1、電力工程基礎(chǔ) 課程設(shè)計說明書 某廠降壓變電所電氣部分設(shè)計目錄1 緒論 12 相關(guān)計算 22.1 負(fù)荷計算 22.2 無功功率補(bǔ)償 43 變電所位置與型式的選擇 54 變電所主變壓器及主接線方案的選擇 64.1 變電所主變壓器的選擇 64.2 變電所主接線方案的選擇 74.3 主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 85 短路電流的計算 95.1 繪制計算電路 95.2 確定短路計算基準(zhǔn)值 95.3 計算短路電路中個元件的電抗標(biāo)幺值 95.4 k-1 點(diǎn)（10.5kV 側(cè)）的相關(guān)計算 105.5 k-2 點(diǎn)（0.4kV 側(cè)）的相關(guān)計算 106 變電所一次設(shè)備的選擇校驗 116.1 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗

2、 116.2 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 136.3 高低壓母線的選擇 137 變壓所進(jìn)出線與鄰近單位聯(lián)絡(luò)線的選擇 147.1 10kV高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇 147.2 380 低壓出線的選擇 147.3 作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇校驗 178 變電所二次回路方案的選擇與繼電保護(hù)的整定 188.1 變電所二次回路方案的選擇 188.2 變電所繼電保護(hù)裝置 198.3 裝設(shè)電流速斷保護(hù) 198.4 作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的繼電保護(hù)裝置 209 降壓變電所防雷與接地裝置的設(shè)計 219.1 變電所的防雷保護(hù) 219.2 變電所公共接地裝置的設(shè)計 2110工廠的主接線圖 2311 心得 2

3、3參考文獻(xiàn) 241 緒論工廠供電，就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配，亦稱工廠配電。眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小（除電化工業(yè)外）。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，

4、減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善工人的勞動條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。因此， 做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實(shí)保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達(dá)到以下基本要求：（1）安全在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。（2）可靠應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要

5、求。（3）優(yōu)質(zhì)應(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求（ 4） 經(jīng)濟(jì) 供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點(diǎn)，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。2相關(guān)計算2.1 負(fù)荷計算1單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式a）有功計算負(fù)荷（單位為KWP30=Kd Pe , Kd 為系數(shù)b）無功計算負(fù)荷（單位為kvar）Q30 = p30 tanc）視在計算負(fù)荷（單位為kvA）P30S30 = 一cos :d）計算電流（單位為A）I 30S303UnUn為用電設(shè)備的額定電壓（單位為KM2多組

6、用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式a）有功計算負(fù)荷（單位為KWP30 = K&ZP50i.式中R0i,是所有設(shè)備組有功計算負(fù)荷 包之和，Kp是有功負(fù)荷同時系數(shù),可取 0.850.95b）無功計算負(fù)荷（單位為kvar）Q30 = Kq ZQ30i，, ZQ30i，是所有設(shè)備無功Q30之和；Kq是無功負(fù)荷同時系數(shù),可取 0.90.97c）視在計算負(fù)荷（單位為kvA）S30=P30Q230d）計算電流（單位為A）30 =S30-3Un經(jīng)過計算，得到各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計算表，如表2.1所示（額定電壓取380V）表2-1各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計算表廠 房 編 號廠房 名稱負(fù)荷 類別設(shè)備 容量Pe/KW聿亞系數(shù)K

7、dcos中tan中計算負(fù)荷P30 / KWQ 30/k varS/KVAI 30/A1鑄造 車間動力3000.30.651.1790105.3138.46照明80.81.006.406.4小計3081.1338.8105.3144.86220.12鍛壓 車間動力3200.20.651.176474.8898.46照明80.71,005.605.6小計3280.9295.274.88104.06158.13金工 車間動力3700.30.651.17111129.87170.77照明70.81.005.605.6小計3771.1414.7129.87176.42684工具 車間動力3000.350

