學(xué)號 1151401209 工廠供電課 程 設(shè) 計（ 2011級本科）題 目： 成功機械廠變電所一次系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 院： 物理與機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 作者姓名： 管 磊 指導(dǎo)教師： 趙文忠 職稱： 教授 完成日期： 2013 年 12 月 20 日工廠供電課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名管磊學(xué) 號1151401209專業(yè)方向電氣工程及其自動化班 級電氣112班題目名稱成功機械廠變電所一次系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計的主要內(nèi)容1.1設(shè)計內(nèi)容：負荷計算和無功功率補償；變電所主變壓器和主接線方案的選擇；短路電流的計算等。1.2設(shè)計依據(jù)1、氣象資料：工廠所在地區(qū)的年最高氣溫為 34 ，年平均氣溫為 15 ，年最低氣溫為18，年最熱月平均最高氣溫為 25 ，年最熱月平均氣溫為 18 ，年最熱月地下0 . 8m處平均溫度為21 。當?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向為東北風(fēng)，年雷暴日數(shù)為 8 。2、地質(zhì)水文資料：工廠所在地區(qū)平均海拔 1500m ，地層以砂粘土為主，地下水位為 2m 。3、電費制度：工廠與當?shù)毓╇姴块T達成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計量電能，設(shè)專用計量柜，按兩部電費制交納電費。每月基本電費按主變壓器容量計為 18 元KVA ，動力電費為 0 . 20 元/kw·h，照明電費為0.50元/kw·h。工廠最大負荷時的功率因數(shù)不得低干0.90 ，此外，電力用戶需按新裝變壓器容量計算，一次性地向供電部門交納供電貼費： 6 10kV 為 800 元KVA。4、工廠負荷情況見下表：37摘 要電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。機械廠供電系統(tǒng)的核心部分是變電所。變電所主接線設(shè)計是否合理，關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的安全、靈活和經(jīng)濟運行。本設(shè)計在給定機械廠具體資料的基礎(chǔ)上，依據(jù)變電所設(shè)計的一般原則和步驟，完成了變電所一次系統(tǒng)設(shè)計。本設(shè)計中采用并聯(lián)電容器的方法來補償無功功率，以減少供電系統(tǒng)的電能損耗和電壓損失，同時提高了供電電壓的質(zhì)量。此機械廠變電所一次系統(tǒng)設(shè)計包括：負荷的計算及無功功率的補償；變電所主變壓器臺數(shù)和容量、型式的確定；變電所主接線方案的選擇；進出線的選擇；短路計算和開關(guān)設(shè)備的選擇；根據(jù)設(shè)計要求，繪制變電所一次系統(tǒng)圖。關(guān)鍵詞：電能；變電所；一次系統(tǒng)。目 錄 1 前言11.1 引言1.2 設(shè)計原則1 1.3本設(shè)計所做的主要工作22 負荷計算及電容補償32.1 負荷計算的定義32.2 負荷計算32.2.1 負荷計算的方法32.2.2 負荷統(tǒng)計計算42.3 電容補償73 負荷計算及電容補償93.1 主變壓器臺數(shù)選擇93.2 主變壓器容量選擇9 3.3 主接線方案確定103.3.1 變電所主接線方案的設(shè)計原則與要求103.3.2 變電所主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟指標103.3.3 工廠變電所常見的主接線方案11 3.3.4 確定主接線方案113.4 無功功率補償修定134 高低壓開關(guān)設(shè)備選擇154.1 短路電流的計算154.1.1 短路的定義154.1.2 短路計算的目的154.1.3 短路計算的方法154.1.4 本設(shè)計采用標幺制法進行短路計算154.2 變電站一次設(shè)備的選擇與校驗214.2.1 一次設(shè)備選擇與校驗的條件214.2.2 按正常工作條件選擇224.2.3 按短路條件校驗224.2.4 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗234.2.5 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗254.3 高低壓母線的選擇265 變電所進出線和低壓電纜選擇295.1 變電所進出線的選擇范圍295.2 變電所進出線方式的選擇295.3 變電所進出導(dǎo)線和電纜形式的選擇295.4 導(dǎo)線和電纜截面的選擇計算305.5 高壓進線和低壓出線的選擇305.5.1 10kV高壓進線的選擇校驗305.5.2 由高壓母線至主變的引入電纜的選擇校驗315.5.3 380V低壓出線的選擇316 總結(jié)377 參考文獻38附 錄39致謝41 第 32頁1 前言1.1引言電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送和分配既簡單經(jīng)濟，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。在工程機械制造廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。電能從區(qū)域變電站進入機械廠后，首先要解決的就是如何對電能進行控制、變換、分配和傳輸?shù)葐栴}。在機械廠，擔(dān)負這一任務(wù)的是供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)的核心部分是變電所。