某廠降壓變電所電氣部分設(shè)計(jì)電力工程課程設(shè)計(jì)

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院電力工程課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書   學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào)：1 學(xué) 院: 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院專 業(yè): 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)題 目: 某場(chǎng)降壓變電所電氣部分設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師  職稱 201 年 月中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 學(xué)年第 學(xué)期系：自動(dòng)控制系專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 課程設(shè)計(jì)題目：某廠降壓變電所電氣部分設(shè)計(jì)起 迄 日 期: 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn): 指 導(dǎo) 教 師: 系主任：    下達(dá)任務(wù)書日期: 2 年 日1設(shè)計(jì)目的：通過本課程設(shè)計(jì)，

2、鞏固和加深在電力系統(tǒng)基礎(chǔ)和電力系統(tǒng)分析課程中所學(xué)的理論知識(shí)，基本掌握變電所電氣部分設(shè)計(jì)的一般方法，提高電氣設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)能力，為今后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：要求根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負(fù)荷的實(shí)際情況，并適當(dāng)考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求、確定變電所的位置與型式，確定變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)與容量、類型，選擇變電所主接線方案及高低壓設(shè)備和進(jìn)出線，確定防雷和接地裝置，最后按要求寫出設(shè)計(jì)說明書，繪出設(shè)計(jì)圖樣。設(shè)計(jì)依據(jù)：1、工廠總平面布置圖 參考文獻(xiàn)1的圖11-2。2、工廠負(fù)荷情況本廠多數(shù)車間為兩班制

3、，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4500h，日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為6h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬于二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬于三級(jí)負(fù)荷。低壓動(dòng)力設(shè)備均為三相，額定電壓為380V。電氣照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V。本廠的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料見附表所示。3、供電電源情況按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽定的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條10KV的干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線牌號(hào)為LJ-150，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距1.5m ,干線首端距離本廠約10km。干線首端所裝設(shè)的高壓短路器斷流容量為 500MVA，此斷路器配備有定時(shí)限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過電流保護(hù)整定

4、的動(dòng)作時(shí)間為1.8s，為滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。4、氣象資料：本廠所在地年最高溫度38，年平均氣溫為16，年最低溫度為-10，年最熱月平均最高溫度32，年最熱月地下0.8M處平均溫度25，常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)，覆冰厚度是3CM，年雷暴日數(shù)35天。5、地質(zhì)水文資料：平均海拔1200M，地層以沙粘土為主，地下水位3-5M。6、電費(fèi)制度供電貼費(fèi)800元/KVA。每月電費(fèi)按兩部電費(fèi)制：基本電費(fèi)為按主變壓器容量計(jì)為18元/KVA，動(dòng)力電費(fèi)為0.2元/KW.H，照明電費(fèi)為0.5元/KW.H。工廠最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得小于 0.92 。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括

5、課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：提交課程設(shè)計(jì)說明書一份。4主要參考文獻(xiàn)：1.劉介才工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)北京：機(jī)械工業(yè)出版社5設(shè)計(jì)成果形式及要求：  提交課程設(shè)計(jì)說明書一份。 6工作計(jì)劃及進(jìn)度：6月6日-6月7日：負(fù)荷計(jì)算，與無功補(bǔ)償。6月8日-6月9日：確定變電所的位置與型式，確定變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)與容量、類型。6月10日-6月13日：選擇變電所主接線方案及高低壓設(shè)備和進(jìn)出線。6月14日-6月15日：確定防雷和接地裝置。6月16日：課程設(shè)計(jì)說明書寫作。6月17日：答辯即成績考核。系主任審查意見：  簽字： 年 月 日附表：工廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料廠房編號(hào)廠房名

6、稱負(fù)荷類別設(shè)備容量/KW需要系數(shù)Kd功率因數(shù)1鑄造車間動(dòng)力3400.340.68照明70.741.02鍛壓車間動(dòng)力3800.290.63照明80.791.03金工車間動(dòng)力3900.240.61照明60.841.04工具車間動(dòng)力4000.310.60照明100.811.05電鍍車間動(dòng)力1900.500.75照明60.801.06熱處理車間動(dòng)力1500.470.78照明80.771.07裝配車間動(dòng)力1700.390.69照明60.791.08機(jī)修車間動(dòng)力1300.270.63照明20.831.09鍋爐房動(dòng)力580.680.74照明10.821.010倉庫動(dòng)力170.330.85照明20.741.0

7、生活區(qū)照明3200.790.941 引言1.1 認(rèn)識(shí)工廠供電工廠所需電能的供應(yīng)和分配就是指工廠供電，亦稱工廠配電。電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)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(cè)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)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(dòng)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）。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對(duì)工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。本次設(shè)計(jì)根據(jù)課題提供的某機(jī)械制造廠的用電負(fù)荷和供電條件，并適當(dāng)考慮

