某机械厂降压变电所电气设计

1、一、设计任务书（一）设计题目某机械厂降压变电所电气一次设计（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，选择变电所主结线及高低压设备和进出线，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。（三）设计依据1. 工厂总平面图生活区的 负荷中心桥10河流工厂生活区厶街:/ ，大后厂门/-/Q /_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。该厂筹造车间、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

2、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。 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（附图1-4 ）。该干线的导线品牌号为LGJ-185,导线为等边三角形排列，线距为2.0m。干线首端（即电力系统的馈电变电站。距离本厂约10km.干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MWA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1.2s。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

3、的架空线路总长度为 100km,电缆线路长度为 25kmt.厂区/ / 1 1 TftL J厂门=I1I-I 二大街邻厂公共电源干线北/yVX某机械厂总平面图比例1:2000表1工厂负荷统计资料厂房编 号厂房名称负荷类 别设备容量/kw需用系数功率因数1铸造动力4000.40.70车间照明100.81.002锻造动力3000.2P 0.65:车间照明100.81.003金工动力3500.20.65车间照明100.7r 1.004工具动力3800.20.60车间照明100.81.005r电镀动力2600.5P 0.80；车间照明70.71.006热处动力2000.50.75理室照明80.7r 1

4、.007装配动力1500.40.70车间照明50.81.008机修动力1500.3P 0.60车间照明40.71.009锅炉动力800.70.8房照明10.9r 1.0010仓库动力250.40.80照明10.91.0011生活 区动力3000.81.004. 气象条件：本厂所在地区的年最高气温为 38C，年平均气温为 23C，年最低气温为-8 C,年最热 月平均最高气温为 33C，年最热月平均气温为 26C，年最热月地下 0.8m处的平均温度为 25C。当地主导风向为东北向风，年暴日数为20。5. 地质水文条件：本厂所在的地区平均海拔 500m。地层以砂粘土（土质）为主；地下水位为4m。6.

5、 电费制度：本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两 部电费交电费。每月基本电费按主变压器容量计为20元/KVA，动力电费为0.3元/kwh，照明（含家电）电费为 0.5元/kwh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.95.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供电贴费：610KV为800元/KVA。（四）设计任务要求在规定时间内独立完成下列工作量：1、设计说明书1份，需包括：1）封面及目录2）前言及确定了赋值参数的设计任务书3）负荷计算和无功功率补偿4）变电所位置和型式的选择5）变电所主变压器台数、容量、类型及主结线方案的选择6）短路电流

6、的计算7）变电所一次设备的选择与校验8）变电所高、低压进出线的选择与效验9）附录及参考文献10）设计收获和体会2、设计图纸1份变电所主结线图1张（3号图纸）（五）设计时间第二章（一）负荷计算和无功功率补偿1.负荷计算个厂房和生活区的负荷计算如表1所示表2某机械厂负荷计算表编号名称类别设备容走诵亥 需要系cos tan P30/KW计算负荷I30/A量数Q0/KwS30/KVA铸造车间动力4000.40.71.02160163.2-1照明100.81080-小计410-168163.2234356锻压车动力3000.20.651.176070.15-2间照明100.81080-小计310-687

7、0.1597.7149金工车动力3500.20.651.177081.83-3间照明100.71070-小计360-7781.83112170工具车间动力3800.20.61.3376101.33-4照明80.8106.40-小计388-82.4101.33131199电镀车间动力2600.50.80.7513097.5-5照明70.7104.90-小计267-134.997.5166253热处理室动力2000.50.750.7810078-6照明80.7105.60-小计208-105.678131199装配车动力1500.40.71.026061.2-7间照明50.81040-小计155-

8、6461.288.61358机修车动力1500.30.61.334560-间照明40.7102.80-小计154-47.86076.7117动力800.70.80.755642-9锅炉房照明10.9100.90-小计81-56.94270.7108动力250.40.80.75107.5-10仓库照明10.9100.90-小计26-10.97.513.22011生活区照明3000.8102400240365动力2295总计(380V侧)照明3641055.5762.71-计入 Ks p=0.85 Ks q=0.90.79897.18686.441129.661718.382.无功功率补偿由表2可

9、知，该厂380侧最大负荷是的功率因数只有 0.75。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.95。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0.95，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Qc=P30(tan $ 1-tan $ 2)=897.18tan(arccos0.79)-tan(arccos0.97)=471 kvar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 x 6=504kvar。因此无功功率补偿后工厂

