冶金机械厂降压变电所的电气设计.doc

某冶金机械厂降压变电所得电气设计
1. 设计资料
1.1 工厂总平面图
工厂总平面图如图1所示

图1 工厂总平面图
1.2 工厂负荷情况
该厂多数车间为两班制，年最大负荷小时数为4600h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间与锅炉房属二级负荷处，其余为三级负荷。
该厂得负荷统计资料如下表1。
表1 工厂各车间负荷情况
厂房编号
厂房名称
负荷类别
设备容量（kW）
需要系数Kd
功率因数cos
tan
1
铸造
车间
动力
520
0、4
0、7
1、02
照明
10
0、9
1、0
0
2
锻压
车间
动力
240
0、3
0、65
1、17
照明
10
0、9
1、0
0
3
金工
车间
动力
390
0、32
0、65
1、12
照明
10
0、9
1、0
0
4
工具
车间
动力
290
0、35
0、65
1、33
照明
10
0、9
1、0
0
续表1
厂房编号
厂房名称
负荷类别
设备容量（kW）
需要系数Kd
功率因数cos
tan
5
电镀
车间
动力
450
0、6
0、80
0、75
照明
10
0、9
1、0
0
6
热处理
车间
动力
260
0、62
0、82
0、82
照明
10
0、9
1、0
0
7
装配
车间
动力
170
0、4
0、75
1、02
照明
10
0、9
1、0
0
8
机修
车间
动力
100
0、3
0、7
1、17
照明
5
0、9
1、0
0
9
锅炉
车间
动力
115
0、8
0、8
1、05
照明
3
0、9
1、0
0
10
仓库
动力
50
0、4
0、9
0、75
照明
2
0、9
1、0
0
11
生活区
照明
400
0、8
1、0
0、48
1.3 供电电源情况
按照工厂与当地供电部门登定得供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV得公用电源干线取得工作电源。该干线得走向参瞧工厂总平面图。该干线得导线牌号为LGT-150(0、36 )，干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设得高压断路器断流容量为500MVA。为满足工厂二级负荷得要求，可采用高压联络线由邻近得单位取得备用电源。
1.4 气象资料
本地区得年最高气温为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℃。主导风向为东北风，年暴雨日数为20天。
1.5 地质水文资料
本地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。
2. 负荷计算与无功功率补偿
2.1 负荷计算得目得与方法
负荷计算得内容与目得
（1）求计算负荷，就是选择确定变压器容量得依据；
（2）求计算电流，就是选择缆线与开关设备得依据；
（3）求有功计算负荷与无功计算负荷，就是确定静电电容器容量得依据。
负荷计算得方法:
（1）需要系数法——用设备功率乘以需要系数与同时系数，直接求出计算负荷。用于设备数量多，容量差别不大得工程计算，尤其适用于配、变电所与干线得负荷计算。
（2）利用系数法——采用利用系数求出最大负荷区间内得平均负荷，再考虑设备台数与功率差异得影响，乘以与有效台数有关得最大系数，得出计算负荷。适用于各种范围得负荷计算，但计算过程稍繁。
2.2 全厂负荷计算得过程
本设计各车间计算负荷采用需要系数法确定。
主要计算公式有
有功计算负荷（kW）： （2-1）
无功计算负荷（kvar）： （2-2）
视在计算负荷（kVA）： （2-3）
计算电流（A）： （2-4）
具体车间计算负荷如附录A表2-1与表2-2所示。
从附录I表2、1与表2、2中可知
有功计算负荷：
无功计算负荷：
视在计算负荷：
再乘以同时系数 ,
此时

功率因素 , 所以要进行无功功率补偿。
2.3 无功功率补偿
由于本设计中，此需要进行功率补偿。
由公式可知： （2-5）
式中， ——补偿前得自然平均功率因数对应得正切值。
——补偿后得功率因数对应得正切值。
采用低压侧集中补偿得方法，为使高压侧功率因数达到0、9，则补偿后得低压功率因数应达到0、92。
校正前
校正后

本次设计采用低压无功功率自动补偿屏，无功补偿总容量取650kvar
无功补偿后无功负荷为：
补偿后得功率因数为：
满足要求
补偿后得负荷如附录B表2-3所示。
3. 变电所得选择及主变压器得选择
3.1 变电所得位置与型式选择
按负荷功率矩法确定负荷中心
工厂就是10kV以下，变电所得位置应尽量接近工厂得负荷中心，工厂得负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂得平面图下侧与左侧，分别作一条直角坐标得x轴与y轴，然后测出各车间与宿舍区负荷点得坐标位置，P1，P2，…，P10分别代表厂房1、2、3…10号得功率，设定P1, P2,…,P10并设定P11为生活区得中心负荷，如图3-1所示。

