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某机械厂变电所一次系统设计






电能是现代工业生产的主要能源和动力。机械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。 本设计在给定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设计。本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。 此机械厂变电所一次系统设计包括:负荷的计算及无功功率的补偿;变电所主 变压器台数和容量、型式的确定;变电所主接线方案的选择;进出线的选择; 短路计算和开关设备的选择;根据设计要求,绘制变电所一次系统图。 关键词:电能;变电所;一次系统。

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1 前言 ................................................................ 1 1.1 引言错误!未定义书签。 1.2 设计原则 ...................................................... 1 2 负荷计算及电容补偿 .................................................. 4 2.1 负荷计算的定义 ................................................ 4 2.2 负荷计算 ...................................................... 4 2.2.1 负荷计算的方法 .......................................... 4 2.2.2 负荷统计计算 ............................................ 5 2.3 电容补偿 ...................................................... 7 3 负荷计算及电容补偿 .................................................. 9 3.1 主变压器台数选择 .............................................. 9 3.2 主变压器容量选择 .............................................. 9 3.3 主接线方案确定 ............................................... 10 3.3.1 变电所主接线方案的设计原则与要求 ....................... 10 3.3.2 变电所主接线方案的技术经济指标 ......................... 10 3.3.3 工厂变电所常见的主接线方案 ............................. 11 3.3.4 确定主接线方案 ......................................... 11 3.4 无功功率补偿修定 ............................................. 13 4 高低压开关设备选择 ................................................. 15 4.1 短路电流的计算 ............................................... 15 4.1.1 短路的定义 ............................................. 15 4.1.2 短路计算的目的 ......................................... 15 4.1.3 短路计算的方法 ......................................... 15 4.1.4 本设计采用标幺制法进行短路计算 ......................... 15 4.2 变电站一次设备的选择与校验 ................................... 21 4.2.1 一次设备选择与校验的条件 ............................... 21 4.2.2 按正常工作条件选择 ..................................... 22 4.2.3 按短路条件校验 ......................................... 22 4.2.4 10kV 侧一次设备的选择校验 .............................. 23 4.2.5 380V 侧一次设备的选择校验 .............................. 25 4.3 高低压母线的选择 ............................................. 26 5 变电所进出线和低压电缆选择 ......................................... 29 5.1 变电所进出线的选择范围 ....................................... 29 5.2 变电所进出线方式的选择 ....................................... 29
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5.3 变电所进出导线和电缆形式的选择 ............................... 29 5.4 导线和电缆截面的选择计算 ..................................... 30 5.5 高压进线和低压出线的选择 ..................................... 30 5.5.1 10kV 高压进线的选择校验 ................................ 30 5.5.2 由高压母线至主变的引入电缆的选择校验 ................... 31 5.5.3 380V 低压出线的选择 .................................... 31 6 总结 ............................................................... 37 7 参考文献 ........................................................... 38 附 录 ................................................................ 39 致谢 ................................................................. 41

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1 前言
1.1 引言
电能是现代工业生产的主要能源和动力。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应用;电能的输送和分配既简单经济,又便 于控制、调节和测量,有利于实现生产过程自动化。 在工程机械制造厂里,电能虽然是工业生产的主要能源和动力,但是它在产品 成本中所占的比重一般很小。电能在工业生产中的重要性,并不在于它在产品成本 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可以大大增加产 量,提高产品质量,提高劳动生产率,降低生产成本,减轻工人的劳动强度,改善 工人的劳动条件,有利于实现生产过程自动化。 电能从区域变电站进入机械厂后,首先要解决的就是如何对电能进行控制、变 换、分配和传输等问题。在机械厂,担负这一任务的是供电系统,供电系统的核心 部分是变电所。一旦变电所出了事故而造成停电,则整个机械厂的生产过程都将停 止进行,甚至还会引起一些严重的安全事故。 机械厂变电所要很好地为生产服务,切实保证工厂生产和生活用电的需要,并 做好节能工作,就必须达到以下基本要求: (1)安全 在电能的供应、分配和使用中,不应发生人身事故和设备事故。 (2)可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。 (3)优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 (4)经济 供电系统的投资要少,运行费用要低,并尽可能地节约电能和减少有 色金属的消耗量。 此外,在供电工作中,应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系,既要照 顾局部的当前的利益,又要有全局观点,能顾全大局,适应发展。

1.2 设计原则
按照国家标准 GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kV 及 以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》、JGJ16-2008《民用建筑电 气设计规范》等的规定,进行变电所设计必须遵循以下原则: 1、遵守规程、执行政策 必须遵守国家的有关规定及标准,执行国家的有关方针政策,包括节约能源, 节约有色金属等技术经济政策。 2、安全可靠、先进合理 应做到保障人身和设备的安全,供电可靠,电能质量合格,技术先进和经济合 理,采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。
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3、近期为主、考虑发展 应根据工作特点、规模和发展规划,正确处理近期建设与远期发展的关系,做 到远近结合,适当考虑扩建的可能性。 4、全局出发、统筹兼顾 按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等,合理确定设计方案。工 厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工 厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员,有必要了解和掌握工厂供电设计 的有关知识,以便适应设计工作的需要。

1.3 本设计所做的主要工作
目前世界上机械生产能源和动力主要来源于电能。电网的正常运行是保证机械 生产安全前提。根据设计任务书的要求,结合实际情况和市场上现有的电力产品及 其技术,本文主要做了以下工作: 1、负荷计算 机械厂变电所的负荷计算,是根据所提供的负荷情况进行的,本文列出了负荷 计算表,得出总负荷。 2、一次系统图 跟据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算,绘制一次系统图,确定变 电所高、低接线方式。对它的基本要求,即要安全可靠又要灵活经济,安装容易维 修方便。 3、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。 4、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。 5、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。 6、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。 7、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
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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 负荷计算的方法 负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。 由于本机械厂用电部门较多,用电设备台数较多,设计采用需要系数法予以确 定。 1.单台组用电设备计算负荷的计算公式 (1).有功计算负荷(单位为kW):
P3 0 ? K d Pe

(2-1)

式中

P3 0 —设备有功计算负荷(单位为 kW); Pe

—用电设备组总的设备容量(不含备用设备容量,单位为 kW); —用电设备组的需要系数。

Kd

(2).无功计算负荷(单位为 kvar)
Q 3 0 = P3 0 ta n ?

(2-2)

式中

Q 30

—设备无功计算负荷(单位为 kvar); —对应于用电设备组功率因数 c o s ? 的正切值。

ta n ?

(3).视在计算负荷(单位为 kVA)
S 30 = P3 0 cos ?

(2-3)

式中

S 3 0 —视在计算负荷(单位为 kVA);
cos ?

