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1、前言电能是社会主义建设和人民生活不可缺少的重要资源，电力工业在国民经济中占有十分重要的地位，电能时有发电厂供给，因为考虑经济原因，发电厂大多建在动力资源比较丰富的地方，而这些地方又远离大中型城市和工厂企业，这样需要远距离输送，经过升降压变电所进行转接，在进一步的将电能分配给用户和生产企业。由于电力电能的重要特点是不能储存，因此电力电能的生产、输送、分配和使用是同时进行的，于是电力电能从生产到使用构成一个整体，称为电力系统。对电力系统运行的基本要求：1. 保证供电的可靠性电力系统的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危机人身和设备的安全运行，造成十分严重的后果，给国民经济带来严重的损失，因此，对电力
2、系统的运行首先要保证供电的可靠性。2. 保证良好的电能质量3. 提高系统运行的经济性4. 保证电力系统安全运行课程设计：一、设计题目某机械厂降压变电所的电气设计二、设计要求 要求根据本厂所能取得的电源与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与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，绘出设计图纸。三、设计依据1. 工厂总平面图图1 工厂总平面图2. 工厂负荷情况工厂多数车间为两班制，年最大负荷利用
3、小时为6800小时，日最大负荷持续时间为8小时。该厂除特种电机分厂、实验站为一级负荷，铸造分厂、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。电气照明与家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表1所示。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，本厂可由离厂5km和8km（0.4欧姆/km）两处的35kV的公用电源干线取得工作电源。干线首端所装设的断路器断流容量为800MVA，该电源的走向参看工厂总平面图。表1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类型设备容量/kW额定电压/kV功率因数需要系数1成品试验站动力1 50002
4、 20001 102 0.380.82-0.871.370.5-0.6照明6-120.381.00 0.5-0.62电机制造分厂动力7200.380.6-0.681.170.18-0.25照明6-121.00 0.7-0.93新品制造分厂动力8800.380.6-0.71.160.2-0.3照明5-101.00 0.7-0.94特种电机分厂动力5800.380.65-0.721.230.65-照明5-101.00 0.65-0.75铸造分厂动力2900.380.6-0.71.020.5-0.6照明6-121.00 0.7-0.96锻造分厂动力5000.380.62-0.681.170.3-0.
5、35照明5-11.00 0.7-0.97原材料分厂动力2700.380.63-0.721.170.3-0.36照明4-81.00 0.7-0.98机加工分厂动力3800.380.6-0.651.120.22-0.32照明5-101.00 0.7-0.99线圈制造厂动力4200.380.6-0.71.170.2-0.3照明6-121.00 0.7-0.910锅炉房动力600.380.8-0.91.050.6-0.8照明3-51.00 0.7-0.911生活区照明6000.380.9-1.00.50.7-0.84. 气象条件本厂所在地区，年最热月平均最高气温为35C，最热月平均气温为18C，最热月
6、地下0.8m处平均气温为30C。5. 地质水文资料本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。6. 电费制度 本厂与当地部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制缴纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/KVA，动力电费为0.9元/kWh，照明电费为0.52元/ kWh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门缴纳供电贴费610kV为800元/KVA。目录1. 负荷计算和无功功率补偿41.1 负荷计算41.2 无功功率补偿62. 变电所位置和型式选择83. 变电所主变压器台数和容量、类型的选
7、择84. 变电所主接线方案的设计94.1 装设一台主变压器的主接线方案94.2 装设两台主变压器的主接线方案105. 短路电流的计算115.1 计算电路115.2 短路计算基准值115.3 确定元件电抗标幺值115.4 短路点相关计算126. 变电所一次设备的选择和校验136.1 10kv侧一次设备的选择校验136.2 380v侧一次设备的选择和校验146.3 高低压母线的选择157. 变电所进出线的选择和校验157.1 10kv高压进线的选择157.2 380v低压出线的选择167.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验188. 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定208.1 变电所二次
8、回路方案的选择208.2 变电所继电保护装置208.3 装设电流速断保护218.4 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置219. 防雷保护与接地装置的设计229.1 变电所的防雷保护229.2 接地装置的设计2310.附录一 参考文献2411. 变压器主接线图251负荷计算和无功功率补偿1.1负荷计算1.1.1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）= tanc)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）1.1.2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K
9、W）=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0.850.95b)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0.90.97c)视在计算负荷（单位为kvA） =d)计算电流（单位为A） =经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表1.1所示表1.1厂方编号厂方名称负荷类别计算负荷 功率因素costan需要系数Kd(KW)(kva)S30(kva)(A)1成品试验站动力30001200411016445088203529330910.820.871.370.50.6照明10.8010.8281.000.70.92电机制造分厂动力180210
10、.62777280.60.681.170.180.25照明10.8010.8281.000.70.93新品制造分厂动力26430644111600.60.71.160.20.3照明909231.000.70.94特种电机分厂动力40649964316920.650.721.230.650.7照明909231.00070.95铸造分厂动力1741772481430.60.71.020.50.6照明10.8010.8281.000.70.96锻造分厂动力1752042681540.620.681.170.30.35照明909231.000.70.97原材料分厂动力971131483890.630.