8、.651.17105122.85189照明90.91.008.108.1小計3091.25386.25122.85197.1299.55電鍍 車間動力3000.60.750.88180158.4240照明80.71.005.605.6小計3081.3400.4158.4245.6373.26熱處 理車 間動力1300.60.750.887868.64104照明60.91.005.405.4小計1361.520468.64109.4166.27裝配 車間動力1300.30.701.023939.7855.71照明70.81.005.605.6小計1371.1150.739.7861.3193.2

9、8機(jī)修 車間動力1600.20.651.173237.4449.23照明40.71.002.802.8小計1640.9147.637.4452.0379.19鍋爐 房動力800.80.750.886456.3285.33照明20.71.001.401.4小計821.512356.3286.73131.810倉庫動力250.40.80.62106.212.5照明10.71.000.700.7小計261.128.66.213.220.111生活 區(qū)照明3400.80.90.3327289.76302.22459.2總計（380V 側(cè)）動力21152761.25820.871492.912268.5

10、照明400計入KS=0.9K 5=0.850.752485.13697.742.2 無功功率補(bǔ)償無功功率的人工補(bǔ)償裝置：主要有同步補(bǔ)償機(jī)和并聯(lián)電抗器兩種。由于并聯(lián) 電抗器具有安裝簡單、運(yùn)行維護(hù)方便、有功損耗小以及組裝靈活、擴(kuò)容方便等優(yōu) 點(diǎn)，因此并聯(lián)電抗器在供電系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍。由表2.1可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)只有 0.75。而供電部門 要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時功率因數(shù)不低于 0.91。考慮到主變壓器的無功 損耗元大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負(fù)荷時功率因數(shù)應(yīng)稍大于 0.91，暫取0.93 來計算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量：=P30 (tan 1 - tan 2

11、)=766.62tan(arccos0.75) - tan(arccos0.93) = 373.10 kvarS303U n參照圖2-1 ,選PGJ1型低壓自動補(bǔ)償評屏，參考工廠供電設(shè)計指導(dǎo)(下 用工表示)表2-11 ,應(yīng)并聯(lián)電容器為BW0.4-14-3型，采用其方案1 (主屏) 1臺與方案3 (輔屏)4臺相結(jié)合，總共容量為84kvar x5=420kvaro補(bǔ)償前后， 變壓器低壓側(cè)的有功計算負(fù)荷基本不變，而無功計算負(fù)荷Q30 = (697.7-420) kvar=277.7 kvar,視在功率 S30 = , P30 Q30 =815.37 kVA,計算電流 13。= P30 =1238.8

12、2 A,功率因數(shù)提圖為 cos 二=0.940。S30在無功補(bǔ)償前，該變電所主變壓器T的容量為應(yīng)選為1250kVA,才能滿足負(fù)荷 用電的需要；而采取無功補(bǔ)償后，主變壓器T的容量選為1000kVA的就足夠了。同時由于計算電流的減少，使補(bǔ)償點(diǎn)在供電系統(tǒng)中各元件上的功率損耗也相應(yīng)減 小，因此無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益十分可觀。因此無功補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和10kV側(cè)的負(fù)荷計算如表3所示。主屏輔屏,I-L1S30=852.83KVA參考電力工程基礎(chǔ)（下 面用電表示）附錄表 A-1,即選一臺S9-1000/10型低損耗配電變壓器。至 于工廠二級負(fù)荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。b）裝設(shè)兩

13、臺變壓器 型號為S9型，而每臺變壓器容量根據(jù)式（4-1 ）、（4-2） 選擇，即Sn t %（0.6 0.7） X 852.83 KVA= （511.70596.98 ） KVA （4-1 ） 且二級負(fù)荷：Snt 之 S30（口 =（170.96+148019+50.56） KVA=369.71KVA（4-2 ）因此選兩臺S9-630/10型低損耗配電變壓器（參考電附錄表 A-1）。工廠二 級負(fù)荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。主變壓器的 聯(lián)結(jié)組均為Yyn0。4.2 變電所主接線方案的選擇如圖4-1所示:-VESS制起仁410-芭，S-TS,按上面考慮的兩種主變壓器方案可