—用电设备组的功率因数。
S 30 3U
N

(4).计算电流(单位为 A)
I 30 =

(2-4)

式中

I 30

—计算电流(单位为 A); kVA);

S 3 0 —用电设备组的视在功率(单位为
U
N

—用电设备组的额定电压(单位为 kV)。 2.多组用电设备计算负荷的计算公式 (1).有功计算负荷(单位为kW)
P3 z ? K
∑?p

∑ P3 0 · i

(2-5)
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式中

P3 z

—多组用电设备有功计算负荷(单位为 kW);

∑ P3 0 · i —所有设备组有功计算负荷 P3 0 之和;
K
∑?p

—有功负荷同时系数,可取 0.7~0.95。
Q 3 z = K Σ ?q ∑ Q 3 0 ?i

(2).无功计算负荷(单位为kvar) (2-6)

式中

Q3z

—多组用电设备无功计算负荷(单位为 kvar); —所有设备组无功计算负荷 Q 3 0 之和;

∑ Q 3 0 ?i
K Σ ?q

—无功负荷同时系数,可取 0.8~0.95。
S3z ?
2 3z

(3).视在计算负荷(单位为kVA)
p +Q
2 3z

(2-7) (2-8)

(4).计算电流(单位为A)
I3z = S3z 3U
N

(5).功率因数
cos ? ? P3 z S3z

(2-9)

2.2 负荷统计计算 根据提供的资料, 列出负荷计算表。 因设计的需要, 计算了各负荷的有功功率、 无功功率、视在功率、计算电流等。表中生活区的照明负荷中已经包括生活区各用 户的家庭动力负荷。具体负荷的统计计算见表 2-1。

表 2-1 某机械厂负荷计算表
序 号 动力 1 铸造车间 照明 小计 动力 名称 类别 设备容量 需要系数 计算负荷

cos ? ta n ?

p e (kW )
300 10 310 280

Kd
0.4 0.8 — 0.3 0.7 0.9 — 0.6 1.02 0.48 — 1.33

p 30 ( k W )
120 8 128 84

Q 3 0 ( k var)
122.4 3.8 126.2 111.7

S 30 ( k V A )
— — 179.8 —

I 30 ( A )
— — 273 — 4

第 2 锻压车间 照明 小计 动力 3 仓库 照明 小计 动力 4 电镀车间 照明 小计 动力 5 工具车间 照明 小计 动力 6 组装车间 照明 小计 动力 7 维修车间 照明 小计 动力 8 金工车间 照明 小计 动力 9 焊接车间 照明 小计 动力 10 锅炉房 照明 小计 动力 11 热处理车间 照明 小计 12 生活区 照明 动力 照明 总计(380v 侧) 10 290 30 5 12 200 8 208 250 10 260 200 26 226 300 13 313 350 8 358 850 26 876 200 4 204 500 10 510 200 3460 330 取 0.7 — 0.4 0.8 — 0.5 0.8 — 0.3 0.9 — 0.4 0.8 — 0.2 0.8 — 0.2 0.8 — 0.3 0.8 — 0.7 0.8 — 0.6 0.8 — 0.7 — 0.9 — 0.85 0.9 — 0.85 0.9 — 0.65 0.9 — 0.7 0.9 — 0.6 0.9 — 0.65 0.9 — 0.45 0.9 — 0.8 0.9 — 0.7 0.9 — 0.9 — 0.48 — 0.62 0.48 — 0.62 0.48 — 1.17 0.48 — 1.02 0.48 — 1.33 0.48 — 1.17 0.48 — 1.98 0.48 — 0.75 0.48 — 1.02 0.48 — 0.48 — 7 91 12 4 16 100 6.4 106.4 75 9 84 80 20.8 100.8 60 10.4 70.4 70 6.4 76.4 255 20.8 275.8 140 3.2 143.2 300 8 308 140 1540 3.4 115.1 7.4 1.9 9.3 62 3.1 65.1 87.8 4.3 92.1 81.6 10 91.6 79.8 5 84.8 81.9 3.1 85.0 504.9 10 514.9 105 1.5 106.5 306 3.8 309.8 67.2 1667.6 — 146.7 — — 18.5 — — 124.7 — — 124.7 — — 136.2 — — 110.2 — — 114.3 — — 584.1 — — 178.5 — — 436.8 155.3 —

5页 — 223 — — 28 — — 189 — — 189 — — 207 — — 167 — — 174 — — 887 — — 271 — — 664 236 —

K ? p ? 0 .8, K ? q ? 0 .8





1232

1334.1

1816

2759

5



6页

2.3 电容补偿
由表 2-1 知: P3 z 率因数为 c o s ?
? P3 z S 3z

? 1232kW
? 0 .6 7 8

, S3z

? 1816kV A

,因此该厂 380V 侧最大负荷时的功

。供电部门要求该厂 10kV 进线侧最大负荷时的功率因

数不应低于 0.9。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 荷时功率因数应稍大于 0.9,本文取 0.93 来计算 380V 侧所需无功功率补偿容量:
Q c ? P3 Z ?(tan ? 1 ? tan ? 2 )
? 1 2 3 2[ta n (a rc c o s 0 .6 7 8 ) ? ta n (a rc c o s 0 .9 3)] k v a r ? 849 k var

(2-10)

选 PGJ1 型低压自动补偿屏,并联电容器为 BW0.4-14-3 型,采用其方案 2(主 屏)1 台与方案 4(辅屏)7 台相组合,总共容量 112kvar×8=896kvar。 无功补偿后工厂 380V 侧的负荷计算:
P
' 3z

? 1232kW

; ;
2

Q

' 3z

? 1 3 3 4 .1-8 9 6 = 4 3 8 .1 k v ar

S

' 3z

?

Q

'2 3z

?Q

'2 3z

?

1 2 3 2 ? 4 3 8 .1 ? 1 3 0 7 .6 K V A
2



补偿后低压侧的功率因素:
cos ? ? P S
' 3z ' 3z

? 1232

1 3 0 7 .6

? 0 .9 4 2

3 变压器选择及主接线方案确定
3.1 主变压器台数选择
选择主变压器台数时应考虑下列原则: 1.应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所, 应采用两台变压器,以便当一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器能对一、 二级负荷继续供电。 对只有二级而无一级负荷的变电所, 也可以只采用一台变压器, 但必须有备用电源。 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
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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S3的需要,即
S ? S3

(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% ? 80%的需要, 即
S ? (0 .6 ? 0 .8) S 3

(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
S ? S 3 ( ? ? ?? )

