南阳防爆厂降压变电所的电气设计.docx
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南阳防爆厂降压变电所的电气设计
华侨大学
课程：
工厂供电课程设计
任务：
南阳防爆厂降压变电所的电气设计
专业：
电气工程及其自动化班别：
10电气1班
学生：
时间：
2013年05月
绪论
本课程设计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。
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比例一般很小（除电化工业）。
电能在工业生产中的重要性，并不在于在产品成本或投资总额所占比重多少，而在于工业生产实现电气化后可以大大增加产量，减轻工人劳动强度，降低生产成本，提高产品质量，提高劳动生产率，改善工作条件，有利于实现生产过程自动化。
另一方面，如果工厂电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重后果。
因此做好工厂供电工作对发展工业生、实现工业现代化都具有极其重要的意义，对于节约能源、支援国家经济建设同样也具有重大意义。
本设计为工厂变电所设计，对在工厂变电所设计中的若干问题如负荷计算，三相短路分析，短路电流计算，高低压设备的选择与校验，防雷与接地，变电所的过电压保护，计量无功补偿等几方面的设计进行了阐述。
工厂供电工作要很好为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，同时做好节能工作，要从以下基本要求做起:
（1）安全在电能的供应、分配和利用过程中，不应发生人生事故及设备事故。
（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）经济供电系统投资要尽量少，运行费要低，尽可能节约电能和减少有色金属消耗。
此外，在供电工作中，要合理处理局部和全局、当前和长远等关系，要做到局部与全局协调，顾全大局，适应可持续发展要求。
第一章设计任务
第二章负荷计算和无功功率补偿
第三章变电所位置与型式的选择
第四章变电所主变压器及主接线方案的选择
第五章短路电流的计算
第六章变电所一次设备的选择校验
第七章变压所进出线与邻近单位联络线的选择
第八章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定
第九章降压变电所防雷与接地装置的设计
第十章机械厂变电所主接线电气原理图
第十一章课程设计总结心得体会
参考文献
（一）设计题目
南阳防爆厂降压变电所的电气设计
（二）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，确定变电所的位置与型式，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，确定一次回路方案，最后定出设计说明书。
（三）设计依据
1．工厂总平面图，如图
（1）所示。
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4000h，日最大负荷持续时间为10h。
该厂除铸造车间、锻压车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。
低压动力设备均为三相，额定电压为380V。
照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。
本厂的负荷统计资料如表
（1）所示。
3．供电电源情况：
按照工厂与当地供电部门签订的供用协议规定，本厂可由附近一条35kV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—120导线为等边三角形排列，线距为1m；干线首端（即电力系统的馈电变电电站）距离本厂约20km，该干线首端所装高压断路器300MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。
为满足工厂二级负荷的要求，可采用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达100km，电缆线路总长度达80km。
4.气象资料本厂所在地区的年最高气温为37 ℃，年平均气温为24℃，年最低气温为-8℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8处平均温度为25℃。
当地主导风向为东北风，年雷暴是数为20。
5.工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.92。
主要参考资料
1刘介才主编供配电技术北京：
机械工业出版社
2张华主编电类专业毕业设计指导北京：
机械工业出版社
3王荣藩编著工厂供电设计与指导天津：
天津大学出版社
工厂负荷统计资料表
（1）
厂房编号
用电单位名称
负荷性质
设备容量kW
需要系数
功率因数
1
铸造车间
动力
300
0.4
0.7
照明
6
0.7
1.0
2
锻压车间
动力
500
0.3
0.65
照明
8
0.7
1.0
3
金工车间
动力
500
0.3
0.65
照明
9
0.7
1.0
4
工具车间
动力
300
0.3
0.6
照明
7
0.7
1.0
5
电镀车间
动力
300
0.6
0.8
照明
7
0.7
1.0
6
热处理车间
动力
200
0.6
0.8
照明
8
0.7
1.0
7
装配车间
动力
100
0.4
0.7
照明
7
0.7
1.0
8
焊接车间
动力
200
0.3
0.65
照明
4
0.7
1.0
9
锅炉房
动力
80
0.6
0.65
照明
2
0.7
1.0
生活区
照明
200
0.7
1.0
第二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
a）有功计算负荷（单位为KW）
=，为系数
b）无功计算负荷（单位为kvar）
=tan
c）视在计算负荷（单位为kvA）
=
d）计算电流（单位为A）
=,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
a）有功计算负荷（单位为KW）=
式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95
b）无功计算负荷（单位为kvar）
=，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97
c）视在计算负荷（单位为kvA）=
d）计算电流（单位为A）=
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
编号
名称
类别
设备容量/kW
需要系数
cos
tan
计算负荷
/kW
/kvar
/kVA
/A
1
铸造
车间
动力
300
0．4
0．7
1.02
120
122.4
——
——
照明
6
0．7
1．0
0
4.2
0
——
——
小计
306
——
124.2
122.4
174.4
264.9
2
锻压
车间
动力
500
0．3
0．65
1.17
150
175.5
——
——
照明
8
0．7
1．0
0
5.6
0
——
——
小计
508
——
155.6
175.5
234.5
356.4
3
金工
车间
动力
500
0．3
0．65
1.17
150
175.5
——
——
照明
9
0．7
1．0
0
6.3
0
——
——
小计
509
——
156.3
175.5
235
357
4
工具
车间
动力
300
0．3
0．6
1.33
90
119.7
——
——
照明
7
0．7
1．0
0
4.9
0
——
——
小计
307
——
94.9
119.7
152.8
232.1
5
电镀
车间
动力
300
0．6
0．8
0.75
180
135
——
——
照明
7
0．7
1．0
0
4.9
0
——
——
小计
307
——
184.9
135
228.9
347.8
6
热处理车间
动力
200
0．6
0．8
0.75
120
90
——
——
照明
8
0．7
1．0
0
5.6
0
——
——
小计
208
——
125.6
90
154.5
234.8
7
装配
车间
动力
100
0．4
0．7
1.02
40
40.8
——
——
照明
4
0．7
1．0
0
2.8
0
——
——
小计
104
——
42.8
40.8
59.1
89.8
8
焊接车间
动力
200
0．3
0．65
1.17
60
70.2
——
——
照明
4
0．7
1．0
0
2.8
0
——
——
小计
204
——
62.8
70.2
94.2
143.1
9
锅炉
车间
动力
80
0．6
0.65
1.17
48
56.2
——
——
照明
2
0．7
1．0
0
1.4
0
——
——
小计
51
——
49.4
56.2
74.8
113.7
10
生活区
照明
200
0.7
1.0
0
140
0
140
212.7
总计
动力
2480
1138.6
985.3
——
——
照明
255
计入=0.95,=0.97
0.75
1081.7
955.7
1443.4
2193
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抗器两种。
由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗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。
而要求该厂进线侧最大负荷时功率因数不低于0.90。
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0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
=（tan-tan）=1081.7[tan（arccos0.75）-tan（arccos0.92）]=493.3kvar
参照图2，选PGJ1型低压自动补偿评屏，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台相结合，总共容量为84kvar5=420kvar。
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=（955.7-493.3）kvar=462.4kvar，视在功率=1176.4kVA，功率因数提高为cos==0.92。
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3所示。
图2.1PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案
表2.2无功补偿后工厂的计算负荷
项目
cos
计算负荷
/KW
/kvar
/kVA
/A
380V侧补偿前负荷
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