某机械厂降压变电所的电气设计

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》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：

（1）遵守规程、执行政策；

（2）安全可靠、先进合理；

（3）近期为主、考虑发展；

（4）全局出发、统筹兼顾。

1.2 工厂供电设计的基本内容
工厂供电设计主要内容包括工厂变配电所设计、工厂高压配电线路设计、车间低压配电线路设计及电气照明设计等。其基本内容如下：
（1）负荷计算

全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器

的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。
（2）工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择
参考电源进线方向，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，确定变压器的台数和容量。
（3）工厂总降压变电所主结线设计
根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。
（4）厂区高压配电系统设计
根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。

（5）工厂供、配电系统短路电流计算
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，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。
（6）改善功率因数装置设计
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。由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。
（7）变电所高、低压侧设备选择
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，选择变电所高、低压侧电器设备，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。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。
（8）继电保护及二次结线设计

为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。

（9）变电所防雷装置设计
参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。

2. 负荷计算和无功功率补偿

2.1 负荷计算

表2.1 机械厂负荷计算表

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编号	名称	类别	设备容量	需要系数			计算负荷
编号	名称	类别	设备容量	需要系数
1	铸造车间	动力	250	0.35	0.68	1.08	87.5	94.3	128.7	195.5
		照明	5	0.74	1	0	3.7	0	3.7	16.8
		小计	255				91.2	94.3	131.2	199.3
2	锻压车间	动力	290	0.24	0.62	1.27	69.6	88.1	112.3	170.6
		照明	8	0.8	1	0	6.4	0	6.4	29.1
		小计	298				76	88.1	116.4	176.9
3	金工车间	动力	310	0.25	0.64	1.2	77.5	93	121.1	184
		照明	7	0.73	1	0	5.1	0	5.1	23.2
		小计	317				82.6	93	124.4	189
4	工具车间	动力	340	0.29	0.65	1.17	98.6	115.3	151.7	230.5
		照明	7	0.71	1	0	5	0	5	22.6
		小计	347				103.6	115.3	155	235.5
5	电镀车间	动力	190	0.47	0.72	0.96	89.3	86.1	124	188.4
		照明	7	0.85	1	0	6	0	6	27
		小计	197				95.3	86.1	128.4	195.1
6	热处理车间	动力	130	0.47	0.78	0.8	61.1	49	78.3	119
		照明	6	0.81	1	0	4.9	0	4.9	22.1
		小计	136				66	49	82.2	124.9
7	装配车间	动力	140	0.34	0.68	1.08	47.6	51.3	70	106.4
		照明	8	0.72	1	0	5.8	0	5.8	26.2
		小计	148				53.4	51.3	74	112.4
8	机修车间	动力	130	0.24	0.63	1.23	31.2	38.5	49.5	75.2
		照明	5	0.79	1	0	4	0	4	18
		小计	135				35.2	38.5	52.2	79.3
9	锅炉房	动力	75	0.72	0.75	0.88	54	47.6	72	109.4
		照明	2	0.77	1	0	1.5	0	1.5	7
		小计	77				55.5	47.6	73.1	111
10	仓库	动力	武警学院25	0.37	0.83	0.67	9.3	6.2	11.1	16.9
		照明	1	0.82	1	0	0.8	0	0.8	3.7
		小计	26				10.1	6.2	11.9	18.1
11	生活区	照明	340	0.79	0.97	0.23	268.6	67.3	276.9	420.7
总计（380V侧）		动力	1880				937.5	736.7	1192.6	1811.9
		照明	352				937.5	736.7	1192.6	1811.9
		计入=0.9 =0.95			0.76		843.8	699.5	1096	1665.2

2.2 无功功率补偿

由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有0.76.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0.91。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0.91，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：

故选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1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总共容量。

因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2.2所示。

表2.2 无功补偿后工厂的计算的负荷

项目		计算负荷
项目
380V侧补偿前负荷	0.76	843.8	699.5	1096	1665.2
380V侧无功补偿容量			-420
380V侧补偿后负荷	0.936	843.8	279.5	888.9	1350.5
主变压器功率损耗		13.3	53.3
10kV侧负荷总计	0.92	857.1	332.8	919.4	53.3

3 变电所位置和型式的选择

变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心.工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+…=∑Pi.