8、生產(chǎn)的發(fā)展，按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，本著安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求確定本廠變電所的位置和形式。通過負(fù)荷計(jì)算，確定主變壓器的臺(tái)數(shù)和容量。進(jìn)行短路電流計(jì)算，選擇變電所主接線方案及高低壓設(shè)備與進(jìn)出線,最后按要求寫出設(shè)計(jì)說明書。具體過程和步驟:根據(jù)工廠總平面圖,工廠負(fù)荷情況,供電電源情況,氣象資料,地區(qū)水文資料和電費(fèi)制度等,先計(jì)算電力負(fù)荷,判斷是否要進(jìn)行無功功率補(bǔ)償,接著進(jìn)行變電所位置和型式選擇,并確定變電所變壓器臺(tái)數(shù)和容量, 主接線方案選擇,最后進(jìn)行短路電流的計(jì)算,并對(duì)變電所一次設(shè)備選擇和校驗(yàn)和高低壓線路的選擇。1.2 工廠供電的要求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

9、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(duì)供電可靠性的要求。（3） 優(yōu)質(zhì) 應(yīng)滿足電能用戶對(duì)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。1.3 工廠供電設(shè)計(jì)的一般原則按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB50052-95 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范、GB50053-94 10kv及以下設(shè)計(jì)規(guī)范、GB50054-95 低壓配

10、電設(shè)計(jì)規(guī)范等的規(guī)定，進(jìn)行工廠供電設(shè)計(jì)必須遵循以下原則：（1） 遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；必須遵守國家的有關(guān)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。（2） 安全可靠、先進(jìn)合理；應(yīng)做到保障人身和設(shè)備的安全，供電可靠，電能質(zhì)量合格，技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理，采用效率高、能耗低和性能先進(jìn)的電氣產(chǎn)品。（3） 近期為主、考慮發(fā)展；應(yīng)根據(jù)工作特點(diǎn)、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，做到遠(yuǎn)近結(jié)合，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能性。（4） 全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。按負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計(jì)方案。工廠供電設(shè)計(jì)是整個(gè)工廠設(shè)計(jì)中的重要組成部分。工廠供電設(shè)計(jì)的

11、質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn)及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)，以便適應(yīng)設(shè)計(jì)工作的需要。1.4 工廠供電設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)各個(gè)車間的負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對(duì)負(fù)荷的要求，以及負(fù)荷布局，結(jié)合國家供電情況。解決對(duì)各部門的安全可靠，經(jīng)濟(jì)的分配電能問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面：（1）負(fù)荷計(jì)算全廠總降壓變電所的負(fù)荷計(jì)算，是在車間負(fù)荷計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。考慮車間變電所變壓器的功率損耗，從而求出全廠總降壓變電所高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷及總功率因數(shù)。列出負(fù)荷計(jì)算表、表達(dá)計(jì)算成果。（2）工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺(tái)數(shù)及容量選擇參考電源進(jìn)線方向，

12、綜合考慮設(shè)置總降壓變電所的有關(guān)因素，結(jié)合全廠計(jì)算負(fù)荷以及擴(kuò)建和備用的需要，確定變壓器的臺(tái)數(shù)和容量。（3）工廠總降壓變電所主結(jié)線設(shè)計(jì)根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負(fù)荷要求的可靠性級(jí)別和計(jì)算負(fù)荷數(shù)綜合主變壓器臺(tái)數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對(duì)它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經(jīng)濟(jì)，安裝容易維修方便。（4）廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)廠內(nèi)負(fù)荷情況，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理性確定廠區(qū)配電電壓。參考負(fù)荷布局及總降壓變電所位置，比較幾種可行的高壓配電網(wǎng)布置放案，計(jì)算出導(dǎo)線截面及電壓損失，由不同放案的可靠性，電壓損失，基建投資，年運(yùn)行費(fèi)用，有色金屬消耗量等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件列表比值，擇優(yōu)選用。按選定配電系統(tǒng)作線路結(jié)構(gòu)與敷設(shè)方式設(shè)

