1、Xxx高校毕 业 设 计（论 文）设计(论文)题目：工厂10kv配电变电站设计姓 名xxx学院（系）xxx专 业xxx 年 级xxx级 指导教师xxxxxxx年 x月 日目 录摘 要- 1 -第1章 前言- 2 -1.1设计要求- 2 -1.2设计依据- 2 -1.2.1 工厂总平面图- 2 -1.2.2 工厂负荷情况- 2 -1.2.3工厂组成及布置- 3 -1.2.4供电电源情况- 4 -1.2.5气象资料- 4 -第2章 负荷计算- 5 -2.1单组用电设备计算负荷的计算公式- 5 -2.2多组用电设备计算负荷的计算公式- 6 -第3章 无功补偿接入基本要求及计算- 9 -3.1补偿基本
2、要求- 9 -3.2补偿原理及计算- 9 -第4章 变电所位置和型式选择- 12 -4.1变配电所所址选择的一般原则- 12 -4.2型式与布置- 13 -4.3负荷中心的确定方法- 13 -第5章 主变压器台数和容量、类型的选择- 15 -5.1 变压器选择原则- 15 -5.2变压器台数- 15 -5.3变压器容量- 15 -5.4台数、容量、类型的选择- 15 -第6章 变电所主接线方案设计- 17 -6.1单母线接线- 17 -6.2单母线分段接线- 17 -6.3 主接线方案技术比较- 18 -第7章 短路电流的计算- 19 -7.1绘制计算电路- 19 -7.2确定短路计算基准值-
3、 19 -7.3计算短路电路中元件的电抗标幺值- 19 -7.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算- 20 -7.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算- 20 -第8章 变电所一次设备选择和校验- 23 -8.1 10KV侧一次设备选择和校验- 23 -8.2 380V侧一次设备的选择校验- 25 -8.3 高低压母线的选择- 26 -第9章 变电所进出线的选择和校验- 27 -9.1 10kV高压进线和引入电缆的选择- 27 -9.1.1 10kV高压进线的选择校验- 27 -9.2 380低压出线的选择- 28 -9.2.1铸造车间- 28 -9.2.2锻压车间- 29 -9.2.3
4、金工车间- 30 -9.2.4工具车间- 31 -9.2.5 电镀车间- 31 -9.2.6 热处理车间- 32 -9.2.7装配车间- 33 -9.2.8机修车间- 34 -9.2.9锅炉房- 34 -9.2.10 仓库- 35 -9.2.11 生活区- 36 -9.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验- 37 -9.3.1按发热条件选择- 37 -9.3.2校验电压损耗- 37 -9.3.3短路热稳定校验- 37 -第10章 继电保护的设计整定- 39 -10.1继电保护要求- 39 -10.2变压器继电保护- 39 -10.3装设电流速断保护- 41 -10.4架空线路的保护- 41
5、-10.5作为备用电源的高压联络线的继电保护装置- 42 -10.6变电所低压侧的保护装置- 43 -第11章防雷保护与接地装置的设计- 43 -11.1变电所的防雷保护- 44 -11.1.1 直接防雷保护- 44 -11.1.2 雷电侵入波的防护- 44 -11.2变电所公共接地装置的设计- 44 -11.2.1接地电阻的要求- 44 -11.2.2接地装置的设计- 45 -第12章全年电费计量- 46 -12.1两部制电价概念- 46 -12.2两部制电价的优越性- 46 -12.3电费计量与供电补贴- 46 -总 结- 47 -参考文献- 48 -致 谢- 49 -附 录- 50 -工
6、厂10kv配电变电站设计专科部 生产过程自动化111 乔文孝 指导教师：潘峰摘要：电能是现代工业生产的主要能源和动力，随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的计量和管理提出了越来越高的要求，机电设备厂供电系统的核心部分是变电所。变电所主接线设计是否合理，关系到整个电力系统的安全、灵活和经济运行。本设计在机械厂具体资料的基础上，依据变电所设计的一般原则和步骤，完成了变电所一次系统的设计。为适应机械类企业用电负荷变化大、自然功率因数大的特点，该设计中采用并联电容器的方法来补偿无功功率，以减少供电系统的电能损耗和电压损失，同时提高了供电电压的质量。此机电设备厂变电所一次系统的设计包括：变
7、电所主接线方案的选择；进出线的选择；短路计算和开关电气设备的选择；根据设计要求，绘制变电所一次系统图等。关键词：变电所，变压器，短路电流，电气设备第1章 前言1.1设计要求 根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂的发展，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形式，确定变电所主要变压器的台数、容量和类型，选择变电所主接线方案及高低压电气设备和进出线，选择整定继电保护装置，最后按要求写出设计说明书，绘制出主接线图。1.2设计依据1.2.1 工厂总平面图图1-1 工厂总平面图1.2.2 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4600h，
8、日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、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。1.2.3工厂组成及布置铸造车间；锻压车间；热处理车间；电镀车间；机修车间；工具车间；金工车间；锅炉房；装配车间；仓库；办公区，本工厂的负荷统计资料如表所示(表中设备容量是范围值。)表1.1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力3000307照明508102锻压车间动力35003065照明807107金工车间动力40002065照明1008106工具车间动力36003
9、06照明709105电镀车间动力2500508照明508103热处理车间动力1500608照明508109装配车间动力1800307照明608105机修车间动力16002065照明408108锅炉车间动力500708照明1081010仓库动力200. 40. 8照明10. 81. 0生活区照明35007091.2.4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，该干线的导线牌号为LGJ-120,导线为等边三角形排列,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500MVA，要求工厂最大负荷时变电所高压侧功率因素不
