中北大學信息商務學院某廠降壓變電所電氣部分設計

1、中北大學信息商務學院電力系統(tǒng)課程設計說明書 目錄1前言21.1 工廠供電的意義和要求 21.2 工廠供電設計的一般原則32. 負荷計算和無功功率補償32.2 無功功率補償52.3 年耗電量的估算53 變電所位置和型式的選擇54 變電所主變壓器的選擇和主結線方案的選擇74.1 變電所主變壓器的選擇74.2 變壓器主接線方案的選擇7（1）裝設一臺主變壓器的主接線方案，如圖4.1所示84.3 兩種主結線方案的技術經濟比較。95 短路電流的計算105.1 繪制計算電路105.2 確定短路計算基準值105.3 計算短路電路中各元件的電抗標幺值105.4 10KV側三相短路電流和短路容量115.5 380

2、KV側三相短路電流和短路容量116 變電所一次設備的選擇校驗136.1 10kV側一次設備的選擇校驗136.2 380V側一次設備的選擇校驗146.3 高低壓母線的選擇147 變電所進出線以及鄰近單位聯(lián)絡線的選擇157.1 10kV高壓進線和引入電纜的選擇157.2 380V低壓出線的選擇157.3 作為備用電源的高壓聯(lián)絡線的選擇校驗178 變壓所的防雷保護198.1 變壓所的防雷保護198.2 變電所公共接地裝置的設計199心得體會20參考文獻21附 錄211前言1.1 工廠供電的意義和要求于由其它形式的能量轉換而來，又易于轉換為其它形式的能量以供應用；電能的輸送的分配既簡工廠供電，就是指工

3、廠所需電能的供應和分配生產的主要能源和動力。電能既易單經濟，又便于控制、調節(jié)和測量，有利于實現生產過程自動化。因此，電能在現代工業(yè)生產及整個國民經濟生活中應用極為廣泛。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產的主要能源和動力，但是它在產品成本中所占的比重一般很?。ǔ娀I(yè)外）。電能在工業(yè)生產中的重要性，并不在于它在產品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產實現電氣化以后可以大大增加產量，提高產品質量，提高勞動生產率，降低生產成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現生產過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應突然中斷，則對工業(yè)生產可能造成嚴重的后果。因此，做好工廠供電工作對

4、于發(fā)展工業(yè)生產，實現工業(yè)現代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經濟建設具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經濟建設，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產服務，切實保證工廠生產和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達到以下基本要求：（1） 安全 在電能的供應、分配和使用中，不應發(fā)生人身事故和設備事故。（2） 可靠 應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。（3） 優(yōu)質 應滿足電能用戶對電壓和頻率等質量的要求（4） 經濟 供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。此外，在供電工

5、作中，應合理地處理局部和全局、當前和長遠等關系，既要照顧局部的當前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應發(fā)展 1.2 工廠供電設計的一般原則按照國家標準GB50052-95 供配電系統(tǒng)設計規(guī)范、GB50053-94 10kv及以下設計規(guī)范、GB50054-95 低壓配電設計規(guī)范等的規(guī)定，進行工廠供電設計必須遵循以下原則：（1） 遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；必須遵守國家的有關規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術經濟政策。（2） 安全可靠、先進合理；應做到保障人身和設備的安全，供電可靠，電能質量合格，技術先進和經濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產品。（3） 近期

6、為主、考慮發(fā)展；應根據工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設與遠期發(fā)展的關系，做到遠近結合，適當考慮擴建的可能性。（4） 全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。按負荷性質、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設計方案。工廠供電設計是整個工廠設計中的重要組成部分。工廠供電設計的質量直接影響到工廠的生產及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設計的有關知識，以便適應設計工作的需要。2. 負荷計算和無功功率補償2.1 負荷計算在負荷計算時，采用需要系數法對各個車間進行計算，并將照明和動力部分分開計算，照明部分最后和宿舍區(qū)照明一起計算。單組用電設備計算負荷的計算式: 有功計算負荷 無功計