13、計(jì)。用廠區(qū)高壓線路平面布置圖，敷設(shè)要求和架空線路桿位明細(xì)表以及工程預(yù)算書表達(dá)設(shè)計(jì)成果。（5）廠供、配電系統(tǒng)短路電流計(jì)算工廠用電，通常為國家電網(wǎng)的末端負(fù)荷，其容量運(yùn)行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限容量系統(tǒng)供電進(jìn)行短路計(jì)算。由系統(tǒng)不同運(yùn)行方式下的短路參數(shù)，求出不同運(yùn)行方式下各點(diǎn)的三相及兩相短路電流。2 課程設(shè)計(jì)目的與要求2.1 課程設(shè)計(jì)的目的通過本課程設(shè)計(jì)，鞏固和加深在電力系統(tǒng)基礎(chǔ)和電力系統(tǒng)分析課程中所學(xué)的理論知識(shí)，基本掌握變電所電氣部分設(shè)計(jì)的一般方法，提高電氣設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)能力，為今后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。2.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）要求根據(jù)本廠所能取

14、得的電源及本廠用電負(fù)荷的實(shí)際情況，并適當(dāng)考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求、確定變電所的位置與型式，確定變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)與容量、類型，選擇變電所主接線方案及高低壓設(shè)備和進(jìn)出線，確定防雷和接地裝置，最后按要求寫出設(shè)計(jì)說明書，繪出設(shè)計(jì)圖樣。2.3 課程設(shè)計(jì)的依據(jù)：1、工廠總平面布置圖，如圖11-4所示。2、工廠負(fù)荷情況本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4500h，日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為6h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬于二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬于三級(jí)負(fù)荷。低壓動(dòng)力設(shè)備均為三相，額定電壓為380V。電氣照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V。本廠的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

15、資料見附表所示。3、供電電源情況按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽定的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條10KV的干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線牌號(hào)為LJ-150，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距1.5m ,干線首端距離本廠約10km。干線首端所裝設(shè)的高壓短路器斷流容量為 500MVA，此斷路器配備有定時(shí)限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過電流保護(hù)整定的動(dòng)作時(shí)間為1.8s，為滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。4、氣象資料：本廠所在地年最高溫度38，年平均氣溫為16，年最低溫度為-10，年最熱月平均最高溫度32，年最熱月地下0.8M處平均溫度25，常年

16、主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)，覆冰厚度是3CM，年雷暴日數(shù)35天。5、地質(zhì)水文資料：平均海拔1200M，地層以沙粘土為主，地下水位3-5M。6、電費(fèi)制度供電貼費(fèi)800元/KVA。每月電費(fèi)按兩部電費(fèi)制：基本電費(fèi)為按主變壓器容量計(jì)為18元/KVA，動(dòng)力電費(fèi)為0.2元/KW.H，照明電費(fèi)為0.5元/KW.H。工廠最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得小于 0.92 。2.4 課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)熟悉電力系統(tǒng)基礎(chǔ)和電力系統(tǒng)分析等課程的相關(guān)知識(shí)。3 負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償3.1 負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷計(jì)算時(shí)，采用需要系數(shù)法對(duì)各個(gè)車間進(jìn)行計(jì)算，并將照明和動(dòng)力部分分開計(jì)算，照明部分最后和宿舍區(qū)照明一起計(jì)算。單組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算式: 有功計(jì)算負(fù)

17、荷 無功計(jì)算負(fù)荷 視在計(jì)算負(fù)荷 計(jì)算電流運(yùn)用公式對(duì)各車間進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，結(jié)果如表3.1所示。表3.1 機(jī)械廠負(fù)荷計(jì)算表編號(hào)名稱類別設(shè)備容量需要系數(shù)功率因數(shù)計(jì) 算 負(fù) 荷1鑄造車間動(dòng)力3400.340.681.08115.6 124.8170.1258.4照明70.741.00 5.180小計(jì)347120.7 124.8 173.6 263.92鍛壓車間動(dòng)力3800.290.681.08110.2 119.0162.2246.5照明80.791.00 6.320小計(jì)388 116.3119.0 166.4 252.93金工車間動(dòng)力3900.240.631.2393.6 115.1148.4225.

18、5照明60.841.005.04 0小計(jì)396 98.6115.1 151.6 230.34工具車間動(dòng)力4000.310.611.30124.0 161.2203.4309.1照明100.811.00 8.10小計(jì)410132.1 161.2 208.4 316.75電鍍車間動(dòng)力1900.50.750.88 95.083.6126.5192.3照明60.81.004.8 0小計(jì)196 99.883.6 130.2187.96熱處理車間動(dòng)力1500.470.780.8070.5 56.490.3137.2照明80.771.006.16 0小計(jì)15876.6 56.4 95.1144.67裝配車間

19、動(dòng)力1700.390.691.0566.3 69.696.1146.1照明60.791.004.47 0小計(jì)176 70.769.6 99.2 150.88機(jī)修車間動(dòng)力1300.270.631.2335.1 43.255.684.6照明20.831.001.66 0小計(jì)132 36.7 43.2 56.786.19鍋爐房動(dòng)力580.680.740.91 39.435.953.381.0照明10.821.00 0.820小計(jì)5940.2 35.9 53.981.910倉庫動(dòng)力170.330.850.625.61 3.56.610.0照明20.741.001.48 0小計(jì)19 7.093.5 7.

