某冶金机械厂供配电系统设计

1 设计任务 ....................................................... 2

1.1设计要求 ................................................... 2 1.2设计依据 ................................................... 2 1.3 设计内容及要求 ............................................. 4 1.4 设计成果 .................................................. 4 2 负荷计算 ....................................................... 4

2.1 车间各负荷 ................................................ 4 2.2 全厂负荷 .................................................. 6 3 短路电路的计算 ................................................. 6

3.1 绘制计算电路 .............................................. 6 3.2 确定短路计算基准值 ........................................ 7 3.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值 .......................... 7 3.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算 ............................... 8 3.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算 ................................ 8 4 变电所变压器和主接线方案的选择 ................................. 9

4.1 主变压器的选择 ............................................. 9 4.2 变电所主接线方案的选择 ..................................... 9 4.3 装设一台主变压器的主接线方案 .............................. 10 4.4 装设两台主变压器的主接线方案 .............................. 11

1 设计任务

1.1设计要求

要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。

1.2设计依据

1.2.1工厂总平面图

生活区的 负荷中心 后厂门 大 公共电源干线 (4) 街(1) (5) 厂区 (8) 1.2.2 工厂负荷情况

本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1.1所示。

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(2) (6) (9) 邻厂 (10) (3) 厂门 某机械厂总平面图 大 街 比例：1：2000 (7) 图1 某机械厂总平面图

表1 工厂负荷统计资料 厂房编号 1 厂房名称 铸造车间 负荷类别 动力 照明 2 锻压车间 动力 照明 7 金工车间 动力 照明 6 工具车间 动力 照明 4 电镀车间 动力 照明 3 热处理车间 动力 照明 9 装配车间 动力 照明 10 机修车间 动力 照明 8 锅炉车间 动力 照明 仓库 动力 照明 生活区 照明 设备容量/kW 300 5 350 8 400 10 360 7 250 5 150 5 180 6 160 4 50 1 20 1 350 需要系数 0．3 0．8 0．3 0．7 0．2 0．8 0．3 0．9 0．5 0．8 0．6 0．8 0．3 0．8 0．2 0．8 0．7 0．8 0. 4 0. 8 0．7 功率因数 0．7 1．0 0．65 1．0 0．65 1．0 0．6 1．0 0．8 1．0 0．8 1．0 0．7 1．0 0．65 1．0 0．8 1．0 0. 8 1. 0 0．9 1.2.3 供电电源情况

供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。

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1.2.4 气象资料

本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-9℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8米处平均气温为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。 1.2.5 地质水文资料

本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。 1.2.6 电费制度

本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA，动力电费为0.9元/Kw.h，照明电费为0.5元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：6~10VA为800/kVA。 1.3 设计内容及要求

1. 确定车间变电所变压器的台数和容量； 2.电气主接线图设计；

3. 输电导线截面选择（选择一条线路计算）； 4.确定短路计算点，计算三相短路电流； 5. 主要电气设备选择与校验； 1.4 设计成果

1. 设计说明书一份（约4000字）：包括设计任务所要求的各项设计计算过程、结果和表格，要求内容完整，条理清晰，书面清洁，字迹工整。 2. 设计图纸：电气主接线图一张。

2 负荷计算

本设计采用需要系数法计算。 2.1 车间各负荷

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表2 各车间负荷统计资料

设备需要 计算负荷 容量编号 名称 /kW 系数 cosΦ tanΦ Pc/kW Qc/kvar Sc/kVA 铸造车间动力 355 1 照明 10 锻压车间动力 325 2 照明 10 金工车间动力 405 7 照明 10 工具车间动力 380 6 照明 10 电镀车间动力 255 4 照明 热处理车间动力 3 照明 7 Ic/A 0.25 0.8 0.75 1 0.88 88.75 8 78.1 0 118.33 180.00 8.00 20.73 0.3 0.8 0.6 1 1.33 97.5 129.675 162.50 247.19 8 0 8.00 20.73 0.2 0.8 0.65 1 1.17 81 8 94.77 0 124.62 1.56 8.00 20.73 0.35 0.8 0.6 1 1.33 133 8 176. 0 221.67 337.19 8.00 20.73 0.5 0.8 0.75 1 0.88 127.5 112.2 5.6 0 170.00 258.59 5.60 14.51 180 8 0.6 0.8 0.8 1 0.75 108 6.4 81 0 135.00 205.35 6.40 16.58 装配车间动力 190 9 照明 5 机修车间动力 165 10 照明 锅炉房动力 4 0.3 0.8 0.7 1 1.02 57 4 58.14 0 81.43 123.86 4.00 10.36 0.25 0.8 0.65 1 1.17 41.25 48.2625 3.2 0 63.46 96.53 3.20 8.29 8

65 0.7 0.8 0.75 5

45.5 34.125 56.88 86.52 照明 1 0.8 0.4 0.8 — 1 0.8 1 0.75 0.8 22 0.8 0 16.5 0 0.80 2.07 仓库动力 55 5 照明 1 总计 27.50 41.83 0.80 2.07 8.3 829.66 1214.17 2.2 全厂负荷

