某机械厂降压变电所电气一次课程设计书

前言在国民经济高速发展的今天，电能的应用越来越广泛，生产、科学、研究、日常生活都对电能的供应提出更高的要求，因此确保良好的供电质量十分必要。本设计书注重理论联系实际，理论知识力求全面、深入浅出和通俗易懂，实践技能注重实用性，可操作性和有针对性，同时注重介绍和反映现代供配电技术的新技术。本课程设计选择进行了一个模拟的中小型工厂10/0.4kV、容量为1000kVA的降压变电所，既含有高压供电部分又含有电力变压器低压配电部分。本设计书论述了供配系统的整体功能和相关的技术知识，重点介绍了工厂供配电系统的组成和部分。系统的设计和计算相关系统的运行与管理，并根据工厂所能取得的电源及工厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定了变电所的位置与形式及变电所至变压的台数与容量、类型及选择变电所主接线方案及高低设备与进出线。本设计书共分部分，包括：负荷计算和无功功率补偿、变电所位置和形式选择、变电所主变压器的台数、类型容量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与校验、变电所电气主结线图。目录前言第一章设计任务书…………………....1第二章负荷计算和无功功率补偿…3第三章变电所位置和形式的选择…4第四章变电所主变压器和主结线方案的选择……5第五章短路电流的计算……………6第六章变电所一次设备的选择校验………………8第七章变电所进出线的选择校验…9第八章设计图样……13附图1………………….14附图2………………….15第一章一、设计任务书（一）设计题目某机械厂降压变电所电气一次设计（二）设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并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，选择变电所主结线及高低压设备和进出线，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。（三）设计依据1.工厂总平面图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5000h，日最大负荷持续时间为8h。该厂筹造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。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。3.供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，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（附图1-4）。该干线的导线品牌号为LGJ-185,导线为等边三角形排列，线距为2.0m。干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约10km.干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MWA，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1.2s。为满足工厂二级负荷的要求，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的架空线路总长度为100km，电缆线路长度为25km。表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需用系数功率因数1铸造车间动力4000.40.70照明100.81.002锻造车间动力3000.20.65照明100.81.003金工车间动力3500.20.65照明100.71.004工具车间动力3800.20.60照明100.81.005电镀车间动力2600.50.80照明70.71.006热处理室动力2000.50.75照明80.71.007装配车间动力1500.40.70照明50.81.008机修车间动力1500.30.60照明40.71.009锅炉房动力800.70.8照明10.91.0010仓库动力250.40.80照明10.91.0011生活区动力3000.81.004.气象条件：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-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0.8m处的平均温度为25℃。当地主导风向为东北向风，年暴日数为20。5.地质水文条件：本厂所在的地区平均海拔500m。地层以砂粘土（土质）为主；地下水位为4m。6.电费制度：本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费交电费。每月基本电费按主变压器容量计为20元/KVA，动力电费为0.3元/kwh，照明（含家电）电费为0.5元/kwh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.95.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供电贴费：6~10KV为800元/KVA。