1、本 科 毕 业 设 计某冷镦车间变电所电气设计所在学院 专业班级 电气工程与自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 II摘 要本设计是依据国家的有关法令、标准和规范要求以及该车间三级负荷对供电要求，制定设计方案和供电措施。在该设计中，依据已知的设计要求和原始资料，建立起适合自身生产和发展需要的供电系统。本次设计包括：计算车间的负荷计算及无功补偿、确定车间变电所的所址和型式、确定车间变电所主变压器型式、容量和台数及主结线方案、短路计算并选择一次设备、选择车间变电所高低进出线截面、选择电源进线的二次回路及整定继电保护、选择低压配电系统的导线及控制保护设备，以及确定车间低压配电系统
2、布线方案。并且，根据设计要求，绘制车间变电所主结线电路图，绘制车间低压配电系统和干线平面布线图。本次设计的内容紧密结合实际，通过查找大量相关资料，设计出符合当前要求的变电所。车间变电所位于车间的负荷中心，不但可以降低电能损耗和有色金属的消耗量，而且能减少输电线路上的电压损耗可以保证供电的质量。同时，考虑到工业生产中用电负荷变化大、自然功率因数低的特点，本设计中无功补偿将采用并联电容器的方法，以减少生产过程中的电能损耗和电压损失，以此提高效能。众所周知，一个稳定可靠的供电系统，有助于工厂增加产品产量，提高产品质量，降低生产成本，增加企业经济效益。关键字：变电所；负荷计算；无功补偿；继电保护III
3、AbstractOn the basis of our countrys relevant laws, regulations, standards and requirements for power supply of the third load workshop, this design aims to formulate a design scheme and the power supply measures. According to the design requirements and primitive materials, the author tries to esta
4、blish suitable production and power supply system. The design includes calculating the load of the workshop and determining the address and workshop substation type, workshop main transformer substation type, the capacity, the numbers and main line scheme, and choosing the power into line the second
5、ary circuit and set relay protection, selecting low voltage distribution system of wires and control protection equipments, and making sure the workshop wiring plan of low voltage distribution system. This design combines the fact closely and meets the requirements of the substation by searching a l
6、arge number of related materials. The substation is located in the center of workshop, which can not only reduce the power loss and nonferrous metal consumption, but also the voltage loss on the transmission power and guarantee the quality. Meanwhile, the design tries to draw the workshop substation
7、 lord line, workshop circuit diagram of low voltage distribution system and mainline plane wiring diagram based on the requirements. To reduce the power loss during the production process and improve the efficiency, the design applies the parallel capacitor in consideration of the big change of elec
8、trical load and low natural power.As everyone knows,A stable and reliable power supply system,helps to increase product , improve product quality, reduce the production costs and increase enterprise economic benefits.Key word electric power substation; load calculation; reactive compensation; relay
9、protectionIV目 录前 言 .1第 1 章 概 述 .21.1 工厂供电的意义以及基本要求 .21.2 工厂供电设计的原则 .21.3 设计任务以及设计原始资料 .31.3.1 设计任务 .31.3.2 设计原始资料 .31.4 设计内容及步骤 .4第 2 章 负荷计算及无功补偿 .62.1 车间的负荷计算 .62.1.1 负荷的定义及分级 .62.1.2 负荷计算的方法 .62.1.3 冷镦车间设备的负荷计算 .72.1.4 工具、机修车间设备的负荷计算 .132.1.5 车间变电所低压母线负荷计算 .132.2 无功功率补偿设计 .142.2.1 车间变电所的无功补偿计算 .14
