某厂降压变电所电气部分设计说明

1、目录前言.11负荷计算和无功功率补偿 .21.1负荷计算 .21.2无功功率补偿 .31.3年耗电量的估算 .32变电所位置和型式的选择 .53变电所主变压器的选择和主结线方案的选择 .73.1变电所主变压器的选择 .73.2变压器主接线方案的选择 .73.3两种主结线方案的技术经济比较 .94短路电流的计算 .104.1绘制计算电路 .104.2确定短路计算基准值 .104.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值 .104.410KV 侧三相短路电流和短路容量 .114.5380V 侧三相短路电流和短路容量 .115变电所一次设备的选择校验 .135.110kV 侧一次设备的选择校验 .135.

2、2380V 侧一次设备的选择校验 .135.3高低压母线的选择 .146变电所进出线以及邻近单位联络线的选择.156.110kV 高压进线和引入电缆的选择 .156.2380V 低压出线的选择 .156.3作为备用电源的高压联络线的选择校验 .177变压所的防雷保护 .197.1变压所的防雷保护 .197.2变电所公共接地装置的设计 .19参考文献 .19.致谢20附 录21.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

3、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。在工厂里，电能虽然是工业

4、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，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。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

5、约能源、 支援国家经济建设，也具有重大的作用。.1 负荷计算和无功功率补偿1.1 负荷计算在负荷计算时， 采用需要系数法对各个车间进行计算， 并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。 单组用电设备计算负荷的计算式 :有功计算负荷 PPe K d无功计算负荷 Q Ptan视在计算负荷 SP计算电流ScosI3U N运用公式对各车间进行负荷计算，结果如表2.1 所示。表 1.1机械厂负荷计算表设备需要计算负荷编名称类别容量系数P 30 kWQ 30 k varS30 kVAI30A号P e kWK dcostan1铸造动力2500.360.681.1690.00104.40车

6、间照明70.79105.530.00小计25795.53104.40141.51215.012锻压动力2300.260.631.5259.8090.90车间照明90.77106.930.00小计23966.7390.90112.76171.333金工动力3400.250.621.685.00136.00车间照明60.82104.920.00小计34689.92136.00163.04247.724工具动力3000.260.621.678.00124.80车间照明100.82108.200.00小计31086.20124.80151.68230.455电镀动力1900.420.790.679.8

7、047.88车间照明60.81104.860.00小计19684.6647.8897.26147.786热处动力1600.90.740.83144.00119.52理车照明70.72105.040.00间小计167149.04 119.52191.04290.277装配动力1200.350.661.342.0054.60车间照明60.73104.380.00小计12646.3854.6071.64108.858机修动力1700.320.651.3754.4074.53.车间照明30.78102.340.00小计17356.7474.5393.67142.329锅炉动力600.620.750.7

8、837.2029.02房照明20.73101.460.00小计6238.6629.0248.3473.4410仓库动力150.360.80.565.403.02照明1.60.75101.200.00小计16.66.603.027.2611.0311生活照明3600.740.940.13262.8034.16265.01402.65区动力1835983.26 818.83总计 380V照明417.6侧）计 Kp =0.9Kq =0.90.770.69884.39736.951151.611749.741.2 无功功率补偿由表 1.1 可知，该厂 380 侧最大负荷是的功率因数只有0.77 。而供

9、电部门要求该厂 10KV 进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.9 。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0.9 ，暂取 0.92来计算 380V 侧所需无功功率补偿容量：QCP30 (tan 1 tan 2 )884.39tan(arcco s0.77)tan(arccos0.92) 356.17k var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 ×5=420kvar 。因此无功功率补偿后工厂 380V 侧和 10K

10、V侧的负荷计算如表所示表 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0.77884.39736.951151.611749.74380V 侧无功补偿容-420量380V 侧补偿后负荷0.92884.39316.95939.471427.38主变压器功率损耗0.015 S30 =0.06 S30 =14.0956.3710KV侧负荷总计0.92898.48373.32972.9556.171.3年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量：WpPT年无功电能耗电量：WqQ T

11、.结合本厂的情况，年最大负荷利用小时数T 为 2600h，取年平均有功负荷系数0.72 ，年平均无功负荷系数0.78 。由此可得本厂：年有功耗电量： W p0.72898.48kw2600h1.68106 ；年无功耗电量： Wq0.78373.32kw2600h7.57105 。.2 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，计算公式为式（ 2.1 ）和（ 2.2 ）。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 , 测出各车间和宿舍区负荷点