14、設(shè)計下列兩種主接線方案,GG i ( -03i MF )一54l A11GG-LJ)l30，滿足發(fā)熱條件。b） .校驗機(jī)械強(qiáng)度查工表8-33得，最小允許截面積Amin =35mm2 ,而LJ-35滿足要求，故選它。由于此線路很短，故不需要校驗電壓損耗。2由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜之間埋地敷設(shè)。a）按發(fā)熱條件選擇由I30 = Iint=57.74A及土壤環(huán)境25 ,查工表8-43得，初選纜線芯截面為25mm2的交聯(lián)電纜，其I al =90AI 3。，滿足發(fā)熱條件。tZCb）校驗短路熱穩(wěn)定 按式A上Amin = I普山區(qū),A為母線

15、截面積,單位為mm2 ； CAmin為滿足熱路穩(wěn)定條件的最大截面積，單位為mm2； C為材料熱穩(wěn)定系數(shù)；段） 為母線通過的三相短路穩(wěn)態(tài)電流，單位為 A； tima短路發(fā)熱假想時間，單位為S。本電纜線中 段=2080, tima =0.5+0.2+0.05=0.75s終端變電所保護(hù)動作時間為 0.5s, 斷路器斷路時間為0.2s, C=77（查工表5-12）,把這些數(shù)據(jù)代入公式中得 ffAmin I （3） ma = 2280 x , % = 24.6mm2 犯滿足發(fā)熱條件。2）效驗機(jī)械強(qiáng)度 查工表8-33可得，最小允許截面積Am16m而因此LJ-185 滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。3）校驗電壓損耗查工廠

16、平面圖可得變電所至生活區(qū)的負(fù)荷中心距離二150m左右，而查表得其阻抗值與LJ-185近似等值的LJ-240的阻抗R=0.18C/km, X。 =0.30。/km （按線間幾何均距 1.25m）,又生活區(qū)的 =216KW, Q30 =71kvar-, 因此AU _ Z （pR-qX） 216kW 父（0.15父0.18） +71kvarM （0.15父 032） _ 23 7VUn0.38kV.23 7U%= 100% =6.2% Uai%=5%380經(jīng)檢驗不滿足要求，所以改用 LJ-120經(jīng)檢驗滿足要求。中性線用LJ-1207.3作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇校驗采用YJL22-10000型交

17、聯(lián)聚氯乙烯絕緣的鋁心電纜，直接埋地放設(shè)，與相 距約2Km的臨近單位變配電所的10KY母線相連。1按發(fā)熱條件選擇工廠二級負(fù)荷容量共 394.3KVA, 130 = 394.3kVA/3 x 10kV） = 22.7A ,最熱月土壤平均溫度為25c。查工表8-43 ,初選纜心截面為25mm2的交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁心電纜，其 * = 90A I30滿足要求。2校驗電壓損耗由工表8-41可查得纜芯為25mm2的鋁R0 =1.54Q/km（纜芯溫度按80c計），X0=0.12Q/km,而二級負(fù)荷的P3。= 394.3kW ,Q30 =270.5kvar,線路長度按2km計，因此= 128V394.3kW

18、(1.54 2)1,1 270.5k var (0.12 2”10kVU% = (128V/10000V) 100% =1.2% :Ual =5%由此可見滿足要求電壓損耗 5%勺要求。3短路熱穩(wěn)定校驗按本變電所高壓側(cè)短路電流校驗，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗，可知纜芯25mm2的交聯(lián)電纜是滿足熱穩(wěn)定要求的。 而臨近單位10KV的短路數(shù)據(jù)不知，因此該聯(lián)路線的短路熱穩(wěn)定校驗計算無法進(jìn)行，只有暫缺。以上所選變電所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格如表7-1所示。表7-1進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格線路名稱導(dǎo)線或電纜的型號規(guī)格10KV電源進(jìn)線LJ-35鋁絞線（三相三線架空）主變引入電纜YJL2

19、2100003X 25交聯(lián)電纜（直埋）380V低壓 出線至1號廠房VLV22- 10003 X 240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋）至2號廠房VLV22- 10003 X 240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋）至3號廠房VLV22- 10003 X 240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋）至4號廠房VLV22- 10003 X 240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋）至5號廠房VLV22- 10003 X 240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋）至6號廠房VLV22- 10003 X 240+1 X 120 咻嚏料電纜（直埋）至7號廠房VLV22- 10003 X 240+1

