1、一、设计任务书（一）设计题目某机械厂降压变电所电气一次设计（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，选择变电所主结线及高低压设备和进出线，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。（三）设计依据1.工厂总平面图 工 厂 生 活 区生 活 区 的负 荷 中 心 河 流桥公 共 电 源 干 线邻 厂 10厂 门大 街大 街 后 厂 门厂 区 北某 机 械 厂 总 平 面 图 比 例 1:202.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
2、5000h，日最大负荷持续时间为 8h。该厂筹造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为 380V。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。3.供电电源情况：按照工厂与当地供电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。该干线的走向参看工厂总平面图（附图 1-4） 。该干线的导线品牌号为 LGJ-185,导线为等边三角形排列，线距为 2.0m。干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约 10km.干线首端所装设的高压断路器断流容量为 500MWA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过
3、电流保护整定的动作时间为 1.2s。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 100km，电缆线路长度为 25km。表 1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kw 需用系数 功率因数动力 400 0.4 0.701 铸造车间 照明 10 0.8 1.00动力 300 0.2 0.652 锻造车间 照明 10 0.8 1.00动力 350 0.2 0.653 金工车间 照明 10 0.7 1.00动力 380 0.2 0.604 工具车间 照明 10 0.8 1.00动力 260 0.5 0.805 电镀车间
4、 照明 7 0.7 1.00动力 200 0.5 0.756 热处理室 照明 8 0.7 1.00动力 150 0.4 0.707 装配车间 照明 5 0.8 1.00动力 150 0.3 0.608 机修车间 照明 4 0.7 1.00动力 80 0.7 0.89 锅炉房 照明 1 0.9 1.00动力 25 0.4 0.8010 仓库照明 1 0.9 1.0011 生活 区 动力 300 0.8 1.004.气象条件：本厂所在地区的年最高气温为 38，年平均气温为 23，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 0.8m 处的平均温度为25。当
5、地主导风向为东北向风，年暴日数为 20。5.地质水文条件：本厂所在的地区平均海拔 500m。地层以砂粘土（土质）为主；地下水位为 4m。6.电费制度：本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费交电费。每月基本电费按主变压器容量计为 20 元/KVA ，动力电费为 0.3 元/kwh，照明（含家电）电费为 0.5 元/kwh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于 0.95.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供电贴费：610KV 为 800 元/KVA。（四）设计任务要求在规定时间内独立完成下列工作量：1、 设计说明书 1 份，需包括：1）
6、 封面及目录2） 前言及确定了赋值参数的设计任务书3） 负荷计算和无功功率补偿4） 变电所位置和型式的选择5） 变电所主变压器台数、容量、类型及主结线方案的选择6） 短路电流的计算7） 变电所一次设备的选择与校验8） 变电所高、低压进出线的选择与效验9） 附录及参考文献10） 设计收获和体会2、 设计图纸 1 份变电所主结线图 1 张（3 号图纸）（五）设计时间第二章(一)负荷计算和无功功率补偿1. 负荷计算个厂房和生活区的负荷计算如表 1 所示表 2 某机械厂负荷计算表计算负荷编号 名称 类别 设备容量需要系数 cos tan P30/Kw Q30/Kw S30/KVA I30/A动力 40
7、0 0.4 0.7 1.02 160 163.2 - -照明 10 0.8 1 0 8 0 - -1 铸造车 间小计 410 - 168 163.2 234 356动力 300 0.2 0.65 1.17 60 70.15 - -照明 10 0.8 1 0 8 0 - -2 锻压车 间小计 310 - 68 70.15 97.7 149动力 350 0.2 0.65 1.17 70 81.83 - -照明 10 0.7 1 0 7 0 - -3 金工车 间小计 360 - 77 81.83 112 170动力 380 0.2 0.6 1.33 76 101.33 - -照明 8 0.8 1 0
