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1、新疆工程学院电力工程系 发电厂及电气设备课程设计 10KV变电站设计摘 要本设计对工厂用电负荷、主要设备的选择、保护装置的配置及防雷接地系统进行了相应的叙述，其中还包括全厂的负荷计算、短路计算、设备选择及校验、主要设备、配电装置设计、防雷和接地设计等。本设计通过计算出的有功功率、无功功率和视在功率选择变压器容量的大小和相应设备的主要参数，再根据用户对电压的要求，进行补偿功率计算。根据国家供电部门的相关规定，画出总配变电所及配电系统的主接线图。电气主接线对电气设备的选择，配电所的布置，运行的安全性、可靠性和灵活性，对电力工程建设和运行的经济节约等，都有很大的影响。关键词：变电所，负荷计算，设备选
2、型27目录1. 设计任务11.1 设计要求11.2 设计依据11.2.1 厂总平面图11.2.2 工厂负荷情况11.2.3 供电电源情况11.2.4 气象资料21.2.5 地质水文资料21.2.6电费制度32 负荷计算42.1单组用电设备计算负荷的计算公式42.1.1多组用电设备计算负荷的计算公式42.2无功补偿53变电所位置与型式的选择84.主变压器94.1变电所主变压器的选择94.2 变电所主接线方案的选择94.2.1装设一台主变压器的主接线方案94.2.2 装设两台主变压器的主接线方案105 短路电流的计算115.1 绘制计算电路115.2 确定短路计算基准值115.3 计算短路电路中个
3、元件的电抗标幺值115.3.1电力系统115.3.2架空线路115.3.3电力变压器115.4 k-1点（10.5KV侧）的相关计算125.4.1 总电抗标幺值125.4.2三相短路电流周期分量有效值125.4.3其他短路电流125.4.4三项短路容量125.5 k-2点（0.4KV侧）的相关计算125.5.1总电抗标幺值125.5.2三项短路电流周期分量有效值125.5.3其他短路电流125.5.4三项短路容量136变电所一次设备的选择和校验146.1 10KV侧一次设备的选择和校验146.1.1按工作电压选择146.1.2按工作电流选择146.1.3按断流能力选择146.1.4隔离开关、负
4、荷开关和断路器的短路稳定度校验146.2 380V侧一次设备的选择和校验156.3 高低压母线的选择167 变压所进出线与邻近单位联络线的选择177.1 10kV高压进线和引入电缆的选择177.1.1 10kV高压进线的选择校验177.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验177.2 380V低压出线的选择177.2.1铸造车间177.2.2 锻压车间187.2.3 热处理车间187.2.4 电镀车间187.2.5 仓库187.2.6 工具车间197.2.7金工车间197.2.8锅炉房197.2.9装配车间197.2.10机修车间197.2.11 生活区197.3 作为备用电源的高
5、压联络线的选择校验207.3.1按发热条件选择207.3.2校验电压损耗207.3.3短路热稳定校验218降压变电所防雷与接地装置的设计238.1 变电所的防雷保护238.1.1 直接防雷保护238.1.2 雷电侵入波的防护238.2 变电所公共接地装置的设计238.2.1 接地电阻的要求238.2.2 接地装置的设计24总结25参考文献26致谢271. 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
6、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 厂总平面图 图1.1 工厂平面图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。1.2.3 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
7、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。1.2.4 气象资料 本厂所在地区的年最高气温为34，年平均气温为20，年最低气温为-10，年最热月平均最高气温为31，年最热月平均气温为23，年最热月地下0.8米处平均气温为21。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为10。1.2.5 地质水文资料 本厂所在地区平均海拔400m，地层以红土为主，地下水位为2
8、m。表1.1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力3000307照明608102锻压车间动力35003065照明807103金工车间动力40002065照明1008104工具车间动力3600306照明709105电镀车间动力2500508照明508106热处理车间动力1500608照明508107装配车间动力1800307照明608108机修车间动力16002065照明408109锅炉车间动力500708照明1081010仓库动力200408照明10810生活区照明35007091.2.6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
9、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：610VA为800/kVA。2 负荷计算2.1单组用电设备计算负荷的计算公式 1.有功计算负荷（单位为KW） 为系数2.无功计算负荷（单位为kvar） 3.视在计算负荷（单位为kvA） 4.计算电流（单位为A） ；为用电设备的额定电压（单位为kv）。2.1.1多组用电设备计算负荷的计算公式 1.有功计算负荷（单位为KW） (1)式中是所有设备
10、组有功计算负荷P之和，K是有功负荷同时系数，可取0.850.95。 (2)无功计算负荷（单位为kvar） 是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，0.90.97 。(3)视在计算负荷（单位为kvA） (4)计算电流（单位为A） 经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2.1所示（额定电压取380V）。表2.1各厂房和生活区的负荷计算表厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力3000307照明608102锻压车间动力35003065照明807103金工车间动力40002065照明1008104工具车间动力3600306照明709105电镀车间动力2500508照
11、明508106热处理车间动力1500608照明508107装配车间动力1800307照明608108机修车间动力16002065照明408109锅炉车间动力500708照明1081010仓库动力200408照明10810生活区照明35007092.2无功补偿无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。 由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有
12、功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：参照图2，选PGJ1型低压自动补偿评屏，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台相结合，总共容量为84Kvar5=420 Kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷； ； 视在功率；计算电流；功率因数提高为。在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。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。图2 PGH型低压无功功率自动补偿屏的接线方案表2.2无功补偿后工厂的计算负荷项目计算负荷380V侧补偿前负荷0.75810.8727.610891655380V侧无功补偿容量-420-380V侧补偿后负荷0.93
