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某机械厂降压变电所电气设计答案

一、设计任务书

（一）设计题目

某机械厂降压变电所电气一次设计

（二）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，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线及高低压设备和进出线，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

（三）设计依据

1.工厂总平面图

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5000h，日最大负荷持续时间为8h。

该厂筹造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。

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为单相，额定电压为220V。

3.供电电源情况：

按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10KV的公用电源干线取得工作电源。

该干线的走向参看工厂总平面图（附图1-4）。

该干线的导线品牌号为LGJ-185,导线为等边三角形排列，线距为2.0m。

干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约10km.干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MWA，此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1.2s。

为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。

已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为100km，电缆线路长度为25km。

表1工厂负荷统计资料

厂房编号

厂房名称

负荷类别

设备容量/kw

需用系数

功率因数

铸造

车间

动力

400

0.4

0.70

照明

0.8

1.00

锻造

车间

动力

300

0.2

0.65

照明

0.8

1.00

金工

车间

动力

350

0.2

0.65

照明

0.7

1.00

工具

车间

动力

380

0.2

0.60

照明

0.8

1.00

电镀

车间

动力

260

0.5

0.80

照明

0.7

1.00

热处

理室

动力

200

0.5

0.75

照明

0.7

1.00

装配

车间

动力

150

0.4

0.70

照明

0.8

1.00

机修

车间

动力

150

0.3

0.60

照明

0.7

1.00

锅炉房

动力

0.7

0.8

照明

0.9

1.00

仓库

动力

0.4

0.80

照明

0.9

1.00

生活区

动力

300

0.8

1.00

4.气象条件：

本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-8℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8m处的平均温度为25℃。

当地主导风向为东北向风，年暴日数为20。

5.地质水文条件：

本厂所在的地区平均海拔500m。

地层以砂粘土（土质）为主；地下水位为4m。

6.电费制度：

本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费交电费。

每月基本电费按主变压器容量计为20元/KVA，动力电费为0.3元/kwh，照明（含家电）电费为0.5元/kwh。

工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.95.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交供电贴费：

6~10KV为800元/KVA。

（四）设计任务

要求在规定时间独立完成下列工作量：

1、设计说明书1份，需包括：

1）封面及目录

2）前言及确定了赋值参数的设计任务书

3）负荷计算和无功功率补偿

4）变电所位置和型式的选择

5）变电所主变压器台数、容量、类型及主结线方案的选择

6）短路电流的计算

7）变电所一次设备的选择与校验

8）变电所高、低压进出线的选择与效验

9）附录及参考文献

10）设计收获和体会

2、设计图纸1份

变电所主结线图1（3号图纸）

（五）设计时间

第二章

（一）负荷计算和无功功率补偿

1.负荷计算

个厂房和生活区的负荷计算如表1所示

表2某机械厂负荷计算表

编号

名称

类别

设备容量

需要系数

cosφ

tanφ

计算负荷

P30/Kw

Q30/Kw

S30/KVA

I30/A

铸造车间

动力

400

0.4

0.7

1.02

160

163.2

照明

0.8

小计

410

168

163.2

234

356

锻压车间

动力

300

0.2

0.65

1.17

70.15

照明

0.8

小计

310

70.15

97.7

149

金工车间

动力

350

0.2

0.65

1.17

81.83

照明

0.7

小计

360

81.83

112

170

工具车间

动力

380

0.2

0.6

1.33

101.33

照明

0.8

6.4

小计

388

82.4

101.33

131

199

电镀车间

动力

260

0.5

0.8

0.75

130

97.5

照明

0.7

4.9

小计

267

134.9

97.5

166

253

热处理室

动力

200

0.5

0.75

0.78

100

照明

0.7

5.6

小计

208

105.6

131

199

装配车间

动力

150

0.4

0.7

1.02

61.2

照明

0.8

小计

155

61.2

88.6

135

机修车间

动力

150

0.3

0.6

1.33

照明

0.7

2.8

小计

154

47.8

76.7

117

锅炉房

动力

0.7

0.8

0.75

照明

0.9

小计

56.9

70.7

108

仓库

动力

0.4

0.8

0.75

7.5

照明

0.9

小计

10.9

7.5

13.2

生活区

照明

300

0.8

240

365

总计（380V侧）

动力

2295

1055.5

762.71

照明

364

计入KΣp=0.85KΣq=0.9

0.79

897.18

686.44

1129.66

1718.38

2.无功功率补偿

由表2可知，该厂380侧最大负荷是的功率因数只有0.75。

而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.95。

考虑到主变电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0.95，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：

Qc=P30（tanφ1-tanφ2）=897.18[tan（arccos0.79）-tan（arccos0.97）]=471kvar

参照图，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3（辅屏-）6台相组合，总共容量84kvar×6=504kvar。

