1 前言
1.1 毕业设计背景
随着工业自动化的进一步地深入，工业生产过程自动化的要求，合理、经济和运行可靠的供配电设计已成为工业生产和电力系统的一个重要课题。工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。众所周知，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。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。 1.2 毕业设计意义
在工厂里，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（除电化工业外）。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。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。其中包括严重的经济损失和人的生命财产安全。
因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是
工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
1.3 设计主要内容
本设计主要从大致的35kV变电所一次系统设计出发，对35kV变电所各个车间进行简单的设计和计算。首先，对已知的设计原始资料进行分析和舍取，可以大概地了解变电所的设计要求。接着，对变电所各个车间变电所以及各组设备的负荷进行计算，统计总负荷和功率因数以及电力系统的损耗。同时，根据计算负荷选择总降压变电所的主变压器的台数和容量。根据设计资料确定电源进线和电力来源，进一步可以大致拟定供电系统图。再对其进行短路计算，选择高压开关柜及相应的校验。选择高压进、出线路以及设置需要的继电保护。 本设计说明书包括了共11章：第1章、前言；第2章、设计原始资料；第3章、负荷统计；第4章、总降压变电所主变压器的选择；第5章、确定供电系统；第6章、短路电流计算；第7章、高压设备选择；第8章、高压线路选择；第9章、继电保护设置；第10章、防雷与接地设计；第11章、结论。
本说明书在编写过程中，参考了许多相关的教材和专著，在此向所有作者表示诚挚的谢意！
由于说明书编写时间和资料范围有限，说明书中难免有错漏之处，敬请老师指正。
2 设计原始资料
2.1 工厂概况
本厂是为冶金系统的矿山、冶炼和轧钢行业生产各种机电设备和配件的企业。工厂共有铸钢车间、铸铁车间、锻造车间、铆焊车间、模型车间、机加车间、变压器修造车间、电气装配车间等生产车间，此外还有砂库、变压站、1号，2号水泵房、锅炉房、综合楼、污水提升站、料场、仓库等辅助部门。工厂拟设立总降压变电所一座，车间变电所七个。
防水防漏电插座2.2 设计的基础资料
工厂负荷中除了380V的低压负荷以外，还有10kV的高压负荷，全厂各车间的负荷情况见表2-1。
表2-1 工厂各车间负荷统计表
序 号 车间或用电单位名称 设备容量/KW 需用系数K
cosΦ tanΦ 计算负荷 I /A
备注
P / kw Q / kvar S / kV?A
No.1变电所
1 铸钢车间 2000 0.4 0.65 1.17
No.2变电所
1 铸铁车间 1000 0.4 0.7 1.02
2 砂库 110 0.7 0.6 1.33
3 小计
No.3变电所
1 铆焊车间 1200 0.3 0.45 1.98
2 1号水泵房 28 0.75 0.8 0.75
3 小计
No.4变电所
1 空压站 390 0.85 0.75 0.88
2 锻造车间 320 0.3 0.55 1.52
3 模型车间 192 0.35 0.6 1.33
4 料场 35 0.28 0.6 1.33
5 综合楼 30 0.9 1 0
6 厂区照明 20 0.9 1 0
7 小计
续表2-1 工厂各车间负荷统计表
No.5变电所
1 锅炉房 300 0.75 0.8 0.75
2 2号水泵房 28 0.75 0.8 0.75
3 仓库 88 0.3 0.65 1.17
4 污水提升站 14 0.65 0.8 0.75
5 小计
No.6变电所
1 变压器修造车间 680 0.35 0.65 1.17
No.7变电所
1 电气装配车间 350 0.3 0.7 1.02
各车间高压负荷（10kV）
1 电弧炉 2×125 0.9 0.87 0.57 No.1
2 共频炉 2×300 0.8 0.9 0.48 No.3
3 空压机 2×250 0.85 0.85 0.62 No.4
4 实验变压器 2×100 0.35 0.8 0.75 No.6
2.2.1 布置图
全厂的总平面图见图2-1。
图2-1 全厂的总平面图
2.2.2 工厂负荷性质
工厂实行三班制生产，年最大负荷利用小时数为5800h，整个工厂属于二级负荷。
2.2.3 供用电协议
和当地供电部门签订的供用电协议内容如下：
1）电业局从本地区某电力系统变电所的35KV母线上，引出两回线，采用双回架空线路向工厂供电，其中一回作为工作电源，另一回作为备用电源，未经电力系统调度同意，两回电源不能并列影响，该变电所在工厂的东北方向，距工厂8km。电力系统变电所和工厂总降压变电所的连接见图2-2。
图2-2 电力系统变电所和工厂总降压变电所的连接图
2）电力系统变电所35kV母线上的短路数据如下：
在最大运行方式下电力系统变电所35kV母线上的短路容量为S =200MV?A；
在最小运行方式下电力系统变电所35kV母线
上的短路容量为S =175MV?A。
3）电力系统变电所35kV出线上的定时限过流保护的动作时间为2s。即工厂总降压变电所的过流保护的动作时间不得大于1.5s。
4）电业局要求工厂在高压侧进行用电计量，并要求工厂在进线侧的功率因数不得低于0.9，电业局对工厂实行二部电价制，电费单价为0.2元/kW?h，基本电价为每月每千伏安4元。其它有关电力建设的附加费用按有关的国家政策执行。