20、9 12.011生活區(qū)照明3200.790.940.36252.8 91.0268.7 408.3總計(jì)（380V側(cè)）動(dòng)力2225 1062.6904.3照明376計(jì)入=0.95=0.970.761009.5877.11337.42032.53.2 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3.1可知，計(jì)算可得變壓器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷=1337.4 KVA，這時(shí)低壓側(cè)的功率因數(shù)為0.76,可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷是的功率因數(shù)只有0.76

21、.而供電部門要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷是功率因數(shù)不應(yīng)該低于0.92?？紤]到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負(fù)荷是功率因素應(yīng)稍大于0.92，暫取0.93來計(jì)算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量：無功功率補(bǔ)償公式 式中，為補(bǔ)償前的自然平均功率因數(shù)對(duì)應(yīng)的正切值，為補(bǔ)償后的功率因數(shù)對(duì)應(yīng)的正切值所以無功功率補(bǔ)償容量為：=1009.5 tan（arccos0.76）-tan（arccos0.93）kar=464.3kvar參照?qǐng)D3.2，選PGJ1型低壓自動(dòng)補(bǔ)償屏，并聯(lián)電容器為BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1臺(tái)與方案3（輔屏）4臺(tái)相結(jié)合，總共容量為84kvar5=420kv

22、ar。補(bǔ)償前后，變壓器低壓側(cè)的有功計(jì)算負(fù)荷基本不變，而無功計(jì)算負(fù)荷=（877.1-420）kvar=457.1 kvar，視在功率=1108.2 kVA，計(jì)算電流=1684.1 A,功率因數(shù)提高為cos=0.911。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(shí)由于計(jì)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(jì)算如表3.3所示。圖3.2 PGJ1型低壓自動(dòng)補(bǔ)償屏接線方案表3.3 無功補(bǔ)償后

23、工廠的計(jì)算的負(fù)荷項(xiàng) 目計(jì)算負(fù)荷380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.761009.5877.11337.42032.5380V側(cè)無功補(bǔ)償容量-420380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷0.931009.5393.901034.281571.9主變壓器功率損耗15.56210kV側(cè)負(fù)荷總計(jì)0.921025455.91121.864.83.3 年耗電量的估算年有功電能消耗量及年無功電能耗電量可由下式計(jì)算得到：年有功電能消耗量： 年無功電能耗電量： 3.4 負(fù)荷等級(jí)確定根據(jù)用電設(shè)備在工藝生產(chǎn)中的作用，以及供電中斷對(duì)人身和設(shè)備安全的影響，電力負(fù)荷通?？煞譃槿齻€(gè)等級(jí)：一級(jí)負(fù)荷：為中斷供電將造成人身傷亡，或重大設(shè)備損壞難以修復(fù)帶來極大

24、的政治經(jīng)濟(jì)損失者。一級(jí)負(fù)荷要求有兩個(gè)獨(dú)立電源供電。本礦屬于國有能源部門，其中斷供電將有可能造成人員傷亡及重大經(jīng)濟(jì)損失，屬于一級(jí)負(fù)荷。 二級(jí)負(fù)荷：為中斷供電將造成設(shè)備局部破壞或生產(chǎn)流程紊亂且需較長時(shí)間才能恢復(fù)或大量產(chǎn)品報(bào)廢，重要產(chǎn)品大量減產(chǎn)造成較大經(jīng)濟(jì)損失者。二級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩回線路供電，但當(dāng)兩回線路有困難時(shí)（如邊遠(yuǎn)地區(qū)）允許由一回架空線路供電。 三級(jí)負(fù)荷：不屬于一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷的一般電力負(fù)荷，三級(jí)負(fù)荷對(duì)供電無特殊要求，允許長時(shí)間停電，可用單回線路供電。 該廠的鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬于二級(jí)負(fù)荷，其余的均為三級(jí)負(fù)荷。4 變電所位置和型式的選擇變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心。工廠的負(fù)荷中心按功

