机械厂降压变电所的电气设计说明.docx
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机械厂降压变电所的电气设计说明
实验一机械厂降压变电所的电气设计
1.1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，确定变电所的位置与形式，确定变电所主要变压器的台数与容量，类型。
选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。
1.2设计依据：
1.2.1工厂总平面图：
1.2.2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4600h,日最大负荷持续时间
为6h。
该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。
全厂负荷情况如1.1工厂负荷统计资料表所示：
1.2.3气象资料
本场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
-9C,年最热月平均最高气温为33E，年最热月平均气温为26C，年最热月地下0.8米处平均气温为25C，当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20天。
1.2.4地质水文资料
本厂所在地区平均海拔500m地层以砂粘土为主，地下水位为1m
1.2.5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该干线的导线牌号为LGJ-150,导线为等腰三角形排列，线距为2m干线首端距离本厂约8km干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。
为满足工厂二
级符合要求，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的架空线路总长度为80km,电缆线路总长度为25km
1.2.6电费制度本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计
量柜，按两部电费制缴纳电费。
每月基本电费按主变压器容量为18元/KVA动力电费为0.9元/KW.H照明电费为0.5元/KW.H工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门缴纳供电贴费：
6〜10VA为800/KVA
由下面的经济指标表可以得知：
电力变压器的综合投资为30.2万元，主变压器的折扣费=30.2*0.05=1.51万元，高压开关柜的折旧费=24万元*0.06=1.44万元，变配电的维修管理费=（30.2+24）万元*0.06=3.25万元（24万为高压开关柜的综合投资），因此计算主变压器和高压开关柜的折旧费和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）=6.2万元。
供电贴费：
主变压器容量每KVA为800元，供电贴费=1000KVA*0.08万元/KVA=80万元。
月基本电费按主变压器容量计为18元/KVA故每年电费1000*18*12=21.6
万元；由前面可知年最大负荷利用小时为4600h,故可求得：
动力费用：
2220kw*4600h*0.2元/kwh=204.24万元；
照明费用：
406kw*4600h*0.5元/kwh=92.69万元。
年用电总计约：
21.6+204.24+92.69=318.53万元（不含供电贴费）。
1.1、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，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、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。
1.2、全厂负荷计算表及方法
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。
本设计采用需要系数法确定。
主要计算公式有：
有功功率：
P30=Pe•Kd
无功功率：
Q30=P30•tg©
视在功率：
S3O=P30/COS©
计算电流：
I30=S30/V3Un
机械厂负荷计算表
编号
名称
类别
设备容量
Pe/kw
需要系数
Kd
cos
©
tan
©
计算负荷
Pso/kw
Q0/kw
S30/kva
I30/A
1
铸造车间
动力
300
0.3
0.7
1.02
90
91.8
昭
八、、
明
6
0.8
1.0
0
4.8
0
小计
306
——
94.8
91.8
132
201
2
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
1.17
105
123
昭
八、、
明
8
0.7
1.0
0
5.6
0
小计
358
——
110.6
123
165
251
3
热处理车间
动力
150
0.6
0.8
0.75
90
67.5
昭
八、、
明
5
0.8
1.0
0
4
0
小计
155
——
94
67.5
4
电镀车间
动力
250
0.5
0.8
0.75
125
93.8
昭
八、、
明
5
0.8
1.0
0
4
0
小计
255
——
129
93.8
160
244
5
仓库
动力
20
0.4
0.8
0.75
8
6
昭
八、、
明
1
