机械厂变电所的电气设计说明

1、机械厂变电站电气设计摘要本文介绍了机加工车间变电站的电气设计。变电站位置的选择、主接线的选择、高压设备的选择、负荷的计算、短路电流的计算、各种继电保护和防雷系统的选择，文中都有讲解.特别对主接线的选择、变压器的选择、短路电流的计算进行了详细的描述和分析。其中变电站的主接线、高低压侧的一些保护装置等通过CAD绘图直观地展示出来。通过查阅大量相关资料，到工厂实践，本次设计的内容更接近现实。设计中设计了防雷和接地。这样变电站可以有效避免雷击，保证变电站的安全；能有效保护用电设备，防止过电流危害；可以保证变电站有稳定的输出电压。本设计使用两个主变压器。一次接线采用单母线，二次接线采用单母线分段系统。这

2、种布线方案既保证了供电的可靠性，又灵活方便地适应负载的发展。同时，经济也向好，减少了有色金属的投资和消费。关键词：变电站，设计，选择，安全目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc324865506 1 简介 PAGEREF _Toc324865506 h 1 HYPERLINK l _Toc324865507 1.1学科背景 PAGEREF _Toc324865507 h 1 HYPERLINK l _Toc324865508 1.2中国电力行业概况 PAGEREF _Toc324865508 h 1 HYPERLINK l _Toc324865509 1.2.1

3、中国电力行业当前发展政策 PAGEREF _Toc324865509 h 1 HYPERLINK l _Toc324865510 1.2.2变电站分类 PAGEREF _Toc324865510 h 2 HYPERLINK l _Toc324865511 2 负荷计算与无功补偿 PAGEREF _Toc324865511 h 4 HYPERLINK l _Toc324865512 2.1荷载计算的目的、意义和原则 PAGEREF _Toc324865512 h 4 HYPERLINK l _Toc324865513 2.2载荷计算方法 PAGEREF _Toc324865513 h 4 HYP

4、ERLINK l _Toc324865514 2.3全厂负荷计算 PAGEREF _Toc324865514 h 5 HYPERLINK l _Toc324865515 2.4无功补偿 PAGEREF _Toc324865515 h 9 HYPERLINK l _Toc324865516 3 变电站位置和形式的选择 PAGEREF _Toc324865516 h 11 HYPERLINK l _Toc324865517 3.1变电站地址的选择 PAGEREF _Toc324865517 h 11 HYPERLINK l _Toc324865518 3.2变电站形式的选择 PAGEREF _To

5、c324865518 h 11 HYPERLINK l _Toc324865519 3.3变电站位置和形式的确定 PAGEREF _Toc324865519 h 12 HYPERLINK l _Toc324865520 4 变压器选型 PAGEREF _Toc324865520 h 14 HYPERLINK l _Toc324865521 4.1主变压器台数的确定 PAGEREF _Toc324865521 h 14 HYPERLINK l _Toc324865522 4.2主变容量的确定 PAGEREF _Toc324865522 h 14 HYPERLINK l _Toc324865523

6、 5 电气主接线设计 PAGEREF _Toc324865523 h 15 HYPERLINK l _Toc324865524 5.1电气主接线概述 PAGEREF _Toc324865524 h 15 HYPERLINK l _Toc324865525 5.2电气主接线的设计原则和要求 PAGEREF _Toc324865525 h 15 HYPERLINK l _Toc324865526 5.2.1电气主接线设计原则 PAGEREF _Toc324865526 h 15 HYPERLINK l _Toc324865527 5.2.2电气主布线设计的基本要求 PAGEREF _Toc3248

7、65527 h 16 HYPERLINK l _Toc324865528 5.3电气主接线方案比较 PAGEREF _Toc324865528 h 17 HYPERLINK l _Toc324865529 6 短路电流计算 PAGEREF _Toc324865529 h 19 HYPERLINK l _Toc324865530 6.1确定基线值 PAGEREF _Toc324865530 h 19 HYPERLINK l _Toc324865531 6.2计算短路电路中主要元件的单位电抗 PAGEREF _Toc324865531 h 19 HYPERLINK l _Toc324865532