11、721.170.30.36照明7.207.2181.000.70.98机加工分厂动力121.61361821050.60.651.120.220.32照明909231.000.70.99线圈制造分厂动力1261471931110.60.71.170.20.3照明10.8010.8281.000.70.910锅炉房动力4850.469400.80.91.050.60.8照明4.504.5111.000.70.911生活区照明480048012630.91.00.50.70.8表1.2(KW)(kva)S30(kvA)(A)一次侧30004110508850.88二次侧3351.734874836
12、7348.7表1.3(KW)(kva)S30(kvA)(A)功率因数一次侧5166.96855.58584858.40.92二次侧26812963399560690.671(0.86)1.2无功功率补偿无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿器和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以与组装灵活、扩容方便等优点，因并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。由负荷计算表1.1知，该厂380V侧最大负荷时功率因数只有0.671。而供电部门要求该厂10KV进侧最大负荷时功率因数不小于0.92，二次侧大于0.86明显不符合要求。考虑主变压器无功损耗远大于有功损耗，因此0.38KV侧
13、最大负荷时功率因数因稍大于0.86。可以取0.95来计算补偿容量：=Pc(2)tan(arccos0.671)-tan(arccos0.86)=1372 (kva)S30=3117=0.86考虑到各种损耗，取Qb=1500(kva)为无功功率补偿系数，单位为kvar/kW参照图1.1，选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台和方案3（辅屏）4台相结合，总共容量为84kvar5=420kvar。补偿前后，变压器的低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷减小。视在功率变3117kVA，计算电流=4736A，功率因数提高。在无功补偿前，该变电所主
14、变压器容量应选为4000kVA才能满足负荷用电的要求，而采取无功补偿后，选用3200kVA的就可以满足要求了。同时计算电流也减小了，则供电系统中各元件的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后，工厂0.38KV侧和10KV侧的计算负荷如表1.2所示。图1.1 PGJ型无功功率自然补偿屏接线方案一次侧计算在二次侧补偿后一次侧的功率因数：=0.68=2781 kVA，与选一台SL-3000/10型配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，考虑由邻近单位相邻的高压联络线来承担。2.两台变压器容量根据以下两式来确定：因此选两台SL-1500/10型配电变压器。工厂二级负荷的备用
15、电源考虑由邻近单位相邻的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0。4变压器主接线方案的设计4.1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方案4.2装设两台主变压器的主接线方案如图4-2所示35kwY0Y0220/380VS9-630GG-1A(F)GG-1A(F)-0710/0.4kVS9-63010/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GG-1A(F)-113、11GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-01GG-1A(F)-113GG-1A(F)-11GG-1A(J)-01GG-1A(F)-96GG-1A(F)-07GG-1
16、A(F)-54主变主变联络（备用）高压柜列-96图4-2 装设两台主变压器的主接线方案5 短路电流的计算5.1 计算电路5.2 短路计算基准值设基准容量为=100MVA，基准电压。即高压侧为=10.5KV，低压侧为=0.4KV。则：5.3 确定元件电抗标么值电力系统：断路器短路容量为800MVA，则：=100MVA/800MVA=0.125架空线路：查表，LGJ-185的线路阻抗为0.33，则电力变压器：变压器短路电压百分值，则：则等效电路如下：5.4 短路点相关计算总电抗标么值：三相短路电流周期分量有效值：其他短路电流：三相短路容量：0.38KV侧点相关计算总电抗标么值：三相短路电流周期分量
17、有效值：其他短路电流：三相短路容量：综合以上计算结果得到表5.1短路点三相短路电流/KA三相短路容量/KVA2.842.842.847.844.2950.120.7620.7620.7637.2622.6210.06.变电所一次设备的选择和校验6.1 10kV侧一次设备的选择校验6.1.1按工作电压选则设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV，=11.5kV，高压开关设备、互感器与支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。6.1.2按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计
18、算电流，即6.1.3按断流能力选择设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。6.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件或、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b)热稳定校验条件 对于上面的分析，如表6-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。表6-1 10 kV一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kV57.7A()1.96kA5.0kA一次设备
