东风机械厂降压变电所电气设计

1、供配电技术课程设计任务书一、设计题目东风机械厂降压变电所的电气设计二、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，选择变电所主结线方案及高低压设备与进出线，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。三、设计依据工厂总平面图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。照明及家用电器均为单相，额定电压为220V

2、。本厂的负荷统计资料如下表所示。厂房编号用电单位负荷性质设备容量（kW）需要系数功率因数1铸造车间动力40004070照明1009102锻压车间动力40003065照明1009103金工车间动力20002060照明5O7104工具车间动力200025060照明5O7105电镀车间动力30006080照明5O7106热处理车间动力10004070照明1009107装配车间动力10003065照明5O7108机修车间动力10002060照明2O7109锅炉房动力10008080照明1O71010仓库动力1003080照明1O710生活区照明4000810注：生活区的负荷除照明外，尚含家用电器。供电

3、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。该干线的导线牌号为LGJ-95，导线为等边三角形排列，线距为1m；干线首端(即电力系统的馈电变电站)距离本厂约5km，该干线首端所装高压断路器的断流容量为300MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为1.0s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压或低压联络线由邻近的单位取得备用电源。气象资料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

4、月地下0.8m处平均温度为25。年主导风向为东北风，年雷暴日数为20。电费制度工厂最大负荷时的功率因数不得低于090。 供 配 电 技 术 课 程 设 计 设计题目： 东风机械厂降压变电所的电气设计     专       业    电气自动化        班

5、0;      级          电气普招一班    学       号           姓       名   

6、;        指 导 教 师               前言 本设计根据东风机械厂所取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，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，按照全可靠、技

7、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。本设计包括：负荷计算及无功功率补偿、变电所位置和形式选择、短路电流计算、变电所电气主接线图等。 目录1负荷计算和无功功率补偿 1.1 负荷计算.2 1.2 无功功率补偿.32变电所位置和型式的选择 2.1变电所位置.53变电所主变压器台数选择及主结线方案的选择 3.1 变电所主变压器台数的选择 .5 3.2 变压器主接线方案的选择 .6 3.2 变压器主接线方案的选择 .7 4短路电流的计算 4.1 绘制计算电路 .8 4.2确定短路计算基准值.9 4.3 计算短路电路中各

8、元件的电抗标幺值.9 4.4 10KV侧三相短路电流和短路容量.10 4.5 380KV侧三相短路电流和短路容量.115变电所一次设备的选择与校验 5.1 10kV侧一次设备的选择校验 .11 5.2 380V侧一次设备的选择校验.13 6变电所高、低压线路的选择与校验.177心得体会.238参考文献.241负荷计算和无功功率补偿1.1 负荷计算 计算各个车间的负荷（1）铸造车间动力部分： 照明部分： 同理可得如表1-1表1-1 负荷计算表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costan计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸造车间动力4000.4

9、0.701.02 160163.2 228.5347.25照明100.910.00 90.0 37.872锻压车间动力4000.30.651.17 120140.4184.69280.6照明100.910.00 90.0 37.873金工车间动力2000.20.61.33 4053.2 66.56101.13照明50.710.00 3.50.0 1.874.914工具车间动力2000.250.61.33 5066.5 83.2126.4照明50.710.00 3.50.0 1.874.915电镀车间动力3000.60.80.75 180135225341.9照明50.710.00 3.50.0

10、 1.874.916热处理车间动力1000.40.71.02 4040.857.1486.8照明100.910.00 90.0 37.877装配车间动力1000.30.651.17 3035.1 46.1770.16照明50.710.00 3.50.0 1.874.918机修车间动力1000.20.61.33 2026.6 33.2850.57照明20.710.00 1.40.0 1.183.119锅炉房动力1000.80.80.75 8060100152照明10.710.00 0.70.0 0.842.210仓库动力100.30.80.75 32.25 3.755.7照明10.710.00

11、0.70.0 0.842.2生活区照明4000.81.00.00 320017.8946.95 因此取全厂的同时系数为： 则全厂的计算负荷为： 1.2 无功功率补偿由以上所求可得变压器低压侧的功率因数：该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.83而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.9。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0.9，暂取0.93计算380V侧所需无功功率补偿容量： 则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：计算电流：变压器的功率损耗为： 变电所高压侧的计算负荷为： 补偿后的功率因数为：这一功率因数满足（大于0.9

