东风机械厂变电所一次系统设计.doc

1、编号0814251 课 程 设 计（ 2008级本科）题 目：东风机械厂变电所一次系统设计系（部）院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： 王 哲 指导教师： 完成日期： 2011 年 1 月 4 日二一一 年 一 月河西学院本科生课程设计任务书论 文 题 目东风机械厂变电所一次系统设计作 者 姓 名所属系、专业、年级机电工程系电气工程及其自动化专业08级指导教师姓名、职称 教授任务下达日期2010年12月24日设计的主要内容1.1设计内容：负荷计算和无功功率补偿；变电所主变压器和主接线方案的选择；短路电流的计算等。1.2设计依据1、气象资料：工厂所在地区的年最高气温

2、为 34 ，年平均气温为 15 ，年最低气温为18，年最热月平均最高气温为 25 ，年最热月平均气温为 18 ，年最热月地下0 . 8m处平均温度为21 。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为 8 。2、地质水文资料：工厂所在地区平均海拔 1500m ，地层以砂粘土为主，地下水位为 2m 。3、电费制度：工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计为 18 元kVA ，动力电费为 0 . 20 元/kwh，照明电费为0.50元/kwh。工厂最大负荷时的功率因数不得低干0.90 ，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次

3、性地向供电部门交纳供电贴费： 6 10kV 为 800 元kVA 。4、工厂负荷情况见下表：序号名称类别设备容量需要系数cos计算负荷1铸造车间动力700.40.71.02照明70.80.90.48小计772锻压车间动力800.30.61.33照明100.70.90.48小计903仓库动力400.40.850.62照明50.80.90.48小计454电镀车间动力600.50.850.62照明60.80.90.48小计665工具车间动力1200.30.651.17照明100.90.90.48小计1306组装车间动力800.40.71.02照明300.80.90.48小计1107维修车间动力200

4、0.20.61.33照明130.80.90.48小计2138金工车间动力3500.20.651.17照明160.80.90.48小计3669焊接车间动力7300.30.451.98照明460.80.90.48小计87610锅炉房动力1200.70.80.75照明30.80.90.48小计12311热处理车间动力1000.60.71.02照明100.80.90.48小计11012生活区照明900.70.90.48总计（380v侧）动力照明取二、设计的基本要求1、设计及计算说明书（1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言简练。（2）主要计算过程和步骤完整无误，分析论证过程简单明了，各设计内

5、容列表汇总。2、图纸（1）绘制电气主接线图（2）原理图要求用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适清晰美观。三.设计进度安排阶段设计各阶段名称起止日期1熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料12月25日2查阅有关资料、阅读设计要求必读的参考资料12月26日12月27日3负荷计算12月27日12月28日4电气主接线设计12月28日12月29日5短路电流计算12月29日12月30日6主要电气设备及载流导体选择12月30日12月31日7书写课程设计说明书12月31日1月1日8打印整理课程设计资料1月1日1月4日四.需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师指定）【1】刘涤尘、王明阳、吴政球.电气工程基

6、础M.武汉：武汉理工大学出版社.2003年【2】张学成.工矿企业供电设计指导书M.北京：北京矿业大学出版社.1998年【3】刘介才.工厂供电简明设计手册M.北京：机械工业出版社.1993年【4】刘介才.实用供配电技术手册M.北京：中国水利水电出版社.2002年【5】刘介才.工厂供电M.北京：机械工业出版社.1997年【6】 同济大学电气工程系.工厂供电M.北京：中国建筑工业出版社.1981年【7】苏文成.工厂供电M.北京：机械工业出版社.2004年【8】工厂常用电气设备手册编写组. 工厂常用电气设备手册（补充本）. 北京：水利电力出版社.1990【9】JGJ16-2008 民用建筑电气设计规范

7、【10】GB50054-95 低压配电设计规范 【11】GB50052-95 供配电系统设计规范【12】GB50217-2007 电力工程电缆设计规范【13】GB50060-92 3110KV高压配电装置设计规范教研室意见负责人签名： 年 月 日系（部） 意 见负责人签名： 年 月 日东风机械厂变电所一次系统设计说明书摘 要电能是现代工业生产的主要能源和动力。机械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、灵活和经济运行。本设计在给定机械厂具体资料的基础上，依据变电所设计的一般原则和步骤，完成了变电所一次系统设计。本设计中采用并联电容器的方法来补偿无功功率

