35KV变电所及低压配电线路设计毕业设计要点.docx
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35KV变电所及低压配电线路设计毕业设计要点
35kV变电所及低压配电线路设计
1绪论
1.1所设计变电所概况
1、厂生产任务、规模及产品规格：
本厂主要承担全国系统冶金矿山、冶炼和轧钢设备的配件生产，即以生产、铸造、铆焊、毛坯件为主体。
年生产规模为铸钢件10000t；铸铁件3000t，铸件1000t,铆焊件2500t。
2、各车间负荷情况及车间变电所的容量（如表1所示）。
3、供用电协议
工厂电源从某供电部门220/35KV变电站以35KV双回架空线路引入工厂。
其中一路作为备用电源。
两个电源不并列运行。
变电站在厂东侧8km。
电力系统短路数据，如表3所示。
其配电系统图如图2所示。
供电部门对工厂提出的技术要求：
①区域变电站35KV馈电线路定时限过流保护装置的整定时间top=2s，要求工厂总配电所的保护整定时间不大于1.5s。
②在工厂总配电所的35kV进线侧计量。
③工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。
4>供电贴费和每月电费制
供电贴费700元/KV.A。
每月电费按两部电费制，基本电费为18元/KW.H，动力电费为0.4元/KW.H，照明电费为0.5元/KW.H。
5>工厂负荷性质：
本厂多数车间为三班制，年最大负荷利用小时数为6000h，属二级负荷。
6>工厂自然条件
①气象资料年最高气温为38℃，年平均气温为25℃，年最低气温为-1℃，年最热月平均最高气温为34℃，年最热月平均气温为30℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。
长年主导风向为南风，覆冰厚度为3mm，年雷暴日数38天。
②地质水文资料平均海拔200m，地层以砂粘土为主，地下水位3～5m。
1.2供电设计必须遵循的一般原则
1>必须遵守国家的有关法令、规程和标准，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>工厂供电设计应做到人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，应采用效率高、能耗低、性能较先进的电气产品。
3>从全局出发、统筹兼顾必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。
应根据工程特点、规模和发展计划，正确处理近期建设和远期发展的关系，做到远、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。
1.3设计内容
1.变电所设计:
变电所负荷的计算机无功功率的补偿;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;二次回路方案的确定及继电器保护的选择和整定;防雷保护与接地装置的设计;变电所电气照明的设计.
低压配电系统设计:
车间配电线路布线方案的确定;线路导线及其配电设备和保护设备的选择;车间电气照明设计.
235KV变电所及其低压配电系统设计
2.1负荷计算
求计算负荷这相工作称为负荷计算。
显然负荷计算是根据已知的工厂用电设备的安装容量确定、预期不变的最大假想负荷。
这个负荷的设计是作为选择工厂电力系统供电线路导线的截面积、变压器容量、开关电器和互感器等的额定参数的依据。
电力负荷又叫电力负载，它是指耗用电能的用电设备或用电单位。
也是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流的大小。
根据电力负荷对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响程度，电力负荷一般分为三级：
一级负荷：
一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者，或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废等等。
在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应看着特别重要的负荷。
二级负荷：
二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如大量产品报废、中断供电将影响重要用电部门正常工作等。
三级负荷：
三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述的一、二级负荷者。
由于计算负荷是供电设计的基本依据，所以计算负荷确定的是否合理，直接影响到工厂电力设计的质量，电力设计的经济性问题。
如计算负荷估算太大，将增加供电设备的容量，使工厂电网变的复杂，浪费有色金属，在无形中就增加了初投资和运行工作量。
特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不和理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设，将给整个国民经济建设带来很大的危害。
如果选的过小，又使电器和导线电缆处在过负荷下运行，增加了电能的损耗，导致绝缘过早老化甚至烧毁，降低了设备的使用寿命。
可见，正确计算负荷计算，有很大设计决定作用，其意义重大。
但是由于负荷情况复杂，影响因素多，很难准确的确定出来。
设备的计算负荷的变化也有一定的计算规律，它与设备的性能、生产的形式、能源的供应的状况等多种因素有关。
所以，负荷计算只是电力系统设备选择的一个估算负荷。