取Kp=0.9；Kq=0.95 根据上表可算出：P30i=8.3Kw；

Q30i=829.66kvar；

S30i=1214.17kv·A

则P30=KpP30i=0.9×8.3Kw =768.87Kw

Q30=KqQ30i=0.95×829.66kvar=788.177kvar

S30=I30=P302Q302 kv·A=1214.17kv·A

S303UN=1616.86A cos=P30i=8.3/1214.17=0.704 S30i

3 短路电路的计算

3.1 绘制计算电路

(1) ～ ∞系统 500MVA (2) 10kV

S11-1250/10 380V

K-1 LGJ-150,8km (3) K-2

图3-1 短路计算电路

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3.2 确定短路计算基准值

取基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud=Uc=1.05UN，Uc为短路计算电压，即高压侧Uc1=10.5kV，低压侧Uc2=0.4kV，则

Id1=Sd3Uc1=100MV•A=5.50kA

310.5kV

Id2=

Sd100MV•A ==144kA 30.4kV3Uc2

3.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值 3.3.1电力系统的电抗标幺值

已知电力系统出口断路器的断流容量Soc=500MV·A，故

X1=100M·VA/500MV·A=0.2

3.3.2架空线路的电抗标幺值

查表得LGJ-150的线路电抗X0=0.35/km，而线路长8km，故

X2=0.35(/km)× 8×100MV•2A=2.

10.5kv3.3.3电力变压器的电抗标幺值

查表得变压器的短路电压百分值Uk%=4.5，故

X3=

4.5100MV•A4.5100103kV•A==3.6 1001250kV•A1001250kV•A

式中，SN为变压器的额定容量

因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示,图上标出各元件的序号和电抗标幺值,并标明短路计算点。

1 0.22 2.k-1

3 3.6k-2

图3-2 短路计算等效电路

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3.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算 3.4.1总电抗标幺值

**X(k1)X1X2=0.2+2.=2.74

3.4.2 三相短路电流周期分量有效值

Ik-1=3Id1Xk-1=5.50kA/2.74=2.01kA

3.4.3 其他三相短路电流

33I''3IIk-1=2.01kA

ish2.55I''33=2.55×2.01=5.13kA

3Ish1.51I''3=1.51×2.01=3.04kA

3.4.4 三相短路容量

Sk-13SdXk-1=100MV·A/2.74=36.50MV·A

3.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算 3.5.1总电抗标幺值

Xk-2=X1X2X3=0.2+2.+3.6=6.34 

3.5.2三相短路电流周期分量有效值

Ik-2=3Id2Xk-2=144kA/6.34=22.71kA

3.5.3 其他短路电流

33I''3IIk-2=22.71kA

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33i1.84I'' sh=1.84×22.71kA =41.79kA

33=1.09I''=1.09×22.71kA=24.75kA Ish3.5.4三相短路容量

 Sk-2=3SdX=100MV·A/6.34=15.77 MV·A

k-24 变电所变压器和主接线方案的选择

4.1 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：

a)装设一台变压器 型号为S11型，而容量根据式SNTS30，SNT为主变压器容量，S30为总的计算负荷。选SNT=1250kv·A>S30=1114.17kv·A，即选一台S11-1250/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。

b)装设两台变压器 型号为S11型，而每台变压器容量根据式（3-1）、（3-2）选择，即

SN.T ≥（0.6～0.7）×1063.kv·A =（638.334～744.723）kv·A （3-1） SN.T≥S30（Ⅰ+Ⅱ）=(101.4+2.5+105.68) KVA=461.55 KVA

（3-2）

因此选两台S11-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Dyn11。

4.2 变电所主接线方案的选择

一般大中型企业采用35～110KV电源进线时都设置总降压变电所，将电压降至6～10KV后分配给各车间变电所。总降压变电所主接线一般有线路—变压器组、单母线、内桥式、外桥式等几种接线方式。

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：

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4.3 装设一台主变压器的主接线方案

这种主接线由于采用了高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分方便，而且在发生短路故障时，过电流保护装置动作，断路器会自动跳闸，如果短路故障已经消除，则可立即合闸恢复供电。如果配备自动重合闸装置，则供电可靠性更高。但是如果变电所只此一路电源进线时，一般也只用于三级负荷；但如果变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时，或另有备用电源时，则可用二级负荷。如果变电所有两路电源进线，如图4-1所示，则供电可靠性相应提高，可供二级负荷或少量一级负荷。

4-1 装设一台主变压器的主接线方案

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4.4 装设两台主变压器的主接线方案

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4-2所示，其一次侧的QF10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器QF11和QF12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QF11 ，投入QF10 （其两侧QS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。

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35kv电源进线WL1QS111QS121WL2QF11QS112QS101QF10QF12QS122QF102QS123T2QF22QS2216-10KVQF113T1QF21QS211QF204-2 装设两台主变压器的主接线方案

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