万氏机械厂降压变电所的电气设计.docx

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万氏机械厂降压变电所的电气设计

第1章设计任务.1..

1.1设计要求1..

1.2设计依据.1..

1.2.1工厂总平面图1.

1.2.2工厂负荷情况2.

1.2.3供电电源情况3.

1.2.4气象资料.3..

1.2.5地质水文资料3.

1.2.6电费制度3.

第2章负荷计算和无功功率补偿4.

2.1负荷计算4..

2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式4

2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式4

2.2无功功率补偿7.

第3章变电所位置与型式的选择10

第4章变电所主变压器及主接线方案的选择11

4.2变电所主接线方案的选择11

421装设一台主变压器的主接线方案12

4.2.2装设两台主变压器的主接线方案12

4.3主接线方案的技术经济比较1.4

第5章短路电流计算1.6

5.1计算电路16

5.2确定短路计算基准值16

5.3元件的电抗标幺值计算16

5.4k-1点短路时的相关计算1.7

5.5k-2点短路时的相关计算1.7

第6章变电所一次设备的选择校验1.9

6.110kV侧一次设备的选择校验19

6.1.1按工作电压选则19

6.1.2按工作电流选择19

6.1.3按断流能力选择19

6.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验19

6.2380V侧一次设备的选择校验20

6.3高低压母线的选择21

第7章变压所进出线与邻近单位联络线的选择22

7.110kV高压进线和引入电缆的选择22

7.2380V低压出线的选择23

7.2.1铸造车间23

7.2.2锻压车间24

7.2.3热处理车间24

7.2.4电镀车间24

7.2.5仓库24

7.2.6工具车间25

7.2.7金工车间25

7.2.8锅炉房25

7.2.9装配车间25

7.2.10机修车间25

7.2.11生活区26

7.3高压联络线的选择校验27

7.3.1按发热条件选择27

7.3.2校验电压损耗27

7.3.3短路热稳定校验27

第8章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定29

8.1变电所二次回路方案的选择29

8.2变电所继电保护装置29

822护动作电流整定30

823过电流保护动作时间的整定30

8.2.4过电流保护灵敏度系数的检验30

8.3装设电流速断保护30

8.3.1速断电流的整定31

8.3.2电流速断保护灵敏度系数的检验31

8.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置31

8.4.1装设反时限过电流保护。

8.4.2装设电流速断保护32

8.4.3变电所低压侧的保护装置32

第9章变电所防雷与接地装置的设计33

9.1变电所的防雷保护33

9.1.1直接防雷保护33

9.1.2雷电侵入波的防护33

9.2变电所公共接地装置的设计34

9.2.1接地电阻的要求34

9.2.2接地装置的设计34

第10章结束语.3.6

参考文献37

附录：

变电所主接线图图纸……38

第1章设计任务

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，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，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，确定防雷和接地装置。

最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。

1.2设计依据

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5000h,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。

低压动力均为三相，额定电压为380V。

照明及家庭用电器均为单相，额定电压为

220V。

本厂的负荷统计资料如表1.1所示

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

铸造车间

动力

300

0.3

0.70

照明

0.7

1.0

锻压车间

动力

200

0.2

0.60

照明

0.7

1.0

金工车间

动力

300

0.2

0.60

照明

0.7

1.0

工具车间

动力

200

0.25

0.60

照明

0.7

1.0[

电镀车间

动力

150

0.4

0.700

照明

0.9

1.0

热处理车间

动力

200

0.6

0.80

照明

0.9

1.0

装配车间

动力

100

0.3

0.65

照明

0.9

1.0

机修车间

动力

1000

0.2

0.60

照明

0.7

1.0

锅炉车间

动力

1001

0.8

10.80

照明

0.7

1.0

仓库

动力

0.3

0.80

照明

0.7

1.0

生活区

照明

400

0.8

0.95

表1.1工厂负荷统计资料

1.2.3供电电源情况

按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，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LJ-150,导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约8km干线首端所装设的高压断路器断流容量为300MVA

此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，其定时限过流保护整定的动作时间为1.6s。

为满足工厂二级负荷要求，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

1.2.4气象资料

本厂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-8C,年最热月平均最高气温为33E，年最热月平均气温为26E，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。

