某机械加工车间低压配电系统及车间变电所设计

课题名称：某机修厂机械加工一车间低压配电系统及车间变电所设计

姓名：

学号：

专业班级：09级电气工程及其自动化2班

学院：电气工程学院

指导教师：

摘要

本设计是机械厂机加工车间的低压配电系统及车间变电所供电系统。本文首先进行了负荷计算，根

据功率因数的要求在低压母线侧进行无功补偿，进而确定对主变器容量、台数，从经济和可靠性出发确

定主接线方案。其次，通过短路电流计算出最大运行方式和最小运行方式下的短路电流，确定导线型号

及各种电气设备。最后根据本厂对继电保护要求，确定相关的保护方案和二次回路方案。

本设计采用需用系数法进行负荷计算，无功功率补偿采用低压侧电容并联补偿方法，这种方法能补

偿低压侧以前的无功功率、经济效益比拟好。根据机械加工车诃用电特点和需求，主接线方案采用了高

压侧无母线、低压侧单母线分段的主接线方案。根据干式变压器与油浸变压器在经济和安装条件比照，

选择两台SC9-500/10系列干式变压器。

在仔细研究各负荷的实际数据,并严格按照国家规定，依照以上设计步骤设计本供电系统设计方案，

以到达提高生产效益的目的。

关键词：低压配电系统；负荷计算；主接线；变电所；短路计算

Abstract

Thisdesignisthefactorymachiningworkshopoflowvolragedistributionsystemandworkshop

substationpowersupplysystem.Thispaperconductedaloadcalculation,accordingtothe

requirementsofpowerfactorinthelow-pressuresideofthebusreactivepowercompensation,

andtodeterminethecapacityofthetransformerdevice,thenumberofunits,startingfrom

theeconomicandreliabi1itytodeterminethemainterminalprogram.Secondly,calculatethe

maximumshortcircuitcurrentoperationmodeandminimuaioperatingmodeoftheshortcircuit

currenttodeterminethewiretypeandvarietyofelectricalequipment.Finally,accordingto

thefactoryonprotectionrequirements,identifyrelevantprogramsandsecondarycircuit

protectionprogram.

Thisdesignusestheneedcoefficientmethodfortheloadcalculation,reactivepower

compensationcapacitorinparallelwithlow-pressuresideofthecompenscitionmethod,this

methodcancompensatefor1ow-voltagosideofthopreviousreactivopower,economicefficiency

isbetter.Accordingtomachineshopcharacteristicsandneedsofelectricity,themain

connectionschemesusingnon-bushighside,lowsideofthesingle-bussectionoftheMain

Wiring.Accordingtodry-typetransformersandoilimmersedtransformersandinstallation

conditionsintheeconomyconparedtoselecttwoSC9-500/10seriesofdry-typetransformers.

Onlythencarefullystudiesthefactorytheactualdata,strictlystipulatedaccordingtothe

country,andonlythenmaydesignaneconomyreliablepowersupplysystemthroughtheabove

designprocedure,thusarrivestheenhancementproductionbenefitthegoal.

Keywords:LowVo1tageDistributionSystem;LoadCalculation;MainConnection;

Substation;Shortcircuitcalculation

目录

1绪论1

1.1设计背景、目的及意义1

1.2设计内容1

1.3设计像那么1

2负荷计算及无功补偿2

2.1负荷计算2

负荷计算的方法及其适用范围2

需用系数法2

负荷确定4

2.2无功功率补偿5

无功功率补偿概念5

无功补偿提高功率因数的意义5

2.3无功补偿容量计算6

无功功率补偿方式选择6

无功补偿容量确实定8

补偿容量计算9

3变电所主接线方案设计及变压器选择10

3.1变电所主变压器台数与容量选择10选择主变压器台数时应考虑以下原则10

主变压器确实定11

3.2总配变电所的主接线方案比拟选择12

1绪论

1.1设计背景、目的及意义

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品本钱中所占的比重一

般很小(除电化工业外)。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品本钱中或投资总

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，降低生产本钱，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，如果工厂的电能供给突然中断，那么对工业生产可能造

成严重的后果。

因此，如何正确地计算选择各级变电站的变压器容量及其它主要电气设备，这是保证企

业平安可靠供电的重要前提。做好工厂供电工作对于开展工业生产，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工厂供电工作要很好地为工业生产效劳，切实保证工厂生产和

