某机械厂降压变电所的电气设计 2.docx
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某机械厂降压变电所的电气设计2
工厂供电课程设计
——某机械厂降压变电所的电气设计
二级学院
专业
年级
学号
学生姓名
指导教师
职称
完成时间
某机械厂降压变电所的电气设计
摘要：
工厂供电设计是整个工业设计的重要组成部分，工厂供电设计的质量将直接影响到工厂的生产及其发展，工厂供电应能够更好的服务工业生产，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须要具有安全、可靠、优质、经济的特点。
在本次课程设计中，对工厂供电设计的中的若干问题如负荷计算，变电所位置和型式的选择，变电所主接线方案的设计和短路电流的计算等问题进行了阐述，并根据设计要求画出了该工厂的电气主接线图。
关键词:
计算负荷；短路电流；电气主接线
引言
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。
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。
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：
（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。
目录
摘要Ⅰ
引言Ⅱ
第一章设计任务1
1.1设计要求1
1.2设计依据1
第二章负荷计算3
2.1负荷计算的目的和方法3
2.2全厂负荷计算4
第三章变电所位置选择6
第四章变电所主变压器和主接线方案的选择7
4.1变电所主变压器的选择7
4.2变电所主接线方案的选择8
4.3主接线方案的经济比较8
第五章短路电流的计算9
5.1短路电流计算的目的9
5.2绘制计算电路9
5.3短路电流计算10
总结12
附录14
Abstract17
参考文献18
第一章设计任务
1.1设计要求
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，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。
最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。
1.2设计依据
1.2.1工厂总平面图
图1.1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2500h，日最大负荷持续时间为5h。
该厂除铸造车间、电镀车间、锅炉房属于二级负荷外，其余均属于三级负荷。
低压动力设备均为三相，额定电压为380v。
电气照明及家用电器均属于单相，额定电压为220v。
本厂的负荷统计资料如表1.2所示
厂房编号
厂房名称
负荷类型
设备容量（Pe）/KW
需要系数Kd
功率因数
1
铸造车间
动力
235
0.3
0.65
照明
8
0.7
1
2
锻压车间
动力
440
0.2
0.60
照明
10
0.7
1
3
金工车间
动力
350
0.2
0.60
照明
8
0.7
1
4
工具车间
动力
350
0.25
0.60
照明
1
0.7
1
5
电镀车间
动力
275
0.4
0.7
照明
10
0.7
1
6
热处理车间
动力
180
0.4
0.7
照明
6
0.7
1
7
装配车间
动力
165
0.3
0.65
照明
7
0.7
1
8
机修车间
动力
240
0.2
0.6
照明
5
0.7
1
9
锅炉房
动力
70
0.6
0.7
照明
1
0.7
1
10
仓库
动力
12
0.3
0.8
照明
1
0.7
1
生活区
照明
230
0.7
0.9
备注
表中生活区的照明负荷中含有家用电气
表1.2工厂负荷统计资料
1.2.3供电电源情况
按照工厂与当地供电部门签订的供电协议规定，本厂可由附近一条10Kv的公共电源干线取得工作电源。
该干线的走向参看工厂总平面图。
该干线的导线牌号为LGJ-150,导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首端距离本厂7Km。
干线首端装设的高压断路器断流容量为500MVA。
次断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。
为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由附近的单位取得备用电源。
已知与本厂有电气联系的架空线总长度59Km，电缆线路总长度20Km。
1.2.4气象资料
本厂所在地区的最高气温为35°C,年平均气温23°C，年最低气温-8°C，年最热月平均最高气温为33°C，年最热月平均气温为26°C，年最热月地下0.8m处平均温度为25°C，当地主导风向为东北风，年暴雷日数为20。
1.2.5地质水文资料
本厂所在地区平均海拔500m，地层以沙土为主；地下水位为1m。
1.2.6电费制度
与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，专设用计量柜，按两部电费制缴纳电费。
