《某电机修造厂变电所设计》.doc

西南科技大学
自动化专业方向设计报告

设计名称： 某电机修造厂变电所设计
姓 名：
学 号:
班 级：
指导教师：
起止日期： 2012.10.15--_2012.11.15

西南科技大学信息工程学院制
2

方 向 设 计 任 务 书

学生班级： 学生姓名： 学号：
设计名称： 某电机修造厂变电所设计
起止日期： 2012.10.15—2012.11.15 指导教师：

设计要求：
1、 进行车间的负荷计算及无功补偿；
2、 确定车间变电所主变压器形式、容量和数量；
3、 车间变电所主接线方案的设计；
4、 进行短路计算；
5、 车间变电所一次设备的选择与校验；
6、 车间变电所高低压进出线的选择与校验；
7、 确定车间配电系统布线方案；
8、 选择配电系统的导线及控制保护设备；
9、 绘制相关图纸，图中注明所选设备名称、型号等内容。

某电机修造厂变电所设计

摘 要
本设计是机械厂机加工车间的配电系统及车间变电所供电系统。本文首先进行了负荷计算，根据功率因数的要求在低压母线侧进行无功补偿，进而确定对主变器容量、台数，从经济和可靠性出发确定主接线方案。其次，通过短路电流计算出最大运行方式和最小运行方式下的短路电流，确定导线型号及各种电气设备。最后根据本厂对继电保护要求，确定相关的保护方案和二次回路方案。

本设计采用需用系数法进行负荷计算，无功功率补偿采用低压侧电容并联补偿方法，这种方法能补偿低压侧以前的无功功率、经济效益比较好。根据机械加工车间用电特点和需求，主接线方案采用了高压侧无母线、低压侧单母线分段的主接线方案。根据干式变压器与油浸变压器在经济和安装条件对比，选择两台SC9-500/10系列干式变压器。
在仔细研究各负荷的实际数据，并严格按照国家规定，依照以上设计步骤设计本供电系统设计方案，以到达提高生产效益的目的。
关键词：配电系统；负荷计算；主接线；变电所；短路计算

Abstract
This design is the factory machining workshop of distribution system and workshop substation power supply system. This paper conducted a load calculation, according to the requirements of power factor in the low-pressure side of the bus reactive power compensation, and to determine the capacity of the transformer device, the number of units, starting from the economic and reliability to determine the main terminal program. Secondly, calculate the maximum short circuit current operation mode and minimum operating mode of the short circuit current to determine the wire type and variety of electrical equipment. Finally, according to the factory on protection requirements, identify relevant programs and secondary circuit protection program.
This design uses the need coefficient method for the load calculation, reactive power compensation capacitor in parallel with low-pressure side of the compensation method, this method can compensate for low-voltage side of the previous reactive power, economic efficiency is better. According to machine shop characteristics and needs of electricity, the main connection schemes using non-bus high side, low side of the single-bus section of the Main Wiring. According to dry-type transformers and oil immersed transformers and installation conditions in the economy compared to select two SC9-500/10 series of dry-type transformers.
Only then carefully studies the factory the actual data, strictly stipulated according to the country, and only then may design an economy reliable power supply system through the above design procedure, thus arrives the enhancement production benefit the goal.
Keywords: Low Voltage Distribution System; Load Calculation; Main Connection;
Substation; Short circuit calculation目 录

一、 设计依据
1 工厂平面布置图 1
2 工厂生产任务、规模及产品规格 1
3 工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量 1
4供电协议
5工厂负荷性质
6工厂自然条件
2 设计任务及要求 2
1 负荷计算 2
2.1.1 负荷计算的方法及其适用范围 2
2.1.2 需用系数法 2
2.1.3 负荷确定 4
2.2 无功功率补偿 5
2.2.1 无功功率补偿概念 5
2.2.2 无功补偿提高功率因数的意义 5
2.3 无功补偿容量计算 6
2.3.1 无功功率补偿方式选择 6
2.3.2 无功补偿容量的确定 8
2.3.3 补偿容量计算 9
3 变电所主接线方案设计及变压器选择 10
3.1 变电所主变压器台数与容量选择 10
3.1.1 选择主变压器台数时应考虑下列原则 10
3.1.2 主变压器的确定 11
3.2 总配变电所的主接线方案比较选择 1