7、算負荷 視在計算負荷 計算電流運用公式對各車間進行負荷計算，結果如表2.1所示。表2.1 機械廠負荷計算表負荷計算結果如表2.1所示2.2 無功功率補償 由表2.1可知，該廠380V側最大負荷是的功率因數只有0.76.而供電部門要求該廠10KV進線側最大負荷是功率因數不應該低于0.92。考慮到主變壓器的無功損耗遠大于有功損耗，因此380V側最大負荷是功率因素應稍大于0.92，暫取0.93來計算380V側所需無功功率補償容量：故選PGJ1型低壓自動補償屏，并聯(lián)電容器為BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1臺與方案3（輔屏）4臺相組合，總共容量。因此無功補償后工廠380V側和10KV側的負

8、荷計算如表2.2所示。項 目計算負荷380V側補償前負荷0.76956.34813.901410.211953.74380V側無功補償容量-420380V側補償后負荷0.93956.34393.901034.281571.43主變壓器功率損耗11.684710kV側負荷總計0.92741.68317806.6746.57 表2.2 無功補償后工廠的計算的負荷 廠房編號廠房名稱負荷類別設備容量/KW需要系數Kd功率因數1鑄造車間動力3400.30.照明50.81.02鍛壓車間動力3200.20.照明60.71.03金工車間動力3300.20.照明70.91.04工具車間動力3000.350.照明

9、60.91.05電鍍車間動力2000.60.照明80.81.06熱處理車間動力1400.50.照明80.91.07裝配車間動力1600.40.照明80.91.08機修車間動力1300.30.照明40.81.09鍋爐房動力800.70.照明10.91.010倉庫動力200.40.照明10.91.0生活區(qū)照明3000.70. 圖2.2動力功率2.3 年耗電量的估算年有功電能消耗量及年無功電能耗電量可由下式計算得到：年有功電能消耗量： 年無功電能耗電量： 結合本廠的情況，年最大負荷利用小時數為4800h，取年平均有功負荷系數，年平均無功負荷系數。由此可得本廠：年有功耗電量： ；年無功耗電量：。3 變

10、電所位置和型式的選擇變電所的位置應盡量接近工廠的負荷中心。工廠的負荷中心按功率矩法來確定，計算公式為式（3.1）和（3.2）。變電所的位置應盡量接近工廠的負荷中心.工廠的負荷中心按負荷功率矩法來確定.即在工廠平面圖的下邊和左側,任作一直角坐標的X軸和Y軸,測出各車間和宿舍區(qū)負荷點的坐標位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工廠的負荷中心設在P(x,y),P為P1+P2+P3+=Pi.因此仿照力學中計算重心的力矩方程,可得負荷中心的坐標: (3.1) (3.2) 圖3.1 機械廠總平面圖按比例K在工廠平面圖中測出各車間和宿舍區(qū)負荷點的坐標位置表3.2所示坐

11、標軸12345678910生活區(qū)X()1.31.33.53.54.26.66.66.66.69.40.7Y()5.33.75.33.71.86.44.83.21.54.80.4 表3.2各車間和宿舍區(qū)負荷點的坐標位置由計算結果可知，x=3.3 y=3.7工廠的負荷中心在6號廠房的西南角。考慮的方便進出線及周圍環(huán)境情況，決定在4號廠房的西側緊靠廠房修建工廠變電所，其型式為附設式。4 變電所主變壓器的選擇和主結線方案的選擇4.1 變電所主變壓器的選擇 根據工廠的負荷性質和電源情況，工廠變電所的主變壓器考慮有下列兩種可供選擇的方案：（1）裝設一臺主變壓器型式采用S9型，而容量根據式，選，即選一臺S9

