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我的毕业设计
2012届本科毕业设计
小型工厂变配电所主接线的电气CAD设计
院（系）名称
物理与电子信息学院
专业名称
电气工程及自动化
学生姓名
张业涵
学号
100542009
指导教师
智艾娣
完成时间
2012年5月13号
小型工厂变配电所主接线的电气CAD设计
张业涵
物理与电子信息学院电气工程及自动化专业学号：
100542009
指导教师：
智艾娣
摘要：
小型工厂变配电所，是将6～10kV降为一般用电设备所需低压220V/380V的终端变电所，它一般有装有一台或两台主变压器两种接线方案。
主接线图也就是主电路图，是表示系统中电能输送和分配的电路图。
而用来控制、指示、测量和保护电路（即一次电路）及其中设备运行的电路图，称为二次接线图或二次电路图，也称为二次回路图。
工厂变配电所的主接线图要求安全、可靠、灵活、经济，相对比较严格。
本文根据计算得出负荷和容量，确定要选一台或两台变压器，最后用CAD画出小型工厂变配电所的主接线图。
关键词：
主接线图；变电所；主变压器；电气CAD
MainWiringDiagramForElectricalCADDesignSmallFactoriesSubstation
ZhangYe-han
CollegeofPhysicsandElectronicInformationElectricalEngineeringandAutomationSpecialtyNo：
100542009
Tutor：
ZhiAi-di
Abstract:
Smallfactoriessubstation,willbereducedtogeneralelectricalequipmentrequiredforlowvoltage220V/380Vfrom6~10kVterminalsubstation,anditsmainterminalprogramsaregenerallyequippedwithoneortwomaintransformers.Themainwiringdiagramthatisthemaincircuitschematicsystem,electricitytransmissionanddistribution.Usedtocontrol,direction,measurementandprotectionofthelivecircuit（ieacircuit）schematicrunoftheequipment,knownasthesecondarywiringdiagramorsecondarycircuitdiagram,alsoknownasthesecondarycircuitdiagram.Themainwiringdiagramoftheplantsubstationrequiresasecure,reliable,flexible,economical,relativelystrict.Basedonthecalculatedloadandcapacityyousureyouwanttochooseoneortwotransformers,andfinallytousingCADtodrawthesmallfactoriessubstationwiringdiagram.
Keywords:
Mainwiringdiagram;Substation;Maintransformer;ElectricalCAD
目录
摘要----------------------------------------------------------------1
1引言--------------------------------------------------------------3
2小型工厂变配电所简介---------------------------------------------3
2.1小型工厂变电所主接线图分类--------------------------------------5
2.2装一台主变压器的小型变压器的接线图------------------------------5
2.3装两台主变压器的小型变压器的接线图------------------------------7
2.3.1高压侧无母线、低压侧单母线分段的两台主变压器变电所主接线图-----7
2.3.2高压侧单母线、低压单母线分段的变电所主接线图------------------7
2.3.3高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图------------------------7
2.410kV高压开关柜的作用和选择--------------------------------------7
2.4.110kV高压开关柜的作用------------------------------------------7
2.4.210kV高压开关柜的选择------------------------------------------8
3小型工厂变配电所主接线图设计--------------------------------------8
3.1计算容量和负荷--------------------------------------------------8
3.1.1用需要系数法求各用电设备组和低压干线的计算负荷----------------8