(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(3-1),主变选用一台接线方式为D.yn11的S11-1600/10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 S z ? 1 6 0 0 ? 8 5 % ? 1 3 6 0 k V A >1 3 0 7 .6 K V A (3-4) 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高压联络 线来承担。 因此装设一台主变压器时选一台接线方式为D.yn11的S11-1600/10型低损 耗配电变压器。 方案2 装设两台主变压器 根据式(3-2)和(3-3),可知
S ? (0 .6 ? 0 .7 5) ? 1 3 0 7 k V A ? (7 8 4 .2 ? 9 8 0 .2 5) k V A
S ? S 3 ( ? ? ?? ) ? (17 9 .8+1 2 4 .7 ? 17 8 .5 ) k V A = 4 8 3 k V A

因此选两台接线方式为D.yn11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
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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 变电所主接线方案的技术经济指标 1.主接线方案的技术指标 (1)供电的安全性。主接线方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况。 (2)供电的可靠性。主接线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应性方面的情 况。 (3)供电的电能质量主要是指电压质量,包括电压偏差、电压波动及高次谐波 等方面的情况。 (4)运行的灵活性和运行维护的方便性。 (5)对变电所今后增容扩建的适应性。 2.主接线方案的经济指标 (1)线路和设备的综合投资额 包括线路和设备本身的价格、运输费、管理费、

基建安装费等,可按当地电气安装部门的规定计算。 (2)变配电系统的年运行费 耗费等。 (3)供电贴费(系统增容费) 有关部门还规定申请用电,用户必须向供电部门 一次性地交纳供电贴费。 (4)线路的有色金属消耗费 指导线和有色金属(铜、铝)耗用的重量。 包括线路和设备的折旧费。维修管理费和电能损

3.3.3 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。
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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。 3.3.4 确定主接线方案 1.10kV侧主接线方案的拟定 由原始资料可知,高压侧进线有一条10kV的公用电源干线,为满足工厂二级负 荷的要求,又采用与附近单位连接高压联络线的方式取得备用电源,因此,变电所 高压侧有两条电源进线,一条工作,一条备用,同时为保证供电的可靠性和对扩建 的适应性所以10kV侧可采用单母线或单母线分段的方案。 2.380V侧主接线方案的拟定 由原始资料可知,工厂用电部门较多,为保证供电的可靠性和灵活性可采用单 母线或单母线分段接线的方案,对电能进行汇集,使每一个用电部门都可以方便地 获得电能。 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,总进线为两路。为提 高供电系统的可靠性,高压侧采用单母线分段形式,低压侧采用单母线形式,其系 统图见:图3-1 采用一台主变时的系统图。 若主变采用两台S11型变压器时,总进线为两路,为提高供电系统的可靠性, 高压侧采用单母线分段形式,两台变压器在正常情况下分裂运行,当其中任意一台 出现故障时另一台作为备用,当总进线中的任一回路出现故障时两台变压器并列运 行。 低压侧采用也单母线分段形式, 其系统图见: 图3-2 采用两台主变时的系统图。

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图3-1

采用一台主变时的系统图

图3-2

采用两台主变时的系统图
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表 3-3 两种主接线方案的比较 比较项目 技 术 指 标 供电安全性 供电可靠性 供电质量 灵活方便性 扩建适应性 电力变压器的 综合投资额 经 济 指 标 电力变压器和高压 开关柜的年运行费 交供电部门的一次 性供电贴费 主变和高压开关柜的折旧和维修 管理费约 7 万元 按 800 元/kVA 计,贴费为 1600 ×0.08 万元=128 万元 主变和高压开关柜的折旧和维修 管理费约 10 万元 贴费为 2×1000×0.08=160 万元 高压开关柜(含计量 柜)的综合投资额 装设一台主变的方案 满足要求 基本满足要求 由于一台主变,电压损耗略大 只有一台主变,灵活性不好 差一些 按单台 22.598 万元计,综合投资 为 2×22.598=45.196 万元 按每台 4.2 万元计,综合投资约为 5×1.5×4.2=31.5 万元 装设两台主变的方案 满足要求 满足要求 由于两台主变并列,电压损耗略小 由于有两台主变,灵活性较好 更好 按单台 15.217 万元计,综合投资 为 4×15.217=60.868 万元 6 台 GG-1A(F)型柜综合投资约 为 6×1.5×4.2=37.8 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。由于集 中负荷较大,已经大于1250kVA,低压侧出线回路数较多,且有一定量的二级负荷, 考虑今后增容扩建的适应性,从技术指标考虑,采用于装设两台主变的方案。

3.4 无功功率补偿修定
低压采取单母线分段接线方式, 考虑铸造车间、 电镀车间和锅炉房为二级负荷, 采用双回路供电,但在正常状态下只由一回路供电,另回路作为备用。计算负荷时 则,只考虑其中一回路。为使两段母线的负荷基本平衡,Ⅰ段母线负荷设计为:铸 造车间、仓库、电镀车间、工具车间、金工车间、焊接车间;Ⅱ段母线负荷设计为: 锻压车间、组装车间、维修车间、锅炉房、热处理车间、生活区。 Ⅰ段母线的负荷情况: ? 系数取为 K X 系数取为 K X
? 0 .9

P? ? 6 8 6 .6 k W

,?

Q ? ? 8 9 2 .6 k v ar

, co s ?

? 0 .6 1 ,同时

, P? , P??

? 6 1 7 .9 4 k W

, Q? , Q ??

? 8 0 3 .3 4 k var

; , co s ?
? 0 .7 4 ,同时

Ⅱ段母线的负荷情况: ?
? 0 .9

P? ? ? 8 5 3 .4 k W

,?

Q?? ? 775kvar

? 7 6 8 .0 6 k W

? 6 9 7 .5 k var



对无功功率补偿进行修定: 计算Ⅰ段母线所需无功功率补偿容量,取 co s ?
? 0 .9 3 :
11



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Q ? z ? P? (tan ? 1 ? tan ? 2 ) ? 6 1 7 .9 4[tan (arcco s 0 .6 1) ? tan (arcco s 0 .9 3)] k var ? 5 5 8 .5 k var

选 PGJ1 型低压自动补偿屏,并联电容器为 BW 0.4-14-3 型,采用其方案 2(主屏) 1 台与方案 4(辅屏)4 台相组合,总共容量 112kvar×5=560kvar。补偿后的功率 因素 co s ? ? ' ?
0 .9 3


? 0 .9 3 :

计算Ⅱ段母线所需无功功率补偿容量,取 co s ?