12、-1000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負荷所需的備用電源，考慮由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。（2）裝設兩臺主變壓器 型號亦采用S9，而每臺變壓器容量按式和式選擇，即。因此選兩臺S9630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷所需的備用電源亦由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。主變壓器的聯(lián)結組均采用Yyn0。4.2 變壓器主接線方案的選擇 按上面考慮的兩種主變壓器方案可設計下列兩種主接線方案：（1）裝設一臺主變壓器的主接線方案，如圖4.1所示 （2）裝設兩臺主變壓器的主接線方案，如圖4.2所示 圖4.1 裝設一臺主變壓器的主結線方案 圖4.2 裝設兩臺主變壓器的主結線方案4.3

13、兩種主結線方案的技術經濟比較。比較項目裝設一臺主變的方案裝設兩臺主變的方案技術指標供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質量由于一臺主變，電壓損耗較大由于兩臺主變并列，電壓損耗小靈活方便性只一臺主變，靈活性稍差由于有兩臺主變，靈活性較好擴建適應性稍差一些更好一些經濟指標電力變壓器的綜合投資由手冊查得S91000單價為10.76萬元，而由手冊查得變壓器綜合投資約為其單價的2倍，因此其綜合投資為2×10.76萬元=21.52萬元由手冊查得S9630單價為7.47萬元，因此兩臺綜合投資為4×7.47萬元=29.88萬元，比一臺變壓器多投資8.36萬元高壓開關

14、柜（含計量柜）的綜合投資額查手冊得 GGA（F）型柜按每臺3.5萬元計，查手冊得其綜合投資按設備價1.5倍計，因此其綜合投資約為4×1.5×3.5=21萬元本方案采用6臺GGA（F）柜，其綜合投資額約為6×1.5×3.5=31.5萬元，比一臺主變的方案多投資10.5萬元電力變壓器和高壓開關柜的年運行費參照手冊計算，主變和高壓開關柜的折算和維修管理費每年為4.893萬元（其余略）主變和高壓開關柜的折舊費和維修管理費每年為7.067萬元，比一臺主變的方案多耗2.174萬元供電貼費按800元/KVA計，貼費為1000×0.08=80萬元貼費為2

15、15;630×0.08萬元=100.8萬元，比一臺主變的方案多交20.8萬元 表4.1 兩種主接線方案的比較從表4.1可以看出，按技術指標，裝設兩臺主變的主接線方案略優(yōu)于裝設一臺主變的主接線方案，因此決定采用裝設兩臺主變的方案。5 短路電流的計算 5.1 繪制計算電路 如圖5.1所示圖5.1 短路計算電路5.2 確定短路計算基準值設，即高壓側，低壓側，則 5.3 計算短路電路中各元件的電抗標幺值（1）電力系統(tǒng) 已知，故（2）架空線路 查表8-37，得LJ-150的，而線路長12km，故（3）電力變壓器 查表2-8，得，故因此繪短路計算等效電路如圖5.2所示。 圖5.2 等效電路5.4

16、 10KV側三相短路電流和短路容量（1） 總電抗標幺值（2）三相短路電流周期分量有效值（3）其他短路電流（4）三相短路容量5.5 380KV側三相短路電流和短路容量（1）總電抗標幺值（2）三相短路電流周期分量有效值（3）其他短路電流（4）三相短路容量以上計算結果綜合如表5.1表5.1 短路的計算結果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-11.831.831.834.672.7633.3k-221.921.921.940.2923.8715.276 變電所一次設備的選擇校驗6.1 10kV側一次設備的選擇校驗 如表6.1所示。表6.1 10kV側一次設備的選擇校驗選擇校驗項目電 壓

17、電 流斷 流能 力動 穩(wěn)定 度熱 穩(wěn)定 度其 他裝置地點條件參數數據1046.571.834.673.866.36一次設備型號規(guī)格額定參數高壓少油斷路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA512高壓隔離開關GN-10/20010kV200A25.5Ka500高壓熔斷器RN2-1010kV0.5A50kA電壓互感器JDJ-1010/0.1kV電壓互感器JDZJ-10電流互感器LQJ-1010Kv100/5A31.8Ka81二次負荷0.6避雷器FS4-1010kV戶 外 式 高 壓隔離開關GW4-15G/20012kV400A25Kv500表6.1所選一次設備均滿足要求。6.2