20、X 120四芯塑料電纜（直埋）至8號廠房VLV22- 10003 X 240+1 X 120 咻嚏料電纜（直埋）至9號廠房VLV22- 10003 X 240+1 X 120 咻嚏料電纜（直埋）至10號廠房VLV22- 10003 X 240+1 X 120四芯塑料電纜（直埋）至生活區(qū)四回路，3 X LJ-12+1 X LJ-70 （三相四線架空線）與臨近單位10KV聯(lián)絡(luò)線YJL22-10000-3X 16交聯(lián)電纜（直埋）8變電所二次回路方案的選擇與繼電保護(hù)的整定8.1 變電所二次回路方案的選擇a）高壓斷路器的操作機(jī)構(gòu)控制與信號回路斷路器采用手動操動機(jī)構(gòu)，具控制與信號回路如工廠供電設(shè)計指導(dǎo)圖6

21、-12所示。b）變電所的電能計量回路 變電所高壓側(cè)裝設(shè)專用計量柜，裝設(shè)三相有功電 度表和無功電度表，分別計量全廠消耗的有功電能表和無功電能， 并以計算每月 工廠的平均功率因數(shù)。計量柜由上級供電部門加封和管理。c）變電所的測量和絕緣監(jiān)察回路變電所高壓側(cè)裝有電壓互感器一一避雷器柜。其中電壓互感器為3個JDZJ10型，組成Y0 /Y0 / （開口）Y0/Y0/的接線，用以實(shí)現(xiàn)電壓側(cè)量和絕緣監(jiān)察，其接線圖見工廠供電設(shè)計指導(dǎo)圖6-8。作為備用電源的高壓聯(lián)路線上，裝有三相有功電度表和三相無功電度表、 電流表，接 線圖見工廠供電設(shè)計指導(dǎo)圖6-9。高壓進(jìn)線上，也裝上電流表。低壓側(cè)的動 力出線上，均裝有有功電度

22、表和無功電度表，低壓照明線路上裝上三相四線有功 電度。低壓并聯(lián)電容器組線路上，裝上無功電度表。每一回路均裝設(shè)電流表。低壓母線裝有電壓表，儀表的準(zhǔn)確度等級按符合要求。8.2 變電所繼電保護(hù)裝置1主變壓器的繼電保護(hù)裝置a ）裝設(shè)瓦斯保護(hù)。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，瞬時 動作于信號；當(dāng)產(chǎn)生大量的瓦斯時，應(yīng)動作于高壓側(cè)斷路器。b ）裝設(shè)反時限過電流保護(hù)。采用GL15型感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電 器式結(jié)線，去分流跳閘的操作方式。2護(hù)動作電流整定I opKrelKwKreKiL max其中 ILmax =2I1NT =2m1000KVA/(V3m10KV) = 2M577A = 11

23、5A ,可靠系數(shù)Krel = 1.3,接線系數(shù)Kw = 1 ,繼電器返回系數(shù)Kre =。.8 ,電流互感器的電流比（=100/5=20 ,因此動作電流為:1.3 10.8 20115 A =9.3A因此過電流保護(hù)動作電流整定為10A。3過電流保護(hù)動作時間的整定因本變電所為電力系統(tǒng)的終端變電所，故其過電流保護(hù)的動作時間（10倍的動作電流動作時間）可整定為最短的0.5s。4過電流保護(hù)靈敏度系數(shù)的檢驗I k m inS P =I op 1其中，Ik min =I 落/Kt =0.866|K31/Kt=0.866 20.8kA/（10kV/0.4kV）=0.721Iop1 = I opKi / Kw