8、 6.4 0 - -4 工具车 间小计 388 - 82.4 101.33 131 199动力 260 0.5 0.8 0.75 130 97.5 - -照明 7 0.7 1 0 4.9 0 - -5 电镀车 间小计 267 - 134.9 97.5 166 253动力 200 0.5 0.75 0.78 100 78 - -照明 8 0.7 1 0 5.6 0 - -6 热处理 室小计 208 - 105.6 78 131 199动力 150 0.4 0.7 1.02 60 61.2 - -照明 5 0.8 1 0 4 0 - -7 装配车 间小计 155 - 64 61.2 88.6 13
9、5动力 150 0.3 0.6 1.33 45 60 - -照明 4 0.7 1 0 2.8 0 - -8 机修车 间小计 154 - 47.8 60 76.7 1179 锅炉房 动力 80 0.7 0.8 0.75 56 42 - -照明 1 0.9 1 0 0.9 0 - -小计 81 - 56.9 42 70.7 108动力 25 0.4 0.8 0.75 10 7.5 - -照明 1 0.9 1 0 0.9 0 - -10 仓库小计 26 - 10.9 7.5 13.2 2011 生活区 照明 300 0.8 1 0 240 0 240 365动力 2295照明 364 1055.5
10、762.71 - -总计(380V 侧)计入 Kp=0.85 Kq=0.9 0.79 897.18 686.44 1129.66 1718.382. 无功功率补偿 由表 2 可知，该厂 380 侧最大负荷是的功率因数只有 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应低于 0.95。考虑到主变电器的无功损耗远大于有功损耗，因此 380V 侧最大负荷时功率因数应稍大于0.95，暂取 0.92 来计算 380V 侧所需无功功率补偿容量：Qc=P30(tan1 -tan2)=897.18tan(arccos0.79)-tan(arccos0.97)=471 kvar参照图，选
11、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 2（主屏）1 台与方案 3（辅屏-）6 台相组合，总共容量84kvar6=504kvar。因此无功功率补偿后工厂 380V 侧和 10KV 侧的负荷计算如表所示计算负荷项目cos P30/KW Q30/kvar S30/KVAI30/A380V 侧补偿前负荷0.79 897.18 686.44 1129.66 1718.38380V 侧无功补偿容量-504380V 侧补偿后负荷0.98 897.18 182.44 915.54 1392.67主变压器功率损耗0.015S30=14.04 0.06S30=56.161
12、0KV 侧负荷总计0.97 911.22 238.6 941.94 54.45第三章(二)变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按功率矩法来确定，计算公式为 x= (P1x1+P2x2+P3x3+)/( P1+P2+P3+）=(PiXi)/ Pi,y=（P1y1+P2y2+P3y3）/(P1+P2+P3+) =(PiYi)/ Pi。计算：x=4.22 y=3.97由计算结果可知，工厂的负荷中心在 2，3，5，6 号车间之间。考虑到方便进出线，周边环境及交通情况，决定在 5 号车间的西侧仅靠车间修建工厂变电所，其形式为附设式。第四章（三）变电所主变压器和主结线
13、方案的选择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可有下列两种方案：（1） 装设一台主变压器 型式采用 S9，而容量根据式 SN*TS30，选SN*T=1000KVAS30=906.05A,即选一台 S9-1000/10 型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。（2） 装设两台主变压器 型号亦采用 S9，二每台容量按式 SN*T(0.6-0.7)S30 和 SN*TS30(+)，即SN*T（0.6-0.7）906.05VA=（543.63-634.235）KVA而且 SN*TS30(+)=(234+166+70.7
14、)KVA=470.7KVA因此选两台 S9-630/10 型低损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组别均采用 Yyn02 变电所主结线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种主结线方案：（1） 装设一台主变压器的主结线方案 如图所示(见附图 1)（2） 装设两台主变压器的主结线方案 如图所示(见附图 2)（3） 两种主结线方案的计算经济比较 表表表 11-6 两种主结线方案的比较比较项目 装设一台主变的方案（图 11-5） 装设两台主变的方案（图 11-6）供电安全性 满足要求 满足要求供电可靠性 基本满足要求 满足要求供电
