工厂变电站的设计方案程设计说明书(论文)

1、1引言21.1 工厂供电的意义和要求21.2 工厂供电设计的一般原则31.3绘制变电所主接线图和主要设备材料清单42、负荷计算和无功功率补偿52.1、负荷计算52.2、无功率补偿63.变电所位置和型式的选择64 变电所主变压器的选择和主结线方案的选择84.1 变电所主变压器的选择84.2 变压器主接线方案的选择84.3 两种主结线方案的技术经济比较105 短路电流的计算115.1 绘制计算电路115.2 确定短路计算基准值125.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值125.4 10kv侧(k-1点)三相短路电流和短路容量125.5 380kv侧（k-2侧）三相短路电流和短路容量136 变电所一

2、次设备的选择校验136.1 10kv侧一次设备的选择校验136.2 380v侧一次设备的选择校验146.3 高低压母线的选择157 变电所进出线以及邻近单位联络线的选择157.1 10kv高压进线和引入电缆的选择157.2 380v低压出线的选择167.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验198 变压所的防雷保护218.1 变压所的防雷保护218.2 变电所公共接地装置的设计219.结论22参考文献23附录一24附录二26附录三271引言1.1 工厂供电的意义和要求 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一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，

3、并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，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。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的后果。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分

4、重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，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。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，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、分配和使用中，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 应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，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远

5、等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。1.2 工厂供电设计的一般原则按照国家标准gb50052-95 供配电系统设计规范、gb50053-94 10kv及以下设计规范、gb50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1） 遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。（2） 安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。（3） 近期为主、考虑发展；应根据工作特点、规模和发

6、展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。（4） 全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。2工厂供电设计的主体部分以下内容将以工厂供电设计的基本步骤为依据，结合各种分析方法和各种标准进行。其中与各基本步骤相联系的基本知识进行详细的说明，并结合本次设计内容进行理论联系实际。设计将按以下顺序进行展开：1) 该厂用电负荷的计算；2) 对该系

7、统进行无功补偿，确定无功补偿设备的容量类型；3) 变电所选址，型式的选择；4) 主变压器台数，容量及类型的选择；5) 变电所主接线方案的选择；6) 短路电流计算；7) 变电所一次设备的选择；8) 变电所二次回路方案的选择；9) 继电保护装置的选择和整定；10) 防雷保护和接地装置的设计；1.3绘制变电所主接线图和主要设备材料清单（1）auto cad在工厂供电设计中的应用简介：auto cad是美国auto desk公司开发的通用计算机辅助的设计软件，是一个交互式的绘图软件，用于二维及三维设计。主要优点：1） 具有完善的图形绘制功能2）具有强大的图形编辑功能3）可采用多种方式进行二次开发和用户

8、定制4）可进行各种格式图形的转换，有较强的数据交换能力5）支持多种硬件设备6）支持多种操作平台7）具有通用性，易用性，适用于各类用户。（2）电气工程中cad技术的应用：1）使用cad可设计一些设计手册或设计规范中的数表，图标存储在计算机中，便于查询。2）利用各种高级语言（如matlab,c+等）编程，进行机械计算和强度计算，电力系统潮流计算。3）采用cad绘制各种二维三维图，如：电力系统主接线图，平面布置图等。autocad的基本操作：在本次设计过程中，主要利用cad强大的二维图形设计能力，灵活运用各种平面图形绘制命令和图形编辑与标注命令。在本次设计中，使用cad绘制电气主接 线图，见附表3。

9、2、负荷计算和无功功率补偿2.1、负荷计算表2.1 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2600.320.691.0583.287.28照明60.781.004.680小计26687.8887.28125.26204.472锻压车间动力2800.240.621.2767.285.04照明90.811.007.290小计28974.4985.04115.68197.843金工车间动力3100.280.611.3086.8112.75照明100.741.007.40小计32074.2112.75149.7249.844工具车间动力3400.290.641.209

10、8.6118.38照明50.751.003.750小计345102.35118.38157.81251.155电镀车间动力1800.50.720.969086.75照明60.81.004.80小计18694.886.75129.8197.196热处理车间动力1300.510.770.8366.354.94照明80.811.004.860小计13871.1654.9490.56138.187装配车间动力1100.310.691.0534.135.77照明80.811.004.860小计11838.9735.7754.7882.478机修车间动力1300.290.631.2337.746.47照明

11、30.791.002.370小计133 40.0746.4762.2194.529锅炉房动力800.650.720.965250.12照明20.91.001.80小计8253.850.1274.02112.4310仓库动力150.780.840.6511.77.56照明10.741.000.740小计1612.447.5614.6722.2811生活区照明3100.740.950.40229.475.4241.47366.9总计（380v侧）动力1835885.56760.46照明368计入=0.85=0.900.74752.736841017.081545.34p30=kd pe q30 =