（四）设计任务要求在规定时间内独立完成下列工作量：设计说明书1份，需包括：封面及目录前言及确定了赋值参数的设计任务书负荷计算和无功功率补偿变电所位置和型式的选择变电所主变压器台数、容量、类型及主结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、低压进出线的选择与效验附录及参考文献设计收获和体会设计图纸1份变电所主结线图1张（3号图纸）（五）设计时间第二章(一)负荷计算和无功功率补偿负荷计算个厂房和生活区的负荷计算如表1所示表2某机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量需要系数cosφtanφ计算负荷P30/KwQ30/KwS30/KVAI30/A1铸造车间动力4000.40.71.02160163.2--照明100.81080--小计410-168163.22343562锻压车间动力3000.20.651.176070.15--照明100.81080--小计310-6870.1597.71493金工车间动力3500.20.651.177081.83--照明100.71070--小计360-7781.831121704工具车间动力3800.20.61.3376101.33--照明80.8106.40--小计388-82.4101.331311995电镀车间动力2600.50.80.7513097.5--照明70.7104.90--小计267-134.997.51662536热处理室动力2000.50.750.7810078--照明80.7105.60--小计208-105.6781311997装配车间动力1500.40.71.026061.2--照明50.81040--小计155-6461.288.61358机修车间动力1500.30.61.334560--照明40.7102.80--小计154-47.86076.71179锅炉房动力800.70.80.755642--照明10.9100.90--小计81-56.94270.710810仓库动力250.40.80.75107.5--照明10.9100.90--小计26-10.97.513.22011生活区照明3000.8102400240365总计(380V侧)动力22951055.5762.71--照明364计入KΣp=0.85KKΣq=0.990.79897.18686.441129.661718.38无功功率补偿由表2可知，该厂380侧最大负荷是的功率因数只有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应低于0.95。考虑到主变电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0.95，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Qc=P30(tanφ1-tanφ2)=897.18[tan(arccos0.79)-tan(arccos0.97)]=471kvar参照图，选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案2（主屏）1台与方案3（辅屏-）6台相组合，总共容量84kvar×6=504kvar。因此无功功率补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表所示项目cosφ计算负荷P30/KWQ30/kvarrS30/KVAI30/A380V侧补偿前前负荷0.79897.18686.441129.661718.38380V侧无功补补偿容量-504380V侧补偿后后负荷0.98897.18182.44915.541392.67主变压器功率损耗耗0.015S300=14.0040.06S30==56.16610KV侧负荷总总计0.97911.22238.6941.9454.45第三章(二)变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按功率矩法来确定，计算公式为x=(P1x1+P2x2+P3x3+…)/(P1+P2+P3+…）=∑(PiXi)/∑Pi,y=（P1y1+P2y2+P3y3…）/(P1+P2+P3+…)=∑(PiYi)/∑Pi。计算：x=4.22y=3.97由计算结果可知，工厂的负荷中心在2，3，5，6号车间之间。考虑到方便进出线，周边环境及交通情况，决定在5号车间的西侧仅靠车间修建工厂变电所，其形式为附设式。第四章（三）变电所主变压器和主结线方案的选择1.变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案：装设一台主变压器型式采用S9，而容量根据式SN*T≥S30，选SN*T=1000KVA>S30=906.05A,即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。装设两台主变压器型号亦采用S9，二每台容量按式SN*T≈(0.6-0.7)S30和SN*T≥S30(Ⅰ+Ⅱ)，即SN*T≈（0.6-0.7）906.05VA=（543.63-634.235）KVA而且SN*T≥S30(Ⅰ+Ⅱ)=(234+166+70.7)KVA=470.7KVA因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组别均采用Yyn02变电所主结线方案的选择按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种主结线方案：装设一台主变压器的主结线方案如图所示(见附图1)装设两台主变压器的主结线方案如图所示(见附图2)两种主结线方案的计算经济比较表表表11-6两种主结线方案的比较比较项目装设一台主变的方方案（图11-5）装设两台主变的方方案（图11-6）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，电电压损耗略大大由于两台主变并列列，电压损耗耗略小灵活方便性只一台主变，灵活活性稍差由于有两台主变，灵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合投资额由表2-8查得S9--1000单价为10.76万元，而由由表4-1查得变压器器综合投资约约为其单价的的2倍，因此其其投资为2*10..76万元=21.552万元由表2-8查得S9--630单价为7.47万元，因此此两台综合投投资为4*7.447万元=29.888万元，比1台主变方案案多投资8.36万元高压开关柜的综合合投资额查表4-10得GG--1A（F）型柜按每每台3.5万元计，查查表4-1得其综合投投资按设备价价1.5倍计，因此此其综合投资资约为4*1.55*3.5万元=21万元本方案采用6台GGG—1A(F)柜，其综合合投资约为6*1.55*3.5万元=31.5万元，比1台主变的方方案多投资10.5万元电力变压器和高压压开关柜的年年运行费参照表4-2计算算，主变和高高压开关柜的的折旧和维修修管理费每年年为4.893万元主变和高压开关柜柜的折旧费和和维修管理费费每年为7.067万元，比1台主变的方方案多耗2.174万元交供电部门的一次次性供电贴费费按800元/KVAA计，贴费为1000**0.08万元=80万元贴费为2*6300*0.088万元=100..8万元，比1台主变的方方案多交20.8万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案（图）略优于装设一台主变的主结线方案（图），但按经济指标，则装设一台主变的方案（图）远优于装设两台主变的方案（图），因此决定采用装设一台主变的方案（图）。