一旦變電所出了事故而造成停電，則整個機械廠的生產(chǎn)過程都將停止進行，甚至還會引起一些嚴重的安全事故。機械廠變電所要很好地為生產(chǎn)服務(wù)，切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達到以下基本要求：(1)安全 在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。(2)可靠 應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要求。(3)優(yōu)質(zhì) 應(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求(4)經(jīng)濟 供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當前和長遠等關(guān)系，既要照顧局部的當前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。1.2設(shè)計原則按照國家標準GB50052-95供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、GB50053-94 10kV及以下設(shè)計規(guī)范、GB50054-95 低壓配電設(shè)計規(guī)范、JGJ16-2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范等的規(guī)定，進行變電所設(shè)計必須遵循以下原則：1、遵守規(guī)程、執(zhí)行政策必須遵守國家的有關(guān)規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟政策。2、安全可靠、先進合理應(yīng)做到保障人身和設(shè)備的安全，供電可靠，電能質(zhì)量合格，技術(shù)先進和經(jīng)濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產(chǎn)品。3、近期為主、考慮發(fā)展應(yīng)根據(jù)工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠期發(fā)展的關(guān)系，做到遠近結(jié)合，適當考慮擴建的可能性。4、全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧按負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計方案。工廠供電設(shè)計是整個工廠設(shè)計中的重要組成部分。工廠供電設(shè)計的質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn)及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設(shè)計的有關(guān)知識，以便適應(yīng)設(shè)計工作的需要。1.3本設(shè)計所做的主要工作目前世界上機械生產(chǎn)能源和動力主要來源于電能。電網(wǎng)的正常運行是保證機械生產(chǎn)安全前提。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，結(jié)合實際情況和市場上現(xiàn)有的電力產(chǎn)品及其技術(shù)，本文主要做了以下工作：1、負荷計算 機械廠變電所的負荷計算，是根據(jù)所提供的負荷情況進行的，本文列出了負荷計算表，得出總負荷。2、一次系統(tǒng)圖跟據(jù)負荷類別及對供電可靠性的要求進行負荷計算，繪制一次系統(tǒng)圖，確定變電所高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠又要靈活經(jīng)濟，安裝容易維修方便。3、電容補償按負荷計算求出總降壓變電所的功率因數(shù)，通過查表或計算求出達到供電部門要求數(shù)值所需補償?shù)臒o功率。由手冊或產(chǎn)品樣本選用所需無功功率補償柜的規(guī)格和數(shù)量。4、變壓器選擇根據(jù)電源進線方向，綜合考慮設(shè)置總降壓變電所的有關(guān)因素，結(jié)合全廠計算負荷以及擴建和備用的需要，確定變壓器型號。5、短路電流計算工廠用電，通常為國家電網(wǎng)的末端負荷，其容量運行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限大容量系統(tǒng)供電進行短路計算。求出各短路點的三相短路電流及相應(yīng)有關(guān)參數(shù)。6、高、低壓設(shè)備選擇及校驗參照短路電流計算數(shù)據(jù)和各回路計算負荷以及對應(yīng)的額定值，選擇高、低壓配電設(shè)備，如隔離開關(guān)、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關(guān)柜等設(shè)備。并根據(jù)需要進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗，并列表表示。7、電纜的選擇 為了保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行，進行電纜截面選擇時必須滿足發(fā)熱條件：電纜(包括母線)在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的發(fā)熱溫度，不應(yīng)超過其正常運行時的最高允許溫度。2負荷計算及電容補償2.1負荷計算的方法負荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項式等幾種。