12、的坐标位置 , 例如 P (x,y1)、P (x,y )、P (x ,y) 等. 而工厂11222333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 :P1x1P2 x2P3x3( Pixi )(2.1)xPPPP123iP yP yP y3( P y )1 12 23i i(2.2)yP2P3PiP1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坐标轴12345678910生活区X()1.31.33.53.54.26.6

13、6.66.66.69.40.7Y()5.33.75.33.71.86.44.83.21.54.80.4.由计算结果可知， x=3.4,y=3.3工厂的负荷中心在6 号厂房的西南角。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在4 号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。.3 变电所主变压器的选择和主结线方案的选择3.1 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 SN.TS30 ，选SN ,T1000kVAS30972.95kVA ，即选一台 S9-1000/10 型低损耗配电变

14、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，而每台变压器容量按式SN T(0.6 0.7)S30和式SN.T S30 1 2选择，即SN .T(0.6 0.7)972.95kVA(583.77 681.07) kVA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（ 2）装设两台主变

15、压器的主接线方案，如图 3.2 所示.图 3.1装设一台主变压器的主结线方案图 3.2装设两台主变压器的主结线方案.3.3 两种主结线方案的技术经济比较表 3.1 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供电安全性满足要求满足要求术供电可靠性基本满足要求满足要求指供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗小标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由手册查得 S9 1000单价为由手册查得S9 800 单价为 8.52经电力变压器的综10.76 万元，而由手册查得变压万元，因此两台综合投资为4×合

16、投资器综合投资约为其单价的2 倍，8.52 万元 =34.08万元，比一台变济因此其综合投资为2×10.76 万压器多投资12.56万元元 =21.52 万元指高压开关柜（含查手册得 GG A（ F）型柜按每本方案采用6 台 GG A（ F）柜，计量柜）的综合投台 3.5 万元计，查手册得其综其综合投资额约为 6×1.5 ×标资额合投资按设备价1.5 倍计，因3.5=31.5 万元，比一台主变的方此其综合投资约为4× 1.5 ×案多投资 10.5 万元3.5=21 万元参照手册计算，主变和高压开主变和高压开关柜的折旧费和维电力变压器和高关柜的折

17、算和维修管理费每年修管理费每年为 7.067 万元，比压开关柜的年运行为 4.893 万元（其余略）一台主变的方案多耗 2.174 万元费供电贴费按 800 元/KVA 计，贴费为 1000贴费为 2× 800× 0.08 万元 =128× 0.08=80 万元万元，比一台主变的方案多交 48万元从表 3.1 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，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 Sd100MVA ， U d U c1

18、.05U N， 即 高 压 侧 U d 1 10.5kV，低压侧U d 20.4kV，则I d1Sd100MVA5.5kA I d 2Sd100MVA3U d 13 10.5 kV3U d 2144kA3 0.4kV4.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值（ 1）电力系统已知 Soc260MVA ，故X1*100MVA / 260MVA0.38（ 2）架空线路查表得 LJ-90 的 X 0 =0.34/km ，而线路长 8km，故X 2*(0.34 8)100MVA2.47(10.5kV )2（ 3）电力变压器查表得 U z %=4.5 ，故X 3*4.5100MVA5.63100800kVA

19、因此绘短路计算等效电路如图4.2 所示。.图 4.2等效电路4.4 10KV侧三相短路电流和短路容量（ 1） 总电抗标幺值X *X1*X 2*0.382.472.85(k 1)（ 2）三相短路电流周期分量有效值I k(31)I d15.5kA 1.93kAX *( k 1)2.85（ 3）其他短路电流I *(3)I (3)I (k3)1) 1.93kAish(3)2.55I *(3)2.551.93kVA 4.92kVAI sh(3)1.51I *(3)1.511.93kVA 2.91kVA（ 4）三相短路容量(3)Sd100MVAMVASk 1X *(k 1)2.8535.094.5 380

20、V 侧三相短路电流和短路容量（ 1）总电抗标幺值X *X1*X 2*X 3*0.382.475.638.48(k2)（ 2）三相短路电流周期分量有效值I k(3)2I d 2144kA 16.98k AX*( k2)8.48（ 3）其他短路电流I *(3)I (3)I (k3 )2 ) 16.98kAi sh(3 )1.84I*(3)1.8416.98kVA31.25kVAI( 3)1.09I *(3)1.0916.98kVAkVAsh18.51.（ 4）三相短路容量Sk(3)2X *Sd100MVA11.79MVA( k 2 )8.48以上计算结果综合如表 4.1表 4.1短路的计算结果三相