生活用电的需要，并做好节能工作。根据该工厂的规模'负荷情况、供电条件、技术要求、

自然条件，设计其总配变电所及配电系统。

1.2设计内容

根据任务书的要求，本设计主要有以卜.内容：

(1)车间的负荷计算及无功功率补偿；

(2)总配电所位置和型式的选择；

(3)变电所主变压器台数和容量、类型的选择；

(4)变电所主结线方案的设计；

(5)短路电流的计算，并进行一次设备的选择与校验；

(6)选择车间变电所上下压进出线；

(7)选择电源进线的二次回路方案及整定继电保护；

(8)车间防雷保护和接地装置的设计；

(9)确定车间低压配电系统布线方案；

(10)选择低压配电系统导线及控制保护设备。

1.3设计原则

按照国家标准《工业与民用供配电系统设计标准》、

《10KY及以下变电所设计标准》及《低压配电设计标准》等的规定，进行工厂供电设计必

须遵循以下原则：(1)必须遵循有关国家标准，认真执行国家的技术经济政策，并应作到

保备障平人安身，和供设电可靠，电能质量合格，技术先进和合理。

6o——计算有功功率，单位为kN

go-----计算无功功率，单位kvar

S30——计算视在功率，单位kVA

tan。----功率因数角的正切值

UN一一电气设备额定电压，单位kV

%。一一计算电流，单位A

当每组电气设备台数W3时，考虑其同时使用率非常高，将需用系数取为1,其余计算

与上式公式相同

(2)多组设备的计算负荷

当供电范围内有多个性质不同的电气设备组时，先将每一组都按上述步骤计算在各自负

荷曲线上不可能同时出现，以一个同时系数来表达这种不同时率，因此其计算负荷为：

式中K*——有功同时系数，对于用电设备组计算负荷直接相加，K%取值范围一般

都在0.8〜().9；对于车间干线计算负荷直接相加，KE〃取值范围一股在

0.85〜C.95o

Kzq一一无功同时系数，时于用电设备组计算负荷直接相加，取值范围一般

都在0.90〜0.95；对于车间干线计算负荷直接相加，Kzq取值范围一般

在0.93~0.97o

(3)吊车电动机组

对于吊车电动机容量要求统一换算到£=25%,因此可得换算后的设备容量为

式中，4为吊车电动机的铭牌容量；心为与匕对应的负荷持续率；45为其值等于25%

的负荷持续率。

负荷确定

根据利用系数法机械加厂负荷计算如表2.2所示为机加工厂各车间负荷计算表。机加工

一车间详细负荷计算见附录一。

表2.2机加工厂负荷计算表

序设备容量计算负荷

车间名称供电回路代号

号

KWPM/KHQso/KvarS30/KVA13MA

NO.1供电回路131.4526.2945.4852.5379.91

机加工一N0.2供电回路8962.3062.394.77

0

车间NO.3供电回路160.7132.1455.6164.2397.7

N0.4供电回路1080812.15

NO.1供电回路15546.554.471.57108.73

机加工二

1NO.2供电回路1203642.155.3984.16

车间

NO.3照明回路10808.0012.15

NO.4供电回路1606465.391.43138.92

NO.5供电回路1405657.179.98121.51

2铸造车间

NO.6供电回路1807273.4102.82156.22

NO.7照明回路86.406.409.72

NO.8供电回路1504589.199.82151.66

3卸焊车间NO.9供电回15171.91

NO.10照明回路75.605.60S.5I

续表2.2

N0.11供电回路150457890.05136.82

4电修车间NO.12供电回路146446578.49119.26

N0.13照明回路10808.0012.15

总计1797.16616.23726.49952.64937.37

变压器低压侧总计算负荷585.42704.70916.141393.58

2.2无功功率补偿

无功功率补偿概念

近年来，随着我国电力工业的不断开展，大范围的高压输电网络逐渐形成，同时对电

网无功功率的要求也口益声格。无功电源如同有功电源一样，是保证电力系统电能质量、降

低电网损耗以及保证其平安运行所不可缺少的局部。电网无功功率不平衡将导致系统电压的

巨大波动，严重时会导致用电设备的损坏，出现系统电压崩溃和稳定破坏事故。因此无功功

率对电力系统是十分重要的。

无功功率补偿的根本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同

一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷移放能量时，容性负荷却

在吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负

荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功功率补偿的根本原理。

无功补偿提高功率因数的意义

(-)改善设备的利用率

因为功率因数还可以表示成下述形式：

其中U----线电压(KV)；I----线电流(A),,