25、率矩法來確定，計(jì)算公式為式（4.1）和（4.2）。變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心.工廠的負(fù)荷中心按負(fù)荷功率矩法來確定.即在工廠平面圖的下邊和左側(cè),任作一直角坐標(biāo)的X軸和Y軸,測(cè)出各車間和宿舍區(qū)負(fù)荷點(diǎn)的坐標(biāo)位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工廠的負(fù)荷中心設(shè)在P(x,y),P為P1+P2+P3+=Pi.因此仿照力學(xué)中計(jì)算重心的力矩方程,可得負(fù)荷中心的坐標(biāo): (4.1) (4.2) 圖4.1 機(jī)械廠總平面圖按比例K在工廠平面圖中測(cè)出各車間和宿舍區(qū)負(fù)荷點(diǎn)的坐標(biāo)位置表4.1所示表4.1 各車間和宿舍區(qū)負(fù)荷點(diǎn)的坐標(biāo)位置坐標(biāo)軸12345678910生活區(qū)X(

26、)2.22.25.55.56.810.510.510.510.514.81.1Y()8.66.08.66.03.010.37.75.12.57.70.4由計(jì)算結(jié)果可知，x=5.33 y=5.08工廠的負(fù)荷中心在4號(hào)廠房的西南角?？紤]的方便進(jìn)出線及周圍環(huán)境情況，決定在4號(hào)廠房的西側(cè)緊靠廠房修建工廠變電所，其型式為附設(shè)式。5 變電所主變壓器的選擇和主接線設(shè)計(jì)5.1 變電所主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇變壓器臺(tái)數(shù)的選擇應(yīng)考慮一下原則：(1)應(yīng)滿足用電負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求。對(duì)供有大量一、二級(jí)負(fù)荷的變電所，應(yīng)采用兩臺(tái)變壓器，以便當(dāng)一臺(tái)變壓器法傷故障或者檢修時(shí)，另一臺(tái)變壓器能對(duì)一二級(jí)負(fù)荷繼續(xù)供電。對(duì)職業(yè)二級(jí)而無一級(jí)

27、負(fù)荷的變電所，也可以采用一臺(tái)別有情趣，但必須在低壓側(cè)敷設(shè)與其他變電所相連的聯(lián)絡(luò)線作為備用電源，或另有自備電源。(2)對(duì)季節(jié)貨晝夜負(fù)荷變動(dòng)較大而宜于采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的變電所，也可以考慮采用兩臺(tái)變壓器。(3)除上述兩種情況外，一般車間變電所宜采用一臺(tái)變壓器。但是負(fù)荷集中且容量相對(duì)較大的變電所，雖為三級(jí)負(fù)荷，也可以采用兩臺(tái)或多臺(tái)變壓器。(4)在確定變電所主變壓器臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮負(fù)荷的發(fā)展，留一定的余地。結(jié)合本廠的情況，經(jīng)過上面的計(jì)算可知，二級(jí)負(fù)荷所占的比例較大，考慮到二級(jí)重要負(fù)荷的供電安全可靠，因此選兩臺(tái)S9-630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級(jí)負(fù)荷所需的備用電源亦由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線

28、來承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組均采用Yyn0。5.2 變壓器主接線方案的選擇 按上面考慮的兩種主變壓器方案可設(shè)計(jì)下列兩種主接線方案：（1）裝設(shè)一臺(tái)主變壓器的主接線方案，如圖5.1所示 （2）裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的主接線方案，如圖5.2所示 圖5.1 裝設(shè)一臺(tái)主變壓器的主結(jié)線方案 圖5.2 裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的主結(jié)線方案5.3 兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。表5.1 兩種主接線方案的比較比較項(xiàng)目裝設(shè)一臺(tái)主變的方案裝設(shè)兩臺(tái)主變的方案技術(shù)指標(biāo)供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質(zhì)量由于一臺(tái)主變，電壓損耗較大由于兩臺(tái)主變并列，電壓損耗小靈活方便性只一臺(tái)主變，靈活性稍差由于有兩臺(tái)主變，靈活性

29、較好擴(kuò)建適應(yīng)性稍差一些更好一些經(jīng)濟(jì)指標(biāo)電力變壓器的綜合投資由手冊(cè)查得S91000單價(jià)為10.76萬元，而由手冊(cè)查得變壓器綜合投資約為其單價(jià)的2倍，因此其綜合投資為2×10.76萬元=21.52萬元由手冊(cè)查得S9630單價(jià)為7.47萬元，因此兩臺(tái)綜合投資為4×7.47萬元=29.88萬元，比一臺(tái)變壓器多投資8.36萬元高壓開關(guān)柜（含計(jì)量柜）的綜合投資額查手冊(cè)得 GGA（F）型柜按每臺(tái)3.5萬元計(jì)，查手冊(cè)得其綜合投資按設(shè)備價(jià)1.5倍計(jì)，因此其綜合投資約為4×1.5×3.5=21萬元本方案采用6臺(tái)GGA（F）柜，其綜合投資額約為6×1.5×