24、= 10A M 20/1 = 200A ,因此其靈敏度系數(shù)為:Sp=682A/200A=3.411.5滿足靈敏度系數(shù)的1.5的要求。8.3裝設(shè)電流速斷保護(hù)利用GL15的速斷裝置。1速斷電流的整定：利用式IKrel MKWMI 其中Ikmax = I也=20.8kA,q Ki KTKrel =1.4, Kw=1, Ki =100/5=20, KT =10/0.4=25,因此速斷保護(hù)電流為1.4 1Iqb -208000 A =58.24Aq 20 25速斷電流倍數(shù)整定為Kqb= Iq/Iop=58.24A/10A=5.82（在28之間，滿足要求）2電流速斷保護(hù)靈敏度系數(shù)的檢驗利用式 Sp = I

25、kmin ,其中 1kmin =IK2 =0.8661% = 0.866m2.28 = 1.97kA, I qbtIopi. = IopKi /Kw = 58.24AM 20/1 =1165A ,因此其保護(hù)靈敏度系數(shù)為S=1700A/1165A=1.46 1.5從工表6-1可知，按GB50062-92規(guī)定，電流保護(hù)的最小靈敏度系數(shù)為1.5 , 因此這里裝設(shè)的電流速斷保護(hù)的靈敏度系數(shù)是達(dá)到要求的。8.4作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的繼電保護(hù)裝置1裝設(shè)反時限過電流保護(hù)。亦采用GL15型感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分跳閘的操 作方式。a）過電流保護(hù)動作電流的整定，利用式Iop = el ；

26、 KW父ILmax,其中IL.max=2I30,取 I30=0.6 X49.24A=29.5A, Krel=1.3, Kw =1 , Kre =0.8 , Ki =50/5=10 ,因止匕動作電流為：1 3 1Iop=-M2M29.6A=9.5A因此過電流保護(hù)動作電流Ip整定為10A。p 0.8 10b）過電流保護(hù)動作電流的整定按終端保護(hù)考慮，動作時間整定為 0.5s oc）過電流保護(hù)靈敏度系數(shù)因無臨近單位變電所10kV母線經(jīng)聯(lián)絡(luò)線到本廠變電所低壓母線的短路數(shù)據(jù)，無法檢驗靈敏度系數(shù)，只有從略。2裝設(shè)電流速斷保護(hù)亦利用GL15的速斷裝置。但因無臨近單位變電所聯(lián)絡(luò)線到本廠變電所低壓母線 的短路數(shù)據(jù)

27、，無法檢驗靈敏度系數(shù)，也只有從略。3變電所低壓側(cè)的保護(hù)裝置a）低壓總開關(guān)采用DW151500/3型低壓短路器，三相均裝設(shè)過流脫鉤器，既可 保護(hù)低壓側(cè)的相間短路和過負(fù)荷，而且可保護(hù)低壓側(cè)單相接地短路。b）低壓側(cè)所有出線上均采用DZ20型低壓短路器控制，其瞬間脫鉤器可實(shí)現(xiàn)對線 路的短路故障的保護(hù)。9 降壓變電所防雷與接地裝置的設(shè)計9.1 變電所的防雷保護(hù)1 直接防雷保護(hù)在變電所屋頂裝設(shè)避雷針和避雷帶，并引進(jìn)出兩根接地線與變電所公共接裝置相連。 如變電所的主變壓器裝在室外和有露天配電裝置時，則應(yīng)在變電所外面的適當(dāng)位置裝設(shè)獨(dú)立避雷針，其裝設(shè)高度應(yīng)使其防雷保護(hù)范圍包圍整個變電所。如果變電所所在其它建筑物的直擊雷防護(hù)范圍內(nèi)時，則可不另設(shè)獨(dú)立的避雷針。按規(guī)定，獨(dú)立的避雷針的接地裝置接地電阻 R10W （表9-6）。通常采用3-6根長 2.5 m 的剛管，在裝避雷針的桿塔附近做一排和多邊形排列，管間距離5 m，打入地下，管頂距地面0.6 mt接地管間用40mrK 4mm的鍍鋅扁剛焊接相接。弓I 下線用25 mm X4 mm的鍍鋅扁剛，下與接地體焊接相連，并與裝避雷針的桿塔 及其基礎(chǔ)內(nèi)