8、，以减少供电系统的电能损耗和电压损失，同时提高了供电电压的质量。此机械厂变电所一次系统设计包括：负荷的计算及无功功率的补偿；变电所主变压器台数和容量、型式的确定；变电所主接线方案的选择；进出线的选择；短路计算和开关设备的选择；根据设计要求，绘制变电所一次系统图。关键词：电能；变电所；一次系统。目录 1 前言72 负荷计算及电容补偿72.1负荷统计计算72.2电容补偿83 变压器选择及主接线方案的确定93.1 主变压器台数选择93.2 主变压器容量选择93.3 主接线方案确定103.3.1工厂变电所常见的主接线方案103.3.2 确定主接线方案103.4 无功功率补偿修定124 高低压开关设备选

9、择134.1 短路电流的计算134.1.1 两台变压器并列运行时134.1.2 两台变压器分裂运行时154.2 变电站一次设备的选择与校验174.2.1 10kV侧一次设备的选择校验184.2.2 380V侧一次设备的选择校验204.3 高低压母线的选择205 变电所进出线和低压电缆选择215.1 高压进线和低压出线的选择215.1.1 10kV高压进线的选择校验215.1.2 由高压母线至主变的引入电缆的选择校验215.1.3 380V低压出线的选择216 总结267 参考文献26附 录27致谢291前言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

10、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。在工程机械制造厂里，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。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。电能从区域变电站进入机械厂后，首先要解决的就是如何对电能进行控制、变换、分配和传输等问题。在机械厂，担负这一任务的是供电系统，供电系统的核心部分是变电所。一旦变电所出了事故而造

11、成停电，则整个机械厂的生产过程都将停止进行，甚至还会引起一些严重的安全事故。机械厂变电所要很好地为生产服务，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：(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。2负荷计算及电容补偿2.1 负荷统计计算

12、表2-1 东风机械厂负荷计算表序号名称类别设备容量需要系数cos计算负荷1铸造车间动力700.40.71.022828.6照明70.80.90.485.62.7小计7733.631.346.270.22锻压车间动力800.30.61.332431.9照明100.70.90.4873.4小计903135.347.872.63仓库动力400.40.850.62169.9照明50.80.90.4841.9小计452011.823.235.34电镀车间动力600.50.850.623018.6照明60.80.90.484.82.3小计6634.820.940.661.75工具车间动力1200.30.6

13、51.173642.1照明100.90.90.4894.3小计1304546.465.499.36组装车间动力800.40.71.023232.6照明300.80.90.482411.5小计1105644.172.4110.07维修车间动力2000.20.61.334053.2照明130.80.90.4810.45.0小计21350.458.278.2118.98金工车间动力3500.20.651.177082.0照明160.80.90.4812.86.1小计36682.888.0122.0185.29焊接车间动力7300.30.451.98219433.6照明460.80.90.4836.8

14、17.7小计876255.8451.3527.6801.510锅炉房动力1200.70.80.758463照明30.80.90.482.41.2小计12386.464.2107.7163.611热处理车间动力1000.60.71.026061.2照明100.80.90.4883.8小计1106865.094.5143.612生活区照明900.70.90.486330.290106.4总计（380v侧）动力1295826.8946.8照明256取661.4757.41005.61527.72.2电容补偿由表1知：=661.4kW，=757.4kvar, =1005.6 kVA，而该厂380V侧最

15、大负荷时的功率因数为=0.658。供电部门要求该厂10kV进线侧最大负荷时的功率因数不应低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，本文取0.93来计算380V侧所需无功功率补偿容量： =tan（arccos0.658）-tan(arccos0.93) =495.5kvar 选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4（辅屏）4台相组合，总共容量112kvar5=560kvar。无功补偿后工厂380V侧的负荷计算：=661.4kW；=757.4-560=197.4 kvar=690.2k

16、VA补偿后低压侧的功率因素：=0.958 3变压器选择及主接线方案确定3.1主变压器台数选择选择主变压器台数时应考虑下列原则：1应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须有备用电源。2对季节性负荷或昼夜负荷变动较大，适于采用经济运行方式的变电所，可采用两台变压器。3当负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。4在确定变电所台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。3.2主变压器容量选择根