因此无功功率补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表所示

项目

cosφ

计算负荷

P30/KW

Q30/kvar

S30/KVA

I30/A

380V侧补偿前负荷

0.79

897.18

686.44

1129.66

1718.38

380V侧无功补偿容量

-504

380V侧补偿后负荷

0.98

897.18

182.44

915.54

1392.67

主变压器功率损耗

0.015S30=14.04

0.06S30=56.16

10KV侧负荷总计

0.97

911.22

238.6

941.94

54.45

第三章

（二）变电所位置和型式的选择

变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。

工厂的负荷中心按功率矩法来确定，计算公式为x=（P1x1+P2x2+P3x3+…）/（P1+P2+P3+…）=∑（PiXi）/∑Pi,

y=（P1y1+P2y2+P3y3…）/（P1+P2+P3+…）=∑（PiYi）/∑Pi。

计算：

x=4.22y=3.97

由计算结果可知，工厂的负荷中心在2，3，5，6号车间之间。

考虑到方便进出线，周边环境及交通情况，决定在5号车间的西侧仅靠车间修建工厂变电所，其形式为附设式。

第四章

（三）变电所主变压器和主结线方案的选择

1.变电所主变压器的选择根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：

（1）装设一台主变压器型式采用S9，而容量根据式SN*T≥S30，选SN*T=1000KVA>S30=906.05A,即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。

至于工厂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。

（2）装设两台主变压器型号亦采用S9，二每台容量按式SN*T≈（0.6-0.7）S30和SN*T≥S30（Ⅰ+Ⅱ），即

SN*T≈（0.6-0.7）906.05VA=（543.63-634.235）KVA

而且SN*T≥S30（Ⅰ+Ⅱ）=（234+166+70.7）KVA=470.7KVA

因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。

工厂二级负荷的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

主变压器的联结组别均采用Yyn0

2变电所主结线方案的选择按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种主结线方案：

（1）装设一台主变压器的主结线方案如图所示（见附图1）

（2）装设两台主变压器的主结线方案如图所示（见附图2）

（3）两种主结线方案的计算经济比较表

表表11-6两种主结线方案的比较

比较项目

装设一台主变的方案（图11-5）

装设两台主变的方案（图11-6）

技术指标

供电安全性

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

只一台主变，灵活性稍差

由于有两台主变，灵活性较好

扩建适应性

稍差一些

更好一些

经济指标

电力变压器的综合投资额

由表2-8查得S9-1000单价为10.76万元，而由表4-1查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其投资为2*10.76万元=21.52万元

由表2-8查得S9-630单价为7.47万元，因此两台综合投资为4*7.47万元=29.88万元，比1台主变方案多投资8.36万元

高压开关柜的综合投资额

查表4-10得GG-1A（F）型柜按每台3.5万元计，查表4-1得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为4*1.5*3.5万元=21万元

本方案采用6台GG—1A（F）柜，其综合投资约为6*1.5*3.5万元=31.5万元，比1台主变的方案多投资10.5万元

电力变压器和高压开关柜的年运行费

参照表4-2计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为4.893万元

主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为7.067万元，比1台主变的方案多耗2.174万元

交供电部门的一次性供电贴费

按800元/KVA计，贴费为1000*0.08万元=80万元

贴费为2*630*0.08万元=100.8万元，比1台主变的方案多交20.8万元

从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案（图）略优于装设一台主变的主结线方案（图），但按经济指标，则装设一台主变的方案（图）远优于装设两台主变的方案（图），因此决定采用装设一台主变的方案（图）。

（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

（四）短路电流的计算

1.绘制计算电路

2.确定基准值设Sd=100MVA，Ud=Uc,即高压侧Ud1=10.5KV，低压侧Ud2=0.4KV，则

3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值

（1）电力系统

（2）架空线路查表8-36，得LGJ-185的x0=0.35Ω/km，而线路长10km，故

（3）电力变压器查表2-8，得UZ%=4.5,故

因此绘等效电路图，如图11-8所示

4.计算k-l点（10.5kv侧）的短路总电抗及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

其他短路电流

（4）三相短路容量

5.计算k-2点（0.4KV侧）的短路电路总电抗及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）其它短路电流

（4）三相短路容量

以上计算结果综合如表11-7所示.

