某机械厂10KV配电变电所设计李海鹏张永宜.docx

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1、某机械厂IOKV配电变电所设计李海鹏张永宜电能是现代工业生产的要紧能源与动力，随着现代文明的进展与进步，社会生产与生活对电能供应的计量与管理提出了越来越高的要求，机电设备厂供电系统的核心部分是变电所。变电所主接线设计是否合理，关系到整个电力系统的安全、灵活与经济运行。本设计在机械厂具体资料的基础上，根据变电所设计的通常原则与步骤，完成了变电所一次系统的设计。为习惯机械类企业用电负荷变化大、自然功率因数大的特点，该设计中使用并联电容器的方法来补偿无功功率，以减少供电系统的电能损耗与电压缺失，同时提高了供电电压的质量。此机电设备厂变电所一次系统的设计包含：变电所主接线方案的选择；进出线的选择；短路

2、计算与开关电气设备的选择；根据设计要求，绘制变电所一次系统图等。关键词：变电所，变压器，短路电流，电气设备ABSTRACTElectricityisthemainmodernindustrialproduction,energyandpower,alongwiththedevelopmentofmoderncivilizationandprogress,socialproductionandlivingtotheelectricpowersupplytricksormanagementputforwardmoreandmorehighdemand,Machineryfactorypowersu

3、pplysystemisthecorepartofsubstation.Substationdesignisreasonableornot,mainconnectionrelationshiptothewholepowersystemsecurity,flexibleandeconomicoperation.Thisdesigninmachineryfactoryconcretematerialbasis,accordingtothegeneralprincipleandstepsofsubstationdesign,completedthefirstsystemdesign.Substati

4、oninordertoadapttothemachineryenterpriseelectricityloadchangeisbig,thecharacteristicsofnaturalpowerfactor,thefirstusedinthedesignoftheprincipalcapacitorcompensationreactivepowerjustsenttoreducepowersupplysystemofelectricpowerlossandvoltageloss,andatthesametime,improvethequalityofpowersupplyvoltage.T

5、hisfactorysubstationsystemdesignincluding:oneofthemainsubstationwiringschemeschoice;Inthechoicetoqualify；Shortcircuitcalculationandswitchgearequipmentchoice；Accordingtothedesignrequirements,drawsubstationasystemdiagram.Keywords：substation,transformer,Short-circuitcurrent,Electricalequipment1-RuP?111

6、vf_11. 2设计根据11.2. 1一L：J-ti卜.112.2_LJ_*4152k*11. 2.3供电电源情况.21 2.4L31. 25VI32-.-fi.41. 1单组用电设备计算负荷的计算公式42. 2多组用电设备计算负荷的计算公式4第3章.无功补偿接入基本要求及计算72.1 73. 2补偿原理及计算7第4章.变电所位置与型式选择IO4. 1变配电所所址选择的通常原则IO5. 2*z)-.116. 3负荷中心的确定方法11第5章.主变压器台数与容量、类型的选择135*1变压器选择原则.*137. 2Jd-口135.3J3x3号135.4台数、容量、类型的选择13第6章.变电所主接线方

7、案设计156.1单母线接线156.2单母线分段接线156.3主接线方案技术比较166. 4主接线图（见附表1）17第7章.短路电流的计算187.1带-VIILL187. 2确定短路计算基准值187. 3计算短路电路中元件的电抗标幺值187.4k-1点（10.5kV侧）的有关计算197.5k-2点（0.4kV侧）的有关计算19第8章.变电所一次设备选择与校验228. 1IOKV侧一次设备选择与校验228. 2380V侧一次设备的选择校验248. 3高低压母线的选择24第9章.变电所进出线的选择与校验269. 1IOkV高压进线与引入电缆的选择269.1.1IOkV高压进线的选择校验269.238

8、0低压出线的选择269.2.1铸造车间279.2.2JE-IJ289.23,a1_|IJ299.2.4-1：一彳:：I日J299.2.5ILL.彳I日J309.26二I日J319.2.7装配车I、司319.2.8机修车间329.2.9锅炉房339.2.10*349.2.11/S（2349.3作为备用电源的高压联络线的选择校验359. 31按发热条件选择3510. 3.2校验电压损耗359. 3.3短路热稳固校验36第10章.继电保护的设计整定389.1 1继电保护要求3810. 2变压器继电保护3810. 3装设电流速断保护4010. 4架空线路的保护4010. 5作为备用电源的高压联络线的继

