紅星機械廠變電所一次系統(tǒng)設(shè)計

1、學號 2 2 0 0 1 1 0 0 2 2 1 1 0 0 3 3 7 7 0 0 工廠供電工廠供電 課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 （ 2010 級本科）級本科） 題題 目：目：紅星機械廠變電所一次系統(tǒng)設(shè)計紅星機械廠變電所一次系統(tǒng)設(shè)計 學學 院：院： 物理與物理與機機電電工工程程學學院院 專專 業(yè)：業(yè)： 電氣工程及其自動化電氣工程及其自動化 作者姓名：作者姓名： 高高 鑫鑫 元元 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 趙文忠趙文忠 職稱：職稱： 教教 授授 完成日期：完成日期： 2012 年年 12 月月 27 日日 工工廠廠供供電電課課程程設(shè)設(shè)計計任任務(wù)務(wù)書書 學生姓名高鑫元 學 號 2010210370 專業(yè)

2、方向電氣工程及其自動化 班 級 102 班 題目名稱紅星機械廠變電所一次系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)設(shè)計計的的主主要要內(nèi)內(nèi)容容 1 1. .1 1設(shè)設(shè)計計內(nèi)內(nèi)容容： 負荷計算和無功功率補償；變電所主變壓器和主接線方案的選擇；短路電流的計 算等。 1.21.2 設(shè)計依據(jù)設(shè)計依據(jù) 1、氣象資料：工廠所在地區(qū)的年最高氣溫為 34 ，年平均氣溫為 15 ，年最低氣溫為 18，年最熱月平均最高氣溫為 25 ，年最熱月平均氣溫為 18 ，年最熱月地下 0 . 8m 處平 均溫度為 21 。當?shù)刂鲗?dǎo)風向為東北風，年雷暴日數(shù)為 8 。 2、地質(zhì)水文資料：工廠所在地區(qū)平均海拔 1500m ，地層以砂粘土為主，地下水位為 2m

3、。 3、電費制度：工廠與當?shù)毓╇姴块T達成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計量電能，設(shè)專用計量柜， 按兩部電費制交納電費。每月基本電費按主變壓器容量計為 18 元kva ，動力電費為 0 . 20 元/kwh，照明電費為 0.50 元/kwh。工廠最大負荷時的功率因數(shù)不得低干 0.90 ，此外，電力 用戶需按新裝變壓器容量計算，一次性地向供電部門交納供電貼費： 6 10kv 為 800 元 kva 。 4、工廠負荷情況見下表： 序 名稱類別 設(shè)備容量需要系數(shù) costan 計算負荷 號 e p (kw) d k 30(kw) p 30(kvar) q 30(kva) s 30(a) i 動力2500.4

4、0.71.02 照明100.80.90.481鑄造車間 小計260 動力2000.30.61.33 照明100.70.90.482鍛壓車間 小計210 動力300.40.850.62 照明50.80.90.483倉庫 小計35 動力2000.50.850.62 照明80.80.90.484電鍍車間 小計208 動力2200.30.651.17 照明100.90.90.485工具車間 小計230 動力2000.40.71.02 照明300.80.90.486組裝車間 小計230 動力2000.20.61.33 照明130.80.90.487維修車間 小計213 動力3200.20.651.17

5、照明80.80.90.488金工車間 小計328 動力8300.30.451.98 照明8560.80.90.489焊接車間 小計876 動力1000.70.80.75 照明30.80.90.4810鍋爐房 小計103 動力2500.60.71.02 照明100.80.90.4811 熱處理車間 小計260 12生活區(qū)照明800.70.90.48 動力 照明 總計（380v 側(cè)） 取 0.80.8 pq kk ， 二二、設(shè)設(shè)計計的的基基本本要要求求 1、設(shè)計及計算說明書 （1）說明書要求書寫整齊，條理分明，表達正確、語言簡練。 （2）主要計算過程和步驟完整無誤，分析論證過程簡單明了，各設(shè)計內(nèi)容

6、列表匯總。 2、圖紙 （1）繪制電氣主接線圖 （2）原理圖要求用標準符號繪制，布置均勻，設(shè)備符號大小合適清晰美觀。 三.設(shè)計進度安排 階段階段設(shè)計各階段名稱設(shè)計各階段名稱起止日期起止日期 1 熟悉設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計題目及設(shè)計背景資料第 1 周周一 2 查閱有關(guān)資料、閱讀設(shè)計要求必讀的參考資料周二 3 負荷計算周三至周四 4 電氣主接線設(shè)計周五 5 短路電流計算周六 6 主要電氣設(shè)備選擇周日至第 2 周周一 7 書寫課程設(shè)計說明書周二至周三 8 打印整理課程設(shè)計資料周四 9 答辯及成績評定周五 四.需收集和閱讀的資料及參考文獻（指導(dǎo)教師推薦） 【1】劉滌塵、王明陽、吳政球.電氣工程基礎(chǔ)m.武漢：武

7、漢理工大學出版社.2003 年 【2】張學成.工礦企業(yè)供電設(shè)計指導(dǎo)書m.北京：北京礦業(yè)大學出版社.1998 年 【3】劉介才.工廠供電簡明設(shè)計手冊m.北京：機械工業(yè)出版社.1993 年 【4】劉介才.實用供配電技術(shù)手冊m.北京：中國水利水電出版社.2002 年 【5】劉介才.工廠供電m.北京：機械工業(yè)出版社.1997 年 【6】 同濟大學電氣工程系.工廠供電m.北京：中國建筑工業(yè)出版社.1981 年 【7】蘇文成.工廠供電m.北京：機械工業(yè)出版社.2004 年 【8】工廠常用電氣設(shè)備手冊編寫組. 工廠常用電氣設(shè)備手冊（補充本）. 北京：水利電力出版 社.1990 【9】jgj16-2008 民