10、380V侧和10K V侧的负荷计算如表所示项目cos$计算负荷P30/KWQ30/kvarS30/KVAI30/A380V侧补偿前负荷0.79897.18686.441129.661718.38380V侧无功补偿容量-504380V侧补偿后负荷0.98897.18182.44915.541392.67主变压器功率 损耗0.015S30=14.040.06S30=56.1610K V侧负荷总计0.97911.22238.6941.9454.45第三章(二) 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x= (P1x1+P2x2+P3x3+

11、 )/ ( P1+P2+P3+)=E (PiXi)/ 刀 Pi,y= ( P1y1+P2y2+P3y3)/(P1+P2+P3+)=刀(PiYi)/ 刀 Pi。计算：x=4.22 y=3.97由计算结果可知，工厂的负荷中心在 2, 3，5, 6号车间之间。考虑到方 便进出线，周边环境及交通情况，决定在5号车间的西侧仅靠车间修建工厂变电 所，其形式为附设式。第四章(三) 变电所主变压器和主结线方案的选择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可有下列两种方案：(1) 装设一台主变压器 型式采用S9,而容量根据式 SN*T S30,选 SN*T=1000KVAS30

12、=906.05和选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工 厂二级负荷的备用电源，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, 二每台容量按式SN*T-(0.6-0.7)S30 和 SN*TS30( I +H )，即SN*T( 0.6-0.7 ) 906.05VA= (543.63-634.235 ) KVA 而且 SN*T S30(I +H )=(234+166+70.7)KVA=470.7KVA因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由与邻 近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组别均采用Yyn02变电所主结线

13、方案的选择按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种主结线方案：(1)装设一台主变压器的主结线方案如图所示(见附图1)(2)装设两台主变压器的主结线方案如图所示(见附图2)(3)两种主结线方案的计算经济比较表表表11-6两种主结线方案的比较|75-1 1 图 z( 案 设 装图/(案殳 6七1技术指标性 全 安 电 供量 质 电 供主 台 丁压 电 列 变、土台小 两略于耗 由损主 台 只性 活 灵 变、土 台于好 由较些 差 稍些一好 更经济指标607洽瑕1 综其一匸 V压因万 純变, 穿得倍11 她查2=21 1 一 I 4 - J 74的厅 得表时V 查胡如07 七而为*12 约 2

14、表%,资为 由万投资单两万主元 30此7台仍 CO EFT 4 1 眇件比.36 得为疋資 帝一丁約万殆 .47撫88多 2 7含9安木 務为2、无 由价餡一心变高合台资投1A - V 4 计 &表俗5 M查5眈, 1 - -W%#价4*1 4-万刪为 表5设约 查33按资台殳元变元 舗万上万 6沪 台57 扭5 11 用其“比1 采柜11，攒 案a(f)6*心纠 方伽.5方 本X资=3的高运 和年 灯开费 电压行关年 开一爭 压W 高费 和理 变爭 主八 第的 计和 I時元4 丨 力 表仆3 照的88 参柜4、丁元 折年台万 一 1 4 协妙比仃 关理口 , 2 刑衍元耗 压修万多 高维57

15、纣木 和和.06方 变费7的 主旧为变A 、089O1为费贴计W元X/X3按万元变 万台兀 8台万9 比00 50,2心姣 2万多 为00案 费O方 贴=1的从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案（图）略优于装设一台主 变的主结线方案（图），但按经济指标，则装设一台主变的方案（图）远优于装设两台主变的方案（图），因此决定采用装设一台主变的方案（图）。（说明：如果工厂负荷近期可有较大增长的话，则宜采用装设两台主变的方案。）第五章（四）短路电流的计算1.2.确定基准值设Sd=100MVA U=UC,即高压侧 Ui=10.5KV，低压侧 U2=0.4KV，则I diSd100MVAI

16、d23U d2Sd5.5kA .3 10.5kv100MVA 144kA3Ud2 、3 0.4kv3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统kAXi（2）100MVA/500MVA 0.2架空线路查表8-36，得LGJ-185的x=0.35 Q /km,而线路长10km,故X2(0.35 10)迪冬 3.2(10.5KV)2(3)电力变压器查表2-8，得Uk%=4.5,故*4.5 100MVAX34.5100 1000KVA因此绘等效电路图，如图 11-8所示4.计算k-l点（10.5kv侧）的短路总电抗及三相短路电流和短路容量 （1 ）总电抗标幺值X*（k1）X； X；0.2 3.2

