某机械厂降压变电所设计.docx
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某机械厂降压变电所设计
1引言
工厂供电（plantpowersupply），就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂供电。
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量用以应用；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。
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。
工厂供电工作要很好的为工业生产服务，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，运费要低，并尽可能的节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理的处理局部和全局，当前和长远等关系，既要照顾局部的当前利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
本设计的任务，主要是对某机械制造厂减压变电所的电气设计，其中包括工厂负荷的统计计算，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，进行短路计算，选择变电所主接线方案，一次设备的选择，高低压设备和进出线，确定防雷和接地装置。
并通过设计对中小型工厂的供配电系统和电气照明运行维护和设计计算对工厂供电理论知识有了更加深刻的巩固和复习，为今后从事工厂供电技术工作奠定一定的基础。
1.1设计任务
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，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。
1.11工厂总平面布置图
图1.1工厂总平面布置图
1.12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数为4500h，日最大负荷持续时间为6h。
该厂除铸造车间、电镀车间和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为单相，额定电压为220V。
本厂的负荷统计资料如表1-1所示：
1.13供电电源情况
按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10KV的干线取得工作电源。
该干线的走向参看工厂总平面图。
该干线的导线牌号为LJ-120，导线为等边三角形排列，线距1.2m,干线首端距离本厂约7km。
干线首端所装设的高压短路器断流容量为400MVA，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1.5s，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70km，电缆线路总长度为22km。
1.14气象资料：
本厂所在地区的年最高温度37℃，年平均气温为16℃，年最低温度为-13℃，年最热月平均最高温度32℃，年最热月平均气温为25℃，年最热月地下0.8M处平均温度25℃，当地主导风向为南风，年雷暴日数35天。
1.15地质水文资料：
平均海拔800M，地层以沙粘土为主，地下水位3m。
1.16电费制度
供电贴费800元/KVA。
每月电费按两部电费制：
基本电费为按主变压器容量计为18元/KVA，动力电费为0.2元/KW.H，照明电费为0.5元/KW.H。
工厂最大负荷时功率因数不得小于0.91。
表1-1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
需要系数Kd
功率因数
1
铸造车间
动力
290
0.38
0.67
照明
8
0.81
1.0
2
锻压车间
动力
300
0.23
0.63
照明
8
0.81
1.0
3
金工车间
动力
360
0.24
0.64
照明
8
0.83
1.0
4
工具车间
动力
330
0.27
0.63
照明
8
0.83
1.0
5
电镀车间
动力
190
0.55
0.73
照明
6
0.84
1.0
6
热处理车间
动力
156
0.50
0.75
照明
8
0.84
1.0
7
装配车间
动力
186
0.34
0.67
照明
8
0.75
1.0
8
机修车间
动力
120
0.24
0.63
照明
3
0.75
1.0
9
锅炉房
动力
750
0.72
0.73
照明
1.5
0.81
1.0
10
仓库
动力
25
0.41
0.85
照明
1．8
0.73
1.0
生活区
照明
300
0.72
0.95
2负荷计算和无功功率补偿
2.1 负荷计算
2.1．1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
b）无功计算负荷（单位为kvar）
=
tan
c）视在计算负荷（单位为kvA）
=
d）计算电流（单位为A）
=
为用电设备的额定电压（单位为KV）
2.1．2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）
=
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
取全厂的同时系数为：
，
，则全厂的计算负荷为：
表2.1 机械厂负荷计算表
编号
名称
类别
设备
容量
需要
系数
计算负荷
1
铸造车间
动力
290
0.38
0.67
1.10
110.2
121.22
164.48
249.91
照明
8
0.81
1.0
0
6.48
0
6.48
17
小计
298
116.68
121.22
170.96
266.91
2
锻压车间
动力
300
0.23
0.62
1.23
69
84.87
109.52
166.47
照明
8
0.81
1.0
0
6.48
0
6.48
17
小计
308
75.48
84.87
116
183.47
3
金工车间
动力
360
0.24
0.64
1.2
86.4
103.68
135
205.12
照明
8
0.83
1.0
0
6.64
0
6.64
17.43
小计
368
92.68
103.68
141.64
222.55
4
工具车间
动力
330
0.27
0.63
1.23
89.1
109.6
141.43
214.88
照明
8
0.83
1.0
0
6.64
0
6.64
17.43
小计
338
95.74
109.6
148.07
232.31
5
电镀车间
动力
190
0.55
0.73
0.93
104.5
97.19
143.15
217.5
照明
6
0.84
1.0
0
5.04
0
5.04
13.23
小计
196
109.54
97.19
148.19
230.73
6
热处理车间
动力
156
0.5
0.75
0.88
78
68.64
104
158.2
照明
8
0.84
1.0
0
6.72
0
6.72
17.64
小计
163
84.72
68.64
110.72
175.84
