红光机械厂.docx

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红光机械厂

第1章设计任务1

1.1设计要求1

1.2设计依据1

1.3设计任务2

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章变压器的选择及主接线方案的确定.7

3.1变电所主变压器台数和容量7

3.2主接线方案的技术经济比较.8

第4章短路电流的计算11

4.1绘制计算电路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

4.4k-1点（10.5kV侧）的相关计算.12

4.5k-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

5.110kV侧一次设备的选择校验14

5.2380V侧一次设备的选择校验16

5.3高低压母线的选择.17

第6章变压所进出线与邻近单位联络线的选择.18

6.110kV高压进线和引入电缆的选择18

6.1.110kV高压进线的选择校验18

6.1.2由高压配电室至主变压器的一段引入电缆的选择校验18

6.2380低压出线的选择18

6.3作为备用电源的高压联络线的选择校验.21

第7章降压变电所防雷与接地装置的设计.23

7.1变电所的防雷保护23

7.1.1防直击雷保护23

7.1.2雷电侵入波的防护23

第8章二次回路方案的选择.24

第9章设计总结26

参考文献27

附录红光机械厂降压变电所主接线图.28

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25E。

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

0.65J

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

1n

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

0.651

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

0.81

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：

Q30P30tan，S30P30Q30得：

1.铸造车间：

动力部分

2.锻压车间：

动力部分,

3.金工车间：

动力部分,

4.工具车间：

动力部分,

P30（41）3600.3kw108kw

Q30（41）108

1.33kvar143.64kvar

S30（41）

1082143.642179.71kV

AI30（41）

179.71

A276.48A

1.7320.38

照明部分，P30（42）70.9kw0.36kw

Q30（42）0

5.电镀车间：

动力部分,

P30（51）2500.5kw125kwQ30®）

1250.74kvar92.5kvar

S30（51）125292.52125.36kVA

130（51）

125.36

A

1.7320.38

192.86A

照明部分，巴0（52）50.8kw4kw；

Q30（52）0

6.热处理车间：

动力部分,

卩30（61）1500.6kw90kwQ30（61）

900.74kvar66.6kvar

Ss0（61）.90266.62111.95kVA

I111.95A

130（61）A

（）1.7320.38

172.23A

照明部分，P30（62）50.8kw4kw

Q30（62）0

7.装配车间：

动力部分,

P30（71）1800.3kw48kwQs。

®）

48

1.02kvar48.96kvar

S30（71）、48248.96268.56kVA

130（71）

68.56

A

1.7320.38

105.48A

照明部分，巳。

（72）60.8kw

4.8kw

Q30（72）

8.机修车间：

动力部分,

P30（81）1600.2kw32kw

Q30（81）32

1.16kvar

37.12kvar

S30（81）、32237.12249kV

49

30（81）

A75.38A

1.7320.38

照明部分，P30（82）40.8kw

3.2kw

Q30（82）0

9.锅炉房：

动力部分,

P30（91）500.7kw35kw

Q30（91）350.74kvar

25.9kvar

S30（91）35225.9245.53kVAI

45.53

30（91）

1.732

A70.05A

0.38

照明部分，P30（92）10.8kw0.8kw；

Q30（92）

10.仓库：

动力部分

P30（仙）200.4kw8kw

Q30（仙）80.48kvar3.84kvar

S30（仙）823.8428.8kvA

130（101）

13.5A

1.7320.38

照明部分，息（102）1kw0.80.8kw；Q30（102）

11生活区照明P30（111）350kw0.7245kw；

Q30（111）

取全厂的同时系数为：

Kp0.95，Kq0.97，则全厂的计算负荷为:

另外，所有车间的照明负荷：

P3076.5kw

11

P30p30（i1）P300.95（96676.5245）990.38kw

i1

11

Q300.97Q30（in0.977254.96703.21kvar

i1

S30990.382703.212

121464

1214.64kvA；I30A1868.68A

1.732.38

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：

S301214.64kvA

这时低压侧的功率因数为:

990.38

COS

（2）

1214.64

0.82

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：

cos'0.95。

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:

Qc990.38（tanarccos0.82tanarccos0.95）kvar366.44kvar

取:

Qc=370kvar则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：

S'30990.382（703.21370）21044.93kvA

变压器的功率损耗为:

PTO.O15S30

（2）0.0151044.93kv.A15.67kw

Qt0.06S30

（2）0.061044.93kv.A62.70kvar

变电所高压侧的计算负荷为：

P30

（1）990.38kw15.67kw1006.05kw

Q30

（1）（703.21370）kw62.70kw359.91kvar

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SntS30，Snt为主变压器容

量，S30为总的计算负荷。

选Snt=1250kVA>S30=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）

Snt（0.6~0.7）S30

SNTS30（111）

代入数据可得：

Snt=（0.6~0.7）X1068.49=（641.09~747.94kVA。

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

/kVA

额定

电压

/kV

联结

组型

号

损耗/kW

空载

电流

1。

％

短路

阻抗

Uk%

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

XOF

Sfr-12501（V

220/380V

TVT7VVTVVP寸

选一个变压器方案图

ota-io^tooass

10kv

FS4-1Q

RM2-C

LOJ-10

S^8-10BOO

F54-10

5£»a-i0/™0S4

QS17

\CF12

w

苗年申.源lOkvF—

SM3^10

QSI4.

