XX机械厂降压变电所的电气设计内容上课讲义

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。XX机械厂降压变电所的电气设计内容-1引言众所周知，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。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，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

2、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，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。1.1工厂供电的要求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

3、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、GB50053-9410kv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；（2）安全可靠、先进合理；（3）近期为主

4、、考虑发展；（4）全局出发、统筹兼顾。2.负荷计算和无功功率补偿21负荷计算的目的、意义及原则（1）供电系统要能安全可靠地正常运行，其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因次，有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。（2）计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选的过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定的过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，

5、导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，同样会造成更大损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。（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。（4）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。（5）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、

6、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。22负荷计算表单组用电设备计算负荷的计算式:有功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷计算电流2)单组用电设备计算负荷的计算式：有功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷计算电流各厂房和生活区的负荷计算如表2.1编号名称类别设备容量需要系数功率因数计算负荷1铸造车间动力3600.360.701.0579.283.16114.8174.42照明80.81.005.905.926.9小计36885.183.16120.7201.322锻压车间动力3200.20.631.3384.1112.1140.2213.0照

7、明60.91.007.10.07.132.3小计32691.2112.1145.5221.13金工车间动力3500.260.621.2772.091.1116.1176.4照明50.91.008.40.08.438.2小计35580.491.1121.5184.64工具车间动力2000.350.631.1762.473.0196.0145.8照明50.71.007.90.07.935.9小计20570.373.01103.9181.75电镀车间动力2700.490.740.9996.996.1136.5207.4照明60.91.005.70.05.725.8小计276102.696.1140.

8、6213.66热处理车间动力1600.450.760.7556.442.370.5107.1照明70.81.005.40.05.424.5小计16761.842.374.9113.87装配车间动力1500.380.651.0560.863.888.1133.9照明60.881.005.30.05.324.0小计15666.163.893.4157.98机修车间动力1650.280.651.2627.334.544.066.9照明50.81.002.40.02.411.0小计17029.734.545.569.29锅炉房动力850.660.800.9944.944.463.296.0照明20.8

9、1.000.80.00.83.6小计8745.744.464.099.610仓库动力200.340.900.625.33.36.29.4照明20.91.001.50.01.56.8小计226.83.37.5611.511生活区照明3000.780.900.29272.079.3283.3430.5总计（380V侧）动力2380911.77723.071200.861884.8照明352计入=0.85=0.90.74774.9650.81020.731602.1表2.1机械厂负荷计算表2.3无功功率补偿由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有0.74.而供电部门要求该厂10KV进线

10、侧最大负荷是功率因数不应该低于0.91。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0.91，暂取0.91来计算380V侧所需无功功率补偿容量：故选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-12-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总共容量725=360kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2.2所示。表2.2无功补偿后的负荷计算表项目计算负荷380V侧补偿前负荷0.74774.9650.81020.731602.1380V侧无功补偿容量-360380V侧补偿后负荷0.93774.9320.3837.7

11、1314,9主变压器功率损耗13.051.810kV侧负荷总计0.91787.9372.1895.551.32.3.1无功补偿的主要作用无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率耗损、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功补偿在电网中传输，相应减小了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。集中补偿与分散补偿相结合，以分撒补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降压相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工

12、、同步投运。无功补偿的主要作用具体体现在：提高电压质量；降低电能损耗；提高发供电设备运行效率；减少用户电费支出。2.3.2无功功率补偿装置：一般用并联电容器的方法来进行功率补偿。3.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（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,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+=

13、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3.1XX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各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表编号12345678910生活区横坐标X(cm)1.82.13.65.55.86.26.58.79.09.80.7纵坐标Y(cm)2.84.86.62.03.65.26.62.13.56.67.4由计算结果可知，x=9.6y=5.9工厂的负荷中心在10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10号厂房的西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

14、和主接线方案的选择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=1000=895.0kva，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，而每台变压器容量按式和式选择，即=(0.60.7）=（0.60.7）895.0=537kva626.5kva且因此选两台S9630/10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

15、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）装设两台主变压器的主接线方案，如图4.1所示（2）装设一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接线方案4.3两种主接线方案的技术经济比较表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

16、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，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

17、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。（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。）5短路电流的计算5.1绘制计算电路如图5.1所示图5.1短路计算电路5