2.2.4 气象、水文、地质资料
和工厂供电系统设计有关的气象、水文、地质资料为：
1）工厂所在处的年最热月的平均最高温度为30℃，土壤中0.7～1m深处的年最热月的平均
温度为20℃。
2）年平均雷暴日数为31d。
3）土壤的冻结深度为1.10m。
4）年主导风向为偏南风。
5）厂区地势平坦，土壤为粘土，地下水位在2.8～5.3m以上。
3 负荷统计
3.1 负荷统计的内容和目的
3.1.1 负荷计算的概念
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性的负荷，其热应与同一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线的依据 。
3.1.2 尖峰电流
尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流 。一般取起动电流的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，还应考虑起动电流的非周期分量。
3.1.3 平均负荷
立式鼓风机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。
3.2 负荷计算的方法
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法等几种。本设计采用需要系数法确定。
主要计算公式有：有功计算负荷：P = K ×P
无功计算负荷：Q = P ×tg
视在计算负荷：S = P /
计算电流：I = S / U
3.2.1 各用电车间负荷计算
NO.4变电所所供电的部门及相关数据的情况见表3-1。
表3-1 NO.4变电所所供电的部门及相关数据的情况
序 号 车间或用电单位名称 设备容量/KW 需用系数K
cosΦ
tanΦ 计算负荷
I /A
备注
P / kw Q / kvar S / kV?A
No.4变电所
1 空压站 390 0.85 0.75 0.88
2 锻造车间 320 0.3 0.55 1.52
续表3-1 NO.4变电所所供电的部门及相关数据的情况
3 模型车间 192 0.35 0.6 1.33
系统中断控制器4 料场 35 0.28 0.6 1.33
5 综合楼 30 0.9 1 0
6 厂区照明 20 0.9 1 0
7 小计
空压
站的计算：
P =K ×P =0.85×390kW=331.5kw
Q = P ×tanΦ=331.5kW×0.88=291.72kvar
S = P / cosΦ=331.5kw/0.75=442kV?A
I = S / U =442kV?A/0.38 =671.57A
同理可得锻造车间、模型车间、料场、综合楼、厂区照明的负荷情况。
97xoo
查表取K =0.9 K =0.9
P = K P =0.9（331.5+96+67.2+9.8+27+18）kw =494.55 kw
Q = K Q =0.9（291.72+145.92+89.38+13.03）kvar=486.05 kvar
S = = =693.41 kV?A
I = S / U =693.41 kV?A/0.38 =1053.56A
NO.4变电所所供电的部门的负荷统计见表3-2。
表3-2 NO.4变电所负荷统计表
序 号 车间或用电单位名称 设备容量/KW 需用系数K
cosΦ
tanΦ 计算负荷
I /A
备注
P / kw Q / kvar S / kV?A
No.4变电所
1 空压站 390 0.85 0.75 0.88 331.5 291.72 442 671.57
2 锻造车间 320 0.3 0.55 1.52 96 145.92 174.55 265.21
3 模型车间 192 0.35 0.6 1.33 67.2 89.38 112 170.17
4 料场 35 0.28 0.6 1.33 9.8 13.03 16.33 24.81
5 综合楼 30 0.9 1 0 27 0 27 41.02
续表3-2 NO.4变电所负荷统计表
6 厂区照明 20 0.9 1 0 18 0 18 27.35
7 小计 987 494.55 486.05 693.41 1053.56
同理可得工厂各车间的负荷情况见表3-3。
表3-3 工厂各车间负荷统计表
序 号 车间或用电单位名称 设备容量/KW 需用系数K
cosΦ tanΦ 计算负荷 I /A
备注
P / kw
Q / kvar
S / kV?A
No.1变电所
1 铸钢车间 2000 0.4 0.65 1.17 800 936 1230.77 1870.02
No.2变电所
1 铸铁车间 1000 0.4 0.7 1.02 400 408 571.43 868.22
2 砂库 110 0.7 0.6 1.33 77 102.41 128.33 194.98
3 小计 1110 429.3 459.37 628.74 955.30
No.3变电所
1 铆焊车间 1200 0.3 0.45 1.98 360 712.8 800 1215.51
2 1号水泵房 28 0.75 0.8 0.75 21 15.75 26.25 39.88
3 小计 1228 342.9 655.70 739.95 1124.27
No.4变电所
1 空压站 390 0.85 0.75 0.88 331.5 291.72 442 671.57 渣油加氢
2 锻造车间 320 0.3 0.55 1.52 96 145.92 174.55 265.21
3 模型车间 192 0.35 0.6 1.33 67.2 89.38 112 170.17
4 料场 35 0.28 0.6 1.33 9.8 13.03 16.33 24.81
5 综合楼 30 0.9 1 0 27 0 27 41.02