一、设计依据
1． 工厂总平面布置图

图1 工厂平面图
2． 工厂生产任务、规模及产品规格：本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的电机、变压器修理和制造任务。年生产规模为修理电机7500台，总容量为45万KW：制造电机总容量为6万KW，制造单机最大容量为5520KW：修理变压器500台：生产电气设备条件60万件。本厂为某大型钢铁联合企业重要组成部分。
3． 工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量见下表
工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量表

序号

车间名称
设备
容量
（KW）
计算负荷
车间变电所代号
变压器台数及容量
kVA
P30
kW
Q30
kvar
S30
kVA
1
电机修造车间
2505
609
500
788
No.1车变
1x 1000
2
机械加工车间
886
163
258
305
No.2车变
1x400
3
新品试制车间
634
222
336
403
No.3车变
1x500
4
原料车间
514
310
183
360
No.4车变
1x400
5
备件车间
562
199
158
254
No.5车变
1x315
6
缎造车间
150
36
58
68
No.6车变
1x100
7
锅炉房
269
197
172
262
No.7车变
1x315
8
空压站
322
181
159
241
No.8车变
1x315
9
汽车库
53
30
27
40
No.9车变
1x80
10
大线圈车间
335
187
118
221
No.10车变
1x250
11
半成品实验站

365
287
464
No.11车变
1x500
12
成品实验站
2290
640
480
800
No.12车变
1x1000
13
加压站(10kv转供负荷)
256
163
139
214

1x250
14
设备处仓库（10kv转供负荷）

338
288
444

1x500
15
成品实验站内大型集中负荷
3600
2880
2300
3686
主要为高压整流装置，要求为专线供电
图2 各车间设备参数
4． 供电协议
1) 当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选定：①从某220／35kv区域变电站提供电源，此站距厂南侧4.5km。②从某 35／10kv变电所，提供10kv备用电源，此所距厂南侧4km。
2) 电力系统短路数据，如下表所示。其供电系统图，如下图所示。
区域变电站35kV母线短路数据表
系统运行方式
系统短路数据
系统运行方式
系统短路数据
系统最大运行方式时
S(3)k。max=600MVA
系统最小运行方式时
S(3)kmin=280MVA

图3 供电系统图

3) 供电部门对工厂提出的技术要求：1、区域变电站35kv馈电线的过电流保护整定时间tOP＝1.8s，要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于1.3s。2、在工厂35kv电源侧进行电能计量。3、工厂最大负荷时功率因数应不低于0.9。
4) 供电贴费为700元／kvA。每月电费按两部电费制：基本电费为18元／kVA，动力电费为0.4元/kW.h，照明电费为0.5元／kW．h。
5．工厂负荷性质 本厂大部分车间为一班制，少数车间为两班或三班制，年最大有功负荷利用小时数为2300h。
锅炉房供生产用高压蒸汽停电会使锅炉发生危险。又由于该厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。因此，锅炉房供电要求具有较高的可靠性。
6．工厂自然条件
气象资料
1)最热月的平均温度为30℃。
2)地中最热月的平均温度为20℃。
3)土壤冻结深度为1.10m。
4)车间环境，属正常干燥环境。

二、设计任务与要求

序号

车间名称
设备
容量
（KW）
计算负荷
车间变电所代号
变压器台数及容量
kVA
P30
kW
Q30
kvar
S30
kVA
1
电机修造车间
2505
609
500
788
No.1车变
1x 1000

2
机械加工车间
886
163
258
305
No.2车变
1x400
3
新品试制车间
634
222
336
403
No.3车变
1x500
4
原料车间
514
310
183
360
No.4车变
1x400
5
备件车间
562
199
158
254
No.5车变
1x315
6
缎造车间
150
36
58
68
No.6车变
1x100
7
锅炉房
269
197
172
262
No.7车变
1x315
8
空压站
322
181
159
241
No.8车变

1x315
9
汽车库
53
30
27
40
No.9车变
1x80
10
大线圈车间
335
187
118
221
No.10车变
1x250
11
半成品实验站

365
287
464
No.11车变
1x500
12
成品实验站
2290
640
480
800
No.12车变
1x1000
13
加压站(10kv转供负荷)
256
163
139
214