18、 380V側一次設備的選擇校驗 如表6.2所示。選擇校驗項目電 壓電 流斷 流能 力動 穩(wěn)定 度熱 穩(wěn)定 度其 他裝置地點條件參數數據380118321.940.29335.7一次設備型號規(guī)格額定參數低壓斷路器DW15-1500/3D380V1500A40kV低壓斷路器DZ20-630380V630A30kA低壓斷路器DZ20-200380V200A25kA低壓刀開關HD13-1500/30380V1500A電流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A電流互感器LMZ1-0.5500V100/5160/5避雷器戶外隔離開關 表6.2 380V側一次設備的選擇校驗 表6.2所選一次設備均滿

19、足要求。6.3 高低壓母線的選擇 參照表528，10kV母線選LMY-3（），即母線尺寸為；380V母線選LMY-3,即母線尺寸為，而中性線母線尺寸為。7 變電所進出線以及鄰近單位聯(lián)絡線的選擇7.1 10kV高壓進線和引入電纜的選擇（1）10kV高壓進線的選擇校驗 采用LJ型鋁絞線架空敷設，接往10kV公用干線。1) 按發(fā)熱條件選擇 由及室外環(huán)境溫度，查資料，初選LJ-16，其時的滿足發(fā)熱條件。2）校驗機械強度 最小允許截面，因此按發(fā)熱條件選擇的LJ-16不滿足機械強度要求，故改選LJ-35。由于此線路很短，不需校驗電壓損耗。（2）由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗 采用YJL22-1

20、0000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜直接埋地敷設。 1）按發(fā)熱條件選擇 由及土壤溫度查表8-44，初選纜芯截面為的交聯(lián)電纜，其，滿足發(fā)熱條件。2）校驗短路熱穩(wěn)定 按式計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面 因此YJL22-10000-3×25電纜滿足短路熱穩(wěn)定條件。7.2 380V低壓出線的選擇（1）饋電給1號廠房（鑄造車間）的線路 采用VLV22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。1）按發(fā)熱條件選擇 由及地下0.8m土壤溫度，查表資料，初選纜芯截面，其，滿足發(fā)熱條件。2）校驗電壓損耗 由圖11-4所示工廠平面圖量得變電所至1號廠房距離約為70m，而由資料查得的鋁芯電纜（按纜芯工作溫度

21、計），又1號廠房的，因此按式得：故滿足允許電壓損耗的要求。3) 短路熱穩(wěn)定度校驗 按式計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面由于前面按發(fā)熱條件所選的纜心截面小于，不滿足短路熱穩(wěn)定要求，故改選纜芯截面為的電纜，即選的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜，中性線芯按不小于相線芯一半選擇。（2）饋電給2號廠房（鍛壓車間）的線路 亦采用的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設。按發(fā)熱條件擇 查資料，初選纜芯截面的四芯電纜。（3）饋電給3號廠房（精工車間）的線路 亦采用的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設。（4）饋電給4號廠房（工具車間）的線路 亦采用的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設。1）按發(fā)熱條件選擇 由及地下0.8m土

22、壤溫度和環(huán)境溫度，查表資料，應選的四芯電纜。（5）饋電給5號廠房（電鍍車間）的線路 亦采用的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設（6）饋電給6號廠房（熱處理車間）的線路 亦采用的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設。（7）饋電給7號廠房（裝配車間）的線路 亦采用的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設。（8）饋電給8號廠房（機修車間）9號廠房（鍋爐房）10號廠房（倉庫）的線路 都亦采用的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設。（9）饋電給生活區(qū)的線路 采用LG型鋁芯橡皮絕緣線架空敷設。1）按發(fā)熱條件選擇 由及室外環(huán)境溫度為，查表初選其時的，滿足發(fā)熱條件。2）校驗電壓損耗 由圖11-3所示工廠平面圖量得變電