0.8
1.0
0
0.8
0
小计
21
——
8.8
6
10.7
16.2
6
工具
/、车间
动力
360
0.3
0.6
1.33
108
144
昭
八、、
明
7
0.9
1.0
0
6.3
0
367
——
114.3
144
184
280
7
金工车间
动力
400
0.2
0.65
1.17
80
93.6
昭
八、、
明
10
0.8
1.0
0
8
0
小计
——
88
93.6
128
194
8
锅炉房
动力
50
0.7
0.8
0.75
35
26.3
昭
八、、
明
1
0.8
1.0
0
0.8
0
小计
51
——
——
35.8
26.3
44.4
67
9
装配车间
动力
180
0.3
0.7
1.02
54
55.1
80.6
122
昭
八、、
明
6
0.8
1.0
0
4.8
37.4
小计
186
——
58.8
0
10
机修车间
动力
180
0.2
0.65
1.17
32
37.4
昭
八、、
明
4
0.8
1.0
0
3.2
0
小计
164
——
35.2
37.4
51.4
78
11
生活区
昭
八、、
明
350
0.7
0.9
0.48
245
117.6
272
413
总计
（380V侧）
动力
2220
1015.3
856.1
昭
八、、
明
403
计入Kep=0.8
Keq=0.85
0.75
812.2
727.6
1090
1656
1.3、无功功率补偿
由上表可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数是0.75，而供电部门要求该厂10kv进线侧最大负荷时因数不应低于0.90.考虑到主变压器的无功损耗远大于
有功损耗，因此380V侧最大负荷时因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
Qc=Po（tan©1-tan©2）=812.2[tan（arccos0.75）-tan（arccos0.92）]kvar=370kv
ar
选PGJ1型低压自动补偿屏（如图2.1所示），并联电容器为BW0.4-14-3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84kvar*5=420kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表所示：
项目
cos©
计算负荷
P3o/kw
Qo/kvar
d/kva
I30/A
380v侧补
偿前负荷
0.75
812.2
727.6
1090
1656
380v侧无
功补偿容
量
-420
380v侧补
偿后负荷
0.935
812.2
307.6
868.5
1320
主变压器功率损耗
0.015S30=13
0.06S30=52
10kv侧负
荷计算
0.92
825.2
359.6
900
52
1.3.1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、同步投运。
无功补偿的主要作用具体体现在：
①提高电压质量；②降低电能损耗；③提高发供电设备运行效率；④减少用户电费支出。
1.3.2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。
2.1变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较确定:
一、接近负荷中心；
二、进出线方便；
三、接近电源侧；
四、设备运输方便；
五、不应设在有剧烈振动或高温的场所；
六、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；
七、不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；
八、不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定；
九、不应设在地势低洼和可能积水的场所。
1、装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。
2、多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。
3、高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所，当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁，并应按现行国家标准《高层民用建筑设计防火规范》有关规定，采取相应的防火措施。
4、露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所：
一、有腐蚀性气体的场所；
二、挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁；
三、附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场；
四、容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。
变电所的型式应根据用电负荷的状况和周围环境情况确定，并应符合下列规定：
一、负荷较大的车间和站房，宜设附设变电所或半露天变电所；
二、负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间内变电所或组台式成套变电站；
