某工厂降压变电所的电气设计

前言

工厂供电，确实是指工厂所需电能的供给和分派，亦称工厂配电。电能是现代工业生产的要紧能源和动力。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给用；电能的输送的分派既简单经济，又便于操纵、调剂和测量，有利于实现生产进程自动化。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普遍。

在工厂里，电能尽管是工业生产的要紧能源和动力，可是它在产品本钱中所占的比重一样很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并非在于它在产品本钱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能够大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产本钱，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产进程自动化。从另一方面来讲，若是工厂的电能供给突然中断，那么对工业生产可能造成严峻的后果。

本次设计依照课题提供的某机械制造厂的用电负荷和供电条件，并适当考虑生产的进展，依照国家相关标准、设计准那么，本着平安靠得住、技术先进、经济合理的要求确信本厂变电所的位置和形式。通过负荷计算，确信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。

具体进程和步骤:依照工厂总平面图,工厂负荷情形,供电电源情形,气象资料,地域水文资料和电费制度等,先计算电力负荷,判定是不是要进行无功功率补偿,接着进行变电所位置和型式选择,并确信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。

前言     工厂供电，确实是指工厂所需电能的供给和分派，亦称工厂配电。    1

任务书    3

一、设计题目：    3

二、设计要求：    3

三、设计依据：    3

第一章 负荷计算和无功功率补偿    4

第二章 变压器台数容量和类型的选择    9

第三章 变电所主接线方案设计    10

第一节 变压器一次侧主接线    10

第二节 变压器二次侧主接线    10

第四章 短路电流计算    12

第五章 变电所一次设备及进出线的选择与校验    14

第一节 变压器的选择与校验    14

第二节 低压双侧隔离开关的选择与校验    15

第三节 高压断路器的选择与查验    15

第六章 选择整定继电爱惜装置    16

第七章 防雷爱惜和接地装置的设计    17

终止语    19

参考文献    20

任务书

一、设计题目：某工厂降压变电所的电气设计。

二、设计要求：

一、选择变电所主接线方案

二、确信变电所主变压器的台数和设备容量、类型

3、选择高低压设备和进出线

4、选择相应的爱惜装置

三、设计依据：

1 工厂负荷情形    

 本厂大多数车间为两班制，年最大负荷利用小时数3500h，日最大负荷持续时刻为6h，低压动力负荷为三相，额定电压为380V；电气照明为单相，额定电压为220V。

二、供电电源情形   

本厂从周围一条10KV的公用电源干线取得工作电源，干线导线型号LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距1m，干线首端（电力系统的馈电变电站）距离本厂8km。干线首段断路器容量为400MVA。此断路器配备有按时限过流爱惜和电流速断爱惜，按时限过电流爱惜动作时刻为1.7S。为知足工厂二级负荷要求，采纳长度为20 Km架空线路取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长为80Km，电缆线路总长度为25Km。

 变电所最大负荷时功率因数不低于0.9。

3、气象资料   

年最高气温38℃，年最低气温-8℃。

年平均气温23℃，年最热月平均气温33℃。

℃。

年雷暴日数为20日。

第一章 负荷计算和无功功率补偿

(一)负荷计算

在负荷计算时，采纳需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部份分开计算，照明部份最后和宿舍区照明一路计算。具体步骤如下：

1.锻压车间：动力部份 ，

；

；                  

照明部份，；         

2.工具车间：动力部份，

；

照明部份，；

3.锅炉房：动力部份，

；

照明部份，； 

4.金工车间：动力部份，

；

 照明部份，； 

5.装配车间车间：动力部份，

；

照明部份，； 

6.仓库：动力部份，

；

照明部份，； 

7.热处置车间：动力部份，

；

照明部份，； 

8.铆焊车间：动力部份，

；

照明部份，； 

9.烘房：动力部份，

；

  照明部份，； 

10.生活区照明：照明

；

取全厂的同时系数为：，，那么全厂的计算负荷为：

；

(二)无功功率补偿 

由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：，

这时低压侧的功率因数为：,可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有0.76.而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不该该低于0.91。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于0.91，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：