8、用建筑電氣設(shè)計規(guī)范 【10】gb50054-95 低壓配電設(shè)計規(guī)范 【11】gb50052-95 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范 【12】gb50217-2007 電力工程電纜設(shè)計規(guī)范 【13】gb50060-92 3110kv 高壓配電裝置設(shè)計規(guī)范 指導(dǎo)教師簽名：趙文忠 2012 年 12 月 14 日 摘 要 電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力 。機械廠供電系統(tǒng)的核心部分是變電所。 變電所主接線設(shè)計是否合理，關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的安全、靈活和經(jīng)濟運行。 本設(shè)計在給定機械廠具體資料的基礎(chǔ)上，依據(jù)變電所設(shè)計的一般原則和步驟，完 成了變電所一次系統(tǒng)設(shè)計。 本設(shè)計中采用并聯(lián)電容器的方法來補償無功功率，以減少 供

9、電系統(tǒng)的電能損耗和電壓損失，同時提高了供電電壓的質(zhì)量。 此機械廠變電所一次 系統(tǒng)設(shè)計包括：負荷的計算及無功功率的補償；變電所主變壓器臺數(shù)和容量、型式的 確定；變電所主接線方案的選擇；進出線的選擇；短路計算和開關(guān)設(shè)備的選擇；根據(jù) 設(shè)計要求，繪制 變電所一次系統(tǒng)圖 。 關(guān)關(guān)鍵鍵詞詞：電能；變電所；一次系統(tǒng)。 目目 錄錄 1 前言.1 1 1.1 引言.1 1.2 設(shè)計原則 .1 1.3 本設(shè)計所做的主要工作.2 2 負荷計算及電容補償.2 2 2.1 負荷計算的方法.2 2.2 負荷統(tǒng)計計算.4 2.3 電容補償 .5 3 變壓器選擇及主接線方案確定.6 6 3.1 主變壓器臺數(shù)選擇.6 3.2

10、主變壓器容量選擇.6 3.3 主接線方案確定.7 3.3.1 變電所主接線方案的設(shè)計原則與要求.7 3.3.2 變電所主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟指標.7 3.3.3 工廠變電所常見的主接線方案.8 3.3.4 確定主接線方案.8 3.4 無功功率補償修定.10 4 高低壓開關(guān)設(shè)備選擇.1111 4.1 短路電流的計算.11 4.1.1 短路計算的方法.11 4.1.2 本設(shè)計采用標幺制法進行短路計算.11 4.2 變電站一次設(shè)備的選擇與校驗.16 4.2.1 一次設(shè)備選擇與校驗的條件.16 4.2.2 按正常工作條件選擇.17 4.2.3 按短路條件校驗.17 4.2.4 10kv 側(cè)一次設(shè)備的選擇

11、校驗.18 4.2.5 380v 側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗.19 4.3 高低壓母線的選擇.20 5 變電所進出線和低壓電纜選擇.2020 5.1 變電所進出線的選擇范圍.20 5.2 變電所進出線方式的選擇.20 5.3 變電所進出導(dǎo)線和電纜形式的選擇 .20 5.4 高壓進線和低壓出線的選擇.21 5.4.1 10kv 高壓進線的選擇校驗.21 5.4.2 由高壓母線至主變的引入電纜的選擇校驗.21 5.4.3 380v 低壓出線的選擇.22 6 總結(jié) .2626 7 參考文獻.2626 1 前言 1.1 引言 電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來， 又易于轉(zhuǎn)

12、換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送和分配既簡單經(jīng)濟，又便于控制、 調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。 在工程機械制造廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本 中所占的比重一般很小。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資 總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品 質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件， 有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。 電能從區(qū)域變電站進入機械廠后，首先要解決的就是如何對電能進行控制、變換、 分配和傳輸?shù)葐栴}。在機械廠，擔負這一任務(wù)的是供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)的核心部分是變 電

13、所。一旦變電所出了事故而造成停電，則整個機械廠的生產(chǎn)過程都將停止進行，甚至 還會引起一些嚴重的安全事故。 機械廠變電所要很好地為生產(chǎn)服務(wù)，切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好 節(jié)能工作，就必須達到以下基本要求： (1)安全 在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。 (2)可靠 應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要求。 (3)優(yōu)質(zhì) 應(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求 (4)經(jīng)濟 供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬 的消耗量。 此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當前和長遠等關(guān)系，既要照顧局 部的當前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應(yīng)

14、發(fā)展。 1.2 設(shè)計原則 按照國家標準 gb50052-95供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、gb50053-94 10kv 及以下設(shè) 計規(guī)范、gb50054-95 低壓配電設(shè)計規(guī)范、jgj16-2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范 等的規(guī)定，進行變電所設(shè)計必須遵循以下原則： 1、遵守規(guī)程、執(zhí)行政策 必須遵守國家的有關(guān)規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約 有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟政策。 2、安全可靠、先進合理 應(yīng)做到保障人身和設(shè)備的安全，供電可靠，電能質(zhì)量合格，技術(shù)先進和經(jīng)濟合理， 采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產(chǎn)品。 3、近期為主、考慮發(fā)展 應(yīng)根據(jù)工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠期發(fā)

15、展的關(guān)系，做到遠 近結(jié)合，適當考慮擴建的可能性。 4、全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧 按負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計方案。工廠供 電設(shè)計是整個工廠設(shè)計中的重要組成部分。工廠供電設(shè)計的質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn) 及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設(shè)計的有關(guān)知識， 以便適應(yīng)設(shè)計工作的需要。 1.3 本設(shè)計所做的主要工作 目前世界上機械生產(chǎn)能源和動力主要來源于電能。電網(wǎng)的正常運行是保證機械生產(chǎn) 安全前提。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，結(jié)合實際情況和市場上現(xiàn)有的電力產(chǎn)品及其技術(shù)， 本文主要做了以下工作： 1、負荷計算 機械廠變電所的負荷計算，是根據(jù)所提供的負荷情況進行