每月基本电费按主变压器容量计为15元/KVA，动力电费为0.2元/kW.h,照明电费为0.5元/kW.h。
工厂最大负荷时的功率因数不低于0.9。
此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门缴纳供电贴费；6~10KV为800元/KVA。
第二章负荷计算
2.1负荷计算的目的与方法
2.1.1负荷计算的内容和目的
（1）求计算负荷，是选择确定建筑物报装容量、变压器容量的依据。
（2）求计算电流，是选择缆线和开关设备的依据。
（3）求有功计算负荷和无功计算负荷，是确定静电电容器容量的依据。
2.1.2负荷计算的方法
（1）需要系数法——用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。
用于设备数量多，容量差别不大的工程计算，尤其适用于配、变电所和干线的负荷计算。
（2）利用系数法——采用利用系数求出最大负荷区间内的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数，得出计算负荷。
适用于各种范围的负荷计算，但计算过程稍繁。
2.2全厂负荷计算
2.2.1单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）
=
，
为系数（2-1）
b）无功计算负荷（单位为kvar）
=
tan
（2-2）
c）视在计算负荷（单位为kvA）
（2-3）
d）计算电流（单位为A）
=
为用电设备的额定电压（单位为KV）（2-4）
2.2.2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）
=
（2-5）
式中
是所有设备组有功计算负荷
之和，
是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95
b）无功计算负荷（单位为kvar）
=
，
是所有设备无功
之和；
是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97
c）视在计算负荷（单位为kvA）
=
（2-6）
d）计算电流（单位为A）
=
（2-7）
本设计各车间计算负荷采用需要系数法确定。
主要计算公式有：
有功计算负荷（kW）
（2-8）
无功计算负荷（kvar）:
（2-9）
视在计算负荷（kVA）：
（2-10）
通过计算各车间的负荷如下表所示
厂房编号
厂房名称
负荷类型
设备容量（Pe）/KW
需要系数Kd
功率因数
有功计算负荷Pc
/kw
无功计算负荷Qc
/kvar
1
铸造车间
动力
235
0.3
0.65
70.5
82.48
照明
8
0.7
1
5.6
0
2
锻压车间
动力
440
0.2
0.60
88
117.04
照明
10
0.7
1
7
0
3
金工车间
动力
350
0.2
0.60
70
93.1
照明
8
0.7
1
5.6
0
4
工具车间
动力
350
0.25
0.60
87.5
116.38
照明
1
0.7
1
0.7
0
5
电镀车间
动力
275
0.4
0.7
110
112.2
照明
10
0.7
1
7
0
6
热处理车间
动力
180
0.4
0.7
72
73.44
照明
6
0.7
1
4.2
0
7
装配车间
动力
165
0.3
0.65
49.5
57.92
照明
7
0.7
1
4.9
0
8
机修车间
动力
240
0.2
0.6
48
63.84
照明
5
0.7
1
3.5
0
9
锅炉房
动力
70
0.6
0.7
42
42.84
照明
1
0.7
1
0.7
0
10
仓库
动力
12
0.3
0.8
3.6
2.7
照明
1
0.7
1
0.7
0
生活区
照明及电器用电
230
0.7
0.9
161
77.28
表2.1具体车间计算负荷
从表中可知：
有功计算负荷
无功计算负荷
视在计算负荷
再乘以同时系数
=0.95,
=0.97
此时
第三章变电所位置选择
变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较确定：
（1）接近负荷中心；
（2）进出线方便；
（3）接近电源侧；
（4）设备运输方便；
（5）不应设在有剧烈振动或高温的场所；
（6）不宜设在多尘或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；
（7）不应设在厕所、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《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。
按负荷功率矩法确定负荷中心。
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。
在工厂的平面图左下侧，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，p1、p2、p3……p10分别代表厂房1、2、3……10号的功率，设定p1、p2……p10并设定p11为生活区的中心负荷，如图3-1所示。
而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标。