由于本機械廠用電部門較多，用電設(shè)備臺數(shù)較多，設(shè)計采用需要系數(shù)法予以確定。1 單臺組用電設(shè)備計算負荷的計算公式 (1).有功計算負荷(單位為kW)： (2-1)式中 設(shè)備有功計算負荷(單位為kW)；用電設(shè)備組總的設(shè)備容量(不含備用設(shè)備容量，單位為kW)；用電設(shè)備組的需要系數(shù)。(2).無功計算負荷(單位為kvar) (2-2)式中 設(shè)備無功計算負荷(單位為kvar)；對應(yīng)于用電設(shè)備組功率因數(shù)的正切值。(3).視在計算負荷(單位為kVA) (2-3)式中 視在計算負荷(單位為kVA)；用電設(shè)備組的功率因數(shù)。(4).計算電流(單位為A) (2-4)式中 計算電流(單位為A)； 用電設(shè)備組的視在功率(單位為kVA)；用電設(shè)備組的額定電壓(單位為kV)。2多組用電設(shè)備計算負荷的計算公式(1).有功計算負荷(單位為kW) (2-5)式中 多組用電設(shè)備有功計算負荷(單位為kW)； 所有設(shè)備組有功計算負荷之和； 有功負荷同時系數(shù)，可取0.70.95。(2).無功計算負荷(單位為kvar) (2-6)式中 多組用電設(shè)備無功計算負荷(單位為kvar)；所有設(shè)備組無功計算負荷之和； 無功負荷同時系數(shù)，可取0.80.95。(3).視在計算負荷(單位為kVA) (2-7)(4).計算電流(單位為A) (2-8)(5).功率因數(shù) (2-9)2.2負荷統(tǒng)計計算 根據(jù)提供的資料，列出負荷計算表。因設(shè)計的需要，計算了各負荷的有功功率、無功功率、視在功率、計算電流等。表中生活區(qū)的照明負荷中已經(jīng)包括生活區(qū)各用戶的家庭動力負荷。具體負荷的統(tǒng)計計算見表2-1。表2-1 某機械廠負荷計算表序號名稱類別設(shè)備容量需要系數(shù)cos計算負荷1鑄造車間動力650.40.71.022626.5237.1456.43照明70.80.90.485.62.696.29.5小計7231.629.2143.3469.532鍛壓車間動力1100.30.61.333343.895566.69照明100.70.90.4873.367.7811.82小計1204047.2562.8778.513倉庫動力400.40.850.62169.9218.8228.11照明50.80.90.4841.924.446.75小計452011.8423.2634.864電鍍車間動力600.50.850.623018.635.353.63照明60.80.90.484.82.35.338.1小計6634.820.940.6361.735工具車間動力2000.30.651.176070.292.31140.25照明100.90.90.4894.32101.52小計2106974.52102.31155.456組裝車間動力2000.40.71.028081.6114.29173.64照明300.80.90.482411.5226.6740.52小計23010493.12140.96214.167維修車間動力2000.20.61.334053.266.67101.3照明130.80.90.4810.44.511.5617.56小計21350.457.778.23118.868金工車間動力4000.20.651.178093.6123.08187照明160.80.90.4812.86.1414.2221.61小計41692.899.74137.30208.619焊接車間動力7300.30.451.98219433.62486.67739.44照明460.80.90.4836.817.6640.8962.13小計776255.8451.28527.56801.5710鍋爐房動力1500.70.80.7510578.75131.25199.42照明30.80.90.482.41.152.674.05小計153107.479.90133.92203.4711熱處理車間動力2000.60.71.02120122.4171.43260.47照明100.80.90.4883.848.8913.51小計210128126.24180.32273.9812生活區(qū)照明800.70.90.485626.8862.2294.54總計（380v側(cè)）動力2355_989.81118.58-照明236取-791.84894.861194.91815.522.3電容補償由表2-1知：，因此該廠380V側(cè)最大負荷時的功率因數(shù)為。供電部門要求該廠10kV進線側(cè)最大負荷時的功率因數(shù)不應(yīng)低于0.9?？紤]到主變壓器的無功損耗遠大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負荷時功率因數(shù)應(yīng)稍大于0.9，本文取0.93來計算380V側(cè)所需無功功率補償容量： (2-10) 選PGJ1型低壓自動補償屏，并聯(lián)電容器為BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1臺與方案3（輔屏）6臺相組合，總共容量無功補償后工廠380V側(cè)的負荷計算：； 補償后低壓側(cè)的功率因素：項目計算負荷低壓380v補償前負荷0.663791.84894.861194.91815.52380V無功補償容量-588380V補償后負荷0.932791.84306.86849.221290.3主變壓器功率損耗0.015*S0.06*S10KV負荷總計803.84354.86878.68 3變壓器選擇及主接線方案確定3.1主變壓器臺數(shù)選擇選擇主變壓器臺數(shù)時應(yīng)考慮下列原則：1應(yīng)滿足用電負荷對供電可靠性的要求。對供有大量一、二級負荷的變電所，應(yīng)采用兩臺變壓器，以便當一臺變壓器發(fā)生故障或檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續(xù)供電。