16、的，本文列出了負荷計算 表，得出總負荷。 2、一次系統(tǒng)圖 跟據(jù)負荷類別及對供電可靠性的要求進行負荷計算，繪制一次系統(tǒng)圖，確定變電所 高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠又要靈活經(jīng)濟，安裝容易維修方便。 3、電容補償 按負荷計算求出總降壓變電所的功率因數(shù)，通過查表或計算求出達到供電部門要求 數(shù)值所需補償?shù)臒o功率。由手冊或產(chǎn)品樣本選用所需無功功率補償柜的規(guī)格和數(shù)量。 4、變壓器選擇 根據(jù)電源進線方向，綜合考慮設(shè)置總降壓變電所的有關(guān)因素，結(jié)合全廠計算負荷以 及擴建和備用的需要，確定變壓器型號。 5、短路電流計算 工廠用電，通常為國家電網(wǎng)的末端負荷，其容量運行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限大 容量系

17、統(tǒng)供電進行短路計算。求出各短路點的三相短路電流及相應(yīng)有關(guān)參數(shù)。 6、高、低壓設(shè)備選擇及校驗 參照短路電流計算數(shù)據(jù)和各回路計算負荷以及對應(yīng)的額定值，選擇高、低壓配電設(shè) 備，如隔離開關(guān)、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關(guān)柜等設(shè)備。并 根據(jù)需要進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗，并列表表示。 7、電纜的選擇 為了保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行，進行電纜截面選擇時必須滿足 發(fā)熱條件：電纜(包括母線)在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的發(fā)熱溫度， 不應(yīng)超過其正常運行時的最高允許溫度。 2 負荷計算及電容補償 2.1 負荷計算的方法 負荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項式等幾種

18、。 由于本機械廠用電部門較多，用電設(shè)備臺數(shù)較多，設(shè)計采用需要系數(shù)法予以確定。 1單臺組用電設(shè)備計算負荷的計算公式 (1).有功計算負荷(單位為kw)： (2-1) 30de pk p 式中 設(shè)備有功計算負荷(單位為 kw)； 30 p 用電設(shè)備組總的設(shè)備容量(不含備用設(shè)備容量，單位為 kw)； e p 用電設(shè)備組的需要系數(shù)。 d k (2).無功計算負荷(單位為 kvar) (2-2) 3030tan qp= 式中 設(shè)備無功計算負荷(單位為 kvar)； 30 q 對應(yīng)于用電設(shè)備組功率因數(shù)的正切值。tancos (3).視在計算負荷(單位為 kva) (2-3) 30 30 cos p s =

19、 式中 視在計算負荷(單位為 kva)； 30 s 用電設(shè)備組的功率因數(shù)。cos (4).計算電流(單位為 a) (2-4) 30 30 3 n s i u = 式中 計算電流(單位為 a)； 30 i 用電設(shè)備組的視在功率(單位為 kva)； 30 s 用電設(shè)備組的額定電壓(單位為 kv)。 n u 2多組用電設(shè)備計算負荷的計算公式 (1).有功計算負荷(單位為kw) (2-5) 3 30zpi pkp 式中 多組用電設(shè)備有功計算負荷(單位為 kw)； 3z p 所有設(shè)備組有功計算負荷之和； 30 i p 30 p 有功負荷同時系數(shù)，可取 0.850.95。 p k (2).無功計算負荷(單

20、位為kvar) (2-6) 330zqi qkq = 式中 多組用電設(shè)備無功計算負荷(單位為 kvar)； 3z q 所有設(shè)備組無功計算負荷之和； 30 i q 30 q 無功負荷同時系數(shù)，可取 0.90.97。 q k (3).視在計算負荷(單位為kva) (2-7) 22 333zzz spq+ (4).計算電流(單位為a) (2-8) 3 3 3 z z n s i u = (5).功率因數(shù) (2-9) 3 3 cos z z p s 2.2 負荷統(tǒng)計計算 根據(jù)提供的資料，列出負荷計算表。因設(shè)計的需要，計算了各負荷的有功功率、無 功功率、視在功率、計算電流等。表中生活區(qū)的照明負荷中已經(jīng)包

21、括生活區(qū)各用戶的家 庭動力負荷。具體負荷的統(tǒng)計計算見表 2-1。 表 2-1 紅星機械廠負荷計算表 計算負荷序 號 名稱類別 設(shè)備容量 e p (kw) 需要系數(shù) d k costan 30(kw) p 30(kvar) q 30(kva) s 30(a) i 動力2500.40.71.02100102 照明100.80.90.4883.81鑄造車間 小計260 108105.8151.2230 動力2000.30.61.336080 照明100.70.90.4873.42鍛壓車間 小計210 6783.4102.786 動力300.40.850.62127.4 照明50.80.90.4841

22、.93倉庫 小計35 169.318.528 動力2000.50.850.6210062 照明80.80.90.486.43.14電鍍車間 小計208 106.465.1124.7189 動力2200.30.651.176677.2 照明100.90.90.4894.35工具車間 小計230 7581.5110.8168 動力2000.40.71.028081.6 照明300.80.90.482411.56組裝車間 小計230 10493.1139.6212 動力2000.20.61.334053.2 照明130.80.90.4810.457維修車間 小計213 50.458.277117 動

23、力3200.20.651.176474.9 照明80.80.90.486.43.18金工車間 小計328 70.478105160 動力8300.30.451.98249493 照明560.80.90.4844.821.59焊接車間 小計886 293.8514.5592.5900 動力1000.70.80.757052.5 照明30.80.90.482.41.210鍋爐房 小計103 72.453.790.2137 動力2500.60.71.02150153 照明100.80.90.4883.811 熱處理車間 小計260 158156.8222.6338 12生活區(qū)照明800.70.90.