7
装配车间
动力
186
0.34
0.67
1.10
63.24
69.56
94.39
143.4
照明
8
0.75
1.0
0
6
0
6
15.75
小计
194
69.24
69.56
100.39
159.15
8
机修车间
动力
120
0.24
0.63
1.23
28.8
35.42
45.71
69.56
照明
3
0.75
1.0
0
2.25
0
2.25
5.9
小计
123
31.05
35.42
47.96
75.46
9
锅炉房
动力
75
0.72
0.73
0.93
54
50.22
73.97
112.39
照明
1.5
0.81
1.0
0
1.215
0
1.215
3.19
小计
76.5
55.215
50.22
75.185
115.58
10
仓库
动力
25
0.41
0.85
0.61
10.25
6.25
12.06
18.32
照明
1.8
0.73
1.0
0
1.314
0
1.314
3.45
小计
26.8
11.564
6.25
13.374
21.77
11
生活区
照明
300
0.72
0.95
0.32
216
69.12
227.37
596.7
总计
（380V侧）
动力
2032
767.9
815.8
1229.9
2248
照明
360.3
计入
=0.9
=0.95
0.68
729.50
791.32
2.2无功功率补偿
由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：
这时低压侧的功率因数为：
为使高压侧的功率因数
0.91，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.91，
取：
。
要使低压侧的功率因数由0.68提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为：
故选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1（主屏）1台与方案3（辅屏）6台相组合，总共容量
。
因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2.2所示。
表2.2无功补偿后工厂的计算的负荷
项目
计算负荷
380V侧补偿前负荷
0.68
729.505
791.326
1076.28
1635.24
380V侧无功补偿容量
-588
380V侧补偿后负荷
0.963
729.505
203.326
757.31
1150.61
主变压器功率损耗
11.36
45.44
10kV侧负荷总计
0.95
742.505
256.326
785.504
1193.45
计算电流:
变压器的功率损耗为：
变电所高压侧的计算负荷为：
补偿后的功率因数为:
满足（大于0.91）的要求。
（一）年耗电量的估算
年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：
年有功电能消耗量：
年无功电能耗电量：
结合本厂的情况，年负荷利用小时数
为4500h，取年平均有功负荷系数
，年平均无功负荷系数
。
由此可得本厂：
年有功耗电量：
年无功耗电量；
3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.工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P1（x1,y1）、P2（x2,y2）、P3（x3,y3）等.而工厂的负荷中心设在P（x,y）,P为P1+P2+P3+…=∑Pi.
（3.1）
（3.2）
图3.1负荷中心位置
按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示。
表3.1各车间和宿舍区负荷点的坐标位置
坐标轴
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
生活区
X（㎝）
1.9
1.9
4
4.7
5.1
6.1
6.5
8.4
9.1
9.8
0.45
Y（㎝）
2.4
5
6.5
2.5
3.6
5.3
6.7
2.3
3.5
6.7
7.8
由计算结果可知，x=9.5y=5.6工厂的负荷中心在二号厂房的西南面（参考图3.1）。
4变电所主变压器的选择和主结线方案的选择
4.1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考虑有下列两种可供选择的方案：
（1）装设一台主变压器型式采用S9型，而容量根据式
，选
，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，而每台变压器容量按式
和式
选择，即
~0.7）
=（0.6~0.7）
471.3~549.85
且
因此选两台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变压器主接线方案的选择
按上面考虑的两种主变压器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，如图4.1所示
图4.1装设一台主变压器的主接线
（2）装设两台主变压器的主接线方案，如图4.2所示
图4,2装设两台主变压器的主接线
4.3两种主结线方案的技术经济比较
如表4.1所示。
表4.1两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，电压损耗较大
由于两台主变并列，电压损耗小
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
由手册查得S9—1000/10单价为15.1万元，而由手册查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为2×15.1万元=30.2万元
由手册查得S9—800单价为10.5万元，因此两台综合投资为4×10.5万元=42万元，比一台变压器多投资11.8万元
高压开关柜（含计量柜）的综合投资额
查手册得GG—A（F）型柜按每台4万元计，查手册得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为4×1.5×4=24万元
本方案采用6台GG—A（F）柜，其综合投资额约为6×1.5×4=36万元，比一台主变的方案多投资12万元
电力变压器和高压开关柜的年运行费
参照手册计算，主变和高压开关柜的折算和维修管理费每年为6.2万元
主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为8.94万元，比一台主变的方案多耗2.74万元
供电贴费
按800元/KVA计，贴费为1000×0.08=80万元
贴费为2×800×0.08万元=128万元，比一台主变的方案多交48万元
从表4.1可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设两台主变的方案。
（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。
）
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