1x250
14
设备处仓库（10kv转供负荷）

338
288
444

1x500
15
成品实验站内大型集中负荷

3600
2880
2300
3686
主要为高压整流装置，要求为专线供电
图4 工厂设备参数图

1、进行负荷计算及无功补偿；
1)负荷计算的方法：
有功计算负荷为
（为设备容量）
无功计算负荷为
（为对应于用电设备组的正切值）
视在计算负荷为

总的计算电流为
（为额定电压380V）
2）全厂负荷计算：
取= 0.92; = 0.95
根据上表可算出：∑P30i = 6520kW; ∑Q30i = 5463kvar
则 P30 = K∑P∑P30i = 0.92×6520kW = 5999kW
Q30 = K∑q∑Q30i = 0.95×5463kvar = 5190kvar
≈7932KV·A
I30 = S30/≈ 94.5A
= P30/S30 = 5999/7932≈ 0.75
3）功率补偿:
由于本设计中上级要求COSφ≥0.9,而由上面计算可知=0.75<0.9，因此需要进行无功补偿。
综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿。可选用BWF6.3-100-1W型的电容器，其额定电容为2.89µF
= 5999×（tan-）Kvar=2735Kvar
取=2800Kvar,因此,电容器的个数为： n = / = 2800/100 =28
而由于电容器是单相的，其个数应为3的倍数，所以应取30个，而=3000Kvar。
无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：
= =6484.9KV·A
变压器的功率损耗为：
△PT = 0.015 == 97.3Kw
△QT = 0.06 = = 389.1Kvar
变电所高压侧计算负荷为：
= 5999+ 97.3 = 6096.1Kw
= (5463-3000) + 389.1= 2852.1Kvar
= = 6730.5 KV .A
无功率补偿后，工厂的功率因数为：
= /=6096.1 / 6730.5= 0.906
= /= 0.906≥0.9
因此，符合本设计的要求。

2、确定变电所的所址和型式；
1）变电所位置以及型式的选取原则
(1） 变电所和配电所的位置选择应根据下列要求综合考虑确定：
靠近工厂的负荷中心；接近电源侧；进出线方便；运输设备方便；不应设在有剧烈振动或高温的场所；不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，如无法远离，不应设在污染源的主导风向的下风侧；不应设在地势低洼和可能积水的场所；不应设在有爆炸危险的区域内；不宜设在有火灾危险区域的正上方或正下方；
（2）变电所和配电所型式选择
① 60/10.5kV变电所分屋内式和屋外式，屋内式运行维护方便，占地面积少。60kV变电所宜用屋内式。
② 配电所一般为独立式建筑物，也可与所带10kV变电所一起附设于负荷较大的厂房或建筑物。
2） 电机修造厂总变电所位置和型式的选择
由前面的负荷计算可以看出，由于成品试验站内有大型集中负荷，所以电机修造厂的负荷中心在成品试验站和电机修造车间之间，又考虑到变电所的位置要南北向，北边开高窗，南边开低门。所以我选择的电机修造厂的变电所的位置(图5 总降压变电所视图)，其型式为屋内式。

3、确定变电所主变压器型式、容量和数量；
由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的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，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件：
① 任一台单独运行时，SNT≥（0.6-0.7）
② 任一台单独运行时，SNT≥（Ⅰ+Ⅱ） // 一二级负荷容量
因为该厂都是一二级负荷所以按条件②
由于 = 6730.5KV·A，
SNT≥（0.6-0.7）×6730.5=（4038.3-4711.3）KV·A≥SNT≥（Ⅰ+Ⅱ）
因此选容量大于4711.3KV.A的变压器二台，主变压器型号为SZ9-6300/35，主变压器的联结组别均采用Yd11。

4、变电所主结线方案的设计
1）变配电所主结线的选择原则
1.当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。
2.当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。
3.当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。
4.为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。
5.接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。
6.6～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。
7.采用6～10 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。
8.由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。
9.变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。
10.当低压母线为双电源变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。
2）主结线方案选择
对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6—10KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。总降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。
主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图如下这种主结线，其一次侧的QF7跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器QF5和QF6的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。这种主结线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF5 ，投入QF7 （其两侧QK先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电，这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图(下图)，这种主结线，其一次侧的高压断路器QF7也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器QF5和QF6的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式结线。这种主结线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式结线适用的场合有所不同。如果某台变压器例如T1停电检修或发生故障时，则断开QF5 ，投入QF7（其两侧QK先合），使两路电源进线又恢复并列运行。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网的穿越功率不通过进线断路器QF5 、QF6 ，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。

