毕业设计XX厂降压变电所的电气设计.doc

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1、工厂供电设计 XX厂降压变电所的电气设计摘 要 1 本课题是XX厂降压变电所的电气设计，是工厂供电基本知识的具体应用。 2 该机械厂共有金工车间、锻造车间、铸压车间、工具车间、热处理车间、装配车间、机修车间、生活区共11个用电单位。本厂多数车间为两班制，最大年负荷利用小时为4600h，该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉车间为二级负荷外，其余均属三级负荷。 3 本设计通过对计算负荷，选出变压器；通过计算三相短路电流，选出其它保护器件；通过三相短路电流，选择过电流保护设备；然后选择二次回路的设备，对一次侧设备进行控制、检测；最后装设接地和防雷的设置。 关键字：工厂供配电，负荷计算，电力变压器，三相短路

2、电流，继电保护，防雷与接地。 目 录 摘要 -1 绪论1 1.1 课题设计背景1 1.3 工厂供电设计内容及步骤2 1.2 工厂供电设计的一般原则12 负荷计算和功率补偿4 2.1 负荷计算的内容和目的4 2.2 负荷计算的方法42.3 短路电流的计算142.4 无功功率补偿163变电所位置和形式的选择19.4变压器的选择205 主接线方案的设计21 5.1 对变电所主接线的一般要求21 5.2 变电所主接线方案216 电气设备的选择与校验23 6.1 电气设备选择的一般原则23 6.2 高压设备的选择与校验236.2.1高压熔断器的选择与校验236.2.2高压断路器的选择与校验236.2.4

3、电流互感器的选择与校验24 6.2.5 电压互感器的选择与校验256.2.3高压隔离开关的选择与校验246.3.1 低压断路器的选择与校验25 6.3低压设备的选择与校验256.3.2 低压刀开关的选择与校验26 6.3.4 高低压母线的选择266.3.3 电流互感器的选择与校验267变电所进出线和与邻近单位联络线的选择27 7.1 10KV高压进线和引出电缆的选择27 7.1.1 10KV高压进线的选择校验27 7.2 380/220低压出线的选择27 7.2.1 馈电给1号厂房（铸造车间）的线路27 7.2.2 馈电给2号厂房（锻压车间）的线路28 7.2.3 馈电给3号厂房（热处理车间）

4、的线路297.2.4 馈电给4号厂房（电镀车间）的线路307.2.5 馈电给5号厂房（仓库）的线路317.2.6 馈电给6号厂房（工具车间）的线路327.2.7 馈电给7号厂房（金工车间）的线路337.2.8 馈电给8号厂房（铸造车间）的线路347.2.9 馈电给9号厂房（装配车间）的线路357.2.10 馈电给10号厂房（机修车间）的线路367.2.11 馈电给生活区的线路377.3 作为备用电源的高压联络线的选择388变电所的二次回路及继电保护39 8.2变电所二次回路的选择39 8.1概述39 8.3变压器的保护418.3.1变压器的瓦斯保护41 8.3.2变压器的过电流42 8.3.3

5、电流速断保护428.4 电力线路的保护438.4.1 作为备用电源的高压联络的继电保护装置438.4.3 变电所低压侧的保护装置448.4.2 装设电流速断保护439防雷保护与接地装置45 9.1过电压及雷电概述45. 9.2 防雷459.2.1防雷设备45 9.3 电气装置的接地489.2.2防雷保护措施46 9.3.1接地概述48 9.3.2接地电阻4810致谢50 11考文献511 绪论1.1课题设计背景工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。 电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简

6、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，但是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总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。 因此，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

7、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，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。 工厂供电工作要很好地为工业生产服务，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： 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。 此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局

8、观点，能顾全大局，适应发展。 1.2工厂供电设计的一般原则 按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、GB50053-94 10kV及以下设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则： 遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，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。 安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。 近期为主、考虑发展； 应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适

9、当考虑扩建的可能性。 全局出发、统筹兼顾。 必须从全局出发，统筹兼顾，按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。1.3工厂供电设计内容及步骤 工厂变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。其基本内容有以下几方面： 1 负荷计算 工厂变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考

10、虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出工厂变电所高（10KV）低（380/220V）压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。 2 改善功率因数装置设计 按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。 3工厂变电所变压器的台数、容量及位置的选择 参考电源进线方向，综合考虑设置工厂变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数、容量及变电所位置的选择。