我国的确定负荷的方法，主要有需要系数法、二项式法，需要系数法是普遍采用的计算负荷的基本方法，二项式法应用局限很大，但确定设备台数教少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，比较的合理，而且方便。
本设计的车间设备台数较多、设备容量都相差不大，所以宜采用需要系数法。
负荷计算公式如下：
有功计算负荷:
P30=KdPe
式中:
Pe—用电设备组总容量（不含用电设备容量,单位:
Kw）
Kd—用电设备组的需要系数
无功计算负荷为:
Q30=P30tanф
式中:
tanф—对应于用电设备组功率因数cosф的正切值
视在计算负荷为:
S30=P30/cosф
计算电流为:
I30=S30/（31/2Un）
式中:
Un—用电设备组的额定电压（单位:
KV）
功率因数COSΦ=P30/S30
根据需要系数计算法和变电所的设计依据,通过计算可以得出此变电所的计算负荷.其计算结果如表2-1:
表2-1各车间和车间变电所负荷计算表（380V）
序
号
车间
名称
设备
容量
kW
kd
COSØ
tanØ
计算负荷
车间
变电所
代号
变压器台数及容量kVA
P30
Kw
Q30
Kvar
S3
KVA
I30
A
1
铸钢车间
2000
0.4
0.65
1.17
800
936
1230.7
1870.1
No.1
2*800
2
铸铁车间
1000
0.4
0.70
1.02
400
408
571.43
128.33
No.2
2*400
砂库
110
0.7
0.60
1.33
77
102
128.33
194.99
小计K-0.9
0.66
1.13
429
485
647.62
984
3
铆焊车间
1200
0.3
0.45
1.98
360
713
800
1215.5
No.3
1*400
1.水泵房
28
.75
0.8
0.75
21
16
26.25
398.84
小计K-0.9
0.44
2.9
342.9
692.2
772.41
1173.6
4
空压站
390
0.85
0.75
0.88
331.5
291.72
442
671.57
No.4
1*500
机修车间
150
0.25
0.65
1.17
37.5
43.9
57.7
876.57
锻造车间
220
0.3
0.55
1.52
66
101
120
182.33
木型车间
186
0.35
0.60
1.33
65.1
85.58
108.5
164.85
制材场
20
0.28
0.60
1.33
5.6
6.33
9.33
14.18
综合楼
20
0.9
1
0
18
0
18
27
小计K0.9
0.68
1.06
472
502
688.16
1045.6
5
锅炉房
300
0.75
0.80
0.75
225
168.75
281.25
939.41
No.5
1*315
2.水泵房
28
0.75
0.8
0.75
21
15.8
26.25
39.9
仓库（1.2）
88
0.3
0.65
1.17
26.4
30.9
40.62
61.72
污水提升站
14
0.65
0.80
0.75
9.1
6.83
11.38
17.29
小计K-0.9
0.77
0.83
253.4
211.1
329.78
501.1
表2-2各车间6千伏负荷计算表
序
号
车间
名称
高压设
备名称
设备
容量
kW
kd
COSØ
tanØ
计算负荷
P30
Kw
Q30
Kvar
S3
KVA
I30
A
1
铸钢车间
电弧炉
2*1250
0.9
0.87
0.57
2250
1956
2586.2
248.87
铸铁车间
工频炉
2*200
0.8
0.9
0.48
320
288
355.56
34.2
空压站
空压机
2*250
0.85
0.85
0.62
425
363
500
48.1
小计K-0.9
0.74
0.91
2696
2477
3660.37
323.4
2.2无功补偿计算及设备选择
变电所的无功补偿对于整个工厂的设计是极为重要的。
按《全国供用电规则》规定:
高压供电的工业用户,功率因数不得低于0.9;其他情况,功率因数不得底于0.85.如达不到上述要求,则需增设无功功率的人工补偿装置.
功率因数是衡量工厂供电系统电能利用层度及电气设备使用状况的一个具有代表性的参数。
在工厂供电系统中，绝大多数用电设备都有电感性的特性。
（诸如：
感应电机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷）这些设备不仅需要从电力系统中吸收有功功率，还要吸收无功率以产生这些设备正常工作所必须的交变磁场，从而降低了设备运行时的功率因数。
如果在设备充分充分发挥了设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数，尚达不到工厂规定的功率因数要求时，则要考虑人工补偿。
人工补偿是在变压器低压侧装设无功补偿装置，在保证低压侧有功率不变的情况下减小设备的无功功率。
从而减小了设备总的视在功率，缩小了变压器容量、导线的截面积及一次设备的容量。
同时仅降低了变电所的初投资、设备运行时的损耗和工厂的电费开支。
现在所用的补偿装置有同步补偿器和静电电容器。
同步补偿器无功功率的发电机，它的最大优点是可以均匀的调节电网的电压水平，但其无功功率补偿量越小，单位1kvar造价越高，即使容量很大同步无功补偿器也远叫静电无功补偿器贵，而且损耗大、安装要求高、运行维护复杂，因此只有在大电网中枢调压或中降压变电所中使用。
目前：
工厂中普遍采用并联电容器来补偿供电系统中的无功功率。
它一般分为三中：
高压集中补偿、低压集中补偿、低压分散补偿。
由前面的车间负荷计算知车间的计算很大，但功率因数普遍很小。
从表中可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.77。
而提供电部门要求该厂35KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。
