某机械厂变电所电气一次部分设计课程设计

某机械厂变电所电气一次部分设计课程设计《供配电技术》课程设计报告题目：某机械厂变电所电气一次部分设
计姓名：某某某某某学号：某某某某某班级：某某某某某专
业：某某某某某某某某某某某某某某指导教师：某某某某某起止日
期：电气与自动化工程学院《供配电技术》课程设计评分表设计题
目：某机械厂变电所电气一次部分设计班级：某某某某某某学
号：某某某某某某某某某姓名：某某某某某某某某项目评分比例得分平
时表现30%答辩20%设计报告50%总成绩指导老师：年月日《供配电技术》课程设计任务书专业电气工程及其自动化班级（电气技术方向）一、目的和要求供配电技术课程设计是该课程理论教学之后的一个集中性实践
教学环节，要求学生在学习供配电技术基本知识的基础上，通过综合应用
所学知识设计一个具体任务的供配电一次系统。

通过设计进一步巩固所学
过的理论知识，熟悉供配电系统的基本构成和任务，了解常用电气设备的
结构、原理、性能、用途，掌握中小型变电所电气一次部分设计的步骤和
要求。

了解变电所电气设计相关的国家标准、规程、规范以及电气主接线
的绘制方法，学会查阅供配电设计手册、设备手册的方法，树立工程观念，培养分析和解决一般工程实际问题的能力。

二、设计内容根据给定的设计任务完成供配电系统电气一次部分的设计（设计任务附后）。

三、基本要求：（1）掌握供配电系统设计的方法、内容和步骤。

（2）根据所给定设计任务，按照安全可靠、技术先进、经济合理的
要求，完成变配电系统电气一次部分的设计任务，写出设计说明书。

（3）具备计算机绘图能力，绘出供配电系统一次系统设计图样。

（4）提交的设计报告内容充实、方案合理、图纸齐全。

撰写格式符
合相关要求。

供电部门对本厂的功率因数要求为co=0.9。

（2）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短
路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。

（3）主要电气设备选择：主要电气设备的选择包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号等等设备的选择及校验；选用设备型号、
数量，汇成设备一览表。

2.电容补偿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。

由手册或产品样本选用
所需无功功率补偿柜的规格和数量。

3.变压器选择根据电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关
因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器型号。

4.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，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。

求出各短路点
的三相短路电流及相应有关参数。

5.高、低压设备选择及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，选择高、低压配电设备，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定
和力稳定检验，并列表表示。

6.电缆的选择为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进
行电缆截面选择时必须满足发热条件：电缆(包括母线)在通过正常最大负
荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。

2负荷计算及电容补偿2.1确定用户设备组的设备容量及计算负荷300+6+350+8+764+17+360+7+250+5+150+5+180+6+160+4+50+1+20+1+350=2 994Kw（2-1） 2.2各车间的计算负荷1铸造车间的计算负荷=（0.3某300+6某0.8）=94.8kw（2-2）=（90某1.02+4.8某0）
kvar=91.82kvar（2-3）=131.98kVA（2-4）（2-5）其余车间负荷计算过程与此相同，计算结果见表2-12确定变电所变压器低压侧的计算负荷考虑到全厂负荷的同时系数（取）后，工厂变电所变压器低压侧的计算负荷为（2-6）（2-7）（2-8）（2-9）（2-10）变压器低压侧的功率因数较低，高压侧的功率因数肯定不满足电力部门0.9的要求，因此要进行无功功率补偿。

补偿电容器集中装设在变压器低压母线上。

考虑到变压器的损耗，可设低压侧补偿后的功率因数为0.92。

所需补偿电容器的容量为（2-11）取补偿后变压器低压侧不变（2-12）（2-13）3确定变压所变压器高压侧的计算负荷变压器的损耗（2-14）（2-15）变压器高压侧的计算负荷（2-16）（2-
17）（2-18）（2-19）4高压电源进线端的计算负荷变电所高压进线端采用LGJ-150，其线距为2m，长度为8km。

