1、 河南工程学院 供配电技术 课程设计 第 十四 机械厂降压变电所的电气设计 学生姓名： 罗耀文 学 院： 电气信息工程学院 专业班级： 电气工程及其自动化 1442 专业课程： 供配电技术 指导教师： 任鹏飞 2017 年 5 月 22 日 摘 要 变电所是电力系统的一个重要组成部分， 由电器设备和线路按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、 可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。 变电所供配电设计需要考虑很多方面，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况 . 利用用户数据进行负荷计算， 确定用户无功功率补偿装置。 同时进行各种变压器
2、的选择， 从而确定变电所的主接线方式， 再进行短路电流计算， 选择导线， 选择变电所高低压电气一次设备等。本变电所的设计包括了： （ 1） 总体方案的确定 ； （ 2） 负荷计算和无功功率补偿 ； （ 3） 变电 所位置和型式的选择 ； （ 4） 变电所主变压器台数、容量与类型的选择 ； （ 5） 变电所主接线方案的设计 ； （ 6） 短路电流的计算 ； （ 7） 变电所一次设备的选择和校验 ； （ 8） 变电所进出线的选择与校验 ； （ 9） 变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定 ； （ 8） 防雷 保护及接地装置的 设计。 关键词 ：负荷，短路电流 ， 设备选择，继电保护， 防雷设计
3、目 录 1.1、 工 厂供电的 意 义和 要求 .1 1.2、 工厂供电设计的一般原则 .1 1.3、 本机械厂变电所的设计内容及步骤 .2 2.1、 负荷的计算 .3 2.2、 无功功率补偿 .5 2.3、 无功补偿的主要作用及装置选择 .6 3.1、 变电所位置和型式的选择 .6 3.2、 变电所主变压器台数、容量与类型的选 .8 3.3、 变电所主接线方案的设计 .9 4.1、 绘制 短路电流 计算电路 .10 4.2、 确定基准值 .11 4.3、 计算短 路 电路中各元件的电抗标幺值 .11 4.4、 k - 1 点 三 相 短 路 电 流 计 算 .11 4.5、 k - 2 点
4、三 相 短 路 电 流 计 算 .12 5.1、 1 0 k V 侧 一 次 设 备 的 选 择 校 验 .12 5.2、 3 8 0 V 侧 一 次 设 备 的 选 择 校 验 .13 5.3、 高 低 压 母 线 的 选 择 .13 6.1、 1 0 KV 高 压 进 线 的 选 择 .13 6.2、 3 8 0 V 低 压 出 线 的 选 择 .14 7.1、 变电所二次回路方案的选择 .16 7.2、 继电保护的整定 .17 8.1、 变电所的防雷保护 .18 8.2、 变电所公共接地装置的设计 .19 9、 参考文献 .19 10.1、 附表一 变电所平、剖面图 .20 10.2、附
5、表二 变电所主接线图 .21 1 1.1、 工厂供电的意义和要求 工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配， 亦称工厂配电。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； 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。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（除电化工业外） 。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
6、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。 从另一方面来说， 如果工厂的电能供应突然中断， 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。 由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方 面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义， 因此做好工厂供电 工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要 很好地为工业生产服务， 切实保证工厂生产和生活用电的需要， 并做好节能工作， 就必须达到以下基本要求： （
7、 1） 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应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 有色金属的消耗量。 此外，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 局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 1.2、 工厂供电设计的一般原则 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