3.1.2计算变压器的有功损耗和无功损耗-------------------------------12
3.2变电所主变压器和主接线方案的选择-------------------------------14
3.3注意事项-------------------------------------------------------16
3.4两种主接线方案的技术经济比较-----------------------------------17
4总结-------------------------------------------------------------17
1引言
在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。
因此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，减轻工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。
从另一方面来说，如果供电突然中断，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。
对工厂变配电所的主接线方案有下列四项基本要求：
安全应符合国家标准和有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。
例如，在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设高压隔离开关；对低压断路器也一样，在其电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设低压隔离开关（刀开关）。
可靠应满足各级电力负荷对供电可靠性的要求。
例如。
对一、二级重要负荷，其主接线方案应考虑两台主变压器，且一般应为双电源供电。
灵活应能适应供电系统所需的各种运行方式，便于操作维护，并能适应负荷的发展，有扩充改建的可能性。
经济在满足上述要求的前提下，应尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量，应尽可能选用技术先进又经济使用的节能产品。
因此，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，既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
例如计划用电问题，就不能只考虑一个单位的局部利益，更要有全局观点。
2小型工厂变配电所简介
本厂有8个车间、1个锅炉房、1个仓库、1个生活区。
这8个车间分别为：
铸造车间、锻压车间、金工车间、工具车间、电镀车间、热处理车间、装配车间、机修车间。
本厂负荷情况：
本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600h，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。
本厂的负荷统计资料如表1所示。
表1工厂负荷统计资料表
厂房编号
厂方名称
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
0.70
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
3
热处理车间
动力
150
0.6
0.80
照明
5
0.8
1.0
4
电镀车间
动力
250
0.5
0.80
照明
5
0.8
1.0
5
仓库
动力
20
0.4
0.80
照明
1
0.8
1.0
6
工具车间
动力
360
0.3
0.60
照明
7
0.9
1.0
7
金工车间
动力
400
0.2
0.65
照明
10
0.8
1.0
8
锅炉房
动力
50
0.7
0.80
照明
1
0.8
1.0
9
装配车间
动力
180
0.3
0.70
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
生活区
照明
350
0.7
0.90
供电电源情况：
按照工厂与当地部门签订的供用电协议规定，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。
干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。
此断路器配备有定时限过电流保护和电流速短保护，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。
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，按两部电费制缴纳电费。
每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA，动力电费为0.20元/kW·h。
工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90。
此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：
6~10kV为800元/kVA。
2.1小型工厂变电所主接线图分类-
车间变电所和一些小型工厂变电所，是将6~10kV降为用电设备所需低压220V/380V的争端变电所，它们的主接线相对比较简单，一般分为只装有一台主变压器的小型变电所主接线图和装有两台主变压器的小型变电所主接线图两种接线方式。
2.2装有一台主变压器的小型变电所主接线图