對只有二級而無一級負荷的變電所，也可以只采用一臺變壓器，但必須有備用電源。2對季節(jié)性負荷或晝夜負荷變動較大，適于采用經(jīng)濟運行方式的變電所，可采用兩臺變壓器。3當負荷集中且容量相當大的變電所，雖為三級負荷，也可以采用兩臺或多臺變壓器。4在確定變電所臺數(shù)時，應(yīng)適當考慮負荷的發(fā)展，留有一定的余地。3.2主變壓器容量選擇1只裝一臺主變壓器的變電所 主變壓器容量S應(yīng)滿足全部用電設(shè)備總計算負荷S3的需要，即 (3-1)2裝有兩臺主變壓器的變電所 每臺變壓器的容量Sz應(yīng)同時滿足以下兩個條件：(1)任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足總計算負荷S3的大約60%80%的需要，即 (3-2)(2)任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足全部一、二級負荷的需要，即 (3-3)根據(jù)工廠的負荷性質(zhì)和電源情況，工廠變電所的主變壓器可有下列兩種方案：方案1 裝設(shè)一臺主變壓器根據(jù)式(3-1)，主變選用一臺接線方式為D.yn11的S9-1250/10型變壓器，根據(jù)民用建筑規(guī)范要求變壓器的負載率不宜大于85%，而 (3-4)顯然滿足要求。至于機械廠的二級負荷的備用電源，由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。因此裝設(shè)一臺主變壓器時選一臺接線方式為D.yn11的S9-1250/10型低損耗配電變壓器。方案2 裝設(shè)兩臺主變壓器根據(jù)式(3-2)和(3-3)，可知 因此選兩臺接線方式為Dyn11的S9-630/10型低損耗配電變壓器。兩臺變壓器并列運行，互為備用。3.3主接線方案確定3.3.1變電所主接線方案的設(shè)計原則與要求變電所的主接線，應(yīng)根據(jù)變電所在供電系統(tǒng)中的地位、進出線回路數(shù)、設(shè)備特點及負荷性質(zhì)等條件確定，并應(yīng)滿足安全、可靠、靈活和經(jīng)濟等要求。(1)安全 應(yīng)符合有關(guān)國家標準和技術(shù)規(guī)范的要求，能充分保證人身和設(shè)備的安全。(2)可靠 應(yīng)滿足電力負荷特別是其中一、二級負荷對供電可靠性的要求。(3)靈活 應(yīng)能必要的各種運行方式，便于切換操作和檢修，且適應(yīng)負荷的發(fā)展。(4)經(jīng)濟 在滿足上述要求的前提下，盡量使主接線簡單，投資少，運行費用低，并節(jié)約電能和有色金屬消耗量。3.3.2變電所主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟指標1.主接線方案的技術(shù)指標(1)供電的安全性。主接線方案在確保運行維護和檢修的安全方面的情況。(2)供電的可靠性。主接線方案在與用電負荷對可靠性要求的適應(yīng)性方面的情況。(3)供電的電能質(zhì)量主要是指電壓質(zhì)量，包括電壓偏差、電壓波動及高次諧波等方面的情況。(4)運行的靈活性和運行維護的方便性。(5)對變電所今后增容擴建的適應(yīng)性。2.主接線方案的經(jīng)濟指標(1)線路和設(shè)備的綜合投資額 包括線路和設(shè)備本身的價格、運輸費、管理費、基建安裝費等，可按當?shù)仉姎獍惭b部門的規(guī)定計算。(2)變配電系統(tǒng)的年運行費 包括線路和設(shè)備的折舊費。維修管理費和電能損耗費等。(3)供電貼費（系統(tǒng)增容費） 有關(guān)部門還規(guī)定申請用電，用戶必須向供電部門一次性地交納供電貼費。(4)線路的有色金屬消耗費 指導(dǎo)線和有色金屬（銅、鋁）耗用的重量。3.3.3工廠變電所常見的主接線方案1.只裝有一臺主變壓器的變電所主接線方案只裝有一臺主變壓器的變電所，其高壓側(cè)一般采用無母線的接線，根據(jù)高壓側(cè)采用的開關(guān)電器不同，有三種比較典型的主接線方案：(1)高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-熔斷器或戶外跌開式熔斷器的主接線方案；(2)高壓側(cè)采用負荷開關(guān)-熔斷器或負荷型跌開式熔斷器的主接線方案；(3)高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-斷路器的主接線方案。2.裝有兩臺主變壓器的變電所主接線方案裝有兩臺主變壓器的變電所的典型主接線方案有：(1)高壓無母線、低壓單母線分段的主接線方案；(2)高壓采用單母線、低壓單母線分段的主接線方案；(3)高低壓側(cè)均為單母線分段的主接線方案。3.3.4確定主接線方案1.10kV側(cè)主接線方案的擬定由原始資料可知，高壓側(cè)進線有一條10kV的公用電源干線，為滿足工廠二級負荷的要求，又采用與附近單位連接高壓聯(lián)絡(luò)線的方式取得備用電源，因此，變電所高壓側(cè)有兩條電源進線，一條工作，一條備用，同時為保證供電的可靠性和對擴建的適應(yīng)性所以10kV側(cè)可采用單母線或單母線分段的方案。2.380V側(cè)主接線方案的擬定由原始資料可知，工廠用電部門較多，為保證供電的可靠性和靈活性可采用單母線或單母線分段接線的方案，對電能進行匯集，使每一個用電部門都可以方便地獲得電能。3.方案確定根據(jù)前面章節(jié)的計算，若主變采用一臺S11型變壓器時，總進線為兩路。為提高供電系統(tǒng)的可靠性，高壓側(cè)采用單母線分段形式，低壓側(cè)采用單母線形式，其系統(tǒng)圖見：圖3-1 采用一臺主變時的系統(tǒng)圖。若主變采用兩臺S11型變壓器時，總進線為兩路，為提高供電系統(tǒng)的可靠性，高壓側(cè)采用單母線分段形式，兩臺變壓器在正常情況下分裂運行，當其中任意一臺出現(xiàn)故障時另一臺作為備用，當總進線中的任一回路出現(xiàn)故障時兩臺變壓器并列運行。