8、6.3计算 k-1 点短路的单位值总电抗 PAGEREF _Toc324865532 h 、三相短路电流和短路容量20 HYPERLINK l _Toc324865533 6.4计算 k-2 点短路的单位值总电抗 PAGEREF _Toc324865533 h 、三相短路电流和短路容量20 HYPERLINK l _Toc324865534 7 导体选择与验证 PAGEREF _Toc324865534 h 22 HYPERLINK l _Toc324865535 7.1选择原则 PAGEREF _Toc324865535 h 22 HYPERLINK l _Toc324865536 7.2选

9、择架空线的横截面 PAGEREF _Toc324865536 h 22 HYPERLINK l _Toc324865537 7.3高压侧电缆的选择 PAGEREF _Toc324865537 h 23 HYPERLINK l _Toc324865538 7.4低压侧各车间进线的选择与验证 PAGEREF _Toc324865538 h 23 HYPERLINK l _Toc324865539 7.5高压侧选择断路器 PAGEREF _Toc324865539 h 24 HYPERLINK l _Toc324865540 7.6高压侧隔离开关 PAGEREF _Toc324865540 h 24

10、 HYPERLINK l _Toc324865541 7.7电流互感器 PAGEREF _Toc324865541 h 25 HYPERLINK l _Toc324865542 8 高压侧继电保护的选择与整定 PAGEREF _Toc324865542 h 27 HYPERLINK l _Toc324865543 8.1变压器继电保护 PAGEREF _Toc324865543 h 27 HYPERLINK l _Toc324865544 8.2变压器气体保护 PAGEREF _Toc324865544 h 28 HYPERLINK l _Toc324865545 9 防雷设计 PAGEREF

11、 _Toc324865545 h 30 HYPERLINK l _Toc324865546 9.1架空线路防雷措施 PAGEREF _Toc324865546 h 30 HYPERLINK l _Toc324865547 9.2变电站防雷措施 PAGEREF _Toc324865547 h 30 HYPERLINK l _Toc324865548 10 地线 PAGEREF _Toc324865548 h 32 HYPERLINK l _Toc324865549 10.1接地和接地装置 PAGEREF _Toc324865549 h 32 HYPERLINK l _Toc324865550 1

12、0.2确定本配电站公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢 PAGEREF _Toc324865550 h 32 HYPERLINK l _Toc324865551 结论 PAGEREF _Toc324865551 h 34 HYPERLINK l _Toc324865552 至 PAGEREF _Toc324865552 h 35 HYPERLINK l _Toc324865553 参考文献 PAGEREF _Toc324865553 h 361 简介1.1 学科背景目前，我国城市电网和农村电网正在进行大规模改造。相应地，工厂变电站也必须更新。我国电网的现实是，常规变电站依然存在，小型变电站、微

13、机监控变电站、综合自动化变电站相继出现，并取得了较快的发展。随着改革的深入，经济发展迅速。各电力部门对变电站设计水平的要求会越来越高。目前设计的常规变电站最突出的问题是设备落后、结构不合理、占地大、投资大、损耗高、效率低，尤其是一次开关和二次设备的建模与国际先进水平接轨。等级。还有一定的差距。从发展的角度看，会越来越不适应我国城乡发展的要求。因此，本设计是根据工厂供电的实际情况和用电情况，兼顾工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、安全可靠的要求设计的。经济理性。变电站负责从电力系统接收电力，对其进行转换，然后分配。车间变电站主要用于负荷大且集中、设备布局稳定的大型生产车间。车间变电所一般设在