21、短路电流 /kA三相短路短路计算点容量 /MVAI k(3)I "(3)I (3)i sh(3)I sh(3)U Nk-11.931.931.934.922.9135.09k-216.9816.9816.9831.2518.5111.79.5 变电所一次设备的选择校验5.1 10kV 侧一次设备的选择校验表 5.110kV侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流动稳热稳其他能力定度定度装置地点条件参数UNINI K(3)i sh(3)I (3)2gt ima数据1056.171.932.917.08额定参数高压少油断路器10kV630A16kA40kA512SN10-10I/63

22、0高压隔离开关10kV200A25.5KA500一 GN8-10T/200次高压熔断器10kV0.5A50kA设RN2-10备电压互感器10/0.1kV型JDJ-10号电压互感器10/0.1kV规JDZJ-10格电流互感器10Kv100/5A31.8kA81二次负LQJ-10荷 0.6避雷器 FS4-1010kV户外式高压12kV400A25Kv500隔离开关GW4-15G/200表 5.1 所选一次设备均满足要求。5.2 380V 侧一次设备的选择校验如表 5.2 所示。.表 5.2380V侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流动稳热稳其他能力定度定度装置地点条件参数UNI 30I K

23、(3)i sh(3)I (3)2gtima数据3801427.3816.9831.25547.81额定参数低压断路器380V1500A40kVDW15-1500/3D一低压断路器380V630A30kA次DZ20-630设低压断路器380V200A25kA备DZ20-200型低压刀开关380V1500A号HD13-1500/30规电流互感器500V1500/5A格LMZJ1-0.5电流互感器500V100/5LMZ1-0.5160/5表 5.2 所选一次设备均满足要求。5.3 高低压母线的选择参照表 528， 10kV 母线选 LMY-3（ 404 ），即母线尺寸为 40mm4mm ；380V

24、母线选 LMY-3(120 10)806 , 即母线尺寸为 120mm 10mm ，而中性线母线尺寸为 80mm 6mm 。.6 变电所进出线以及邻近单位联络线的选择6.1 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 I 30I 1NT56.17 A 及室外环境温度25 C ，查资料，初选LJ-16 ，其 25 C 时的 I al105 AI 30 满足发热条件。2）校验机械强度最小允许截面 Amin35mm2 ，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

25、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 I 30 I1 NT56.17A 及土壤温度 24 C 查表，初选缆芯截面为 Amin 25mm2 的交联电缆，其 I al90 A I 30 ，满足发热条件。2）校验短路热稳定按式CM 计算满足短路热稳定的最小截面WAmin（3） tima0.75mm221.7mm2A 25mm2I1930C77因此 YJL22-10000-325 电缆满足短路热稳定条件。6.2 380V 低压出线的选择（ 1）馈电给 1 号厂房（铸造车间

26、） 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 I 30215.01A 及地下 0.8m 土壤温度 24 C ，查表资料，初选缆芯截面 150mm2 ，其 I al247 A1.014250.5 AI 30 ，其中 1.014 为 24 C 时的温度修正系数，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70m，而由资料查得150mm2 的铝芯电缆 R00.25/ km （按缆芯工作温度75 C计）， X 00.07km ，又 1 号厂房的 P3095.53kw ， Q30104.4k var ，因此按

27、式.U pR qX 得：U NU95.53kw (0.250.07) 104.4k var(0.070.07)5.75V0.38kV5.75VU al %5%U %100% 1.5%380V故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验 按式 C M 计算满足短路热稳定的最小截面WAmin（3)tima0.752193.49mm2I16980mmC76由于前面按发热条件所选150mm2 的缆心截面小于Amin ，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为 185mm2 的电缆，即选 VLV22-1000-3240+1 120 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）

28、馈电给 2 号厂房（锻压车间）的线路亦采用 VLV 221000 的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面240mm2 ， VLV22-1000-3 240+1 70 的四芯电缆。（ 3）馈电给 3 号厂房（精工车间）的线路亦采用 VLV 221000 的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面240mm2 ， VLV22-1000-3 240+1 120 四芯塑料电缆。（ 4）馈电给 4 号厂房（工具车间）的线路由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线VLV1000 型四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。按发热条件选择 由 I 30230.45A 及环境