Q ?? z ? P?? (tan ? 1 ? tan ? 2 ) ? 7 6 8 .0 6[tan (arcco s 0 .7 4 ) ? tan (arcco s 0 .9 3)] k var ? 3 9 4 .6 k var

选 PGJ1 型低压自动补偿屏,并联电容器为 BW 0.4-14-3 型,采用其方案 1(主屏) 1 台与方案 4(辅屏)3 台相组合,总共容量 112kvar×3+80=416kvar。补偿后的功 率因素 co s ? ? ' ?
0 .9 4



4 高低压开关设备选择
4.1 短路电流的计算
4.1.1 短路计算的方法 进行短路电流计算,首先要绘制计算电路图。在计算电路图上,将短路计算所 考虑的各元件的额定参数都表示出来, 并将各元件依次编号, 然后确定短路计算点。 短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。 接着,按所选择的短路计算点绘出等效电路图,并计算出电路中各主要元件的 阻抗。 在等效电路图上, 只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来, 并标明其序号和阻抗值,然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说,由于将电 力系统当作无限大容量电源, 而且短路电路也比较简单, 因此一般只需采用阻抗串、 并联的方法即可将电路化简,求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。 短路电流计算的方法,常用的有欧姆法(又称有名单位制法,因其短路计算中 的阻抗都采用有名单位“欧姆”而得名)和标幺制法(又称相对单位制法,因其短 路计算中的有关物理量采用标幺值即相对单位而得名)。 4.1.2 本设计采用标幺制法进行短路计算 1.标幺制法计算步骤和方法 (1)绘计算电路图,选择短路计算点。计算电路图上应将短路计算中需计入的所 以电路元件的额定参数都表示出来,并将各个元件依次编号。 (2) 设 定 基 准 容 量
Sd Sd

和基准电压 U d ,计算短路点基准电流

Id

。一般设

=100MVA,设 U d = U c (短路计算电压) 。短路基准电流按下式计算:
12



13 页

Id ?

Sd 3U d

(4-1)

(3)计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值。一般只计算电抗。 电力系统的电抗标幺值
X
* s

?

Sd S oc

(4-2) MVA) 。

式中

S o c ——电力系统出口断路器的断流容量(单位为

电力线路的电抗标幺值
X W L ? X 0l
?

Sd Uc
2

(4-3)

式中

Uc

——线路所在电网的短路计算电压(单位为 kV) 。

电力变压器的电抗标幺值
XT ?
*

U k % Sd 100 S N

(4-4)

式中

Uk% SN

——变压器的短路电压(阻抗电压)百分值;

——变压器的额定容量(单位为 kVA,计算时化为与 S d 同单位) 。

(4)绘短路回路等效电路,并计算总阻抗。用标幺制法进行短路计算时,无论 有几个短路计算点,其短路等效电路只有一个。 (5)计算短路电流。分别对短路计算点计算其各种短路电流:三相短路电流周
( ( 期分量 I k( 3 ) 、短路次暂态短路电流 I "( 3 ) 、短路稳态电流 I ?3 ) 、短路冲击电流 i sh3 ) 及短路

( 后第一个周期的短路全电流有效值(又称短路冲击电流有效值) I sh3 ) 。

Ik

(3)

?

Id X
* ?

(4-5)

在无限大容量系统中,存在下列关系:
I
"( 3 )
( = I ?3 ) = I k( 3 )

(4-6)

高压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算:
i sh
(3)

=2.55 I "( 3 )
"( 3 )

(4-7) (4-8)

I sh =1.51 I
(3)

低压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算:
13



14 页

i sh

(3)

=1.84 I "( 3 )
"( 3 )

(4-9) (4-10)

I sh =1.09 I
(3)

(6)计算短路容量
Sk
(3)

?

Sd X?
?

(4-11)

(1)

~
∞系统

500MVA

(2)

k1

LGJ-150,8km 10.5kV

(3) k2 S9-1000 (4)

0.4kV

图 4-1 并列运行时短路计算电路

2.两台变压器并列运行时 (1)根据原始资料及所设计方案,绘制计算电路,选择短路计算点,如图 4-1 所示。 (2)设定基准容量 S d 和基准电压 U d ,计算短路点基准电流 I d ,设 S d =100MVA,
U
d

= U c ,即高压侧 U d 1 =10.5kV,低压侧 U d 2 =0.4kV,则
Id1 ? Sd 3U d 1
Sd 3U d 2 ?

?

100M V A 3 ? 1 0 .5 k V
100M V A 3 ? 0 .4 k V

? 5 .5 k A

(4-12) (4-13)

Id2 ?

? 144kA

(3)计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值
X1 ?
*

Sd S oc

?

100M V A 500M V A

? 0 .2

(4-14)

式中

S o c ——电力系统出口断路器的断流容量

架空线路的电抗标幺值,查得 LGJ-150 的单位电抗 x 0 8km,故
X 2 ? 0 .3 6 ? 8 ?
*

? 0 .3 6 ? / k m

,而线路长

100M V A (1 0 .5 k V )
2

? 2 .6

(4-15)
14



15 页

电力变压器的电抗标幺值,查得 S9-1000 的短路电压 U k % =4.5,故
X3 ? 4 .5 100 ? 100M V A 1000kV A ? 4 .5

(4-16) (4-17)

X 4 ? X 3 ? 4 .5

(4)绘制等效电路图,如图 4-2 所示:
1 0.2 2 2.6 3 4.5
k1 k2

4 4.5

图 4-2 并列运行时短路等效电路图

(5)求 k1 点(10.5kV 侧)的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总阻抗标幺值
X ? ? k 1 ? ? X 1 ? X 2 ? 0 .2 ? 2 .6 ? 2 .8
* * *

(4-18)

三相短路电流周期分量有效值
I k1 ?
(3)

Id1 X ? ? k 1?
*

?

5 .5 k A 2 .8

? 1 .9 6 k A

(4-19)

三相短路次暂态电流和稳态电流
I
"( 3 )
( 3 = I ?3 ) = I k( 1 ) =1.96kA

(4-20)

三相短路冲击电流
i sh
(3)

=2.55 I "( 3 ) =2.55×1.96kA=5.0kA

(4-21)

第一个周期短路全电流有效值
I sh =1.51 I
(3)

"( 3 )

=1.51×1.96kA=2.96kA

(4-22)

三相短路容量
Sk
(3)

? X

Sd
? ? ? k 1?

?

100M V A 2 .8

? 3 5 .7 M V A

(4-23)

(6)求 k2 点(0.4kV 侧)的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总阻抗标幺值
15



16 页
* 4

X ??k 2? ? X 1 ? X 2 ? X 3 ? X
* * * *

? 0 .2 ? 2 .6 ?

4 .5 2

? 5 .0 5

(4-24)

三相短路电流周期分量有效值
Ik2 ?
(3)

Id 2 X
* ??k 2?

?

144kA 5 .0 5

? 2 8 .5 k A

(4-25)

三相短路次暂态电流和稳态电流
I
"( 3 )
( = I ?3 ) = I k( 32) =28.5kA

(4-26)

三相短路冲击电流
i sh
(3)

=1.84 I "( 3 ) =1.84×28.5kA=52.5kA

(4-27)

第一个周期短路全电流有效值
I sh =1.09 I
(3)

"( 3 )

=1.09×28.5kA=31.1kA

(4-28)

三相短路容量
Sk
(3)

? X

Sd
? ??k 2?