24、485626.962.194 動力2800 照明243 1177.41326.3 總計（380v 側(cè)） 取 0.80.8 pq kk ， 941.921061.11418.82156 2.3 電容補償 由表 2-1 知：，因此該廠 380v 側(cè)最大負荷時的kw.92941 3z pkva.81418 3z s 功率因數(shù)為。供電部門要求該廠 10kv 進線側(cè)最大負荷時的功率因6640 3 3 . s p cos z z 數(shù)不應(yīng)低于 0.9。考慮到主變壓器的無功損耗遠大于有功損耗，因此 380v 側(cè)最大負荷時 功率因數(shù)應(yīng)稍大于 0.9，本文取 0.92 來計算 380v 側(cè)所需無功功率補償容量：

25、(2-10) 21 3 tantan z p c q kvar kvar. 659 920664092941 )tan(arccos-)tan(arccos 選 pgj1 型低壓自動補償屏，并聯(lián)電容器為 bw0.4-14-3 型，采用其方案 2（主屏） 1 臺與方案 4（輔屏）5 臺相組合，總共容量 112kvar6=672kvar。 無功補償后工廠 380v 側(cè)的負荷計算： ；kw 3z 92941.p ；kvar 3z 138967211061.q ；1019.1kva 3z 22 3 2 3 2 138992941.zzqps 補償后低壓側(cè)的功率因素： 9240 11019 92941

26、3 3 . . . z z s p cos 3 變壓器選擇及主接線方案確定 3.1 主變壓器臺數(shù)選擇 選擇主變壓器臺數(shù)時應(yīng)考慮下列原則： 1應(yīng)滿足用電負荷對供電可靠性的要求。對供有大量一、二級負荷的變電所，應(yīng)采 用兩臺變壓器，以便當一臺變壓器發(fā)生故障或檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負荷 繼續(xù)供電。對只有二級而無一級負荷的變電所，也可以只采用一臺變壓器，但必須有備 用電源。 2對季節(jié)性負荷或晝夜負荷變動較大，適于采用經(jīng)濟運行方式的變電所，可采用兩 臺變壓器。 3當負荷集中且容量相當大的變電所，雖為三級負荷，也可以采用兩臺或多臺變壓 器。 4在確定變電所臺數(shù)時，應(yīng)適當考慮負荷的發(fā)展，留有一定的余

27、地。 3.2 主變壓器容量選擇 1只裝一臺主變壓器的變電所 主變壓器容量應(yīng)滿足全部用電設(shè)備總計算負荷的需要，即 tn s 30s (3-1)30ss tn 2裝有兩臺主變壓器的變電所 每臺變壓器的容量應(yīng)同時滿足以下兩個條件： tn s (1)任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足總計算負荷的大約60%70%的需要，即30s = (0.60.7)30 (3-2) (2)任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足全部一、二級負荷的需要，即 (3-3) 3() ss 根據(jù)工廠的負荷性質(zhì)和電源情況，工廠變電所的主變壓器可有下列兩種方案： 方案1 裝設(shè)一臺主變壓器 根據(jù)式(3-1)，主變選用一臺接線方式為yyn0的s9-1

28、250/10型變壓器， (3-4) z s tn s 3 1250kva 顯然滿足要求。至于機械廠的二級負荷的備用電源，由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來 承擔。因此裝設(shè)一臺主變壓器時選一臺接線方式為yyn0的s9-1250/10型低損耗配電變壓器。 方案2 裝設(shè)兩臺主變壓器 根據(jù)式(3-2)和(3-3)，可知 = (0.60.7) 1019.1 = (611.5713.4) 30( + )= (151.2 + 124.7 + 90.2) = 366.1 因此選兩臺接線方式為 yyn0 的 s9-800/10 型低損耗配電變壓器。兩臺變壓器并列運行，互 為備用。 3.3 主接線方案確定 3.3.1

29、 變電所主接線方案的設(shè)計原則與要求 變電所的主接線，應(yīng)根據(jù)變電所在供電系統(tǒng)中的地位、進出線回路數(shù)、設(shè)備特點及 負荷性質(zhì)等條件確定，并應(yīng)滿足安全、可靠、靈活和經(jīng)濟等要求。 (1)安全 應(yīng)符合有關(guān)國家標準和技術(shù)規(guī)范的要求，能充分保證人身和設(shè)備的安全。 (2)可靠 應(yīng)滿足電力負荷特別是其中一、二級負荷對供電可靠性的要求。 (3)靈活 應(yīng)能必要的各種運行方式，便于切換操作和檢修，且適應(yīng)負荷的發(fā)展。 (4)經(jīng)濟 在滿足上述要求的前提下，盡量使主接線簡單，投資少，運行費用低，并節(jié) 約電能和有色金屬消耗量。 3.3.2 變電所主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟指標 1.主接線方案的技術(shù)指標 (1)供電的安全性。主接線方案

30、在確保運行維護和檢修的安全方面的情況。 (2)供電的可靠性。主接線方案在與用電負荷對可靠性要求的適應(yīng)性方面的情況。 (3)供電的電能質(zhì)量主要是指電壓質(zhì)量，包括電壓偏差、電壓波動及高次諧波等方面 的情況。 (4)運行的靈活性和運行維護的方便性。 (5)對變電所今后增容擴建的適應(yīng)性。 2.主接線方案的經(jīng)濟指標 (1)線路和設(shè)備的綜合投資額 包括線路和設(shè)備本身的價格、運輸費、管理費、基建 安裝費等，可按當?shù)仉姎獍惭b部門的規(guī)定計算。 (2)變配電系統(tǒng)的年運行費 包括線路和設(shè)備的折舊費。維修管理費和電能損耗費等。 (3)供電貼費（系統(tǒng)增容費） 有關(guān)部門還規(guī)定申請用電，用戶必須向供電部門一次性 地交納供電