无功功率补偿公式   

式中     ——补偿前的自然平均功率因数对应的正切值

     ——补偿后的功率因数对应的正切值

因此无功功率补偿容量为：电力计算负荷表：

厂房

一、 考虑到变压器在车间建筑内，应选用低损耗的SCB10型10/0.4kV三相干式双绕组电力变压器。变压器采纳无载调压方式，分接头，联接组别Dyn11，带风机冷却并配置温度操纵仪自动操纵，带IP20防护外壳。

二、 由于工厂总负荷容量较大，对电源的供电靠得住性要求较高，宜采纳两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对二级负荷继续供电，应选两台变压器。

3、 变压器容量是依照无功补偿后的计算负荷确信的。补偿后的共计算负荷为，每台变压器的容量，每台变压器的容量为800。

第三章 变电所主接线方案设计

第一节 变压器一次侧主接线

在前面选择变压器时选择2台主变压器，且本厂可由周围一条10kV的公用电源干线取得工作电源；为知足工厂二级负荷的要求，可采纳高压联络线由临近的单位取得备用电源。因此采纳一用一备的运行方式，故变压器高压侧采纳单母线接线，而低压侧采纳单母线分段接线。

该方案依照本地供电部门的要求，两路电源均设置电能计量柜，且设置在电源进线主开关后。变电所采纳直流操作电源，为监视工作电源和备用电源的电压，在母线上和备用进线断路器之前均安装有电压互感器。当工作电源停电且备用电源电压正常时，先断动工作电源进线断路器，然后接通备用电源进线断路器，由备用电源提供所有负荷。备用电源的投入方式可采纳手动投入，也可采纳自动投入。进线柜和出线柜均采纳电缆进线和电缆出线。

第二节 变压器二次侧主接线

低压出线柜采纳GCS低压抽出式开关柜。采纳2列低压柜，低压柜最前端为变压器，变压器与低压柜之间通过矩形铜母线联接。在2个变压器低压母线之间设置联络柜。2个低压母线之间采纳封锁式母线连接。在联络柜以后2个低压母线上别离设置无功补偿柜。无功补偿均采纳低压侧集中补偿的方式，该方案考虑到以后进展，方便扩充出线柜。

具体为：2个变压器的出线柜都采纳GCS-01E方案，无功补偿柜采纳2组GCS-34A主柜结合2组GCS-35C辅柜来进行无功补偿。 

装设两台主变压器的主接线方案如以下图：    

第四章 短路电流计算

利用标幺值法计算

由设计要求中可知：工厂利用干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等三角形排列，线距为1m；干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为400MV·A。此断路器配备有按时限过电流爱惜和电流速断爱惜，按时限过电流爱惜整定的动作时刻为1.7s。为知足工厂二级负荷的要求，可采纳高压联络线由临近的单位取得备用电源。查表得, 

（1）确信基准值

  取       

 而 

计算短路电路中各要紧元件的电抗标幺值

1）电力系统（）

           X1*= 

     2）架空线路（Ω/km）

     3）电力变压器(前述选择变压器容量800KVA)

（3）在k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量

     1)电源至短路点的总电抗标幺值

     2)三相短路电流周期分量有效值

3)其他三相短路电流

4)三相短路容量

     1)电源至短路点的总电抗标幺值

     2)三相短路电流周期分量有效值

3)其他三相短路电流

4)三相短路容量

第一节 变压器的选择与校验

由于工厂总负荷容量较大，对电源的供电靠得住性要求较高，宜采纳两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对二级负荷继续供电，应选两台变压器。变压器容量是依照无功补偿后的计算负荷确信的。补偿后的共计算负荷为，每台变压器的容量，每台变压器的容量为800。