9、电保护装置4111. 6变电所低压侧的保护装置42第11章.防雷保护与接地装置的设计4312. 1变电所的防雷保护43ILLl直接防雷保护4313. 2变电所公共接地装置的设计43第12章.全年电费*11十量.4514. 1两部制电价概念4512.2两部制电价的优越性4512.3电费计量与供电补贴45j481.1 设计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，并适当考虑到工厂的进展，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形式,确定变电所要紧变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压电气设备与进出线，选择整定继电保护装置，最后按要求写出设计说明书，绘制出

10、主接线图。1.2 设计根据1.2.1 工厂总平面图1.2.2 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4600h,日最大负荷持续时间为6ho该厂除铸造车间、电镀车间与锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表Ll所示。表11工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量ZkW需要系数功率因数1铸造车间动力3000.30.7照明50.81.02锻压车间动力3500.30.65照明80.71.07金工车间动力4000.20.65照明100.81.06工具车间动力3600.30.6照明70.91.04电镀车间动力2500.50.8照明50.81.03热处理车间动力1

11、500.60.8照明50.81.09装配车间动力1800.30.7照明60.81.010机修车间动力1600.20.65照明40.81.08锅炉车间动力500.70.8照明10.81.0仓库动力200.40.8照明10.81.0生活区照明3500.70.91.2.3 供电电源情况本厂可由邻近一条IOkV的公用电源干线取得工作电源，该干线的导线牌号为LGJ-120,导线为等边三角形排列,干线首端距离本厂约8km,干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA,要求工厂最大负荷时变电所高压侧功率因素不小于0.94。为满足工厂二级负荷要求，可使用高压联络线由邻近的单位取得备用电源，但容量只能满足本

12、厂负荷的30%重要负荷，平常不准投入，只在本厂要紧电源故除或者检修时投入。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km,电缆线路总长度为25km。1.2.4 气象资料本厂所在地区的年最高气温为40,年平均气温为25年，年最低气温为-20,年最热月平均最高气温为35C,年最热月平均气温为30C,年最热月地下0.8米处平均温度25o1.2.5 电费计量方式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为18元kVA,动力电费为1.1元/KWh照明电费为0.5元KW.h.此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电

13、部门交纳供电贴费：610VA为800元/kVA。第2章.负荷计算由于用电设备组并不一定同时运行，即使同时运行，也并不一定都能达到额定容量。另外，各用电设备的工作制也不一样，有连续、短时、断续周期之分。在设计时，假如简单地把各用电设备的额定容量加起来，作为选择导线截面与电气设备容量的根据，选择过大会使设备欠载，造成投资与有色金属的浪费；选择过小则会使设备过载运行，出现过热，导致绝缘老化甚至损坏，影响导线或者电气设备的安全运行，严重时会造成火灾事故。为避免这种情况的发生，设计时，应用计算负荷选择导线与电气设备。计算负荷又称需要负荷或者最大负荷。计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实

14、际变动负荷所产生的最大热效应相等。在供电设计中，通常使用半小时的最大平均值作为按发热条件选择电气设备与导体的根据。2.1单组用电设备计算负荷的计算公式用半小时最大负荷P30来表示其有功计算负荷，而无功计算负荷、视在计算负荷与计算电流则分别表示为Q30、S30与我国目前普遍使用的确定计算负荷的方法有需要系数法与二项式法。由于需要系数法的优点是简便，适用于全产与车间变电所负荷的计算，因此本设计变电所的负荷的计算使用需要系数法要紧计算公式有：有功功率：P30=Pe.Kd无功功率：Q30=P3Otan视在功率：S30=P30/cos计算电流：I30=S30U11式中COSe代表用电设备组的平均功率因数

15、tan代表对应于用电设备组CoSe的正切值2.2多组用电设备计算负荷的计算公式a）有功计算负荷（单位为KW）0=7C.p式中6o,是所有设备组有功计算负荷%之与，Kg.。是有功负荷同时系数，可取0.8-0.95b）无功计算负荷（单位为kvar）2o=KjZQ3o,2他是所有设备无功。30之与；KZq是无功负荷同时系数，可取0.85-0.97C）视在计算负荷（单位为kva）S30=+d）计算电流（单位为A）30表2.1负荷计算表编号名称类别设备容量P,kW需要系数KuCOSetan9计算负荷Py0kWQm/kvarS对kVA41铸造车间动力3000.30.71.029091.8128.57昭J、