?

100M V A 5 .0 5

? 1 9 .8 M V A

(4-29)

3.两台变压器分裂运行时 (1)绘制计算电路,选择短路计算点,如图 4-3 所示。
k1 (1) 500MVA (3) k2

~
∞系统

(2) (4) 0.4kV k3 10.5kV S9-1000

LGJ-150,8km

图 4-3 分裂运行时短路计算电路

(2)基准值和短抗标幺值同并列运行时所算各值。 (3)绘制等效电路图,如图 4-4 所示:

16



17 页

1 0.2

2 2.6

k1

3 4.5 4 4.5

k2

k3

图 4-4 分裂运行时短路等效电路图

(4)k1 点的短路计算值同并列运行时 k1 点的计算值。 (5)k2 点(0.4kV 侧)的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总阻抗标幺值
X ? ? k 2 ? ? X 1 ? X 2 ? X 3 ? 0 .2 ? 2 .6 ? 4 .5 ? 7 .3
* * * *

(4-30)

三相短路电流周期分量有效值
Ik2 ?
(3)

Id2 X ??k 2?
*

?

144kA 7 .3

? 1 9 .7 k A

(4-31)

三相短路次暂态电流和稳态电流
I
"( 3 )
( = I ?3 ) = I k( 32) =19.7kA

(4-32)

三相短路冲击电流
i sh
(3)

=1.84 I "( 3 ) =1.84×19.7kA=36.25kA

(4-33)

第一个周期短路全电流有效值
I sh =1.09 I
(3)

"( 3 )

=1.09×19.7kA=21.47kA

(4-34)

三相短路容量
Sk
(3)

?

Sd X ??k 2?
?

?

100M V A 7 .3

? 1 3 .7 M V A

(4-35)

(6)k3 点的短路计算值同 k2 点的计算值。 4.短路电流计算结果 短路电流计算结果见表 4-1、表 4-2:

17



18 页

表 4-1 并列运行时短路电流计算结果 三相短路电流/kA
(3) ''( 3 )

三相短路容量 /MVA

短路计 算点
Ik I

I?

(3)

ish

(3)

I

(3) sh

S

(3) k

K1 K2

1.96 25.8

1.96 25.8

1.96 25.8

5.0 52.5

2.96 31.1

35.7 19.8

表 4-2 并列运行时短路电流计算结果 三相短路容量 /MVA
Ik
(3)

短路计 算点
I
''( 3 )

三相短路电流/kA
(3)
(3)

I?

ish

I

(3) sh

S

(3) k

K1 K2 K3

1.96 19.7 19.7

1.96 19.7 19.7

1.96 19.7 19.7

5.0 36.25 36.25

2.96 21.47 21.47

35.7 13.7 13.7

比较变压器并列和分裂运行两种情况下的短路计算,可得出分裂运行时的低压 侧短路电流较并列运行时有明显减小,因此,为降低短路电流水平,所设计变电站 通常情况下应分裂运行。

4.2 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。 4.2.1 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。
18



19 页

4.2.2 按正常工作条件选择 1.按工作电压选择 设备的额定电压 U N ?e 不应小于所在线路的额定电压 U N ,即
U Ne ? U N

(4-36)

2.按工作电流选择 设备的额定电流 I N ?e 不应小于所在电路的计算电流 I 3 0 ,即
I N ?e ? I 3 0

(4-37)

3.按断流能力选择 设备的额定开断电流 I o c 或断流容量 S o c 不应小于设备分断瞬间的短路电流有效 值 I k 或短路容量 S k ,即
I oc ? I k

(4-38)


S oc ? S k

(4-39)

4.2.3 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
i m ax ? i sh
(3)

(4-40)


I m ax ? I sh
(3)

(4-41)

式中 为 kA) ;

i m ax

、 I m a x ——开关的极限通过电流(动稳定电流)峰值和有效值(单位
( 、 I sh3 ) ——开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值(单位为

i sh

(3)

kA) 。 (2)热稳定校验条件
It t ? I?
2 (3)2

t im a

(4-42)

式中

It

——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 s) ;
19

t



20 页

I?

(3)

——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 s) 。

t im a

2.电流互感器的短路稳定度校验 (1)动稳定校验条件
i m ax ? i sh
(3)

(4-43)


2 K es I 1 N ? 1 0
?3

? i sh

(3)

(4-44)

式中

i m ax K es

——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 I 1 N ) ; ——电流互感器的额定一次电流(单位为 A) 。

I1N

热稳定校验条件
It ? I?
(3)

t im a t

(4-45)


K t I1N ? I ?
(3)

t im a t

(4-46)

式中

It

——电流互感器的热稳定电流(单位为 kA) ;

t
Kt

——电流互感器的热稳定试验时间,一般取 1s; ——电流互感器的热稳定倍数(对 I 1 N ) 。

4.2.4 10kV 侧一次设备的选择校验
方案号 004 用途 额定电流 (A) 受电、馈电 630~4000 真空断路器 主 回 路 元 器 件 电流互感器 避雷器 接地开关 VS1 型真空断路 器 LZZBJ12-12 HY5W JN15-10

图 4-5 10kv 侧 KYN28B-12 开关柜接线图
20



21 页

表 4-3 VS1 真空断路器的校验:

校 项目 单 位 kv kv kv Hz A KA 参 数 电压 10kv 合格 电流 147A 断流能力 1.42KA

验 动稳imax ≥ish(3) 热稳 It t≥ I∞(3)2tima
2

额定电压 1min工频耐 压(有效值) 雷电冲击耐 压(峰值) 额定频率 额定电流 4S热稳定电 流电流 (有效 值)

12 42 75 50 630~4000 20-40

合格 合格 63≥ 3.62 合格 合格

额定动稳定 电流(峰值) kA 额定短路开 断电流 额定短路关 合电流 额定操作顺 序 开断时间 额定短路开 断电流开断 次数 额定操作电 压 机械寿命 ms 次 KA KA

63-100 25-40 63-100 0-0.3S-C0 -180s-C0 ≤50 50 -110/~ 110,- 220/~220 20000

V



本供电系统 10kV 侧配电柜选用 KYN28B-12 型开关柜,因采用双回路进线单母 线分段形式所以进线柜需要 2 台方案号为 006,馈电回路 2 路需开关柜 2 台,方案 号为 003,母联加计量柜为 2 台,方案号为 012 和 055,为保证供电质量各段母线 上分别加 1 个消弧消协柜。因馈电柜和母联加计量柜已经包含了开关柜中所有元器 件,所以如馈电柜和母联加计量柜的校验满足要求时,开关柜的其他方案配置也能 满足要求。具体校验见图 4-5、表 4-3 和图 4-6、表 4-4、表 4-5。
21



