编号型号接线方式主要设备低压断路器低压刀开关No202204No206、No207No209No216

28、PGL2-25DW15HD13No205PGL2-30No208PGL2-07DW15HD13No201No217PGL2-056.7低压电器的选择与校验 低压刀开关的选择低压刀开关选择校验表序号车间名称安装地点电气条件刀开关数据刀开关型号（V）（A）1机加工车间380146.6380200HD13-2002铸造车间380138.9380200HD13-2003铆焊车间380151.7380300HD13-3004电修车间380119.3380200HD13-2005工具车间38087.7380200HD13-2006照明负荷38042.5380100HD13-100 低压断路器的选择低压断路

29、器的选择校验表。 低压断路器的选择校验表序号车间名称安装地点电气条件断路器数据断路器型号（V）（A） 断流能力（kA）（V）（A） 断流能力（kA）1机加工车间380146.621.538030025DW15-4002铸造车间380138.921.538015025DW15-4003铆焊车间380151.721.538025025DW15-4004电修车间380119.321.538015025DW15-4005工具车间38087.721.538020025DW15-4006照明负荷38042.521.538015025DW15-400注：考虑安装地点电气条件断流能力的原因所以选取的断路器断流

30、能力取25kA.7.导线和电缆选择的一般原则电力线路从结构上分为架空线路和电缆线路。架空线路具有投资省、施工维护方便、易于发现和排除故障、受地形影响小等优点；而电缆线路具有运行可靠、不易受外界影响、美观等优点。采用架空线路还是采用电缆线路，视坏境要求、投资等因素而定。电力线路的选择，必须满足用电设备对供电安全可靠和电能质量的要求，尽量节省投资，降低年运行费，布局合理，维修方便。电力线路的选择包括两方面内容：确定型号、使用坏境和敷设方式；选择截面。为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，电力线路的导线和电缆截面的选择必须满足下列条件： 发热条件 导线和电缆（含母线）在通过计算电流时产生的发

31、热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。 允许电压损耗 导线和电缆在通过计算电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗值。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗的校验。 经济电流密度 35KV及以上的高压线路，规定宜选“经济截面”，即按国家规定的经济电流密度来选择导线和电缆的截面，达到“年费用支出最少”的要求。一般10KV及以下的线路，可不按经济电流密度选择。但长期运行的低压特大电流线路（例如电炉的短网和电解槽的母线）仍应按经济电流密度选择。 机械强度 导线的截面应不小于最小允许截面，由于电缆的机械强度很好，因此电缆不校验机械强度，但它需校验短路热稳定度。此外，绝缘导线和电

32、缆还需满足工作电压要求，即其额定电压不得小于工作电压。根据设计经验，低压动力线和10KV及以下的高压线，一般先按发热条件来选择截面，然后校验机械强度和电压损耗。低压照明线，由于照明对电压水平要求较高，所以一般先按允许电压损耗来选择截面，然后校验发热条件和机械强度。而35KV及以上的高压线，则可先按经济电流密度来选择经济截面，再校验发热条件、允许电压损耗和机械强度等。按以上经验进行选择，通常较易满足要求，较少返工。7.1导线型号的选择原则工厂常用架空线路导线型号及选择工厂户外架空线路10KV及以上电压等级一般采用裸导线，380V电压等级一般采用绝缘导线。裸导线常用的型号及适用范围： 铝绞线（BV

33、）该导线导电性能较好，重量轻，对风雨作用的抵抗力较强，但对化学腐蚀作用的抵抗力较差。多用于10KV以下的线路上，其杆距不超过100m125m。 钢芯铝绞线（LGJ）该导线的外围为铝线，芯子采用钢线，这就解决了铝绞线机械强度差的问题。而交流电具有趋肤效应，所以导体中通过电流时，电流实际只从铝线经过，这样确定钢芯铝绞线的截面时只须考虑铝线部分的面积。在机械强度要求较高的场合和35KV及以上的架空线路上多被采用。 铜绞线（TJ）该导线导电性能好，机械强度好，对风雨和化学腐蚀作用的抵抗力较强，但价格较高，是否选用根据实际需要而定。7.2高压侧电源进线的选择 选择经济截面因 =79.6A；可取=1.65；故 =48.2选标准截面70，即型号为LGJ-70的铝绞线。 校验发热条件查有关资料，LGJ-70在35时允许载流量为228A，而该所在地年最热月平均最高气温为30，由式（28）可知=1.057，所以校正后=241A=79.6A，所以满足发热条件。 校验机械强度通过查有关资料知，低压架空铝绞线的机械强度最小截面为=16S=70，因此所选的导线截面也满足机械强度要求。7.3低压干线的选择 以机加工车间为例： 发热情况 因I30（A）=146.6，初选BV -35 ，其载流量（A）=170I30（A）=146.6，可见所