11、 4 工厂变电所主接线设计 根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。5 工厂供、配电系统短路电流计算 工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。 6 变电所高、低压侧设备选择校验 参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳

12、定和动稳定校验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。 7 变电所进线和邻近单位联络线的选择主要根据三相负荷计算、短路计算校验选择联络线的大小、型号等，并对其进行动稳定度和热稳定度的校验。8继电保护及二次结线设计 为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。 9

13、 变电所防雷装置设计 参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。 10 工厂变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。2 负荷计算和功率补偿2.1负荷计算的内容和目的 通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如果以计算负荷连续运行，其发热

14、温度不会超过应许值。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 尖峰电流是指持续时间12的短时最大负荷电流。尖峰电流主要用来选择熔断器和低压短路器、整定继电保护装置及检验电动机起动条件等。它是由于电动机启动，电压波动等原因引起的，它与计算电流不同，计算电流是指半小时最大电流，尖峰电流比计算电流大的多，一般取启动电流上半周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。2.2负荷

15、计算的方法 按需要系数法确定计算负荷（）。(1)铸造车间 1)动力组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.3，Cos=0.7，tan=1.02，Pe=280kw =280kw0.3=84kw =84kw1.02=85.68kvar2)照明组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.8，Cos=1，tan=0，Pe=5kw=5kw0.8=4kw =0kvar小计: P30(1)=84 kw+4kw=88kw Q30(1)=85.68kvar S30(1)= kva122.82kvaI30(1) （2）锻压车间1)动力组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.3

16、，Cos=0.65，tan=1.17，Pe=340kw =340kw0.3=102kw =102kw1.17=119.34kvar 2)照明组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.7，Cos=1，tan=0，Pe=7kw=7kw0.7=4.9kw =0kvar小计: P30(2)=102 KW+4.9KW=106.9KW Q30(2)=119.34Kar S30(2)= 160.22kva I30(2)=243.4A(3) 热处理车间1)动力组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.6，Cos=0.8，tan=0.75，Pe=160kw =160kw0.6=96kw

17、=96kw0.75=72kvar 2)照明组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.8，Cos=1，tan=0，Pe=6kw=6kw0.8=4.8kw =0kvar小计: P30(3)=96KW+4.8KW=100.8KW Q30(3)=72Kar S30(3)= 123.87kva I30(3)=188.2A（4）电镀车间1)动力组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.5，Cos=0.8，tan=0.75，Pe=280kw =280kw0.5 =140kw =140kw0.75=105kvar 2)照明组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.8，Cos

18、=1，tan=0，Pe=5kw=5kw0.8=4kw =0kvar小计: P30(4)=140KW+4KW=144KW Q30(4)=105Kar S30(4)= 178.22kva I30(4)=270.8A（5）仓库1)动力组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.4，Cos=0.8，tan=0.75，Pe=22kw =22kw0.4=8.8kw =8.8kw0.75=6.6kvar 2)照明组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.8，Cos=1，tan=0，Pe=2kw=2kw0.8=1.6kw =0kvar小计: P30(5)=8.8KW+1.6KW=10.4

19、KW Q30(5)=6.6Kar S30(5)= 12.21kva I30(5)=18.6A（6）工具车间1)动力组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.3，Cos=0.6，tan=1.33，Pe=350kw =350kw0.3=105kw =105kw1.33=139.65kvar 2)照明组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.9，Cos=1，tan=0，Pe=6kw=6kw0.9=5.4kw =0kvar小计: P30(6)=105KW+5.4KW=110.4KW Q30(6)=139.65Kar S30(6)= 178.02kva I30(6)=270.5A

20、（7）金工车间1)动力组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.2，Cos=0.65，tan=1.17，Pe=420kw =420kw0.2=84kw =84kw1.17=98.28kvar 2)照明组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.8，Cos=1，tan=0，Pe=10kw=10kw0.8=8kw =0kvar小计: P30(7)=84KW+8KW=92KW Q30(7)=98.28Kar S30(7)= 134.62kva I30(7)=204.5A（8）锅炉房1)动力组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.7，Cos=0.8，tan=0.75

21、，Pe=48kw =48kw0.7=33.6kw =33.6kw0.75=25.2kvar 2)照明组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.8，Cos=1，tan=0，Pe=1kw=1kw0.8=0.8kw =0kvar小计: P30(8)=33.6KW+0.8KW=34.4KW Q30(8)=25.2Kar S30(8)= 42.62kva I30(8)=64.8A（9）装配车间1)动力组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.3，Cos=0.7，tan=1.02，Pe=200kw =200kw0.3=60kw =60kw1.02=61.2kvar 2)照明组 查表