22 页

036

用途 额定电流(A) 主 回 路 元 器 件

进线+计量+母线 630~4000 真空断路器 电流互感器 电压互感器 熔断器 接地开关 VS1 型真空断路器 LZZJB12-12 REL10 RN3-10/200 JN15-10

图 4-6 KYN28B—12 开关柜接线图

表 4-4 VS1 型真空断路器校验:

电压 合格

电流 合格

断流能力 合格 断 流 动稳定 能力

动稳定 合格 热稳定

热稳定 合格

表 4-5 LZZJB12-12 电流互感器校验:

参 电 压 电流150A 数 12kv

校 12kv 合 150 > 147 —— 验 格 合格 因此可选 LZZJB12-12 150/5 型。 4.2.5 380V 侧一次设备的选择校验

44 > 4.39 24.52 × 1 > 1.722 合格 (1.5+0.05+0.05)合格

×

为满足设计需求本设计低压柜选用 GCS 型柜。其中 2 个进线柜,方案号为 03;
22



23 页

1 个联络柜,方案号为 04;4 个馈电柜,方案号为 11,低压柜总计 7 个。低压开关 柜中个元件设备的校验见表 4-6。
表 4-6 380V 侧一次设备的选择校验: 选择交验项目 参数 装置地点条件 数据 额定参数 低压断路器 DW15-2500 低压断路器 一 次 设 备 型 号 参 数 DZ20J-1000 DZ20J-1250 低压断路器 DZ20-630 低压刀开关 HD13-1500/30 低压刀开关 HD13-1000/30 电流互感器 LMZJ1-0.5 630/5A 电流互感器 LMZ1-0.5 500V 400/5A 315/5A 200/5A — 500V 1500/5A — 380V 1000A — 380V 380V 380V 1000A 1250A (大于 I 3 0 ) 630A (大于 I 3 0 ) 1500A 一般 30kA — 一般 30kA 380V
U
N

电压
U
N

电流
I 30

断流能力
Ik
(3)

动稳定度
ish
(3)

热稳定度
I?
(3)2

t im a

总 1960A
IN

28.5kA
I oc

52.5kA
i m ax

2 8 .5 ? 0 .7 ? 5 6 8
2

It t

2

380V

2500A

60kA

表 4-6 所选设备均满足要求。

4.3 高低压母线的选择
按照最大负荷计算高压母线上的最大电流为 电流
I D m ax ? 3 0 3 9 A I H m ax ? 1 1 5 .5 A

,低压母线上的最大

。 根据计算电流和 《GB50053-94 10kV 及以下变电所设计规范》

中的规定,高压母线选择 TMY-3×(60×6)型母线,相母线尺寸均为 60mm×6mm, 其载流量为 2240A;低压母线选择 TMY-3×(80×10)+ 60×6 型母线,即相母线尺
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24 页

寸为 80mm×10mm,中性母线尺寸为 60mm×6mm,其载流量为 3232A。

5 变电所进出线和低压电缆选择
5.1 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。

5.2 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。

5.3 变电所进出导线和电缆形式的选择
1. 高压架空线 (1)一般采用铝绞线。 (2)当档距或交叉档距较长、电杆较高时,宜采用钢芯铝绞线。 (3)沿海地区及有腐蚀性介质的场所,宜采用铜绞线或防腐铝绞线。
24



25 页

2.高压电缆线 (1)一般环境和场所,可采用铝芯电缆;但在有特殊要求的场所,应采用铜芯电 缆。 (2)埋地敷设的电缆, 应采用有外护层的铠装电缆; 但在无机械损伤可能的场所, 可采用塑料护套电缆或带有外护层的铅包电缆。 3.低压电缆线 (1)一般采用铝芯电缆,但特别重要的或有特殊要求的线路可采用铜芯电缆。 (2)电缆沟内电缆,一般采用塑料护套电缆,也可采用裸铠装电缆。

5.4 高压进线和低压出线的选择
5.4.1 10kV 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。 由线路最大负荷时的计算电流 I 3 0 (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 m m 2 , 所以 LGJ-35 满足机械强度要求。 由于此线路很短,不需检验电压损耗。 5.4.2 由高压母线至主变的引入电缆的选择校验 采用 YJV22-10kV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。 (1)按发热条件选择。 由线路最大负荷时的计算电流 I 3 0 热条件。 (2)校验短路热稳定。查得短路热稳定系数 C=77
A m in ? I ?
?3?

? 1 1 5 .5 A

及室外环境温度 30℃, 选择 LGJ-35,

其 30℃时的允许持续载流量 I a l =159A> I 3 0 ,满足发热条件。

? 1 1 5 .5 A

及土壤温度 20℃,选择 3 芯交联聚
2

乙烯绝缘铜芯电缆,其型号为 Y JV 2 2 ? 10 k V

? 3 ? 35m m

,其 I a l =175A> I 3 0 ,满足发

t im a C
0 .7 5 77 mm
2

(5-1)
? 22m m
2

? 1960 ?

<A=35 m m 2
25



26 页

所以 Y JV 2 2 ? 10 K V

? 3 ? 35m m

2

电缆满足要求。

5.4.3 380V 低压出线的选择 1.馈电给铸造车间的线路采用 YJV22-1kV 型交联聚乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地 敷设。 (1)按发热条件选择。 由计算电流 I 3 0 =273A, 及该地区地下 0.7~1 米处全年最热月最高温度为 20℃, 初选 Y JV 2 2 ? 1 k V
? (3 + 1 ) ? 1 5 0 m m
2

,其 I a l

? 358A ? 269A

,满足发热条件。

(2)校验电压损耗。由总平面布置图量得变电站至铸造车间距离约 140m,而 185 m m 2 的铜芯电缆的 R 0 又铸造车间的 P3 0
? 128kW

? 0 .1 2 4 ? / km(按缆芯工作温度

60℃计) X 0 ,

? 0 .0 7 ? / km



,Q 30

? 1 2 6 .2 k v a r ,因此由线路电压损耗的一般计算公式
? (PR ? QX ) U
N

?U ?

(5-2)

得:
?U ? 1 2 8 ? 0 .1 2 4 ? 0 .1 4 ? 1 2 6 .2 ? 0 .0 7 ? 0 .1 4 0 .3 8 ? ? 9 .1V

? U % ? (9 .1 / 3 8 0 ) ? 1 0 0 % ? 2 .4 % ? ? U a l % ? 5 %

满足允许电压损耗 5%的要求。 (3)短路热稳定度检验。查得短路热稳定系数 C=115,则
A m in ? I ?
?3?

t im a C

? 19700 ?

