光明机械厂降压变电所的电气设计.docx
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光明机械厂降压变电所的电气设计
光明机械厂降压变电所的电气设计
※※※※※※※※※
※※
2009 级
※※
※※
※※※※※※※※※
光明机械厂降压变电所的电气设计
姓名
学号
院、系、
部
班号
完成时间
0
光明机械厂降压变电所的电气设计
摘要
根据本厂所取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑工厂生产的发
展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所型式，确定变电所主
变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定
二次回路方案，确定所防雷接地装置和照明设计。
关键词：
变电所类型 主结线方案二次回路 防雷照明设计
1
光明机械厂降压变电所的电气设计
目 录
第 1 章 设计任务 ------------------------------------------------------------------1
1.1 设计要求 -----------------------------------------------------------------1
1.2 设计依据 -----------------------------------------------------------------1
第 2 章 负荷计算和无功功率补偿 ----------------------------------------------------3
2.1 负荷计算 -----------------------------------------------------------------3
2.2 无功功率补偿 -------------------------------------------------------------5
第 3 章 变电所主变压器及主接线方案的选择 ------------------------------------------7
3.1 变电所主变压器的选择 -----------------------------------------------------7
3.2 变电所主接线方案的选择 ---------------------------------------------------7
3.2.1 选择主接线变压器台数的原则 ---------------------------------------------7
3.3 主接线方案的技术经济比较 --------------------------------------------------10
第 4 章 短路电流的计算 -----------------------------------------------------------11
4.2 确定短路计算基准值 ------------------------------------------------------11
4.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值 ----------------------------------------11
4.4 k-1 点（10.5kV 侧）的相关计算 --------------------------------------------12
4.5 k-2 点（0.4kV 侧）的相关计算 ---------------------------------------------12
第 5 章 变电所一次设备的选择校验 -------------------------------------------------14
5.1 10kV 侧一次设备的选择校验 ------------------------------------------------14
5.2 380V 侧一次设备的选择校验 ------------------------------------------------15
5.3 高低压母线的选择 --------------------------------------------------------16
第 6 章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择 ---------------------------------------17
6.1 10kV 高压进线和引入电缆的选择 --------------------------------------------17
6.2 380 低压出线的选择 -------------------------------------------------------17
6.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 --------------------------------------19
第 7 章 变电所二次回路方案的选择 -------------------------------------------------21
7.1 变电所二次回路方案的选择 --------------------------------------------------21
第 8 章 降压变电所防雷与接地装置的设计 -------------------------------------------22
8.1 变电所的防雷保护 --------------------------------------------------------22
8.2 变电所公共接地装置的设计 ------------------------------------------------22
第 9 章 设计总结 -----------------------------------------------------------------24
2
光明机械厂降压变电所的电气设计
参考文献 -------------------------------------------------------------------------25
3
光明机械厂降压变电所的电气设计
第 1 章 设计任务
1.1 设计要求
要求根据本厂所取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑工厂生产