1.2.5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2m

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，按两部电费制交纳电费。

每月基本电费按主变压器容量为18元/kV•A,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

纳供电贴费：

6~10VA为800/kV•A

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）

Kp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）

式中:

Q30=KqQ30i

（2.6）

Q30i是所有设备无功Q30之和

Kq是无功负荷同时系数，可取

0.9〜0.97（2.1）

（3）

视在计算负荷（单位为kV•A）

S30-

.P30Q30

（2.7）

（4）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）

编

号

名称

类

别

设备容量

Pe/kW

需要系

数

COS

tan

计算负荷

F3o/kW

Q30/kvar

S30/kVA

130/A

铸造

车间

动

力

300

0.3

0.70

1.02

91.8

132

201

昭

八、、

明

0.7

1.0

4.0

小

计

310

1.0

1.70

1.02

91.8

132

201

锻压

车间

动力

200

0.2

0.60

1.17

105

123

165

251

昭

八、、

明

0.7

1.0

5.6

小

计

205

0.9

1.60

1.17

110.6

123

165

251

金工

车间

动力

300

1.17

93.6

128

194

昭

八、、

明

1.0

小

计

305

0.9

1.60

1.17

93.6

128

194

动力

200

1.33

108

144

184

280

工具

车间

昭

八、、

明

6.3

小

计

205

0.95

1.60

1.33

114.3

144

184

280

动力

150

0.700

0.75

125

93.8

160

244

电镀

车间

昭

八、、

明

小

计

160

1.3

1.700

0.75

129

93.8

160

244

动力

200

0.75

67.5

116

176

热处理

车间

昭

八、、

明

0.9

小

计

210

1.5

1.80

0.75

67.5

116

176

动

力

100

1.02

55.1

80.6

122

装配

车间

昭

八、、

明

4.8

小

计

110

1.2

1.65

1.02

58.8

55.1

80.6

122

机修

动力

1000

1.17

37.4

51.4

车间

昭

八、、

明

3.2

小

计

1002

0.9

1.60

1.17

35.2

37.4

51.4

锅炉

车间

动

力

100

0.8

0.80

0.75

26.3

44.4

昭

八、、

明

0.7

1.0

0.8

小

计

101

1.5

1.80

0.75

35.8

26.3

44.4

仓库

动

力

0.3

0.80

0.75

10.7

16.2

昭

八、、

明

0.8

1.0

0.8

小

计

1.0

1.80

0.75

8.8

10.7

16.2

生活区

昭

八、、

明

400

0.8

0.95

0.48

245

117.6

272

413

总计

动力

2560

3.5

6.85

9.88

1013.5

856.1

1072.1

1349.2

昭

八、、

明

459

8.4

10.95

0.48

286

117.6

272

413

计入Kp=0.8,Kq=0.85

0.75

810.8

727.6

1089

1655

表2.1各厂房和生活区的负荷计算表

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（tan1-tan2）=810.8[tan（arccos0.75）-tan（arccos0.92）]=369.66kvar

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（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

（727.6-420）kvar=307.6kvar，视在功率S30v'F30Q3?

=867.2kV•A，计算电

Z=0.935。

S30=1317.6A,功率因数提高为cos、3Un

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。

主屏

辅屏

—匸戸

j,/\.f■

和

[]

[][]

—

」」］

€si

中C由C

1#方案

3#方案

6支路

2#方案

4#方案

8支路

图2.1PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案

项目

cos

计算负荷

P30/KW

Q30/kvar

S30/kVA

380V侧补偿前负荷

0.75

810.8

727.6

1089

1655

380V侧无功补偿容量

-420

380V侧补偿后负荷

0.935

810.8

307.6

867.2

1317.6

主变压器功率损耗

0.015S30=13

0.06S30=52

10KV侧负荷计算

0.935

823.8

359.6

898.9

表2.2无功补偿后工厂的计算负荷

第3章变电所位置与型式的选择

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。

在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的X轴和y轴，然后测

出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，Pl、P2、P3Pl0分别代表厂房1、

2、3...10号的功率，设定Pi（2.5,5.6）、F2（3.6，3.6）、P3（5.7,1.5）、P4（4,6.6）、F5（6.2，6.6）、F6（6.2，5.2）、F7（6.2，3.5）、F8（8.8，6.6）、P9（8.8,

