机械厂10kV降压变电所电气设计（全套含CAD图纸）
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1某机械厂降压变电所的电气设计前言在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能和动力，但是它在产品成本中所占的比重很小（除电化工业外） 。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所占的比重多少，而在于工业生产实现电气以后可以大大增加产量，提高产品质量，提劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的能供应突然中断，则对工业生产可能造成严的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生，实现工业现代化，具有十分重要的意义。能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，能源节约对于国家经济建设具有十分重要战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。课程设计是检验我们上学期学习情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定，它要求我们充分发掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的供配电系统。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源。电能即易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节、测量。有利于实现生产过程自动化。而工厂供电就是指工厂所需要电能的供应和分配。工厂供电设计要达到为工业生产服务，保障工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须做到：安全、可靠、优质、经济。同时课程设计也是教学过程中的一个重要环节，通过设计可以巩固各课程理论知识，了解工厂供电设计的基本方法，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，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、编号、设计说明书等方面得到训练，为以后工作奠定基础。2目录第一章 设计任务书 .11.1 设计题目 .11.2 设计要求 .11.3 设计依据 .11.3.1 工厂总平面图 .11.3.2 工厂负荷情况 .11.3.3 供电电源情况 .21.3.4 气象资料 .31.3.5 地质水文资料 .31.3.6 电费制度 .3第二章 负荷计算和无功功率补偿 .42.1 负荷计算 .42.1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式 .42.1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式 .42.2 无功功率补偿 .62.2.1 有关功率的名词解释 .62.2.2 提高功率因数的意义 .72.2.3 提高功率因数方法 .72.2.4 电容器的选择、补偿方式和联接方式 .82.2.4 无功补偿的计算 .11第三章 变电所位置和型式选择 .133.1 变配电所所址选择的一般原则 .133.2 型式与布置 .133.3 负荷中心的确定方法 .143.2.1 负荷指示图 .143.2.2 负荷电能矩 .143.2.3 负荷功率矩 .14第四章 变电所主变压器台数和容量、类型的选择 .1734.1 台数 .174.2 容量 .174.3 台数、容量、类型的选择 .17第五章 变电所主接线方案的设计 .185.1 装设一台主变压器的主接线方案: .185.2 装设两台主变压器的主接线方案 .195.3 主接线方案的技术经济比较 .19第六章 短路电流的计算 .216.1 绘制计算电路 .216.2 确定短路计算基准值 .216.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值 .216.4 k-1 点（10.5kV 侧）的相关计算 .226.5 k-2 点（0.4kV 侧）的相关计算 .22第七章 变电所一次设备的选择和校验 .237.1 10kV 侧一次设备的选择校验 .247.1.1 按工作电压选择 .247.1.2 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验 .257.2 380V 侧一次设备的选择校验 .267.3 高低压母线的选择 .27第八章 变电所进出线的选择和校验 .288.1 10kV 高压进线和引入电缆的选择 .288.1.1 10kV 高压进线的选择校验 .288.1.2 高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 .288.2 380 低压出线的选择 .298.2.1 铸造车间 .298.2.2 锻压车间 .308.2.3 金工车间 .308.2.4 热处理车间 .318.2.5 电镀车间 .328.2.6 仓库 .3248.2.7 装配车间 .338.2.8 机修车间 .338.2.9 锅炉房 .348.2.10 工具车间 .358.2.11 生活区 .358.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 .368.3.1 按发热条件选择 .368.3.2 校验电压损耗 .368.3.3 短路热稳定校验 .37第九章 变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定 .389.1 变电所二次回路方案的选择 .389.2 变电所的保护装置 .389.2.1 主变压器的继电保护装置 .389.2.2 装设电流速断保护 .399.3 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 .409.4 变电所低压侧的保护装置 .40第十章 防雷保护与接地装置的设计 .4110.1 变电所的防雷保护 .4110.1.1 直接防雷保护 .4110.1.2 雷电侵入波的防护 .4110.2 变电所公共接地装置的设计 .4110.2.1 接地电阻的要求 .4110.2.2 接地装置的设计 .42论文总结 .43参考文献 .441第一章 设计任务书1.1 设计题目机械厂降压变电所的电气设计1.2 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，选择变电所主接线方案及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，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。1.3 设计依据1.3.1 工厂总平面图图 1-1 工厂总平面图1.3.2 工厂负荷情况工厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为 4000 小时，日最大负荷持续时间为 8 小时。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。