14、车间负荷中心，既可以减少电能和有色金属的消耗，又可以减少输电线路的电压损耗，保证供电质量。因此，这类车间变电站的设计技术经济指标都比较高。车间变电站是工厂供电系统的枢纽，在工厂中占有特殊而重要的地位。因此，设计合理的变电站对于全厂供电的可靠、经济运行至关重要。本设计从工程角度出发，根据变电站设计的基本要求，综合考虑各方面要素，合理布局供电系统，在满足各项技术要求的前提下，兼顾操作维护方便。简单，尽可能节省投资6 。1.2 我国电力行业概况1.2.1 我国当前电力行业发展政策1.在发展能源产业的基本方针指导下发展电力产业。2、电力工业的发展速度必须与国民经济的发展速度相适应。3、发挥水电优势，加

15、快水电建设。4、建设大型矿港电厂，做好煤、电、运平衡。5、在缺煤、缺水的地区，有重点、有步骤地建设核电站。6、政企分开，省为实体。七、因地制宜，多方互补，综合利用，聚焦利益。8、节能降耗。9、重视环境保护，积极防止环境污染。变电站是连接发电厂和用户的中间环节，起着转换和分配电能的作用。1.2.2 变电站分类1、枢纽变电站：位于电力系统的支点，连接高压和中压电力系统的几个部分，汇集多个电源，电压330-500kV的变电站称为枢纽变电站.整个停电后，会导致系统停用甚至瘫痪。2、中间变电站：在系统中起交换电力的作用，或分段远距离输电线路。一般收集23个电源，电压为220330kV，同时降低电压供给当

16、地电力。这样的变电站起到了中间环节的作用，所以称为中间变电站。整个停电后，会导致区域电网断开。3、区域变电站：高压侧一般为110-220kV，变电站主要为区域用户供电。这是一个地区或城市的主要变电站。整个停电后，只有该地区的电会被打开。4、终端变电站：在输电线路的终端，靠近负荷点，高压侧的电压一般为6-35kV。降压后直接向用户供电的变电站为终端变电站。全部停电后，只有用户遭受损失2 。在电力系统中，除了采取各种主动措施或降低故障的可能性外，一旦发生故障，必须迅速、有选择地排除故障部件，这是保证电力安全运行的最有效方法之一。系统。通常要求清除故障的时间小到十分之几甚至百分之几秒。实践证明，只有

17、安装在每个电气元件上的保护装置才能满足这一要求。迄今为止，这类保护装置大多由单个继电器或继电器及其附属设备组合而成，故称为继电保护装置。电子静电保护装置和数字保护装置出现后，虽然继电器被电子元件或计算机取代，但仍沿用此名称。继电保护一词在电气领域常用来指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置一词是指各种特定的装置。我国电力工业自动化水平逐年提高。 20MW及以上的大型机组采用计算机监控系统。许多变电站都配备了微机综合自动化系统。有的实现了无人值守，电力系统实现了调度自动化。至此，我国电力工业进入大机组、大电厂、大电力系统、高电压、高自动化的新阶段。国家方针、政策、技术

18、法规和标准是根据国家实际情况，结合电力行业技术特点制定的指导方针。供电可靠性与经济性的关系应辩证统一，以实现先进性和可行性。2 负荷计算与无功补偿2.1 负荷计算的目的、意义和原则为了使供电系统安全可靠地运行，必须正确选择所有部件（包括电力变压器、开关设备和电线、电缆等）。除了满足工作电压和频率的要求外，最重要的是满足负载电流。要求。因此，需要对供电系统中各环节的用电负荷进行统计计算。计算出的负荷是电源设计计算的基本依据。计算负荷是否正确合理直接影响电器和电线电缆的选用是否经济合理。如果确定计算负荷过大，电器和电线电缆的选择就会过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负载确定过小，会使电器和电

19、线电缆超负荷运行，增加功率损耗，引起过热，导致绝缘过早老化，甚至因燃烧而引起火灾，也会造成更大的损失。可见，正确确定计算负荷具有重要意义。平均负荷是用电设备在一段时间内消耗的电能与该时间段的比值。常选取负荷最高的班级（即一天一夜用电量最多的代表班级）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负载用于计算最大负载和功耗。计算负载也称为所需负载或最大负载。计算载荷是一个假想的连续载荷，其热效应等于实际可变载荷同时产生的最大热效应。在配电设计中，通常以最大平均负荷30分钟作为根据加热条件选择电器或导体的依据。峰值电流是指单个或多个电气设备持续约1秒的最大负载电流。一般以启动电流的晨循环分量作为计算电压损