18、.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电力系统已知=300MVA,故=100MVA/300MVA=0.3架空线路LJ-70的=0.37/km，而线长13km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。5.410KV侧三相短路电流和短路容量总电抗的标幺值=0.3+4.36=4.66三相短路电流周期分量有效值=1.18短路次暂态短路电流=1.18KA短路稳态电流=1.18KA短路冲击电流=2.551.18KA=3.01KA短路后第一个周期的短路电流有效值=1.511.18KA=1.78KA三项短路容量=21.46MVA5.5380

19、KV侧三相短路电流和短路容量总电抗的标幺值=0.3+4.36+4.5=9.16三相短路电流周期分量有效值=15.72KA短路次暂态短路电流=15.72KA短路稳态电流=15.72KA短路冲击电流=1.8415.72KA=28.92KA短路后第一个周期的短路电流有效值=1.0915.72KA=17.14KA三项短路容量=10.9MVA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-11.181.181.183.011.7821.46l-215.7215.7215.7228.9217.1410.96变电所一次设备的选择校验6.110kV侧一次设备

20、的选择校验如表6.1所示。表6.110kV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1057.71.183.013.85一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-1010Kv100/5A31.8Ka81二次负荷0.6避雷器FS4-1010kV户外式高压隔离开关GW4-15G/20012kV400A25Kv

21、500表6.1所选一次设备均满足要求。6.2380V侧一次设备的选择校验如表6.2所示。表6.2380V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380159815.7228.92594.0一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避雷器户外隔离开关6.3

22、高低压母线的选择参照表，10kV母线选LMY-3（），即母线尺寸为；380V母线选LMY-3,即母线尺寸为，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7.110kV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，初选LJ-16，其时的满足发热条件。2）校验机械强度查表得最小允许截面，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

23、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，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。7.2380V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11-3所示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离

24、约为50m，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=80.7kW，=78.5kvar，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11-2所示工厂平面图量得变电所至2号厂房距离约为166m

25、，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=91.21kW，=111.85kva，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。（3）馈电给3、4、5、6、7、8、9、号厂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。（4）馈电给10号厂房（仓库）的线路由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用的聚氯乙烯绝缘的铝芯导线BLV-100016型（见表8-30）5根（包括3根

26、相线、一根N线、1根PE线）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，相线截面初选6，其,满足发热条件。按规定，N线和PE线也都选为6，与相线截面相同，即选用BLV-1000-16塑料导线3根穿内径25mm的硬塑管埋地敷设。2）校验机械强度查表8-35，最小允许截面积,因此上面所选6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44m，而由查8-39查得,又仓库的=6.75kW，=3.26kva，因此故满足允许电压损耗的要求。（7）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

27、-40，初选-1240,其时的，满足发热条件。2）校验机械强度查表最小允许截面积，因此-1240满足机械强度要求。3）校验电压损耗由图11-2所示工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约70m，,又生活区的=272kW，=78.88kva，因此满足允许电压损耗要求。7.3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10km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，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）

28、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。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导线和电缆型号规格如表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+1240四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VL

29、V22-1000-3240+1240四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV22-1000-3240+1240四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV22-1000-3240+1240四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房VLV22-1000-3240+1240四芯塑料电缆（直埋）至6号厂房VLV22-1000-3240+1240四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV22-1000-3240+1240四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV22-1000-3240+1240四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV22-1000-3240+1240四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房BLV-100016三芯聚氯乙烯绝缘的铝芯

30、导线（架空）至生活区单回路，回路线-1240聚氯乙烯绝缘的铜芯导线（架空）与邻近单位10kV联络线YJL22-10000-325交联电缆（直埋）8变压所的防雷保护8.1防雷装置意义雷电引起的大气过电压会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。下面分情况对防雷装置进行选择。8.2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。其引下线采用的镀锌扁钢，下面与公共接地网焊接相联，上面与避雷器接地端螺栓连接。2）在10kV高压配电室内装设的GG-1A（F）-54型高压开关柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来防护雷电侵入波的危害。3)在380V低压架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入雷电波。8.3变电所公共接地装置的设计（1）接地电阻的要求按表9-23，本变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：且式中因此公共接地装置接地电阻应满足（2）接地装置的设计采用长2.5m、50