17、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：方案1 装设一台主变压器根据式，主变选用一台接线方式为D.yn11的S9-1000/10型变压器，根据民用建筑规范要求变压器的负载率不宜大于85%，主变选用一台接线方式为D.yn11的S9-1000/10型变压器，而S=1000 KVA0.85690.2kVA (3-1)显然满足要求。至于机械厂的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。因此装设一台主变压器时选一台接线方式为D.yn11的S C9-1000/10型配电变压器。方案2 装设两台主变压器每台变压器的容量Sz应同时满足以下两个条件：(1) 任一台变压器单

18、独运行时，应满足总计算负荷S3的大约60%80%的需要,即 （3-2）(2)任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要.（一二级负荷有铸造车间,电镀车间,锅炉房）即 （3-3）即S=(0.60.7)690.2 KVA=(414.1483.1) kVA=46.22+40.62+107.67=194.5 kVA 因此选两台接线方式为D.yn11的S9-500/10型低损耗配电变压器。两台变压器并列运行，互为备用。3.3主接线方案确定3.3.1工厂变电所常见的主接线方案1.只装有一台主变压器的变电所主接线方案只装有一台主变压器的变电所，其高压侧一般采用无母线的接线，根据高压侧采用的开关电器

19、不同，有三种比较典型的主接线方案：(1)高压侧采用隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器的主接线方案；(2)高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷型跌开式熔断器的主接线方案；(3)高压侧采用隔离开关-断路器的主接线方案。2.装有两台主变压器的变电所主接线方案装有两台主变压器的变电所的典型主接线方案有：(1)高压无母线、低压单母线分段的主接线方案；(2)高压采用单母线、低压单母线分段的主接线方案；(3)高低压侧均为单母线分段的主接线方案。3.3.2确定主接线方案1.10kV侧主接线方案的拟定由原始资料可知，高压侧进线有一条10kV的公用电源干线，为满足工厂二级负荷的要求，又采用与附近单位连接高压联络线的方

20、式取得备用电源，因此，变电所高压侧有两条电源进线，一条工作，一条备用，同时为保证供电的可靠性和对扩建的适应性所以10kV侧可采用单母线或单母线分段的方案。2.380V侧主接线方案的拟定由原始资料可知，工厂用电部门较多，为保证供电的可靠性和灵活性可采用单母线或单母线分段接线的方案，对电能进行汇集，使每一个用电部门都可以方便地获得电能。3.方案确定根据前面章节的计算，若主变采用一台S9型变压器时，总进线为两路。为提高供电系统的可靠性，高压侧采用单母线分段形式，低压侧采用单母线形式，其系统图见：图3-1 采用一台主变时的系统图。若主变采用两台S9型变压器时，总进线为两路，为提高供电系统的可靠性，高压

21、侧采用单母线分段形式，两台变压器在正常情况下分裂运行，当其中任意一台出现故障时另一台作为备用，当总进线中的任一回路出现故障时两台变压器并列运行。低压侧采用也单母线分段形式，其系统图见：图3-2 采用两台主变时的系统图。图3-1 采用一台主变时的系统图图3-2 采用两台主变时的系统表3-3 两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标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有一台主变，灵活性不好由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性差一些更好经济指标电力变压器的综合投资额按单台8

22、.632万元计，综合投资为28.632=17.264万元按单台6.658万元计，综合投资为46.658=26.632万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额按每台4.2万元计,综合投资约为51.54.2=31.5万元6台GG-1A（F）型柜综合投资约为61.54.2=37.8万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变和高压开关柜的折旧和维修管理费约5万元主变和高压开关柜的折旧和维修管理费约8万元交供电部门的一次性供电贴费按800元/kVA计，贴费为10000.08万元=80万元贴费为25000.08=80万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案优于装设一台主变的方案。从经济指标来看

23、，装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案。，且有一定量的二级负荷，考虑今后增容扩建的适应性，从技术指标考虑，采用于装设两台主变的方案。3.4无功功率补偿修定低压采取单母线分段接线方式，考虑铸造车间、电镀车间和锅炉房为二级负荷，采用双回路供电，但在正常状态下只由一回路供电，另回路作为备用。计算负荷时则，只考虑其中一回路。为使两段母线的负荷基本平衡，段母线负荷设计为：铸造车间、仓库、电镀车间、工具车间、金工车间、焊接车间；段母线负荷设计为：锻压车间、组装车间、维修车间、锅炉房、热处理车间、生活区。段母线的负荷情况： =472kW，=649.8kvar,cos=0.59，同时系数取=0.9,所以=