12、 p 30 s30= p30/ i30= s30/1.73un2.2、无功率补偿由表2.1可知，该厂380v侧最大负荷是的功率因数只有0.74.而根据全国供用电规则规定：100kva及以上高压供电的用户，功率因素为0.90以上。因此，该厂10kv尽显测最大负荷是功率因素不应该低于0.90，考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380v侧最大负荷是功率因素应稍大于0.90，暂取0.92来计算380v侧所需无功功率补偿容量：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1（主屏）1台与方案3（辅屏）5台相组合，总共容量：。因此无功补偿后工厂380v侧和10kv侧的

13、负荷计算如表2.2所示。项 目计算负荷380v侧补偿前负荷0.74752.73684 1017.081545.34380v侧无功补偿容量-420380v侧补偿后负荷(低压端)0.94752.73 264797.681211.99主变压器功率损耗1247.910kv侧负荷总计（高压端）0.92764.73311.9825.9947.73.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。工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定，计算公式为式（3.1）和（3.2）。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荷功率矩法来确定.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的x轴和y轴,

14、测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如p1(x1,y1) 、p2(x2,y2) 、p3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在p(x,y),p 为p1+p2+p3+=pi.因此仿照力学中计算重心的力矩方程,可得负荷中心的坐标: (3.1) (3.2) 图3.1 机械厂总平面图按比例k在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示表3.1工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐坐标轴12345678910生活区x()2.43.55.53.96.26.26.28.68.68.61.2y()5.63.61.36.66.653.36.653.31.1由计算结果可知，x=4.56 y=4.

15、24工厂的负荷中心在2号厂房的东北角。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在2号厂房的北侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。4 变电所主变压器的选择和主结线方案的选择4.1 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，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型，而每台变压器容量按式选择，即且因此选两台s9-800/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用

16、电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用yyn0。4.2 变压器主接线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：（1）装设一台主变压器的主接线方案，如图4.1所示 （2）装设两台主变压器的主接线方案，如图4.2所示 图4.1 装设一台主变压器的主结线方案 图4.2 装设两台主变压器的主结线方案4.3 两种主结线方案的技术经济比较 如表4.1所示。表4.1 两种主接线方案的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

17、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单价为10.76万元，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210.76万元=21.52万元由手册查得s9630单价为7.47万元，因此两台综合投资为47.47万元=29.88万元，比一台变压器多投资8.36万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查手册得 gga（f）型柜按每台3.5万元计，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41.53.5=21万元本方案采用6台gga（f）柜，其综合投资额约为61.53.5=31.5万元，

18、比一台主变的方案多投资10.5万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4.893万元（其余略）主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为7.067万元，比一台主变的方案多耗2.174万元供电贴费按800元/kva计，贴费为10000.08=80万元贴费为26300.08万元=100.8万元，比一台主变的方案多交20.8万元 从表4.1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，则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案。（说明：如果工厂负荷近期可有较大增长的话，则

19、宜采用装设两台主变的方案。）5 短路电流的计算5.1 绘制计算电路 如图5.1所示系统k-1k-2s9-100010.5kv0.4kvlj-150,8km400mva图5.1 短路计算电路5.2 确定短路计算基准值设，即高压侧，低压侧，则 5.3 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，得lj-150的，而线路长8km，故（3）电力变压器 查表，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5.4 10kv侧(k-1点)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

20、量：5.5 380kv侧（k-2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：以上计算结果综合如表5.1表5.1 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-11.961.961.965.02.9635.09k-219.5919.5919.5936.0521.3513.616 变电所一次设备的选择校验6.1 10kv侧一次设备的选择校验 如表6.1所示。表6.1 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10kv57.7a1.

21、96ka5.0ka7.3一次设备型号规格额定参数高压少油断路器sn10-10i/63010kv630a16ka40ka512高压隔离开关10kv200a-25.5ka500高压熔断器rn2-1010kv0.5a50ka-电压互感器jdj-1010/0.1kv-电压互感器jdzj-10-电流互感器lqj-1010kv100/5a31.8ka81二次负荷0.6避雷器fs4-1010kv户 外 式 高 压隔离开关gw4-15g/20015kv400a25kv500表6.1所选一次设备均满足要求。6.2 380v侧一次设备的选择校验 如表6.2所示。表6.2 380v侧一次设备的选择校验选择校验项目电