12、0）要求。无功功率补偿后工厂380V侧和10V侧的计算负荷如表1-2。表1-2 无功补偿后工厂的计算的负荷项目cos计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A380V侧补偿前负荷0.83923.78614.61109.61685.84380V侧无功补偿容量-369.5380V侧补偿后负荷0.93923.78245.1955.7 1452 主变压器功率损耗14.3457.3410kV侧负荷总计0.95 938.12302.44985.6756.92 变电所位置和型式的选择 2.1变电所位置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

13、下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,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. (2.1) (2.2)图2-1 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2.1所示。表2-1各车间和宿舍区负荷点的坐标位置设备容量/KW坐标厂房编号设备容量P/KW坐标x/mmPx坐标y/mm116918246628212921216349343.5372397.666453.5556248205183.5587534.236649615471.7527

14、33.5643622.467821.4873540.921980.790413137103.797902.167生活区3206168074和1086.859440157517变电所位置38 49 计算结果可知，x=44,y=41工厂的负荷中心在2号厂房的东面。3 变电所主变压器的台数选择和主接线方案的选择3.1 变电所主变压器台数的选择 根据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985.67kVA，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

15、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 且 因此选两台S9-630/10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。主变压器的联结组均采用Yyn0。3.2 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3-1所示 图3-1 装设一台主变压器的主接线方案（2）装设两台主变压器的主接线方案，如图3-2所示 图3-2 装设两台主变压器的主接线方案3.3 两种主接线方案的技术经济比较 表3-3两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

16、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

17、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 从表3-3可以看出，按技术指标

18、，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优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设两台主变的方案。4 短路电流的计算4.1 绘制计算电路 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。该干线的导线牌号为LGJ-95，导线为等边三角形排列，线距为1m；干线首端(即电力系统的馈电变电站)距离本厂约5km，该干线首端所装高压断路器的断流容量为300MVA，如图4-1所示图4-1 短路计算电路4.2 确定短路计算基准值设，即高压侧，低压侧，则 4.3 计算短路电路中各元件的

19、电抗标幺值（1）电力系统 已知，故（2）架空线路 查表8-37，得LGJ-95的，而线路长5km，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4-2所示。 图4-24.4 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 4.5 380KV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4-1表4-1 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-12.682.682.686.834.0548.8k-2

20、21.9821.9821.9840.42415.275变电所一次设备的选择与校验5.1 10kV侧一次设备的选择校验 表5-1 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10KV57.7A2.01A5.13KA3.04一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GN-10/20010kV200A25.5KA500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/

21、5A31.8KA81二次负荷0.6避雷器FS4-1010kV户 外 式 高 压隔离开关GW4-15G/20012kV400A25KA5005.2 380V侧一次设备的选择校验 表5-2 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380144919.936.621.7一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.

22、5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5160/5 参照表528，10kV母线选LMY-3（），即母线尺寸为；380V母线选LMY-3(),即母线尺寸为50mmX50mm，而中性线母线尺寸为40mmX4mm。（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

23、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，因此YJL22-10000-325电缆满足短路热稳定条件。6 变电所高，低压线路的选择与校验（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3.1所示工厂平

24、面图量得变电所至1号厂房距离约为125m，而由表8-42查得的铝芯电缆（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，故· 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3.1所示工厂平面图量得变电所至2号厂房距离约为50m，而由表8-42

25、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前面所选的电缆满足以上的发热、电压损耗、热稳定度要求，故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。（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3.1所示工厂平面图量得变电所至3号厂房距离约为150m，而由表8-42查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又3号厂房的，因此按式得：故满足

26、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前面所选的电缆满足以上的发热、电压损耗、热稳定度要求，故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3.1所示工厂平面图量得变电所至4号厂房距离约为125m，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

27、最小截面前面所选的电缆满足以上的发热、电压损耗、热稳定度要求，故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。 （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。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3.1所示工厂平面图量得变电所至5号厂房距离约为155m，而由表8-42查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又5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前面所选的电缆满足以上的发热、电压损耗、热稳定度要求，故选

28、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。 （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。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3.1所示工厂平面图量得变电所至6号厂房距离约为100m，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前面所选的电缆满足以上的发热、电压损耗、热稳定度要求，故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。（

29、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。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3.1所示工厂平面图量得变电所至7号厂房距离约为100m，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前面所选的电缆满足以上的发热、电压损耗、热稳定度要求，故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。（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

30、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，但是由于线路过长，所以采用50mm2的电缆。其，满足发热条件。2）校验电压损耗 由图3.1所示工厂平面图量得变电所至8号厂房距离约为245m，而由表8-42查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又8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前面所选的电缆满足以上的发热、电压损耗、热稳定度要求，故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。（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。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，但由于线路过长，所以选择70mm2电缆。其，满足发热条件。2）校验电压损