8、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2 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。 （ 3） 近期为主、考虑发展； 应根据工作特点、 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，适当考虑扩建的可能性。 （ 4） 全局出发、统筹兼顾。 按负 荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂 供电设计是整个工厂
9、设计中的重要组成部分。 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、 本机械厂变电所的设计内容及步骤 全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质， 生产工艺对负荷的要求， 以及负荷布局， 结合国家供电情况。 解决对各部门的安 全可靠，经济的分配电能问题。其基本内容有以下几方面。 1.3.1、 负荷计算 全厂总降压变电所的负荷计算， 是在车间负荷计算的基础上进行的。 考虑车 间变电所变压器的功率损耗， 从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功 率因数。列出负荷计
10、算表、表达计算结果。 1.3.2、 工厂供、配电系统短路电流计算 工厂用电，通常为国家电网的末端负荷， 其容量运行小于电网容量， 皆可按 无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短 路参数，求出不 同运行方式下各点的三相及两相短路电流。 1.3.3、 变电所高、低压侧设备选择 参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值 ，选择变电所 高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互 感器、开关柜等设备。 并根据需要进行热稳定和力稳定检验。 用总降压变电所主 结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果 1.3.4、 变电所防雷装置设计 参考本地区气象地质
11、材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围 计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号 ,并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压 、 频放电电压和最3 大允许安装距离检验以及接地 保护。 2.1、 负荷计算 目前设计单位进 行电力负荷计算主要采用的方法有： （ 1）单位指标法（单位面积耗电量法、单位产品耗电量法） ; （ 2）需要系数法 ; （ 3）二项式系数法 ; （ 4）利用系数法 ; 因为单位指标法简单和利用系数法复杂，因此设计将要选用需要系数法或者是二项式法； 又因为结合本工程的实际情况， 我选用了需要系数法这种负荷计算方法。 2.1.1
12、、 按需要系数法确定计算负荷 :(Kx 为需要系数 ) （ 1）先求各组的计算负荷 : 单组的有功计算负荷： 单组的无功计算负荷： 单组的视在计算负荷： 单组的计算电流： 编号 名称 类别 设备容量 需用系数 cos tan 计算负荷 1 铸造车间 动力 300 0.3 0.7 1.02 90 91.8 照明 7 0.9 1.0 0.00 6.3 0 小计 307 96.3 91.8 133 202.1 2 锻压车间 动力 200 0.3 0.65 1.17 60 70.2 照明 10 0.8 1.0 0.00 8 0 小计 210 68 70.2 96.4 146.5 3 金工车间 动力 3
13、50 0.3 0.65 1.17 105 122.85 照 10 0.8 1.0 0.00 8 0 NcccccccNdUSIQPSPQPKP3tan22c 4 明 小计 360 113 122.85 166.9 253.6 4 工具车间 动力 200 0.3 0.60 1.33 60 79.8 照明 10 0.9 1.0 0.00 9 0 小计 210 69 79.8 105.5 160.3 5 仓库 动力 20 0.3 0.80 0.75 6 4.5 照明 2 0.8 1.0 0.00 1.6 0 小计 22 7.6 4.5 8.8 13.4 6 热处理车间 动力 200 0.4 0.70
14、 1.02 80 81.6 照明 10 0.9 1.0 0.00 9 0 小计 210 89 81.6 120.7 156 7 装配车间 动力 200 0.4 0.70 1.02 80 81.6 照明 5 0.9 1.0 0.00 4.5 0 小计 205 84.5 81.6 117.5 178.5 8 机修车间 动力 150 0.2 0.65 1.17 30 35.1 照明 5 0.75 1.0 0.00 3.75 0 小计 155 33.75 35.1 48.7 74 9 锅炉 房 动力 80 0.7 0.78 0.80 56 44.8 照明 2 0.8 1.0 0.00 1.6 0 小计
15、 82 57.6 44.8 73 110.9 10 电镀车间 动力 150 0.5 0.75 0.88 75 66 照明 5 0.8 1.0 0.00 4 0 5 小计 155 79 66 102.9 156.3 11 生活 区 照明 500 0.7 0.9 1.11 555 616.7 830 1261.1 总计 （ 380V 侧） 动力 1850 1252.8 1295 照明 566 =0.85 =0.8 0.74 1127.5 1165.5 1621.2 2463.2 表 2-1 第 14 机械厂负荷计算表 2.2、 无功功率补偿 由表 1 可知，该厂 380V 侧最大负荷时的功率因素只