V

V

vv

Vv

LnsqlQSlo

VV

•220/380V

选两个变压器方案图

EV/F'li-lt-1,Sxa

第4章短路电流的计算

4.1绘制计算电路

（1）

K-1（3）K-2

*系统

500MVA⑵

LGJ-150,8km

10.5kVS9-12500.4kV

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

Sd100MVA

3Ud1310.5kV

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Soc=500MVA故

X1=100MVA/500MVA=0.2

2.架空线路

查表得LGJ-150的线路电抗X。

0.36/km，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Uk%=4.5，故

vUk%Sd

X3

100Sn

4.5

100

100MVA=3.6

1250kVA

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

4-2所示。

1

2「3

k-1k-2

0.2

2.6—3.6

•FTiiif

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

x（k1）XiX2=o.2+2.6=2.8

2.

三相短路电流周期分量有效值

*

Id1

5.5kA一一

1QRLrA

Ik

1*

1.96k^A

X（k1）

2.8

3.其他短路电流

I"（3）I（3）J

k3）1.96kA

j⑶

sh

2.551''（3）

2.551.96kA

5.0kA

I（3）

Ish

1.511''（3）

1.511.96kA

2.96kA

4.

三相短路容量

（3）

Sd

100MVA一—

Sk1

QCn\/A

*

35.7MVA

X（k1）

2.8

1.总电抗标幺值

2•三相短路电流周期分量有效值

I*1d2

Ik2*

X（k2）

144kA22.5kA

6.4

3.其他短路电流

I

"（3）i（3）

I（3）

1k1

22.5kA

i⑶

1sh

1.841"⑶

1.84

19.7kA

41.4kA

1⑶

sh

1.09「⑶

1.09

19.7kA

24.5kA

4.三相短路容量

S（3）

Sk2

X

Sd

100MVA

15.6MVA

*

（k2）

6.4

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

I（3）丨k

I"（3）

I⑶

i（3）ish

I（3）

Ish

S：

3）

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UNe一般不应小于所在系统的额定电压Un，即UNeUn，高压设备的额定电压UNe应不小于其所在系统的最高电压Umax，即Un°Umax。

UN=10kV,Umax=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压UNe=12kV，

穿墙套管额定电压UNe=11.5kV,熔断器额定电压UNe=12kV。

2.按工作电流选择

设备的额定电流.e不应小于所在电路的计算电流丨30，即iNe丨30

3.按断流能力选择

设备的额定开断电流I。

。

或断流容量Soc，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Ik（3）或短路容量Sk（3），即

|OLmax为最大负荷电流

IocIk3）或s03）sk3）对于分断负荷设备电流的设备来说，则为IocIOLmax，

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

imaxiSh）或ImaxI黑

imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值,

iS3）、IS3）分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值

b）热稳定校验条件I'tI⑶气ma

对于上面的分析，如表5-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。

表5-110kV一次侧设备的选择校验

选择校验项目

电压

电流

断流能力

动稳定度

热稳定度

苴

丿、

它

装置地点条件

参数

Un

IN

[⑶Ik

[（3）

1sh

I（3）2t-

1Lima

数据

10Kv

72.2A

（I（1NT））

1.96k

A

5.0kA

1.962X1.9=7.30

一次设备型号规格

额定参数

UNe

INe

Ioc

imax

It2t

高压少油断路器

SN10-10I/630

QF0

10Kv

630kA

16kA

40kA

16241024

高压少油断路器

SN10-10I/630

QF/QF

10Kv

630kA

16kA

40kA

16241024

户外隔离开关

GW4-12/400

12Kv

400A

-

25.5kA

1025500

次负荷

0.6

户内隔离开关

GN8-10/600

10KV

400A

-

20KA

1025500

高压熔断器

RN2-10

10kV

0.5A

50kA

-

-

电压互感器

JSZJ-10

10kV

-

-

-

-

电压互感器

JSJW-10

10KV

-

-

-

-

电流互感器

LQJ-10

10kV

100/5A

-

225<20.1kA

=31.8kA

（900.1）21

=81

5.2380V侧一次设备的选择校验

同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表5-2所示，所选数据均满足要求。

表5-2380V一次侧设备的选择校验

选择校验项目

电压

电流

断流能力

动稳定度

热稳定度

苴

丿、

它

装置地点条件

参数

Un

1N

1（3）

1k

1（3）

Ish

|（3）2t.

iSma

-

数据

380V

总

1607.58A

22.5kA

41.4kA

22.520.75380

-

型号规格

额定参数

UNe

1Ne

1oc

imax

It2t

-

低压断路器QF1

DW15-200

380V

200A

20kA

200A

-

-

低压断路器QF2

DW15-400

380V

300A

25kA

400A

-

-

低压断路器QF3

DW15-200

380V

200A

20kA

200A

-

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低压断路器QF4

DW15-400

380V

300A

25kA

400A

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低压断路器QF5

DW15-200

380V

200A

20kA

200A

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低压断路器QF6

DW15