31、貼費。 (4)線路的有色金屬消耗費 指導(dǎo)線和有色金屬（銅、鋁）耗用的重量。 3.3.3 工廠變電所常見的主接線方案 1.只裝有一臺主變壓器的變電所主接線方案 只裝有一臺主變壓器的變電所，其高壓側(cè)一般采用無母線的接線，根據(jù)高壓側(cè)采用 的開關(guān)電器不同，有三種比較典型的主接線方案： (1)高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-熔斷器或戶外跌開式熔斷器的主接線方案； (2)高壓側(cè)采用負荷開關(guān)-熔斷器或負荷型跌開式熔斷器的主接線方案； (3)高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-斷路器的主接線方案。 2.裝有兩臺主變壓器的變電所主接線方案 裝有兩臺主變壓器的變電所的典型主接線方案有： (1)高壓無母線、低壓單母線分段的主接線方案； (2)

32、高壓采用單母線、低壓單母線分段的主接線方案； (3)高低壓側(cè)均為單母線分段的主接線方案。 3.3.4 確定主接線方案 1.10kv側(cè)主接線方案的擬定 由原始資料可知，高壓側(cè)進線有一條10kv的公用電源干線，為滿足工廠二級負荷的 要求，又采用與附近單位連接高壓聯(lián)絡(luò)線的方式取得備用電源，因此，變電所高壓側(cè)有 兩條電源進線，一條工作，一條備用，同時為保證供電的可靠性和對擴建的適應(yīng)性所以 10kv側(cè)可采用單母線或單母線分段的方案。 2.380v側(cè)主接線方案的擬定 由原始資料可知，工廠用電部門較多，為保證供電的可靠性和靈活性可采用單母線 或單母線分段接線的方案，對電能進行匯集，使每一個用電部門都可以方便

33、地獲得電能。 3.方案確定 根據(jù)前面章節(jié)的計算，若主變采用一臺s9型變壓器時，總進線為兩路。為提高供電 系統(tǒng)的可靠性，高壓側(cè)采用單母線分段形式，低壓側(cè)采用單母線形式，其系統(tǒng)圖見：圖3- 1 采用一臺主變時的系統(tǒng)圖。 若主變采用兩臺s9型變壓器時，總進線為兩路，為提高供電系統(tǒng)的可靠性，高壓側(cè) 采用單母線分段形式，兩臺變壓器在正常情況下分裂運行，當其中任意一臺出現(xiàn)故障時 另一臺作為備用，當總進線中的任一回路出現(xiàn)故障時兩臺變壓器并列運行。低壓側(cè)采用 也單母線分段形式，其系統(tǒng)圖見：圖3-2 采用兩臺主變時的系統(tǒng)圖。 圖3-1 采用一臺主變時的系統(tǒng)圖 圖3-2 采用兩臺主變時的系統(tǒng)圖 表 3-3 兩種主

34、接線方案的比較 比較項目裝設(shè)一臺主變的方案裝設(shè)兩臺主變的方案 供電安全性滿足要求滿足要求 供電可靠性基本滿足要求滿足要求 供電質(zhì)量由于一臺主變，電壓損耗略大由于兩臺主變并列，電壓損耗略小 靈活方便性只有一臺主變，靈活性不好由于有兩臺主變，靈活性較好 技 術(shù) 指 標 擴建適應(yīng)性差一些更好 電力變壓器的 綜合投資額 按單臺 22.598 萬元計，綜合投資 為 222.598=45.196 萬元 按單臺 15.217 萬元計，綜合投資 為 415.217=60.868 萬元 高壓開關(guān)柜（含計 量柜）的綜合投資 額 按每臺 4.2 萬元計,綜合投資約為 51.54.2=31.5 萬元 6 臺 gg-1

35、a（f）型柜綜合投資約 為 61.54.2=37.8 萬元 電力變壓器和高壓 開關(guān)柜的年運行費 主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修 管理費約 7 萬元 主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修 管理費約 10 萬元 經(jīng) 濟 指 標 交供電部門的一次 性供電貼費 按 800 元/kva 計，貼費為 1250 0.08 萬元=100 萬元 貼費為 28000.08=128 萬元 從上表可以看出，按技術(shù)指標，裝設(shè)兩臺主變的主接線方案優(yōu)于裝設(shè)一臺主變的方 案。從經(jīng)濟指標來看，裝設(shè)一臺主變的方案優(yōu)于裝設(shè)兩臺主變的方案。由于集中負荷較 大，已經(jīng)大于1000kva,低壓側(cè)出線回路數(shù)較多，且有一定量的二級負荷，考慮今后增容 擴

36、建的適應(yīng)性，從技術(shù)指標考慮，采用于裝設(shè)兩臺主變的方案。 3.4 無功功率補償修定 低壓采取單母線分段接線方式，考慮鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房為二級負荷，采 用雙回路供電，但在正常狀態(tài)下只由一回路供電，另回路作為備用。計算負荷時則，只 考慮其中一回路。為使兩段母線的負荷基本平衡，段母線負荷設(shè)計為：鑄造車間、倉 庫、電鍍車間、工具車間、金工車間、焊接車間；段母線負荷設(shè)計為：鍛壓車間、組 裝車間、維修車間、鍋爐房、熱處理車間、生活區(qū)。 段母線的負荷情況：=669.6kw ， =854.2kvar，0.62 ，同時系數(shù)取 cos = 為，=602.64kw，=768.78kvar；0.9 x k 段母