的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所型式，确定变电
所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，
确定二次回路方案，确定所防雷接地装置和照明设计，最后按要求写出设计说明书，
绘制变电所系统图，功率因数补偿到 0.9。
平面图见附录表。
1.2 设计依据
1.2.1 工厂负荷情况
本厂车间为两班制，年最大负荷利用小时为 4600 小时，日最大负荷持续时间为
8 小时，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。
工厂负荷统计资料如表 1-1 所示。
1.2.2 供电电源情况
按照工厂与供电协议，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，导线为等边三角
形排列，线距为 2m；干线首端距离本厂约 8km。
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，定时限过电流保护整定的动作时间为
2S，为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由 2 公里处邻近单位取得备用
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，电缆线总长度为
30km。
1.2.3 气象资料
本厂所在地区的年最高气温为 40 度，年平均气温为 23 度，年最低气温为 -
13 度，年最热月平均最高气温为 33 度，年最热月平均气温为 28 度，年最热月地
下 0.8m 处平均温度为 25℃。
年雷暴日为 60。
1.2.4 地质水文资料
本厂所在地区平均海拔 700 米，底层以砂粘土为主，地下水位为 30 米。
0
厂房编号
厂房名称
负荷类别
设备容量/kW
需要系数
功率因数
1
铸造车间
动力
300
0．3
0．7
照明
6
0．8
1．0
2
锻压车间
动力
350
0．3
0．65
照明
8
0．7
1．0
7
金工车间
动力
400
0．2
0．65
照明
10
0．8
1．0
6
工具车间
动力
360
0．3
0．6
照明
7
0．9
1．0
4
电镀车间
动力
250
0．5
0．8
照明
5
0．8
1．0
3
热处理车间
动力
150
0．6
0．8
照明
5
0．8
1．0
9
装配车间
动力
180
0．3
0．7
照明
6
0．8
1．0
10
机修车间
动力
160
0．2
0．65
照明
4
0．8
1．0
8
锅炉车间
动力
50
0．7
0．8
照明
1
0．8
1．0
5
仓库
动力
20
0．4
0．8
照明
1
0．8
1．0
生活区
照明
350
0．7
0．9
光明机械厂降压变电所的电气设计
1
光明机械厂降压变电所的电气设计
第 2 章 负荷计算和无功功率补偿
2.1 负荷计算
2.1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式
（1）有功计算负荷（单位为 KW）
P30 = K d Pe ， K d 为系数
（2）无功计算负荷（单位为 kvar）
Q30 = P30 tanϕ
（3）视在计算负荷（单位为 kvA）
S30 =
P30
cosϕ
（4）计算电流（单位为 A）
I 30 =
S30
3U N
U N 为用电设备的额定电压（单位为 KV）
2.1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式
（1）有功计算负荷（单位为 KW）
P30 = K ∑⋅ p ∑ P30⋅i
式中 ∑ P30⋅i 是所有设备组有功计算负荷 P30 之和， K∑⋅ p 是有功负荷同时系数，可
取 0.85~0.95
（2）无功计算负荷（单位为 kvar）
Q30 = K ∑⋅q ∑ Q30⋅i ， ∑ Q30⋅i 是所有设备无功 Q30 之和； K∑⋅q 是无功负荷同时系数，
可取 0.9~0.97
（3）视在计算负荷（单位为 kvA）
S30 = P30 + Q30
（4）计算电流（单位为 A）
I 30 =
S30
3U N
2
光明机械厂降压变电所的电气设计
经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表 2-1 所示（额定电压取 380V）
表 2-1各厂房和生活区的负荷计算表
设备
需要
计算负荷
编
号 名称
类别
容量
Pe /kW
系数
K d
cos
P30 /
KW
Q30 /kva
r
S30 /k
VA
I 30 /A
1铸造
车间
2锻压
车间
7金工
车间
6工具
车间
4电镀
车间
91.8 —— ——
照明 6 0．8 1．0 0 4.8 0 —— ——
小计 306 —— 94.8 91.8 132 200.6
1.1
123 —— ——
5
照明 8 0．7 1．0 0 5.6 0 —— ——
小计 358 —— 110.6 123 165 251
1.1
93.5 —— ——
5
照明 10 0．8 1．0 0 8 0 —— ——
小计 410 —— 88 93.5 128.4 195.1
144 —— ——
照明 7 0．9 1．0 0 6.3 0 —— ——
小计 367 —— 114.3 144 184 280
93.8 —— ——
照明 5 0．8 1．0 0 4 0 —— ——
小计 255 —— 129 93.8 160 244
3
热处
理车
间
67.5 —— ——
照明 5 0．8 1．0 0 4 0 —— ——
小计 155 —— 94 67.5 115.7 175.8
9装配
车间
55.1 —— ——
照明 6 0．8 1．0 0 4.8 0 —— ——
小计 186 —— 58.8 55.1 80.6 122
1
机修
动力 160 0．2 0．6
5
1.1
7 32
37.4 —— ——
0
车间 照明 4 0．8 1．0 0 3.2 0 —— ——
3
编
号
名称
类别
设备
容量
Pe /kW
需要
系数
K d
cos
ϕ
tan
ϕ
计算负荷
P30 /
KW
Q30 /kva
r
S30 /k
VA
I 30 /A
5
仓库
动力
20
0．4
0．8
0.7
5
8
6
——
——
照明
1
0．8
1．0
0
0.8
0
——
——
小计
21
——
8.8
6
10.7
16.2
1
1
生活
区
照明
350
0.7
0.9
0.4
8
245
117.6
272
413
总计
动力
2220
1014.