15、质量 由于一台主变，电压损耗略大 由于两台主变并列，电压损耗略小灵活方便性 只一台主变，灵活性稍差 由于有两台主变，灵活性较好技术指标扩建适应性 稍差一些 更好一些电力变压器的综合投资额由表 2-8 查得 S9-1000 单价为 10.76万元，而由表 4-1 查得变压器综合投资约为其单价的 2 倍，因此其投资为 2*10.76 万元=21.52 万元由表 2-8 查得 S9-630 单价为 7.47 万元，因此两台综合投资为 4*7.47 万元 =29.88 万元，比 1 台主变方案多投资 8.36 万元经济指标高压开关柜的综合投资额查表 4-10 得 GG-1A（F）型柜按每台 3.5 万
16、元计，查表 4-1 得其综合投资按设备价 1.5 倍计，因此其综合投资约为 4*1.5*3.5 万元=21 万元本方案采用 6 台 GG1A(F)柜，其综合投资约为 6*1.5*3.5 万元 =31.5万元，比 1 台主变的方案多投资 10.5 万元电力变压器和高压开关柜的年运行费参照表 4-2 计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为4.893 万元主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为 7.067 万元，比 1 台主变的方案多耗 2.174 万元交供电部门的一次性供电贴费按 800 元 /KVA 计，贴费为1000*0.08 万元 =80 万元贴费为 2*630*0.08 万元=
17、100.8 万元，比 1 台主变的方案多交 20.8 万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案（图）略优于装设一台主变的主结线方案（图） ，但按经济指标，则装设一台主变的方案（图）远优于装设两台主变的方案（图） ，因此决定采用装设一台主变的方案（图） 。 （说明：如果工厂负荷近期可有较大增长的话，则宜采用装设两台主变的方案。 ）第五章(四)短路电流的计算1.绘制计算电路 系 统(1)(2)350MVA2.确定基准值 设 Sd=100MVA，U d=Uc,即高压侧 Ud1=10.5KV，低压侧 Ud2=0.4KV，则kAvMVIdddd 14.035.2221 3. 计算短路电路
18、中各元件的电抗标幺值(1) 电力系统2.05/10*MVAkAX（2）架空线路 查表 8-36，得 LGJ-185 的 x0=0.35/km，而线路长 10km，故.3).1()3.(2*K（3）电力变压器 查表 2-8，得 UZ%=4.5,故5.4015.4*VA因此绘等效电路图，如图 11-8 所示4. 计算 k-l 点(10.5kv 侧) 的短路总电抗及三相短路电流和短路容量(1 )总电抗标幺值 4.32.0*21*)( Xk（2）三相短路电流周期分量有效值 kAkIkdk 6.15.*)1(1)3(其他短路电流 KAIIkishk45.251.)3()3( )3(1)()3(（4）三相
19、短路容量 MVAVXSkdk 25.31.0*)1()3(1 5. 计算 k-2 点(0.4KV 侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值 9.7542.30*32*1*)2( XXk（2）三相短路电流周期分量有效值 kAkIkdk .189.74*)2(2)3(（3）其它短路电流 IIk.)3(2)()( kAIIish 8.19.09.1. 5384)3()3( （4）三相短路容量 MVXSkdk 7.2*)()3(2以上计算结果综合如表 11-7 所示.表 11-7 短路计算结果三相短路电流/KA 三相短路容量/MVA短路计算点 )3(KI）（ 3)(I)3(shi
20、)(iI)3(kSk-1 1.62 1.62 1.62 4.13 2.45 31.25k-2 18.2 18.2 18.2 33.5 19.8 12.7第六章(五)变电所一次设备的选择校验1.10KV 侧一次设备的选择校验（表 11-8）表 11-8 10kv 侧一次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 热稳定度其他参数 UN I30 Ik ish I ）（ 3装置地点条件 数据 10KV 53.7(I1NT) 1.62KA 4.13KA 3.4额定参数 UN IN IOC imax Itt高压真空断路器 SN10-10I/63010KV 630A 8KA 20KA 128