考虑到主变压器的无功损耗远大于有功功率损耗，因此在变压器低压侧补偿时，低压侧补偿后的功率因数应稍微高些，取0.92。
相关的无功功率补偿公式如下：
无功功率补偿装置容量:
QC=P30（tanΦ-tanΦ`）
式中:
P30—工厂的有功计算负荷（单位:
KW）
tanΦ—对应原来功率因数COSΦ的正切;
tanΦ`—对应需补偿到功率因数的COSΦ`正切;
补偿后总的视在负荷：
S`30=〔P302+（Q30-QC）2〕0.5
变压器有功损耗:
△PT=△Pkβ2+△P0
式中:
△P0—变压器的空载损耗;
△Pk—变压器的短路损耗;
β—变压器的负荷率,β=S30/SN,
对于6—10KV低损耗配电变压器,有攻损耗可按下列简化公式计算:
△PT=0.015S30
变压器无功损耗：
△QT=（I0%/100+UK%/100β2）SN
式中：
I0—变压器的空载电流百分比
UK—变压器的短路电压百分比
对于6—10KV低损耗配电变压器,有攻损耗可按下列简化公式计算:
△QT=0.06S`30
变压器高压侧有功功率：
P=P30+△PT
变压器高压侧无功功率：
Q=Q30+△QT
补偿后的有功功率：
S=〔P2+Q2〕0.5
因此380V侧最大负荷时功率因数暂取0.92来计算，380V侧所需无功功率补偿容量各车间计算如下:
第一车间:
QC=P30（tanΦ-tanΦ`）
=800×「tan（arccos0.65）－tan（arccos0.92）」
=692kvar
选PGJ1型低压无功功率自动补偿屏，采用其方案2″（主屏）1台与方案4″（辅屏）6台相结合,总共容量112kvar×7=784kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和6KV侧的负荷计算如表2-3所示:
表2-3一车间380V侧和6KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.65
800
936
1230.8
1870.1
380V侧无功补偿容量
784
380V侧补偿后负荷
0.98
800
152
814.3
1237.3
变压器功率损耗
0.021
0.45`
6KV侧负荷总计
0.98
800.021
152.45
816
78.52
第二车间:
QC=P30（tanΦ-tanΦ`）
=429.3×「tan（arccos0.66）－tan（arccos0.92）」
=301kvar
选PGJ1型低压无功功率自动补偿屏，采用其方案2″（主屏）1台与方案3″（辅屏）3台相结合,总共容量112kvar×1+84kvar×3=364kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和6KV侧的负荷计算如表2-4所示:
表2-4二车间380V侧和6KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.66
429.3
484.89
647.62
984
380V侧无功补偿容量
364
380V侧补偿后负荷
0.96
429.3
120.89
445.97
677.64
主变压器功率损耗
0.012
0.26
6KV侧负荷总计
0.94
429.3
121.2
447.30
43.04
第三车间:
QC=P30（tanΦ-tanΦ`）
=342.9×「tan（arccos0.44）－tan（arccos0.92）」
=545.2kvar
选PGJ1型低压无功功率自动补偿屏，采用其方案2″（主屏）1台与方案4″（辅屏）4台相结合,总共容量112kvar×5=560kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和6KV侧的负荷计算如表2-5所示:
表2-5三车间380V侧和6KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.44
342.9
692.12
772.41
1173.59
380V侧无功补偿容量
560
380V侧补偿后负荷
0.93
342.9
132.12
367.47
558.33
主变压器功率损耗
0.012
0.26
6KV侧负荷总计
0.93
342.91
132.38
367.94
35.41
第四车间:
QC=P30（tanΦ-tanΦ`）
=471.3×「tan（arccos0.68）－tan（arccos0.92）」
=301.63kvar
选PGJ1型低压无功功率自动补偿屏，采用其方案2″（主屏）1台与方案4″（辅屏）2台相结合,总共容量112kvar×3=336kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和6KV侧的负荷计算如表2-6所示:
表2-6四车间380V侧和6KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.68
471.3
501.44
688.16
1045.58
380V侧无功补偿容量
336
380V侧补偿后负荷
0.94
471.3
165.4
499.48
758.9
主变压器功率损耗
0.02
0.36
6KV侧负荷总计
0.94
472.50
165.76
499.76
48.09
第五车间:
QC=P30（tanΦ-tanΦ`）
=253.35×「tan（arccos0.77）－tan（arccos0.92）」
=103.87kvar
选PGJ1型低压无功功率自动补偿屏，采用其方案1″（主屏）1台与方案3″（辅屏）1台相结合,总共容量84kvar×2=168kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和6KV侧的负荷计算如2-7表所示:
