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
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/KV A。

（四）设计任务
要求在规定时间内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张（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
cosφtanφ
计算负荷
P30/Kw Q30/Kw S30/KVA I30/A
1 铸造车
间
动力400 0.4 0.7 1.02 160 163.2 - -
照明10 0.8 1 0 8 0 - -
小计410 - 168 163.2 234 356
2 锻压车
间
动力300 0.2 0.65 1.17 60 70.15 - -
照明10 0.8 1 0 8 0 - -
小计310 - 68 70.15 97.7 149
3 金工车
间
动力350 0.2 0.65 1.17 70 81.83 - -
照明10 0.7 1 0 7 0 - -
小计360 - 77 81.83 112 170
4 工具车
间
动力380 0.2 0.6 1.33 76 101.33 - -
照明8 0.8 1 0 6.4 0 - -
小计388 - 82.4 101.33 131 199
5 电镀车
间
动力260 0.5 0.8 0.75 130 97.5 - -
照明7 0.7 1 0 4.9 0 - -
小计267 - 134.9 97.5 166 253
6 热处理
室
动力200 0.5 0.75 0.78 100 78 - -
照明8 0.7 1 0 5.6 0 - -
小计208 - 105.6 78 131 199
7 装配车
间
动力150 0.4 0.7 1.02 60 61.2 - -
照明 5 0.8 1 0 4 0 - -
小计155 - 64 61.2 88.6 135
8 机修车
间动力150 0.3 0.6 1.33 45 60 - -
照明 4 0.7 1 0 2.8 0 - -
小计154 - 47.8 60 76.7 117
9 锅炉房动力80 0.7 0.8 0.75 56 42 - -
照明 1 0.9 1 0 0.9 0 - -
小计81 - 56.9 42 70.7 108
10 仓库动力25 0.4 0.8 0.75 10 7.5 -
-
照明 1 0.9 1 0 0.9 0 - - 小计 26 -
10.9 7.5 13.2 20 11 生活区 照明 300 0.8
1 0 240 0 240 365 总计(380V 侧) 动力 2295
1055.5 762.71
-
-
照明 364
计入K Σp=0.85 K Σq=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(tan φ1-tan φ2)=897.18[tan(arccos0.79)-tan(arccos0.97)]=471 kvar
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 。

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=4.22 y=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
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S d=100MV A，U d=U c,即高压侧U d1=10.5KV，低压侧U d2=0.4KV，则
kA
kv
MVA
S
kA
kv
MVA
U
I
U
S
I
d
d
d
d
d
d
144
4.0
3
100
3
5.5
5.
10
3
100
3
2
2
2
1
=
⨯
=
=
⨯
=
=
3.
计算短路电路中各元件的电抗标幺值
(1)
电力系统
2
.0
500
/
100
*
1
=
=MVA
MVA
kA
X
（2）架空线路查表8-36，得LGJ-185的x0=0.35Ω/km，而线路长10km，故
2.3
)
5.
10
(
100
)
10
35
.0(
2
*
2
=
⨯
Ω
⨯
=
KV
MVA
X
（3）电力变压器查表2-8，得U Z%=4.5,故
5.410001001005.4*
3=⨯=
KVA MVA X
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
4.32.32.0*2*1*)1(=+=+=-∑X X X k
（2）三相短路电流周期分量有效值
kA kA X I I k d k 62.14.35.5*)1(1)3(1===-∑-
其他短路电流
KA
I I kA
I i kA
I I I sh k 45.251.11.455.262.1)3()3()3()3()3(1)3()3(=''==''=''===''-∞
（4）三相短路容量
MVA MVA X S S k d k 25.312.3100*)1()3(1===-∑-
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
9.75.42.32.0*3*2*1*)2(=++=++=-∑X X X X k
（2）三相短路电流周期分量有效值
kA kA X I I k d k 2.189.7144*)2(2)3(2===-∑-
（3）其它短路电流
kA I I I k 2.18)
3(2)3()3(===''-∞
kA
kA I I
kA
kA I i sh
sh 8.192.1809.109.15.332.1884.184.1)3()3()3()3(=⨯=''==⨯=''=
（4）三相短路容量
MVA X S S k d k 7.12*)2()3(2==-∑-
以上计算结果综合如表11-7所示.
表11-7 短路计算结果
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）
JDJ-10 电压互感
表11-9 380侧一次设备的选择校验
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I al≈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A min=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I 30=I 1N ·T =53.7A 及土壤温度25℃查表8-43，初选缆芯为25 mm 2
的交联电缆，其I al =90A ＞I 30，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
222)
3(min 25227775
.01960mm ＜A mm mm C t ima I A ==⨯==∞
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I 30=356A 及地下0.8m 土壤温度为25℃，查表8-42，初选240mm 2，其I al =319A ＞I 30，满足发热条件。

（注意：如当地土壤温度不为25℃，则其I al 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240mm 2的铜芯电缆的R 0=0.1Ω/km(按缆芯工作温度75℃计)，X 0=0.07Ω/km,又1号厂房的P 30=160kw,Q 30=163.2kvar,因此按式(8-13)得；
v kv
k kw U 94.138.0)05.007.0(var 2.163)05.01.0(160=Ω
⨯⨯+Ω⨯⨯=
∆
%5%%3.1%100)380/94.1(%=∆<=⨯=∆al U v U
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
22)3(min 0.19476
65
.018200mm mm C
t ima I
A =⨯
==∞
式中t ima ——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120mm 2的缆芯截面小于A min ，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯150mm 2 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240mm 2，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240mm 2，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，而且共一建筑物，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I 30=199A 及环境温度(年最热平均气温)26℃，查表8-40，相线截
面初选120mm 2,其I al ≈215A ＞I 30，满足发热条件。