在同一坐标轴同一比例尺下各负荷相对坐标如下：
P1（2.11,6.09）P2（2.11,4.09）P3（4.11,6.09）
P4（4.11,4.09）P5（5.96,2.13）P6（8.85,7.47）
P7（8.85,5.67）P8（8.85,3.87）P9（8.85,2.07）
P10（12.2,5.67）P11（1.05,0.31）
（3-1）
（3-2）
把各车间的坐标带入上述2个公式，得到x=4.93，y=3.96.由计算结果可知，工厂的负荷中心在4号厂房的东南角。
考虑到周围环境和进出线方便，所以变电所设在4号车间的右方。
厂变电站的位置见附录A-3。
变电所类型有室内型和室外型。
室内型运行维护方便，占地面积少。
所以采用室内型变电所。
变电所的类型主要有以下几种类型：
（1）独立变电所
（2）附设变电所
（3）车间内变电所
（4）地下变电所
变电所设在4号车间的右方，所以变电所的类型为附设变电所。
第四章变电所主变压器和主接线方案的选择
4.1变电所主变压器的选择
变压器的容量，首先应保证在计算负荷下变压器能长期可靠运行。
对仅有一台变压器运行的变电所，变压器容量应满足下列条件：
考虑到节能和留有余量，变压器的负荷率一般取70%—85%。
对有两台变压器运行的变电所，通常采用等容量的变压器，每台容量应同时满足以下两个条件：
（1）满足总计算负荷70%的需要，即
SN.T≈0.7Sc（4-1）
（2）满足全部一、二级负荷Sc（I+II）的需要，即
SN.T≥Sc（I+II）（4-2）
当选用不同容量的两台变压器运行时，每台容量可按下列条件选择：
SN.T1+SN.T2>Sc；
SN.T1≥Sc（I+II）；（4-3）
SN.T2≥Sc（I+II）
大型电动机及其他冲击负荷的起动时，会导致变压器母线电压下降，而下降幅度则与变压器的容量及设备起动方式有关。
一般规定电动机非频繁起动时母线电压不宜低于额定电压的85%，这就要求变压器容量应与起动设备容量及其起动方式相配合。
（1）装设一台主变压器型式采用S9型,至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
=1141.2KVA
即选变压器为S9—1250/10型配电变压器
（2）装设两台主变压器型号采用S9型，根据上面容量选择的原则可以确定变压器容量为
SNT≈0.7Sc=0.7×1141.2KV·A=798.8KV·A
因此初选变压器容量为800KV·A，即选两台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亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
主变压器的联结组均采用Yyn0。
4.2变电所主接线方案的选择
选用S9-800/10型低损耗配电变压器,两种方案可设计下列两种主接线方案：
（1）装设一台主变压器的主接线方案。
电气主接线图见附录A1
（2）装设两台主变压器的主接线方案。
电气主接线图见附录A2
4.3主结线方案经济比较
比较项目
装设一台主变的方案
装设两台主变的方案
技术
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大
两台并联，电压损耗略小
灵活方便性
只一台主变，灵活性稍差
灵活性较好
扩建适应性
稍差一些
更好一些
经济
投资金额
投资低
投资高
表4.1两种主结线方案的技术经济比较
从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案略优于装设一台主变的主结线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案。
（说明：
如果工厂负荷近期可有较大增长的话，则宜采用装设两台主变的方案）
第五章短路电流的计算
5.1短路计算的目的
短路故障对电力系统的正常运行影响很大，所造成的后果也十分严重，因此无论从设计、制造、安装、运行和维护检修等各方面来说，都应着眼于防止短路故障的发生，以及在短路故障发生后要尽量限制所影响的范围。
这就要求必须了解短路电流的产生和变化规律，掌握分析计算短路电流的方法。
短路电流计算是电力系统最常用的计算之一，短路电流计算的具体目的有如下几个方面：
1.选择电气设备
电气设备（如开关电器、母线、绝缘子、电缆等）必须具有充分的电动力稳定和热稳定性，而电气设备的电动力稳定和热稳定的校验是以短路电流计算结果为依据的。
2.继电保护的配置和整定
电力系统中应配置哪些继电保护以及保护装置的参数整定，都必须对电力系统各种短路故障进行计算和分析，而且不仅要计算短路点的短路电流，还要计算短路电流在网络各支路中的分布。
并要作多种运行方式的短路计算。
3.电气主接线方案的比较和选择
在发电厂和变电站的主接线设计中往往遇到这样的情况：
有的接线方案由于短路电流太大以致要选用贵重的电气设备，使该方案的投资太高，但如果适当改变接线方式或采取某些限制短路电流的措施就可能得到既可靠又经济的方案，因此，在比较和评价主接线方案时，短路电流计算是必不可少的内容。
4.在设计及110kv以上电压等级的架空输电线路时，要计算短路电流，以确定电力线路对邻近架设的通信线是否存在危险及干扰影响。
5.2绘制计算电路
