红光机械厂降压变电所的电气设计毕业设计.docx
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红光机械厂降压变电所的电气设计毕业设计
红光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，确定变电所防雷接地装置，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。
1.2设计依据
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6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。
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1.7S，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25km。
3、气象资料
本厂所在地区的年最高气温为38度，年平均气温为23度，年最低气温为-8度，年最热月平均最高气温为33度，年最热月平均气温为26度，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。
年雷暴日为20。
4、地质水文资料
本厂所在地区平均海拔500米，底层以砂粘土为主，地下水位为20米。
5、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，按两部电费制交纳电费。
每月基本电费按主变压器容量计为18元/kw.h，照明电费为0.50元/kw.h。
6、工厂负荷统计资料
工厂编号
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
2
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
照明
8
0.7
1
7
金工车间
动力
400
0.2
0.65
照明
10
0.8
1
6
工具车间
动力
360
0.3
0.6
照明
7
0.9
1
4
电镀车间
动力
250
0.5
0.8
照明
5
0.8
1
3
热处理车间
动力
150
0.6
0.8
照明
5
0.8
1
9
装配车间
动力
180
0.3
0.7
照明
6
0.8
1
10
机修车间
动力
160
0.2
0.65
照明
4
0.8
1
8
锅炉房
动力
50
0.7
0.8
照明
1
0.8
1
5
仓库
动力
20
0.4
0.8
照明
1
0.8
1
生活区
照明
350
0.7
0.9
1.3设计任务
1、设计说明书
包括：
1）摘要
2）目录
3）正文（设计过程及内容）
4）附录——参考文献
2、设计图样
本设计只做出变电所主接线图1张即可
第2章负荷计算和无功功率补偿
2.1负荷计算
在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。
由公式：
，得：
1.铸造车间：
动力部分
照明部分
2.锻压车间：
动力部分，
照明部分，；
3.金工车间：
动力部分，
明部分，；
4.工具车间：
动力部分，
照明部分，
5.电镀车间：
动力部分，
照明部分，；
6.热处理车间：
动力部分，
照明部分，
7.装配车间：
动力部分，
照明部分，；
8.机修车间：
动力部分，
照明部分，；
9.锅炉房：
动力部分，
照明部分，；
10.仓库：
动力部分
照明部分，；
11.生活区照明；
另外，所有车间的照明负荷：
取全厂的同时系数为：
，，则全厂的计算负荷为：
；
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。
由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：
这时低压侧的功率因数为：
为使高压侧的功率因数0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，
取：
。
要使低压侧的功率因数由0.82提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为：
取:
=370则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：
计算电流
变压器的功率损耗为：
变电所高压侧的计算负荷为：
补偿后的功率因数为：
满足要求。
第3章变压器的选择及主接线方案的确定
3.1变电所主变压器台数和容量
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，为主变压器容量，为总的计算负荷。
选=1250kVA>=1068.49kVA，即选一台S9-1250/10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
（3-1）
（3-2）
代入数据可得：
=（0.6~0.7）×1068.49=（641.09~747.94）。
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Dyn0，如表3-1所示。
表3-1两台变压器的型号
变压器
型号
额定
容量
/
额定
电压
/kV
联结组型号
损耗/kW
空载
电流
%
短路
阻抗
%
高压
低压
空载
负载
S9-630/10
630
10.5
0.4
Dyn11
1.3
5.8
3.0
5
（附：
参考尺寸（mm）：
长：
1760宽：
1025高：
1655重量（kg）：
3410）
3.2主接线方案的技术经济比较
装设一台主变压器的方案
技术指标：
供电安全性,满足要求。
供电可靠性,基本满足要求。
供电质量,由于一台主变，电压损耗较大。
灵活方便性,只有一台主变，灵活性稍差。
扩建适应性,稍差一些。
经济指标：
电力变压器的综合投资额，查得S9-1000/10的单价为15万元，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=30万元。
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4.2万元计，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4.2*1.5*4=25.2万元。
电力变压器和高压开关柜的年运行费，主变压器的折旧费=30万元*0.05=1.5万元；高压开关柜的折旧费=25.2万元*0.06=1.5万元；变配电的维修管理费=（30+25.2）万元*0.06=3.3万元。
因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.5+1.5+3.3）=6.3万元。
供电贴费，主变容量每KVA为800元，供电贴费=1000KVA*0.08万元/KVA=80万元
装设两台主变压器的方案
技术指标：
供电安全性，满足要求。
供电可靠性，满足要求。
供电质量，由于两台主变并列，电压损耗较小。
灵活方便性，由于有两台主变，灵活性较好。
扩建适应性，更好一些。
经济指标：
电力变压器的综合投资额，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12万元。
高压开关柜（含计量柜）的综合投资额，本方案采用6台GG-1A（F）柜，其综合投资约为6*1.5*4.2=37.8万元，比一台主变方案多投资12.6万元。
电力变压器和高压开关柜的年运行费，主变的折旧费=42万元*0.05=2.1万元；高压开关柜的折旧费=37.8万元*0.06=2.3万元；变配电的维修管理费=（42+37.8）万元*0.06=4.8万元。
因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（2.1+2.3+4.8）=9.2万元，比一台主变方案多投资2.9万元。
供电贴费，供电贴费=2*630KVA*0.08万元=100.8万元，比一台主变多交20.8万元。
从上文可以看出，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压器主接线方案，主接线图见附录。
10kv
选一个变压器方案图
10kv
选两个变压器方案图
第4章短路电流的计算
4.1绘制计算电路
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=100MVA，基准电压==1.05，为短路计算电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，则
4.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值
1.电力系统
已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA，故=100MVA/500MVA=0.2
2.架空线路
查表得LGJ-150的线路电抗，而线路长8km，故
3.电力变压器
查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故
=3.6
式中，为变压器的额定容量
因此绘制短路计算等效电路如图4-2所示。
图4-2短路计算等效电路
4.4k-1点（10.5kV侧）的相关计算
1.总电抗标幺值
=0.2+2.6=2.8
2.三相短路电流周期分量有效值
3.其他短路电流
4.三相短路容量
4.5k-2点（0.4kV侧）的相关计算
1.总电抗标幺值
=0.2+2.6+4.5=6.4
2.三相短路电流周期分量有效值
3.其他短路电流
4.三相短路容量
如图表4-1所示。
表4-1短路计算结果
短路计算点
三相短路电流
三相短路容量/MVA
k-1
1.96
1.96
1.96
5.0
2.96
35.7
k-2
22.5
22.5
22.5
41.4
24.5
15.6
第5章变电所一次设备的选择校验
5.110kV侧一次设备的选择校验
1.按工作电压选则
设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。
=10kV，=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。
2.按工作电流选择
设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即
3.按断流能力选择
设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即
或
对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。
4.隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验
a）动稳定校验条件或
、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、
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