三、高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站；
四、负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设独立变电所，有条件时也可设附设变电所或户外箱式变电站；
五、环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在315KVA及以下时，宜设杆上式或高台式变电所。
带可燃性油的高压配电装置,宜装设在单独的高压配电室内。
当高压开关柜的数量为6台及以下时，可与低压配电屏设置在同一房间内。
不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，可设置在同一房间内。
具有符合IP3X防护等级外壳的不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，当环境允许时，可相互靠近布置在车间内。
。
室内变电所的每台油量为100kg及以上的三相变压器，应设在单独的变压器室内。
在同一配电室内单列布置高、低压配电装置时，当高压开关柜或低压配电屏顶面有裸露带电导体时，两者之间的净距不应小于2m当高压开关柜和低压配电屏的顶面封闭外壳防护等级符合IP2X级时，两者可靠近布置。
有人值班的配电所，应设单独的值班室。
当低压配电室兼作值班室时，低压配电室面积应适当增大。
高压配电室与值班室应直通或经过通道相通，值班室应有直接通向户外或通向走道的门。
变电所宜单层布置。
当采用双层布置时，变压器应设在底层。
设于二层的配电室应设搬运设备的通道、平台或孔洞。
高（低）压配电室内，宜留有适当数量配电装置的备用位置。
高压配电装置的柜顶为裸母线分段时，两段母线分段处宜装设绝缘隔板，其高度不应小于0.3m。
由同一配电所供给一级负荷用电时,母线分段处应设防火隔板或有门洞的隔墙。
供给一级负荷用电的两路电缆不应通过同一电缆沟，当无法分开时，该电缆沟内的两路电缆应采用阻燃性电缆，且应分别敷设在电缆沟两侧的支架上。
户外箱式变电站和组合式成套变电站的进出线宜采用电缆。
配电所宜设辅助生产用房。
2.2变电所的形式（类型）：
1）
车间附设变电所
2）
车间内变电所
3）
露天（或半露天）变电所
4）
独立变电所
5）
杆上变电台
6）
地下变电所
7）
楼上变电所
8）
成套变电所
9）
移动式变电所
我们的工厂是10kv以下，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。
在工厂的平面图下侧和左侧，分别作一条直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，p1、p2、p3……p10分别代表厂房1、2、3……10号的功率，设定pl、p2……p10并设定p11为生活区的中心负荷，如图3-1所示。
而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：
把各车间的坐标带入（3-1）（3-2），得到x=5.38，y=5.38.由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房的西北角。
考虑到周围环境和进出线方便，决定在6号厂房的西侧仅靠厂房建造工厂变电所，器型为附设式。
3.1根据工厂的负荷情况和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：
2.类型：
我们这里选S9-630/10或S9-1000/10（下一章具体介绍选哪一台比较好）主变压器的联结组为Yyn0。
根据上面考虑的两种主变压器方案可设计出下列两种主接线方案：
4.1装设一台主变压器的主接线方案如图4-1所示：
4.2装设两台主变压器的主接线方案如图4-2所示
4.3主接线方案的技术经济比较
从上表可以看出，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，则装设一台主变的主接线方案远优于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。
短路电流是供配电系统中的相间或相地之间因绝缘破坏而发生电气连通的故障状态。
它的数值可达额定电流的十余倍至数十倍，而电路由常态变为短路的暂态工程中，还出现高达稳态短路电流1.8〜2.5倍的冲击电流。
会对供配电系统造成严重的破坏。
一、短路电流计算的目的及几点说明：
在供配电系统中除应采取有效技术措施防止发生短路外，还应设置灵敏、可靠的继电保护装置和有足够断流能力的断路器，快速切除短路回路，把短路危害抑制到最低限度。
为此必须进行短路电流计算，以便正确选择和整定保护装置、选择限制短路电流的元件和开关设备。
（1）由于民用建筑内所装置的元件，其容量远比系统容量要小，而阻抗则较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路时，系统母线上的电压变动很小，可认为电压维持不变。
因此，在本次计算中，都是以上述的由无限大容量电力系统供
电作为前提来进行计算的
（2）在计算高压电路中的短路电流时，只需考虑短路电流值有重大影响的电流元件如发电机、变压器、电抗器、架空线及电缆等。
由于发电机、变压器、电抗器的电阻远小于本身电抗，因此可不考虑。
但当架空线和电缆较长，使短路电流的总电阻大于总电抗1/3时，需要计如电阻。
（3）短路电流计算按金属性短路进行。
（4）短路电流计算的符号含义：
