《走进电世界》结业论文

1、走进电世界公选课论文工厂降压变电所的电气设计学生姓名 胡伟 学 号 802121212114 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业电气化与自动化 班 级 16-1班 日 期 2014. 11 塔里木大学教务处制 工厂降压变电所的电气设计前言电力具有便于转换能源型式能高度集中和无限划分，清洁干净和易于控制，可大规模生产和远距离输送 等特性，使电力发展和应用的程度，即一个国家的电气化程度成了衡量其社会现代化水平高低，以及物质文明和精神文明高低的重要标志之一。进入21世纪后，我 国电力仍将以较高的速度和更大的规模发展，电源和电网建设的任务仍很重，同时，电力的发展还要合乎可持续发展战略，并受到环

2、境的严重制约；还将接受全球范 围内电力体制改革和技术创新能力的挑战，使之在技术上、管理上适应电力市场化体制和竞争需要；将迎接全球和地区经济一体化挑战，使电网互联范围不断扩大。 国民经济持续快速增长，对电力的拉动作用巨大。上世纪70年代起，我国基本处于长期严重缺电的局面，电力供应短缺是制约经济发展的主要瓶颈。随着电力工 业快速发展，1997年开始实现了电力供需的基本平衡，部分地区供大于求。进入新世纪，随着我国实施西部大开发战略，实行积极财政政策和扩大内需的经济方 针，国民经济持续发展，电力需求增长也屡创新高。整体看来，由于人均发电装机占有量偏低，电力供应的高速增长仍难以满足更快增长的电力需求，电

3、力工业仍存 在较大发展空间。 本世纪90年代以来，世界经济、科技、跨国公司的发展，越来越使世界经济技术合作加强，经济全球化趋势更加明显。经济市场化、贸易和投资国际化、区域经 济合作化的步伐加快。而作为电力系统，从理论上讲，其本身具有统一性、同时性和广域性的特点，因此，全国性、区域性，以致于跨国性的电网互联早就受到各国 电力部门的普遍重视。可以预见，21世纪的电网互联将会得到更快的发展，其中包括跨大区联网和全国联网，以及跨国输电和联网，以便形成全国乃至更大范围 （跨国或跨地区）内的电力市场。同时随着电力系统的断扩大，将对电网的一次设备控制手段、管理方式、电力市场支持技术，以及环保技术更高的要求。

4、 对于我们来说，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。 摘要 工厂供电（plant power supply）就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。 在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但它在产品成本中所占的比重一般很小。因此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

5、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。 本次设计根据课题提供的某机械制造厂的用电负荷和供电条件，并适当考虑生产的发展，按照国家相关标准、设计准则，本着安全可靠、技术先进、经济合理的要求确定本厂变电所的位置和形式。通过负荷计算，确定主变压器的台数和容量。进行短路电流计算，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，合理选择整定继电器保护装置，最后按要求写出设计说明书,并绘出设计图样。 具体过程和步骤:根据工厂总平面图,工厂负荷情况,供电电源情况,气象资料,地区水文资料和电费制度等,先计算电力负荷,判断是否要进行无功功率补偿,接着进行变电所位置和型式选择,并确定变

6、电所变压器台数和容量, 主接线方案选择,最后进行短路电流的计算,并对变电所一次设备选择和校验和高低压线路的选择。 关键词：降压变电所 变压器 工厂负荷 接线方案 防雷及接地保护 负荷计算和无功功率补偿 第一节 负荷计算的内容和目的 (1) 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 (2） 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据

7、。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。 (3） 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。 第二节 负荷计算的方法 负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。 本设计采用需要系数法确定。 主要计算公式有： 有功功率：jssxPPk=× 无功功率: tanjs jsQP 视在功率：22cccSPQ=+计算电流: 3jsjsNISU= 第三节 全厂负荷计算 1.各车间低压和高压设备负荷计算：tanjsjsQPj22js