5.2）、Flo（8.8，3.5），并设Pi（1.2，1.2）为生活区的中心负荷，如图3-1所示。

而工厂的负荷中心假设在P（x,y）,其中P=r+F2+P3+R1=R。

因此仿照《力学》

把各车间的坐标代入（1.1）、（2.2），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（工具车间）的西北角。

考虑到周围环境及进出线方

图3.1按负荷功率矩法确定负荷中心

第4章变电所主变压器及主接线方案的选择

4.1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：

（1）装设一台变压器型号为S9型，而容量根据式SntS30，Snt为主变压器

容量，S3。

为总的计算负荷。

选Snt=1000KVA>S30=898.9KVA，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。

（2）装设两台变压器型号为S9型，而每台变压器容量根据式（4.1）、（4.2）

选择，即

Snt（0.6~0.7）898.9KVA=（539.34〜629.23）KVA（4.1）

SntS30（）=（134.29+165+44.4）KVA=343.7KVA（4.2）

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Yyn0。

4.2变电所主接线方案的选择

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：

421装设一台主变压器的主接线方案

装置一台主变压器的主接线方案如图4.1所示

10kV

（备用电源）

主变

220/380V

高压柜列

GG-

1A（J）

1A（F）

-03

-54

-07

联络（备用）

图4.1装设一台主变压器的主接线方案

4.2.2装设两台主变压器的主接线方案

装设两台主变压器的主接线方案如图4.2所示

10kV

GW口-10

FS4-10

I」.GG-1A（F）-113、11

一GG-1A（J）-01

丁

GG-1A（F）-54

_■

S9-630

丄丄

GG-1A（F）|

S9-630

10/0.4kV

联络线

（备用电源）

220/380VI

高压柜列

GG-1A（F）-113

GG-1A（F）-11

GG-1A（J）-01

GG-1A（F）-96

GG-1A（F）-07

GG-1A（F）-54

tir

主主联络变变（备用）

图4.2装设两台主变压器的主接线方案

4.3主接线方案的技术经济比较

表4.1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

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

经济指标

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.仁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

咼压开关柜（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

本方案米用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

电力变压器和

主变的折旧费=30.2万元

*0.05=1.51万兀；咼压开关柜的

折旧费=24万元*0.06=1.44万

主变的折旧费=42万兀*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

咼压开关柜的年运行费

元；变配电的维修管理费=

（30.2+24）万元*0.06=3.25万

元。

因此主变和咼压开关柜的折旧和维修管理费=

（1.51+1.44+3.25）=6.2万元

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

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

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，因此决定米用装设一台主变的主接线方案

第5章短路电流计算

5.1计算电路

\I500MVA

LGJ-150,8km

g系统

K-1K-2

-*f—（I—

|kAZy

10.5kVS9-10000.4kV

图5.1短路计算电路

5.2确定短路计算基准值

设基准容量Sd=100MVA基准电压Ud=Uc=1.05UN,Uc为短路计算电压，即

高压侧Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则

5.3元件的电抗标幺值计算

（1）电力系统

已知电力系统出口断路器的断流容量Soc=500MVA故

X1=100MVA/500MVA=0.2（5.3）

（2）架空线路

查表得LGJ-150的线路电抗x00.36/km，而线路长8km,故

100MVA—

22.6

（10.5kV）2

（3）电力变压器

查表得变压器的短路电压百分值Uk%=4.5，故

（5.5）

X3竺Sd竺100MVA4.5

100Sn1001000kVA

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

图5.2短路计算等效电路

5.4k-1点短路时的相关计算

霑為詈35.7MVA（5.11）

（2）三相短路电流周期分量有效值

以上短路计算结果综合图表5.1所示。

表5.1短路计算结果

短路计算点

三相短路电流

三相短路容量/MVA

I⑶

I"（3）

I（3）

i（3）ish

I⑶

1sh

Sk3）

k-1

1.96

5.0

2.96

35.7

k-2

19.7

36.2

21.5

13.7

第6章变电所一次设备的选择校验

6.1

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