图3-1 负荷矩阵法确定负荷中心
而工厂得负荷中心得力矩方程，可得负荷中心得坐标：
（3-1）
（3-2）
把各车间得坐标带入上述2个公式，得到x=5、38，y=5、38、由计算结果可知，工厂得负荷中心在1号厂房得东北角。考虑到周围环境与进出线方便，所以变电所设在1号车间得右方。负荷中心位置如图3-2所示

图3-2 负荷中心位置
3.2 主变压器得类型、台数与容量得选择
（1）考虑到变压器在车间建筑内，故选用10/0、4kV三相干式双绕组电力变压器。变压器采用无载调压方式，分接头，联接组别Dyn11。
（2）由于工厂总负荷容量较大，且存在多个二级负荷，对电源得供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，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，故选两台变压器。
（3）变压器容量就是根据无功补偿后得计算负荷确定得。补偿后得总计算负荷为，每台变压器得容量,工厂二级负荷为620、109， ，故每台变压器得容量为。
4. 变电所主要结线方案得设计
在前面选择变压器时选择2台主变压器，且本厂可由附近一条10kV得公用电源干线取得工作电源；为满足工厂二级负荷得要求，可采用高压联络线由邻近得单位取得备用电源。所以采用一用一备得运行方式，故变压器高压侧采用单母线接线，而低压侧采用单母线分段接线。
该方案根据当地供电部门得要求，两路电源均设置电能计量柜，且设置在电源进线主开关后。变电所采用直流操作电源，为监视工作电源与备用电源得电压，在母线上与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，先断开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。备用电源得投入方式可采用手动投入，也可采用自动投入。进线柜与出线柜均采用电缆进线与电缆出线。 结合短路电流计算选择相关器件型号见附录B表4。电气主接线图见附录C图4。
5. 短路电流得计算
5.1 短路及其原因、后果
短路：指供电系统中不同电位得导电部分（各相导体、地线等）之间发生得低阻性短接。短路就是电力系统最常见得一种故障，也就是最严重得一种故障。
短路主要原因：电气设备载流部分得绝缘损坏，其次就是人员误操作、鸟兽危害等。
短路后果：短路电流产生得热量，使导体温度急剧上升，会使绝缘损坏；短路电流产生得电动力，会使设备载流部分变形或损坏；短路会使系统电压骤降，影响系统其她设备得正常运行；严重得短路会影响系统得稳定性； 短路还会造成停电；不对称短路得短路电流会对通信与电子设备等产生电磁干扰等。
5.2 高压电网短路电流得计算
利用标幺值法计算
由于采用10KV电压供电，故线路电流

由设计要求中可知：工厂使用干线得导线牌号为LGT-150(0、36 )，干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设得高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过电流保护与电流速断保护，定时限过电流保护整定得动作时间为1、7s。为满足工厂二级负荷得要求，可采用高压联络线由邻近得单位取得备用电源。查表得,