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。本厂的统计资料如表 1-1 所(4)(5)(6)(7)(10)(9)(8)(1)(2)(3)2示。厂房编号 厂房名称 负荷类别 设备容量/kW 需要系数 功率因数动力 300 0.3 0.71 铸造车间照明 10 0.8 1动力 300 0.3 0.652 锻压车间照明 10 0.8 1动力 300 0.3 0.653 金工车间照明 10 0.8 1动力 150 0.5 0.84 热处理车间照明 5 0.8 1动力 250 0.5 0.85 电镀车间照明 5 0.8 1动力 20 0.4 0.86 仓库照明 1 0.8 1动力 150 0.3 0.77 装配车间照明 5 0.8 1动力 150 0.2 0.658 机修车间照明 3 0.8 1动力 80 0.7 0.89 锅炉车间照明 1 0.8 1动力 300 0.3 0.6510 工具车间照明 10 0.9 111 生活区 照明 300 0.7 0.91.3.3 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 10 Kv 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-120,导线为等边三角形排列，线距为 1.5 m；干线首端（即电力系统馈电变电站）距本厂约 10km,干线首端所装设高压断表 1-1 机械厂统计资料表3路器的断流容量为 500 MV.A，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 1.5 S。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 80 km，电缆线路总长度为 20 km。1.3.4 气象资料本厂所在地区的年最高气温为 40，年平均气温为 25年，年最低气温为-20，年最热月平均最高气温为 35，年最热月平均气温为 30，年最热月地下 0.8 米处平均温度 25。1.3.5 地质水文资料本厂所在地区平均海拔 20 m，地层以黄土为主，地下水位为 3m.1.3.6 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。每月基本电费按所装用的主变压器容量计为 15 元/kVA，动力电费为 0.3 元/kWh，照明（含家电）电费为元 0.5 元/kWh。工厂最大负荷时的功率因数不低于 0.9。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纳供电贴费：610kV 为 800 元/KVA。4第二章 负荷计算和无功功率补偿2.1 负荷计算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 KW） = ， 为系数30PdKedb)无功计算负荷（单位为 kvar） = tanQ30c)视在计算负荷（单位为 kvA） =30Scosd)计算电流（单位为 A） = , 为用电设备的额定电压（单位为 KV）30INU2.1.2 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） =30PipK30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 0.850.95iP30 b)无功计算负荷（单位为 kvar）， 是所有设备无功 之和； 是无功负荷同时系数，可取iqQK3030i3030QqK0.90.97c)视在计算负荷（单位为 kvA） 23030PSd)计算电流（单位为 A） NUI经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表 2-1 所示（额定电压取 380V）表 2-1 厂房及生活区负荷计算表计算负荷编号 名称 类别设备容量/kWeP需要系数 dKcostan/kW30P/kvar30Q/kVA30S/A30I1 铸造 动力 300 03 07 1.02 90 91.8 5照明 10 0.8 1 0 8 0 车间小计 310 98 91.8 134.28 204动力 300 0.3 0.65 1.17 90 105.3 照明 10 0.8 1 0 8 0 2锻压车间小计 310 98 105.3 143.85 218.6动力 300 0.3 0.65 1.17 90 105.3 照明 10 0.8 1 0 8 0 3金工车间小计 310 98 105.3 143.85 218.6动力 150 0.5 0.8 0.6 75 45 照明 5 0.8 1 0 4 0 4热处理车间小计 155 79 45 90.92 138.1动力 250 0.5 0.8 0.6 125 75 照明 5 0.8 1 0 4 0 5电镀车间小计 255 129 75 149.2 226.7动力 20 0.4 0.8 0.6 8 4.8 照明 1 0.8 1 0 0.8 0 6 仓库小计 21 8.8 4.8 10.02 15.2动力 150 0.3 0.7 1.02 45 45.9 照明 5 0.8 1 0 4 0 7装配车间小计 155 49 45.9 67.14 102动力 150 0.2 0.65 1.17 30 35.1 照明 3 0.8 1 0 2.4 0 8机修车间小计 153 32.4 35.1 47.77 72.58动力 80 0.7 0.8 0.6 56 33.6 照明 1 0.8 1 0 0.8 0 9锅炉车间小计 81 56.8 33.6 65.99 100.3动力 300 0.3 0.65 1.17 90 105.3 照明 10 0.9 1 0 9 0 10工具车间小计 310 99 105.3 144.53 219.6611 生活区 照明 300 0.7 0.9 0.44 210 92.4 229.43 348.6动力 2000照明 360958 739.5 总计计入 =0.85, =0.9pKq0.77 814.3 665.6 1051.7 15982.2 无功功率补偿电力系统由发电系统、变电系统、输电系统、配电系统和用电系统五大部分构成，由于电能不能大量存储，所以发电、输电、配电和用电必须同时进行，即电力系统必须保持平衡。然而来自电力线路、电力变压器以及用电设备的无功负载大量存在，使电力系统的功率因数降低。对于配电系统来说，为数众多的异步电动机、变压器等设备要消耗大量的无功功率，对配电网络的安全稳定运行产生不良影响：1) 供电线路的电流增大，使线路和设备的损耗增大，严重时会威胁到设备的安全运行；2) 配电系统的视在功率增大，使发电机、变压器等供电设备的容量增加，电力用户的控制设备、测量仪表的规格也相应增大；3) 导致供电电压降低。保持电力系统的平衡，解决配电系统功率因数低的有效途径就是对配电系统进行无功补偿，提高功率因数。按照我国供电部门的规定，高压供电的用户必须保证功率因数在 0.9 以上，低压供电的用户必须在 0.85 以上。为了使用户注意提高功率因数，供电部门还对大宗用电单位实行按户月平均功率因数调整电费的办法。调整功率因数标准一般为 0.85，大于 0.85 时给以奖励，低于 0.85 时便要增收电费甚至罚款，功率因数很低时供电部门要停止供电
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