37、線的負荷情況：=507.8kw，=472.1kvar，0.73，同時系數(shù) cos = 取為，=457.02kw ，=424.89kvar；0.9 x k 對無功功率補償進行修定： 計算段母線所需無功功率補償容量，取0.92： cos = = ()=602.64kvar=506.22kvar tan1 tan2 tan(0.62) tan(0.92) 選 pgj1 型低壓自動補償屏，并聯(lián)電容器為 bw 0.4-14-3 型，采用其方案 2（主屏） 1 臺與方案 4（輔屏）4 臺相組合，總共容量 112kvar5=560kvar。補償后的功率因素 。 cos = 0.94 計算段母線所需無功功率補

38、償容量，取0.92： cos = = ()=457.02kvar=293. 2kvar tan1 tan2 tan(0.73) tan(0.92) 選 pgj1 型低壓自動補償屏，并聯(lián)電容器為 bw 0.4-14-3 型，采用其方案 1（主屏） 1 臺與方案 4（輔屏）2 臺相組合，總共容量 112kvar2+84kvar=308kvar。補償后的功 率因素。 cos = 0.96 4 高低壓開關(guān)設(shè)備選擇 4.1 短路電流的計算 4.1.1 短路計算的方法 進行短路電流計算，首先要繪制計算電路圖。在計算電路圖上，將短路計算所考慮 的各元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計

39、算點。短路計 算點要選擇得使需要進行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通過。 接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，并計算出電路中各主要元件的阻抗。 在等效電路圖上，只需將被計算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示出來，并標明其 序號和阻抗值，然后將等效電路化簡。對于工廠供電系統(tǒng)來說，由于將電力系統(tǒng)當作無 限大容量電源，而且短路電路也比較簡單，因此一般只需采用阻抗串、并聯(lián)的方法即可 將電路化簡，求出其等效總阻抗。最后計算短路電流和短路容量。 短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（又稱有名單位制法，因其短路計算中的阻 抗都采用有名單位“歐姆”而得名）和標幺制法（又稱相對單位制法，因其短路計算

40、中 的有關(guān)物理量采用標幺值即相對單位而得名）。 4.1.2 本設(shè)計采用標幺制法進行短路計算 1標幺制法計算步驟和方法 (1)繪計算電路圖，選擇短路計算點。計算電路圖上應(yīng)將短路計算中需計入的所有電 路元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各個元件依次編號。 (2)設(shè)定基準容量和基準電壓，計算短路點基準電流。一般設(shè)=100mva，設(shè) d s d u d i d s =1.05（短路計算電壓） 。短路基準電流按下式計算： d u c u n u (4-1) 3 d d d s i u (3)計算短路回路中各主要元件的阻抗標幺值。一般只計算電抗。 電力系統(tǒng)的電抗標幺值 (4-2) * d s oc s x s

41、 式中 電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量（單位為 mva） 。 oc s 電力線路的電抗標幺值 (4-3) 0 2 d wl c s xx l u 式中 線路所在電網(wǎng)的短路計算電壓（單位為 kv） 。 c u 電力變壓器的電抗標幺值 (4-4) * % 100 kd t n us x s 式中 變壓器的短路電壓（阻抗電壓）百分值；% k u 變壓器的額定容量（單位為 kva,計算時化為與同單位） 。 n s d s (4)繪短路回路等效電路，并計算總阻抗。用標幺制法進行短路計算時，無論有幾個 短路計算點，其短路等效電路只有一個。 (5)計算短路電流。分別對短路計算點計算其各種短路電流：三相短路電流

42、周期分量 、短路次暫態(tài)短路電流、短路穩(wěn)態(tài)電流、短路沖擊電流及短路后第一個周 (3) k i (3) i (3) i (3) sh i 期的短路全電流有效值（又稱短路沖擊電流有效值）。 (3) sh i (4-5) (3) * d k i i x 在無限大容量系統(tǒng)中，存在下列關(guān)系： = (4-6) (3) i (3) i (3) k i 高壓電路的短路沖擊電流及其有效值按下列公式近似計算： =2.55 (4-7) (3) sh i (3) i =1.51 (4-8) (3) sh i (3) i 低壓電路的短路沖擊電流及其有效值按下列公式近似計算： =1.84 (4-9) (3) sh i (3

43、) i =1.09 (4-10) (3) sh i (3) i (6)計算短路容量 (4-11) (3) d k s s x 系統(tǒng) 500mva lgj-150,8km s9-800 10.5kv0.4kv k1 k2 (1) (2) (3) (4) 圖 4-1 并列運行時短路計算電路 2.兩臺變壓器并列運行時 (1)根據(jù)原始資料及所設(shè)計方案，繪制計算電路，選擇短路計算點，如圖 4-1 所示。 (2)設(shè)定基準容量和基準電壓，計算短路點基準電流,設(shè) d s d u d i =100mva，=，即高壓側(cè)=10.5kv,低壓側(cè)=0.4kv,則 d s d u c u 1d u 2d u (4-12)

44、 1 1 100mva 5.5ka 33 10.5kv d d d s i u (4-13) 2 2 100mva 144ka 330.4kv d d d s i u (3)計算短路電路中各元件的電抗標幺值 電力系統(tǒng)的電抗標幺值 (4-14) * 1 100mva 0.2 500mva d oc s x s 式中 電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量 oc s 架空線路的電抗標幺值，查得 lgj-150 的單位電抗，而線路長 8km,故 0 0.36/xkm (4-15) * 2 2 100mva 0.36 82.6 (10.5kv) x 電力變壓器的電抗標幺值，查得 s9-800 的短路電壓=4.5