(3.1)

(3.2)

图3.1 机械厂总平面图

按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示。

表3.1各车间和宿舍区负荷点的坐标位置

坐标轴	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	生活区
X(㎝)	2.3	2.3	2.3	4.7	4.7	4.7	4.7	9.2	8.42	7.2	10.45
Y(㎝)	5.5	3.8	2.1	7.23	5.5	3.8	2.15	5.1	4.1	2.5	7.8

由计算结果可知，x=6.82， y=5.47工厂的负荷中心在5号厂房的东面（参考图3.1）。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在5号厂房的东侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。

4 变电所主变压器的选择和主结线方案的选择

4.1 变电所主变压器的选择

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：

（1）装设一台主变压器型式采用S9型，而容量根据式，选，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，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

（2）装设两台主变压器型号亦采用S9，而每台变压器容量按式和式选择，即

且

因此选两台S9-800/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用Yyn0。

4.2 变压器主接线方案的选择

按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：

（1）装设一台主变压器的主接线方案，如图4.1所示

（2）装设两台主变压器的主接线方案，如图4.2所示

图4.1 装设一台主变压器的主接线方案

图4.2 装设两台主变压器的主接线方案

4.3 两种主结线方案的技术经济比较

如表4.1所示。

表4.1 两种主接线方案的比较

翅膀力

比较项目		装设一台主变的方案	装设两台主变的方案
技术指标	供电安全性	满足要求	满足要求
	供电可靠性	基本满足要求	满足要求
	供电质量	由于一台主变，电压损耗较大	由于两台主变并列，电压损耗小
	灵活方便性	只一台主变，灵活性稍差	由于有两台主变，灵活性较好
	扩建适应性	稍差一些	更好一些
经济指标	电力变压器的综合投资	由手册查得S9—1000/10单价为15.1万元，而由手册查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为2×15.1万元=30.2万元	由手册查得S9—800单价为10.5万元，因此两台综合投资为4×10.5万元=42万元，比一台变压器多投资11.8万元
	高压开关柜（含计量柜）的综合投资额	查手册得 GG—A（F）型柜按每台4万元计，查手册得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为4×1.5×4=24万元	本方案采用6台GG—A（F）柜，其综合投资额约为6×1.5×4=36万元，比一台主变的方案多投资12万元
	电力变压器和高压开关柜的年运行费	参照手册计算，主变和高压开关柜的折算和维修管理费每年为6.2万元	主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为8.94万元，比一台主变的方案多耗274万元
	供电贴费	按800元/KVA计，贴费为1000×0.08=80万元	贴费为2×800×0.08万元=128万元，比一台主变的方案多交48万元

从表4.1可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设两台主变的方案。（说明：如果工厂负荷近期可有较大增长的话，则宜采用装设两台主变的方案。）

5 短路电流的计算

5.1 绘制计算电路

如图5-1本厂的供电系统采用两路电源供线，一路为距本厂12km的变电站经LJ-120架空线，该干线首段所装高压断路器的断流容量为；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。

图5.1 短路计算电路

5.2 确定短路计算基准值

设，，即高压侧，低压侧，则

5.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值

（1）电力系统已知，故

（配对比较法2）架空线路查表8-37，得LJ-150的，而线路长12km，故

（3）电力变压器查表2-8，得，故

因此绘短路计算等效电路如图5.2所示。

图5.2 等效电路

5.4 10KV侧三相短路电流和短路容量

（1）总电抗标幺值

（2）三相短路电流周期分量有效值

（3）其他短路电流

（4）三相短路容量

5.5 380KV侧三相短路电流和短路容量

（1）总电抗标幺值

（2）三相短路电流周期分量有效值

（3）其他短路电流

（4）三相短路容量

以上计算结果综合如表5.1

表5.1 短路的计算结果

短路计算点	三相短路电流/kA					三相短路容量/MVA
短路计算点
k-1	1.43	1.43	1.43	3.65	2.2	25.9
k-2	21.4	21.4	21.4	39.37	23.32	15

6 变电所一次设备的选择校验

6.1 10kV侧一次设备的选择校验

表6.1 10kV侧一次设备的选择校验

选择校验项目			电压	电流	断流能力	动稳定度	热稳定度	其他
装置地点条件		参数
装置地点条件		数据	10KV	57.7A	1.43A	3.65KA	3.88
一次设备型号规格	额定参数
	高压少油断路器SN10-10I/630		10kV	630A	16kA	40kA	512
	高压隔离开关GN-10/200		10kV	200A		25.5KA	500
	高压熔断器RN2-10		10kV	0.5A	50kA
	电压互感器JDJ-10		10/0.1kV
	电压互感器JDZJ-10
	电流互感器LQJ-10		10Kv	100/5A		31.8KA	81	二次负荷0.6Ω
	避雷器FS4-10		10kV
	户外式高压隔离开关GW4-15G/200		12kV	400A		25KA	500

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