低壓側(cè)采用也單母線分段形式，其系統(tǒng)圖見：圖3-2 采用兩臺主變時的系統(tǒng)圖。 圖3-2 采用兩臺主變時的系統(tǒng)圖 表3-3 兩種主接線方案的比較裝設(shè)一臺主變的方案裝設(shè)兩臺主變的方案技術(shù)指標供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質(zhì)量由于一臺主變，電壓損耗略大由于兩臺主變并列，電壓損耗略小靈活方便性只有一臺主變，靈活性不好由于有兩臺主變，靈活性較好擴建差一些更好經(jīng)濟指標電力變壓器的綜合投資額按單臺18萬元計，綜合投資為2×18=36萬元按單臺10.5萬元計，綜合投資為4×10.5=42萬元高壓開關(guān)柜（含計量柜）的綜合投資額按每臺4.2萬元計,綜合投資約為5×1.5×4.2=31.5萬元6臺GG-1A（F）型柜綜合投資約為6×1.5×4.2=37.8萬元電力變壓器和高壓開關(guān)柜的年運行費主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修管理費約7萬元主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修管理費約10萬元交供電部門的一次性供電貼費按800元/kVA計，貼費為1250×0.08萬元=100萬元貼費為2×630×0.08=100.8萬元從上表可以看出，按技術(shù)指標，裝設(shè)兩臺主變的主接線方案優(yōu)于裝設(shè)一臺主變的方案。從經(jīng)濟指標來看，裝設(shè)一臺主變的方案優(yōu)于裝設(shè)兩臺主變的方案。由于集中負荷較大，已經(jīng)大于1250kVA,低壓側(cè)出線回路數(shù)較多，且有一定量的二級負荷，考慮今后增容擴建的適應(yīng)性，從技術(shù)指標考慮，采用于裝設(shè)兩臺主變的方案。3.4無功功率補償修定低壓采取單母線分段接線方式，考慮鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房為二級負荷，采用雙回路供電，但在正常狀態(tài)下只由一回路供電，另回路作為備用。計算負荷時則，只考慮其中一回路。為使兩段母線的負荷基本平衡，段母線負荷設(shè)計為：鑄造車間、倉庫、電鍍車間、工具車間、金工車間、焊接車間；段母線負荷設(shè)計為：鍛壓車間、組裝車間、維修車間、鍋爐房、熱處理車間、生活區(qū)。段母線的負荷情況：，同時系數(shù)取為，故有.算得段母線的負荷情況： 同時系數(shù)取為 ，故有 ：算得 對無功功率補償進行修定：計算段母線所需無功功率補償容量，取選PGJ1型低壓自動補償屏，并聯(lián)電容器為BW 0.4-14-3型，采用其方案2（主屏）1臺與方案4（輔屏）3臺相組合，總共容量112kvar×4=448kvar。補償后的功率因素6。計算段母線所需無功功率補償容量，?。哼xPGJ1型低壓自動補償屏，并聯(lián)電容器為BW 0.4-14-3型，采用其方案2（主屏）1臺與方案4（輔屏）1臺相組合，總共容量112kvar×2=224kvar。補償后的功率因素。4高低壓開關(guān)設(shè)備選擇4.1短路電流的計算4.1.1 短路計算的方法進行短路電流計算，首先要繪制計算電路圖。在計算電路圖上，將短路計算所考慮的各元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計算點。短路計算點要選擇得使需要進行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通過。接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，并計算出電路中各主要元件的阻抗。在等效電路圖上，只需將被計算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示出來，并標明其序號和阻抗值，然后將等效電路化簡。對于工廠供電系統(tǒng)來說，由于將電力系統(tǒng)當作無限大容量電源，而且短路電路也比較簡單，因此一般只需采用阻抗串、并聯(lián)的方法即可將電路化簡，求出其等效總阻抗。最后計算短路電流和短路容量。短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（又稱有名單位制法，因其短路計算中的阻抗都采用有名單位“歐姆”而得名）和標幺制法（又稱相對單位制法，因其短路計算中的有關(guān)物理量采用標幺值即相對單位而得名）。4.1.2本設(shè)計采用標幺制法進行短路計算1標幺制法計算步驟和方法 (1)繪計算電路圖，選擇短路計算點。計算電路圖上應(yīng)將短路計算中需計入的所以電路元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各個元件依次編號。 (2)設(shè)定基準容量和基準電壓，計算短路點基準電流。一般設(shè)=100MVA，設(shè)=（短路計算電壓）。短路基準電流按下式計算： (4-1) (3)計算短路回路中各主要元件的阻抗標幺值。一般只計算電抗。電力系統(tǒng)的電抗標幺值 (4-2)式中 電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量（單位為MVA）。電力線路的電抗標幺值 (4-3)式中 線路所在電網(wǎng)的短路計算電壓（單位為kV）。電力變壓器的電抗標幺值 (4-4)式中 變壓器的短路電壓（阻抗電壓）百分值； 變壓器的額定容量（單位為kVA,計算時化為與同單位）。(4)繪短路回路等效電路，并計算總阻抗。用標幺制法進行短路計算時，無論有幾個短路計算點，其短路等效電路只有一個。(5)計算短路電流。分別對短路計算點計算其各種短路電流：三相短路電流周期分量、短路次暫態(tài)短路電流、短路穩(wěn)態(tài)電流、短路沖擊電流及短路后第一個周期的短路全電流有效值（又稱短路沖擊電流有效值）。 (4-5)在無限大容量系統(tǒng)中，存在下列關(guān)系：= (4-6)高壓電路的短路沖擊電流及其有效值按下列公式近似計算：=2.55 (4-7)=1.51 (4-8)低壓電路的短路沖擊電流及其有效值按下列公式近似計算：=1.84 (4-9)=1.09 (4-10)(6)計算短路容量 (4-1圖4-1 并列運行時短路計算電路2.兩臺變壓器并列運行時(1)根據(jù)原始資料及所設(shè)計方案，繪制計算電路，選擇短路計算點，如圖4-1所示。(2)設(shè)定基準容量和基準電壓，計算短路點基準電流,設(shè)=100MVA，=，即高壓側(cè)=10.5kV,低壓側(cè)=0.4kV,則 (4-12) (4-13)(3)計算短路電路中各元件的電抗標幺值電力系統(tǒng)的電抗標幺值 (4-14)式中 電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量架空線路的電抗標幺值，查得LGJ-150的單位電抗，而線路長8km,故 (4-15)電力變壓器的電抗標幺值，查得S9-630的短路電壓=5，故 (4-16) (4-17)(4)繪制等效電路圖，如圖4-2所示：圖4-2 并列運行時短路等效電路圖(5)求k1點（10.5kV側(cè)）的短路電路總阻抗標幺值及三相短路電流和短路容量總阻抗標幺值 (4-18)三相短路電流周期分量有效值 (4-19)三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流=1.96kA (4-20)三相短路沖擊電流=2.55=2.55×1.96kA=5.0kA (4-21)第一個周期短路全電流有效值=1.51=1.51×1.96kA=2.96kA (4-22)三相短路容量 (4-23)（6）求k2點（0.4kV側(cè)）的短路電路總阻抗標幺值及三相短路電流和短路容量總阻抗標幺值 (4-24)三相短路電流周期分量有效值 (4-25)三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流 =21.27kA (4-26)三相短路沖擊電流 =1.84=39.14kA (4-27)第一個周期短路全電流有效值=1.09=23.18kA (4-28)三相短路容量 (4-29)3.兩臺變壓器分裂運行時(1)繪制計算電路，選擇短路計算點，如圖4-3 所示。圖4-3 分裂運行時短路計算電路(2)基準值和短抗標幺值同并列運行時所算各值。(3)繪制等效電路圖，如圖4-4所示： 圖4-4 分裂運行時短路等效電路圖(4)k1點的短路計算值同并列運行時k1點的計算值。(5)k2點（0.4kV側(cè)）的短路電路總阻抗標幺值及三相短路電流和短路容量總阻抗標幺值 (4-30)三相短路電流周期分量有效值 (4-31)三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流=13.41kA (4-32)三相短路沖擊電流 =1.84=36.25kA (4-33)第一個周期短路全電流有效值 =1.09=14.62kA (4-34)三相短路容量 (4-35)(6)k3點的短路計算值同k2點的計算值。4.短路電流計算結(jié)果短路電流計算結(jié)果見表4-1、表4-2：表4-1 并列運行時短路電流計算結(jié)果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/K11.961.961.965.02.9635.7K221.2721.2721.2739.1423.1814.77表4-2 并列運行時短路電流計算結(jié)果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/K11.961.961.965.02.9635.7K213.4113.4113.4136.2514.629.31K313.4113.4113.4136.2514.629.31比較變壓器并列和分裂運行兩種情況下的短路計算，可得出分裂運行時的低壓側(cè)短路電流較并列運行時有明顯減小，因此，為降低短路電流水平，所設(shè)計變電站通常情況下應(yīng)分裂運行。4.2變電站一次設(shè)備的選擇與校驗正確地選擇設(shè)備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟的重要條件。在進行設(shè)備選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術(shù)，并注意節(jié)約投資，選擇合適的電氣設(shè)備。電氣設(shè)備的選擇同時必須執(zhí)行國家的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策，并應(yīng)做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠、運行方便和適當?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的需要。4.2.1 一次設(shè)備選擇與校驗的條件為了保證一次設(shè)備安全可靠地運行，必須按下列條件選擇和校驗：(1) 按正常工作條件，包括電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇。(2) 按短路條件，包括動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定來校驗。(3) 考慮電氣設(shè)備運行的環(huán)境條件和溫度、濕度、海拔以及有無防塵、防腐、防火、防爆等要求。4.2.2 按正常工作條件選擇1.按工作電壓選擇 設(shè)備的額定電壓不應(yīng)小于所在線路的額定電壓，即 (4-36)2.按工作電流選擇設(shè)備的額定電流不應(yīng)小于所在電路的計算電流，即 (4-37)3.