20、失、电压波动和电压降的依据来选择电器和保护元件。在验证瞬态分量时，还应考虑启动电流的非周期性分量。2.2 载荷计算方法目前负荷计算常用的有需求系数法、二项式法和利用率系数法。前两种方式在国内设计院中最为常用。此外，还有一些方法尚未推广，如单位产品功耗法、单位面积功率法、变异系数法和ABC法等。将用电设备分为一组，根据组内用电设备的类别，找出相应的需求系数，再按上式计算组内用电设备的计算负荷。2.3 全厂负荷计算本设计采用需求系数法确定。机械装置载荷的原始数据如表 2.1 所示。主要计算公式为： 有功功率：P 30 = Pe Kd无功功率：Q 30 = P 30 tan视在功率：S 30 = P

21、 30 /cos计算电流：I 30 = S 30 / ( ) 2表 2.1 机械厂负荷数据工厂物业编号厂名容量功率/ kW系数 K d 是必需的功率因数cos1焊接车间2000.350.602尺1200.700.603锻造店3200.350.554电镀车间2200.500.805金工车间9500.200.656机器商店1800.200.207污水处理140.600.608热处理车间1900.600.609食堂、锅炉房300.600.6010库150.300.3011堆场400.300.3012工作区200.800.801、焊接车间P e =200 kW，K d =0.35，cos=0.60，t

22、an=4/3有功计算负载：P 30(1) = P e K d =70 kW无功计算负荷：Q 30(1) = P 30(1) tan =70 kW(4/3)=93.33 kvar表观计算负载：S 30(1) = P 30 /cos= 116.664 kVA计算电流：I 30(1) = S 30 / ( ) = 117.26 A2.尺P e =120 kW，K d =0.70，cos=0.60，tan=4/3有功计算负载：P 30(2) = P e K d =84 kW无功计算负荷：Q 30(2) = P 30(1) tan =84 kW(4/3)=112 kvar表观计算负载：S 30(2) =

23、 P 30 /cos= 140 kVA计算电流：I 30(2) = S 30 / ( ) = 212.17 A3.锻造车间P e =320 kW，K d =0.35，cos=0.55，tan=1.52有功功率计算负载：P 30(3) = P e K d =112 kW无功计算负荷：Q 30(3) = P 30(1) tan =112 kW1.52=170.2 kvar表观计算负载：S 30(3) = P 30 /cos= 203.78 kVA计算电流：I 30(3) = S 30 / ( ) = 309.62 A4、电镀车间P e =220 kW，K d =0.50，cos=0.80，tan=

24、3/4有功计算负载：P 30(4) = P e K d =110 kW无功计算负荷：Q 30(4) = P 30(1) tan =110 kW(3/4)=82.5 kvar表观计算负载：S 30(4) = P 30 /cos= 137.5 kVA计算电流：I 30(4) = S 30 /( )=208.92 A5、金工车间P e =950 kW，K d =0.20，cos=0.65，tan=1.17有功计算负载：P 30(5) = P e K d =190 kW无功计算负荷：Q 30(5) = P 30(1) tan =190 kW1.17=222.3 kvar表观计算负载：S 30(5) =

25、 P 30 /cos= 292.43 kVA计算电流：I 30(5) = S 30 /( )=444.31 A6.机修车间P e =180 kW，K d =0.20，cos=0.65，tan=1.17有功功率计算负载：P 30(6) = P e K d =36 kW无功计算负荷：Q 30(6) = P 30(1) tan =36 kW1.17=42.12 kvar表观计算负载：S 30(6) = P 30 /cos= 55.4 kVA计算电流：I 30(6) = S 30 /( )=84.17 A7、污水处理P e =14 kW，K d =0.60，cos=0.80，tan=3/4有功计算负载

