某食品厂降压变电所的电气设计.docx
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某食品厂降压变电所的电气设计
物理与电子工程学院
课程设计报告
课程工厂供电
题目某食品厂降压变电所的电气设计
专业电气工程及其自动化
学号0909040135
姓名叶涛（及第三组成员）
指导教师刘刚讲师
学期2013-2013-2
某食品厂降压变电所的电气设计
学生：
叶涛
指导老师：
刘刚摘要：
某食品厂降压变电所及配电系统设计是对工厂供电的设计。
本设计对工厂供电方式、主要设备的选择、保护装置的配置及防雷接地系统进行了相应的叙述，其中还包括全厂的负荷计算、高压侧和低压侧的短路计算、设备选择及校验、主要设备继电保护设计、配电装置设计、防雷和接地设计等。
本设计通过计算出的有功、无功和视在功率选择变压器的大小和相应主要设备的主要参数，再根据用户对电压的要求，计算补偿功率，从而得出所需补偿电容的大小与个数。
根据国家供电部门的相关规定，画出总配变电所及配电系统的主接线图。
电气主接线对电气设备的选择，配电所的布置，运行的安全性、可靠性和灵活性，对电力工程建设和运行的经济节约等，都有很大的影响。
关键字：
变电所;负荷计算;设备选型;继电保护
Step-downSubstationElectricalDesignofafood
factory
Undergraduate:
Supervisor:
LiuGang
Abstract：
TheStep-downsubstationelectricalandpowerdistributionsystemdesignofaplasticproductsfactoryisforpowerplantdesign.Thedesignmakesthenarrativeaboutthefactorypowersupply,mainequipmentselection,protectiondeviceconfigurationandgroundingsystemforlightningprotection,whichalsoincludestheloadcalculationofthefactory,theshortcircuitcurrentcalculationofthehighpressuresideandlowpressureside,equipmentselectionandvalidation,themainequipmentrelayprotectiondesign,powerdistributionequipmentdesign,lightningprotectionandgroundingdesign.Thisdesignisbasedonthecalculationoftheactivepower,reactivepowerandapparentpowertransformerandthesizeofthecorrespondingmainequipmentmainparameter,thenworksoutthecompensationcomputingpoweraccordingtouserrequirementstovoltage.Thusitcanobtainthedesirablesizeandnumberofcompensationcapacitor.
Accordingtotherelevantprovisionsofthenationalelectricitysector,thedesigndrawsthemainconnectiondiagramaboutthetotaldistributionsubstationandpowerdistributionsystem.Mainelectricalconnectionhavegreatinfluenceontheelectricalequipmentselection,thelayoutofthedistribution,operationsafety,reliabilityandflexibility,alsopowerengineeringconstructionandeconomyoftheoperationandsoon.
Keywords:
substations;loadcalculation;equipmentselection;relayprotection
前言1..
1负荷计算和无功补偿计算2.
1.1负荷计算的内容和目的2.
1.2负荷计算的方法2.
1.3全场负荷计算3.
1.4无功补偿目的和方案4.
1.5无功补偿的计算和电容的选择4
2变电所位置和型式的选择4.
2.1变电所位置的选择4.
2.2变电所的形式（类型）：
6
2.3变电所位置确定7.
3变电所主要变压器的台数与容量、类型的选择。
7
4变电所主接线方案的选择8.
5变电所一次设别的选择与校验1.2
5.1电气设备选择的一般原则12
5.2高低压电气设备的选择1.2
6变电所高、低压线路的选择1.5
6.1变电所主接线图1.5
6.2总平面图1..5
6.3低压配电系统图1.6
7电气设备的选择1..6
7.16KV架空线上设备1.6
7.26KV电缆线上开关柜1.7
8变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定19
8.1变电所二次回路的选择1.9
8.2变电所继电保护装置1.9
8.3装设电流速断保护2.0
9收获与体会2..1
参考文献2..2
、八、-
前言
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。
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
（4）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。
课程设计是检验我们本学期学习的情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定，它要求我们充分发掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的自动控制系统。
。
1负荷计算和无功补偿计算
1.1负荷计算的内容和目的
（1）计算负荷又称需要负载或最大负荷。
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。
（2）尖峰电流指单台或多台用电设备持续一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的依据。
（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。
常选用最大负荷班的平均负荷。
1.2负荷计算的方法
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式法等几种。
本设计中采用需要系数法。
主要计算公式如下所示：
计算电流:
S3o
130=3UN=434A
有功功率
无功功率
视化功率
o-f
"8⑷
计算电流
r-J
所以本食品厂的负荷计算统计如下：
第一车间：
动力负荷计算
功率因数取cos「=0.7，则arccos（0.7）=45.6
有功功率：
P3°=Pe*Kd=500*0.4=200kW
无功功率：
°30=卩30*9n=200*tan（arccos0.7=204kvar
视在功率：
S30二，P3。
Q3o=285.7KV•A
照明负荷计算如下:
功率因数取
有功功率：
cos=1.0,贝Uarccos（1.0）=0°
P30=Pe*Kd=6*0.7=4.2kW
无功功率：
q30=P30*tan■=200*tan（arccos1.0=0kvar
视在功率：
S30=Jp3o+Q230=4.2KV•A
S3o
计算电流：
|30=、”3UN=11A
则第一车间总的计算负荷为：
P30=200+4.2=204.2Kw;Q30=204kvar
S30=285.7+4.2=289.9KV•A;bo=434+11=445A
同理可得该食品厂的计算负荷如下表所示：
表1-1食品产的计算负荷
厂房编号
用电单位
负荷性质
P30
/kw
Q30/
kvar
S30
/kv
•A
I30/
A
总
P30/
kw
总
Q30/
kvar
总
S30/
kv
•A
总
I30/
A
Kd
cos
甲
1
第
动力
200
204
285.