表11-7短路计算结果

短路计算点

三相短路电流/KA

三相短路容量/MVA

k-1

1.62

4.13

2.45

31.25

k-2

18.2

33.5

19.8

12.7

第六章

（五）变电所一次设备的选择校验

1.10KV侧一次设备的选择校验（表11-8）

表11-810kv侧一次设备的选择校验

选择校验项目

电压

电流

断流能力

动稳定度

热稳定度

其他

装置地点条件

参数

I30

ish

数据

10KV

53.7（I1N·T）

1.62KA

4.13KA

3.4

一次设备型号规格

额定参数

IOC

imax

Itt

高压真空断路器SN10-10I/630

10KV

630A

8KA

20KA

128

高压隔离开关GN8-10/200

10KV

200A

25.5KA

500

高压熔断器RN2-10

10KV

0.5A

50KA

电压互感器JDJ-10

10/0.1KV

电压互感器JDZJ-10

电流互感器LQJ-10

10KV

100/5A

255×

×0.1

KA=31.8kA

二次负荷0.6Ω

避雷器FS4-10

10KV

户外式高压隔离开关GW4-15G/200

15KV

200A

2、380侧一次设备的选择校验（表11-9）

表11-9380侧一次设备的选择校验

选择校验项目

电压

电流

断流能力

动稳定度

热稳定度

其他

装置地点条件

参数

I30

tima

数据

380KV

1378.25A

18.2KA

33.5KA

231.8

一次设备型号规格

额定参数

IOC

imax

低压断路器DW15-1500/3电动

380V

1500A

40KA

低压断路器DZ20-630

380V

630A

一般30KA

低压断路器DZ20-200

380V

200A

一般25KA

低压到开关HD13-1500/30

380V

1500A

电流互感器LMZJ1-0.5

500V

1500/5A

电流互感器LMZ1-0.5

500V

160/5A100/5A

表11-9所选设备均满足要求

3.高低压母线的选择参照表5-25，10KV母线选LMY—3（40×4），即母线尺寸为40mm

×4mm:

；380V母线选LMY—3（120×10）＋80×6，即相母线尺寸为120mm×10mm，中性母线尺寸为80mm×6mm。

第七章

（六）变电所进出线和与临近单位联络线的选择

1．10KV高压进线和引入电缆的选择

（1）10KV高压进线的选择校验采用LJ型铜绞线架空敷设，接往10KV公用干线。

1）按发热条件选择。

由I30=I1N·T=53.7A及室外环境温度38℃，查表8-36，初选LGJ-185，其38℃时的Ial≈416A＞I30，满足发热条件。

2）校验机械强度。

查表8-33，最小允许截面Amin=25mm2，因此LGJ-185满足机械强度要求，故改选LJ-35。

由于此线路很短，不需要校验电压损耗。

（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铜芯电缆直接埋地敷设。

1）按发热条件选择。

由I30=I1N·T=53.7A及土壤温度25℃查表8-43，初选缆芯为25mm2的交联电缆，其Ial=90A＞I30，满足发热条件。

2）校验短路热稳定。

按式（5-40）计算满足短路热稳定的最小截面

式中的C值由表5-12查得。

因此YJL22-10000-3×25电缆满足要求。

2.380V低压出线选择

（1）馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VV22-1000型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。

1）按发热条件选择。

由I30=356A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表8-42，初选240mm2，其Ial=319A＞I30，满足发热条件。

（注意：

如当地土壤温度不为25℃，则其Ial应乘以表8-44的修正系数。

）

2）校验电压损耗。

由图11-3所示平面图量得变电所至1号厂房距离约50m，而由表8-41查得240mm2的铜芯电缆的R0=0.1Ω/km（按缆芯工作温度75℃计），X0=0.07Ω/km,又1号厂房的P30=160kw,Q30=163.2kvar,因此按式（8-13）得；

满足允许电压损耗5%的要求。

3）短路热稳定度校验。

按式（5-40）求满足短路热稳定度的最小截面

式中tima——变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5秒整定（终端变电所），再加上断路器断路时间0.1秒，再加0.05秒（参看式5-33）。

由于前面所选120mm2的缆芯截面小于Amin，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯150mm2的聚氯乙烯电缆，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆（中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同）。

（2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路亦采用VV22-1000聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设。

（方法同上，从略）缆芯截面选240mm2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

（3）馈点给3号厂房（热处理车间）的线路亦采用VV22-1000聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设。

（方法同前，从略）缆芯缆芯截面选240mm2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

（4）馈电给4号厂房（仓库）的线路由于就在变电所旁边，而且共筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铜芯导线BLV-1000型（见表8-29）5根（3根相线、一根中性线、一根保护线）穿硬塑料管埋地敷设。

1）按发热条件选择。

由I30=199A及环境温度（年最热平均气温）26℃，查表8-40，相线截面初选120mm2,其Ial≈215A＞I30，满足发热条件。

按规定，中性线和保护线也选为120mm2，与相线截面相同，即选用BLV-1000-1×120mm2塑料导线5根穿径25mm的硬塑料管。

2）校验机械强度。

查表8-34，最小允许截面Amin=1.0mm2因此上面所选120mm2的相线满足机械强度要求。

3）校验电压损耗。

所选穿管线，估计长度50m，而由8-38查得R0=0.18Ω/km，X0=0.083Ω/km,又仓库的P30=82.4KW,Q30=101.33kvar,因此

满足允许的电压损耗5%的要求。

（5）馈点给5号厂房（电镀车间）的线路亦采用VV22-1000聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设。

（方法同前，从略）缆芯缆芯截面选240mm2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

（6）馈电给6号厂房（工具车间）的线路亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。