按斷流能力選擇設(shè)備的額定開斷電流或斷流容量不應(yīng)小于設(shè)備分斷瞬間的短路電流有效值或短路容量，即 (4-38)或 (4-39) 4.2.3 按短路條件校驗短路條件校驗，就是校驗電器和導(dǎo)體在短路時的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。1.隔離開關(guān)、負荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗(1)動穩(wěn)定校驗條件 (4-40) 或 (4-41) 式中 、開關(guān)的極限通過電流（動穩(wěn)定電流）峰值和有效值（單位為kA）；、開關(guān)所在處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值（單位為kA）。(2) 熱穩(wěn)定校驗條件(3) (4-42) 式中 開關(guān)的熱穩(wěn)定電流有效值（單位為kA）； 開關(guān)的熱穩(wěn)定試驗時間（單位為s）；開關(guān)所在處的三相短路穩(wěn)態(tài)電流（單位為kA）；短路發(fā)熱假想時間（單位為s）。2.電流互感器的短路穩(wěn)定度校驗(1)動穩(wěn)定校驗條件 (4-43) 或 (4-44) 式中 電流互感器的動穩(wěn)定電流（單位為kA）；電流互感器的動穩(wěn)定倍數(shù)（對）；電流互感器的額定一次電流（單位為A）。熱穩(wěn)定校驗條件 (4-45)或 (4-46)式中 電流互感器的熱穩(wěn)定電流（單位為kA）；電流互感器的熱穩(wěn)定試驗時間，一般取1s；電流互感器的熱穩(wěn)定倍數(shù)（對）。4.2.4 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗選擇交驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其他裝置條件參數(shù)數(shù)據(jù)10KV36.5A1.96KA5.0KA一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)高壓隔離開關(guān)GN6/8-10/60010KV600A51KA合格電流互感器LQJ-10 75/5A10KV75A合格高壓少油型斷路器SN10-10/63010KV630A16KA40KA合格高壓熔斷器RN2-10/0.510KV0.5A50KA電壓互感器JDJ-1010/0.1KV不用校驗避雷器FS4-1010KV不用校驗電壓互感器JDZ-10 10/0.110KV不用校驗電流互感器LQJ-10 100/510KV100A合格4.2.5 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 為滿足設(shè)計需求本設(shè)計低壓柜選用GCS型柜。其中2個進線柜，方案號為03；1個聯(lián)絡(luò)柜，方案號為04；4個饋電柜，方案號為11，低壓柜總計7個。低壓開關(guān)柜中個元件設(shè)備的校驗見表4-6。表4-6 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗選擇交驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其他裝置條件參數(shù)數(shù)據(jù)380V736.22A28.5kA52.5kA一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)抵押刀開關(guān)HD13-1500/30380V1500A合格低壓斷路器DW15-1500/3380V1500A45KA合格低壓電流互感器LMZJ1-0.51500/5A380V1500/5A合格表4-6所選設(shè)備均滿足要求。4.3高低壓母線的選擇按照最大負荷計算高壓母線上的最大電流為,低壓母線上的最大電流。根據(jù)計算電流和GB5005394 10kV 及以下變電所設(shè)計規(guī)范中的規(guī)定，高壓母線選擇TMY-3×(60×6)型母線，相母線尺寸均為60mm×6mm，其載流量為2240A；低壓母線選擇TMY-3×(80×10)+ 60×6型母線，即相母線尺寸為80mm×10mm,中性母線尺寸為60mm×6mm，其載流量為3232A。5變電所進出線和低壓電纜選擇5.1 變電所進出線的選擇范圍1.高壓進線(1)如為專用線路，應(yīng)選專用線路的全長。(2)如從公共干線引至變電站，則僅選從公共干線到變電站的一段引出線。(3)對于靠墻安裝的高壓開關(guān)柜，柜下進線時一般須經(jīng)電纜引入，因此架空進線至變電站高壓側(cè)，往往需選一段引入電纜。2.高壓出線(1)對于全線一致的架空出線或電纜出線，應(yīng)選線路的全長。(2)如經(jīng)一段電纜從高壓開關(guān)柜引出再架空配電的線路，則變電站高壓出線的選擇只選這一段引出電纜，而架空配電線路在廠區(qū)配電線路的設(shè)計中考慮。3.低壓出線(1)如采用電纜配電，應(yīng)選線路的全長。(2)如經(jīng)一段穿管絕緣導(dǎo)線引出，再架空配電線路，則變電站低壓出線的選擇只選這一段引出的穿管絕緣導(dǎo)線，而架空配電線路則在廠區(qū)配電線路或車間配電線路的設(shè)計中考慮。5.2 變電所進出線方式的選擇1.架空線。在供電可靠性要求不很高或投資較少的中小型工廠供電設(shè)計中優(yōu)先選用。2.電纜。在供電可靠性要求較高或投資較高的各類工廠供電設(shè)計中優(yōu)先選用。5.3 變電所進出導(dǎo)線和電纜形式的選擇1. 高壓架空線(1)一般采用鋁絞線。(2)當檔距或交叉檔距較長、電桿較高時，宜采用鋼芯鋁絞線。(3)沿海地區(qū)及有腐蝕性介質(zhì)的場所，宜采用銅絞線或防腐鋁絞線。2.高壓電纜線(1)一般環(huán)境和場所，可采用鋁芯電纜；但在有特殊要求的場所，應(yīng)采用銅芯電纜。(2)埋地敷設(shè)的電纜，應(yīng)采用有外護層的鎧裝電纜；但在無機械損傷可能的場所，可采用塑料護套電纜或帶有外護層的鉛包電纜。