45、，故% k u (4-16) 6255 800100 54 3 . . x kva 100mva (4-17)6255 34 .xx (4)繪制等效電路圖，如圖 4-2 所示： 2 2.6 1 0.2 3 5.625 4 5.625 k1 k2 圖 4-2 并列運行時短路等效電路圖 (5)求 k1 點（10.5kv 側(cè)）的短路電路總阻抗標幺值及三相短路電流和短路容量 總阻抗標幺值 (4-18) * 121 0.22.62.8 k xxx 三相短路電流周期分量有效值 (4-19) (3) 1 1 * 1 5.5ka 1.96ka 2.8 d k k i i x 三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流 =1

46、.96ka (4-20) (3) i (3) i (3) 1k i 三相短路沖擊電流 =2.55=2.551.96ka=5.0ka (4-21) (3) sh i (3) i 第一個周期短路全電流有效值 =1.51=1.511.96ka=2.96ka (4-22) (3) sh i (3) i 三相短路容量 (4-23) (3) 1 100mva 35.7mva 2.8 d k k s s x （6）求 k2 點（0.4kv 側(cè)）的短路電路總阻抗標幺值及三相短路電流和短路容量 總阻抗標幺值 (4-24) (2) = 1 + 2 + 3| 4 = 0.2 + 2.6 + 5.625 2 = 5.

47、6125 三相短路電流周期分量有效值 (4-25) (3) 2 = 2 (2) = 144 5.6125 = 25.66 三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流 =25.66ka (4-26) (3) i (3) i (3) 2k i 三相短路沖擊電流 =1.84=1.8425.66ka=47.2ka (4-27) (3) sh i (3) i 第一個周期短路全電流有效值 =1.09=1.0925.66ka=27.97ka (4-28) (3) sh i (3) i 三相短路容量 (4-29) (3) = (2) = 100 5.6125 = 17.8 3.兩臺變壓器分裂運行時 (1)繪制計算電路，選擇

48、短路計算點，如圖 4-3 所示。 系統(tǒng) 500mva lgj-150,8km s9-80010.5kv 0.4kv k1 k2 k3 (1) (2) (3) (4) 圖 4-3 分裂運行時短路計算電路 (2)基準值和短抗標幺值同并列運行時所算各值。 (3)繪制等效電路圖，如圖 4-4 所示： 2 2.6 k1 k2 k3 1 0.2 3 5.625 4 5.625 圖 4-4 分裂運行時短路等效電路圖 (4)k1 點的短路計算值同并列運行時 k1 點的計算值。 (5)k2 點（0.4kv 側(cè)）的短路電路總阻抗標幺值及三相短路電流和短路容量 總阻抗標幺值 (4-30) (2) = 1 + 2 +

49、 3 = 0.2 + 2.6 + 5.625 = 8.425 三相短路電流周期分量有效值 (3) 2 = 2 (2) = 144 8.425 = 17.1 (4-31) 三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流 =17.1ka (4-32) (3) i (3) i (3) 2k i 三相短路沖擊電流 =1.84=1.8417.1ka=31.46ka (4-33) (3) sh i (3) i 第一個周期短路全電流有效值 =1.09=1.0917.1ka=18.64ka (4-34) (3) sh i (3) i 三相短路容量 (4-35) (3) = (2) = 100 8.425 = 11.87 (6)

50、k3 點的短路計算值同 k2 點的計算值。 4.短路電流計算結(jié)果 短路電流計算結(jié)果見表 4-1、表 4-2： 表 4-1 并列運行時短路電流計算結(jié)果 表 4-2 并列運行時短路電流計算結(jié)果 三相短路電流/ka 三相短路容量 /mva短路計 算點 (3) k i (3) i (3) i (3) sh i (3) sh i (3) k s k11.961.961.965.02.9635.7 k225.6625.6625.6647.227.9717.8 比較變壓器并列和分裂運行兩種情況下的短路計算，可得出分裂運行時的低壓側(cè)短 路電流較并列運行時有明顯減小，因此，為降低短路電流水平，所設(shè)計變電站通常情

51、況 下應(yīng)分裂運行。 4.2 變電站一次設(shè)備的選擇與校驗 正確地選擇設(shè)備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟的重要條件。在進行設(shè) 備選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技 術(shù)，并注意節(jié)約投資，選擇合適的電氣設(shè)備。 電氣設(shè)備的選擇同時必須執(zhí)行國家的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策，并應(yīng)做到技術(shù)先進、經(jīng)濟 合理、安全可靠、運行方便和適當?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的需 要。 4.2.1 一次設(shè)備選擇與校驗的條件 為了保證一次設(shè)備安全可靠地運行，必須按下列條件選擇和校驗： (1) 按正常工作條件，包括電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇。 (2) 按短路條件，包括動穩(wěn)定

52、和熱穩(wěn)定來校驗。 (3) 考慮電氣設(shè)備運行的環(huán)境條件和溫度、濕度、海拔以及有無防塵、防腐、防火、 防爆等要求。 4.2.2 按正常工作條件選擇 1.按工作電壓選擇 設(shè)備的額定電壓不應(yīng)小于所在線路的額定電壓，即 n e u n u (4-36) nen uu 2.按工作電流選擇 設(shè)備的額定電流不應(yīng)小于所在電路的計算電流，即 n e i 30 i (4-37) 30n e ii 3.按斷流能力選擇 設(shè)備的額定開斷電流或斷流容量不應(yīng)小于設(shè)備分斷瞬間的短路電流有效值或 oc i oc s (3) 短路容量，即 (3) (4-38) (3) 三相短路電流/ka 三相短路容量 /mva短路計 算點 (3)

