车间变电所及其低压配电系统的设计

车间变电所及其低压配电系统的设计
第1章设计任务
1.1 设计要求
(1)由总降压变电所的配出电压和用电设备的电压要求，参考国际规定的标准电压等级确定车间变电所的电压级别。

(2)计算负荷采用需用的系数法，计算出单台设备支线、用电设备组干线和车间变电所低压母线和进线的计算负荷。

(3)由计算负荷结果，确定补偿方式，计算出补偿容量，选择电容器个数和电容柜个数。

(4)按对负荷可靠性要求，确定车间变电所电气主接线。

(5)按车间变电所低压母线的计算负荷，确定变电器的容量和台数。

(6)导线截面积的选择，支线和干线按发热条件选择，进线电缆按经济电缆密度选择，按允许发热，电压损耗进行校验。

(7)短路电流计算，绘制计算电路和等值电路图，确定短路点，计算出各短路点短路电流值及短路容量。

(8)车间变电所低压母线按发热条件选择，按短路的热合力校验。

(9)按国家规定的标准符号和图符，用CAD画出车间变电所的电气主接线图、车间配电系统和配电平面图。

1.2. 设计条件
1、负荷全部为三级负荷，对供电可靠性要求不高。

2、车间平面布置图如图1所示，车间电气设备明细表如表1所示，外车间低压母线转供负荷如表2所示。

图1 某车间平面布置图
表1 机加车间电气设备明细表如下表所示
表2 车转供负荷名细表如下表所示
；
d
低压母线有功功率同时系数为0.90，无功功率同时系数为0.95。

3.车间采用三班制。

年最大有功负荷利用小时数为5500H。

4.供电电源条件：
从本厂35/10KV总降变电所用架空线引进10KV电源，该变电所距本车间南0.3KM。

供电部门提出的技术要求如下：
工厂总降压变电所10KV配电出线定时限过电流保护装置的整定时间tp=1.3s。

车间最大负荷时功率因数不得低于0.9。

在车间变电所10KV侧进行计量。

5.工厂自然条件。

气象条件。

年最高气温38度，年平均气温35度，年最低气温8度，年最热月平均最高温30度，年最热月地下0.7米-1米处平均温度20度，常年主导风向为南风；年雷暴日180天；土壤冻结深度1.1米。

地质水文资料。

平均海拔200米，地层以沙质黏土为主，地下水位3米-5米，地耐压力位20吨每平方米。

第2章车间变电所的电压级别
根据已知车间变电所负荷均为三级负荷，对供电可靠性要求不高，因此可采用线路-变压器接线方式。

它的优点是接线简单、使用设备少和建设投资省；其缺点是供电可靠性比较差。

当供电线路，变压器及其低压母线上发生短路或任何高压设备检修时，全部负荷均要停止供电。

条件选定为10kV，低压侧额定电压为380V，因此选降压变电器额定电压为10/0.4kV。

机加车间低压配电网络接线方式的选择，低压配电网路接线方式有放射式、树干式、环式和链式。

低压配电网络接线设计应满足用电设备对供电可靠性和电能质量的要求，同时应注意接线简单，操作安全方便，具有一定灵活性，适应性广和使用上变化及设备检修的需要，配电系统层次一般不超过三级。

根据GB50052-1995《供配电系统设计规范》的规定，由于机加车间的电动机容量不大又集中，对供电可靠性要求不高，因此低压配电网接线可采用树干式或链式接线。

车间低压配电网络接线图参考附录表B。

第3章 负荷计算和无功功率补偿
3.1 负荷计算
3.1.1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 ） η
=
e
d 30P K P b)无功计算负荷（单位为kvar ） φ.tan 3030P Q =
c)视在计算负荷（单位为kvA ）
30S =
φ
cos 30
P d)计算电流（单位为A ）
30I =
N
U S 330, N U 为用电设备的额定电压（单位为KV ）
3.1.2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 ）
30P =i p P K 30∑∑
式中i P 30∑是所有设备组有功计算负荷30P 之和，p K ⋅∑是有功负荷同时系数，取0.95
b)无功计算负荷（单位为kvar ） 30Q =i q Q K ⋅⋅∑∑30
式中i Q ⋅∑30是所有设备无功30Q 之和；q K ⋅∑是无功负荷同时系数，取0.97
c)视在计算负荷（单位为KVA ）
30S =
2
30
230Q P + d)计算电流（单位为A ） 30I =
N U S 330
3.2 无功功率补偿
3.2.1低压母线计算负荷及无功功率补偿
（1）低压母线计算负荷
P 30M =K ∑p ∑8
130i P =0.95×（119.84+100+82+82+55+45）=477.85 KW
Q 30M =K ∑p ∑8
1
30i Q =0.97×（88.88+98+86+95+80+0）= 445.20 Kvar
S 30M A KV ⋅=10.653
93.0tan 1=ϕ 由于车间负荷功率因数小于0.92，因此应在变压器低压母线上进行集中无功
补偿。