8、jsjsSPQ 车间内：有功功率：1015.10CiPP=无功功率：856.77ciQQ视在功率：221328.34cccSPQ=+= 2.总电压变电所负荷之和 考虑到变压器存在功率损失，因此设计时，,ccPQ作以下处理 首先要乘以0.9K =å 此时913.59ccPpK =´=å 变电所位置和型式的选择第一节 变电所位置的选择 1、选择的原则 1.1尽量接近负荷中心，以降低备电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。 1.2、进出线方便，特别是要便于架空进出线。 1.3、接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。 1.4、设备运输方便，特别是要考虑电

9、力变压器和高低压成套配电装置的运输。 1.5、不因设在有剧烈震动或高温的场所，无法避开时， 应有防震和隔热的措施。 1.6、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧。 1.7、不应设在厕所、浴室和其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。 1.8、不应设在有爆炸危险环境的正下方或正上方，且不应设在有火灾危险环境的正上方或正下方。当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。 1.9、高压配电所应尽量与车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建。 2.0不应妨碍企业或车间的发展，应与当

10、地建设总体规划相协调，并适当考虑今后扩建的可能。第二节 变电所型式的选择 2.1用户变电所分总降压变电所和车间变电所。 一般中小用户不设总降压变电所。车间变电所（或小型用户变电所）按其主变压器得安装位置来分有下列类型：1、车间附设变电所 2、车间内变电所 3、露天（或半露天）变电所4、独立变电所5、杆上变电台6、地下变电所7、楼上变电所8、成套变电所9、移动式变电所（1）车间附设变电所 （2）车间内变电所 （3）露天（或半露天）变电所 （4）独立变电所 （5）杆上变电台 （6）地下变电所 （7）楼上变电所 （8）成套变电所 （9）移动式变电所 2.2因为需要远离易燃易爆和有腐蚀性的物质，且各个

11、车间相当分散，一般车间变电所不宜采用，露天变电所的安全可靠性差，而总降压变电所和高压配电所，则一般采用独立式变电所。所以这里我采用独立式变电所。变电所主要变压器的台数与容量、类型的选择第一节 主变压器台数的选择 由于该厂的负荷有多个二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两 台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。 第二节 变电所主变压器容量的选择 装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件，当一台变压器停止工作时，其余变压器应能保证全部一级负荷及大部分二级负荷的用电，3.1根据工厂的负荷情况和电源情况，工

12、厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案： A.装设一台变压器，型号为S9型30为主变压器容量，30S为总的计算负荷。即选一台S9-1000/10型低压损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻进单位相连联的高压联络线来承担。 B.装设两台变压器，型号为S9型，而每台变压器的容量根据式（4-1）、（4-2）选择， 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，考虑又邻近单位相连的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0。 2.类型 ：我们这里选S9-630/10或S9-1000/10（第五章具体介绍选哪一台比较好）主变压器的联结组为Yyn

13、0。机加工车间的配电系统的确定第一节 电力负荷计算 因为用电器台数较多所以根据配电屏把他们分为六个组： 编号组 机器编号 号组 2、 3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、 34 号组 35、13 号组 1、23、33 号组 14、15、16、17、18 号组 20、21、22、23、24、25、26、27、28、 19 号组 29、30、31第二节导线的选择 组：橡皮绝缘导线穿硬塑料管埋地敷设， 1）经济电流密度选择截面，（三班制，环境温度设为25） 电缆线路：铜2.25A/mm² 铝：1.73A/ mm² 铜：Aec= 25 .230 I=41.5/2.25=1

14、8.45 mm² 铝: Aec=41.5/1.73=24 mm² 2)按发条件选择导线的截面 铜：16 mm² alI=67A 铝：16 mm² alI=52A 号组： 1）经济电流密度选择截面（三班制） 铜：Aec=44.4/2.25=19.73 mm² 铝：Aec=44.5/1.73=25.72 mm² 2) 按发条件选择导线的截面 铜：25 mm² alI=88A 铝：25 mm² alI=68A 号组：橡皮绝缘导线穿硬塑料管 1）经济电流密度选择截面 铜：Aec=47.2/2.25=20.98 mm