本厂的供电系统采用两路电源供线，一路为距本厂7km的变电站经LGJ-150架空线，该干线首段所装高压断路器的断流容量为500MVA；一路为邻厂高压联络线。
下面计算本厂变电所高压10kV母线上K1点短路和低压380V母线上K2点短路的三相短路电流和短路容量。
图5.1短路电流计算简化电路
5.3短路电流计算
5.3.1确定短路基准值
设
，
，即高压侧
，低压侧
，则
5.3.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值
（1）电力系统已知
=500MVA，故
=100MVA/500MVA=0.2
（2）架空线路查表得LGJ-150的
，而线路长7km，故
（3）电力变压器查表得
，故
因此绘短路计算等效电路如图5.2所示
图5.2短路计算等效电路
5.3.310KV侧三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
5.3.4380KV侧三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
（5）流过架空线路的短路电流
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MVA
k1
2.33
2.33
2.33
5.94
3.52
42.37
k2
27.9
27.9
27.9
51.35
30.41
19.38
表5.1短路的计算结果
总结
课程设计是检验本学期学习的情况的一项综合测试，它要求把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对能力的一项综合评定，它要求充分发掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的工厂变电所的电气设计。
通过这次课程设计，得到了很多的经验，并且巩固和加深以及扩大了专业知识面，锻炼综合及灵活运用所学知识的能力，正确使用技术资料的能力。
知识系统化能力得到提高,设计过程中运用了很多的知识，因此如何将知识系统化就成了关键。
如本设计中用到了工厂供电的绝大多数的基础理论和设计方案，因此在设计过程中侧重了知识系统化能力的培养，为今后的工作和学习打下了很好的理论基础。
懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在这次课程设计中，做了大量的参数计算，锻炼从事工程技术的综合运算能力，参数计算尽可能采用先进的计算方法。
了解工厂供电设计的基本方法，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解。
在这段时间里，学到了很多知识也有很多感受，当然设计过程中也遇到了许许多多的困难，但老师的讲解，同学的讨论，通过上网和去图书馆查看相关的资料和书籍，让自己头脑模糊的概念逐渐清晰，使自己逐步设计下来，每一次设计出来的结果都是学习的收获，当最后设计结束时，我真是感到莫大的欣慰。
附录
附录A-1
一台主变压器的电气主接线
附录A-2
两台主变压器的电气主接线
附录A-3
厂变电站的位置
The factory power supply design course
——Machinery factory step-down substation electrical design
Major:
ZhaoYang
The Instructor:
YangJianxiang
Abstract:
Factorypowersupplydesignisanimportantpartofthewholeindustrialdesign,factorypowersupplydesignqualitywilldirectlyaffecttheproductionanddevelopment,thefactorypowersupplyshouldbeabletobetterserveindustrialproduction,toensurethefactoryproductionandtheneedofusingelectricity,andcompletestheenergyconservationwork,mustbehasthecharacteristicsofsafe,reliable,highqualityandeconomy.Inthecurriculumdesign,thefactorypowersupplydesignofsomeproblemssuchasloadcalculation,thechoiceoflocationandtypeofsubstation,substationmainwiringschemeofdesignandthecalculationofshort-circuitcurrent,andaccordingtothedesignrequirementstodrawthemainelectricalwiringdiagramofthefactory.
Keywords:
Computationalload;Shortcircuitcurrent;The main electrical wiring
参考文献
[1]苏文成.工厂供电[M].北京：
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