26、：P 30(7) = P e K d =8.4 kW无功计算负荷：Q 30(7) = P 30(1) tan =8.4 kW(3/4)=6.3 kvar表观计算负载：S 30(7) = P 30 /cos= 10.5 kVA计算电流：I 30(7) = S 30 /( )=15.95 A8、热处理车间P e =190 kW，K d =0.60，cos=0.60，tan=4/3有功计算负载：P 30(8) = P e K d =114 kW无功计算负荷：Q 30(8) = P 30(1) tan =114 kW(4/3)=152 kvar表观计算负载：S 30(8) = P 30 /cos= 1

27、90 kVA计算电流：I 30(8) = S 30 /( )=288.68 A9、食堂、锅炉房P e =30 kW，K d =0.60，cos=0.60，tan=4/3有功计算负载：P 30(9) = P e K d =18 kW无功功率计算负载：Q 30 (9) = P 30 (1) tan = 18 kW (4/3) = 24 kvar表观计算负载：S 30(9) = P 30 /cos= 30 kVA计算电流：I 30(9) = S 30 /( )=45.58 A10. 仓库P e =15 kW，K d =0.30，cos=0.85，tan=0.62有功计算负载：P 30(10) = P

28、 e K d =4.5 kW无功计算负荷：Q 30(10) = P 30(1) tan =4.5 kW0.62=2.79 kvar表观计算负荷：S 30(10) = P 30 /cos=5.2947 kVA计算电流：I 30(10) = S 30 /( )=8.04 A11. 堆场P e =40 kW，K d =0.30，cos=0.60，tan=4/3有功计算负载：P 30(11) = P e K d =70 kW无功计算负荷：Q 30(11) = P 30(1) tan =40 kW(4/3)=16 kvar表观计算负载：S 30(11) = P 30 /cos= 20 kVA计算电流：I

29、 30(11) = S 30 /( )=30.39 A12.办公区P e =20 kW，K d =0.80，cos=0.80，tan=3/4有功计算负载：P 30(12) = P e K d =16 kW无功计算负荷：Q 30(12) = P 30(1) tan =16 kW(3/4)=12 kvar表观计算负载：S 30(12) = P 30 /cos= 20 kVA计算电流：I 30(12) = S 30 /( )=30.39 A所以总计算量为（取K p =0.95，K q =0.97）P 30 =0.95(P 30(1) +P 30(12) )=736.16 kWQ 30 =0.97(Q

30、 30(1) +.+Q 30(12) )=935.58 kvarS 30 = P 30 /cos=1190.48 kVAI 30 = S 30 / ( ) = 1808.8 A负荷计算基本完成，详细数据见表2.2。表 2.2 机械厂用电负荷计算表厂号厂名容量功率/ kW系数 K d 是必需的costan计算负荷P 30 /千瓦Q30 / kvarS 30 /kVA我30 /一个1焊接车间2000.350.604/37093.33116.664177.262尺1200.700.604/384112140212.713锻造店3200.350.551.52112170.24203.78309.624

31、电镀车间2200.500.803/411082.5137.5208.925金工车间9500.200.651.17190222.3292.43444.316机器商店1800.200.651.173642.1255.484.177污水处理140.600.803/48.46.310.515.958热处理车间1900.600.604/3114152190288.689食堂、锅炉房300.600.604/318243045.5810库150.300.850.624.52.795.29478.0411堆场400.300.604/312162030.3912工作区200.800.803/416122030.

32、39全部的取 K p =0.95，K q =0.97736.16935.581190.481808.82.4 无功补偿由于工厂内有大量感应电机、电焊机、电弧炉、气体放电灯等感性负载，导致功率因数降低。在充分发挥设备潜力，提高设备运行性能，提高其自然功率因数的情况下，如果达不到规定的出厂功率因数，则需要加装无功补偿装置。无功补偿计算如下：补偿前：变压器侧的视在计算负载为：S 30 = P 30 /cos=1190.48 kVA根据主变容量的选择条件：S NT S 30 ，所以在没有功率补偿时，主变压器容量应选择为1250kVA。此时变电站低压侧的功率因数为：cos=736.155/1190.48