0 .7 5 115

mm

2

? 148m m

2

(5-3)

式中 t im a 为变电站高压侧过电流保护动作时间按 0.5s 整定,再加上断路器断路 时间 0.2s,再加 0.05s。 由于前面所选 150 m m 2 的缆芯截面> A m in ,满足短路热稳定度要求,因此选用 的电缆型号为 Y JV 2 2 ? 1 k V
? (3 + 1 ) ? 1 5 0 m m
2



2.馈电给锻压车间的线路

采用 YJV22-1kV 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地

敷设。线路计算电流为 I 3 0 =223A,为满足断路器上下级之间的配合,此段电缆选用 型号为 Y JV 2 2 ? 1 k V
? (3 + 1 ) ? 1 5 0 m m
2

,其载流量为 358A,经检验其发热条件、电压

损耗和短路热稳定度均满足要求。 3. 馈电给仓库的线路 由于仓库负荷太小, P3 0 只有 5.6kW,直接从低压母线

引线会造成浪费, 因此把它的负荷加到与它邻近的锻压车间, 从锻压车间向其引线,
26



27 页

对其供电。锻压车间电缆选取过程中已经将电缆型号上调一级,经检验完全能满足 对锻压车间和仓库的供电要求。 4.馈电给电镀车间的线路 采用 YJV22-1kV 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地

敷设。线路计算电流为 I 3 0 =189A,为满足断路器上下级之间的配合,此段电缆选用 型号为 Y JV 2 2 ? 1 k V
? (3 + 1 ) ? 9 5 m m
2

,其载流量为 261A,经检验其发热条件、电压

损耗和短路热稳定度均满足要求。 5.馈电给工具车间的线路 采用 YJV22-1kV 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地

敷设。线路计算电流为 I 3 0 =189A,为满足断路器上下级之间的配合,此段电缆选用 型号为 Y JV 2 2 ? 1 k V
? (3 + 1 ) ? 9 5 m m
2

,其载流量为 261A,经检验其发热条件、电压

损耗和短路热稳定度均满足要求。 6.馈电给组装车间的线路 由于组装车间就在变电站旁边,因此采用聚氯乙烯

绝缘铝芯导线 ZR-BV-750 型 5 根(3 根相线,1 根中性线,1 根保护线)穿硬塑料管 埋地敷设。 (1)按发热条件选择。由 I 3 0 =207A,及环境温度(年最热月最高温度)30℃,相 线截面初选 120 m m 2 ,其 I a l
? 2 8 1 A ? I 30

,满足发热条件。

按规定, 中性线和保护线也选为 120 m m 2 , 与相线截面相同, 即选用 ZR-BV-750-1 ×120 m m 2 塑料导线 5 根穿内径 80 m m 的硬塑管。 (2) 校 验 机 械 强 度 。 查 得 , 穿 管 敷 设 的 绝 缘 导 线 线 芯 的 最 小 允 许 截 面
A m in ? 2 .5 m m
2

,因此上面所选 120 m m 2 的相线满足机械强度要求。
? 0 .1 5 3 ? / km

(3)校验电压损耗。 所选穿管线, 估计长度 50m, 查得, 所选导线 R 0
X 0 ? 0 .0 7 6 ? / k m



,又组装车间 P3 0
?U ?

? 1 0 0 .8 kW

, Q 30
0 .3 8

? 9 1 .6 k var

,因此
? ? 2 .9 5 V

1 0 0 .8 ? 0 .1 5 3 ? 0 .0 5 ? 9 1 .6 ? 0 .0 7 6 ? 0 .0 5

(5-4) (5-5)

? U % ? ( 2 .9 5 / 3 8 0 ) ? 1 0 0 % ? 0 .7 8 % ? ? U a l % ? 5 %

满足允许电压损耗 5%的条件。 7.馈电给维修车间的线路 采用 YJV22-1kV 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地

敷设。线路计算电流为 I 3 0 =167A,为满足断路器上下级之间的配合,此段电缆选用 型号为 Y JV 2 2 ? 1 k V
? (3 + 1 ) ? 7 0 m m
2

,其载流量为 217A,经检验其发热条件、电压

损耗和短路热稳定度均满足要求。
27



28 页

8.馈电给金工车间的线路

采用 YJV22-1kV 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地

敷设。线路计算电流为 I 3 0 =174A,为满足断路器上下级之间的配合,此段电缆选用 型号为 Y JV 2 2 ? 1 k V
? (3 + 1 ) ? 7 0 m m
2

,其载流量为 217A,经检验其发热条件、电压

损耗和短路热稳定度均满足要求。 9.馈电给焊接车间的线路 采用 YJV22-1KV 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地

敷设。由于热处理车间负荷较大,线路计算电流为 I 3 0 =887A,线路长度为 300m,决 定由两条线路对其供电。 (1)按发热条件选择。 由计算电流 I 3 0 =887A, 及该地区地下 0.7~1 米处全年最热月最高温度为 20℃, 初选 2×( Y JV 2 2 ? 1 k V 热条件。 (2)校验电压损耗。由总平面布置图量得变电站至铸造车间距离约 300m,而 400 m m 2 的铜芯电缆的 R 0 又焊接车间的 P3 0 式
?U ? ? (PR ? QX ) U
N

? (3 + 1 ) ? 4 0 0 m m

2

),其 I a l

? 2 ? 671A = 1342A ? 887 A

,满足发

? 0 .0 6 0 1? / km (按缆芯工作温度 60℃计) X ,

0

= 0 .0 5 ?

/ km



? 2 7 5 .8 k W

,Q 30

? 5 1 4 .9 k v ar

,因此由线路电压损耗的一般计算公

(5-6)

得:
?U ? 2 7 5 .8 ? 0 .0 6 0 1 ? 0 .3 ? 5 1 4 .9 ? 0 .0 5 ? 0 .3 0 .3 8 ? 2 ? ? 1 6 .7 V

? U % ? (1 6 .7 / 3 8 0 ) ? 1 0 0 % ? 4 .4 % ? ? U a l % ? 5 %

满足允许电压损耗 5%的要求。 (3)短路热稳定度检验。查得短路热稳定系数 C=115,则
A m in ? I ?
?3?

t im a C

? 35056 ?