30、3.5=31.5萬元，比一臺(tái)主變的方案多投資10.5萬元電力變壓器和高壓開關(guān)柜的年運(yùn)行費(fèi)參照手冊(cè)計(jì)算，主變和高壓開關(guān)柜的折算和維修管理費(fèi)每年為4.893萬元（其余略）主變和高壓開關(guān)柜的折舊費(fèi)和維修管理費(fèi)每年為7.067萬元，比一臺(tái)主變的方案多耗2.174萬元供電貼費(fèi)按800元/KVA計(jì)，貼費(fèi)為1000×0.08=80萬元貼費(fèi)為2×630×0.08萬元=100.8萬元，比一臺(tái)主變的方案多交20.8萬元 從表5.1可以看出，按技術(shù)指標(biāo)，裝設(shè)兩臺(tái)主變的主接線方案略優(yōu)于裝設(shè)一臺(tái)主變的主接線方案，因此決定采用裝設(shè)兩臺(tái)主變的方案。6 短路電流的計(jì)算 6.1 有關(guān)短路的概念 短

31、路是指不同電位的導(dǎo)體之間的電氣短接，這是電力系統(tǒng)中最常見的一種故障，也是電力系統(tǒng)中最嚴(yán)重 的一種故障。電路短路后，其阻抗值比正常負(fù)荷時(shí)電路的阻抗值小得多，因此，短路電流往往比正常負(fù)荷電流大很多倍。在大容量電氣系統(tǒng)中，短路電流可高達(dá)幾萬安培或幾十萬安培。如此大的短路電流對(duì)電力系統(tǒng)將產(chǎn)生極大的危害。電路的保護(hù)裝置應(yīng)能自動(dòng)、快速動(dòng)作，切除故障回路，以使故障涉及范圍最?。煌瑫r(shí)，又要最大限度地保證非故障回路連續(xù)供電，增加電力系統(tǒng)的生命力。選擇合適的保護(hù)裝置就是選擇具有適當(dāng)?shù)亩搪奉~定電流和適當(dāng)?shù)臒崛萘俊?電力系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路 的可能性最大，但三相短路的短路電流比單相短路電流大得多， 造成的危害也最為嚴(yán)

32、重。因此，作為選擇和校驗(yàn)電器和導(dǎo)體依據(jù)的短路電流，通常采用三相短路電流。6.2 繪制計(jì)算電路 如圖6.1所示500MVAK-1K-2LGJ-150, 10km10.5kVS9-10000.4kV(2)(3)(1)系統(tǒng)圖6.1 短路計(jì)算電路6.3 確定短路計(jì)算基準(zhǔn)值設(shè)基準(zhǔn)容量=100MVA，基準(zhǔn)電壓=1.05，為短路計(jì)算電壓，即高壓側(cè)=10.5kV，低壓側(cè)=0.4kV，則 （6-1） （6-2）6.4 計(jì)算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值6.4.1 電力系統(tǒng)已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量=500MVA，故=100MVA/500MVA=0.2 （6-3）6.4.2 架空線路查表得LGJ-150的線路

33、電抗，而線路長10km，故 （6-4）6.4.3 電力變壓器查表得變壓器的短路電壓百分值=4.5，故=4.5 （6-5）式中，為變壓器的額定容量因此繪制短路計(jì)算等效電路如圖5-2所示。k-1k-2圖5-2 短路計(jì)算等效電路6.5 k-1點(diǎn)（10.5kV側(cè)）的相關(guān)計(jì)算6.5.1 總電抗標(biāo)幺值=0.2+3.3=3.5 （6-6）6.5.2 三相短路電流周期分量有效值 （6-7）6.5.3 其他短路電流 （6-8） （6-9） （6-10）6.5.4 三相短路容量 （6-11）6.6 k-2點(diǎn)（0.4kV側(cè)）的相關(guān)計(jì)算6.6.1 總電抗標(biāo)幺值=0.2+3.3+4.5=8 （6-12）6.6.2 三相

34、短路電流周期分量有效值 （6-13）6.6.3 其他短路電流 （6-14） （6-15） （6-16）6.6.4 三相短路容量 （6-17）以上短路計(jì)算結(jié)果綜合圖表6-1所示。表6-1短路計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流三相短路容量/MVAk-11.571.571.574.002.3728.6k-218181833.1219.6212.57 變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)7.1 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)7.1.1 按工作電壓選則 設(shè)備的額定電壓一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓，即，高壓設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于其所在系統(tǒng)的最高電壓，即。=10kV， =11.5kV，高壓開關(guān)設(shè)備、互感器及支柱絕緣額定電壓