6 厂区照明 20 0.9 1 0 18 0 18 27.35
7 小计 987 494.55 486.05 693.41 1053.56
No.5变电所
1 锅炉房 300 0.75 0.8 0.75 225 168.75 281.25 427.33
2 2号水泵房 28 0.75 0.8 0.75 21 15.75 26.25 39.88
续表3-3 工厂各车间负荷统计表
3 仓库 88 0.3 0.65 1.17 26.4 30.89 40.62 61.72
4 污水提升站 14 0.65 0.8 0.75 9.1 6.83 11.38 17.29
5 小计 430 253.35 200 322.78 490.43
No.6变电所
1 变压器修造车间 680 0.35 0.65 1.17 238 278.46 366.15 556.32
No.7变电所
1 电气装配车间 350 0.3 0.7 1.02 105 107.1 150 227.91
各车间高压负荷（10kV）
1 电弧炉 2×125 0.9 0.87 0.57 225 128.25 258.62 14.93 No.1
2 共频炉 2×300 0.8 0.9 0.48 480 230.4 533.33 30.79 No.3
3 空压机 2×250 0.85 0.85 0.62 425 263.5 500 28.87 No.4
4 实验变压器 2×100 0.35 0.8 0.75 70 52.5 87.5 5.05 No.6
3.2.2 各个车间功率补偿的计算和变压器的损耗计算
图3-1 NO.4变电
所的草图
如图3-1 NO.4变电所的草图所示：
已知：A 点的计算负荷：P =494.55kw Q =486.05kvar S =693.41kV?A
I =1053.56A cosΦ=0.713
补偿容量Q =494.55×[tan（arccos0.713）-tan（arccos0.9）]=246.83kvar
初选BSMJ0.4-25-3型自愈式并联电容器，每组容量q =25kvar
n= Q / q =246.83kvar/25kvar=10组
补偿后A 点：P =494.55kw Q =236.05kvar S =548kV?A
因为S =548kV?A，所以变压器应选S -630/10 Dyn11即S =630kV?A
所以变压器的损耗
△P =1.3kw △P =5.8kw I %=3.0 U %=4.5
△P =△P +△P （S / S ） =1.3+5.8（548/630） =5.69kw
△Q = S [ I %/100+ U %/100（S / S ） ]
甘蔗去皮机=630[3.0/100+4.5/100（548/630） ]=40.35kvar
P = P +△P =（494.55+5.69）kw=500.24kw
Q = Q +△Q =（236.05+40.35）kvar=276.4kvar
S = = =571.52kV?A
I = S / U =571.52kV?A/10 =33A
cosΦ= P / S =500.24kw/571.52kV?A=0.875
同理可得其他各点的负荷情况见表3-4和表3-5、图3-2。
图3-2 系统草图
表3-4 其他各点的负荷情况
P / kw
Q / kvar
S / kV?A
cosΦ I /AB1 808.96 442.45 922.05 0.877 53.24
B2 434.71 232.29 492.93 0.882 28.46
B3 347.49 181.88 392.21 0.886 22.64
B4 500.24 276.4 571.52 0.875 33
B5 256.8 139.43 292.21 0.879 16.87
B6 241.14 131.74 274.78 0.878 15.86
B7 106.82 56.34 120.77 0.884 6.97
B8 225 128.25 258.62 0.87 14.93
B9 480 230.4 533.33 0.9 30.79
B10 425 263.5 500 0.85 28.87
B11 70 52.5 87 0.85 5.05
C1=C2 3506.54 1921.66 3998.57 0.877 230.86
表3-5 无功补偿后工厂的计算负荷
项目 cosΦ 计算负荷
P / kw
Q / kvar
S / kV?A
I /A10kV侧补偿前负荷 0.868 7033.03 4027.93 8104.8 467.94
10kV侧补偿后负荷 0.95 7033.03 2315.93 7404.53 427.51
主变压器功率损耗 35.78 384
35kV侧负荷总计 0.934 7048.86 2303.32 7543.75 124.44
4 总降压变电所主变压器的选择
4.1 主变压器的台数选择及其原理
4.1.1 变压器台数选择的原理
1）变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：
（1）有大量一级或二级负荷 在变压器出现故障或检修时，多台变压器可保证一、二级负荷的供电可靠性。当仅有少量二级负荷时，也可装设一台变压器，但变电所低压侧必须有足够容量的联络电源作为备用。
（2）季节性负荷容量较大 根据实际负荷的大小，相应投入变压器的台数，可做到经济运行、节约电能。
（3）集中负荷容量较大 虽为三级负荷，但一台变压器的供电容量不够，这时也应装设两台及以上变压器。
当备用电源容量限制时，宜将重要负荷集中并且与非重要负荷分别由不同的变压器供电，以方便备用电源的切换。
2）在一般情况下，动力与照明宜共用变压器，以降低投资。但属下列情况之一时，可设专用变压器：
（1）当照明负荷容量较
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