集中补偿便于维护和管理，采用电力电容器进行补偿。

(2)无功功率补偿
1）补偿容量的确定
Q C =P 30（tan φ1-tan φ2）=477.85×(0.93-0.43)=238.9 Kvar 2) 选择补偿装置
选用BCMJ0.4-40-3型电容器并联，额定容量40Kvar 则n=Qc/qc=6 即并联6个电容器。

85.477M 30P 'M
30P ==kW Q '30M =Q 30M -Q C =445.20-238.9=206.3Kvar 补偿后变电所低压侧视在计算负荷A KV 5.520S '
M 30⋅=
选择S9-630/10（6）型变压器，容量为630KV.A 比补偿前减少了170KV.A (3)计算变电所变压器一次侧计算负荷 1）估算变压器功率损耗： var K 265.52006.0M 30S 06.0T Q Δ,
KW 2.55.52001.0M 30S 01.0T P Δ=⨯='==⨯='=
2)估算进线负荷：
901
.0536483
301cos ),A (37.81438
.03536302I A
95.3010
35361N U 3301S 301I ,A KV 5362
301Q 2301P 301S var,
K 2323.20626M 30Q T Q Δ301Q ,KW 48385.4772.5M 30P T P Δ301P ===⨯==⨯=⨯=⋅=+==+='+==+='+=
第4章 变电所主变压器及主接线方案的选择
4.1 根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量
因为车间符合全部为三级负荷，对供电可靠性要求不高。

装设一台主变压器
型号为S9型，而容量根据式30≥S S T N ⋅，T N S ⋅为主变压器容量，30S 为总的计算负荷。

选A KV S A KV S T N ⋅=>⋅=⋅7.77680030，查《工厂供电》附录表5选一台S9-800/10/0.4-Yyn0型低损耗配电变压器。

Yyn0联结变压器更有利于抑制高次谐波，且Yyn0联结变压器一次绕组的绝缘强度要求比Dyn11联结变压器稍低，因此制造成本较低。

表4 S9型电力变压器技术数据
按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。

4.2 主接线图设计
4.2.1 车间进线架空线的选择
根据设计任务要求选择总降压变电所到车间变电所的进线为架空线，按经济电流密度选择经济截面积。

选择经济电流密度J ec =1.73，已知I 30 =37.7A ，则
2ec 301ec mm 5.2454
.17
.37J I A ===。

查《工厂供电》刘介才P185页表5-4选LGJ-35线，按发热条件校验：查附录表16允许载流量Ial=137A ，故满足要求。

按电压损耗校验：查附录表6得()()
100km 39.0X ,89.0R -⋅Ω=Ω=
%5%15.20
0<=+=
∆N
U QlX PlR u
4.2.2 线路功率损耗、变压器功率损耗的计算 (1)车间进线的功率损耗
查《工厂供电设计指导》P133页表8-1可知，6-10KV 的厂区架空线路的档距为35-50m ，查《工厂供电设计指导》表8-1课的6-10KV 的架空线路在线路档距为35-50m 时架空线倒显得最小间距为0.6m ，从而查《电力电子装置查》附表16的LJ-50的单位电阻值R1=0.64m k Ω，单位电抗值X1=0.323m k Ω
(var)4.292249.02
84.4433023WL Q Δ(w)6.57900.962
84.44313023Δ=⨯⨯===⨯⨯==W L X I W L
R I W L P R WL = R 1L 1=0.64 ⨯1.5=0.96（Ω），X WL =X 1L 1=0.323⨯1.5=0.49（Ω） (2) 变压器功率损耗和电能损耗： 1）变压器的功率损耗为
KW 47.8943.05.74.1P P P 2K 0T =⨯+=β∆+∆=∆
var 35.40800943.01005
.48001008.02100%0100%
0k T N S U T N S I T Q =⨯⨯+⨯=⋅+⋅=∆β
2）变压器电能损耗为 var 4.6800100
8.0100%00k S I Q N =⨯==∆
var 36800100
5
.4100%k S U Q NT k k =⨯==
∆ max 200τ)ΔΔ(β)ΔΔ(ΔK W K W T Q K P T Q K P A +++=
(943.08760)4.61.04.1(2×+××+=1.05.7+××)365500=78921.21()A KW ⋅
S N 为每台变压器额定容量（kV ·A ） T 为变压器年运行小时数（h ）
max τ为最大负荷损耗小时数（h ） K q 为功率损耗归算系数，一般取0.1
τ年最大负荷损耗小时数，取5500
第5章 短路电流的计算
5.1短路电流的计算
短路电流计算目的是为了选择和校验车间变电所高、低压电气设备及提供继电保护整定计算所需要的技术数据。