按规定，中性线和保护线也选为120mm 2，与相线截面相同，即选用BLV-1000-1×120mm 2塑料导线5根穿内径25mm 的硬塑料管。

2)校验机械强度。

查表8-34，最小允许截面A min =1.0mm 2因此上面所选120mm 2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R 0=0.18Ω/km ，X 0=0.083Ω/km,又仓库的P 30=82.4KW,Q 30=101.33kvar,因此
v kv
k KW U 05.338.0)05.0083.0(var 33.101)05.018.0(4.82=Ω⨯⨯+Ω⨯⨯=∆ %5%%80.0%100)380/10(%=∆<=⨯=∆al U v v U
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240mm 2，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。

(方法同前，此略)缆芯截面选240mm 2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

(7)馈电给7号厂房(金工车间)的线路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。

(方法同前，此略)缆芯截面选240mm 2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

(8)馈电给8号厂房(锅炉房)的线路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。

(方法同前，此略)缆芯截面选240mm 2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

(9)馈电给9号厂房(装配车间)的线路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。

(方法同前，此略)缆芯截面选240mm 2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

(10)馈电给10号厂房(机修车间)的线路 亦采用VV22-1000聚氯乙烯铜芯电缆直埋敷设。

(方法同前，此略)缆芯截面选240mm 2，即VV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

(11)馈电给生活区的线路 采用LJ 型铜绞线架空敷设。

1)按发热条件选择。

由I 30= 365及室外环境温度为33℃，查表8-35，初选LJ-150，其33℃时的I al ≈390A ＞I 30，满足发热条件。

2)校验机械强度。

查表8-33，最小允许截面A min =16mm 2，因此LJ-185满足机械强度要求。

3)校验电压损耗。

由图11-3所示平面图量得变电所枝生活区负荷中心约80m ，而由表8-35查得LJ-185的R 0=0.23Ω/km ，X 0=0.31Ω/km (按线间几何均距0.8m 计)，又生活区的P 30=240kW ，Q 30=0kvar ，，因此
V kv
kW U 4.438.0)08.023.0(240=Ω⨯⨯=∆ %5%2.1%100)380/4.4(%=∆<=⨯=∆al U U
满足要求。

中性线采用LJ-70铜绞线。

3.作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2km 邻近单位变配电所的10kv 母线相联。

(1)按发热条件选择 工厂二级负荷容量共470.7kV A ， A kv kVA I 2.27103/7.47030=⨯=
最热月土壤平均温度为25℃，因此查表8-43，初选缆芯截面为25mm 2的交联聚乙烯绝缘铜芯电缆(一)，其I al =90A>I 30满足发热条件。

(2)校验电压损耗 由表8-41可查得缆芯为25mm 2的铜芯电缆的R 0=1.54Ω/km(缆芯温度按80℃计)，X 0=0.12Ω/km,而二级负荷的P 30=(168+134.9+56.9)kW=359.8kW ，Q 30=(163.2+97.5+42)kvar=302.7kvar,线路长按1km 计，因此
%5%18.1%100)10000118(%11810)212.0(var 7.302)254.1(8.359=∆<<=⨯⨯=∆=Ω⨯⨯+⨯⨯∆al U v v U v kv
k kW U
由此可见满足允许电压损耗5%的要求。

(2)短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的热稳定校验，可知缆芯25mm 2的交联电缆是满足热稳定要求的。

而邻近单位10kv 的短路数据不知，因此该联络线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。

综合以上所选变电所进去线和联络线的导线和电缆型号规格如表11-10
第八章
为使工厂供电工作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，本设计在大量收集资料，并对原始资料进行分析后，做出35kV 变电所及变电系统电气部分的选择和设计，使其达到以下基本要求： 1、安全 在电能的供应、分配和使用中，不发生人身事故和设备事故。

2、可靠 满足电能用户对供电可靠性的要求。

3、优质 满足电能用户对电压和频率等质量的要求
4、经济 供电系统的投资少，运行费用低，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，又合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，顾全大局，适应发展。

按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50059-92 《35~110kV变电所设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，工厂供电设计遵循以下原则：
1、遵守规程、执行政策；
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。

2、安全可靠、先进合理；
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、能耗低和性能先进电气产品。

3、近期为主、考虑发展；
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，适当考虑扩建的可能性。

4、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。

本次设计根据课题提供的某机械制造厂的用电负荷和供电条件，并适当考虑生产的发展，按照国家相关标准、设计准则，本着安全可靠、技术先进、经济合理的要求确定本厂变电所的位置和形式。

通过负荷计算，确定主变压器的台数和容量。

进行短路电流计算，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线,最后按要求写出设计说明书,并绘出设计图样。

具体过程和步骤:根据工厂总平面图,工厂负荷情况,供电电源情况,气象资料,地区水文资料和电费制度等,先计算电力负荷,判断是否要进行无功功率补偿,接着进行变电所位置和型式选择,并确定变电所变压器台数和容量, 主接线方案选择,最后进行短路电流的计算,并对变电所一次设备选择和校验和高低压线路的选择。