（1）确定基准值
取
而

（2）计算短路电路中各主要元件得电抗标幺值
1）电力系统（）
X1*= =100/500=0、2
2）架空线路（ = 0、358Ω/km）

3）电力变压器

（3）在k-1点得短路电路总电抗标幺值及三相短路电流与短路容量
1)电源至短路点得总电抗标幺值

2)三相短路电流周期分量有效值

3)其她三相短路电流

4)三相短路容量

k-1节点短路计算结果如表5-1所示
表5-1 k-1点短路计算结果
短路计算点
总电抗
标幺值
三相短路电流(kA)
三相短路容量Sk/MVA

k-1点
2、80
1、97
1、97
1、97
5、01
1、51
35、74
6. 设计小节
经过这次得设计，我终于完成了某冶金机械厂降压变电所得设计。从开始接到课程设计要求到任务得完成，再到课程设计说明书得完成，每一步对我来说都就是新得得尝试与挑战。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，当然设计过程中也遇到了许许多多得困难，但老师得讲解，同学得讨论，通过上网与去图书馆查瞧相关得资料与书籍，让自己头脑模糊得概念逐渐清晰，使自己逐步设计下来，每一次设计出来得结果都就是我学习得收获，当最后设计结束时，我真就是感到莫大得欣慰。我相信其中得酸甜苦辣最终都会化为甜美得结果。
在这周得课程设计中，总体上来说就是获益匪浅。通过本次设计，所学理论知识很好得运用到了实际得工程当中，在具体得设计过程中，将所学知识很好得系统了一遍，体会到了学以致用得乐趣，事自己得实际工程能力得到了很大得提高，主要体现在以下几个方面。
1) 将知识系统化得能力得到提高
由于设计过程中要运用很多得知识，且做好设计得前提也就是掌握足够多得系统理论知识，对于已经一个学期没有接触这门课程得我们来说，无疑就是一件很困难得事情，所以每天都必须复习曾经学得知识，并巩固知识，努力将知识系统化就就是这次课程设计得关键。如本设计中用到得单层厂房供配电得绝大多数得基础理论与设计方案，因此在设计过程中侧重了知识系统化能力得培养，为今后得工作打下了很好得理论基础。
2) 计算准确度，绘图能力得到提高
由于本次设计包含了大量得计算与绘图，因此要求要很好得计算与绘图能力。通过本次得锻炼，使自己得一次计算准确度有了进步；绘图方面，使我自己对autaCAD软件得掌握更加得熟练。
这次课程设计得经历也会使我终身受益，我感受到做课程设计就是要用心去做得一件事，就是真正得自己学习得过程与研究得过程，没有学习就不可能有研究得能力，没有自己得研究，就不会有所突破。通过这次课程设计，我在张老师得精心指导与严格要求已经同学得指导与帮助下获得了丰富得理论知识，极大地提高了实践能力，这对我今后进一步学习供配电方面得知识有了极大得帮助。
最后，感谢在设计过程中老师得讲解，也感谢同学们得帮忙，在您们得帮助下，我才设计出最终得结果。此次课程设计已经结束，但我相信在这周得课程设计中学到得知识就是我未来踏入社会得利剑。
参考文献
[1] 刘介才、工厂供电[M]、北京:机械工业出版社,2004、5:64-68、
[2] 文远芳、高电压技术[M]、武汉:华中科技大学出版社,2001、1:56-58、
[3] 熊信银、发电厂电气部分[M]、北京:中国电力出版社,2009、7:42-46
[4] 何仰赞,温增银、电力系统分析[M]、武汉:华中科技大学出版社,2002、1:106-109、
[5] 鞠平,马宏忠,卫志农,等、电力工程[M]、 北京:机械工业出版社,2014、7:114-115、
附录A
表2-1 负荷计算
车间
设备
容量
Pe
/kW
需要
系数
Kd
功率
因数cosφ
功率因数角得正切tanφ
有功计算负荷Pc
/kW
无功计算负荷Qc
/kvar
视在计算负荷Sc
/kVA
铸造
动力
520
0、4
0、7
1、02
208
212、16
297、113
锻压
动力
240
0、3
0、65
1、17
72
84、24
110、817
金工
动力
390
0、32
0、65
1、12
124、8
139、776
187、383
工具
动力
290
0、35
0、65
1、33
101、5
134、995
168、896
电镀
动力
450
0、6
0、8
0、75
270
202、5
337、5
热处理
动力
260
0、62
0、82
0、82
161、2
132、184
208、466
装配
动力
170
0、4
0、75
1、02
68
69、36
97、133
机修
动力
100
0、3
0、7
1、17
30
35、1
46、174
锅炉
动力
115
0、8
0、8
1、05
92
96、6
133、4
仓库
动力
50
0、4
0、9
0、75
20
15
25
铸造
照明
10
0、9
1、0
0
9
0
9
锻压
照明
10
0、9
1、0
0
9
0
9
金工
照明
10
0、9
1、0
0
9
0
9
工具
照明
10
0、9
1、0
0
9
0
9
电镀
照明
10
0、9
1、0
0
9
0
9
热处理
照明
10
0、9
1、0
0
9
0
9
装配
照明
10
0、9
1、0
0
9
0
9
机修
照明
5
0、9
1、0
0
4、5
0
4、5
锅炉
照明
3
0、9
1、0
0
2、7
0
2、7
仓库
照明
2
0、9
1、0
0
1、8
0
1、8
生活区
照明
400
0、8
1、0
0、45
320
144
350、907
表2-2 总负荷及功率因数计算

有功计算负荷Pc/kW
无功计算负荷Qc/kW
视在计算负荷(Sc/kW)
总计
1539、5
1265、915
2034、789
同时系数=0、95
1462、525
1202、619
1933、05
功率因数（）
0、757
附录B
表2-3 补偿前后负荷变化
序号
名称
规格型号
数量
1
变压器
S9-1200/10
2
2
电源干线
LGT-150
2
3
高压断路器
CN2-10/600
--
4
隔离开关
GW4-10/200
--
5
电压互感器
JDJJ10
--
6
电流互感器
LJM-10
--
7
避雷器
FZ10
--
8
高压断路器
ZN3-10
--
9
隔离开关
GN1-10/200
--
10
电流互感器
LDC-10/0、5
--
全厂负荷
有功功率Pc/kW
无功功率Qc/kvar
视在计算负荷(Sc/kVA)
补偿前
1539、5
1265、915
2034、789
无功补偿

-650

补偿后
1539、5
615、915
1658、135
补偿后功率因数（）
0、928
表4 主要电气设备明细
附录C

图4 冶金机械厂变电所主接线电路图