短路电流计算应求出最大短路电流值，以确定电气设备容量或额定参数；求出最小短路电流值，作为选择熔断器、整定继电保护装置和校验电动机启动的依据。
（5）短路电流的计算方法有欧姆法和标幺制法。
在此需要计算下列短路电流值：
Id三相短路电流周期分量有效值，KA；
Sd三相短路容量，MVA
I〃次暂态短路电流，既三相短路电流周期分量第一周的有效值，KA；
I-----三相短路电流稳态有效值，KA
Ic三相短路电流第一周全电流有效值，KA；
ic三相短路冲击电流，既三相短路电流第一周全电流峰值，KA；
I0．2短路开始到0．2s时的三相短路电流有效值，KA；
S0．2短路开始到0．2s时的三相短路容量，MVA；
二、欧姆法计算短路电流
1.绘制计算电路及计算
2.确定短路计算基准值
设基准容量Sd=100MVA基准电压Ud=Uc=1.05U。
UC为短路计算电压，即高压侧Ud1=10.5kv，Ud2=0.4kv，则
3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值
3.1电力系统
3.2架空线路
3.3电力变压器
式中，Sn为变压器的额定容量
因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示
4.k-1点的相关计算
4.1总电抗标幺值
4.2三相短路电流周期分量有效值
4.3其它短路电流
4.4三相短路容量
5.k-2点的相关计算
5.1总电抗标幺值
5.2三相短路电流周期分量有效值
5.3其它短路电流
5.4三相短路容量
以上短路计算结果综合图表5-1所示
6.1电气设备选择的一般原则电气设备选择的一般原则主要有以下几条：
（1）按工作环境及正常工作条件选择电气设备。
1）根据设备所在位置（户内或户外）、使用环境和工作条件，选择电气设备型号。
2）按工作电压选择电气设备的额定电压。
3）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流。
电气设备的额定电流IN应不小于实际通过它的最大负荷电流Imax（或计算电流Ij），即
IN》Imax
或IN》lj（7—1）
（2）按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定。
为保证电气设备在短路故障时不至损坏，按最大可能的短路电流校验电气设备的动稳定和热稳定。
动稳定：
电气设备在冲击短路屯流所产生的电动力作用下，电气设备不至损坏。
热稳定：
电气设备载流导体在最大隐态短路屯流作用下，其发热温度不超过载流导体短时的允许发热温度。
（3）开关电器断流能力校验。
断路器和熔断器等电气设备担负着可靠切断短路电流的任务，所以开关电器还必须校验断流能力，开关设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量.
6.2高低压电气设备的选择
一、高压侧一次设备的选择与校验
6.2.1按工作电压选择
6.2.2
设备的额定电流IN不应小于所在的电路计算电流I30,既|N>|30
6.2.3按断流能力选择
6.2.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验
a）动稳定度校验
二、低压侧一次设备的选择与校验
同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如图6-2所示，所选数据均满足要求。
三、高低压母线的选择
查表得到10kv母线选LMY-3（40*4mm，即母线尺寸为40mm*4mm
380V母线选LMY-3（120*10）+80*6，即母线尺寸为120mm*10mm而中性母线尺寸为80mm*6mm
7.110kv高压进线和引入电缆的选择
7.1.110kv高压进线的选择校验
采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kv公用干线。
a）按发热条件选择由丨3。
=|nt=57.7A及室外环境温度33C，查表得，初选LGJ-35,其35E时的|l-149A>130，满足发热条件。
b）校验机械强度查表得，最小允许截面积AMIN=25mm而LGJ-35满足要求,故选它。
由于此线路很短，故不需要检验电压损耗。
7.1.2由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验
采用JL22-10000型交联聚乙烯的铝芯电缆之间埋地敷设。
因此JL22-10000-3*25电缆满足要求。
7.2380V低压出线的选择
7.2.1铸造车间
馈电给1号厂房的线路采用VLV22-10000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地
敷设。
7.2.2锻压车间
馈电给2号厂房的线路采用VLV22-10000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设（方法同上，略）。
7.2.3热处理车间
馈电给3号厂房的线路采用VLV22-10000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设（方法同上，略）。
7.2.4电镀车间
馈电给4号厂房的线路采用VLV22-10000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设
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