只装有一台主变压器的小型变电所，其高压侧一般采用无母线的接线。
根据其高压侧采用的开关电器不同，有以下3种比较典型的主接线方案：
（1）高压侧采用隔离开关—熔断器或户外式跌开式熔断器的变电所主接线图。
这种主接线，相当简单经济，但受隔离开关和跌开式熔断器切断空载变压器容量的限制，一般只用于500KV·A及以下容量的变电所中，且供电可靠性不高。
当主变压器或高压侧停电检修或发生故障时，整个变电所要停电。
由于隔离开关和跌开式熔断器不能带负荷操作，因此变电所停电和送电操作的程序比较复杂，稍有疏忽，还容易发生带负荷拉闸的严重事故，而且在熔断器熔断后，更换熔体需一定时间，从而使在故障排除后恢复供电的时间延长，更影响了供电的可靠性。
这种主接线只适用于三级负荷的小型变电所[1]。
（2）高压侧采用负荷开关—熔断器的变电所主接线图
由于负荷开关能带负荷操作，从而使变电所停电和送电的操作比上述主接线要简便灵活得多，也不存在带负荷拉闸的问题。
在发生过负荷时，负荷开关装的热脱扣器保护动作，使开关跳闸。
但在发生短路故障时，仍是熔断器熔断。
因此这种主接线仍然供电可靠性不高，一般也用于三级负荷的小型变电所。
（3）高压侧采用隔离开关—断路器的变电所主接线图
高压侧采用开关—熔断器的变电所主接线，如图1所示。
由于采用了高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分灵活方便，同时高压断路器都配有继电保护装置，在变电所发生短路或过负荷时均能自动跳闸，而且在故障和异常情况消除后，又可直接迅速合闸，从而使恢复供电的时间大大缩短。
如果配备自动重合闸装置（auto-reclosingdevice,简称ARD，汉语拼音缩写为ZCH），则供电可靠性更可进一步提高。
但是由于只有一路电源进线，因此一般也用于三级负荷，但供电容量较大。
变电所主接线有两路电源进线，如图2所示，因此供电可靠性相应提高，可供二级负荷。
如果低压侧还有联络线与其他变电所相连，或者另有备用电源时，还可以供少量一级负荷。
图1高压侧采用开关—熔断器的变电所主接线
图2主接线有两路电源进线的变电接线图
2.3装有两台主变压器的小型变电所主接线图
装有两台主变压器的小型变电所主接线图又可分为以下三种情况。
2.3.1高压侧无母线、低压侧单母线分段的两台主变压器变电所主接线图
这种主接线图的供电可靠性较高，当任一台主变压器或任一电源进线停电检修或发生故障时，该变电所通过闭合低压母线分段开关，即可迅速恢复对整个变电所的供电。
如果两台主变压器低压主开关采用电磁合闸或电动机合闸的万能式低压断路器，并装设互为备用的备用电源自动投入装置（APD），则任一主变压器低压主开关因电源失压而跳闸时，另一主变压器低压主开关和低压母线分段开关将在APD作用下自动合闸，恢复整个变电所的正常供电。
这种接线可供一、二级负荷[2]。
2.3.2高压侧单母线、低压单母线分段的变电所主接线图
这种主接线适用于装有两台（或多台）主变压器或者具有多路高压出线的变电所。
其供电可靠性也较高，任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，可很快恢复整个变电所的供电。
但是高压母线或者电源进线检修或发生故障时，整个变电所都要停电。
如果有与其他变电所相连的低压或高压联络线时，供电可靠性则可大大提高，无联络线时，这种主接线可供二、三级负荷，而有联络线时，可供一、二级负荷。
2.3.3高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图
这种主接线的高压分段母线，正常时可以接通运行，也可以分段运行。
当一台主变压器或一路电源进线停电检修或发生故障时，通过切换操作，可迅速恢复整个变电所的供电，因此其供电可靠性相当高，可供一、二级负荷。
2.410kV高压开关柜的作用和选择
2.4.110kV高压开关柜的作用
10kV高压开关柜是一种广泛应用于配电系统的电器装置，是多个电气设备的组合，其中的设备以高压开关为主[3]。
在电力系统中，10kV高压开关柜得到很广泛的应用，它可以用于接收和分配电能，并对线路进行控制、测量、调整和保护；为方便输送和倒换电力负荷，可以对10kV及其以下的正常电力线路进行关合和开断操作；隔开电力线路；为保证电力系统的安全、稳定运行，可以退出电力系统中的故障设备或者故障线路段[4]。
2.4.210kV高压开关柜的选择
10kV变配电所几乎都选用成套开关柜，高压开关柜按结构可分为固定式、移开式。
固定式开关柜中主要有KGN和XGN系列；移开式开关柜主要有JYN和KYN系列。
移开式或手车式柜的代号用大写字母Y表示：
柜内的主要电器元件是安装在可抽出的手车上的，手车柜有很好的互换性，可以大大提高供电的可靠性。
铠装式手车柜的特点是柜型采用积木式结构，开关柜由手车室、母线室、电缆室、继电仪表室四部分组成。
这种柜型具有检修方便、安全，供电可靠性高等优点，并且能满足高压开关柜应具有的“五防”功能要求。
固定式柜用大写字母G表示：
柜内所有的电器元件均为固定式安装的，固定式开关柜比较简单经济。
其特点是隔室数目少于铠装型和间隔型，板的防护等级达不到规定的要求，结构简单，代表产品是XGN系列等。
综合各种柜的特点及运行中的情况，10kV变配电所推荐使用移开式、铠装型柜[5]。
3小型工厂变配电所主接线图设计
3.1计算容量和负荷
3.1.1用需要系数法求各用电设备组和低压干线的计算负荷
调查知某车间380V低压干线接有如下设备：
①生产设备用电动机：
7kW3台，4.5kW8台，2.8kW17台，1.7kW10台。
（取Kd=0.2）
②吊车电动机：