29、温度 25 C ，查表资料，应选 VLV22-1000-3 240+1 120 四芯塑料电缆。（ 5）馈电给 5 号厂房（电镀车间）的线路亦采用 VLV 22 1000 的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面240mm2 ，VLV22-1000-3240+1 120 四芯塑料电缆。（ 6）馈电给 6 号厂房（热处理车间）的线路亦采用 VLV 221000 的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面240mm2 ，VLV22-1000-3 240+1 120.四芯塑料电缆。（ 7）馈电给 7 号厂房（装配车间）的线路亦采用 VLV 221000 的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

30、缆芯截面240mm2 ， VLV22-1000-3240+1 120 四芯塑料电缆。（ 8）馈电给 8 号厂房（机修车间）的线路亦采用 VLV 221000 的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面240mm2 ，VLV22-1000-3240+1 120 四芯塑料电缆。（ 9）馈电给 9 号厂房（锅炉房）的线路 亦采用 VLV 22 1000 的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面 240mm2 ，VLV22-1000-3 240+1 120 四芯塑料电缆。（ 10）馈电给 10 号厂房（仓库）的线路亦采用 VLV 22 1000 的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面

31、240mm2 ，VLV22-1000-3240+1 120 四芯塑料电缆。（ 11）馈电给生活区的线路采用 LG型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1）按发热条件选择由 I 30 402.65A 及室外环境温度为25C ，查表初选LJ-240 其 25 C 时的 I al543A I 30 ，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生活区负荷中心距离约 150m，而由表查得 LJ-240的阻抗R 0 =0.14km , X 0 =0.30km ，又生活区的 P30262.8kw ， Q3034.16k var ，因此按式 UpR qX得：U N262.8kw(0.14 0

32、.15)34.16k var (0.30.15)18.57VU0.38kVU %5.75V4.9%U al %5%100%380V满足允许电压损耗要求。6.3 作为备用电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287.11KVAI 30287.11kVA /( 310kV )16.58 A , 而最热月土壤平均温度为25 C , 因此查表初选缆芯截面为25mm2 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 25mm2 ），其 I

33、 al90 AI 30 , 满足发热条件。（ 2）校验电压损耗由资料查得缆芯为25mm2 的铝芯电缆的 R 0 =1.54 km( 缆芯温度按 80C 计 ) ， X0=0.12km ，而 二 级负 荷的 P30 218.85kw ，Q30 181.3k var 线路长度按 2km计，因此218.85kw(1.542)181.3k var(0.122)U10kV71.76V71.76VU %100%0.7%U al %5%10000V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25mm2 的交联电缆是满足短路热稳

34、定要求的。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 6.1所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号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）至 1号厂房VLV22-1000-3240+1120 四芯塑料电缆（直埋）至 2号厂房VLV22-1000-3240+1120 四芯塑料电缆（直埋）380至 3号厂房VLV22-1000-3240+1120 四芯塑料电缆（直埋）V至 4号厂房VLV22-1000-3240+1120 四芯塑料电缆（直埋）低至 5号厂房VLV22-

35、1000-3240+1120 四芯塑料电缆（直埋）压至 6号厂房VLV22-1000-3240+1120 四芯塑料电缆（直埋）出至 7号厂房VLV22-1000-3240+1120 四芯塑料电缆（直埋）线至 8号厂房VLV22-1000-3240+1120 四芯塑料电缆（直埋）至 9号厂房VLV22-1000-3240+1120 四芯塑料电缆（直埋）至 10 号厂房VLV22-1000-3240+1120 四芯塑料电缆（直埋）至生活区单回路，回路线3 LJ-240+1 LJ-120 （架空）与邻近单位 10kV 联络线YJL22-10000-325 交联电缆（直埋）.7 变压所的防雷保护7.1 变压所的防雷保护（ 1）直击雷防护 在变电所屋顶装设避雷针或避雷带， 并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。避雷针采用直径20mm的镀银圆钢，避雷带采用25mm4mm 的镀锌扁钢。（ 2）雷电侵入波的防护1）在 10kV 电源进线的终端杆上装设 FS4-10 型阀式避雷器。其引下线采用 25mm 4mm 的镀锌扁钢，下面与公共