22、用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.8，Cos=1，tan=0，Pe=5kw=5kw0.8=4kw =0kvar小计: P30(9)=60KW+4KW=64KW Q30(9)=61.2Kar S30(9)= 88.55kva I30(9)=134.5A（10）机修车间1)动力组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.2，Cos=0.65，tan=1.17，Pe=150kw =150kw0.2=30kw =30kw1.17=35.1kvar 2)照明组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.8，Cos=1，tan=0，Pe=5kw=5kw0.8=4kw =0kv

23、ar小计: P30(10)=30KW+4KW=34KW Q30(10)=35.1Kar S30(10)= 48.87kva I30(10)=74.3A（11）生活区1)动力组 查表用点设备组的需要系数及功率因数表取：Kd=0.7，Cos=0.9，tan=0.48，Pe=300kw =300kw0.7=210kw =210kw0.48=100.8kvar 小计: P30(11)=210KW Q30(11)=100.8Kar S30(11)= 232.94kva I 30(11)=350.9A变压器低压侧的总计算负荷 取：Kp=0.80, Kq=0.85P30=0.8*(88+106.9+100.

24、8+144+10.4+110.4+92+34.4+64+34+210)kw=795.9kwQ30=0.85*(85.68+119.34+72+105+6.6+139.65+98.28+25.2+61.2+35.1+100.8) kvar =721.52 kvarS30=1074.2kVAI30=1632ACos=0.74 表1工厂计算负荷表编号名称类别设备容量Pe/kW需要系数Kdcostan计 算 负 荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸造车间动力2800.30.701.028485.68照明50.81.0040小计285 8885.68122.82186.62锻压车间

25、动力3400.30.651.17102119.34照明70.71.004.90小计347106.9119.34160.22243.43热处理车间动力1600.60.80.759672照明60.81.004.80小计166100.872123.87188.24电镀车间动力2800.50.80.75140105照明50.81.0040小计285144105178.22270.85仓库动力220.40.80.758.86.6照明20.81.001.60小计2410.46.612.2118.556工具车间动力3500.30.61.33105136.65照明60.91.005.40小计356110.41

26、39.65178.02270.5编号名称类别设备容量Pe/kW需要系数Kdcosan计 算 负 荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A7金工车间动力4200.20.651.178498.28照明100.81.0080小计4309298.28134.62204.58锅炉车间动力480.70.80.7533.625.2照明10.81.000.80小计4934.425.242.6264.89装配车间动力2000.30.71.026061.2照明50.81.0040小计2056461.288.55134.510机修车间动力1500.20.651.173035.1照明50.81.0040

27、小计1553435.148.8774.311生活区照明3000.70.90.48210100.8232.94350.9总计（380V侧）动力2250994.9845.7照明352计入Kp=0.8Kq=0.850.74795.9721.521074.216322.4短路电流的计算1、 绘制计算电路图1 三相短路计算图2、 求K-1点的三相短路电流和短路容量（1） 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗1） 电力系统的电抗0.22 2)架空线路的电抗 查表得 0.36 0.368 km=2.88 3)绘K-1点短路的等效电路 =0.22+2.88=3.1图2 K-1点短路等效电路图(2) 计算三相短路

28、电流和短路容量1) 三相短路电流周期分量有效值 1.96kA2) 三相短路次暂态电流和稳态电流 1.96kA3) 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 2.551.96kA=5kA 1.511.96kA=2.96kA 4) 三相短路容量 35.6MVA3、 求K-2点的短路电流和短路容量（1） 电力系统的电抗 3.2(2) 架空线路的电抗 (3) 电力变压器的电抗查表得 =4.5 (4) 绘K-2点短路的等效电路图3 K-2点短路等效电路图(5) 计算三相短路电流和短路容量1) 三相短路电流周期分量有效值 19.7kA2) 三相短路次暂态电流和稳态电流 19.7kA3) 三相短路冲击电

29、流及第一个周期短路全电流有效值 1.8419.74kA=36.2kA 1.5119.74kA=21.5kA4）三相短路容量 13.7MVA 以上计算结果综合如表3所示表2 短路计算表短路计算点三 相 短 路 电 流 /kA三相短路容量/MVAK-11.961.961.9652.9635.6K-219.719.719.736.221.513.72.6无功功率补偿 功率因数太低将会给配电系统带来电能损耗增加，电压损失增大和供电设备利用效率降低等不良影响。正是如此，要求电力用户功率达到一定数值，低于此值时就必须进行补偿，国家标准GB/T3485-1998价企业合理用电技术导则规定：“在企业最大负荷时