22、 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1212a19.57ka36.2ka272一次设备型号规格额定参数低压断路器dw15-1500/3d380v1500a40kv-低压断路器dz20-630380v630a30ka-低压断路器dz20-200380v200a25ka-低压刀开关hd13-1500/30380v1500a-电流互感器lmzj1-0.5500v1500/5a-电流互感器lmz1-0.5500v100/5160/5-表6.2所选一次设备均满足要求。6.3 高低压母线的选择 参照表528，10kv母线选lmy-3（），即母线尺寸为；380v

23、母线选lmy-3,即相母线尺寸为，而中性线母线尺寸为。7 变电所进出线以及邻近单位联络线的选择7.1 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型铝绞线架空敷设，接往10kv公用干线。1) 按发热条件选择 由及室外环境温度，查表8-36，初选lj-16，其时的满足发热条件。2）校验机械强度 查表8-34，最小允许截面，因此按发热条件选择的lj-16不满足机械强度要求，故改选lj-35。由于此线路很短，不需校验电压损耗。（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铝芯电缆直接埋地敷设。 1）按发热条件选择 由及土壤

24、温度查表8-44，初选缆芯截面为的交联电缆，其，满足发热条件。2）校验短路热稳定 按式计算满足短路热稳定的最小截面式中c值由表5-13差得；按终端变电所保护动作时间0.5s，加断路器断路时间0.2s，再加0.05s计，故。 因此yjl22-10000-325电缆满足短路热稳定条件。7.2 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型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择 由及地下0.8m土壤温度，查表8-43，初选缆芯截面，其，满足发热条件。2）校验电压损耗 由图11-4所示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为52m，而由表8-42查

25、得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又1号厂房的，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。（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旁边，而且共一建筑物，因此采用的聚氯乙烯绝缘的铜芯导线bv-1000型（见表8-30）5根，穿硬塑料管埋地敷设。1）按发热条件选择 由及环境温度（年最热月平均气温），查表8-41，初选缆芯截面，其，满足发热条件。2）校验机械强度 查表8-35，最

26、小允许截面积1 ，因此所选150 的导线满足机械强度要求3）校验电压损耗 所穿选管线，估计长28m，而由查8-39查得,又电镀车间的,，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。（3）馈电给3号厂房（金工车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。1）按发热条件选择 由及地下0.8m土壤温度，查表8-43，初选缆芯截面，其，满足发热条件。2）校验电压损耗 由图11-4所示工厂平面图量得变电所至3号厂房距离约为60m，而由表8-42查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又2号厂房的，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面由于前面按发

27、热条件所选的缆心截面大于，满足短路热稳定要求，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。（4）馈电给4号厂房（工具车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。1）按发热条件选择 由及地下0.8m土壤温度，查表8-43，初选缆芯截面，其，满足发热条件。2）校验电压损耗 由图11-1所示工厂平面图量得变电所至4号厂房距离约为50m，而由表8-42查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又4号厂房的，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面由于前面按发热条件所选的缆心截面大于，满足短路热稳定要求，即选的四芯聚氯乙

28、烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择， （5）馈电给5号厂房（电镀车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。（6）馈电给6号厂房（热处理车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。（7）馈电给7号厂房（装配车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。（8）馈电给8号厂房（机修车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。（9）馈电给9号厂房（锅炉房）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。（10）馈电给10号厂房（仓库）的线路

29、 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。（11）馈电给生活区的线路 采用blx-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1）按发热条件选择 由及室外环境温度为，查表8-40，初选,其时的，满足发热条件。2）校验机械强度 查表8-35，最小允许截面积，因此满足机械强度要求。 3）校验电压损耗 由图11-4所示工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约82m，而由表8-36查得其阻抗与近似等值的lj-240的阻抗,，又生活区的,，因此不满足允许电压损耗要求。为确保生活用电的电压质量，决定采用四回blx-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。满足供电需要。7.3 作为备用电

30、源的高压联络线的选择校验 采用yjl22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10kv母线相联。（1）按发热条件选择 工厂二级负荷容量共,而最热月土壤平均温度为,因此查表8-44，初选缆芯截面为的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆（注：该型电缆最小芯线截面积为），其,满足发热条件。（2）校验电压损耗 由表8-42可查得缆芯为25mm的铝芯电缆的 (缆芯温度按计)，而二级负荷的，线路长度按2km计，因此由此可见该电缆满足允许电压损耗要求。（3）短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯的交联电缆是满足短路热稳定要求的。

31、综合以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表7.1所示。表7.1变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格线路名称导线或电缆的型号规格10kv电源进线lj-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆yjl22-10000-325交联电缆（直埋）380v低压出线至1号厂房vlv22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房blv-1000-1150铝芯塑料线5根穿内径25mm硬塑管至3号厂房vlv22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房vlv22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房vlv22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至6号厂房vlv22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房vlv22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房vlv22-1000-3240+1120四芯