0 .7 5 115

mm

2

? 264m m

2

(5-7)

式中 t im a 为变电站高压侧过电流保护动作时间按 0.5s 整定,再加上断路器断路 时间 0.2s,再加 0.05s。 由于前面所选 400 m m 2 的缆芯截面> A m in ,满足短路热稳定度要求,因此选用 的电缆型号为 2 ? ( Y JV 2 2 ? 1 k V 10.馈电给锅炉房的线路
? (3 + 1 ) ? 4 0 0 m m )
2



采用 YJV22-1kV 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地
28



29 页

敷设。线路计算电流为 I 3 0 =271A,为满足断路器上下级之间的配合,此段电缆选用 型号为 Y JV 2 2 ? 1 k V
? (3 + 1 ) ? 1 5 0 m m
2

,其载流量为 358A,经检验其发热条件、电压 采用 YJV22-1kV 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接

损耗和短路热稳定度均满足要求。 11. 馈电给热处理车间的线路

埋地敷设。由于热处理车间负荷较大,线路计算电流为 I 3 0 =664A,线路长度为 70m, 决定由两条线路对其供电。 (1)按发热条件选择。由 I 3 0 =664A,及地下 0.7~1 米处全年最热月最高温度为 20℃,初选 2×( Y JV 2 2 ? 1 k V 发热条件。 (2)校验电压损耗。由总平面布置图量得变电站至热处理车间距离约 70m,而 240
mm
2

? (3 + 1 ) ? 3 0 0 m m

2

),其 I a l

? 435 A ?

I 30 2

? 332 A

,满足

的铝芯电缆的 , Q 30

R 0 ? 0 . 0 6 0? 1

k/ m , X 0 ? 0 .0 5 ? / km

,又热处理车间的

P3 0 ? 3 0 8 kW

? 3 0 9 .8 k v ar

,因此由线路电压损耗的计算公式得:
? 0 .0 6 0 1 ? 0 .0 7 ? 3 0 9 .8 2 0 .3 8 ? 0 .0 7 ? 0 .0 5 ? ? 3 .1 3V

308 ?U ? 2

(5-8) (5-9)

? U % ? (3 .1 3 / 3 8 0 ) ? 1 0 0 % ? 0 .8 3 % ? ? U a l % ? 5 %

满足允许电压损耗 5%的要求。 (3)短路热稳定度校验。 所选 300 m m 2 > A m in =224 m m 2 ,满足短路热稳定度要求。 12.馈电给生活区的线路 采用 LGJ 型钢芯铝绞线架空敷设。

(1)按发热条件选择。由 I 3 0 =236A,及室外环境温度 30℃,初选 LGJ-95/55,其 30℃时的 I a l
? 3 5 7 A ? I 3 0 ,满足发热条件。

(2)校验机械强度。查表得最小允许截面 A m in 械强度要求。

? 16m m

2

,因此 LGJ-95/55 满足机

(3)校验电压损耗。 由总平面布置图量得变电站至生活区负荷中心距离约 170m, 而 LGJ-95/55 的 R 0 又生活区的 P3 0
? 0 .2 1 6 8 ? / k m

,X0

? 0 .1 5 3 4 ? / km

(按线间几何均距 0.8m 计) ,

? 1 4 0 kW

, Q 30

? 6 7 .2 k var

,因此

29



30 页

?U ?

1 4 0 ? 0 .2 1 6 8 ? 0 .1 7 ? 6 7 .2 ? 0 .1 5 3 4 ? 0 .1 7 0 .3 8

V ? 1 8 .2 V

(5-10)

? U % ? (1 8 .2 / 3 8 0 ) ? 1 0 0 % ? 4 .8 % ? ? U a l % ? 5 %

(5-11)

因此,电压损耗满足要求, LGJ-95/55 型钢芯铝绞线架空敷设。 综合以上所选变电站进出线和低压电缆型号规格见表 5-1。根据本设计计算选择最 后的变电所系统图见附录一。
表 5-1 变电站进出线和低压电缆型号规格 线路名称 10kV 电源进线 主变引入电缆 至铸造车间 至锻压车间 至电镀车间 低 至工具车间 压 至组装车间 出 线 至维修车间 至金工车间 至焊接车间
Y JV 2 2 ? 1 k V ? (3 + 1 ) ? 9 5 m m 交联电缆(直埋)
2

导线或电缆的型号规格 LGJ-35 钢芯铝绞线(三相三线架空)

Y JV 2 2 ? 10 k V ? 3 ? 3 5 m m 交联电缆(直埋)
2

Y JV 2 2 ? 1 k V ? (3 + 1 ) ? 1 5 0 m m 交联电缆(直埋)
2

Y JV 2 2 ? 1 k V ? (3 + 1 ) ? 1 5 0 m m 交联电缆(直埋)
2

380V

Y JV 2 2 ? 1 k V ? (3 + 1 ) ? 9 5 m m 交联电缆(直埋)
2

ZR-BV-750-1×120 m m 2 铝芯线 5 根穿内径 80mm 硬塑管
Y JV 2 2 ? 1 k V ? (3 + 1 ) ? 7 0 m m 交联电缆(直埋)
2

Y JV 2 2 ? 1 k V ? (3 + 1 ) ? 7 0 m m 交联电缆(直埋)
2

2×( Y JV 2 2 ? 1 k V

? (3 + 1 ) ? 4 0 0 m m

2

)交联电缆(直埋)

至锅炉房
至热处理车间

Y JV 2 2 ? 1 k V ? (3 + 1 ) ? 1 5 0 m m 交联电缆(直埋)
2

2×( Y JV 2 2 ? 1 k V

? (3 + 1 ) ? 3 0 0 m m

2

)交联电缆(直埋)

至生活区

LGJ-95/55 钢芯铝绞线(三相四线架空)
30



31 页

6 总结
本课程设计按照设计任务书的要求,依次进行了负荷的统计计算,确定机械厂 的需电容量,概述了变电站的地址和型式,选择了变电站的主接线方案,计算短路 电流, 选择变电站的一次设备, 然后根据低压侧各出线负荷计算选择了相应的电缆。 在本次设计中,指导教师给予了细心的指导,在此表示衷心的感谢。

7

参考文献

【1】刘涤尘、王明阳、吴政球.电气工程基础[M].武汉:武汉理工大学出版社.2003 年 【2】张学成.工矿企业供电设计指导书[M].北京:北京矿业大学出版社.1998 年 【3】刘介才.工厂供电简明设计手册[M].北京:机械工业出版社.1993 年 【4】刘介才.实用供配电技术手册[M].北京:中国水利水电出版社.2002 年 【5】刘介才.工厂供电[M].北京:机械工业出版社.1997 年 【6】 同济大学电气工程系.工厂供电[M].北京:中国建筑工业出版社.1981 年 【7】苏文成.工厂供电[M].北京:机械工业出版社.2004 年 【8】工厂常用电气设备手册编写组. 工厂常用电气设备手册(补充本). 北京:水利电力出版 社.1990 【9】JGJ16-2008 民用建筑电气设计规范 【10】GB50054-95 低压配电设计规范 【11】GB50052-95 供配电系统设计规范 【12】GB50217-2007 电力工程电缆设计规范 【13】GB50060-92 3~110KV 高压配电装置设计规范

31

毕业设计

第 32 页

附录一:变电所 10kV 高压一次系统图:

32

毕业设计

第 33 页

附录二:变电所 380V 低压一次系统图:

33

34


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