（说明：如果工厂负荷近期可有较大增长的话，则宜采用装设两台主变的方案。）第五章(四)短路电流的计算1.绘制计算电路2.确定基准值设Sd=100MVA，Ud=Uc,即高压侧Ud1=10.5KV，低压侧Ud2=0.4KV，则3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值(1)电力系统（2）架空线路查表8-36，得LGJ-185的x0=0.35Ω/km，而线路长10km，故（3）电力变压器查表2-8，得UZ%=4.5,故因此绘等效电路图，如图11-8所示4.计算k-l点(10.5kv侧)的短路总电抗及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其他短路电流（4）三相短路容量5.计算k-2点(0.4KV侧)的短路电路总电抗及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）其它短路电流（4）三相短路容量以上计算结果综合如表11-7所示.表11-7短路计算结果短路计算点三相短路电流/KKA三相短路容量/MMVAk-11.621.621.624.132.4531.25k-218.218.218.233.519.812.7第六章(五)变电所一次设备的选择校验1.10KV侧一次设备的选择校验（表11-8）表11-810kv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UNI30IkishI数据10KV53.7(I1NN·T)1.62KA4.13KA3.4一次设备型号规格格额定参数UNINIOCimaxItt高压真空断路器SSN10-110I/633010KV630A8KA20KA128高压隔离开关GNN8-10/220010KV200A-25.5KA500高压熔断器RN22-1010KV0.5A50KA--电压互感器JDJJ-1010/0.1KVV----电压互感器JDZZJ-10/KV----电流互感器LQJJ-1010KV100/5A-255××0.11KA=31.8kkA81二次负荷0.6ΩΩ避雷器FS4-11010KV----户外式高压隔离开开关GW4-115G/200015KV200A-2、380侧一次设备的选择校验（表11-9）表11-9380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UNI30tima数据380KV1378.25AA18.2KA33.5KA231.8一次设备型号规格格额定参数UNINIOCimax低压断路器DW115-15000/3电动380V1500A40KA低压断路器DZ220-6300380V630A一般30KA低压断路器DZ220-2000380V200A一般25KA低压到开关HD113-15000/30380V1500A-电流互感器LMZZJ1-0..5500V1500/5A-电流互感器LMZZ1-0.55500V160/5A1100/5AA-表11-9所选设备均满足要求3.高低压母线的选择参照表5-25，10KV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，即相母线尺寸为120mm×10mm，中性母线尺寸为80mm×6mm。第七章（六）变电所进出线和与临近单位联络线的选择1．10KV高压进线和引入电缆的选择（1）10KV高压进线的选择校验采用LJ型铜绞线架空敷设，接往10KV公用干线。1)按发热条件选择。由I30=I1N·T=53.7A及室外环境温度38℃，查表8-36，初选LGJ-185，其38℃时的Ial≈416A＞I30，满足发热条件。2)校验机械强度。查表8-33，最小允许截面Amin=25mm2，因此LGJ-185满足机械强度要求，故改选LJ-35。由于此线路很短，不需要校验电压损耗。（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铜芯电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择。由I30=I1N·T=53.7A及土壤温度25℃查表8-43，初选缆芯为25mm2的交联电缆，其Ial=90A＞I30，满足发热条件。2)校验短路热稳定。按式（5-40）计算满足短路热稳定的最小截面式中的C值由表5-12查得。因此YJL22-10000-3×25电缆满足要求。2.380V低压出线选择(1)馈电给1号厂房(铸造车间)的线路采用VV22-1000型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。1)按发热条件选择。由I30=356A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表8-42，初选240mm2，其Ial=319A＞I30，满足发热条件。（注意：如当地土壤温度不为25℃，则其Ial应乘以表8-44的修正系数。）2)校验电压损耗。由图11-3所示平面图量得变电所至1号厂房距离约50m，而由表8-41查得240mm2的铜芯电缆的R0=0.1Ω/km(按缆芯工作温度75℃计)，X0=0.07Ω/km,又1号厂房的P30=160kw,Q30=163.2kvar,因此按式(8-13)得；满足允许电压损耗5%的要求。3)短路热稳定度校验。按式(5-40)求满足短路热稳定度的最小截面式中tima——变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5秒整定(终端变电所)，再加上断路器断路时间0.1秒，再加0.05秒(参看式5-33)。