16、明50.81.004.004.02012锻压车间动力3500.30.651.177587.75115.38照明80.71.005.605.6183.83金工车间动力4000.20.651.178093.6123.08照明100.81.008081994工具车间动力3600.30.61.33108143.64180昭J、明70.91.006.306.32835电镀车间动力2500.50.80.7512593.75156.25照明50.81.004042436热处动力1500.60.80.759067.5112.5理车间照明50.81.004041777装配车间动力1800.30.71.02545

17、5.0877.14照明60.81.004.804.8124.48机修车间动力1600.20.651.173237.4449.23照明40.81.003.203.2799锅炉房动力500.70.80.753526.2543.75113八、明10.81.000.800.867.710仓库动力200.40.80.758610昭J、明10.81.000.800.816.411生活区照明3500.70.90.49245120.05272.22413总计(380V侧动力2220照明402983.5822.81计入KEP=O.8K%=0.850.75786.8699.4第3章.无功补偿接入基本要求及计算3.

18、1 补偿基本要求1高压并联电容器装置接入电网的设计，应按全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡的原则确定最优补偿容量与分布方式。2变电所里的电容器安装容量，应根据本地区电网无功规划与国家现行标准电力系统电压与无功电力技术导则与全国供用电规则的规定计算后确定。当不具备设计计算条件时，电容器安装容量可按变压器容量的10%30%确定。3.电容器分组容量，应根据加大单组容量、减少组数的原则确定。高压并联电容器装置应装设在变压器的要紧负荷侧。当不具备条件时，可装设在三绕组变压器的低压侧。4当配电所中无高压负荷时，不得在高压侧装设并联电容器装置。低压并联电容器装置的安装地点与装设容量，应根据分散补偿与降低

19、线损的原则设置。补偿后的功率因数应符合现行国家标准全国供用电规则的规定。3.2补偿原理及计算通常情况下，由于用户的大量增加，如感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等都是感性负荷，使得功率因数偏低，达不到上述要求，因此需要使用无功补偿措施来提高功率因数。当功率因数提高时，在有功功率不变的情况下,无功功率与视在功率分别减小，从而使负荷电流相应减小。这就可使供电系统的电能损耗与电压缺失降低，并可选用较小容量的电力变压器、开关设备与较小截面的电线电缆，减少投资与节约有色金属。因此，提高功率因数对整个供电系统大有好处。要使功率因数提高，通常需装设人工补偿装置。最大负荷时的无功补偿容量Qnc应为：QN.

20、c=Q3o-Q3O=p30(tan-tan1)按此公式计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量，当负荷减小时，补偿容量也应相应减小，以免造成过补偿。因此，无功补偿装置通常装设无功功率自动补偿操纵器，针对预先设定的功率因数目标值，根据负荷的变化相应投切电容器组数，使瞬时功率因数满足要求。提高功率因数的补偿装置有稳态无功功率补偿设备与动态无功功率补偿设备。前者要紧有同步补偿机与并联电容器。动态无功功率补偿设备用于急剧变动的冲击负荷。低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装，根据负荷变化相应循环投切的电容器组数通常有4、6、8、10、12组等。用上式确定了总的补偿容量后，就可根据选定的单相

21、并联电容器容量心。来确定电容器组数：QNCn=9n.c由表可知该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75.而供电部门要求该厂IOKV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.94o考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于0.94,暂取0.96来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Qc=P30(tanx-tan2)=786.8tan(arccos0.75)-tan(arccos0.96)Jkar=464Aar本次设计使用分相式低压集中补偿方式。设计选择BFM10.5/-100-1W型QNC=1OOkvar电容器组数：n=464kvar100kvar=4.6

22、4取5cIn.c补偿后的视在功率计算负荷S30=72+2=786.82+199.42=SWJkva功率因数提高为COSe=786.8/811.7=0.97S30Q补偿后的计算电流I30=V=811.7/(1.732*0.38)=1233.3AUNJ3因此无功补偿后工厂380V侧与IOKV侧的负荷计算如表3-2所示。表3.1无功补偿计算表项目cos计算负荷P30kwQ30kvarS30/kvaI30/A380v侧补偿前负荷0.75786.8699.4380V侧无功补偿容量-500380v侧补偿后负荷0.97786.8199.4811.71233.3主变压器功率损耗O.O15S3o=12.20.0