35、=12kV，穿墻套管額定電壓=11.5kV，熔斷器額定電壓=12kV。7.1.2 按工作電流選擇設(shè)備的額定電流不應(yīng)小于所在電路的計(jì)算電流，即7.1.3 按斷流能力選擇設(shè)備的額定開斷電流或斷流容量，對(duì)分?jǐn)喽搪冯娏鞯脑O(shè)備來說，不應(yīng)小于它可能分?jǐn)嗟淖畲蠖搪酚行е祷蚨搪啡萘?，即或?qū)τ诜謹(jǐn)嘭?fù)荷設(shè)備電流的設(shè)備來說，則為，為最大負(fù)荷電流。7.1.4 隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗(yàn)a)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)條件或、分別為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值，、分別為開關(guān)所處的三相短路沖擊電流瞬時(shí)值和有效值b)熱穩(wěn)定校驗(yàn)條件 對(duì)于上面的分析，如表7-1所示，由它可知所選一次設(shè)備均滿足要求。表7.1 10kV側(cè)一次設(shè)備

36、的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目電 壓電 流斷 流能 力動(dòng) 穩(wěn)定 度熱 穩(wěn)定 度其 他裝置地點(diǎn)條件參數(shù)數(shù)據(jù)1064.81.574.004.7一次設(shè)備型號(hào)規(guī)格額定參數(shù)高壓少油斷路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA512高壓隔離開關(guān)GN-10/20010kV200A25.5Ka500高壓熔斷器RN2-1010kV0.5A50kA電壓互感器JDJ-1010/0.1kV電壓互感器JDZJ-10電流互感器LQJ-1010Kv100/5A31.8Ka81二次負(fù)荷0.6避雷器FS4-1010kV戶 外 式 高 壓隔離開關(guān)GW4-15G/20012kV400A25Kv500表7.1所選一次設(shè)備均

37、滿足要求。7.2 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn) 如表7.2所示。表7.2 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目電 壓電 流斷 流能 力動(dòng) 穩(wěn)定 度熱 穩(wěn)定 度其 他裝置地點(diǎn)條件參數(shù)數(shù)據(jù)3801571.91833.12226.8一次設(shè)備型號(hào)規(guī)格額定參數(shù)低壓斷路器DW15-1500/3D380V1500A40kV低壓斷路器DZ20-630380V630A30kA低壓斷路器DZ20-200380V200A25kA低壓刀開關(guān)HD13-1500/30380V1500A電流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A電流互感器LMZ1-0.5500V100/5160/5避雷器戶外隔離開關(guān)表7.2所選

38、一次設(shè)備均滿足要求。7.3 高低壓母線的選擇查表得到，10kV母線選LMY-3(404mm),即母線尺寸為40mm4mm;380V母線選LMY-3（12010）+806，即相母線尺寸為120mm10mm，而中性線母線尺寸為80mm6mm。8 變電所進(jìn)出線以及鄰近單位聯(lián)絡(luò)線的選擇8.1 10kV高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇8.1.1 10kV高壓進(jìn)線的選擇校驗(yàn)采用LGJ型鋼芯鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kV公用干線。a).按發(fā)熱條件選擇由=64.8A及室外環(huán)境溫度32°，查表得，初選LGJ-35,其35°C時(shí)的=149A>,滿足發(fā)熱條件。b).校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度查表得，最小允許截面積

39、=25，而LGJ-35滿足要求，故選它。由于此線路很短，故不需要校驗(yàn)電壓損耗。8.1.2 由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗(yàn) 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=64.8A及土壤環(huán)境25°，查表得，初選纜線芯截面為的交聯(lián)電纜，其=273A>,滿足發(fā)熱條件。b)校驗(yàn)熱路穩(wěn)定按式，A為母線截面積，單位為；為滿足熱路穩(wěn)定條件的最大截面積，單位為；C為材料熱穩(wěn)定系數(shù)；為母線通過的三相短路穩(wěn)態(tài)電流，單位為A；短路發(fā)熱假想時(shí)間，單位為s。本電纜線中=1570，=0.5+0.2+0.05=0.75s，終端變電所保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.5s

40、，斷路器斷路時(shí)間為0.2s，C=77，把這些數(shù)據(jù)代入公式中得<A=25。因此JL22-10000-3 25電纜滿足要求。8.2 380低壓出線的選擇1鑄造車間饋電給1號(hào)廠房（鑄造車間）的線路采用VLV22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。 a）按發(fā)熱條件需選擇由=263.9A及地下0.8m土壤溫度為25，查表，初選纜芯截面4298，其=212A>，滿足發(fā)熱條件。 b）校驗(yàn)電壓損耗由工廠平面圖量得變電所至1號(hào)廠房距離約為288m，而查表得到120的鋁芯電纜的=0.31 （按纜芯工作溫度75°計(jì)），=0.07，又1號(hào)廠房的=120.7kW, =124.8 kvar