17、 3.4（2 ）三相短路电流周期分量有效值Ik31IdrX*(k 1)5.5kA3.4 1.62kA其他短路电流I (3)I (3)I (3)I k 11.62kAi (3)2.55I(3)4.1kAII sh1.51I(3)2.45KA（4）三相短路容量(3)S 1Sd x*(k 1)100MVA3.2 31.25MVA5.计算k-2点（0.4KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值X*（k；）X X； X3 0.2 32 4.5 7.9（2 ）三相短路电流周期分量有效值lk32 ld2.X*（k2）144kA 7.9 18.2kA（3）其它短路电流I (3)1 1

18、鳥 18.2kAi(3)i sh1.84I 1.84 18.2kA335kAI (3)1 sh1.09I 1.09 18.2kA19.8kA（4）三相短路容量S(3)0 2SdX (k2)12.7MVA以上计算结果综合如表11-7所示.表11-7短路计算结果短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVAI(3)I KI （3）I(3)：(3)1 shI (3)I ihSk3)k-11.621.621.62p.13 :2.4531.25k-218.218.218.233.519.812.7第六章（五）变电所一次设备的选择校验1.10KV侧一次设备的选择校验（表 11-8）表11-8 10kv侧

19、一次设备的选择校验断流能力热稳定度其他装件数参30kJLnV K O1ITN T /_k73543一次设备型号规格数 参 定 额NXIIL俩1/63 高器SNV K O13682关离也 占o3 一压nn 高GV K O1o2-工器断熔O 压22 高RNV K O15A a-器 一 感互O 压JJ1 电JJ-器感互10压ZZ-电JJVKO 3/10一 I30，满足发热条件。2）校验机械强度。查表8-33 ,最小允许截面 Amin=25m血因此LGJ-185满足机械强度要求， 故改选LJ-35。由于此线路很短，不需要校验电压损耗。（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采用YJL22-10

20、000型交联聚乙烯绝缘的铜芯电缆直接埋地敷设。1） 按发热条件选择。由I 30=1 1NT=53.7A及土壤温度25C查表8-43，初选缆芯为25 mrn 的交联电缆，其I al =90A I 30,满足发热条件。2）校验短路热稳定。按式（5-40 ）计算满足短路热稳定的最小截面i（3） tima“cc （0.752 “2 .“2Amin I 1960 mm 22mm vA 25mmnC77式中的C值由表5-12查得。因此YJL22-10000-3 X 25电缆满足要求。2.380V低压出线选择（1）馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VV22-1000型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地 敷设。1

21、）按发热条件选择。由g=356A及地下0.8m 土壤温度为25C,查表8-42 ,初选240mrn,其Iai =319A I 30,满足发热条件。（注意：如当地土壤温度不为 25 C,则其I al应乘以表8-44的修正系数。）1号厂房距离约50m,而由表8-4175 C计）,X）=0.07 Q /km,又 1 号厂2）校验电压损耗。由图11-3所示平面图量得变电所至 查得240mm的铜芯电缆的 R）=0.1 Q /km（按缆芯工作温度 房的 Ro=160kw,Q3o=163.2kvar,因此按式（8-13）得；1.94v160kw (0.1 0.05)163.2kvar (0.07 0.05)

22、0.38kvU% (1.94/380v) 100%1.3% U a, %5%满足允许电压损耗 5%的要求。3）短路热稳定度校验。按式（5-40）求满足短路热稳定度的最小截面min18200. 0.652mm762194.0mm式中tima变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5秒整定（终端变电所），再加上断路器断路时间0.1秒，再加0.05秒（参看式5-33）。由于前面所选 120mm的缆芯截面小于Amin，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯150mm的聚氯乙烯电缆，即 W22-1000-3 X 240+1 X 120的四芯电缆（中性线芯按不小于相线 芯一半选择，下同）。（2）馈电给2号厂房（