可见，在一定的电E和电流下提高cos。，其输出的有功功率越大，因此改善功率因

数是充分发挥设备潜力，提高设备利用率的有效方法。

（-）提高功率因数可减少电压损失

因为电力网的电压损失可借下式求出：

可以看出，影响的因素有四个：线路的有功功率P,无功功率Q,电阻R和电抗晨如

果采用容抗为Xc的电容来补偿，那么电压损失为

故采用补偿电容器提高功率因数后，电压损失AU减少，改善了电压质量。

（三）减少线路损失

当线路通过电流I时，其有功损耗为：

线路有功损失△P与COS》成反比cos。越高AP越小

（四）提高电力网的传输能力

视在功率与有功功率成下述关系

可见，在传输一定有功功率P的条件下，cos。越高,所需视在功率越小。

（五）减少用户开支，降低生产本钱

［六）减小供电设备容量，节省电网投资

2.3无功补偿容量计算

无功功率补偿方式选择

无功功率补偿的方法很多，采用电力电容器，或采用具有容性负荷的装置进行补偿。

1、利用过激磁的同步电助机，改善用电的功率因数，但设备复杂，造价高，只适于在具有

大功率拖动装置时采用。

2、利用调相机做无功功率电源，这种装置调整性能好，在电力系统故隙情况下，也能维持

系统电压水平，可提高电力系统运行的稳定性，但造价高，投资大，损耗也较高。每kvar

无功的损耗约为1.8—5.£%,运行维护技术较复杂，宜装设在电力系统的中枢变电所，一般

用户很少应用。

3、异步电动机同步化。这种方法有一定的效果，但自身损耗大，每kvar无功功率的损耗约

为4—19%,一般都不采用。

4、电力电容器作为补偿装置，具有安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身

损耗小（每kvar功功率损耗约为（）.3—（）.4%以下）等优点，是当前国内外广泛采用的补偿

方法。这种方法的缺点是电力电容器使用寿命较短。

电力电容器作为补偿装置有两种方法：串联补偿和并联补偿。

a、串联补偿是把是容器直接串联到高压输电线路上，以改善输电线路参数，降低电压损失,

提高其输送能力，降低线路损耗。这种补偿方法的电容器称作串联电容器，应用于高压

远距离输电线路上，用电单位很少采用。

b、并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，以提高功率因数。这种补偿

方法所用的电容器称作并联电容器，用电企业都是采用这种补偿方法。

由于并联电容补偿方式运行维护方便平安，且便于安装，能耗低，投资省，因此本设计

采用并联电容进行无功补偿。并联电容的补偿方式有可分为三种方法如表2.3所示：

表2.3并联电容无功补偿三种方法

补偿方式装设地点原理电路主要特点适应范围

J10KV

丫

接变电所

6-10KV高初步投资少，

7*

压母线，其C：运行维护方适于、中型

高压集电容柜一便，但只能补工厂变配电

中补偿般装设在偿高压母线所做高压无

▽

单独的高以前的无功功补偿

压电容室八TV功率

—GD

内

C

380V

能补偿低压

母线以前的

接变电所无功功率，可

适于中、小

低压母线，QF使变压器的

型工厂或车

低压集其电容器无功功率得

ACATA间变电所做

中补偿柜装设在到补偿。从而

低压侧根本

低压配电有可能减小

无功补偿

室内变压器容量。

送也且运行维护

方便

续表2.3

380V补偿范围最

大，补偿效果

适于负荷相

QK最好。可缩小

当平稳且长

配电线路截

装设在用时间使用的

QF面，减小有色

单独就电设备附大容量用电

金属消耗能。

地补偿近，与用电设备，及容

但电容的利

设备并联量虽小但数

用率不高，且

量多的用电

初投资高和

设备

维护费用较

大

所以根据本设计的要求选择采用低压集中补偿的方法。

无功补偿容量确实定

(1)按提高功率因数确定补偿容量

采用一组固定补偿电容器时，补偿容量按下式计算，但在负荷较轻时不应发生过补偿。

式中、补偿装置安装点负荷的平均有功功率；

tan-补偿前的平均功率因数的正切值；

tan科一补偿后希望到达的平均功率因数的正切值c

采用分组自动投切的电容器组补偿时，补偿容量按下式计算。

式中、Go一一最大有功负荷。

(2)按抑制电压波匆和闪变确定补偿容量

式中、AOs。一负荷无功功率的最大变化量：

4im一允许补偿后的最大电压变动；

Sg—补偿安装点的短路容量。

通过两个方案比拟，比设计选择低压侧集中补偿的方法。在该设计中希望无功补偿后功

率因数COS8不小于0.9,在前面负荷计算中已经求出了每个车变的鸟。和补偿前各车变的平

均功率因数cos%,那么在计算无功补偿容量选择低压集中补偿方式，同时采用分组自动投

切的电容器组补偿。

补偿容量计算

(1)补偿前的变压器容量和功率因数

变压器低压侧的视在计算负荷为

主变压器容量选择条件为sjVT>,因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选容量为

630kV・A的变压器两台。这时变电所低压侧的功率因数为

(2)无功补偿容量按规定，变电所高压侧的cos夕之0.9,考虑到变压器本身的无功功率损