23、所至生活區(qū)負荷中心距離約150m，而由表查得LJ-240的阻抗,，又生活區(qū)的,，因此滿足允許電壓損耗要求。7.3 作為備用電源的高壓聯(lián)絡線的選擇校驗 采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜，直接埋地敷設，與相距約2km的鄰近單位變配電所的10kV母線相聯(lián)。（1） 按發(fā)熱條件選擇 工廠二級負荷容量420KVA,而最熱月土壤平均溫度為,因此查表初選纜芯截面為的交聯(lián)聚乙烯絕緣鋁芯電纜（注：該型電纜最小芯線截面積為），其,滿足發(fā)熱條件。（2）校驗電壓損耗 由表8-42可查得纜芯為25mm的鋁芯電纜的 (纜芯溫度按計)，而二級負荷的，線路長度按2km計，因此由此可見該電纜滿足允許電壓損耗要

24、求。（3）短路熱穩(wěn)定校驗 按本變電所高壓側短路校驗，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗，可知纜芯的交聯(lián)電纜是滿足短路熱穩(wěn)定要求的。綜合以上所選變電所進出線和聯(lián)絡線的導線和電纜型號規(guī)格如表7.1所示。線路名稱導線或電纜的型號規(guī)格10kV電源進線LJ-35鋁絞線（三相三線架空）主變引入電纜YJL22-10000-325交聯(lián)電纜（直埋）380V低壓出線至1號廠房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（直埋）至2號廠房VLV22-1000-3300+170 四芯塑料電纜（直埋）至3號廠房VLV22-1000-3300+195 四芯塑料電纜（直埋）至4號廠房VLV22-1000-3300+11

25、50四芯塑料電纜（直埋）至5號廠房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（直埋）至6號廠房VLV22-1000-3300+1185四芯塑料電纜（直埋）至7號廠房VLV22-1000-3300+1185四芯塑料電纜（直埋）至8號廠房VLV22-1000-3300+170 四芯塑料電纜（直埋）至9號廠房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（直埋）至10號廠房VLV22-1000-3300+195 四芯塑料電纜（直埋）至生活區(qū)單回路，回路線3LJ-240+1LJ-120（架空）與鄰近單位10kV聯(lián)絡線YJL22-10000-325交聯(lián)電纜（直埋） 表7.1 所選變電所進

26、出線和聯(lián)絡線的導線和電纜型號8 變壓所的防雷保護8.1 變壓所的防雷保護（1）直擊雷防護 在變電所屋頂裝設避雷針或避雷帶，并引出兩根接地線與變電所公共接地裝置相連。避雷針采用直徑20mm的鍍銀圓鋼，避雷帶采用的鍍鋅扁鋼。 （2）雷電侵入波的防護1）在10kV電源進線的終端桿上裝設FS4-10型閥式避雷器。其引下線采用的鍍鋅扁鋼，下面與公共接地網焊接相聯(lián)，上面與避雷器接地端螺栓連接。2）在10kV高壓配電室內裝設的GG-1A（F）-54型高壓開關柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主變壓器。主變壓器主要靠此避雷器來防護雷電侵入波的危害。3)在380V低壓架空出線桿上，裝設保護間隙，或將其絕緣子的鐵腳接地，用以防護沿低壓架空線侵入雷電波。8.2 變電所公共接地裝置的設計（1）接地電阻的要求 按表9-23，本變電所的公共接地裝置的接地電阻應滿足以下條件： 且 式中 因此公共接地裝置接地電阻應滿足（2）接地裝置的設計 采用長2.5m、50mm的鍍鋅鋼管數，按式（9.24）計算初選16根，沿變電所三面均勻布置（變電所前面布置兩排），管距5m，垂直打入地下，管頂離地面0.6m。管間用的鍍鋅扁鋼焊接相連。變壓器室有兩條接地干線、高低壓配電室各有一條接地線與室外公共接地裝置焊接相連。接地干線均采用采用的鍍鋅扁鋼。變電