因此应计算在最大运行方式下和最小运行方式下的短路电流值。

1．绘制计算电路（图1）
图5-1 短路计算电路
2．确定基准值 设S d =100MVA ，U d1=10.5kV ，低压侧U d2=0.4kV ，则
kV MVA U I d d 5.510.5kV 31003S 1d 1=⨯=
=
kA kV
MVA U S I d d d 1444.0310032
2=⨯==
3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值 （1）电力系统
5.0200/100*1==MVA MVA X
（2）架空线路 由LGJ-35的km x /39.00Ω=，而线路长1.5km,故
()
53.05.10100)5.139.0(2
*
2=⨯
Ω⨯=kV MVA
X
（3）电力变压器 有%5%=Z U ，故
25.68001001005*
3
=⨯=kVA
MVA
X 因此绘等效电路，如图2所示。

图5-2 等效电路
4．计算k-1点（10.5kV 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
03.153.05.0*
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 34.503.1/5.5/*)1(1)3(1===-∑-
（3）其他短路电流
kA I I I k 34.5)
3(1)3(3==="-∝）
（
kA kA I i
sh 62.1334.555.255.23)
3(=⨯="=）（ kA kA I I
sh
06.834.551.151.13)3(=⨯="=）（
（4）三相短路容量
MVA MVA X S S k d k 1.9703.1/100
/*
)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
82.725.653.05.0*
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 8.1982.7/144
/*)2(2)3(2===-∑- （3）其他短路电流
kA I I I k 8.19)
3(2)3(3==="-∝）
（
kA I i
sh 4.368.1984.184.13)3(=⨯="=）（ kA I I
sh
6.218.1909.109.13)3(=⨯="=）（
（4）三相短路容量
MVA MVA X S S k d k 7.1328.7/100
/*
)2()3(2===-∑- 以上计算结果综合如表6所示。

第6章 导线面积的选择
6.1负荷计算和导线截面积选择
由设计任务中的表2设计要求可选择车间的转供负荷计算并见其结果如表6-1所示。

表6-1车间的转供负荷计算结果
（1）各支线负荷计算及熔断器和导线截面积选择 以设备序号1为例说明计算过程：
序号1设备单位容量5kw ，效率η=0.89，启动倍数K st =6 计算电流：)(54.1081
.089.038.035
η
cos 330A U Pe I N =×××=
•=
启动电流：)(2.6354.10630A I Kst Ist =×=×=
1)选择支线熔断器。

I NFE >I 30 =10.54A ，I NFE >KI ST =0.4⨯63.2=25.28(A)。

式中I NFE 为熔体额定电流，K 为选择熔体的计算系数，轻载启动取0.25-0.4。

选I NFE =30A ，I NFU =50A ，查附录表10选择结果为RT0-100。

2)选支线截面积。

按允许载流量选择，根据I al >I 30 ，查附录表19，根据实际环境温度，选3根单芯塑料导线穿钢管Sc=15mm 埋地敷设。

当截面积A=2.5mm 2 ，Ө=25o 时，I al =18A.>I 30= 10.52A ，选择结果为BLV-3⨯2.5-18A-SC15mm(钢管管径)。

表6-2 各支线负荷、熔断器、导线截面积选择结果
表6-3干线负荷计算及截面积选择
按允许发热条件选择车间干线截面积计算如下表所示。

各干线选择BV铜芯绝缘导线，埋地敷设。

表6-4 车间干线计算电流及导线截面积选择结果（BV）
校验电压损耗
铜芯电缆的0R =2.19km /Ω （按缆芯工作温度65°计），
0X =0.29km /Ω，又金工车间30P =100kW, 30Q =98 kvar ，故线路电压损耗为
V N
U qX pR U 7.18)
(=∑+=
∆ %9.4%1003807.18%=⨯=∆U <%al U ∆=5%。

同理，经过计算到其他车间的干线的电压损耗符合要求。

第7章 车间变电所低压母选择
车间低压母线，可以选择LMY 型矩形铝母线，按经济电流密度选择。

车间低
压的母线计算电流A I M 3.99230=，kVA 10.653Q P 2
3023030=∑+∑=）（）
（总S ，A U S N
M 3.9923I 3030M ==
，查表8-30可选LMY 型硬铝母线8100⨯。