耗△◊了远大于其有功功率损耗一般产(4〜5)Z\P7，因此在变压器低压侧进行无

功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90,这里取cose'=0.92。

要使低压侧功率因数由0.63提高到0.92,低压侧需装设的并联电容器容量为

取Q<_=480kvar

(3)补偿后变压器的容量前功率因数

补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为

因此每台主变压器容量可改选为500kV-Ao比补偿前容量减少130kV-Ao

变压器的功率损耗为

变电所高压侧的计算负荷为

无功功率补偿，工厂的功率因数为

这一功率因数满足规定⑴.90)要求。

(4)无功补偿前后比拟

(5)补偿装置的选择

本设计选用的并联电容器的型号为CLMD53低压并联电容器,其技术参数如表2.4所示。

表2.4CLMD53低压并联电容器主要技术数据

额定电压标称容量

产品型号频率/HZ组数每组个数

/kV/kvar

CLMD530.4304028

3变电所主接线方案设计及变压器选择

3.1变电所主变压器台数与容量选择

选择主变压器台数时应考虑以下原则

(1)应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采

用两台变压器，当一台发生故障或检修时，另一台可以对负荷持续供电。对只有二级负荷的

变电所也可以只采用一台变压器，但必须有备用电源。

(2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而采用经济运行方式的变电所，也可考虑用两

台变压器。

(3)除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但负荷集中且容量相当

大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台以上变压器。

(4)在确定变电所主变压器台数时，要考虑负荷的开展，留有一定的余地。

1只装一台主变压器的变电所

主变压器容量应满足全部用电设备总计算负荷邑0的需要，即

2装有两台主变压器的变电所

每台变压器的容量S'/应满足以卜.两个条件：

(1)任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷5如的60$-70%的需要，即

SNT=(0.6-().7)S30

(2)任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即

3车间变电所主变压器的台数容量上限

车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1(X)(MV・A(或125(MV・A).一方面

是受低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制，另一方面可以减少低压配电线路的电

路损耗、电压损耗和有色金属消耗量。

主变压器确实定

(-)供电电源条件：

1)电源由10KV总降压变电所采用电缆线路受电，电线路长300m.线路阻抗为0.38。分机。

2)工厂总降压变电所10KV母线上的短路容量按200MVAih

3)工厂总降压变电所10KV配电出线定时限过流保护装置的整定时间top=2so

4)要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于0.9。

［二)根据本厂属于二级负荷和前面视在功率的计算，再根据选择主变压器的原则，在平

安可靠供电的情况下从经济角度考虑本设计中选择两台变压器给该车间进行供电。根据补偿

后一次侧容量为650.1kV-A,考虑百分之15%的余量后总容量为

S30=(I+15%)X650.1=747.6KV.A，变压器容量SNT=(0.6〜0.7电产(448〜523)KV.A,因此选

择其额定容量为500kV。变压器按冷却方式分类可分为：干式(自冷)变压器、油浸(自

冷)变压器、氟化物(蒸发冷却)变压器。由于筑化物变压器对环境有污染所以不做考虑。

如表3.1所示为干式变压器和油浸变压器比照表。

表3.1干式变压器和油浸变压器比照

工程干式变压器油浸变压器

油浸式变压器的绕组是浸在变压器油

1.上下压线圈采用F级绝缘材料(长中的，绝缘介质就是油，冷却方式有

期耐热180℃)；自冷、风冷和强迫油循环冷却，其优

2.线圈环氧浇注，器身紧固，抗短路点是冷却效果好，可以满足大容量，

能力特强；节能。瓦斯继电器可以及时反映出绕组的故

特点3.低压为箔绕组抗短路能力强；障，保证系统的稳定运行，缺乏之处

4.防潮能力强；是得经常巡视，关注油位的变化，缺

5.长期运行免维护；了油是件很危险的事情，变压器油随

6.散热性能好能承受一定的湿度，对着时间失去成效；需要防止变压器油

环境要求不高的渗漏：不适宜在地下室及消防要求

高的区域安装。

投入本钱高本钱为干变的60%,

运行场所任何场所室外

需要经常性的维护，由于该变压器每

运行本钱长期运行免维护

1.5年-2