15、8; 铝：Aec=47.2/1.73=27.28mm² 2) 按发条件选择导线的截面 铜：25 mm² alI=88A alI=68A 组+号组：19.7+30.4=50.1A (设环境温度35) 橡皮绝缘导线穿硬塑料管 1）经济电流密度选择截面 铜：Aec=50.1/2.25=22.27 mm² 铝：Aec=50.1/1.73=28.96mm² 2) 按发条件选择导线的截面 铜：25 mm² alI=90A 铝：35 mm² alI=90A 号组： 1）经济电流密度 铜：Aec=30.4/2.25=13.5 mm² 铝：A

16、ec=30.4/1.73=17.58mm² 2) 按发条件选择导线的截面 铜：16 mm² alI=72A 铝：16mm² alI=56A 号组： 1）经济电流密度 铜：Aec=113.9/2.25=50.62 mm² 铝：Aec=113.9/1.73=65.84mm² 2) 按发条件选择导线的截面 铜：50mm² alI=142A 铝：70mm² alI=143A。 短路电流的计算短路电流是供配电系统中的相间或相地之间因绝缘破坏而发生电气连通的故障状态。它的数值可达额定电流的十余倍至数十倍，而电路由常态变为短路的暂态工程中

17、，还出现高达稳态短路电流1825倍的冲击电流。会对供配电系统造成严重的破坏。 第一节 短路电流计算的目的及几点说明： 在供配电系统中除应采取有效技术措施防止发生短路外，还应设置灵敏、可靠的继电保护装置和有足够断流能力的断路器，快速切除短路回路，把短路危害抑制到最低限度。为此必须进行短路电流计算，以便正确选择和整定保护装置、选择限制短路电流的元件和开关设备。 （1）由于民用建筑内所装置的元件，其容量远比系统容量要小，而阻抗则较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路时，系统母线上的电压变动很小，可认为电压维持不变。因此，在本次计算中，都是以上述的由无限大容量电力系统供电作为前提来进行计算的。 （2）在

18、计算高压电路中的短路电流时，只需考虑短路电流值有重大影响的电流元件如发电机、变压器、电抗器、架空线及电缆等。由于发电机、变压器、电抗器的电阻远小于本身电抗，因此可不考虑。但当架空线和电缆较长，使短路电流的总电阻大于总电抗1/3时，需要计如电阻。 （3）短路电流计算按金属性短路进行。 （4）短路电流计算的符号含义：短路电流计算应求出最大短路电流值，以确定电气设备容量或额定参数；求出最小短路电流值，作为选择熔断器、整定继电保护装置和校验电动机启动的依据。 （5）短路电流的计算方法有欧姆法和标幺制法。 在此需要计算下列短路电流值： Id-三相短路电流周期分量有效值，KA； Sd-三相短路容量，MVA

19、 I-次暂态短路电流，既三相短路电流周期分量第一周的有效值，KA； I-三相短路电流稳态有效值，KA； Ic-三相短路电流第一周全电流有效值，KA； ic-三相短路冲击电流，既三相短路电流第一周全电流峰值，KA； I02-短路开始到02s时的三相短路电流有效值，KA； S02-短路开始到02s时的三相短路容量，MVA； 第二节 计算短路电流 由于采用10KV电压供电，故线路电流 js= N jsUS3= 1293 74.653*10 A= 按发热条件选择导线LGJ-150=445Añ74.65A,满足要求，并查表得 0x=0.34km/W, 0r=0.21km/W变电所一次设备的选择