41、，故線路電壓損耗為>=5%。c）斷路熱穩(wěn)定度校驗(yàn)不滿足短熱穩(wěn)定要求，故改選纜芯截面為240的電纜，即選VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜，中性線芯按不小于相線芯一半選擇，下同。（2）饋電給 2 號(hào)廠房（鍛壓車間）的線路亦采用 150 1+300×3-1000-VLV22 ´ 的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)。（方法同上）。 （3）饋電給 3 號(hào)廠房（金工車間）的線路亦采用 150 1+300×3-1000-VLV22 ´ 的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋。（方法同上）。 （4）饋電給 4 號(hào)廠房（工具車間）的線

42、路亦采用 150 1+300×3-1000-VLV22 ´ 的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋。（方法同上）。 （5）饋電給 5 號(hào)廠房（電鍍車間）的線路亦采用 150 1+300×3-1000-VLV22 ´ 的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋。（方法同上）。 （6）饋電給 6 號(hào)廠房（熱處理車間）的線路亦采 150 1+300×3-1000-VLV22 ´ 的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋。（方法同上）。 （7）饋電給 7 號(hào)廠房（裝配車間）的線路亦采用 150 1+300×3-1000-VLV22 ´ 的四芯聚氯

43、乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋。（方法同上）。（8）饋電給 8 號(hào)廠房（機(jī)修車間）的線路亦采用 150 1+300×3-1000-VLV22 ´ 的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋。（方法同上）。 （9）饋電給 9 號(hào)廠房（鍋爐房）的線路亦采用 150 1+300×3-1000-VLV22 ´ 的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋。（方法同上）。 （10）饋電給 10 號(hào)廠房（倉庫）的線路亦采用 150 1+300×3-1000-VLV22 ´ 的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋。（方法同上）。（11）饋電給生活區(qū)的線路采用 LJ 型鋁絞線架空敷設(shè)。

44、1）按發(fā)熱條件選擇 由I30=408.3A及室外環(huán)境溫度（年最熱月平均氣溫）32，初選BLX-1000-1240，其32時(shí)Ial455A>I30,滿足發(fā)熱條件。2）效驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度 查表可得，最小允許截面積Amin=16mm2，因此LJ-120滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。3）校驗(yàn)電壓損耗 查工廠平面圖可得變電所至生活區(qū)的負(fù)荷中心距離128m左右，而查表得其阻抗值與LJ-120的阻抗=0.28，=0.34，又生活區(qū)的=252.8KW，=91.0kvar，因此<=5%滿足允許電壓損耗要求。因此決定采用四回LJ-120的三相架空線路對(duì)生活區(qū)供電。PEN線均采用LJ-70橡皮絕緣線。重新校驗(yàn)電壓損耗，完

45、全合格。8.3 作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇校驗(yàn)采用YJL2210000型交聯(lián)聚氯乙烯絕緣的鋁心電纜，直接埋地敖設(shè)，與相距約2Km的臨近單位變配電所的10KY母線相連。8.3.1 按發(fā)熱條件選擇 工廠二級(jí)負(fù)荷容量共335.1KVA，最熱月土壤平均溫度為25。查表工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)，初選纜心截面為25的交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁心電纜，其滿足要求。8.3.2 校驗(yàn)電壓損耗 由表工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)可查得纜芯為25的鋁（纜芯溫度按80計(jì)），而二級(jí)負(fù)荷的,，線路長度按2km計(jì)，因此 由此可見滿足要求電壓損耗5%的要求。8.3.3 短路熱穩(wěn)定校驗(yàn) 按本變電所高壓側(cè)短路電流校驗(yàn)，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)，可知

46、纜芯25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(yàn)計(jì)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(hào)規(guī)格如表 8.1所示。表8.1 所選變電所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號(hào)線路名稱導(dǎo)線或電纜的型號(hào)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JL22-10000-3 25交聯(lián)電纜（直埋）380V低壓出線至1號(hào)廠房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（直埋）至2號(hào)廠房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料電纜（直埋）至3號(hào)廠房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料電纜（直埋）至4號(hào)廠房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（直埋）至5號(hào)廠房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（直埋）至6號(hào)廠房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（直埋）至7號(hào)廠房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（直埋）至8號(hào)廠房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料電纜（直埋）至9號(hào)廠房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（直埋）至10號(hào)廠房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料電纜（直