3
855.5
——
——
照明
403
计入 K∑⋅ p =0.9,
K∑⋅q =0.95
0.75
912.9
812.7
1222.2
1857
8锅炉
车间
光明机械厂降压变电所的电气设计
小计 164 —— 35.2 37.4 51.4 78
26.3 —— ——
照明 1 0．8 1．0 0 0.8 0 —— ——
小计 51 —— 35.8 26.3 44.4 67
2.2 无功功率补偿
无功功率的人工补偿装置：
主要有同步补偿机和并联电容器两种。
由于并联电
容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，
因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。
由表 2.1 可知，该厂 380V 侧最大负荷时的功率因数只有 0.75。
而供电部门要求
该厂 10KV 进线侧最大负荷时功率因数不低于 0.9。
考虑到主变压器的无功损耗元大
于有功损耗，因此 380V 侧最大负荷时功率因数应稍大于 0.9，暂取 0.92 来计算
380V 侧所需无功功率补偿容量：
QC = P30 （tanϕ1 - tanϕ2 ）=912.9[tan（arccos0.75） - tan（arccos0.92） ] = 416.2 kvar
取 QC =420,补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷
Q30 =（812.7-420）kvar=392.7kvar，视在功率 S30 =P30 + Q30 =994
kVA，计算电流
I 30 =
S30
3U N
=1510A,功率因数提高为 cosϕ ' =
P30
S30
=0.918。
4
项目
cosϕ
计算负荷
P30 /KW
Q30 /kvar
S30 /kV
A
I 30 /A
380V 侧补偿前负荷
0.75
912.9
812.7
1222.2
1857
380V 侧无功补偿容量
-420
380V 侧补偿后负荷
0.92
912.9
392.7
994
1510
主变压器功率损耗
0.015 S30 =14.9
0.06 S30 =59.6
10KV 侧负荷计算
0.92
927.8
452.3
1023
59
光明机械厂降压变电所的电气设计
在无功补偿前，该变电所主变压器 T 的容量为应选为 1250kVA,才能满足负荷用
电的需要；而采取无功补偿后，主变压器 T 的容量选为 1000kVA 的就足够了。
同时
由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因
此无功补偿的经济效益十分可观。
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。
5
光明机械厂降压变电所的电气设计
第 3 章 变电所主变压器及主接线方案的选择
3.1 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：
a）装设一台变压器型号为 S9 型，而容量根据式 S N⋅T ≥ S30 ， SN⋅T 为主变压器
容量， S30 为总的计算负荷。
选 SN⋅T =1000kVA> S30 =994 kVA，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，考虑由邻近单位相联的
高压联络线来承担。
b）装设两台变压器型号为 S9 型，而每台变压器容量根据式（3-1）、（3-2）
选择，即
S N⋅T ≈ （0.6 ~ 0.7） ⨯ 994 kVA=（596～696）kVA
SN⋅T ≥ S30（II ） =（132+160+44.4） kVA=336.4 kVA
（3-1）
（3-2）
因此选两台 S9-630/10 型低损耗配电变压器。
工厂二级负荷所需的备用电源，考虑
由邻近单位相联的高压联络线来承担。
主变压器的联结组均为 Yzn11。
3.2 变电所主接线方案的选择
3.2.1 选择主接线变压器台数的原则
（1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。
对季节性负荷或昼夜负荷变动较大
的宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑两台变压器。
以便当一台变压器发生
故障或检修时，另一台变压器对一、二级负荷继续供电，对只有二级而无一级负荷
的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设其他变电所相联线作为
备用电源，或另有自备电源
（2）对季节性负荷或昼夜负荷变化较大的而宜于采用经济运行方式的变电所，
6
光明机械厂降压变电所的电气设计
也可考虑两台变压器
（3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。
但是负荷集中地
地方且容量相当大的变电所，随为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。
（4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。
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：
3.2.2 装设一台主变压器的主接线方案
如图 3-1 所示
7
光明机械厂降压变电所的电气设计
图 3-1 装设一台主变压器的主接线方案
3.2.3 装设两台主变压器的主接线方案
如图 3-2 所示
8
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，电压损耗较
小
灵活方便性
只有一台主变，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
电力变压器的
综合投资额
查得 S9-1000/10 的单价为
15.1 万元，而变压器综合投
资约为其单价的 2 倍，因此
综合投资约为 2*15.1=30.2
万元
查得 S9-630/10 的单价为 10.5
万元，因此两台变压器的综合投
资约为 4*10.5=42 万元，比一台
主变方案多投资 11.8 万元
高压开关柜
（含计量柜）
的综合投资额
查得 GG-1A（F）型柜可按每台
4 万元计，其综合投资可按设
备的 1.5 倍计，因此高压开
关柜的综合投资约为
4*1.5*4=24 万元
本方案采用 6 台 GG-1A（F）柜，
其综合投资约为 6*1.5*4=36 万
元，
比一台主变方案多投资 12 万元
光明机械厂降压变电所的电气设计
图 3-2 装设两台主变压器的主接线方案
3.3 主接线方案的技术经济比较
9
光明机械厂降压变电所的电气设计
电力变压器和
高压开关柜的
年运行费
主变的折旧费=30.2 万元
*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。
因此主
变和高压开关柜的折旧和维
修管理费
=（1.51+1.44+3.25）=6.2 万
元
主变的折旧费=42 万元
*0.05=2.1 万元；高压开关柜的
折旧费=36 万元*0.06=2.16 万元；
变配电的维修管理费=（42+36）
万元*0.06=4.68 万元。
因此主
变和高压开关柜的折旧和维修管
理费=（2.1+2.16+4.68）=8.94
万元，比一台主变方案多投资
2.74 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远由于装设两台主
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。
4.1 绘制计算电路
（1）
第 4 章 短路电流的计算
K-1 （3）
K-2
～
500MVA
（2）
∞系统
LGJ-150,8km
10.5kV S9-1000 0.4kV
图 4-1 短路计算电路
4.2 确定短路计算基准值
设基准容量 Sd =100MVA，基准电压U d =Uc =1.05U N ，Uc 为短路计算电压，即高
压侧U d1 =10.5kV，低压侧U d 2 =0.4kV，则
10
光明机械厂降压变电所的电气设计
I d1 =
I d 2 =
Sd
3U d1
Sd
3U d 2
=
=
100MVA
3 ⨯10.5kV
100MVA
3 ⨯
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