允许载流量
A A I al 3.9921542>=在环境温度为°40时平放。

(1)对母线作热稳定校验，假设时间为
s 5.12.03.1t t t gu p k =+=+=，则热效应允许最小截面积为
7.2785.187
108.19103
3)
3(∞=⨯==eq t C I At （mm 2）
式中 C —热稳定系数。

铝母线热稳定系数C=87。

因此所选母线截面积为,2t 2mm 7.278A mm 8008100A =>=⨯=，所以热稳
定合格。

第8章 变电所一次设备的选择校验
8.1 10kV 侧一次设备的选择校验
1.按工作电压选则
设备的额定电压e N U ⋅一般不应小于所在系统的额定电压N U ，即≥⋅e N U N U ，高压设备的额定电压e N U ⋅应不小于其所在系统的最高电压max U ，即≥⋅e N U max U 。

N U =10kV ， max U =11.5kV ，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压e N U ⋅=12kV ，穿墙套管额定电压e N U ⋅=11.5kV ，熔断器额定电压e N U ⋅=12kV 。

2.按工作电流选择
设备的额定电流e N I ⋅不应小于所在电路的计算电流30I ，即≥⋅e N I 30I 3.按断流能力选择
设备的额定开断电流oc I 或断流容量oc S ，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)3(k I 或短路容量)3(k S ，即
≥oc I )3(k I 或≥)
3(oc S )3(k S
对于分断负荷设备电流的设备来说，则为≥oc I max ⋅OL I ，max ⋅OL I 为最大负荷电流。

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
≥max i )3(sh
i 或)3(max sh I I ≥ max i 、max I 分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，)
3(sh i 、)3(sh I 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 im a t t I t I 2)3(2∞= s 55.1i
i 05.0k t ima t 2
'
'=⎪⎪⎭
⎫ ⎝
⎛+=∞
对于上面的分析，如表8-1示，由它可知所选一次设备均满足要求。

表8-1 10 kV 一次侧设备的选择校验
8.2 380V侧二次设备的选择校验
同样，做出380V侧二次设备的选择校验，如表8-2示，所选数据均满足要求
表8-2 380V二次侧设备的选择校验
第9章降压变电所的防雷
9.1变电所的防雷保护
9.1.1直击雷保护
在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。

如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。

如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。

按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻R<10。

通常采用3-6根长2.5 m 的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。

接地管间用40mm×4mm 的镀锌扁刚焊接相接。

引下线用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。

避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长1～
1.5。

独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。

9.1.2雷电侵入波的防护
a)在10KV电源进线的终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。

引下线采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。

b）在10KV高压配电室内装设有GG—1A（F）—54型开关柜，其中配有FS4—10型避雷器，靠近主变压器。

主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。

第10章设计总结
通过这次的工厂供电课程设计，我有很多的心得体会，该设计涉及到的专业知识，更多的是关于实践与思维之间关系方面的。

在大学里，我们学习了许多专业课，而如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去是我值得深思的问题。

在做课程设计过程中，我在工厂供电理论知识方面学习的不是很扎实，为了让完成自己的设计再次去理解回顾知识，同时也查阅这方面的设计资料。

在设计中，我翻阅以前所学的专业课知识，学习的过程很有目的性，其次要有一个清晰的思路和一个完整的的流程图，不能妄想一次就将整个设计好，反复修改的好习惯，这是我做这次课程设计的心得。

在这次课程设计中，曹老师和杨老师给我很多的指导和帮助，在这里特别谢
谢两位老师，此外也谢谢很多同学给予我帮助。

由于我自身能力有限，设计难免有些失误，敬请老师批评指正。

参考文献
[1] 刘介才. 工厂供电 [M]. 北京：机械工业出版社，2003.
[2] 供配电系统设计规范 [M]. 北京中国计划出版社，1996
[3] 刘介才. 供电工程师技术手册 [M]. 北京：机械工业出版社，1998
[4] 常用供用电电气标准汇编 [S]. 北京：中国计划出版社，1983
[5] 机械行业标准JBJ 6-1996机械工厂电力设计规范[S]. 北京：机械工业出版社，1996
附录
附录表A：低压配电系统系统的车间供电平面图
表B-1 配电箱及配电箱所接电气设备序号
配电箱编号配电箱内所接电气设备序号配电箱编号配电箱内所接电气设备序号AL1 1、2、3、4 AL5 9、17、18
AL2 26、27、28、29 AL6 5、6、7、8
AL3 30、31、32、33、34 AL7 20、23、25
AL4 19、21、22、24 AL8 10、11、12、13、14、15、16 附录表B: 车间的动力系统配电图
附录表C:车间变电所及其低压设备主接线图。