24、424.8kW，=584.8 kvar。段母线的负荷情况：=354.8kW. =297.1 kvar, cos=0.77同时系数取=0.9,所以=319.3, =267.4 kvar.对无功功率补偿进行修定：计算段母线所需无功功率补偿容量，取：=(tan- tan)= 424.8 tan（arccos0.59）-tan(arccos0.93)=413.33kvar选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW 0.4-14-3型，采用其方案2（主屏）1台与方案4（辅屏）3台相组合，总共容量112kvar3+80 kvar =416kvar。补偿后的功率因素。计算段母线所需无功功率补偿容量，取：=

25、(tan- tan)=319.3tan（arccos0.77）-tan(arccos0.93)=138.6kvar选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BCMJ 0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案4（辅屏）1台相组合，总共容量80+80=160kvar。补偿后的功率因素。表3-4无功补偿后工厂的计算负荷项目Cos计算负荷/kW/ kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.658661.4757.41005.61527.7380V侧无功补偿容量-576380V侧补偿后负荷0.936614181.4711.21080主变压器功率损耗0.015=110.015=4310kV侧负荷

26、总计0.92672.4224.4723424 高低压开关设备选择4.1 短路电流的计算4.1.1 两台变压器并列运行时图4-1 并列运行时短路计算电路(1)根据原始资料及所设计方案，绘制出计算电路，选择短路计算点，如图4-1所示。(2)设定基准容量和基准电压，计算短路点基准电流,设=100MVA，=，即高压侧=10.5kV,低压侧=0.4kV,则 (4-1) (4-2)(3)计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值 (4-3)式中 电力系统出口断路器的断流容量架空线路的电抗标幺值，查得LGJ-150的单位电抗，而线路长8km,故 (4-4)电力变压器的电抗标幺值，查得S9-500的

27、短路电压=4，故 (4-5) (4-6)(4)绘制等效电路图，如图4-2所示：图4-2 并列运行时短路等效电路图(5)求k1点（10.5kV侧）的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总阻抗标幺值 (4-7)三相短路电流周期分量有效值 (4-8)三相短路次暂态电流和稳态电流=1.96kA (4-9)三相短路冲击电流=2.55=2.551.96kA=5.0kA (4-10)第一个周期短路全电流有效值=1.51=1.511.96kA=2.96kA (4-11)三相短路容量 (4-12)（6）求k2点（0.4kV侧）的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总阻抗标幺值 (4-13)三相短

28、路电流周期分量有效值 (4-14)三相短路次暂态电流和稳态电流=21.2kA (4-15)三相短路冲击电流=1.84=1.8421.2kA=39.0kA (4-16)第一个周期短路全电流有效值=1.09=1.0921.2kA=23.1kA (4-17)三相短路容量 (4-18)4.1.2两台变压器分裂运行时(1)绘制计算电路，选择短路计算点，如图4-3 所示。图4-3 分裂运行时短路计算电路(2)基准值和短抗标幺值同并列运行时所算各值。(3)绘制等效电路图，如图4-4所示：图4-4 分裂运行时短路等效电路图(4)k1点的短路计算值同并列运行时k1点的计算值。(5)k2点（0.4kV侧）的短路电

29、路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总阻抗标幺值 (4-19)三相短路电流周期分量有效值 (4-20)三相短路次暂态电流和稳态电流=13.3kA (4-21)三相短路冲击电流=1.84=1.8413.3kA=24.47kA (4-22)第一个周期短路全电流有效值=1.09=1.0913.3kA=14.50kA (4-23)三相短路容量(6)k3点的短路计算值同k2点的计算值。4.短路电流计算结果短路电流计算结果见表4-1、表4-2：表4-1 并列运行时短路电流计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/K11.961.961.965.02.9635.7K221.221.221.239.