由手册可查出该导线的，则高压架空进线端的有功功率损耗为（2-20）高压架空进线端的无功功率损耗为（2-21）高压电源进线端的计算负荷为（2-22）（2-
23）（2-24）（2-25）（2-26）满足要求高压电源进线端的计算负荷可以作为工厂向电力部门申请用电容量的依据。

2．对季节性负荷或昼夜负荷变动较大，适于采用经济运行方式的变电所，可采用两台变压器。

3．当负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用
两台或多台变压器。

4．在确定变电所台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。

3.2主变压器容量选择1．只装一台主变压器的变电所主变压器容量
S应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即（3-1）2．装有两台主变
压器的变电所每台变压器的容量SZ应同时满足以下两个条件：(1)任一
台变压器单独运行时，应满足总计算负荷S3的大约60%70%的需要，即
（3-2）(2)任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即（3-3）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：方案1装设一台主变压器根据式，主变选用一台接线
方式为S11-1250/10型变压器，根据民用建筑规范要求变压器的负载率不
宜大于85%，而显然满足要求。

至于机械厂的二级负荷的备用电源，由与
邻近单位相联的低压联络线来承担。

因此装设一台主变压器时选一台接线
方式为S11-16000/10型低损耗配电变压器。

方案2装设两台主变压器（3-4）（3-5）因此选两台接线方式为Dyn11的S11-1000/10型低损耗配电变压器。

两台变压器并列运行，互为
备用。

3.3主接线方案确定3.3.1变电所主接线方案的设计原则与要求变电
所的主接线，应根据变电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特
点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。

(1)安全应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和
设备的安全。

(2)可靠应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。

(3)灵活应能必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应负
荷的发展。

(4)经济在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运
行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。

3.3.2工厂变电所常见的主接线方案1.只装有一台主变压器的变电所
主接线方案只装有一台主变压器的变电所，其高压侧一般采用无母线的接线，根据高压侧采用的开关电器不同，有三种比较典型的主接线方
案：(1)高压侧采用隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器的主接线方
案；(2)高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷型跌开式熔断器的主接线
方案；(3)高压侧采用隔离开关-断路器的主接线方案。

2.装有两台主变压器的变电所主接线方案装有两台主变压器的变电所
的典型主接线方案有：(1)高压无母线、低压单母线分段的主接线方
案；(2)高压采用单母线、低压单母线分段的主接线方案；(3)高
低压侧均为单母线分段的主接线方案。

3.方案确定根据前面章节的计算，若主变采用一台S11型变压器时，
总进线为一路路。

为提高供电系统的可靠性，低压一侧需加入备用电源。

若主变采用两台S11型变压器时，总进线为两路，但若电源出现故障，两台主变均无法使用，可靠性较低。

表3-1两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变加备用电源的
方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求
供电可靠性基本满足要求单电源供电，可靠性差供电质量由于一
台主变，电压损耗略大由于两台主变并列，电压损耗略小灵活方便性
接有备用电源，灵活性好由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性
差一些更好经济指标电力变压器的综合投资额按单台8.8万元计，
综合投资为2某8.8=17.6万元按单台6.8850万元计，综合投资为4某
6.8850=2
7.54万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变和高压开关
柜的折旧和维修管理费约7万元主变和高压开关柜的折旧和维修管理费约10万元交供电部门的一次性供电贴费按800元/KVA计，贴费为1250某0.08万元=100万元贴费为2某800某0.08=128万元从上表可以看出，按
技术指标，装设两台主变的主接线方案优于装设一台主变的方案。