20、与校验 根据上述短路电流计算结果按正常工作条件选择和按短路情况校验确定的总降压变电所高压电气设备如下：第一节 10KV母线选择 架空线按经济电流密度选择：工作电流jsI= N jsUS3= 1293 74.653*10 A=母线计算截面2max74.65 64.911.15 (因为导线型号是LGJ150为铝材料导线且年最大负荷利用小时是4600小时,故选择面积系数为1.15) 选用3*252mm的铝母线允许电流90A大于工作电流64.91A，满足要求。 热稳定校验（因为铝矩形母线截面在1000平方毫米以下时为1） 按短路情况校验电器的稳定性 1. 短路热稳定校验 由题意可知，dt=1.7s=j

21、t （注;TJ为短路电流假象时间等于主保护动作时间(1.7秒)，C为热稳定系数,与导线材料和环境的温度有关.） 第二节 支路短路计算 所设计的变电所选用的变压器容量为1000KMVA,选择型号SJL1-1000/10,查表（见工厂供电设计与实验，表2-2）得该型号变压器的技术参数为0PD=2.0KW为空载损耗, dPD=13.7KW为短路损耗. eS=1000KVA为额定容量 100 % 0I=1.7为空载电流, 100 % du=4.5阻抗电压. 则本变电所的计算负荷与变压器损耗之和为jsP=909.279+14.28=923.66KW jsQ=829.825+109=938.325KW ；

22、jsQPS=1316.7KW ；jsI= 10 3'´jsS=76.02A 按发热条件选择导线LGJ-150=445A >76.02A. 并查表得0x=0.34km/W, 0r=0.21km/至该变电所的负荷计算 （1）确定基准值取 jS=100MVA 而 jI= N jUS3=N U31100 =5.77 kA （2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1）电力系统（SOC = 500MV·A）X1*= d jSS=100/500=0.2 2）架空线路（0x = 0.85/km） X2* = 20j jUSl x=2 10 100 834.0=2.72 地

23、区变电所变压器绕组间的电抗=0 .1100 1005.4=4.5 （3）求2k点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1)电源至短路点的总电抗标幺值 * +*3X=7.42 2)三相短路电流周期分量有效值 32.*2.jZ =144.34/7.42=19.45kA 3)其他三相短路电冲击电流 31shi=2.55 3.1MZI=2.55*19.45=49.59 kA 短路冲击电流 31skI=31.1.51ZM I=19.45×1.51=29.36kA 4)三相短路容量 32kS = *2jM SXå = 100/7.42= 13.47MVA3.2电流速断保护灵敏

24、度的校验 其保护灵敏系数为 S=1700A/1100A=1.55>1.5 4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 4.1装设反时限过电流保护 亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。a)过电流保护动作电流的整定，利用 ILmax=2I30,k因此动作电流为因此过电流保护动作电流OPI整定为7A b）过电流保护工作电流的整定 按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。 c）过电流保护灵敏度系数 因无临近变单位电所10kv母线经联络线到本场变电所低压母线的短路数据， 无法检验灵敏度系数，只有略。 装设电流速断保护 亦利用GL15的速断装置。但因无临近单位变

25、电所联络线到本场的变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，只有略。 4.3变电所低压侧的保护装置 a）低压总开关采用DW15-1500/3型低压断路器，三项均装设过流脱扣器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路，脱扣器动作电流的整定可参看参考文献和其他有关手册。 b）低压侧所有出线上均采用DZ20型低压断路器控制，瞬间脱扣器可实现对线路的短路故障的保护。 防雷保护和接地装置的设计 第一节 变电所的防雷设计 1.1直接防雷保护 在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在配电所外面的

26、适当位置装设独立避雷针（器），装设高度应使其防雷保护范围保卫整个变电所。如果变电所在其他建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻RE<10欧（表9-6），通常采用3-6根长2.5米的钢管，再装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6m，接地管间用40mm*4mm的镀锌扁钢焊接相连。引下线用25mm*4m的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针相连接。避雷针采用直径20mm的镀锌扁钢，长1至1.5.独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。 1.2雷电侵入波的防护 a）在10kv电源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器。引下线采用25mm*4mm的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。 b）在10kv高压配电室内装设有GG-1A-54型