23、6S30=49IOkV侧负荷计算0.955799248.4836.648.3第4章.变电所位置与型式选择4.1变配电所所址选择的通常原则（1）变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较后确定：接近负荷中心进出线方便；接近电源侧；设备运输方便；不应设在有剧烈振动或者高温的场所；不宜设在多尘或者有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；不应设在厕所、浴室或者其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；不应设在有爆炸危险环境的正上方或者正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或者正下方，当与有爆炸或者火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准爆炸与火灾危险环境

24、电力装置设计规范的规定；不应设在地势低洼与可能积水的场所。（2）装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。（3）多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻与疏散出口的两旁。（4）高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所与变电所,当受条件限制务必设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻与疏散出口的两旁，并应按现行国家标准高层民用建筑设计防火规范有关规定，采取相应的防火措施。（5）露天或

25、者半露天的变电所，不应设置在下列场所：有腐蚀性气体的场所；挑檐为燃烧体或者难燃体与耐火等级为四级的建筑物旁；邻近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场；容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或者导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。4.2型式与布置变电所的型式应根据用电负荷的状况与周围环境情况确定，并应符合下列规定：(1)负荷较大的车间与站房，宜设附设式变电所或者半露天变电所；(2)负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间内变电所或者组台式成套变电站；(3)高层或者大型民用建筑内，宜设室内变电所或者组合式成套变电站；(4)负荷小而分散的工业企业与大中城市的居民区，宜设独立

26、变电所，有条件时也可设附设式变电所或者户外箱式变电站；(5)环境同意的中小城镇居民区与工厂的生活区，当变压器容量在315kVA及下列时，宜设杆上式或者高台式变电所。4. 3负荷中心的确定方法在工厂的平面图下侧与左侧，分别作一条直角坐标的X轴与y轴，然后测出各车间与宿舍区负荷点的坐标位置，pl、P2、p3pl分别代表厂房1、2、310号的功率，设定pl、p2pl并设定PII为生活区的中心负荷，而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：P1X1+P2X2P3X3+pPllX11-(PiXi)mnP1P2+P3+pP11P,Y=PM+P2Y2+P3Y3+P%Yj(PiX)42)P1+P2P3+

27、pP11Pi以生活区负荷中心为原点，确立厂内各厂房的坐标位置，如下图结合上图与公式(4-1)(4-2),得到x=50.03,y=64.94.由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房的某一角。考虑到周围环境与进出线方便，决定在该号厂房的西侧仅靠厂房建造工厂变电所，器型为附设式。第5章.主变压器台数与容量、类型的选择4.1 变压器选择原则根据电源进线方向，结合工厂计算负荷与扩建与备用的需要，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，确定变压器型号。通常按5-10年规划负荷选择.重要变电所，一台主变停运，其余变压器在同意过负荷范围内，满足I、11类负荷；通常变电所，一台主变停运，其余变压器满足全部负荷的6

28、0%70%.总降压变电所变压器台数的确定需综合考虑负荷容量对供电可靠性的要求、进展规划等因素。变压器台数越多，供电可靠性就越高,但设备投资必定加大，运行费用也要增加。因此，在满足可靠性要求的条件下，变压器台数越少越经济。5. 2变压器台数(1)满足用电负荷对可靠性的要求；二级负荷：选择两台主变压器；负荷较大时，也可多于两台；二、三级负荷：可选一台变压器，但低压侧敷设与其它变电所相连的联络线作为备用电源；三级负荷：选择一台主变压器；负荷较大时，也可选择两台；(2)季节性负荷或者昼夜负荷变化较大时，技术经济合理时，可选择两台变压器；5.3变压器容量(I)单台变压器：SNTNS30(2)两台变压器：

29、SN=(0.60.7瓦SnSc0+11j5.4台数、容量、类型的选择根据工厂的负荷性质与电源情况，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S.$30，Sjv7为主变压器容量，S30为总的计算负荷。选Smt=100OKVAS3o=836.6KVA,即选一台S9-1000/10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(5-1)、(5-2)选择，即Snt(0.6O.7)836.6KVA=(502-585.6)KVA(5-1)Sn.tS30(U)

30、=(132.57+160.25+44.55)KVA=337.37KVA(5-2)考虑以后进展，初步选两台S9-800/10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。主变压器要紧技术参数指标见下表：表5.1主变压器型号及参数型号及容量(KVA)低压侧电压(KV)连接组损耗阻抗电压(%)空载电流()空载(kw)负载(kw)S9-800/100.38YynO1.47.504.50.8第6章.变电所主接线方案设计6.1 单母线接线1 .单母线接线的优缺点优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建与使用成套配电装置。缺点：灵活性与可靠性差，当母线或者母线隔