从经济
指标来看，装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案。

由于二级负荷
较小，从技术指标考虑，采用于装设一台主变加备用电源的方案。

图4-1短路计算电路4.2确定短路电流在短路计算中，短路计算点应
选择在可能产生最大短路电流的地方。

一般来说。

高压侧选择在高压母线
位置；低压侧选择在母线位置；系统中装有限流电抗器时，应选择在
电抗器之后，如图4-1中的k-1及k-2点。

4.3计算各元件的电抗标幺值等(1)设定基准容量和基准电压，计算
短路点基准电流。

设=100MVA，=，即高压侧=10.5kV,低压侧=0.4kV,则(4-1)(4-2)(2)计
算短路电路中各元件的电抗标幺值1）电力系统的电抗标幺值(4-3)式中——电力系统出口断路器的断流容量2）架空线路的电抗标幺值，查得
LGJ-150的单位电抗，而线路长8km,故(4-4)3）电力变压器的电抗标幺值，查得S11-1000的短路电压=4.5，故(4-5)(4-6)绘制等效电路图，如图4-
2所示：图4-2短路等效电路图4.4确定抗标幺值等(1)求k-1点的短
路回路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量1）总阻抗标幺值(4-7)2）
三相短路电流周期分量有效值(4-8)3）其他三相短路电流===1.96kA(4-
9)=2.55=2.55某1.96kA=5.0kA(4-10)=1.51=1.51某1.96kA=2.96kA(4-11)4）三相短路容量(4-12)5）两相短路电流====1.70kA(4-
13)=0.866=4.33kA(4-14)=0.886=2.56kA(4-15)（2）求k-2点的短路回路
总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量1）总阻抗标幺值(4-16)2）三
相短路电流周期分量有效值(4-17)3）其他三相短路电流===19.7kA(4-
18)=1.84=1.84某19.7kA=36.25kA(4-19)=1.09=1.09某
19.7kA=21.47kA(4-20)4）三相短路容量(4-21)5）两相短路电流
====24.65kA(4-22)=0.866=31.4kA(4-23)=0.886=19.02kA(4-24)4.5列出
短路计算表短路电流计算结果见表4-1；表4-1并列运行时短路电流
计算结果短路计算点三相短路电流/KA两相短路电流/KA三相短路容量/K-
1点1.961.961.965.02.961.74.332.5635.7K-2点
19.719.719.736.2521.4724.6531.419.0213.75主要电气设备选择5.1变
电站一次设备的选择与校验正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达
到安全、经济的重要条件。

在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在
保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，
选择合适的电气设备。

电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技
术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足
电力系统安全经济运行的需要。

5.1.1一次设备选择与校验的条件为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按下列条件选择和校验：(1)按正常工作条件，包括电压、电流、
频率、开断电流等选择。

(2)按短路条件，包括动稳定和热稳定来校验。

(3)考虑电气设备运行的环境条件和温度、湿度、海拔以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。

5.1.2按正常工作条件选择1.按工作电压选择设备的额定电压不应小
于所在线路的额定电压，即(5-1)2.按工作电流选择设备的额定电流不应
小于所在电路的计算电流，即(5-2)3.按断流能力选择设备的额定开断电
流或断流容量不应小于设备分断瞬间的短路电流有效值或短路容量，即
(5-3)或(5-4)5.1.3按短路条件校验短路条件校验，就是校验电器和导体
在短路时的动稳定和热稳定。

1.隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验(1)动稳定校验条
件(5-5)或(5-6)式中、——开关的极限通过电流（动稳定电流）峰值和有
效值（单位为KA）；、——开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值
和有效值（单位为KA）。

(2)热稳定校验条件(5-7)式中——开关的热稳定电流有效值（单位为KA）；——开关的热稳定试验时间（单位为）；——开关所在处
的三相短路稳态电流（单位为KA）；——短路发热假想时间（单位为）。

2.电流互感器的短路稳定度校验(1)动稳定校验条件(5-8)或(5-9)式中——电流互感器的动稳定电流（单位为KA）；——电流互感器的
动稳定倍数（对）；——电流互感器的额定一次电流（单位为A）。

热稳定校验条件(5-10)或(5-11)式中——电流互感器的热稳定电流
（单位为KA）；——电流互感器的热稳定试验时间，一般取
1；——电流互感器的热稳定倍数（对）。