30、的功率因数应不低于0.9，凡功率因数未达到上述规定的，应该在负荷侧合理装置集中与就地无功补偿设备”。 由表1可知，该厂220/380V侧最大负荷是的功率因数只有0.74，本设计中上级要求功率因数COS0.9才可满足要求，因此需要进行无功补偿。暂取0.92，来计算220/380V侧所需要无功功率补偿容量： Qc=P30（tan1- tan2）=795.92tan(arc0.74)- tan(arc0.92)Kar=382.04 Kar取Qc=400 Kar BWF0.4-12-3型的电容器，其额定容量是14kvar，额定电容为280F。因此无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为： S30(2)=

31、KVA=858 KVA取S30(2)=900 KVA变压器的功率损耗为： PT= 0.015 S30(2)= 12.88KWQT=0.06 S30(2)= 51.48Kvar变电所高压侧(10KV)计算负荷为：P30（1）=808.8KWQ30(1)=373.02KvarS30(1)= KVA=890.67KVA=890.67KVA/(10)=51.42A无功率补偿后，工厂的功率因数为： = 808.79 KW /890.66 KVA =0.91则工厂的功率因数为： = 0.91=0.9 满足规定（）要求参照图1，选PGJ1型低压自动补偿，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用主屏1台与辅屏

32、4台组合，总共容量为84Kvav。因此补偿后主变容量可选1000KVA。图4补偿电容电路图表3无功功率补偿后的计算负荷表项 目cos计 算 负 荷P30/KWQ30/KarS30/KVAI30/A380V侧补偿前负荷0.74795.92721.521074.711632.03380V侧无功补偿容量-400380V侧补偿后负荷0.92795.92321.52858.411304.21主变压器功率后损耗12.8851.510KV侧负荷总计0.91808.8373.02890.6751.423 变电所位置和形式的选择变电所的位置应尽量接近负荷中心，工厂的负荷中心按功率矩法来确定。负荷中心的坐标为:X

33、= (2851.7+3472+1663.6+2855.4+245.6+3565.8+4306+498.6+2059+1559.7+3000.6)/2602=4.2 Y=(2852.8+3474.9+1666.7+2852+243.6+3565.1+4306.7+492+2053.6+1556.8+3007.4)/2602=5.1由计算结果可知，工厂的负荷中心在6厂房（工具车间）的西南角。考虑到方便进出线及周围环境情况，决定在6号厂房（工具车间）的西侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。4 变压器的选择变压器容量与台数的确定变压器台数确定原则：1应满足用电负荷对可靠性的要求。在一二级负荷的变

34、电所中，选择两台主变压器，当在技术，经济上比较合理时，也可以多于两台。2对季节性负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所，技术经济合理时可选择两台主变压器。3三级负荷一般选择一台主变压器，负荷较大时，也可选择两台主变。 根据工厂只有三个厂房为二级负荷,其他均为三级负荷;还有按经济指标,因此决定采用装设一台主变压器,型式采用S9装设一台主变方案远优于装设两台主变方案。容量为： SN.T=1000KVA=900KVA即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器工厂二级负荷的设用电源，由与邻近单位相连的高压联络线取得（因为二级负荷达343.66KVA，380/220V侧电流达522.17A，距离又

35、较长，因此不能采用低压联络线作备用电源）。 表5 主变压器的主要技术数据型号台数额定容量KV.A额定电压联结组别号损耗/W空载电流(%)阻抗电压(%)高压低压空载负载S9-1000/101100010.50.4Yyn01700103000.74.55 变电所主接线方案的设计5.1 对变电所主接线的一般要求变电所主接线要求安全，可靠，灵活，经济。主要有以下一些原则：1 在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须安装高压隔离开关。2 在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关。3 在装设高压熔断器-负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。4 变配电所高压母线上及架空线末端，必须装设避雷器，装于母线上的避雷器宜与电压互感器共用一组隔离开关，线路上避雷器前不必装设隔离开关。5 变电所的主接线方案，必须与其负荷类型相适应，对于一级负荷，应由两个电源供电，对二级负荷，应由两回路或者一回专用架空线路供电。6 接于公共干线上的变配电所电源进线首端，应装设带有短路保护的开关设