19、型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630kA16kA40 kA高压隔离开关-10/20010kV200A-25.5 kA二次负荷0.6高压熔断器RN2-1010kV0.5A50 kA-电压互感器JDJ-1010/0.1kV-电压互感器JDZJ-10-电流互感器LQJ-1010kV100/5A-=31.8 kA=81避雷针FS4-1010kV-户外隔离开关GW4-12/40012kV400A-25kA6.2 380V侧一次设备的选择校验同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表6-2所示，所选数据均满足要求。表6-2 380V一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流
20、断流能力动态定度热稳定度其它装置地点条件参数-数据380V总1317.6A19.7kA36.2kA-一次设备型号规格额定参数-低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA-低压断路器DW20-630380V630A（大于）30Ka(一般)-低压断路器DW20-200380V200A（大于）25 kA-低压断路HD13-1500/30380V1500A-电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A-6.3 高低压母线的选择查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选L
21、MY-3（12010）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。7.变压所进出线的选择和校验7.1 10kV高压进线的选择7.1.1 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公用干线。a).按发热条件选择由=57.7A与室外环境温度33，查表得，初选LGJ-35,其35C时的=149A,满足发热条件。b).校验机械强度查表得，最小允许截面积=25，而LGJ-35满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。7.1.2 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铝芯电缆之间埋地
22、敷设。a)按发热条件选择由=57.7A与土壤环境25，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=149A,满足发热条件。b)校验热路稳定按式，A为母线截面积，单位为；为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为；C为材料热稳定系数；为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A；短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中=1960，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=77，把这些数据代入公式中得，满足发热条件。 b）校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为288m，而查表得到120的铝芯电缆的=0.31 （按缆芯工作
23、温度75计），=0.07，又1号厂房的=94kW,=91.8 kvar，故线路电压损耗为=5%。c）断路热稳定度校验不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。7.2.2电机制造分厂馈电给2号厂房（锻压车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.2.3芯片制造分厂馈电给3号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.
24、2.4特种电机分厂馈电给4号厂房（电镀车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。7.2.5铸造分厂馈电给5号厂房（仓库）的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根（包括3根相线、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。a）按发热条件需选择由=16.2A与环境温度26，初选截面积4，其=19A，满足发热条件。 b）校验机械强度查表得，=2.5，因此上面所选的4的导线满足机械强度要求。c) 所选穿管线估计长50m，而查表得=0.85，=0.119，又仓库的=8.8kW,=
25、6 kvar，因此I30,满足发热条件。2）效验机械强度 查表可得，最小允许截面积Amin=10mm2，因此BLX-1000-1240满足机械强度要求。3）校验电压损耗 查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离600m左右，而查表得其阻抗值与BLX-1000-1240近似等值的LJ-240的阻抗=0.14，=0.30（按线间几何均距0.8m），又生活区的=245KW，=117.6kvar，因此1.5从工厂供电课程设计指导表6-1可知，按GB5006292规定，电流保护的最小灵敏度系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。但按J696和JGJ/T1692的规定，其最小灵敏度为2，则这里装设的电流速断保护灵敏度系数偏底。8.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置8.4.1装设反时限过电流保护。亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。a)过电流保护动作电流的整定,利用式，其中=2，取=0.652A=43.38A， =1，=0.8， =