由于前面所选120mm2的缆芯截面小于Amin，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯150mm2的聚氯乙烯电缆，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆(中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同)。(2)馈电给2号厂房(锻压车间)的线路亦采用VV22-1000聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设。(方法同上，从略)缆芯截面选240mm2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。(3)馈点给3号厂房(热处理车间)的线路亦采用VV22-1000聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设。(方法同前，从略)缆芯缆芯截面选240mm2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。(4)馈电给4号厂房(仓库)的线路由于就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铜芯导线BLV-1000型(见表8-29)5根(3根相线、一根中性线、一根保护线)穿硬塑料管埋地敷设。1)按发热条件选择。由I30=199A及环境温度(年最热平均气温)26℃，查表8-40，相线截面初选120mm2,其Ial≈215A＞I30，满足发热条件。按规定，中性线和保护线也选为120mm2，与相线截面相同，即选用BLV-1000-1×120mm2塑料导线5根穿内径25mm的硬塑料管。2)校验机械强度。查表8-34，最小允许截面Amin=1.0mm2因此上面所选120mm2的相线满足机械强度要求。3)校验电压损耗。所选穿管线，估计长度50m，而由8-38查得R0=0.18Ω/km，X0=0.083Ω/km,又仓库的P30=82.4KW,Q30=101.33kvar,因此满足允许的电压损耗5%的要求。(5)馈点给5号厂房(电镀车间)的线路亦采用VV22-1000聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设。(方法同前，从略)缆芯缆芯截面选240mm2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。(6)馈电给6号厂房(工具车间)的线路亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。(方法同前，此略)缆芯截面选240mm2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。(7)馈电给7号厂房(金工车间)的线路亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。(方法同前，此略)缆芯截面选240mm2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。(8)馈电给8号厂房(锅炉房)的线路亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。(方法同前，此略)缆芯截面选240mm2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。(9)馈电给9号厂房(装配车间)的线路亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。(方法同前，此略)缆芯截面选240mm2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。(10)馈电给10号厂房(机修车间)的线路亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。(方法同前，此略)缆芯截面选240mm2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。(11)馈电给生活区的线路采用LJ型铜绞线架空敷设。1)按发热条件选择。由I30=365及室外环境温度为33℃，查表8-35，初选LJ-150，其33℃时的Ial≈390A＞I30，满足发热条件。2)校验机械强度。查表8-33，最小允许截面Amin=16mm2，因此LJ-185满足机械强度要求。3)校验电压损耗。由图11-3所示平面图量得变电所枝生活区负荷中心约80m，而由表8-35查得LJ-185的R0=0.23Ω/km，X0=0.31Ω/km(按线间几何均距0.8m计)，又生活区的P30=240kW，Q30=0kvar，，因此满足要求。中性线线采用LJ-700铜绞线。3.作为备用电源的高高压联络线的的选择校验采用YJL22-100000型交联聚乙乙烯绝缘的铝铝芯电缆，直直接埋地敷设设，与相距约约2km邻近单位变变配电所的10kv母线相联。(1)按发热条件件选择工厂二级负负荷容量共4470.7kkVA，最热月土壤平均温温度为25℃，因此查表8-43，初选缆芯芯截面为25mm2的交联聚乙乙烯绝缘铜芯电缆(一)，其Ial=90AA>I30满足发热热条件。(2)校验电压损损耗由表8-41可查得缆芯芯为25mmm2的铜芯电缆的R0=1.544Ω/km(缆芯温度按按80℃计)，X0=0.122Ω/km,而二级负荷荷的P30=(168+134.99+56.9)kkW=359.8kW，Q30=(163..2+97.5+42)kvaar=3022.7kvaar,线路长按1kkm计，因此此由此可见满足允许许电压损耗5%的要求。(2)短路热稳定定校验按本变电所所高压侧短路路电流校验，由由前述引入电电缆的热稳定定校验，可知知缆芯25mmm2的交联电缆缆是满足热稳稳定要求的。而而邻近单位10kv的短路数据据不知，因此此该联络线的的短路热稳定定校验计算无无法进行，只只有暂缺。综合以上所选变电电所进去线和和联络线的导导线和