3.低壓電纜線(1)一般采用鋁芯電纜，但特別重要的或有特殊要求的線路可采用銅芯電纜。(2)電纜溝內(nèi)電纜，一般采用塑料護套電纜，也可采用裸鎧裝電纜。5.4 高壓進線和低壓出線的選擇5.4.1 10kV高壓進線的選擇校驗采用LGJ型鋼芯鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kV公用電源干線。(1)按發(fā)熱條件選擇。由線路最大負荷時的計算電流及室外環(huán)境溫度30，選擇LGJ-35，其30時的允許持續(xù)載流量=159A，滿足發(fā)熱條件。(2)校驗機械強度。因為鋼芯鋁絞線架空裸導(dǎo)線在610kV的允許最小截面為25，所以LGJ-35滿足機械強度要求。由于此線路很短，不需檢驗電壓損耗。5.4.2 由高壓母線至主變的引入電纜的選擇校驗采用YJV22-10kV型交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電纜直接埋地敷設(shè)。(1) 按發(fā)熱條件選擇。由線路最大負荷時的計算電流及土壤溫度20，選擇3芯交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電纜，其型號為，其=175A，滿足發(fā)熱條件。（2） 校驗短路熱穩(wěn)定。查得短路熱穩(wěn)定系數(shù)C=77 (5-1)A=35所以電纜滿足要求。5.4.3 380V低壓出線的選擇1.饋電給鑄造車間的線路采用YJV22-1kV型交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電纜直接埋地敷設(shè)。(1)按發(fā)熱條件選擇。由計算電流=273A，及該地區(qū)地下0.71米處全年最熱月最高溫度為20，初選，其，滿足發(fā)熱條件。(2)校驗電壓損耗。由總平面布置圖量得變電站至鑄造車間距離約140m，而185的銅芯電纜的（按纜芯工作溫度60計），又鑄造車間的，因此由線路電壓損耗的一般計算公式 (5-2)得： 滿足允許電壓損耗5%的要求。(3)短路熱穩(wěn)定度檢驗。查得短路熱穩(wěn)定系數(shù)C=115，則 (5-3)式中為變電站高壓側(cè)過電流保護動作時間按0.5s整定，再加上斷路器斷路時間0.2s，再加0.05s。由于前面所選150的纜芯截面，滿足短路熱穩(wěn)定度要求，因此選用的電纜型號為。2.饋電給鍛壓車間的線路 采用YJV22-1kV型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。線路計算電流為=223A，為滿足斷路器上下級之間的配合，此段電纜選用型號為，其載流量為358A，經(jīng)檢驗其發(fā)熱條件、電壓損耗和短路熱穩(wěn)定度均滿足要求。3. 饋電給倉庫的線路 由于倉庫負荷太小，只有5.6kW，直接從低壓母線引線會造成浪費，因此把它的負荷加到與它鄰近的鍛壓車間，從鍛壓車間向其引線，對其供電。鍛壓車間電纜選取過程中已經(jīng)將電纜型號上調(diào)一級，經(jīng)檢驗完全能滿足對鍛壓車間和倉庫的供電要求。4.饋電給電鍍車間的線路 采用YJV22-1kV型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。線路計算電流為=189A，為滿足斷路器上下級之間的配合，此段電纜選用型號為，其載流量為261A，經(jīng)檢驗其發(fā)熱條件、電壓損耗和短路熱穩(wěn)定度均滿足要求。 5.饋電給工具車間的線路 采用YJV22-1kV型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。線路計算電流為=189A，為滿足斷路器上下級之間的配合，此段電纜選用型號為，其載流量為261A，經(jīng)檢驗其發(fā)熱條件、電壓損耗和短路熱穩(wěn)定度均滿足要求。6.饋電給組裝車間的線路 由于組裝車間就在變電站旁邊，因此采用聚氯乙烯絕緣鋁芯導(dǎo)線ZR-BV-750型5根（3根相線，1根中性線，1根保護線）穿硬塑料管埋地敷設(shè)。(1)按發(fā)熱條件選擇。由=207A，及環(huán)境溫度（年最熱月最高溫度）30，相線截面初選120，其，滿足發(fā)熱條件。按規(guī)定，中性線和保護線也選為120，與相線截面相同，即選用ZR-BV-750-1×120塑料導(dǎo)線5根穿內(nèi)徑80的硬塑管。(2)校驗機械強度。查得，穿管敷設(shè)的絕緣導(dǎo)線線芯的最小允許截面，因此上面所選120的相線滿足機械強度要求。(3)校驗電壓損耗。所選穿管線，估計長度50m，查得，所選導(dǎo)線，又組裝車間，因此 (5-4) (5-5)滿足允許電壓損耗5%的條件。7.饋電給維修車間的線路 采用YJV22-1kV型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。線路計算電流為=167A，為滿足斷路器上下級之間的配合，此段電纜選用型號為，其載流量為217A，經(jīng)檢驗其發(fā)熱條件、電壓損耗和短路熱穩(wěn)定度均滿足要求。8.饋電給金工車間的線路 采用YJV22-1kV型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。線路計算電流為=174A，為滿足斷路器上下級之間的配合，此段電纜選用型號為，其載流量為217A，經(jīng)檢驗其發(fā)熱條件、電壓損耗和短路熱穩(wěn)定度均滿足要求。9.饋電給焊接車間的線路 采用YJV22-1KV型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。由于熱處理車間負荷較大，線路計算電流為=887A，線路長度為300m，決定由兩條線路對其供電。(1)按發(fā)熱條件選擇。由計算電流=887A，及該地區(qū)地下0.71米處全年最熱月最高溫度為20，初選2×()，其，滿足發(fā)熱條件。(2)校驗電壓損耗。由總平面布置圖量得變電站至鑄造車間距離約30