5、进行短路计算；

图6 短路点示意图
求k -1，k-2点的三相短路电流和短路容量
（1） 求k -1点的三相短路电流和短路容量（）
① 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗
ⅰ 电力系统的电抗：由，因此

ⅱ 架空线路的电抗：由资料得，因此

ⅲ 绘k-1点短路的等效电路，如图3-7示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗值（分母），并计算其总电抗为：

图7 短路等效电路图
② 计算三相短路电流和短路容量
ⅰ 三相短路电流周期分量有效值

ⅱ 其他三相短路电流

ⅲ 三相短路容量

（2） 求k-2点的三相短路电流和短路容量（）
① 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗
ⅰ 电力系统的电抗

ⅱ 架空线路的电抗

ⅲ 绘k-2点短路的等效电路如图3-8示，并计算其总电抗为：

图8 短路等效电路图
② 计算三相短路电流和短路容量
ⅰ 三相短路电流周期分量有效值

ⅱ 其他三相短路电流

ⅲ 三相短路容量

6、变电所一次设备的选择与校验；
一次设备主变压器选择根据前文的计算比对最终确定其型号为SZ9-6300/35,为Yd11连接形式.

注： 表中“√”表示必须校验，“—”表示不要校验
7、变电所高低压进出线的选择；

序号
车间名称

回路电流（A）
电缆型号
允许电流
（Ａ）
1
电机修造车间
599
YJV-0.6/1kV/3×400+1×240
670
2
机械加工车间
211.5
YJV-4×150+1×95
221
3
新品试值车间
306.5
VV-3×185+1×95
343
4
原料车间
273.5
YJV-0.6/1kV/3×400+1×240
670
5
备件车间
193
YJV-4×150+1×95
221
6
锻造车间
51.5
VV-3×10+1×6
60
7
锅炉房
202
YJV-4×150+1×95
221
8
空压站
183
YJV-4×150+1×95
221
9
汽车库
30
VV-3×10+1×6
60
10
大线圈车间
168
VV-3×185+1×95
343
11
半成品实验站
322.5
VV-3×185+1×95
343
12
成品实验站
608
YJV-0.6/1kV/3×400+1×240
670

三、心得体会

通过本次的课程设计学习到很多东西，不仅学习到许多的新知识，比如设计的方案取舍，对现场的实际情况的考虑，设备的合理布置等等相关的知识，虽然花了很多时间去准备，去查询但是很享受其中的过程，让我感觉到很充实。其次还复习了许多《电力工程基础》的相关知识。以前的学习完全不知道其内容的丰富与使用，但是通过近段时间的揣摩课程设计，发现了这本书的实际应用价值。可谓每本书都有他的实际应用价值，并且重新学习了设备的校验与选择，里面的内容比较复杂。选择得通过计算，得出设备运行时的最大电流，额定电压等一些参数得出最合适的型号。而变电所的配电设置也是有很高的要求。例如：靠近工厂的负荷中心；接近电源侧；进出线方便；运输设备方便；不应设在有剧烈振动或高温的场所；不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，如无法远离，不应设在污染源的主导风向的下风侧；不应设在地势低洼和可能积水的场所；不应设在有爆炸危险的区域内；不宜设在有火灾危险区域的正上方或正下方。其次还有变压器的选型，根据具体的设备容量，选型的额定电压必须得高于实际的额定电压的10%-15%，因此比较容易能确定其型号。

参考文献
1、工厂供电设计指导，刘介才 编，机械工业出版社 1998.2
2、工厂供电，刘介才 编，机械工业出版社 2006.5
3、供电技术， 余建明、同向前、苏文成编， 机械工业出版社 2003.1
4、电力工程基础，温步瀛 编，中国电力出版社，2003.7
5、电气工程设计，马志溪 编， 机械工业出版社，2004.4

附录