第二节 低压双侧隔离开关的选择与校验

隔离开关的选择要遵循以下原那么：

1 隔离开关的额定电压等于和大于工作电压；

2 隔离开关的额定电流大于回路工作电流；

3 隔离开关的动、热稳固大于回路短路时产生的动、热稳固电流值；

4 查验时电压380V,电流1500A。

第三节 高压断路器的选择与查验

一：高压断路器的选择

为保证高压电器在正常运行、检修、短路和过电压情形下的平安，高压电器应按以下条件选择：

　　① 按正常工作条件包括电压、电流、频率、机械荷载等选择

　　② 按短路条件包括短时耐受电流、峰值耐受电流、关合和开断电流等选择；

　　③ 按环境条件包括温度、湿度、海拔、地震等选择；

　　④ 按经受过电压能力包括绝缘水平等选择；

　　⑤ 按各类高压电器的不同特点包括开关的操作性能、熔断器的爱惜特性配合、互感器的负荷及准确品级等选择。

二：高压断路器的查验

（一）继电爱惜的整定

    继电爱惜要求具有选择性，速动性，靠得住性及灵敏性。

由于本厂的高压线路不很长，容量不专门大，因此继电爱惜装置比较简单。对线路的相间短路爱惜，要紧采纳带时限的过电流爱惜和瞬时动作的电流速断爱惜；对线路的单相接地爱惜采纳绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。

这次设计对变压器装设过电流爱惜、速断爱惜装置；在低压侧采纳相关断路器实现三段爱惜。

（1)变压器继电爱惜

变电所内装有两台800的变压器。低压母线侧三相短路电流为，高压侧继电爱惜用电流互感器的变比为200/5A，继电器采纳GL-25/10型，接成两相两继电器方式。

过电流爱惜动作时限的整定

由于此变电所为终端变电所，因此其过电流爱惜的10倍动作电流的动作时限整定为。

（2）10KV侧继电爱惜

在此选用GL-25/10型继电器。变压器一次侧过电流爱惜的10倍动作时限整定为0.5s；过电流爱惜采纳两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短路电流为。 

第七章 防雷爱惜和接地装置的设计

（一）防雷装置确信

雷电引发的大气过电压会对电器设备和变电所的建筑物产生严峻的危害，因此，在变电所必需采取有效的防雷方法，以保证电器设备的平安。下面分情形对防雷装置进行选择。

（二）直击雷的防治

依照变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直击雷爱惜装置。在进线段的1km长度内进行直击雷爱惜。防直击雷的经常使用设备为避雷针。所选用的避雷器：接闪器采纳直径的圆钢；引下线采纳直径的角钢打入地中再并联后与引下线靠得住连接。

(三）雷电侵入波爱惜

由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其爱惜超级重要。对变电所来讲，雷电侵入波爱惜利用阀式避雷器和与阀式避雷器相配合的进线爱惜段；为了其内部的变压器和电器设备得以爱惜，在配电装置内安放阀式避雷器。

（四）接地装置确信

接地装置为接地线和接地体的组合，结合本厂实际条件选择接地装置：交流电器设备可采纳自然接地体，如建筑物的钢筋和金属管道。本厂的大接地体采纳扁钢，经校验，截面选择为，厚度为。铜接地线截面选择：低压电器设备地面上的外露部份截面选择为（绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为。

所用的接地电阻选择：查表得接地电阻应知足R5，Re120V/IE

依照体会公式：    其中：为同一电压的具有电联系的架空线线路总长度；为同一电压的具有电联系的电缆线路总长度。

那么：              

因此，变电所的接地电阻应选为5。

终止语

在课程设计这段时刻里，我学到了很多知识也有很多感受，固然设计进程中也碰到了许许多多的困难，但教师的讲解，同窗的讨论，通过上网和去图书馆查看相关的资料和书籍，让自己头脑模糊的概念慢慢清楚，使自己慢慢设计下来，每一次设计出来的结果都是我学习的收成，当最后设计终止时，我真是感到莫大的欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的结果。

在课程设计中，整体上来讲是获益匪浅。通过本次设计，所学理论知识专门好的运用到了实际的工程当中，在具体的设计进程中，将所学知识专门好的系统了一遍，体会到了学以致用的乐趣，事自己的实际工程能力取得了专门大的提高。

最后，感激在设计进程中教师的讲解，也感激同窗们的帮忙，在你们的帮忙下我才设计设计出最终结果。

参考文献

[1] 刘介才.工厂供电，北京：机械工业出版社，2020.

[2] 刘介才.工厂供电设计指导，北京：机械工业出版社，1998

[3] 翁双安.供电工程，北京：机械工业出版社，2004

[4] 刘宝林. 电气设备选择·施工安装·设计应用手册，中国水利水电出版社，1998