10、小于0.94。该干线的走向参看工厂总平面图。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源，但容量只能满足本厂负荷的30%重要负荷，平时不准投入，只在本厂主要电源故障或检修时投入。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。1.2.5气象资料 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处平均温度为25。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。第2章 负荷计算 由于用电设备组并不一定同时运行，即使同时运行，也并不一定都能达到额定容量。另外，各用电
11、设备的工作制也不一样，有连续、短时、断续周期之分。在设计时，如果简单地把各用电设备的额定容量加起来，作为选择导线截面和电气设备容量的依据，选择过大会使设备欠载，造成投资和有色金属的浪费；选择过小则会使设备过载运行，出现过热，导致绝缘老化甚至损坏，影响导线或电气设备的安全运行，严重时会造成火灾事故。为避免这种情况的发生，设计时，应用计算负荷选择导线和电气设备。 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒
12、左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.1单组用电设备计算负荷的计算公式 用半小时最大负荷来表示其有功计算负荷，而无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流则分别表示为、和。 我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。由于需要系数法的优点是简便，适用于全产和车间变电所负
13、荷的计算，因此本设计变电所的负荷的计算采用需要系数法主要计算公式有： 有功功率： （为系数） (2-1) 无功功率: (2-2) 视在功率: (2-3) 计算电流: (2-4) 式中代表用电设备组的平均功率因数代表对应于用电设备组的正切值为用电设备的额定电压（单位为KV）2.2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）= (2-5)式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数， 可取0.80.95 b)无功计算负荷（单位为kvar） (2-6)是所有设备无功之和；是无功负荷同时系 数，可取0.850.97 c)视在计算负荷（单位为kvar） (2-7) d)计算电流
14、（单位为A） (2-8) 由上述方法算出个车间的符合列表如下：表2.1 负荷计算表编号名称类别设备容量需要系数计算负荷1铸造车间动力3000.30.71.029091.8128.57照明50.81.004.004.02012锻压车间动力3500.30.651.177587.75115.38照明80.71.005.605.6183.83金工车间动力4000.20.651.178093.6123.08照明100.81.008081994工具车间动力3600.30.61.33108143.64180照明70.91.006.306.32835电镀车间动力2500.50.80.7512593.75156
15、.25照明50.81.004042436热处理车间动力1500.60.80.759067.5112.5照明50.81.004041777装配车间动力1800.30.71.025455.0877.14照明60.81.004.804.8124.48机修车间动力1600.20.651.173237.4449.23照明40.81.003.203.2799锅炉房动力500.70.80.753526.2543.75照明10.81.000.800.867.710仓库动力200.40.80.758610照明10.81.000.800.816.411生活区照明3500.70.90.49245120.05272.
16、22413总计（380V侧动力2220照明402983.5822.81计入=0.8=0.850.75786.8699.4第3章 无功补偿接入基本要求及计算3.1补偿基本要求1.高压并联电容器装置接入电网的设计，应按全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡的原则确定最优补偿容量和分布方式。 2.变电所里的电容器安装容量，应根据本地区电网无功规划以及国家现行标准电力系统电压和无功电力技术导则和全国供用电规则的规定计算后确定。当不具备设计计算条件时，电容器安装容量可按变压器容量的10%30%确定。 3.电容器分组容量，应根据加大单组容量、减少组数的原则确定。 高压并联电容器装置应装设在变压器的主要负荷
17、侧。当不具备条件时，可装设在三绕组变压器的低压侧。 4.当配电所中无高压负荷时，不得在高压侧装设并联电容器装置。低压并联电容器装置的安装地点和装设容量，应根据分散补偿和降低线损的原则设置。补偿后的功率因数应符合现行国家标准全国供用电规则的规定。3.2补偿原理及计算 一般情况下，由于用户的大量增加，如感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等都是感性负荷，使得功率因数偏低，达不到上述要求，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。当功率因数提高时，在有功功率不变的情况下，无功功率和视在功率分别减小，从而使负荷电流相应减小。这就可使供电系统的电能损耗和电压损失降低，并可选用较小容量的电力变压器、开关设
18、备和较小截面的电线电缆，减少投资和节约有色金属。因此，提高功率因数对整个供电系统大有好处。要使功率因数提高，通常需装设人工补偿装置。最大负荷时的无功补偿容量应为： (3-1)按此公式计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量，当负荷减小时，补偿容量也应相应减小，以免造成过补偿。因此，无功补偿装置通常装设无功功率自动补偿控制器，针对预先设定的功率因数目标值，根据负荷的变化相应投切电容器组数，使瞬时功率因数满足要求。提高功率因数的补偿装置有稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设备。前者主要有同步补偿机和并联电容器。动态无功功率补偿设备用于急剧变动的冲击负荷。低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配