5.1.410kV侧一次设备的选择校验表5-110kV侧一次设备的选择校验
选择交验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数据10kV67.6A1.96kA5.0kA一10kv一次设备型号参数额定参数高压真空断路
器CV2-10/63010kV630A16kA40kA高压熔断器某RNP3-12/125-
5012kV0.5A50kA——电压互感器JDZ某12-10KV————电流互感器
LZZBJ12-10A10kV100/5A10KV8031.5高压隔离开关GN19-
12/630A12KV630A———开关柜KYN28A-24—————5.1.5380V侧一次设
备的选择校验表5-2380V侧一次设备的选择校验选择交验项目电压电流断
流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数据380V总
2155A28.46kA52.37kA一380kv次设备型号参数额定参数万能式断路器
CW2-2500400V2500A60kA——塑料外壳式断路器CM2-630L400V630A———
塑料外壳式断路器CM2-400L400V315A———塑料外壳式断路器CM2-
225L400V140A200A225A———塑料外壳式断路器CM2-
125L400V20A80A100A———电流互感器LZZBJ12-10A—
3000/5A800/5A,500/5A300/5A,200/5A150/5A,100/5A75/5A，20/5A———
电容器(共14组，共补8组，分补6组）BSMJ0.4-40-3—————5.2
高低压母线的选择根据计算电流和《GB50053－9410kV及以下变电所设计
规范》中的规定，10kV母线选择TMY-3(100某10)+1某(60某6)型母线，即相母线尺寸均为40mm某4mm，中性母线尺寸为60mm某6mm；380V母
线选择LMY-3(80某10)+80某8型母线，即相母线尺寸为80mm某10mm,
中性母线尺寸为80mm某8mm。

6变电所进出线和低压电缆选择6.1变电所进出线的选择范围1.高压
进线(1)如为专用线路，应选专用线路的全长。

(2)如从公共干线引至变电站，则仅选从公共干线到变电站的一段引
出线。

(3)对于靠墙安装的高压开关柜，柜下进线时一般须经电缆引入，因此架空进线至变电站高压侧，往往需选一段引入电缆。

2.高压出线(1)对于全线一致的架空出线或电缆出线，应选线路的全长。

(2)如经一段电缆从高压开关柜引出再架空配电的线路，则变电站高压出线的选择只选这一段引出电缆，而架空配电线路在厂区配电线路的设计中考虑。

3.低压出线(1)如采用电缆配电，应选线路的全长。

(2)如经一段穿管绝缘导线引出，再架空配电线路，则变电站低压出线的选择只选这一段引出的穿管绝缘导线，而架空配电线路则在厂区配电线路或车间配电线路的设计中考虑。

6.2变电所进出线方式的选择1.架空线。

在供电可靠性要求不很高或投资较少的中小型工厂供电设计中优先选用。

2.电缆。

在供电可靠性要求较高或投资较高的各类工厂供电设计中优先选用。

6.3高压进线和低压出线的选择6.2.110kV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公用电源干线。

(1)按发热条件选择。

(2)校验机械强度。

因为钢芯铝绞线架空裸导线在6～10kV的允许最小截面为25，所以LGJ-150满足机械强度要求。

由于此线路很短，不需检验电压损耗。

6.2.2由高压母线至主变的引入电缆的选择校验采用YJV-8.7/10-3
某35型电缆直接埋地敷设。

(1)按发热条件选择。

由线路最大负荷时的计算电流及土壤温度25℃，选择3芯交联聚乙
烯绝缘铝芯电缆，其型号为YJV-8.7/10-3某35-25，其=124A＞，满足发
热条件。

（2）校验短路热稳定。

查得短路热稳定系数C=77＜A=35(6-1)所以YJV-8.7/10-3某35-25电缆满足要求。

6.2.3380V低压出线的选择馈电给各车间的线路采用TMY-3(3某100
某8）型电缆直接铺设。

7.总结本次课程设计在老师的指导下顺利完成。

课程设计能够综合运
用所学知识去解决生活实际问题，是对课本知识的巩固和计算能力的检验，且具有一定的自主性和独立性。

本次课程设计有助于我们对所学知识的理解，从而达到学以致用的目的。

本次设计同学之间相互积极配合，竭诚合作。

通过各自的努力完成了
课程设计。

在设计过程中我们也遇到了一些问题，比如数据计算结果不一致、主接线方案的选择想法有异议、校验和选择时查表的问题等，但最终
得到了相应的解决。

此次设计我也明白了一个深刻的道理：团队合作精神和个人努力都尤
为重要。

当看到任务完成的那一时的高兴与喜悦是无与伦比的。

在此感谢
同学之间的积极配合，更感谢老师的辛勤指导和帮助。