31、离开关故障或者检修时，务必断开它所连接的电源；与之相连的所有电力装置在整个检修期间均需停止工作。此外，在出线断路器检修期间，务必停止该回路的工作。2 .单母线接线的适用范围：通常适用于一台主变压器的下列三种情况：(1) 610kV配电装置的出线回路数不超过5回。(2) 3563kV配电装置的出线回路数不超过3回。(3) 110220kV配电装置的出线回路数不超过2回。3.单母线接线如图6-1所示：6.2单母线分段接线为了克服通常单母线接线存在的缺点，提高它的供电可靠性与灵活性，把单母线分成几段，在每段母线之间装设一个分段断路器与两个隔离开关。每段母线上均接有电源与出线回路，便成为单母线分段接线

32、。1 .单母线分段接线的优缺点优点：（1）用断路器把母线分段后，对重要用户能够从不一致段引出两个回路，有两个电源供电。（2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电与不致使重要用户停电。缺点：（1）当一段母线或者母线隔离开关故障或者检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。（2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。（3）扩建时需向两个方向均衡扩建。2 .单母线分段接线的适用范围：（1） 610kV配电装置出线回路数为6回及以上时。（2） 3563kV配电装置出线回路数为48回时。（3） 110220kV配电装置出线回路数为34回时。3 .单母线分段接线

33、如图6-2所示：图6-2单母线分段接线图6. 3主接线方案技术比较方案1：高低压侧均使用单母线分段。优点：用断路器把母线分段后，对重要用户能够从不一致母线段引出两个回路,用两个电路供电。当一段母线故障时,分段断路器自动切除故障母线保证正常断母线不间断供电与不致使重要用户停电；缺点：当一段母线或者母线隔离开关检修时该母线各出现须停电。方案2：高压使用单母线、低压使用单母线分段。优点：任一主变压器检修或者发生故隙时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点：在高压母线或者电源进线进行检修或者发生故障时，整个变电所仍需停电。以上方案均能满足主接线要求，使用第一个方案时尽管其可靠性高，但是其

34、经济性相比二方案差；使用方案一需要的断路器数量多，接线复杂，继电保护整定也复杂；使用方案二尽管高压侧可靠性差但也能满足负荷供电的要求且又较经济，故本次设计选用方案二。6.4主接线图（见附表1）第7章.短路电流的计算7.1绘制计算电路图7-1短路计算电路7. 2确定短路计算基准值设基准容量S,=100MVA,基准电压力=4=1.05(/“，Ue为短路计算电压,即高压侧UR=IO.5kV,低压侧U,2=04kV,则/二产叽=5.5姑3(rflVJx10.5攵V7SdIOoMLAlzlyi.ylId2=r=r=144ACUd230.4AV7. 3计算短路电路中元件的电抗标幺值已知电力系统出口断路器的

35、断流容量S,500MVA,X；=100MVA500MVA=0.2架空线路，查表得LGJ-120的线路电抗XO=O.35C就?，而线路长8km,故X；=XO/=(035X8)。X当竺勺=2.542QU：(10.52)2电力变压器，查表得变压器的短路电压百分值S%=4.5,故*_V*_Uk%Sb_4.5*100*1()3“4X3=X4=IoOSM100*800KEA=5.625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7-2所示图7-2短路计算等效电路图7.4 k-1点（10.5kV侧）的有关计算总电抗标幺值X小=X：+X；=Z74三相短路电流周期分量有效值= 一 (-I)5.5AA

36、2.74= 2.01 M其他三相短路电流I*=鼎T)=理尸2.0IkAi=2.55*2.01=5.13kA1=1.51*2.01=3.04kA三相短路容量S弘=1OOMVA2.74=36.50MV-A-7.5 k-2点（04kV侧）的有关计算两台变压器并列运行总的电抗标幺值XaK_2）=x；+x;+X；X：=0.2+2.54+2.8=5.54三相短路电流周期分量有效值k,=4=出3=25.99女AKYSS4(*-2)其他短路电流分别为开关的极限通过电流峰值与有效值，琮）、或）分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值与有效值b）热稳固校验条件=m关于上面的分析，如表8-1所示，所选设备均满足设计要求。表8.110kV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态定度热稳固度装置地点条件参数UNIN/黑