表2-7五车间380V侧和6KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.77
253.35
211.11
329.78
501.06
380V侧无功补偿容量
168
380V侧补偿后负荷
0.99
253.35
43.11
257
390.47
主变压器功率损耗
0.02
0.24
6KV侧负荷总计
0.98
253.37
43.35
257.4
24.77
6KV高压车间:
QC=P30（tanΦ-tanΦ`）
=2695.5×「tan（arccos0.74）－tan（arccos0.92）」
=1320.8kvar
选PGJ1型低压无功功率自动补偿屏:
采用其方案2″（主屏）1台与方案
4″（辅屏）11台相结合,总共容量112kvar×12=1344kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和6KV侧的负荷计算如2-8表所示:
表2-86KV高压车间380V侧和6KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
6KV侧补偿前负荷
0.74
2695.5
2476.41
3660.37
5561.52
6KV侧无功补偿容量
1344
6KV侧补偿后负荷
0.92
2695.5
1132.41
2923.71
281.34
主变压器的负荷计算：
补偿后：
P30`=∑P301+P302+…P30i=4492.40KVA
Q30`=∑Q301+Q302+…Q30i=1476Kvar
S30`=（P30`2+Q30`2）1/2=4819.77KVA
I30`=463.8A
CosΦ`=0.93TanΦ`=0.38
6KV侧和35KV侧的负荷计算如表2-9所示:
表2-9主变压器6KV侧和35KV侧的负荷计算表
项目
COSΦ
计算负荷
P30/Kw
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
6V侧补偿后负荷
0.93
4492.4
1476
4819.77
441.7
主变压器功率损耗
0.12
2.22
35KV侧负荷总计
0.93
4492.52
1478.22
4820.34
78.52
此可见,补偿后变电低压侧的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流显著减小,而功率因数显著提高。
补偿后该变电所主变压器T的容量显然比补偿前的变压器容量小得多。
同时由于计算电流的减小，使补偿点以前系统中各元件上的功率损耗也相应降低，因此不仅降低了变电所的初投资，而且减少了工厂的电费开支，所以进行无功补偿效益是十分可观的。
2.3变电所位置的选择
2.3.1变电所的分类：
工厂变电所分为降压变电所和车间变电所，一般中小工厂不设总降压变电所。
2.3.2变电所所址选择的一般的应遵循的原则：
选择工厂变、配点所的所址，应该根据下面的一些要求经技术、经济比较后确定。
（1）所址应尽量靠近负荷中心，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。
（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。
不应设在地势低洼和可能积水的场所。
（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所；当无法改变时，不应设在污染源盛行风向的下侧。
（7）不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所向贴邻。
（8）不应设在有爆炸危险环境的正下方或正上方，且不宜设在有火灾危险环境的正下方或正上方。
当与爆炸报或火灾危险环境的建筑物毗邻时，应符合现行国家标准的规定。
（9）高压配电所应尽量与邻近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房和建在一起.
2.4变电所的主变压器台数和容量的选择
2.4.1主变压器台数的选择：
主变压器的台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择。
当符合下列条件的一种时，要装设两台及以上的变压器：
有大量的一级和二级负荷。
季节性负荷变化较大，适于采用经济运行方式。
集中负荷较大。
其他的情况只要装一台变压器。
1）主变压器台数应满足负荷对供电可靠性的要求。
对于供电给一、二负荷的变电所，应采用两台主变压器。
2）如果附近只有一条电源进线，则只能采用一台主变压器。
此时，如果厂内有一、二级负荷，则应所内装设一台发电机，作为一、二级负荷的备用电源。
3）对于只向三级负荷供电的变电所，当负荷变动很大，填充系数а<0.5时，为减小主变压器的功率损耗，宜采用两台主变压器；反之，当а>0.5时，宜采用一台主变压器。
4）当厂内有大型高压用电设备（如大型高压电动机、大型电炉）时，宜采用两台主变压器。
根据上面的要求，因为该厂两条电源进线;工厂负荷性质为三班工作制,年最大有功利用小时数为6000小时,属二级负荷;集中负荷较大,故需要装备两台主变压器。
2.4.2主变压器容量的选择
1）变电所装有一台主变压器时，
其容量应满足下列要求：
SNT≥S30
式中：
S30—为该变电所承担的全部计算负荷（无功补偿后的计算负荷）。
2）装有两台主变压器的变电所，每台主变压器容量不应小于总的计算负荷的60%，最好为总计算负荷的70%左右，同时每台主变压器的容量不应小于全部一、二级负荷之和,即:
SNT≈（0.6～0.7）S30
根据上面变电所的选择要求﹑此变电所的设计要求以及负荷计算的结果,又考虑到今后的发展，可查参考资料1附录表4选出各车间所适合的变压器﹑总变电所
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