εN=15％时铭牌容量为18kW、cosφ=0.7共2台，互为备用。
③专用通风机：
2.8kW20台，（取Kd=0.8）
显然，各组用电设备工作性质相同，需要系数相同，因此先求出各用电设备组的计算负①冷加工机床组
设备容量Pe
（1）=7×3+4.5×8+2.8×17+1.7×10 =121.6（kW）
取Kd=0.2，cosφ=0.5，tanφ=1.73,则
P30
（1）=KdPe
（1）=0.2×121.6=24.32（kW）
Q30
（1）=P30
（1）tanφ=24.32×1.73=42.07（kvar）
②吊车组（备用容量不计入）
表2负荷计算表
编
号
名称
类别
设备容量（P/kW）
需要系数（Kd）
cosφ
tanφ
计算负荷
P30//kW
Q30//kvar
S30//kVA
I30//A
1
铸造车间
动力
300
0.3
0.7
1.02
90
91.8
－
－
照明
6
0.8
1.0
0
4.8
0
－
－
小计
306
---
94.8
91.8
132
201
2
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
1.17
105
123
－
照明
8
0.7
1.0
0
5.6
0
－
－
小计
358
－
110.6
123
165
251
3
热处理
车间
动力
150
0.6
0.8
0.75
90
67.5
－
－
照明
5
0.5
2.0
0
4
0
－
－
小计
155
－
94
67.5
116
176
4
电镀车间
动力
250
0.5
0.8
0.75
125
93.8
－
－
照明
5
0.8
1.0
0
4
0
－
－
小计
255
－
129
93.8
160
244
5
仓库
动力
20
0.4
0.8
0.75
8
6
－
－
照明
1
0.8
1.0
0
0.8
0
－
－
小计
21
－
8.8
6
10.7
16.2
6
工具车间
动力
360
0.3
0.6
1.33
108
144
－
－
照明
7
0.9
1.0
0
6.3
0
－
－
小计
367
－
114.3
144
184
280
7
金工车间
动力
400
0.2
0.65
1.17
80
93.6
－
－
照明
10
0.8
1.0
0
8
0
－
－
小计
－
88
93.6
128
194
8
锅炉房
动力
50
0.7
0.8
0.75
35
26.3
－
－
照明
1
0.8
1.0
0
0.8
0
－
－
小计
51
－
35.8
26.3
44.4
67
9
装配车间
动力
180
0.3
0.7
1.02
54
55.1
－
－
照明
6
0.8
1.0
0
4.8
0
－
－
小计
186
－
58.8
55.1
80.6
122
10
机修车间
动力
160
0.2
0.65
1.17
32
37.4
－
－
照明
4
0.8
1.0
0
3.2
0
－
－
小计
164
－
35.2
37.4
51.4
78
11
生活区
照明
350
0.7
0.9
0.48
245
117.6
272
413
总计（380V侧）
动力
2220
1015.3
856.1
－
－
照明
403
计入KΣp=0.8
KΣp=0.8
0.75
812.2
727.6
1090
1656
设备容量Pe
（2）=2√εN＊PN=2×√0.15×18=13.94（kW）
取Kd=0.15，cosφ=0.5，tanφ=1.73，则
P30
（2）=KdPe
（2）=0.15×13.94=2.09（kW）
Q30
（2）=P30
（2）tanφ=2.09×1.73=3.62（kvar）
③通风机组
设备容量Pe（3）=20×2.8=56（kW）
取Kd=0.8，cosφ=0.8，tanφ=0.75,则
P30（3）=KdPe（3）=0.8×56=44.8（kW）
Q30（3）=P30（3）tanφ=44.8×0.75=33.6（kvar）
④低压干线的计算负荷（取K∑1=0.9）
总有功功率P30=K∑1［P30
（1）+P30
（2）+P30（3）］
=0.9×（24.32+2.09+4.48）
=27.80（kW）
总无功功率 Q30=K∑1［Q30
（1）+Q30
（2）+Q30（3）］
=0.9×（42.07+3.62+3.36）
=44.14（kvar）
总视在功率 S30=√P230+Q230=27.802+44.142
=52.17（kV·A）
总计算电流 I30=S30/√3UN=52.17/√3×0.38
=79.27（A）
计算结果如上页表2所示。
（1）无功功率补偿
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进线侧最大负荷功率因数不低于0.90。
考虑到主变压器的无功损耗大于有功损耗，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：
Qc=Psc（tanψ1-tanψ2）=812.2[tan（arccos0.75）-tan（arccos0.92）]kvar=370kvar
选PGJ1型低压自动补偿屏，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台相组合，总共容量84kvar×5=420kvar。
计算结果如表3所示。
表3补偿负荷表
项目
cosφ
计算负荷
P30//kW
Q30//kvar
S30//kVA
I30//A
3
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