10、2.2.2 无功补偿装置选择 .15第 3 章 车间变电所的所址和型式 .163.1 车间变电所选址 .163.2 车间变电所型式和选择 .163.2.1 车间变电所的型式 .163.2.2 车间变电所型式的选择 .16第 4 章 车间变电所主变压器的确定 .174.1 电力变压器类型确定 .174.2 变压器台数的确定 .174.3 变压器容量的确定 .17V第 5 章 变电所主结线方案设计 .195.1 变电所主结线的选择要求 .195.2 变电所两种主结线方案的比较 .19第 6 章 短路电流计算 .216.1 短路电流及算法 .216.2 短路电流计算 .21第 7 章 变电所一次设备
11、的选择与校验 .247.1 一次设备概述 .247.2 一次设备选择的一般原则 .247.2.1 按在正常工作条件下选择电气设备 .247.2.2 按在短路故障条件下选择电气设备 .257.3 10kV 侧一次设备的选择与校验 .267.4 380V 侧一次设备的选择与校验 .26第 8 章 变电所进出线选择及校验 .298.1 导线选择要求 .298.2 变电所进出线选择及校验 .29第 9 章 继电保护和二次回路方案 .319.1 继电保护装置的选择和整定 .319.1.1 继电保护装置的基本要求 .319.1.2 电力变压器的保护 .319.1.3 电力变压器继电保护的整定计算 .329
12、.1.4 电力变压器继电保护的选择 .329.2 二次回路的选择 .339.2.1 高压断路器的操动机构控制与信号回路 .339.2.2 绝缘监察装置与测量仪表的选择 .34小 结 .35致 谢 .36参考文献 .37附录 1 车间平面布置图 .38附录 2 车间设备明细表 .39附录 3 工具、机修车间负荷计算表 .40VI附录 4 冷镦车间供电系统图 .41附录 5 冷镦车间布线图 .421前 言变电所(substation)就是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、潮流（电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功
13、率的流向及分布）控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。电力变电所又分为输电变电所、配电变电所和变频所。这些变电所按电压等级可分为中压变电所（60 千伏及以下） 、高压变电所（110220 千伏） 、超高压变电所（330765 千伏）和特高压变电所（1000 千伏及以上） 。按其在电力系统中的地位可分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。其中 ，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是
14、变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。一般变电所需装 23 台主变压器；330 千伏及以下时，主变压器通常采用三相变压器，其容量按投入 5 10 年的预期负荷选择。此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求 。变电所继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。变电所的控制方式一般分为直接控制和选控两大类。前者指一对一的按
15、纽控制。对于控制对较多的变电所，如采用直接控制方式，则控制盘数量太多，控制监视面太大，不能满足运行要求，此时需采用选控方式。选控方式具有控制容量大、控制集中、控制屏占地面积较小等优点；缺点是直观性较差，中间转换环节多。现代工业生产中，电能以既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；而且电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化的优势在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。因而，工厂变电所设计的研究意义已经不仅仅只局限于有其深刻的理论意义，而且有重要的工厂实际应用。在工厂变电所理论与方法的研究和应用中，特别是在工厂实际应用中，也
16、存在一定的可行性的试验问题。首先，必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策，做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品；再次，应根据工厂特点、规模和发展规划，正确处理近期建设生产与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性；最后，按负荷性质、用电容量、地区供电条件等，合理制定设计方案，工厂变电所设计是整个工厂设计中的重要组成部分。理论结合实际依然是不变的真理，工厂变电所设计也依然是世界工业化进程中不断更新发展的重大课题之一。2第 1 章 概 述1.1 工厂供电的意义以
17、及基本要求工厂供电（plant power supply） ，是指工厂所需电能的供应和分配，也称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，也易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化，而且现代社会的信息技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础上的。因此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的比重一般很小。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者投资总额中所占的比重多少，而是在