16、有 0.75。而供电部门要 求该厂 10KV 进线最大负荷时的功率因素不应地于 0.94。考虑到主变压器的无功 损耗远大于有功损耗，因此 380V 侧最大负荷时的功率因素应稍大于 0.94，暂取 0.95 来计算 380V 侧所需无功功率补偿容量 ： 选 PGJ1 型低压自动补偿屏，并联电容器为 BW0.4-14-3 型，采用其（主屏） 1台 与 （辅屏） 7台相组合，总容量 var6728var84 kk 。因此无功补偿后工厂 380V 侧和 10KV 侧的负荷计算如下表 计算负荷 kwP/30 var/30 kQ AkVS /30 AI /30 380V侧补偿前负荷 0.74 1127.5
17、 1165 1621 2463.2 380V侧无功补偿容量 672 380V侧补偿后负荷 0.916 1127.5 493 1230.6 1869.7 主变压器功率损耗 10kV 侧负荷 0.914 1144.41 506.65 1251.54 1901.5 表 2-2 第 14 机械厂 无功补偿后的负荷 计入 v a r2.6 5 4v a r)95.0a r c c o st a n74.0a r c c o s( t a n5.1 1 2 7)t a n( t a n 2130c kkPQ cos项目91.16015.0 30 S 65.6706.0 30 S6 2.3.1 、 无功补偿
18、的主要作用 ： 无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、 稳定电 压和提高供电质量， 在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三 相负载的有功和无功功率。 安装并联电容器进行无功补偿， 可限制无功补偿在电网中传输， 相应减小了 线路的电压损耗， 提高了配电网的电压质量。 无功补偿应根据分级就地和便于调 整电压的原则进行配置。 集中补偿与分散补偿相结合， 以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合， 以低压补偿为主； 调压与降压相结合； 并且与配电网建设改造工程同步规划、 设 计、施工、同步投运。无功补偿的主要作用具体体现在： 提高电压质量； 降 低电能损耗； 提高发
19、供电设备运 行效率；减少用户电费支出。 2.3.2、 无功功率补偿装置 ：一般用并联电容器的方法来进行功率补偿 。 3.1.1、 变电所位置选择的一般原则： （ 1） 接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消 耗量； （ 2） 进出线方便，特别是要便于架空进出线； （ 3） 接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所； （ 4） 设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运 输； （ 5） 不应设在有剧烈振动或高温的场所，无法避开时，应有防震和隔热的 措施； （ 6） 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源 的下风侧； （ 7）不
20、应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场 所相贴邻； （ 8）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险 环境的正上方或正下方， 当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时， 应符合现 行国家标准 GB50058 1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定； （ 9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。 7 3.1.2、 变电所的类型 变电所按其主变压器的安装位置来分 ， 有下列类型： （ 1） 车间附设变电所 （ 2） 车间内变电所 （ 3） 露天（或半露天）变电所 （ 4） 独立变电所 （ 5） 杆上变电台 （ 6） 地下变电所 （ 7） 楼上变电所 （
21、 8） 成套变电所 （ 9） 移动式变电所 3.1.3、 变电所位置及类型的选择 我们的工厂是 10kv 以下，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。 在工厂的平面图下侧和左侧， 分别作一条直 角坐标的 x 轴和 y 轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，设定 p1、 p2、 p3. p10分别代表厂房 1、 2、 3. 10 号的功率， p11 为生活区的负荷中 心，而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标： 把各车间的坐标带入上式，得到 x=7.9， y=6.2。由计算结果可知，工厂的 负荷中心在 5 号厂房的东 北 角。 考虑到周围环境和进出线方便， 决定在 5 号厂房 的东侧靠近厂房建造工厂变电所，器型为附设式 。 iiiiiipyppppypypypYpxppppxpxpxpX112111112211112111112211.