53、 k i (3) i (3) i (3) sh i (3) sh i (3) k s k11.961.961.965.02.9635.7 k217.117.117.131.4618.6411.87 k317.117.117.131.4618.6411.87 或 (4-39) (3) 4.2.3 按短路條件校驗 短路條件校驗，就是校驗電器和導(dǎo)體在短路時的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。 1.隔離開關(guān)、負荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗 (1)動穩(wěn)定校驗條件 (4-40) (3) maxsh ii 或 (4-41) (3) maxsh ii 式中 、開關(guān)的極限通過電流（動穩(wěn)定電流）峰值和有效值（單位為 ka） ；

54、max i max i 、開關(guān)所在處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值（單位為 ka） 。 (3) sh i (3) sh i (2)熱穩(wěn)定校驗條件 (4-42) 2(3)2 tima i tit 式中 開關(guān)的熱穩(wěn)定電流有效值（單位為 ka） ； t i 開關(guān)的熱穩(wěn)定試驗時間（單位為 s） ；t 開關(guān)所在處的三相短路穩(wěn)態(tài)電流（單位為 ka） ； (3) i 短路發(fā)熱假想時間（單位為 s） 。 ima t 2.電流互感器的短路穩(wěn)定度校驗 (1)動穩(wěn)定校驗條件 (4-43) (3) maxsh ii 或 (4-44) 3(3) 1 210 esnsh k ii 式中 電流互感器的動穩(wěn)定電流（單位為

55、ka） ； max i 電流互感器的動穩(wěn)定倍數(shù)（對） ； es k 1n i 電流互感器的額定一次電流（單位為 a） 。 1n i 熱穩(wěn)定校驗條件 (4-45) (3) ima t t ii t 或 (4-46) (3) 1 ima tn t k ii t 式中 電流互感器的熱穩(wěn)定電流（單位為 ka） ； t i 電流互感器的熱穩(wěn)定試驗時間，一般取 1s；t 電流互感器的熱穩(wěn)定倍數(shù)（對） 。 t k 1n i 4.2.4 10kv 側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 表 4-3 10kv 側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 選擇交驗項目電壓電流斷流能 力 動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度 參數(shù) n u n i (3) k i (3) s

56、h i (3)2 ima it 裝置地點條 件 數(shù)據(jù)10kv46.2a1.96ka5.0ka 7.31.91.962 額定參數(shù) en u en i oc i max i 2 t i t 高壓少油斷路 器 sn10-10i/630 10kv630a16ka40ka 5122162 高壓隔離開關(guān) 20010 6 8 gn 10kv200a 25.5ka 5005102 高壓熔斷器 rn2-10 10kv0.5a50ka 電壓互感器 jdj-10 10/0.1kv 電壓互感器 jdzj-10 /kv 3 10 3 10. 3 10. 電流互感器 lqj-10 10kv100/5a 225 2 0.1

57、 = 31.8(90 0.1)2 1 = 81 一 次 設(shè) 備 型 號 參 數(shù) 戶外隔離開關(guān) gw4-12/400 12kv400a 25ka 5005102 4.2.5 380v 側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 為滿足設(shè)計需求本設(shè)計低壓柜選用 gcs 型柜。其中 2 個進線柜，方案號為 03；1 個 聯(lián)絡(luò)柜，方案號為 04；4 個饋電柜，方案號為 11，低壓柜總計 7 個。低壓開關(guān)柜中個元 件設(shè)備的校驗見表 4-6。 表 4-4 380v 側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗： 選擇交驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度 參數(shù) n u 30 i (3) k i (3) sh i (3)2 ima it 裝置地點條件

58、 數(shù)據(jù)380v總 1960a17.1ka31.46ka 2 28.50.7568 額定參數(shù) n u n i oc i max i 2 t i t 低壓斷路器 dw15-2500 380v2500a60ka 低壓斷路器 dz20j-1000 dz20j-1250 380v1000a 1250a (大于) 30 i 一般 30ka 低壓斷路器 dz20-630 380v630a (大于) 30 i 一般 30ka 低壓刀開關(guān) hd13-1500/30 380v1500a 低壓刀開關(guān) hd13-1000/30 380v1000a 電流互感器 lmzj1-0.5 500v1500/5a 630/5a

59、一 次 設(shè) 備 型 號 參 數(shù) 電流互感器 lmz1-0.5 500v400/5a 315/5a 200/5a 表 4-4 所選設(shè)備均滿足要求。 4.3 高低壓母線的選擇 根據(jù)計算電流和gb5005394 10kv 及以下變電所設(shè)計規(guī)范中的規(guī)定，10kv 母 線選擇 lmy-3(404)型母線，即母線尺寸均為 40mm4mm；380v 母線選擇 lmy-3 (1008)+ 606 型母線，即相母線尺寸為 100mm8mm,中性母線尺寸為 60mm6mm。 5 變電所進出線和低壓電纜選擇 5.1 變電所進出線的選擇范圍 1.高壓進線 (1)如為專用線路，應(yīng)選專用線路的全長。 (2)如從公共干線引

60、至變電站，則僅選從公共干線到變電站的一段引出線。 (3)對于靠墻安裝的高壓開關(guān)柜，柜下進線時一般須經(jīng)電纜引入，因此架空進線至變 電站高壓側(cè)，往往需選一段引入電纜。 2.高壓出線 (1)對于全線一致的架空出線或電纜出線，應(yīng)選線路的全長。 (2)如經(jīng)一段電纜從高壓開關(guān)柜引出再架空配電的線路，則變電站高壓出線的選擇只 選這一段引出電纜，而架空配電線路在廠區(qū)配電線路的設(shè)計中考慮。 3.低壓出線 (1)如采用電纜配電，應(yīng)選線路的全長。 (2)如經(jīng)一段穿管絕緣導(dǎo)線引出，再架空配電線路，則變電站低壓出線的選擇只選這 一段引出的穿管絕緣導(dǎo)線，而架空配電線路則在廠區(qū)配電線路或車間配電線路的設(shè)計中 考慮。 5.2