21、高压隔离开关GN8-10/20010KV 200A - 25.5KA 500高压熔断器RN2-1010KV 0.5A 50KA - -一次设备型号规格电压互感器 10/0.1KV - - - -JDJ-10电压互感器JDZJ-10 / KV310.- - - -电流互感器LQJ-1010KV 100/5A -255 20.1KA=31.8kA81 二次负荷0.6避雷器 FS4-10 10KV - - - -户外式高压隔离开关 GW4-15G/20015KV 200A -2、 380 侧一次设备的选择校验（表 11-9）表 11-9 380 侧一次设备的选择校验选择校验项目 电压 电流 断流能力
22、动稳定度热稳定度其他参数 UN I30)3(kI)3(shitima2)3(I装置地点条件数据 380KV 1378.25A 18.2KA 33.5KA 231.8额定参数 UN IN IOC imax tI2低压断路器DW15-1500/3 电动380V 1500A 40KA低压断路器DZ20-630380V 630A 一般30KA低压断路器DZ20-200380V 200A 一般25KA低压到开关HD13-1500/30380V 1500A -电流互感器LMZJ1-0.5500V 1500/5A -一次设备型号规格电流互感器LMZ1-0.5500V 160/5A 100/5A-表 11-9
23、 所选设备均满足要求3.高低压母线的选择 参照表 5-25，10KV 母线选 LMY3（404） ，即母线尺寸为 40mm4mm:；380V 母线选 LMY3（12010）806，即相母线尺寸为 120mm10mm，中性母线尺寸为 80mm6mm。第七章（六）变电所进出线和与临近单位联络线的选择110KV 高压进线和引入电缆的选择（1）10KV 高压进线的选择校验 采用 LJ 型铜绞线架空敷设，接往 10KV 公用干线。1)按发热条件选择。由 I30=I1NT=53.7A 及室外环境温度 38，查表 8-36，初选 LGJ-185，其 38时的 Ial416A I 30，满足发热条件。2)校验
24、机械强度。查表 8-33，最小允许截面 Amin=25mm2，因此 LGJ-185 满足机械强度要求，故改选 LJ-35。由于此线路很短，不需要校验电压损耗。（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用 YJL22-10000 型交联聚乙烯绝缘的铜芯电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择。由 I30=I1NT=53.7A 及土壤温度 25 查表 8-43，初选缆芯为 25 mm2 的交联电缆，其 Ial=90AI 30，满足发热条件。2)校验短路热稳定。按式（5-40）计算满足短路热稳定的最小截面式中的 C 值由表 5-12222)3(min 575.0196mAmCtimaA 查得。
25、因此 YJL22-10000-325 电缆满足要求。2.380V 低压出线选择(1)馈电给 1 号厂房(铸造车间 )的线路采用 VV22-1000 型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。1)按发热条件选择。由 I30=356A 及地下 0.8m 土壤温度为 25，查表 8-42，初选240mm2，其 Ial=319AI 30，满足发热条件。 （注意：如当地土壤温度不为 25，则其 Ial 应乘以表 8-44 的修正系数。 ）2)校验电压损耗。由图 11-3 所示平面图量得变电所至 1 号厂房距离约 50m，而由表 8-41 查得 240mm2 的铜芯电缆的 R0=0.1/km(按缆芯工作温度 7
26、5计)，X 0=0.07/km,又 1 号厂房的 P30=160kw,Q30=163.2kvar,因此按式(8-13)得； vkvkwU 94.38. 5.07(ar216)5.(160 %038/94.%alUv满足允许电压损耗 5%的要求。3)短路热稳定度校验。按式(5-40)求满足短路热稳定度的最小截面 22)3(min 0.194765.0182mCtimaIA式中 tima变电所高压侧过电流保护动作时间按 0.5 秒整定(终端变电所) ，再加上断路器断路时间 0.1 秒，再加 0.05 秒(参看式 5-33)。由于前面所选 120mm2 的缆芯截面小于 Amin，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯150mm2 的聚氯乙烯电缆，即 VV22-1000-3240+1120 的四芯电缆( 中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同)。(2)馈电给 2 号厂房(锻压车间 )的线路 亦采用 VV22-1000 聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设。( 方法同上，从略)缆芯截面选 240mm2，即 VV22-1000-3240+1120 的四芯电缆。(3)馈点给 3 号厂房(热处理车间 )的线路 亦采用 VV22-1000 聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直