33、=0.62补偿后：由于电力系统的发展，变电站高压侧的功率因数大于0.9已不再满足。这里要求变电站高压侧的功率因数大于0.95，所以取cos =0.98为了将低压侧的功率因数从0.62提高到0.98，需要在低压侧安装并联电容器的容量为：Q C =736.16(tanarccos0.62tanarccos0.98)=782.112 kvarS 30 =751.98 kVA因此，主变容量可改为800kVA，比补偿前的容量减少450kVA。变压器的功率损耗为：P T 0.015751.98 kVA=11.28 kWQ T 0.06751.98 kVA=45.12 kvar变电站高压侧的计算负荷为：P

34、30 =736.16+11.28=747.44 千瓦Q 30 =(935.58782.112)+45.118=198.5886 kvarS 30 = P 30 /cos= 773.37 kVA我30 = S 30 / ( ) = 1175.05 A补偿后的功率因数为：cos =747.44/773.37=0.9660.95因此，该功率因数满足（0.95）的要求，可见采用无功补偿提高功率因数可使工厂取得可观的经济效益。3 变电站位置和形式的选择3.1 变电站地址的选择变电站选址应按下列要求，经技术经济比较确定： 1、靠近负荷中心； 2、进出线方便； 3、靠近电源侧； 4、设备运输方便；振动或高温

35、场所； 6、不宜安装在多尘或有腐蚀性气体的地方。无法远离时，不宜安装在污染源盛行风向的下风侧； 7、不得安装在卫生间、浴室等场所。 8、不得安装在有爆炸危险环境的正上方或正下方，不得安装在有火灾危险环境的正上方或正下方。爆炸、火灾危险环境中的建筑物接入时，应符合现行国家标准爆炸、火灾危险环境电气装置设计规范的规定；3.2 变电站形式的选择变电站的类型应根据用电负荷及周围环境确定，并应满足以下要求： 1、对于负荷较大的车间、站，宜设置附设变电站或半露天变电站； 2、对于多跨重负荷的车间，如果负荷中心在车间中间且环境内容，宜设置车间变电站或成套变电站； 3、高层或大型民用建筑，宜设置室内变电站或组

36、合成套变电站。 ; 4、负荷小而分散的工业企业和大中城市居民区应设置独立变电站，有条件的也可配备变电站或室外箱式变电站； 5、环境内容的中小城镇居民区和工厂生活区，当变压器容量为315KVA及以下时，宜设置杆式或高台式变电站。变电站的形式为：1、车间附设变电站；2、车间变电所；3、露天（或半露天）变电站；4、独立变电站；5.更换杆子上的收音机；6、地下变电站；7、楼上变电站；8、成套变电站；9. 移动变电站2 。3.3 变电站位置和形式的确定我们的工厂低于10kv。变电站的位置应尽可能靠近工厂负荷中心。工厂负荷中心采用负荷功率力矩法确定。在厂房平面图的左下角（图3.1），分别做一个矩形的x轴和

37、y轴，然后测量每个车间和宿舍区的负载点的坐标位置。图 3.1 机械厂平面图p1、p2、p3 p10分别代表车间1、2、3 10的功率，设p1、p2 p10，设p11为生活区的中心负荷，如图( 3.2)。和工厂载荷中心的力矩方程，可以得到载荷中心的坐标：将每个车间的坐标带入(3-1)(3-2)，得到x=5.38，y=5.38。从计算结果来看，工厂的负荷中心在6号厂房的西北角（图3.2）。考虑到周边环境和进出线的便利性，决定仅在6号厂房西侧建设厂房变电站，设备类型为附接式。图 3.2 变电站位置综上所述毕业设计结束，意味着四年的大学学习即将结束。回首这些日子，我感慨万千。为了顺利完成大学最后的学习，我查阅了工厂常用电气设备手册、供配电工程设计指南 、工厂供电等书籍的相关内容., 并借用各种材料。为机械厂变电所的电气设计，