23、锻压车间）的线路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋 敷设。（方法同上，从略）缆芯截面选240m金即卩VV22-1000-3 X 240+1 X 120的四芯电缆。（3）馈点给3号厂房（热处理车间）的线路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直 埋敷设。（方法同前，从略）缆芯缆芯截面选 240m矗 即VV22-1000-3 X 240+1 X 120的四芯电 缆。（4）馈电给4号厂房（仓库）的线路 由于就在变电所旁边， 而且共一建筑物，因此采用 聚氯乙烯绝缘铜芯导线 BLV-1000型（见表8-29）5根（3根相线、一根中性线、一根保护线 ） 穿硬塑料管埋地敷设。1）按发

24、热条件选择。由I 30=199A及环境温度（年最热平均气温）26 C,查表8-40，相线 截面初选120mm其I a 215A I 30,满足发热条件。按规定，中性线和保护线也选为120mm,与相线截面相同， 即选用BLV-1000-1 x 120mrn塑料导线5根穿内径25mm的硬塑料管。2）校验机械强度。查表 8-34，最小允许截面 Amin=1.0mm因此上面所选120mrfi的相线满 足机械强度要求。3）校验电压损耗。 所选穿管线，估计长度 50m,而由8-38查得R）=0.18 Q /km,人=0.083 Q /km,又仓库的 Ro=82.4KW,Qo=101.33kvar,因此,8

25、2.4KW （0.18 0.05）101.33kvar （0.083 0.05） 门门U3.05v0.38kvU% （10v/380v） 100%0.80% U al %5%满足允许的电压损耗 5%的要求。（5）馈点给5号厂房（电镀车间）的线路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋 敷设。（方法同前，从略）缆芯缆芯截面选 240口吊，即VV22-1000-3 x 240+1 x 120的四芯电缆。（6）馈电给6号厂房（工具车间）的线路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。 （方法同前，此略）缆芯截面选240mrh即VV22-1000-3 x 240+1 x 120的四

26、芯电缆。（7）馈电给7号厂房（金工车间）的线路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。（方法同前，此略）缆芯截面选240mrh即VV22-1000-3 x 240+1 x 120的四芯电缆。（8）馈电给8号厂房（锅炉房）的线路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。（方法同前，此略）缆芯截面选240mrh即VV22-1000-3 x 240+1 x 120的四芯电缆。（9）馈电给9号厂房（装配车间）的线路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。（方法同前，此略）缆芯截面选240mrh即VV22-1000-3 x 240+1 x 120的四芯电缆。（10）馈电

27、给10号厂房（机修车间）的线路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷 设。（方法同前，此略）缆芯截面选240m点 即VV22-1000-3 x 240+1 x 120的四芯电缆。（11）馈电给生活区的线路采用LJ型铜绞线架空敷设。1）按发热条件选择。由130= 365及室外环境温度为 33C,查表8-35，初选LJ-150 ,其 33C时的I al 390A I 30,满足发热条件。2）校验机械强度。查表8-33，最小允许截面 Amin=16mm因此LJ-185满足机械强度要求。3）校验电压损耗。由图11-3所示平面图量得变电所枝生活区负荷中心约80m,而由表8-35查得LJ-185

28、的R）=0.23 Q /km, Xo=0.31 Q/km （按线间几何均距 0.8m计），又生活区的 F3o=240kW Qo=0kvar ,，因此,240kW （0.23 0.08），U4.4V0.38kvU% （4.4/380） 100%1.2% U al 5%满足要求。中性线采用LJ-70铜绞线。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 470.7kVA ,I30470.7kVA/ , 3 10kv 27.2A最热月土壤平均温度为25

29、r，因此查表8-43，初选缆芯截面为25mm勺交联聚乙烯绝缘铜芯电缆（一），其lal=9OAl30满足发热条件。（2）校验电压损耗由表8-41可查得缆芯为25mm的铜芯电缆的 R）=1.54 Q /km（缆芯温度按 80 C 计）,Xo=O.12 Q /km,而二级负荷的 Ro=（168+134.9+56.9）kW=359.8kW , Qo=（163.2+97.5+42）kvar=3O2.7kvar, 线路长按 1km 计，因此,359.8kW （1.54 2）302.7kvar （0.12 2）U118v10kvU% （118v 10000v） 100%1.18% Ual 5%由此可见满足允许电压损耗5%的要求。（2）短路热稳定校验按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的热稳定校验，可知缆芯25mm的交联电缆是满足热稳定要求的。而邻近单位10kv的短路数据不知，因此该联络线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。综合以上所选变电所进去线和联络线的导线和电缆型号规格如表11-10