7
434
204.
204
289.
445
0.4
0.7
车间
昭
八、、
明
4.2
o
4.2
11
2
9
0.7
1.0
2
第
动力
120
140
.3
184.
6
280
125.
6
140.
3
190.
2
294
.7
0.3
0.65
车间
昭
八、、
明
5.6
o
5.6
14.
7
0.7
1.0
3
第
动力
150
175
.4
230.
8
350
.6
156.
175.
237.
367
0.3
0.65
车间
昭
八、、
明
6.3
o
6.3
16.
5
3
4
1
.1
0.7
1.0
4
第
四
动力
60
80
100
152
64.9
80
104.
164
0.3
0.6
车间
昭
八、、
明
4.9
o
4.9
12.
9
9
.9
0.7
1.0
1.3全场负荷计算
取K刀p=0.90;K刀q=o.95;
根据上表可计算出：
：
刀P30i=551kW;刀Q30i=599.7kvar
贝Up3o=K刀PEP30i=0.9X551kw=495.9kW
Q30=KEqEQ30i=0.95X599.7kvar=569.7kvar
.22
S30二、巳。
Q3o〜755.3KV•A
S30
I30=3Un〜1147.6A
COS=P3o/S30~0.66
1.4无功补偿目的和方案
由上面计算功率因数~0.66,功率因数偏低，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。
电力系统要求用户的功率因数不低于0.9，本次设计要求功率因数为
0.92以上，因此必须采取措施提高系统功率因数。
目前提高功率因数的常用的办法是装设无功自动补偿并联电容器装置。
根据现场的实际情况，拟定采用低压集中补偿方式进行无功补偿。
1.5无功补偿的计算和电容的选择
Qc=551x（tan（arccos0.66>—tan（arccos0.92）kvar=392.3kvar取Qc=400kvar.
此次选用HLBCDR0.4-20-3型的电容器因此电容器的个数为：
n=Qc/qc=400/20=20（只）
（50（）6D0/5A
无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：
S’3o（=[（495.9）2+（569.7-4OO）2]1/2=524.1KV•Acos；■:
=P30/S30=495.9/524.1=0.946>0.92因此，符合本设计的要求。
2变电所位置和型式的选择
2.1变电所位置的选择
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。
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：
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
2.3变电所位置确定
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，pl、p2、p3……p10分别代表厂房1、2、3……10号的功率，设定pl、p2p10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：
Px1Px2x3
P1P2P3…
r（pixi）
vp
2_（Piyi）
、Pi
_Py1+Ry2+Ry3…yP1P2P3...
把各车间的坐标p1（2.5,5.51）;p2（3.6,3.54）;p3（5.56,1.3）;p4（4,6.7）;
p5（6.2,6.7）p6（6.2,5）;p7（6.2,3.4）;p8（8.55,6.7）;p9（8.55,5）;
p10（8.55,3.4）;p11（1.2,1.1）带入上式，得到x=5.38，y=5.38.由计算结果可
知，工厂的负荷中心在5号厂房的西北角。
考虑到周围环境和进出线方便，决定在5号厂房的西侧仅靠厂房建造工厂变电所，器型为附设式。
。
3变电所主要变压器的台数与容量、类型的选择。
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：
（1）装设一台主变压器型式采用S11型，而容量根据式Sn.tXS3。
，选
hOOOkVA》S30=755kva,即选一台S11-800/10型低损耗配电变压器。
。
（2）装设两台主变压器型号亦采用S11,而每台变压器容量按式kVA
U和式St-S3012选择，即
y二"
Snt=（0.6~0.7）X755=（453~529）
且Snt^S3o（ii）=133.4+160+44.4=337.8KVA
因此选两台S11-630/10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。
主变压器的联结组均采用Yynd
我们这里选S11-630/10或S11-1000/10主变压器的联结组为Yyn0。
4变电所主接线方案的选择
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：
1；軸
IA（F
5
-u
wtr-a
1型」-U
£
1
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1戲般f齐円2
4.2装设两台主变压器的主接线方案
lOkV
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1ACF）-51
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1\
1
I:
-li唳络也业（转用）
4.3主接线方案的技术经济比较
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
电力变压器的
综合投资
由手册查得S11—1000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2X10.76万元
=21.52万元
由手册查得S9-630单价为7.47万元，因此两台综合投资为4X7.47万元=29.88万元，比一台变压器多投资8.36万元
咼压开关柜（含计量柜）的综合投资额
查手册得G—A（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4X1.5X3.5=21万元
本方案米用6台GG-A（F）柜，其综合投资额
约为6X1.5X3.5=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，主变和高压开关柜的折算和维修管理费每年为4.893万元
（其余略）
主变和咼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
1000X0.08=80万元
贴费为2X630X0.08万元
=100.8万兀，比一台主变
的方案多交20.8万元
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优于装设两台主变的主接线方案。
X3*=X4*=UK%Sd/100®=7.5X100X103/（100X800）=5.625
绘制等效电路如图，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。
图4-1等效电路图（标幺制法）
3.求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
（3）总电抗标幺值
X*艺（k-i）=Xi*+X2*=0.2+2.9=3.1
（2）三相短路电
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