18、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，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一个方面说，如果工厂供电突然中断，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。工厂供电工作要很好的为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能和环保工作，就必须达到以下基本要求：（1）安全 在电能的应用、分配和使用中，不应该发生人身事故和设备事故；（2）可靠 应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求；（3）优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求；（4）经
19、济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。1.2 工厂供电设计的原则按照国家标准 GB50052-95供配电系统设计规范 、GB50053-94 10kV 及以下设计规范 、GB50054-95低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：1.遵守规程、执行政策必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属，不破坏生态环境等技术经济政策。2.安全可靠、先进合理应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量符合要求，技术先进和经济合理，并采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。3.近期为主、考虑发展应根据工作特点
20、、企业规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，并适当考虑扩建的可能性。4.全局出发、统筹兼顾按企业要求和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的3重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。 1.3 设计任务以及设计原始资料1.3.1 设计任务根据设计的原始资料完成对某标准厂冷镦车间低压配电系统及车间变电所的设计。1.3.2 设计原始资料1. 车间平面布置图 如附录 1 所示。2. 车间生产任务及产品规格 本车间主要承担全国机械及电器制造工
21、业的标准螺钉配件生产。标准螺钉元件规格范围为 M3-M16。3. 车间设备明细表 如附录 2 所示。4. 车间变电所的供电范围1）本车间变电所设在冷镦车间东北角，除为冷镦车间供电外，尚需为工具、机修车间供电。2）工具车间要求车间变电所低压侧提供四路电源。3）机修车间要求车间变电所低压侧提供一路电源。4）工具、机修车间负荷计算表 如附录 3 所示。5车间负荷性质 车间为三班工作制，年最大有功负荷利用小时数为 4500h，属于三级负荷。6.供电电源条件1）本车间变电所从本厂 35/10kV 总降压变电所用电缆线路引进 10KV 电源，如图 1.1 所示。电缆线路长 200m。图 1.1 引入车间变
22、电所线路2）工厂总降压变电所 10kV 母线上的短路容量按 200MVA 计。3）工厂总降压变电所 10kV 配电出线定时限过流保护装置的整定时间 。1.5opts4）要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于 0.9。5）要求在车间变电所 10kV 侧计量。7.车间自然条件（1）气象资料41）车间内最热月的平均温度为 30。2）地中最热月的平均温度为 20。3）土壤冻结深度为 1.10m。4）车间环境，属正常干燥环境。（2）地质水文资料 车间原址为耕地，地势平坦。地层以砂粘为主。地下水位为 2.8-5.3m。1.4 设计内容及步骤标准冷镦车间低压配电系统及车间变电所的设计，是根据车间符合数量和
23、性质，生产工艺负荷的要求，以及负荷布局，同时综合考虑安全可靠，经济效益等问题。1. 车间的负荷计算及无功补偿1）车间变电所的负荷计算，是采用需要系数法来确定的。考虑车间变电所变压的功率损耗，从而列出负荷计算表，得出计算结果。2）无功补偿，工厂中普遍采用并联电容器来补偿供电系统中的无功补偿。按负荷计算求出车间变电所的功率因数，通过查表或者计算出达到供电部门要求的所需的值。2. 确定车间变电所的所址和型式综合车间布局、进线方向、气象等因数，以及扩建和备用的需要，确定车间变电所的所址和形式。3. 确定车间变电所主变压器类型，容量和台数根据负荷特点和经济运行要求，以及扩建和备用的需要进行选择主变压器型
24、号及其台数、容量。4. 变电所主结线方案变电所的主结线方案，应该根据变电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并满足安全、可靠、灵活和经济等要求。同时，设计变电所主结线方案时，还应按所选主变压器的台数和容量以及负荷对供电可靠性的要求，初步确定 2-3 个较为合理的主结线方案，从中选择最优方案。5. 短路电流计算工厂用电，通常为国家电网末端负荷，其容量运行小于电网容量，因此本设计车间可按无限大容量系统供电进行短路计算，求出各短路点的三相短路电流及相关参数。6.变电所一次设备的选择与校验为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按下列 4 种条件选择和校验：1） 按正常工作条件，包括电压、电流、频率、开断电流等选择。2） 按短路条件，包括动稳定和热稳定来校验。3） 考虑电气设备运行的环境条件如温度、湿度、海拔以及有无防尘、防腐、防火、防暴等要求。4）按各类设备的不同特点和要求如断路器的操作性能、互感器的二次负荷和准确级等进行选择。7. 选择车间变电所高低进出线为确保供电系统安全可靠地运行，对变电所高低压进出线及进出线截面选择时，必须满足：进出线在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运