19、套制造安装，根据负荷变化相应循环投切的电容器组数一般有4、6、8、10、12组等。用上式确定了总的补偿容量后，就可根据选定的单相并联电容器容量来确定电容器组数： (3-2) 由表可知该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75.而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.94。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0.94，暂取0.96来计算380V侧所需无功功率补偿容量： 本次设计采用分相式低压集中补偿方式。设计选择BFM10.5/-100-1W型 =100kvar 电容器组数: =464kvar/100kvar=4.64 取5
20、补偿后的视在功率计算负荷功率因数提高为= = 786.8/811.7=0.97补偿后的计算电流=811.7/(1.732*0.38)=1233.3A因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表3-1所示。表3.1 无功补偿计算表项目计算负荷P30/kwQ30/kvarS 30/kvaI30/A380v侧补偿前负荷0.75786.8699.4380v侧无功补偿容量-500380v侧补偿后负荷0.97786.8199.4811.71233.3主变压器功率损耗0.015=12.20.06=4910kv侧负荷计算0.955799248.4836.648.3第4章 变电所位置和型式选择4.1变
21、配电所所址选择的一般原则(1）变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较后确定：尽量靠近负荷中心进出线方便；接近电源侧；设备运输方便；不应设在有剧烈振动或高温的场所；不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定；不应设在地势低洼和可能积水的场所。（2）装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级
22、耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。（3）多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。（4）高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所，当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁，并应按现行国家标准高层民用建筑设计防火规范有关规定，采取相应的防火措施。（5）露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所：有腐蚀性气体的场所；挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁；附近有棉、粮及其
23、他易燃、易爆物品集中的露天堆场；容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。综合考虑，变电所应设在变电所为工厂内附式，建在工厂内一侧，有高、低压配电室、值班室及变压器室。值班室有分别通往高、低压配电室的门，且朝值班室开；变压器室的门朝外开，室内设通风窗，进风窗设在变压器室前门的下方，出风窗设在变压器室的上方;高压配电室设不能开启的自然采光窗，窗台距室外地坪1.8，低压配电室设能开启地自然采光窗。4.2型式与布置变电所的型式应根据用电负荷的状况和周围环境情况确定，并应符合下列规定：(1)负荷较大的车间和站房，宜设附设式变电所或半露天变电所；(2)负荷较大的多跨厂房，
24、负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间内变电所或组台式成套变电站；(3)高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站；(4）负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设独立变电所，有条件时也可设附设式变电所或户外箱式变电站；(5)环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在315kVA及以下时，宜设杆上式或高台式变电所。4.3负荷中心的确定方法在工厂的平面图下侧和左侧，分别作一条直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，p1、p2、p3p10分别代表厂房1、2、310号的功率，设定p1、p2p10并设定p11为生活区的中心负荷，而工厂的负荷中心的力
25、矩方程，可得负荷中心的坐标： (4-1) (4-2)以生活区负荷中心为原点，确立厂内各厂房的坐标位置，如下图图4-1 厂房的坐标位置结合上图和公式（4-1） （4-2），得到x=50.03，y=64.94.由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房的某一角。考虑到周围环境和进出线方便，决定在该号厂房的西侧仅靠厂房建造工厂变电所，器型为附设式。第5章 主变压器台数和容量、类型的选择5.1 变压器选择原则根据电源进线方向，结合工厂计算负荷以及扩建和备用的需要，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，确定变压器型号。 一般按5-10年规划负荷选择.重要变电所，一台主变停运，其余变压器在允许过负荷范围内，满
26、足I、II类负荷；一般变电所，一台主变停运，其余变压器满足全部负荷的60%70%.总降压变电所变压器台数的确定需综合考虑负荷容量对供电可靠性的要求、发展规划等因素。变压器台数越多，供电可靠性就越高，但设备投资必然加大，运行费用也要增加。因此，在满足可靠性要求的条件下，变压器台数越少越经济。5.2变压器台数 （1）满足用电负荷对可靠性的要求；二级负荷：选择两台主变压器；负荷较大时，也可多于两台；二、三级负荷：可选一台变压器，但低压侧敷设与其它变电所相连的联络线作为备用电源；三级负荷：选择一台主变压器；负荷较大时，也可选择两台； （2）季节性负荷或昼夜负荷变化较大时，技术经济合理时，可选择两台变压
27、器；5.3变压器容量 （1）单台变压器： (5-1) （2）两台变压器： (5-2)5.4台数、容量、类型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考虑有下列两种可供选择的方案：a)装设一台变压器型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1000 KVA=836.6KVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。b)装设两台变压器型号为S9型，而每台变压器容量根据式（5-1）、（5-2）选择，即836.6 KVA=（502-585.6）KVA =(132.57+160.25+44.55) KVA=337.37