30、023.114.7表4-2 并列运行时短路电流计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/K11.961.961.965.02.9635.7K213.313.313.324.4714.509.3K313.313.313.324.4714.509.3比较变压器并列和分裂运行两种情况下的短路计算，可得出分裂运行时的低压侧短路电流较并列运行时有明显减小，因此，为降低短路电流水平，所设计变电站通常情况下应分裂运行。4.2变电站一次设备的选择与校验正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，

31、并注意节约投资，选择合适的电气设备。电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。4.2.1 10kV侧一次设备的选择校验方案号004用途受电、馈电额定电流（A）6304000主回路元器件真空断路器VS1型真空断路器电流互感器LZZBJ1212避雷器HY5W接地开关JN1510图4-5 10kv侧KYN28B12开关柜接线图表4-3 VS1真空断路器的校验：项目单位参 数校 验电压10kv电流147A断流能力1.42KA动稳imaxish(3)热稳It2t I(3)2tima额定电压kv1

32、2合格1min工频耐压（有效值）kv42雷电冲击耐压（峰值）kv75额定频率Hz50额定电流A6304000合格4S热稳定电流电流（有效值）KA2040合格额定动稳定电流（峰值）kA63100633.62合格额定短路开断电流KA2540合格额定短路关合电流KA63100额定操作顺序00.3SC0180sC0开断时间ms50额定短路开断电流开断次数次50额定操作电压V110/110,220/220机械寿命次20000 本供电系统10kV侧配电柜选用KYN28B-12型开关柜，因采用双回路进线单母线分段形式所以进线柜需要2台方案号为006，馈电回路2路需开关柜2台，方案号为003，母联加计量柜为2

33、台，方案号为012和055，为保证供电质量各段母线上分别加1个消弧消协柜。因馈电柜和母联加计量柜已经包含了开关柜中所有元器件，所以如馈电柜和母联加计量柜的校验满足要求时，开关柜的其他方案配置也能满足要求。具体校验见图4-5、表4-3和图4-6、表4-4、表4-5。036用途进线+计量+母线额定电流（A）6304000主回路元器件真空断路器VS1型真空断路器电流互感器LZZJB1212电压互感器REL10熔断器RN310/200接地开关JN1510图4-6 KYN28B12开关柜接线图表4-4 VS1型真空断路器校验：电压电流断流能力动稳定热稳定合格合格合格合格合格表4-5 LZZJB1212电

34、流互感器校验：参数电压12kv电流150A断流能力动稳定热稳定校验12kv合格150147合格444.39合格24.5211.722(1.5+0.05+0.05)合格因此可选LZZJB1212 150/5型。4.2.2 380V侧一次设备的选择校验为满足设计需求本设计低压柜选用GCS型柜。其中2个进线柜，方案号为03；1个联络柜，方案号为04；4个馈电柜，方案号为11，低压柜总计7个。低压开关柜中个元件设备的校验见表4-6。表4-6 380V侧一次设备的选择校验：选择交验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数据380V总1080A13.3kA24.47kA13.320.7=12

35、3.8一次设备型号参数额定参数低压断路器DW15-2500380V2500A60kA低压断路器DZ20J-1000DZ20J-1250380V1000A1250A(大于)一般30kA低压断路器DZ20-630380V630A(大于)一般30kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A低压刀开关HD13-1000/30380V1000A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A630/5A电流互感器LMZ1-0.5500V400/5A315/5A200/5A4.3高低压母线的选择按照最大负荷计算高压母线上的最大电流为,低压母线上的最大电流。根据计算电流和GB5005394 1

36、0kV 及以下变电所设计规范中的规定，高压母线选择LMY-3(404)型母线，相母线尺寸均为40mm4mm；低压母线选择LMY-3(8010)+ 606型母线，即相母线尺寸为80mm10mm,中性母线尺寸为60mm6mm。5高压进线和低压出线和低压电缆的选择5.1 高压进线和低压出线的选择5.1.1 10kV高压进线的选择校验采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用电源干线。(1)按发热条件选择。由线路最大负荷时的计算电流及室外环境温度25，选择LGJ-35，其30时的允许持续载流量=170A，满足发热条件。(2)校验机械强度。因为钢芯铝绞线架空裸导线在610kV的允许最小截面为25，所以LGJ-35满足机械强度要求。由于此线路很短，不需检验电压损耗。5.1.2